第8章 微生物遗传ppt课件.ppt
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1、第8章 微生物遗传,遗传:,亲代与子代相似,变异:,亲代与子代、子代间不同个体不完全相同,遗传(inheritance)和变异(variation)是生命的最本质特性之一,遗传型:,表型(表现型):,生物的全部遗传因子及基因,具有一定遗传型的个体,在特定环境条件下通过生长发育所表现出来的形态等生物学特征的总和。,表型是由遗传型所决定,但也和环境有关。,变异(variation):生物体在外因或内因的作用下,遗传物质的结构或数量发生改变。变异的特点:a. 低几率,(一般为10-610-10);b.形状变化的幅度大; c. 新性状是稳定可遗传。饰变(modification):指不涉及遗传物质结构
2、改变而只发生在转录、转译水平上的表型变化。特点是:a.几乎整个群体中的每一个个体都发生同样的变化;b.性状变化的幅度小;c. 饰变是不遗传的。,例如:粘质沙雷氏菌:在25下培养,产生深红色的灵杆菌素;在37下培养,不产生色素;如果重新将温度降到25,又恢复产色素的能力。,遗传与变异的概念,微生物是遗传学研究中的明星:,微生物细胞结构简单,营养体一般为单倍体,方便建立纯系。,很多常见微生物都易于人工培养,快速、大量生长繁殖。,对环境因素的作用敏感,易于获得各类突变株,操作性强。,第一节 遗传的物质基础,一、DNA作为遗传物质,二、RNA作为遗传物质,第一节 遗传变异的物质基础,种质连续理论:18
3、831889年间Weissmann提出。认为遗传物质是一种具有特定分子结构的化合物。基因学说:1933年摩尔根发现了染色体,并证明基因在染色体上呈直线排列,提出了基因学说,使得遗传物质基础的范围缩小到染色体上。染色体:核酸( 4种核苷酸)和蛋白质( 20多种氨基酸)组成。当时认为决定生物遗传型的染色体和基因,起活性成分是蛋白质。DNA是遗传变异的物质基础的证明:1944年以后,先后有利用微生物为实验对象进行的三个著名实验的论证(肺炎球菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开与重建试验),才使人们普遍接受核酸才是真正的遗传物质。,一、DNA作为遗传物质,第一节 遗传的物质基础,Avery在四十年
4、代以更精密的实验设计重复了以上实验,分别用降解DNA、RNA、蛋白质的酶作用于有毒的S型菌细胞抽提物,只有DNA被酶降解破坏的抽提物无转化活性,DNA是转化所必需的转化因子,1928年,Griffith进行了以下几组实验:(1)动物实验对小鼠注射活RII菌或死SIII菌 小鼠存活对小鼠注射活SIII菌 小鼠死亡对小鼠注射活RII菌和热死SIII菌 小鼠死亡抽取心血 分离活的SIII菌,一、证明核酸是遗传物质基础的三个经典实验,(一)经典转化实验(transformation):F.Griffith,研究对象:Streptococcus pneumoniae(肺炎双球菌)菌落表面光滑,有致病性S
5、III型菌株:有荚膜,菌落表面粗糙,无致病性RII型菌株:无荚膜,,Griffith转化试验示意,混合培养,RII型活菌,SIII型活菌,SIII型热死菌,RII型活菌,SIII型活菌,健康,健康,健康,健康,健康,健康,健康,病死,病死,病死,(2)细菌培养实验,(3)S型菌的无细胞抽提液试验,以上实验说明:加热杀死的SIII型细菌细胞内可能存在一种转化物质,它能通过某种方式进入RII型细胞并使RII型细胞获得稳定的遗传性状,转变为SIII型细胞。,热死SIII菌不生长活 RII 菌长出RII菌热死SIII菌长出大量RII菌和10-6SIII菌,活R菌+S菌无细胞抽提液长出大量R菌和少量S菌
6、,+活RII菌,平皿培养,加S菌DNA加S菌DNA及DNA酶以外的酶加S菌的DNA和DNA酶加S菌的RNA加S菌的蛋白质加S菌的荚膜多糖,活R菌,长出S菌,只有R菌,1944年O.T.Avery、C.M.MacLeod和M。McCarty从热死S型S. pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分,并在离体条件下进行了转化试验:,只有S型细菌的DNA才能将S. pneumoniae的R型转化为S型。且DNA纯度越高,转化效率也越高。说明S型菌株转移给R型菌株的,是遗传因子。,T2噬菌体感染实验(1952年),(二)噬菌体感染实验,(三)植物病毒的重建实验,为了证明核酸是遗传物质,H.
7、 Fraenkel-Conrat(1956)用含RNA的烟草花叶病毒(TMV)进行了著名的植物病毒重建实验。将TMV在一定浓度的苯酚溶液中振荡,就能将其蛋白质外壳与RNA核心相分离。分离后的RNA在没有蛋白质包裹的情况下,也能感染烟草并使其患典型症状,而且在病斑中还能分离出正常病毒粒子。,第一节 遗传的物质基础,(三)植物病毒的重建实验,生化提取分别获得含RNA的烟草花叶病毒蛋白质外壳(病毒1)和核酸(病毒2),抗血清处理,证明杂种病毒的蛋白质外壳来自病毒1,而非病毒2,杂种病毒的后代的蛋白质外壳表现为病毒2,而非病毒1,遗传物质是核酸(RNA)而非蛋白质,(一)核酸存在的七个水平及质粒细胞水
8、平:存在于细胞核或核质体,单核或多核细胞核水平: 原核与真核生物的细胞核结构不同,核外DNA染色体水平: 倍性(真核)和染色体数核酸水平:在原核中同染色体水平、存在部分二倍体 DNA或RNA,复合或裸露,双链或单链基因水平:具自主复制能力的遗传功能单位,长度与信息量,转录翻译密码子水平:信息单位,起始和终止,核苷酸水平:突变或交换单位,四种碱基,遗传物质在细胞内的存在部位和方式,第二节 基因突变及修复,基因组(genome):一个物种的单倍体的所有染色体及其所包含的遗传信息的总称,基因:能够表达和产生基因产物(蛋白质或RNA)的DNA序列。,原核生物基因系统: 启动子(基因) 操纵子 操纵子(
9、基因)基因调控系统 结构基因 调节基因,第二节 基因突变及修复,一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变,基因突变:,定义:每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率。突变率为108是指该细胞在一亿次细胞分裂中,会发生一次突变。突变率也可以用每一单位群体在每一世代中产生突变株(mutant,即突变型)的数目来表示。如一个含108个细胞的群体,当其分裂为2108个细胞时,即可平均发生一次突变的突变率也是108 。突变率=突变细胞数/分裂前群体细胞数突变是独立的。某一基因发生突变不会影响其它基因的突变率。在同一个细胞中同时发生两个基因突变的几率是极低的,因为双重突变型的几率只是各个突变几率的乘积
10、。,(二)突变率,若干细菌某一性状的自发突变率,菌 名 突变性状突变率E. coli抗T1噬菌体3 108E. coli抗T3噬菌体1 107 E. coli不发酵乳糖1 1010E. coli 抗紫外线1 105Staphylococcus aureus 抗青霉素1 107S. aureus 抗链霉素1 109 Salmonella typhi抗25g/L链霉素1 106 Bacillus megaterium 抗异烟肼5 105,第二节 基因突变及修复,一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变,基因突变:,基因突变是重要的生物学现象,它是一切生物变化的根源,连同基因转移、重组一起提供了推
11、动生物进化的遗传多变性。,基因突变,DNA损伤修复机制,突变,自发突变,诱变,环境因素的影响,DNA复制过程的偶然错误等而导致,一般频率较低,通常为10-6-10-9 。,某些物理、化学因素对生物体的DNA进行直接作用,突变以较高的频率产生。,前突可以通过DNA复制而成为真正的突变,也可以重新变为原来的结构,这取决于修复作用和其它多种因素。,第二节 基因突变及修复,一、基因突变的特点,适用于整个生物界,以细菌的抗药性为例。不对应性:突变的性状与突变原因之间无直接的对应关系。自发性:突变可以在没有人为诱变因素处理下自发地产生。稀有性:突变率低且稳定。独立性:各种突变独立发生,不会互相影响。可诱发
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