Microbial Gene and Genome
一、基因概念和微生物的基因结构
概念
一段具有特定功能和结构的连续的DNA片断， 是编码蛋白质或RNA分子遗传信息的基本遗传 单位。
原核生物基因的结构
真核生物基因的结构
一般无操纵子结构 存在大量不编码序列和重复序列 转录和转译在细胞中有空间间隔 基因被许多无编码功能的内含子阻隔，使编码
活R菌
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
长出S菌 只有R菌
噬菌体感染试验
A. D. Hershey和M. Chase， 1952年 基础
DNA分子中只含磷不含硫，蛋白质分子中只含 硫不含磷
以32PO43-和35SO42-作为磷源或硫源的组合培养 基
合的环状形式存在
真核生物的染色体
核膜包裹，线性DNA与组蛋白结合形成染色体 染色体不止一个，每个染色体中含有1个线性
DNA分子 细胞分裂中期呈棍棒状，静止期为颗粒状 染色体基本组成单位：核小体
两种生物染色体DNA复制区别
复制子大小、数量上差异 复制起点、复制速度、方向上差异
第二节 微生物的基因和基因组
培养后得到： 含32P-DNA或者含35S-蛋白质
病毒重建实验
H. Fraenkel-Conrat，1956 实验材料
烟草花叶病毒（TMV） 霍氏车前花叶病毒（HRV）
处理
在一定浓度的苯酚溶液中振荡，分离蛋白质外 壳与RNA核心
2、DNA的结构
DNA的结构
基本单位是脱氧核苷 酸
序列变成了不连续的外显子。
二、基因组
基因组（genome）
单倍体细胞中所含的全套遗传物质 大多数细菌和噬菌体基因组是指单个染色体 上所含的全部基因 二倍体真核生物基因组是指单倍体细胞核内 整套染色体所含的DNA分子及其所携带的全 部基因
原核生物与真核生物基因组比较
比较项目 基因组大小 复制起始点数目 染色体数目 染色体组形状 染色体与组蛋白结合
复序列，分布在IS两侧。
分布在细菌染色体、质粒、某些噬菌体DNA上
转座子(Tn)
除了与转座作用有关的基因外，还含有抗性基 因（对抗生素、某些毒物）、乳糖发酵基因等 几个至十几个基因。
IS与Tn有两个共同特征
都携带有编码转座酶的基因，该酶为转座所必需； 两端都有反向末端重复序列，只是长度不同。
2020
微生物遗传与育种精美课件
细菌培养实验
热死S菌―培―养―皿→培养不生长 活R 菌―培―养―皿→培养长出R菌 热死S菌+活R 菌培―养―皿→培长养出大量R菌和10-6S菌
S型菌的无细胞抽提液试验
活R菌+ S菌无细胞抽提液培―养―皿→培长养 出大量R菌和少 量S菌
1944年Avery等对热死S型菌中可能的转化因 子在离体条件下进行了转化试验：
反向平行、右手螺旋 碱基A、T、C、G有
序排列 碱基之间由氢键连接
3、DNA的复制
半保留复制
复制起点、复制方向、复制单位
DNA的半不连续复制
3
领头链
5
(leading strand)
解链方向
3
随从链
(lagging strand)
5
复制的几种主要方式
θ型复制
D环复制
复制中的放射自显影图象
plasmid） 毒性质粒（virulence plasmid） 代谢质粒（Metabolic plasmid） 隐秘质粒（cryptic plasmid）
R100质粒的遗传图谱
R100质粒(89kb) 可使宿主对 下列 药物及重金属具 有抗性：
汞离子（mer）
磺胺(sul)
链霉素(str)
线粒体DNA (mitochondrial DNA，mtDNA)的复制 形式。
DNA-pol γ
dNTP
3-OH
5-P
5 3 5 3
5'
滚环复制
5 3
3 5
3 5
3 5'
4、生物染色体、病毒遗传物质
原核生物的染色体
核区，无核膜包裹，DNA裸露，不与蛋白形成 复合体
染色体组成： DNA、 RNA、蛋白质 往往只有一条染色体，大多数以双链、共价闭
列。
根据转座机理不 同分类
转座子 反转座子
原核生物中的转 座因子类型
插入（IS）序列 转座子(Tn) 某些温和噬菌体
插入序列（点
在IS两端含有长为10-40bp反向重复序列（IR）。 大多IS都含有一个引起转座的转座酶基因。 在IS插入时，在靶DNA位点产生一个长度3-9bp正向重
梭链孢酸（fus）
氯霉素(cam)
四环素(tet )
四、转座子的类型和分子结构
转座因子（transposable element）的概念
可在DNA链上改变自身位置的一段DNA序列。
转座因子的共同特征
插入寄主DNA后，导致基因失活； 转座以后，原来的转座子依然保持在原位，而在
靶序列上复制了一个转座子； 插入时在靶DNA位点产生一个短的正向重复序
质粒的鉴定
电镜 琼脂糖凝胶电泳确定分子量 聚丙烯酰胺凝胶电泳 密度梯度离心 质粒的限制性酶切图谱
三、质粒的主要类型
据质粒所编码的功能和赋予宿主的表型效应 分类
致育因子（Fertility factor，F因子） 抗性因子（Resistance factor，R因子） 产细菌素的质粒（Bacteriocin production
一、质粒概述
质粒（plasmid）
存在于各种微生物细胞中、独立于染色体外、 能进行自主复制的遗传因子。
特点
可自我复制、稳定遗传；非必需；可转移；可 整合；可重组；可消除
质粒的大小和复制
二、质粒的分子结构
SC构型 OC构型 L构型
质粒的分离和鉴定
分离的步骤
细胞培养 细胞裂解 蛋白质和RNA的去除 质粒DNA与染色体DNA的分离（关键步骤）
核小体 基因连续性
重复序列 不编码序列 操纵子结构 转录、转译部位
原核生物 小
一般1个 一般1个
环状 无 无 强 少 少 普遍存在 同在细胞质中进行
真核生物 大
多个 多个 线状 有稳定的结合
有 差（被许多内含子分隔）
多 多 一般没有 在核中转录、在细胞质中转译
第三节
质粒和转座子
Plasmid and Transposon