《工业微生物学》课程教学资源（课件讲义）第六章 生产溶剂和有机酸的微生物（6-1）微生物遗传学基础

微生物遗传学基础 遗传与变异的概念 遗传和变异是生物体的最本质的属性之 遗传( heredity):亲代生物的性状在子代得到表现;亲代生物传递给 子代一套实现与其相同形状的遗传信息。特点:具稳定性。 遗传型( genotype):又称基因型,指某一生物个体所含有的全部 基因的总和;-是一种内在可能性或潜力。 代谢 遗传型+环境条件 发育 表型( phenotype):指生物体所具有的一切外表特征和内在特性 的总和;-是一种现实存在,是具一定遗传型的生物在一定 条件下所表现出的具体性状

1、微生物遗传学基础 遗传与变异的概念 遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。 遗传(heredity)：亲代生物的性状在子代得到表现；亲代生物传递给 子代一套实现与其相同形状的遗传信息。特点：具稳定性。 遗传型（genotype）：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部 基因的总和；------是一种内在可能性或潜力。 遗传型 + 环境条件 表型 表型（phenotype）：指生物体所具有的一切外表特征和内在特性 的总和;------是一种现实存在，是具一定遗传型的生物在一定 条件下所表现出的具体性状。 代谢 发育

遗传与变异的概念 遗传和变异是生物体的最本质的属性之 遗传( heredity):亲代生物的性状在子代得到表现;亲代生 物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。特点:具 稳定性。 遗传型( genotype):又称基因型,指某一生物个体所含 有的全部基因的总和;-是一种内在可能性或潜力 代谢 遗传型+环境条什发育 表型 表型( phenotype):指生物体所具有的一切外表特征和内 在特性的总和;-是一种现实存在,是具一定遗传型的生 物在一定条件下所表现出的具体性状

遗传与变异的概念 • 遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。 • 遗传(heredity)：亲代生物的性状在子代得到表现；亲代生 物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。特点：具 稳定性。 ▪ 遗传型（genotype）：又称基因型，指某一生物个体所含 有的全部基因的总和；------是一种内在可能性或潜力。 ▪ ▪ 遗传型 + 环境条件 表型 • 表型（phenotype）：指生物体所具有的一切外表特征和内 在特性的总和;------是一种现实存在，是具一定遗传型的生 物在一定条件下所表现出的具体性状。 代谢 发育

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.在群体中以 极低的几率出现,(一般为106~1010);b.形状变化 的幅度大;c.变化后形成的新性状是稳定的,可遗传 的 饰变( modification):指不涉及遗传物质结构改变而只 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因遗传物质不变,故饰变是不遗传的。 引起饰变的因素消失后,表型即可恢复。 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

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.在群体中以 极低的几率出现，（一般为10-6～10-10）；b.形状变化 的幅度大； c. 变化后形成的新性状是稳定的，可遗传 的。 饰变（modification）：指不涉及遗传物质结构改变而只 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.因遗传物质不变，故饰变是不遗传的。 引起饰变的因素消失后，表型即可恢复。 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

11遗传变异的物质基础 肺炎链球菌 11.1DNA作为遗传物 的转化现象 Strain Colony Smooth Live R Live R strain 别用降解DNA、RNA、蛋白质的 用于有毒的S型菌细胞抽提物 只有D DNA是转化所必需的转化因 Aver 计重复了以上实验

1.1.1 DNA作为遗传物 质 Avery在四十年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 1.1 遗传变异的物质基础 肺炎链球菌 的转化现象

上清液中 75%放射 吸附 10分钟后 离心 捣碎器 沉淀中含 使空壳脱离 25%放射性 痂噬 沉淀细胞进一步培 养后,可产生大量 完整的子代噬菌体 图82用含3s蛋白质(外壳)的噬菌体作感染实验 上清液中含 15%放射性 感染实验 吸附 10分钟后 离心 用捣碎器 沉淀中含 使空壳脱离 85%放射性 年 沉淀细胞进一步 培养后,可产生大 量完整的子代噬菌体 图8-1用含3P-DNA(核心)的噬菌体作感染实验

T2 噬菌体感染实验（1952 年） 侯喜-蔡斯（Hershey-Chase）

普通的TMv与毒株霍氏车前花叶病毒 1.1.2RNA作为遗传物质(HR)的核酸和蛋白质的拆开和相互 对换重建的过程,同样令人信服地证 了核酸是TMV的遗传物质基础 普通TMV HR毒 生化提取分别获得含RNA的烟草花叶病 去污剂处理 弱碱处理 毒蛋白质外壳(病毒1)和核酸(病毒2) 0√ 抗血清处理,证明杂种病毒的蛋 3杂种病毒 白质外壳来自病毒1,而非病毒2 TMV抗体处理 ∴HR抗体处理 杂种病 毒颗粒 被钝化 0/R型疾|杂种病毒的后代的蛋白质外壳表现 为病毒2,而非病毒1 HR毒株的外 ④①闺 壳和RNA 从病斑上再分离 出来的病毒颗粒 普通TMV的 外壳和RNA 有的外光和RNA遗传物质是核酸(RNA)而非蛋白质

1.1.2 RNA作为遗传物质 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 普通的TMV与毒株霍氏车前花叶病毒 （HR）的核酸和蛋白质的拆开和相互 对换重建的过程，同样令人信服地证 实了核酸是TMV的遗传物质基础

烟草花叶病毒经弱碱、尿素、去垢剂等处理,可以将其 蛋白外壳与RNA分开,重新将蛋白外壳与RNA混合,病毒 粒子又会重建。 将普通的TMV外壳与毒株霍氏车前花叶病毒HR的RNA 混合构成杂种病毒。 TMV抗体处理会使其钝化,不能引起病斑。 而用HR抗体处理,则不会影响杂种病毒的感染性,这 说明杂种病毒的外壳确实是TMV病毒的外壳。 杂种病毒感染烟草后,在烟叶上出现HR的病斑,而且从 中分离到具HR外壳的HR病毒,这表明是TMV的RNA 而不是蛋白质携带着病毒的所有遗传信息

• 烟草花叶病毒经弱碱、尿素、去垢剂等处理，可以将其 蛋白外壳与RNA分开，重新将蛋白外壳与RNA混合，病毒 粒子又会重建。 • 将普通的TMV外壳与毒株霍氏车前花叶病毒HR的RNA 混合构成杂种病毒。 • TMV抗体处理会使其钝化，不能引起病斑。 • 而用HR抗体处理，则不会影响杂种病毒的感染性，这 说明杂种病毒的外壳确实是TMV病毒的外壳。 • 杂种病毒感染烟草后，在烟叶上出现HR的病斑，而且从 中分离到具HR外壳的HR病毒，这表明是TMV的RNA、 而不是蛋白质携带着病毒的所有遗传信息

TW蛋白质 TMV RNA HR蛋白质重组病毒“正常叶 发病叶 HR HR RNA 病叶 T病毒 发病叶 烟草花叶病毒经弱碱、尿素、去垢剂等处理,可以将其 蛋白外壳与RNA分开,重新将蛋白外壳与RNA混合,病 毒粒子又会重建

烟草花叶病毒经弱碱、尿素、去垢剂等处理，可以将其 蛋白外壳与RNA分开，重新将蛋白外壳与RNA混合，病 毒粒子又会重建

11.3朊病毒的发现与思考 亚病毒的一种:具有传染性的蛋白质致病因子,迄今为止尚为 发现该蛋白内含有核酸。 其致病作用是由于动物体内正常的蛋白质PrP改变折叠状态为 PrPs所致,而这二种蛋白质的一级结构并没有改变

1.1.3 朊病毒的发现与思考 亚病毒的一种：具有传染性的蛋白质致病因子，迄今为止尚为 发现该蛋白内含有核酸。 其致病作用是由于动物体内正常的蛋白质PrP c改变折叠状态为 PrP sc所致，而这二种蛋白质的一级结构并没有改变

引起人与动物的致死性中枢神经系统疾病 All known prion diseases are fatal Since the immune system does not recognize prions as foreign, no natural protection develops Scrapie in sheep was first described during the 18th century. It has been transmitted to other animals such as mink and cats, and more recently to cows(mad cow disease or bovine 羊搔痒症( scrapie) spongiform encephalopathy, BSE)througl contaminated feedstuff 牛海绵状脑病( spongiform encephalopath In New Guinea. the Fore- people contracted kuru by eating the brains of deceased people Creutzfeldt-Jakob Disease(C]D) frequently rises spontaneously while fatal familial omn lia(FFI) Gerstmann-Straussler Schenker(GSS) disease and 10-15% of c]D are caused by mutations in the gene encoding the prion protein. A new variant CJD, diagnosed in some 20 patients, may have arisen through 人的库鲁病(kuru)、克雅氏病( Creutzfeldt Jakob disease,D)等

人的库鲁病(kuru)、克雅氏病(Creutzfeldt Jakob disease, CJD)等 羊搔痒症(scrapie) 牛海绵状脑病(spongiform encephalopathy) 引起人与动物的致死性中枢神经系统疾病