原核微生物的基因重組有幾種方式?各是什麼

2021-03-04 05:20:06 字數 6299 閱讀 3519

1樓:time張士強

原核微生物中,自然發生的基因重組方式主要有結合、轉導、轉化和原生質融合等方式.真核微生物中有有性雜交、準性雜交、酵母菌 2 m m 質粒轉移等等.

還有人為的基因重組方式,主要是基因工程

自然條件下原核微生物基因重組的方式有哪些型別?各有什麼特點?

2樓:匿名使用者

原核微生物的基因重組

(一)轉化 (transformation)

轉化是細菌中最早被發現的遺傳物質轉移形式。 l928 年 griffith 用肺炎鏈球菌對小鼠的感染實驗以及 10 多年後 avery 等體外轉化過程的實現,轉化因子 dna 的證實,是現代生命科學發展的重要起點。

1 .幾個概念

轉化 受體菌直接吸收了來自供體菌的 dna 片段,通過交換把它整合到自己的基因組中,從而獲得了新的遺傳特性的現象。

轉化子( transformant ) 受體細胞經複製**後出現了供體性狀的子代。

感受態 (***petence) 細菌能夠從周圍環境中吸收 dna 分子進行轉化的生理狀態。

(二) 轉導 (transduction)

1952 年 zinder 和 lederberg 在驗證鼠傷寒沙門氏菌是否也存在接合現象時發現了轉導現象。

通過完全缺陷或部分缺陷噬菌體為媒介,把供體細胞的 dna 片段攜帶到受體細胞中,通過交換與整合,從而使後者獲得前者部分遺傳性狀的現象,稱為轉導。獲得新性狀的受體細胞,稱為轉導子 (transductant) 。攜帶供體部分遺傳物質 (dna 片段 ) 的噬菌體稱為轉導噬菌體。

在噬菌體內僅含有供體菌 dna 的稱為完全缺陷噬茵體;在噬菌體內同時含有供體 dna 和噬菌體 dna 的稱為部分缺陷噬菌體 ( 部分噬菌體 dna 被供體 dna 所替換 ) 。

根據噬菌體和轉導 dna 產生途徑的不同,可將轉導分為普遍性轉導和侷限性轉導。

1 .普遍性轉導 (general transduction)

通過完全缺陷噬菌體對供體菌任何 dna 小片斷的「誤包」,而實現其遺傳性狀傳遞至受體菌的轉導現象,稱為普遍性轉導。

普遍性轉導的機制——「包裹選擇模型」,當噬菌體侵染敏感細菌並在細菌內大量複製增殖時,亦把寄主 dna 降解為許多小的片段,在裝配時,少數噬菌體 (10 -6 一 10 -8 ) 錯誤地包裝了宿主的 dna 片段並能形成「噬菌體」,這種噬菌體稱普遍性轉導噬菌體 ( 為完全缺陷噬菌體 ) 。隨著細菌的裂解,轉導噬菌體也被大量釋放。當這些轉導噬菌體再次侵染受體菌時,其中的供體 dna 片段被注入受體菌。

如果該 dna 片段能與受體菌 dna 同源區段配對,通過遺傳物質的雙交換而進行基因重組並形成穩定的轉導子,稱完全普遍性轉導。如鼠傷寒沙門氏菌的 p22 噬菌體、大腸桿菌的 p1 噬菌體和枯草芽孢桿菌的 pbs1 和 sp10 等噬菌體中都能進行完全轉導。 如果該 dna 片斷不能與受體菌 dna 進行交換、整合和複製,只以游離和穩定的狀態存在,而僅進行轉錄、轉譯和性狀表達,稱流產轉異。

發生流產轉導的細胞在其進行**後,只能將這段外源 dna 分配給乙個子細胞,而另一子細胞僅獲得供體基因轉錄、轉譯而形成的少量產物 -- 酶,因此在表型上仍可出現輕微的供體菌特徵,每經**一次,就受到一次「稀釋」。所以能在選擇培養基上形成微小菌落就成了流成轉導子的特點。

2 .侷限性轉導 (specialized transduction)

通過部分缺陷噬的溫和噬菌體把供體菌的少數特定基因攜帶到受體菌中,並獲得表達的轉導現象)。轉導後獲得了供體部分遺傳特性的重組受體細胞稱為侷限轉導子。

(1) 侷限性轉導的機制——「雜種形成模型」 λ噬菌體的線狀雙鏈 dna 分子的兩端為 12 個核苷酸單鏈(粘性未端 cos 位點),在溶源狀態下,以前噬菌體狀態存在於細胞染色體上。被誘導後,在裂解細菌時,其以粘性末端形成的環狀分子通過滾環複製形成乙個含多個基因組的 dna 多聯體,以 2 個 cos 位點之間的距離決定其包裝片段的大小而進行切割、包裝,最終形成轉導噬菌體。在極少數情況下 ( 約 10 -5 ) ,在前噬菌體兩端鄰近位點上與細菌染色體發生錯誤的切割,使其重新形成的環狀 dna 中,同時失去前噬菌體的一部分 dna 和增加了一段相應長度的細菌宿主染色體 dna ,這樣形成的雜合 dna 可正常被包裝、複製。

形成的新轉導噬菌體稱為部分缺陷噬體。因為λ前噬菌體位點兩端是細菌染色體的 gal + ( 發酵半乳糖基因 ) 和 bio + ( 利用生物素基因 ) ,故形成的轉導噬菌體通常帶有 gal + 或 bi0 + 基因,故這些部分缺陷噬菌體表示為λ dga1( 缺陷型半乳糖轉導噬菌體 ) 或λ dbio( 缺陷性生物素轉導噬菌體 ) 。這些轉導噬菌體可重新侵入受體菌,侵入後,噬菌體 dna 與受體菌的 dna 同源區段配對,通過雙交換而整合到受體菌的染色體組上,使受體菌獲得了供體的這部分遺傳特性。

( 2 )侷限性轉導中的低頻轉導與高頻轉導 低頻轉導 (lft) :由於宿主染色體上進行不正常切離的頻率極低,因而在裂解物中所含的部分缺陷噬菌體的比例是極低( 10 -4 --10 -6 )的,這種裂解物稱為 lft 裂解物。 lft 裂解物在低 m.

o.i(multiplicity of infection) 情況下感染宿主,就可獲得極少量的轉導子。高頻轉導 (hft) :

形成轉導子的頻率很高,理論上可達 50 %,故稱之為高頻轉導。其原因是因為供體菌為雙重溶源菌,它同時有兩種噬菌體整合在細菌的染色體上。例如,大腸桿菌 k12 株,其雙重溶源菌為 e.

coli k12( λ / λ dg), 即其前噬體體有λ和λ dg 為缺陷噬菌體,帶有供體 gal + 基因,但丟失了部分噬菌體本身的 dna ;而λ噬菌體為正常噬菌體,不帶 gal 基因,但起輔助作用,稱為輔助噬菌體,可彌補λ dg 的不足,使λ dg 也能成為「完整噬菌體」而釋放。這樣,乙個細菌便可同時等量地釋放出λ dg 和λ兩種噬菌體,這時的裂解物稱為 hft 裂解物,當用低 m.o.

i 的 hft 裂解物去感染另乙個 e.coligal - 受體菌,是可高頻率的把它轉化為能發酵乳糖的 e.coli gal + 轉導子。

這種方式稱為高頻轉導。

當溫和噬菌體感染其宿主而使之發生溶源化時,因噬菌體的基因整合到宿主的基因組,而使後者獲得了除免疫以外的新性的現象,稱為溶源轉變。

( 三 ) 接合 (conjugation)

指供體菌和受體菌完整細胞間的直接接觸,而實現大段的 dna 傳遞現象。

iederberg 和 tatum 於 1946 年設計了乙個有名的實驗,才證明了原核生物的接合現象。他們篩選出了兩種不同營養缺陷型的大腸桿菌 k12 突變株,其中 a 菌株是 met- 、 bio- , b 菌株是 thr- 、 leu- ,將它們在完全培養基上混合培養後,再塗佈於基本培養基上。結果發現,在基本培養基上出現了 met + 、 bi0 + 、 thr + 、 1eu + 的原養型菌落 ( 約為 10 -7 ) ,而分別塗佈的兩種親本菌株對照組都不出現任何菌落。

進一步的實驗證實,上述遺傳重組的形成,是兩個親本細胞接合以後發生基因重組的結果。在細菌中,接合現象發研究最清楚的是 e.coli ,研究發現 e.

coli 是有性別分化的,決定性別的是一種質粒,即 f 因子。

(四)原生質體融合( protoplast fusion )

通過人為的方法,使遺傳性狀不同的兩細胞的原生質體發生融合,並進而發生遺傳重組以產生同時帶有雙親性狀的、遺傳性穩定的融合子( fusant )的過程 . 能進行原生質體融合的細胞是極其廣泛的,不僅包括原核生物,而且還包括各種真核細胞。

基因重組有幾種形式,各有什麼特點

3樓:薊婀千幻竹

所謂微生物的遺傳性是指在一定的環境條件下,微生物的形態、結構、代謝、基因重組有轉化、接合、轉導三種形式。

轉化是供體細胞研碎物中的dn**段直接吸收進入活的受體細胞的基因重組方式。受體細胞獲得了供體細胞的部分遺傳性狀。

細胞的接合是遺傳物質通過細胞與細胞的直接接觸而進行的轉移和重組。

遺傳物質通過噬菌體的攜帶而轉移的基因重組稱為轉導。

基因重組的3種形式中,微生物的接合必需兩個細胞直接接觸,而轉化和轉導無需細胞直接接觸,轉化沒有噬菌體作媒介,轉導必須通過噬菌體轉移遺傳物質。

4樓:北京索萊寶科技****

基因重組是指乙個基因的dna序列是由兩個或兩個以上的親本dna組合起來的。基因重組是遺傳的基本現象,病毒、原核生物和真核生物都存在基因重組現象。減數**可能發生基因重組。

基因重組的特點是雙dna鏈間進行物質交換。真核生物,重組發生在減數**期同源染色體的非姊妹染色單體間,細菌可發生在轉化或轉導過程中,通常稱這類重組為同源重組(homologous re***bination),即只要兩條dna序列相同或接近,重組可在此序列的任何一點發生。然而在原核生物中,有時基因重組依賴於小範圍的同源序列的聯會,重組只限於該小範圍內,只涉及特定位點的同源區,把這類重組稱作位點專一性重組(site-specific re***bination),此外還有一種重組方式,完全不依賴於序列間的同源性,使一段dna序列插入另一段中,在形成重組分子時依賴於dna複製完成重組,稱此類重組為異常重組(illegitimate re***bination),也稱複製性重組(replicative re***bination)。

自然重組

自然界不同物種或個體之間的基因轉移和重組是經常發生的,它是基因變異和物種進化的基礎。自然界的基因轉移的方式有:

接合作用:當細胞與細胞、或細菌通過菌毛相互接觸時,質粒dna就可從乙個細胞(細菌)轉移至另一細胞(細菌),這種型別的dna轉移稱為接合作用(conjugation )。

轉化作用(transformation) 通過自動獲取或人為地供給外源dna,使細胞或培養的受體細胞獲得新的遺傳表型。

轉導作用:當病毒從被感染的(供體)細胞釋放出來、再次感染另一(受體)細胞時,發生在供體細胞與受體細胞之間的dna轉移及基因重組即為轉導作用(transduction)。

轉座:大多數基因在基因組內的位置是固定的,但有些基因可以從乙個位置移動到另一位置。這些可移動的dna 序列包括插入序列和轉座子。

由插人序列和轉座子介導的基因移位或重排稱為轉座(transposition )。

基因重組:在接合、轉化、轉導或轉座過程中,不同dna分子間發生的共價連線稱基因重組。基因重組包括位點特異性的重組和同源重組兩種型別。

有整合酶催化的在兩個dna序列特異位點間發生的整合,產生位點特異的重組。特異重組依賴特異的dna序列,如λ噬菌體的整和酶可識別噬菌體dna和宿主染色體的特異靶位點,並進行選擇性整合;反轉錄病毒整合酶識別整合反轉錄病毒cdna的長末端重複序列等。另外有發生在同源序列間的同源重組,又稱基本重組。

同源重組依賴兩分子間序列的相同或相似性,將外源dna整合進宿主染色體。

噬菌體歷史:2023年f. m. bur***發表了噬菌體能產生突變體的觀點,其噬菌斑的外形和野生型的有明顯區別,可惜未能引起重視,以致噬菌體遺傳學延遲了十幾年才得以建立。

2023年第11屆冷泉港學術討論會上,在宣布一基因一酶學說的勝利,及ledernerg、tatum細菌雜交實驗報告的同時,hershey和luria宣布發現了噬菌體的r,h突變,delbrück和hershey發表了他們各自發現的噬菌體重組,這四項重大的發現分別在2023年和2023年獲得了諾貝爾獎。後兩項的發現有力地推動了噬菌體遺傳學的發展。

噬菌體的基因重組和細菌不同,而和真核的重組十分相似。雜交是用標記不同的噬菌體之間進行。然後計算重組噬菌體佔總的子代噬菌體的比例來確定重組值。

一般可以選用2-4個基因差異的噬菌體來混合感染細菌。首先把不同型別的噬菌體混合起來和細菌一起塗佈在固體培養基上,細菌的濃度要達到可以長成菌苔(lawn)的水平,噬菌體的濃度要很稀。每個噬菌體感染乙個細菌,經過裂解週期,宿主細胞破裂後,釋放出的子噬菌體又去感染周圍的細菌,結果在菌苔上形成乙個圓形清亮的斑,稱為噬菌斑(plaque),而乙個噬菌斑來自最初塗佈平板時的乙個噬菌體。

噬菌斑的形態必須選擇容易區別的,以表示噬菌體的相應表型。單個的噬菌體只能在電鏡下才可觀察其形態,突變引起其形態變化沒有電鏡是無法鑑別的,但突變影響到生活週期,會產生不同的噬菌斑,因此通過噬菌斑的觀察我們很容易觀察基因型的變化與重組。

hershey等用t2噬菌體的兩個不同表型特徵:噬菌斑的形態和宿主範圍來進行雜交。乙個噬菌體的基因型是h+r,另乙個噬菌體的基因型是h r+。

h+表示宿主範圍(hostrange),是野生型,能在e.colib菌株上生長,r 表示快速溶菌(rapid lysis),產生的噬菌斑大,邊緣清楚。h噬菌體能在e.

coli b和b/2品系上生長,r+產生小而邊緣模糊的噬菌斑,能產生透明的噬菌斑,而h+因只能裂解e.coli b,所以在b和b/2的混合菌上產生的噬菌斑是半透明的。

雜交時hr+和h+r混合感染e.coli b和b/2,在b和b/2混合菌苔上出現了四種噬菌斑,表明h r+ 和h+r之間有一部分染色體在b菌株的細胞中進行了重組,釋放出的子噬菌體有一部分的基因型為h+r+和h r。我們利用下面的公式就可以計算出和兩個位點的重組值:

重組值=(h+r++h r)/總噬菌斑數×100%

此重組值也表示兩個連鎖基因之間的遺傳距離。

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