2023年高二生物竞赛：质粒和转座因子课件

质粒和转座因子 质粒及转座因子 质粒的分子结构 质粒的主要类型 质粒的特性 转座因子的类型和分子结构 转座的遗传学效应 分子结构主要类型及其特性 质粒(plasmid) 一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种原核微生物细胞中 质粒和转座因子 转座因子(transposable element) 位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA序列，广泛分布于原核和真核细胞中 质粒和转座因子是细胞中除染色体以外的另外二类遗传因子 一、质粒的分子结构 质粒和转座因子 通常以共价闭合环状的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中 也发现有线型双链DNA质粒和RNA质粒 质粒分子的大小范围从1kb左右到1000kb(细菌质粒多在10kb以内) 一、质粒的分子结构 质粒和转座因子 检测 提取所有胞内DNA后电镜观察 一、质粒的分子结构 质粒和转座因子 检测 提取所有胞内DNA后电镜观察 琼脂糖凝胶电泳或超速离心后观察 一、质粒的分子结构 质粒和转座因子 检测 提取所有胞内DNA后电镜观察 琼脂糖凝胶电泳或超速离心后观察 对于实验室常用菌，可用质粒所带的某些特点，如抗药性初步判断 对于已知质粒，可用DNA-DNA杂交，或者PCR技术进行检测 二、质粒的主要类型 质粒和转座因子 质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的 在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊的机能(抗性)，从而使宿主得到生长优势 染色体DNA携带在所有生长条件下所必需的基因，这些基因有时称为“持家基因”，而质粒与宿主的关系： 二、质粒的主要类型 质粒和转座因子 质粒所编码的功能和赋予宿主的表型效应 致育因子(F因子) 抗性因子(R因子) Col 质粒 毒性质粒 代谢质粒 隐秘质粒 二、质粒的主要类型 质粒和转座因子 1、致育因子(fertility factor, F因子) 性毛 F+ F- 携带F质粒的菌株称为F+菌株(相当于雄性)，无F质粒的菌株称为F-菌株(相当于雌性) F因子能以游离状态(F+)和以与染色体相结合的状态(Hfr)存在于细胞中，又称之为附加体(episome) 又称F质粒，其大小约100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌的“有性生殖”现象(接合作用)有关的质粒 二、质粒的主要类型 质粒和转座因子 2、抗性因子(resistance factor, R因子) 包括抗药性和抗重金属二大类，简称R质粒 汞、砷、钴、银... 四环素、链霉素、氯霉素、氨苄青霉素、卡那霉素 抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一 二、质粒的主要类型 质粒和转座因子 3、Col 质粒(Col plasmid) 产细菌素的质粒，最早发现于大肠杆菌中，含有编码大肠菌素的基因 大肠菌素是一种细菌蛋白，只杀死近缘且不含Col 质粒的菌株，宿主不受其产生的细菌素的影响 由G+细菌产生的细菌素或与细菌素类似的因子与大肠杆菌素有所不同，但通常也是由质粒基因编码，有些甚至有商业价值，例如一种乳酸细菌产生的细菌素NisinA能强烈抑制某些G+细菌的生长，而被用于食品工业的保藏 二、质粒的主要类型 质粒和转座因子 4、毒性质粒(virulence plasmid) 许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒引起的，这些毒性质粒具有编码毒素的基因，其产物对宿主(动物、植物)造成伤害 编码肠毒素的质粒(产毒素大肠杆菌：引起人类和动物腹泻) 苏云金芽胞杆菌编码δ内毒素(伴胞晶体)的质粒 Ti质粒(根癌土壤杆菌)：双子叶植物冠瘿瘤 二、质粒的主要类型 质粒和转座因子 5、代谢质粒(metabolic plasmid) 质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基质的酶、进行共生固氮、或产生抗生素(某些放线菌)等，亦称降解质粒 假单胞菌能将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单形式 具有降解有毒化合物，如芳香簇化合物(苯)、农药、辛烷和樟脑等的能力，在环境保护方面具有重要的意义。 二、质粒的主要类型 质粒和转座因子 6、隐秘质粒(cryptic plasmid) 隐秘质粒不显示任何表型效应，它们的存在只有通过物理的方法，例如用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才能发现。 存在的生物学意义，目前几乎不了解 在应用上，很多隐秘质粒被加以改造作为基因工程的载体(一般加上抗性基因) 二、质粒的主要类型 质粒和转座因子 高拷贝数质粒：每个宿主细胞中可以有10-100个拷贝 ———松弛型质粒 低拷贝数质粒：每个宿主细胞中可以有1-4个拷贝 ———严紧型质粒 窄宿主范围质粒：复制起始点特异，只能在一种特定宿主细胞中复制 拷贝数 宿主范围 除了根据质粒所编码的功能和赋予宿主的表型效应