备课素材：基因工程的载体——质粒2022-2023学年高二下学期生物人教版选择性必修3

基因工程的载体——质粒 2019版高中生物学选择性必修三说，：基因工程中，通常利用质粒作为载体： 那么，什么是质粒？它有什么特点？ 质粒是指存在于细菌、真菌等微生物细胞中、独立于染色体外、能进行自我复制的遗传因子。 a、可以整合到染色体上，又可以游离于染色体外（附加体） b、质粒通常是共价、闭合、环状双链DNA(covalent closedcircular DNA，简称cccDNA)， c、分子大小范围从l kb左右到1000 kb。 一、质粒的发现 大肠杆菌的F因子是第一个被发现(1946年)的细菌质粒，它的发现对细菌遗传学的发展产生了深远的影响。 日本学者(1957年)报道了志贺菌(Shigella)中质粒介导抗生素抗性的转移现象。 在以后的20多年中，陆续发现各种细菌携带质粒，且它们的表型特征已远远超过了致育性和药物抗性的范围。 二、质粒的命名原则 1976年Novick等提出一个可为质粒研究者普遍接受和遵循的命名原则： 1、 质粒的名称一般由几个英文字母及编号组成，第一个字母一律用小写p表示，后两个字母应大写，可以采用发现者人名、实验室名称、表型性状或其他特征的英文缩写。 2、 编号为阿拉伯数字，用于区分属于同一类型的不同质粒，如pUC18和pUC19, pBR322等。 三、质粒编码的遗传表型 大多数的质粒均控制着宿主细胞的一种或几种特殊性，即具有一定的表型，质粒可依其表型的不同主要划分为以下几种类型: 1．致育质粒； 2．抗药性质粒 ；3．产生毒素的质粒 ；4．降解质粒 ；5．致病性质粒 ；6．共生固氮质粒 R质粒：这类质粒(R质粒)能使宿主微生物对抗生素、化学药物或重金属离子等杀菌剂表现出抗性。 产生抗生素或细菌素的质粒 产生毒素的质粒： 降解质粒： 致病性质粒 ： 共生固氮质粒 ： 四、质粒的消除 1. 理化因子消除法 质粒消除有两种作用机制： a. 对质粒本身的复制和分离产生抑制作用，从而在细菌生长繁殖过程中逐步淘汰 b. 选择性抑制带有质粒的菌的生长 2. 原生质体诱导的质粒消除 五、质粒的大小和拷贝数 1. 质粒大小的测定 与标准质粒电泳比较，酶切分析，电镜照片推算，序列分析。 2. 质粒的拷贝数：指每个细胞中存在的质粒的数量。 质粒的拷贝数与其分子质量成反比关系，分子质量大的拷贝数低，分子质量小的拷贝数高。 质粒可根据其拷贝数分为严谨型质粒（Stringent plasmid）和松弛型质粒（Relaxed plasmid）。 质粒在细胞内复制时受到控制而与染色体复制同步进行，被称为严紧型质粒。其拷贝数也低，通常只有1-3个拷贝。如F质粒。 另一类质粒的复制与染色体复制不同步，称为松驰型质粒。通常每个细胞含有10-100个拷贝，属于高拷贝质粒。如分子量小的ColEl质粒。 六、质粒的复制 细菌质粒的复制起点称为oriV 。 几种常见质粒载体所携带的复制子 1. 质粒复制的方式 质粒的复制主要是通过θ型复制和滚环复制两种方式之一进行的，其中以θ型复制为主。在θ型复制中，有单向复制和双向复制两种类型。 革兰氏阴性细菌中多数质粒是以θ型方式复制，R1、R100等是单向复制，F、R6k等是双向复制类型。 在革兰氏阳性细菌中大多数质粒是以滚环方式复制。 2. 复制起点(ori)区的功能 复制起点是一段特定的DNA序列，长约几百碱基对，在其相关的调控元件中含有由质粒或宿主染色体编码的、参与DNA合成起始调控因子的结合位点。 ori区域常决定了质粒的许多特性，如质粒的寄主范围和质粒的拷贝数。 3、质粒复制的调控 质粒的复制过程与细菌染色体的复制基本相同，但质粒的复制调控与染色体的复制调控有明显区别。目前发现的质粒复制调控一般采用直接或间接的负调控机制，负调控因子可以使蛋白质、RNA或DNA重复序列。 质粒复制调控大致可分为两种类型： 1. 抑制物-靶位调控 2. 重复子-竞争结合调控 七、质粒的稳定性 (细胞分裂中的质粒分配) 要使质粒能够保持稳定的遗传，至少需要满足下面两个方面的条件： 1. 每个世代每个质粒平均都必须至少发生一次复制； 2. 当细胞分裂时，复制产生的质粒拷贝必须平均分配到两个子细胞中去。 在细胞分裂过程中，质粒分配到子细胞的途径可分为： 随机分配(random distribution)： 是指在细胞分裂过程中质粒拷贝数在两个子细胞之间是随机分配的。在一般情况下，通过随机分配质粒也能够得到稳定的遗传，但在分裂中也会出现无质粒的子细胞。 主动分配(active distribution：低拷贝质粒的稳定性是通过质粒编码的基因产物来实现的，如质粒编码的致死蛋白来抑制不含质粒的子细胞。另外，质粒结构中还存在编码主动