细菌遗传学

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介绍

遗传学是研究遗传特征或性状从亲代传递给后代（遗传）的学科。细菌通常被用作研究复制、转录、翻译、遗传密码和遗传变异（包括突变）的模型。大肠杆菌是常用的模式生物，因为它具有6小时的世代时间，可以在短时间内产生快速的结果。基因是携带特定性状信息的DNA片段。从一个生物体转移到另一个生物体的遗传信息称为基因转移。基因转移机制包括两种类型——垂直和水平基因转移。在垂直基因转移中，遗传性状从亲代传递给后代，而在水平基因转移中，遗传信息在两个生物体之间独立传递。

细菌之间的遗传信息通常通过结合、转化和转导传递。这些基因转移机制使细菌能够在极端环境中存活，这些环境容易受到温度、压力、盐度、营养需求等变化的影响。与其他生物相比，细菌可以快速适应新的环境，由于基因转移机制，不断受到环境变化的影响。

结合

这种遗传信息转移方式是由乔舒亚·莱德伯格和爱德华·塔特姆于1946年发现的。在细菌结合中，遗传信息通过两个细菌细胞之间的接触通过称为“性菌毛”的结合管转移。F质粒或在细菌细胞中独立于染色体复制的生育质粒在结合过程中转移。F质粒是一小段环状DNA，携带不同的遗传信息。该过程涉及供体细胞和受体细胞。供体细胞包含F质粒，被称为F+（F加）细胞，而缺乏F质粒的细胞被称为F-（F减）或受体细胞。

结合发生的三种方法如下：

• F+ X F- 结合

• Hfr 结合

• F´ X F- 结合。

F+X F- 结合

这种遗传结合发生在供体（F+）和受体（F-）之间。这里的基因转移是非互惠的。

Hfr 结合

这种类型的结合中的供体被称为Hfr菌株（高重组频率），因为与F+供体相比，基因转移的效率非常高。

F´ X F- 结合

F-充当受体细胞，而F´包含Hfr菌株的F质粒。

应用

它被广泛用于合成新的细菌细胞，这些细胞可以产生新的代谢产物、抗生素抗性等。

转化

弗雷德里克·格里菲斯于1928年发现了这种遗传重组方式。在细菌转化中，供体细胞的细胞外DNA以可遗传的形式被受体细胞吸收。受体细胞吸收DNA并发生转化。基因转移可以自然发生在环境中，也可以在实验室中人工诱导。此方法被广泛用于产生重组DNA。转化在环境中经常发生。当细菌细胞裂解时，大量DNA释放到环境中，这些DNA被感受态细胞吸收。

应用

它被科学家广泛用于DNA克隆、基因工程、生物修复、胰岛素生产、酶、激素等。

转导

转导是通过噬菌体在两个细菌细胞之间进行遗传重组的一种形式。噬菌体作为转移基因的载体。细菌DNA或其片段通过噬菌体转移到另一个细菌。这种基因转移方式与结合和转化的不同之处在于两个细菌细胞之间没有物理接触。诺顿·辛德和乔舒亚·莱德伯格于1952年发现了这种遗传物质转移方式。转导的两种方式是普遍的和专门的。

普遍转导

在这种类型的转导中，只有细菌DNA由噬菌体携带。

它包括以下步骤：

• 噬菌体裂解细菌细胞。

• 噬菌体将其遗传物质插入宿主细菌细胞，导致宿主细胞DNA降解。

• 噬菌体DNA和蛋白质在宿主细胞中合成。噬菌体组装成新的噬菌体。在某些情况下，部分降解的宿主细胞DNA也会整合到新形成的噬菌体中。这样的颗粒称为“转导颗粒”。

• 然后，噬菌体裂解宿主细胞并将其自身释放出宿主细胞。因此，循环继续。转导颗粒入侵一个新的细菌细胞。

• 转导颗粒的DNA整合到细菌染色体中。这种重组称为普遍转导。

专门转导

专门转导，也称为限制性转导，涉及携带宿主细菌DNA的特定部分。

它包括以下步骤：

• 噬菌体入侵细菌细胞（供体细胞）。

• 噬菌体将其遗传物质插入细菌供体细胞。

• 然后，噬菌体DNA与细菌DNA整合。

• 噬菌体复制形成新细胞。新形成的噬菌体细胞包含噬菌体和供体DNA。

• 一旦细胞裂解，噬菌体就会攻击新的细菌细胞（受体细胞）并将杂合DNA注入受体细胞。然后，杂合DNA与新的细菌细胞整合。

• 受体细胞现在包含其噬菌体DNA和供体DNA。

应用

它被广泛用于基因工程、基因治疗、细菌基因作图等。

常见问题

问题 1. 噬菌体是什么？

答案。噬菌体是侵入细菌细胞并在其内部增殖的病毒。

问题 2. 感受态细胞是什么？

答案。在转化过程中吸收来自不同细菌细胞的外源DNA的受体细胞称为感受态细胞。

问题 3. 遗传重组是什么？

答案。遗传重组称为两个DNA分子交换和重新连接以形成新的DNA分子的过程。

问题 4. 结合管是什么？

答案。结合管，通常称为性菌毛，是一种将两个细菌细胞拉在一起或连接在一起以帮助DNA转移的管子。

问题 5. 哪种形式的转导可以用温和噬菌体进行？

答案。专门转导。