Đại cương về di truyền vi sinh vật

CHÖÔNG VIII: ÑAÏI CÖÔNG VEÀ DI TRUYEÀN VI SINH VAÄT I. Sô löôïc di truyeàn hoïc phaân töû II. Di truyeàn hoïc vi sinh vaät III. ÖÙng duïng di truyeàn hoïc VSV Web 1.1. Vaät chaát di truyeàn ôû virut I. SÔ LÖÔÏC DI TRUYEÀN HOÏC PHAÂN TÖÛ 1. Vaät chaát di truyeàn cuûa vi sinh vaät Vivus RNA TMV Moät voøng Nhieàu voøng Buùi Ñoaïn ADN Nhieãm saéc theå cuûa prokaryote b. Vaät chaát di truyeàn cuûa prokaryote c. Vaät chaát di truyeàn cuûa eukaryote Nhieãm saéc theå ôû eukaryote 3. Sao cheùp DNA (DNA replication) Sô ñoà veà cô cheá sao cheùp DNA 4. Phieân maõ (transcription) vaø dòch maõ (translation) Sô ñoà quaù trình phieân maø vaø dòch maõ Sô ñoà quaù trình sao cheùp, phieân maõ, dòch maõ Film - Ñoät bieán laø söï bieán ñoåi kieåu gen (genotyp) → söï thay ñoåi moät tính traïng. II. DI TRUYEÀN HOÏC VI SINH VAÄT 1.1. Ñònh nghóa - Bieán ñoåi thích nghi vôùi moâi tröôøng soáng goïi laø bieán ñoåi kieåu hình (phenotyp) 1. Ñoät bieán vaø söï phaùt sinh ñoät bieán 1.2. Tính voâ höôùng cuûa ñoät bieán a. Thöû nghieäm dao ñoäng cuûa Luria vaø Delbruck (1943) b. PP choïn giaùn tieáp caùc chuûng ñoät bieán baèng caùch in veát (do Lederberg 1952) I II Khoâng coù T1 III Coù T1 1.3. Caùc loaïi ñoät bieán a. Ñoät bieán ñieåm b. Ñoät bieán maát ñoaïn Leu XUU Asp AAU Ala GXX Sôïi cuõ Theâm guanin vaøo UUA Leu AUG met GXX Ala Sôïi môùi Liz …. AAG Xer A GU Pro XXA Ñoaïn ban ñaàuU… …. AAG Liz G UX Val XAU His Sau ñoät bieán… A bò maát ñi 1.4. Taàn soá ñoät bieán vaø toác ñoä ñoät bieán Taàn soá ñoät bieán hay soá löôïng caùc theå ñoät bieán trong moät quaàn theå TB, töø 10-4 ñeán 10-14. Xaùc suaát cuûa moät ñoät bieán ñoái vôùi moãi TB vaø moãi theá heä goïi laø toác ñoä ñoät bieán. Toác ñoä ñoät bieán ngaãu nhieân ñoái vôùi moät gen xaùc ñònh laø 10-5, vôùi moät caëp nucleotit 10-8. 1.5. Taùc nhaân gaây ñoät bieán ôû vi sinh vaät - Ñoät bieán ngaãu nhieân Laø ñoät bieán khoâng caàn coù söï can thieäp cuûa con ngöôøi. Do söï sai soùt ngaãu nhieân khi lieân keát nucleotid trong quaù trình sao cheùp gaây neân Ví duï: AT bò chuyeån thaønh GX - Ñoät bieán caûm öùng Ñoät bieán nhôø xöû lyù TB baèng caùc taùc nhaân gaây ñoät bieán Taùc nhaân gaây ñoät bieán coù theå laø hoùa, lyù hay sinh hoïc. 2. Taùi toå hôïp di truyeàn ôû VK Xaûy ra khi coù söï töông ñoàng cao veà trình töï vaø caàn ñöôïc xuùc taùc bôûi moät enzym protein RecA. (1) Taïo moät veát ñöùt treân DNA (nicking) (2) Môû voøng DNA xoaén keùp (3) Baét caëp giöõa caùc ñoaïn töông ñoàng treân hai phaân töû DNA maïch ñôn (caàn enzym RecA) (4) Caét vaø noái caùc maïch DNA vaø laøm trao ñoåi ñoaïn treân caùc maïch DNA naøy. Film Sô ñoà TTH di truyeàn vôùi söï tham gia cuûa RecA Sô ñoà taùi toå hôïp di truyeàn 3. Bieán naïp (Transformation) Laø söï chuyeån ADN töï do töø VK cho sang VK nhaän, ñaây laø söï trao ñoåi töï do khoâng coù söï can thieäp cuûa baát cöù nhaân toá naøo khaùc Ñöôïc Griffith phaùt hieän (1928) nhôø thí nghieäm treân Diplococcus pneumoniae: Thí nghieäm cuûa Griffith veà bieán naïp Coù moät thaønh phaàn vaät chaát naøo ñoù cuûa VK daïng S bò dieät cheát → VK soáng daïng R → VK naøy hình thaønh voû nhầy vaø gaây beänh. Hieän töôïng naøy ñöôïc goïi laø bieán naïp vaø nhaân toá gaây neân hieän töôïng naøy laø nhaân toá bieán naïp. 9 Griffth ñöa ra nhaän ñònh: 9 Baûn chaát cuûa nhaân toá bieán naïp: Avery Macleot vaø Maccthy (1944) ñaõ chöùng minh nhaân toá bieán naïp chính laø ADN. Neáu VK SIII ñöôïc xöû lyù baèng ADN-ase thì khoâng thaáy hieän töôïng bieán naïp. Vaäy nhaân toá bieán naïp chính laø ADN laø vaät chaát di truyeàn ñaëc hieäu cuûa TB VK R bieán thaønh daïng SIII. TN: ADN VK daïng SIII + VK daïng R + Chæ vôùi moät noàng ñoä cöïc nhoû (vaøi phaàn ngaøn μg/ml) ADN tinh khieát cuõng gaây ra bieán naïp + ADN bieán naïp coù tính ñaëc hieäu + Söï bieán naïp coù tính thuaän nghòch + ADN bieán naïp duy trì cho theá heä con chaùu VK R + ADN cuûa VK SI VK R + ADN cuûa VK SIII VK daïng SI VK daïng SIII 9 Ñieàu kieän caàn thieát cho bieán naïp: + Phuï thuoäc ñaëc tính di truyeàn + Phuï thuoäc vaøo traïng thaùi sinh lyù cuûa teá baøo + Phuï thuoäc vaøo kích thöôùc, soá löôïng vaø hoaït tính ADN Caùc giai ñoïan cuûa söï bieán naïp Laø söï truyeàn ADN töø VK cho sang VK nhaän qua trung gian laø phage, goïi laø phage vector hoaëc phage taûi naïp. Ñöôïc Zinder vaø Lederberg phaùt hieän naêm 1952 treân Salmonella. Thí nghieäm vôùi chuûng Salmonella 2A T+ vaø Salmonella 22A T- 4. Taûi naïp (Transduction) Khuyeát döôõng T- Töï döôõng T+ Thí nghieäm cuûa Zinder vaø Lederberg Töï döôõng T+ Voû protein cuûa phage Vi khuaån A (theå cho) Toång hôïp caùc thaønh phaàn cuûa phage ADN cuûa vi khuaån bò caét thaønh töøng ñoaïn Phage ADN cuûa phage Laép raùp thaønh phage hoaøn chænh vaø phaù vôõ teá baøo Voû protein cuûa phage raùp nhaèm ñoaïn ADN cuûa vi khuaån Phage mang ADN vi khuaån A xaâm nhaäp vaøo vi khuaån B Vi khuaån tieáp tuïc nhaân leân Vi khuaån B (theå nhaän) ADN vi khuaån A hôïp nhaát vaøo nhieãm saéc theå vi khuaån B Ñoaïn ADN bò thay theá ¾ Taûi naïp khoâng ñaëc hieäu Laø söï taûi naïp coù theå truyeàn ñi caùc tính traïng raát khaùc nhau töø moät VK naøy ñeán moät VK khaùc Ví duï phage P22 coù khaû naêng taûi naïp baát kyø tính traïng di truyeàn naøo cuûa Salmonella typhymurium Film Phage chæ taûi naïp moät tính traïng nhaát ñònh. Do ADN cuûa phage chæ keát hôïp vôùi moät ñoaïn xaùc ñònh cuûa heä gen VK. Ví duï: phage λ cuûa E.coli K12 ¾ Taûi naïp ñaëc hieäu Film Laø hieän töôïng truyeàn moät phaàn vaät chaát di truyeàn töø VK cho ñeán VK nhaän thoâng qua caàu noái lieàn caùc TB vôùi nhau 5. Tieáp hôïp (Conjugation) Thí nghieäm Lederberg vaø Tatum (1946) a. Thí nghieäm veà tieáp hôïp Laø moät ADN maïch voøng coù caáu truùc khaùc vôùi NST. Toàn taïi ñoäc laäp hoaëc ñính vôùi NST VK, sao cheùp rieâng reõ hoaëc cuøng vôùi NST. VK coù yeáu toá giôùi tính goïi laø VK ñöïc (F+) VK khoâng coù yeáu toá GT goïi laø VK caùi (F-) b. Nhaân toá giôùi tính F+ F- Vi khuaån F+ vaø F- Film + VK ñöïc F+ laø VK coù yeáu toá giôùi tính F (Fertility), toàn taïi ñoäc laäp trong TB + VK ñöïc Hfr laø nhöõng VK coù yeáu toá giôùi tính ôû traïng thaùi lieân keát vôùi NST cuûa VK do ñoù khi truyeàn yeáu toá F cho VK caùi F- thöôøng coù keøm theo moät ñoaïn hoaëc toaøn boä NST cuûa VK ñöïc. Vi khuaån Hfr vaø F+ Sô ñoà quaù trình tieáp hôïp Sô ñoà caùc quaù trình tieáp hôïp, bieán naïp, taûi naïp III. ÖÙNG DUÏNG DI TRUYEÀN HOÏC VSV - Thoâng qua di truyeàn hoïc ñaõ taïo ra nhöõng chuûng môùi coù nhöõng ñaëc tính theo yù muoán con ngöôøi vaø öùng duïng trong nhieàu lónh vöïc - Laø cô sôû cuûa khoa hoïc choïn gioáng vi sinh vaät