Giáo trình di truyện học vi sinh vật và ứng dụng

55 707 0
Giáo trình di truyện học vi sinh vật và ứng dụng

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Giáo trình di truyền học vi sinh vật và ứng dụng

HOÀNG TRNG PHÁN (Ch biên) TRNG TH BÍCH PHNG μ NHÀ XUT BN I HC HU Hu - 2008 1 Li nói đu n nay, di truyn hc ra đi ch mi hn mt trm nm song nó đã phát trin vi mt tc đ ht sc nhanh chóng. c bit là, trong vòng 50 nm li đây k t ngày James Watson Francis Crick khám phá ra cu trúc phân t DNA, 25/4/1953. S hoàn thành vic Gii mã di truyn bi hai nhóm nghiên cu ca Marshall Nirenberg Gobind Khorana vào tháng 6 nm 1966, s ra đi ca K thut di truyn vào gia thp niên 1970 là hai s kin ni bt nht k t sau khi Sinh hc phân t ra đi. S phát trin cùng vi nhng thành tu đt đc ca di truyn hc trong thi gian qua qu là vô cùng to ln!  góp phn đi mi ni dung giáo trình Di truyn hc Vi sinh vt ng dng theo hng cp nht kin thc cng nh phng pháp dy hc b môn  bc i hc, chúng tôi đã tham cu nhiu tài liu khác nhau n lc biên son giáo trình trên tinh thn y. Chúng tôi hy vng rng giáo trình này s đáp ng đc phn nào nhu cu ging dy hc tp ca ging viên sinh viên, cng có th s dng nh mt tài liu tham kho b ích cho giáo viên Sinh hc các trng THPT trong bi cnh đi mi giáo dc hin nay. Ni dung giáo trình gm Bài m đu 8 chng: Chng 1 gii thiu các đc đim ca di truyn hc vi sinh vt. Chng 2 - C s phân t ca tính di truyn - trình bày khái quát v cu trúc t chc ca các b gene vi sinh vt các c ch truyn thông tin di truyn ch yu là  sinh vt tin nhân (prokaryote). Chng 3 đi sâu phân tích các khía cnh ca các nguyên lý điu hoà biu hin gene  vi khun. Chng 4 - Bin d  vi sinh vt - đ cp đn các quá trình bin đi ca vt cht di truyn  các vi sinh vt (đt bin gene, sa cha DNA các yu t di truyn vn đng). Chng 5 tp trung vào lnh vc di truyn hc ca các virus. Chng 6 trình bày các nguyên lý ca di truyn hc vi khun - tip hp, bin np ti np. Chng 7 gii thiu nhng hiu bit mi có tính cht đi cng v di truyn vi nm vi to. chng 8 tp trung trình bày các khái nim, phng pháp thành tu ca lnh vc công ngh DNA tái t hp - to dòng gene  vi sinh vt, cng nh các ng dng ca nguyên lý k thut di truyn liên quan vi sinh vt trong vic to ra các sinh vt bin đi gene (genetically modified organisms = GMOs) phóng thích chúng 2 vào môi trng. Cui mi chng đu có các phn Câu hi Bài tp Tài liu tham kho đ bn đc tin ôn tp tra cu. Và, trong chng mc có th, các thut ng khoa hc thông dng đc s dng bng ting Anh hoc chú thích trong ngoc đn đ giúp ngi hc d dàng hn trong vic tip cn thông tin qua sách báo nc ngoài hoc internet. Giáo trình Di truyn Vi sinh vt ng dng do ThS. Hoàng Trng Phán TS. Trng Th Bích Phng - các ging viên đang công tác ti Khoa Sinh hc các trng i hc S phm i hc Khoa hc, i hc Hu - biên son, vi s phân công nh sau: ThS. Hoàng Trng Phán ch biên vi Bài m đu các chng 1, 2, 3, 6, 8; TS. Trng Th Bích Phng biên son các chng 4, 5 7. Chúng tôi xin trân trng cm n D án Giáo dc i hc Hu đã tài tr cho vic biên son giáo trình trong khuôn kh ca D án Giáo dc i hc mc B. Chúng tôi xin bày t lòng cm n đc bit đn PGS. TS. Phm Thành H - Trng i hc Khoa hc T nhiên, i hc Quc Gia Tp. H Chí Minh đã dày công đc bn tho cho nhiu ý kin quý báu. Do kh nng còn hn ch, chc chn giáo trình còn nhiu thiu sót. Chúng tôi rt mong nhn đc s phê bình ch bo ca các đng nghip bn đc đ giáo trình đc hoàn chnh hn trong ln in sau. Xin trân trng cm n! Hu, ngày 10 tháng 5 nm 2006 Các tác gi, HOÀNG TRNG PHÁN TRNG TH BÍCH PHNG 3 Mc lc Li nói đu 3 Mc lc 5 Bài m đu: Di truyn hc vi sinh vt cuc cách mng công ngh sinh hc Hoàng Trng Phán 8 Chng 1: Các đc đim ca di truyn hc vi sinh vt Hoàng Trng Phán 23 I. Lc s vi sinh vt hc 23 II. Các loi t bào 24 III. c đim ca vi sinh vt 30 IV. Các phng pháp nghiên cu đc thù ca di truyn hc VSV mt s phng pháp sinh hc phân t thông dng 34 V. Vai trò ca vi sinh vt trong đi sng sn xut 44 Chng 2: C s phân t ca tính di truyn Hoàng Trng Phán 50 I. S lc v thành phn hoá hc cu trúc ca các nucleic acid 50 II. T chc phân t ca các nhim sc th vi khun sinh vt nhân chun 54 III. Tái bn DNA (DNA replication) 61 IV. Phiên mã (transcription) các loi RNA  prokaryote 64 V. C ch dch mã (transcription)  prokaryote 69 Chng 3: iu hoà biu hin gene  vi khun Hoàng Trng Phán 76 I. Các nguyên lý điu hoà 76 II. Mô hình Operon 77 III. iu hoà âm tính ca các operon cm ng: lac operon 79 1. Cu trúc ca lac operon 79 2. C ch điu hoà âm tính ca lac operon 80 3. Các th đt bin ca lac operon 81 IV. iu hoà âm tính ca các operon c ch: trp operon 84 1. Cu trúc ca trp operon 85 4 2. C ch điu hoà âm tính ca trp operon 85 V. S c ch d hoá (catabolite repression): iu hoà dng tính ca lac operon 87 VI. S kt thúc phiên mã sm (attenuation)  trp operon 89 VII. S t điu hoà (autoregulation) 91 VIII. iu hoà  mc dch mã 92 Chng 4: Bin d  vi sinh vt Trng Th Bích Phng 97 I. t bin gene  vi sinh vt 97 1. Các kiu đt bin gene 97 2. Các tác nhân gây đt bin (mutagens) 102 3. Phát hin các th đt bin 105 4. C ch phân t ca các đt bin gene 106 II. Sa cha bo v DNA  vi khun 107 1. Quang phc hot (photoreactivation) 107 2. Sa cha bng ct b (excision repair) 107 3. Sa cha kt cp sai (mismatch repair) 109 4. Sa cha tái t hp error-prone 110 5. Bo v DNA vi khun bng h thng các enzyme methylase restrictase 111 III. Các yu t di truyn vn đng (transposable genetic elements) 112 1. Các yu t di truyn vn đng  vi khun 112 2. Các yu t di truyn vn đng  virus 115 3. Các yu t di truyn vn đng  vi nm 115 Chng 5: Di truyn hc virus Trng Th Bích Phng 118 I. c tính ca các virus 118 1. Tính đa dng v cu trúc thành phn di truyn 118 2. Tính đc thù v vt ch (host specificity) 118 II. Di truyn hc th thc khun (bacteriophage hay phage) 118 1. S hình thành vt tan các th đt bin phage 118 2. Tái t hp di truyn trong mt chu k sinh tan (lytic cycle) 120 3. S sp xp ca các gene trong nhim sc th phage 120 5 4. Lp bn đò cu trúc tinh vi vùng rII ca phage T4 122 5. Tính tim tan (lysogeny) phage  125 III. Tái bn ca các virus 128 1. Các virus ca vi khun 128 2. Các virus thc vt 130 3. Các virus đng vt 131 4. Các virus gây ung th, HIV/AIDS 132 Chng 6: Di truyn hc vi khun Hoàng Trng Phán 138 I. Làm vic vi vi khun 139 1. Các th đt bin ca vi khun 141 2. Kiu hình kiu gene ca vi khun 142 II. Bin np (transformation)  vi khun 143 1. nh ngha, thí nghim đc đim chung 143 2. C ch phân t ca bin np 143 III. Tip hp (conjugation)  vi khun 145 1. nh ngha, thí nghim đc đim chung 145 2. Các plasmid s truyn DNA  vi khun 150 3. Nòi Hfr 151 4. S xen plasmid F vào nhim sc th vt ch 152 5. Lp bn đ bng tip hp ngt quãng 154 6. Lp bn đ vi E. coli: Các plasmid F' trc nghim cis- trans 155 IV. Ti np (transduction) 156 1. nh ngha, thí nghim đc đim chung 156 2. Ti np chung (generalized transduction) 156 3. Ti np chuyên bit (specialized transduction) 158 4. Lp bn đ các đt bin bng ti np 159 Chng 7: Di truyn hc vi nm vi to Trng Th Bích Phng 162 I. i cng v nghiên cu di truyn  mt s vi to thông dng 162 II. Phân tích di truyn  vi nm 163 1. Tính không dung hp  vi nm 163 6 2. Phân tích b bn lp bn đ  vi nm 164 3. Phân tích di truyn trong chu trình cn hu tính (tái t hp trong nguyên phân) 167 III. Nm men nh là E. coli ca các t bào eukaryote 168 1. Các nhim sc th nm men nhân to (YAC) 168 2. Nhng hiu bit mi v t chc ca các nhim sc th nm men 170 3. Nhng hiu bit mi v tái bn phiên mã ca b gene nm men 170 4. Nhng hiu bit mi v DNA ty th ca nm men 172 Chng 8: Di truyn vi sinh vt công ngh gene Hoàng Trng Phán 175 I. Các công c thit yu ca k thut di truyn 175 1. Các enzyme gii hn mt s enzyme khác 175 2. Các vector 178 II. Các phng pháp c bn ca vic xây dng phân t DNA tái t hp in vitro 182 III. To dòng gene  vi khun 183 1. Phân lp tách chit các đon DNA ngoi lai 184 2. Kin to phân t DNA tái t hp in vitro 184 3. Chn lc vt ch thích hp chuyn các gene vào t bào ch 185 4. Xác đnh các vi khun tái t hp 186 5. Phát hin sàng lc nucleic acid ngoi lai protein 188 6. Cho biu hin gene ngoi lai 190 IV. Phóng thích ra môi trng các sinh vt đc bin đi gene 193 V. S dng các vi sinh vt đ chuyn gene vào các thc vt 196 VI. S dng các vi sinh vt đ chuyn gene vào t bào đng vt 208 VII. To các ging vi sinh vt mi bng k thut di truyn 211 VIII. Mt s ng dng khác ca k thut di truyn  vi sinh vt 211 7 Bài m đu Di truyn hc Vi sinh vt Cách mng Công ngh Sinh hc I. S ra đi phát trin ca di truyn hc công ngh DNA tái t hp S ra đi phát trin ca di truyn hc gn lin vi tên tui ca Gregor Mendel nm 1865 tri qua các giai đon sau đây. 1. S ra đi phát trin ca di truyn Mendel T đu Hà Lan (Pisum sativum), vi ý tng phng pháp nghiên cu đc đáo, nm 1865 Gregor Mendel (Hình 1) đã phát hin ra các quy lut di truyn c s đu tiên qua đó suy ra s tn ti tt yu ca các đn v đi truyn đc thù - nhân t di truyn (genetic factor) - quy đnh các tính trng đc truyn t th h này sang th h khác mà sau này gi là gene. Tuy nhiên, gii khoa hc đng thi không hiu do đó không th đánh giá tm vóc v đi ca phát minh này. Hình 1 G. Mendel Mãi đn nm 1900, ba nhà thc vt hc là Carl Correns (Germany), Hugo de Vries (Netherlands) Erich von Tschermak (Austria) đc lp nhau khám phá li các quy lut di truyn ca Mendel. di truyn hc chính thc ra đi t đây mà ngi sáng lp là Mendel. 2. S ra đi phát trin ca thuyt di truyn nhim sc th T 1910, Thomas Hunt Morgan (Hình 2) cùng vi ba cng s là Alfred H.Sturtevant, Calvin Bridges Herman J. Muller đã xây dng thành công thuyt di truyn nhim sc th (chromosome theory of inheritance) da trên đi tng nghiên cu là rui gim Drosophila melanogaster. Hc thuyt này xác nhn rng gene là đn v c s ca tính di truyn nm trên nhim sc th ( trong nhân); trên đó các gene sp xp theo đng thng to thành nhóm liên kt. Nhng đóng góp đáng k ca các môn đ xut sc ca Morgan đó là: xây dng bn đ di truyn (Sturtevant 1913), ch ra c ch xác đnh các kiu hình gii tính  rui gim (Bridges 1916) phát Hình 2 T.H.Morgan 8 trin phng pháp gây đt bin bng tia X (Muller 1927). Vi đóng góp to ln đó Morgan đã đc trao gii Nobel nm 1933 Muller nm 1946. Nm 1931, Barbara McClintock (Hình 3) Harriet Creighton thu đc bng chng vt lý trc tip v tái t hp  ngô. Sau đó, hin tng này cng đc C. Stern quan sát  Drosophila. Nh vy tái t hp có th đc phát hin c v mt vt lý ln di truyn  đng vt cng nh  thc vt. n 1944, McClintock phát hin các yu t di truyn vn đng (transposable genetic elements), bà đã đc trao gii Nobel nm 1983 v khám phá này. Hình 3 B.McClintock 3. S ra đi phát trin ca di truyn hc phân t S ra đi ca di truyn hc phân t (molecular genetics) gn lin vi các khám phá v DNA (deoxyribonucleic acid) t gia th k XX trên đi tng nghiên cu ch yu là các vi sinh vt. Tuy nhiên, trc đó Friedrich Miescher (1869) đã khám phá ra mt hn hp trong nhân t bào gi là nuclein mà thành phn chính ca nó sau này đc bit là DNA. V mi quan h gia gene protein, t 1902 Archibald Garrod qua nghiên cu bnh alcaptonuria  ngi đã gi ý rng đây là mt tính trng ln Mendel, có th liên quan ti s sai hng mt enzyme. Bng các thí nghim gây đt bin các gene liên quan đn các con đng sinh hóa trên nm mc Neurospora, nm 1941 George Beadle E.L.Tatum (Hình 4) xác nhn mi gene kim soát s tng hp mt enzyme đc thù. Chính gi thuyt mt gene-mt enzyme (one gene-one enzyme hypothesis) ni ting này đã m đng cho s ra đi ca di truyn hóa-sinh, hai ông đã đc trao gii Nobel cùng vi Joshua Lederberg nm 1958. V sau, gi thuyt này đc chính xác hóa là mt gene xác đnh ch mt chui polypeptid - cu trúc s cp ca các protein, trong đó có các enzyme. Hình 4 Beadle, Tatum, Jacob Monod (t trái sang) Vy bn cht ca gene là gì? Nm 1944, Oswald Avery (Hình 5) [...]... ng bi n i gene (genetically modified organisms = GMOs), d án b gene ng i (Human Genome Project = HGP) gây ra không ít hoài nghi, tranh cãi xung quanh các v n v o lý sinh h c (bioethics) an toàn sinh h c (biosafety) 11 II Di truy n h c vi sinh v t v i cách m ng công ngh sinh h c Cho n u th p niên 1940 các vi sinh v t, bao g m các vi khu n virus c a chúng các vi sinh v t nhân chu n n bào nh... (i) Nh!ng g c r l ch s c a vi sinh h c - Robert Hook, van Leeuwenhoek Cohn; (ii) Pasteur, Koch các k" thu t nuôi c y thanh trùng; (iii) Tính ña d ng vi sinh v t s ra ñ i c a vi sinh v t h c ñ i cương; (iv) K# nguyên hi n ñ i c a vi sinh v t h c $ ñây, t m xét theo quan ni m c a McKane Kandel (1996) Có th nói r ng t% n a sau th& k# XIX, s phát tri n c a vi sinh h c g'n li n v i b n hư... a Di truy n h c Vi sinh v t I Sơ lư c l ch s vi sinh v t h c Vi sinh v t (microorganisms, microbials) là tên g i chung dùng ñ ch t t c các sinh v t có hình th bé nh mà ch có th nhìn th y dư i kính hi n vi quang h c ho c kính hi n vi ñi n t Lĩnh v c nghiên c u này g i là Vi sinh h c (microbiology), ra ñ i cách ñây hơn 300 năm b i Antoni van Leeuwenhoek (1676; hình 1.1) v i khám phá ñ u tiên các vi sinh. .. ti n b c a công ngh sinh h c (biotechnology) nói chung ã có nh ng tác ng m nh m lên nhi u ngành khoa h c trên m i m t c a i s ng, kinh t , chính tr xã h i ph m vi toàn c u Di truy n h c nói chung di truy n h c vi sinh v t nói riêng c hình dung v trí trung tâm giao thoa v i sinh h c, hóa sinh h c, k ngh , y-d c, nông nghi p, sinh thái h c, kinh t h c, lu t, xã h i h c tri t h c (Hình 9)... di truy n h c T ây hình thành các l nh v c di truy n h c sinh- hoá di truy n h c vi sinh v t, hai n n t ng chính cho s ra i c a di truy n h c phân t (1953) công ngh ADN tái t h p sau này (1978) ây vi khu n E coli c xem là m t sinh v t mô hình nh t quán tuy t v i c a di truy n h c hi n i Nó c s d ng m t cách r ng rãi trong các thí nghi m ch ng minh các ph ng th c tái b n bán c a DNA (Meselson và. .. ng pháp k thu t m i trong sinh h c phân t nh : (i) Kính hi n vi i n t ; (ii) Tách chi t phân tích nh tính nh l ng thô nucleic acid; (iii) Xác nh trình t nucleic acid c a gene (b ng ph ng 13 pháp hoá h c c a Maxam Gilbert b ng ph ng pháp didesoxy c a Sanger); (iv) Lai phân t nucleic acid; (v) ánh d u ng v phóng x s d ng các m u dò; (vi) PCR; (vii) T o dòng DNA tái t h p; (viii) Gây... lo i t bào vi sinh v t prokaryote eukaryote Các vi sinh v t không ph i là m*t nhóm riêng bi t ho c m*t ñơn v phân lo i, mà thư ng bao g)m nhi u nhóm gi i khác nhau r t ña d ng, t% các virus (xem chương 5), vi khu.n cho ñ&n các vi sinh v t eukaryote D a vào phân lo i h c phân t , năm 1977 Carl Woese chia sinh v t nhân sơ thành 2 nhóm d a trên trình t 16S rRNA, g i là nhóm hay v c (domain) vi khu n... n hoá nhanh: Các vi sinh v t tuy nh bé nh t trong sinh gi i, nhưng năng l c h p thu chuy n hoá c a chúng có th vư t xa các sinh v t b c cao Ch ng h n, vi khu.n lactic (Lactobacillus) trong 1 gi có th phân gi i m*t lư ng ñư ng lactose n ng hơn 1.000-10.000 l n kh i lư ng cơ th chúng • Kh năng sinh s n nhanh: So v i các sinh v t khác thì các vi sinh v t có t c ñ* sinh trư ng sinh sôi n y n c c... 69 nghìn loài, vi t o - 23 nghìn, vi khu.n lam - 2,5 nghìn, vi khu.n - 1,5 nghìn, virus ricketsi - 1,2 nghìn 2 ð c ñi m c a vi khu n 2.1 ð c ñi m sinh s n Vi khu.n sinh s n b ng cách chia ñôi (binary fission) hay tr c phân (amitosis) M c dù không có hình th c sinh s n h!u tính (ch là sinh s n c n h u tính, parasexual reproduction), các bi&n ñ,i di truy n v3n x y ra trong t%ng t& bào vi khu.n thông... t h p l p b n di truy n, nghiên c u c u trúc tinh vi ch c n ng sinh hoá c a gene (Benzer 1961; Yanofsky 1961); c ch i u hoà sinh t ng h p protein (Jacob Monod 1961) v.v N m men bia S.s cerevisiae c ng s m c s d ng làm mô hình cho các nghiên c u di truy n h c eukaryote ng d ng r ng rãi trong công ngh DNA tái t h p sau này V i s phát tri n vô cùng nhanh chóng c a di truy n h c trong vài th

Ngày đăng: 04/01/2014, 10:59

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan