Реферат на тему Перенос генетического материала и генетическое картирование у актиномицетов

ФГОУ ВПО

Оренбургский государственный аграрный университет

Кафедра микробиологии

Реферат

по генетике микроорганизмов на тему:

Перенос генетического материала и генетическое картирование у актиномицетов

Выполнил : студент &921;V курса

ФВМ и Б специальности

Микробиология Акжигитов А.С.

Проверил: преподаватель кафедры

микробиологии Капустина О.А.

Оренбург 2010

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ

1. Перенос генетического материла у актиномицетов

1.1 Перенос генетического материала с помощью плазмид

1.2 Передача генетического материала с помощью рекомбинации

1.3 Перенос генетического материала посредством трансдукции

2. Генетическое картирование актиномицетов

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


ВВЕДЕНИЕ

Актиномицеты это группа микроорганизмов, соединяющая в себе черты бактерий и грибов. Широко распространены в почвах, в иле водоёмов, в воздухе и на растительных остатках.

Морфологические признаки актиномицет имеют аналогию со строением несовершенных грибов. Для них характерно нитевидное или палочковидное и кокковидное строение и наличие боковых выростов; способны к формированию ветвящегося мицелия на некоторых стадиях развития диаметром 0,41,5 мкм, которая проявляется у них в оптимальных для существования условиях. Подчеркивая бактериальное происхождение актиномицетов, ученые называют их аналог грибного мицелия тонкими нитями. Актиномицеты включают в себя организмы с наиболее характерными среди всех бактерий нитчатым строением.

Наиболее важными вопросами, касающиеся изучения актиномицет, являются исследование механизмов передачи генетического материала и создание новых способов генетического картирования. На настоящий момент достаточно подробно изучены способы передачи генетического материала плазмидами, с помощью рекомбинации, трансдукции, конъюгации гамет, а также эффективные методы составления генетических карт.

1. Перенос генетического материала у актиномицетов

1.1 Перенос генетического материала с помощью плазмид

Это наиболее часто встречающийся способ переноса генетического материала у актиномицетов.

Линейные плазмиды актиномицетов были обнаружены раньше, чем линейные хромосомы. Впервые они были описаны у одного из видов актиномицетов в конце 70-х начале 80-х гг. Эти плазмиды, pSLA 1 и pSLA 2, были размером несколько более 10 тпн. Они детерминировали синтез антибиотика ланкацидина. В клетке содержалось до 60 копий таких плазмид. Линейное строение их ДНК доказывалось следующим образом.

Во-первых, обработка рестриктазами давала такую комбинацию фрагментов, на основании которой могла быть построена лишь линейная, но не кольцевая карта. Далее, два фрагмента не входили в гель при электрофорезе, если ДНК не была депротеинизирована проназой. Если ДНК была обработана фенолом и додецилсульфатом натрия, то эти фрагменты можно было найти на электрофореграммах, но их передвижение было аномальным. Лишь после депротеинизации они передвигались со скоростью, соответствующей их размерам. Нативная ДНК плазмид была устойчива к 3-экзонуклеазе, но чувствительна к экзонуклеазе фага А (5-экзонуклеаза). Все это свидетельствовало о том, что плазмиды были линейными, и на их свободных концах находились белки, прикрепленные к 5-концам ДНК. Впоследствии было установлено, что на концах линейных плазмид S. rochei находятся многочисленные повторы длиной в несколько сот пар оснований. У плазмиды pSCL из клеток S. clavuligerus концевые участки с повторами, размером около 1 тпн, были очень похожи друг на друга; правый участок мог гибридизоваться с левым.

ДНК одной линейной плазмиды, pSCL-1 из S. clavuligerus , была полностью секвенирована. Вся плазмида была размером в 11696 пар нуклеотидов (п.н.). На ее концах были обнаружены занимающие ~900 п.н. концевые инвертированные повторы, имеющие -70% гомологии с концевыми участками плазмиды из S. rochei. К концам "крепились" белки; видимо, с этих участков начиналась репликация ДНК, идущая от концов к центру линейной плазмиды. Однако в некоторых случаях линейные плазмиды могли реплицироваться с другой области, расположенной в центре плазмиды. Так, плазмида pSCL 1 из S. clavuligerus размером в 12 т.п.н. могла быть клонирована в плазмиде Е. coli pUC 19, Если затем кольцевую химерную плазмиду выделяли из клеток Е. coli, то она реплицировалась в клетках актиномицетов как кольцевая молекула. Это свойство сохранялось и тогда, когда рестриктазами "обрезали" концевые части pSCL 1 и "закольцовывали" основную часть плазмиды лигазой. Видимо, второй ориджин репликации в нормальных условиях роста был критическим. Есть упоминание о том, что линейная плазмида pSA 1 под влиянием определенных мутаций может реплицироваться как кольцевая структура; при этом ее копийность возрастает от I до 20 - 30 копий на клетку. Линейные плазмиды могли быть конъюгативными.

Все сказанное выше относилось в основном к плазмидам актиномицетов в 10 15 т.п.н. Однако наряду с ними в клетках актиномицетов существуют огромные плазмиды с линейной структурой: от 50 тпн (например, SLP 2) до 300 590 т.п.н. (SCP 1 и ряд других плазмид; 26 - 28; 76). Одна из этих плазмид SCP I была известна гораздо раньше, но лишь недавно с применением пульсфореза удалось показать ее линейную структуру и другие особенности строения. В поле пульсфореза она вела себя как линейная дрожжевая хромосома сходных размеров; другим доказательством ее линейности служили расчеты с построением рестрикционной карты после применения целого спектра рестриктаз. Для этой и других гигантских плазмид характерна очень большая величина концевых участков с инвертированными повторами; у SCP 1 каждый концевой участок имел размер в 40 тпн, что в сумме составляло заметную часть всей длины плазмиды. Интересно, что у крупной линейной плазмиды SLP 2 правый концевой участок был практически полностью гомологичен обоим концам линейной хромосомы клетки, что вначале вызвало недоумение (три одинаковых концевых участка в клетке, обладающей лишь одной линейной хромосомой). Однако затем была выявлена "плазмидная принадлежность" одного из этих концов. Гигантская плазмида SCP 1 может нести участки хромосомы, и участки этой плазмиды могут включаться в хромосому. При ее огромной величине ее копийность равняется приблизительно четырем копиям на клетку, что составляет ~20% плазмидной ДНК на клеточныйгеном.

1.2 Перенос генетического материала с помощью рекомбинации

Явление рекомбинации у актиномицет напоминает гибридизацию у высших организмов. Установлено, что при контакте клеток (чаще дефектных) двух разных штаммов бактерий или актиномицетов свойства одного штамма переходят к другому. В результате получаются смешанные формы с признаками двух исходных культур. Такой процесс происходит между двумя родственными организмами.

Явление генетической рекомбинации было продемонстрировано многими исследователями у ряда представителей рода Streptomyces, в том числе продуцирующих антибиотики, но только у одного из штаммов Str . coelicolor генетические исследования проводились планомерно в течение многих лет . Однако, хотя основные сведения о генетической системе актиномицетов получены для Str . coelicolor , результаты исследований других видов актиномицетов согласуются с ними, что дает возможность говорить об общих особенностях генетической рекомбинации в пределах рода Streptomyces (Actinomyces, по классификации Н. А. Красильникова).

Методические подходы при изучении генетики актиномицетов принципиально те же, что и для других микроорганизмов. Скрещивания производят между штаммами, маркированными различными генетическими факторами (биохимическая недостаточность, устойчивость к антибиотикам и др.), а отбор рекомбинантов ведут на специально подобранных селективных средах. И то и другое необходимо, так как генетическая рекомбинация явление редкое и генетические рекомбинанты составляют лишь незначительную долю в популяции исходных штаммов.

В настоящее время можно считать установленным, что процесс генетической рекомбинации у актиномицетов в основном сходен с процессом конъюгации у бактерий, детально изученным у Е. coli , Str . coelicolor , подобно бактериям, имеет единую кольцевую группу сцепления, на которой определено местоположение около 40 различных генетических локусов. Характерная особенность генетической карты Str . coelicolor состоит в неслучайном расположении генетических локусов, сосредоточенных преимущественно в двух областях карты, тогда как две другие области являются почти пустыми. Такое разобщение двух групп локусов в пространстве (возможно, лишь кажущееся) и послужило причиной первоначального представления о наличии у актиномицетов двух независимых групп сцепления.

Явление генетической рекомбинации описано у большинства изученных видов актиномицетов. Однако возникновение генетических рекомбинантов при внутривидовых скрещиваниях наблюдается далеко не во всех комбинациях мутантов, даже если они и происходят из одного и того же штамма. Вопрос о половой полярности штаммов внутри одного вида до сих пор остается не решенным, хотя и имеются некоторые данные в пользу ее существования. Лучше изучен вопрос об особенностях самого процесса генетической рекомбинации у актиномицетов. Этот процесс состоит из нескольких этапов, причем, как установлено недавними исследованиями, оба родительских штамма принимают неодинаковое участие в скрещивании: один играет роль донора, другой реципиента генетического материала, напоминая в этом отношении бактерии.

Как и у бактерий, в результате переноса генетического материала от одного штамма к другому происходит образование неполных зигот (мерозигот), содержащих полный геном реципиентного штамма и часть генома донорного. При этом диплоидный участок мерозиготы может варьировать как по составу, так и по протяженности, а процесс возникновения частичного диплоидного ядра происходит во времени. В отличие от бактерий, для актиномицетов характерно длительное существование стадии мерозиготы, сохраняющейся в течение ряда поколений, постепенно сменяющейся стадией образования гаплоидных рекомбинантов. В соответствии с этим у актиномицетов описаны клоны, являющиеся по своей генетической структуре мерозиготами. Они характеризуются нестабильностью и в процессе размножения выщепляют различные клоны гаплоидных рекомбинантов. Открытие таких клонов, названных гетероклонами, дало возможность разработать простой метод генетического анализа у актиномицетов, основанный на учете различных типов гаплоидных рекомбинантов в потомстве гетероклонов.

Таким образом, процесс генетической рекомбинации у актиномицетов состоит из нескольких этапов, последний из которых заключается в образовании гаплоидных рекомбинантов. Эти рекомбинанты, в отличие от гетероклонов, являются стабильными и служат основным объектом исследований в промышленных скрещиваниях. Однако необходимо иметь в виду, что вследствие неодинакового участия двух родительских штаммов в скрещивании, когда один из них поставляет только часть своего генетического материала другому, гаплоидные рекомбинанты наследуют большинство генетических факторов от одного родителя и только некоторые от другого. Иными словами, по своей генетической структуре гаплоидные рекомбинанты, как правило, более напоминают одного родителя, чем другого, что неизбежно ограничивает возможности гибридизации у актиномицетов.

Наряду с генетической рекомбинацией у актиномицетов наблюдается другое широко распространенное явление гетерокариозис, во многом сходное с аналогичным явлением у грибов.

Первоначально считали, что возникновение гетерокарионов между двумя штаммами представляет собой первый необходимый этап генетической рекомбинации. Однако в настоящее время имеются данные, что оба эти явления не связаны между собой причинно и происходят независимо друг от друга. Поскольку гетерокариотические клоны являются обычно нестабильными, расщеплясь при размножении на оба исходных родительских типа, гетерокариозис не может использоваться в качестве способа получения гибридных форм у актиномицетов.

1.3 Передача генетического материала посредством трансдукции

Трансдукция - передача генетического материала от одной бактерии (донора) другой (реципиенту) с помощью умеренных бактериофагов. Открыта в 1952 Дж. Ледербергом и Н. Циндером при анализе причин изменения наследств, признаков у некоторых штаммов бактерии (Salmonella typhimurium) при их совместном выращивании обнаружена у многих бактерий: сальмонелл, шигелл, бацилл, а также у актиномицетов. Установлено, что при индукции профага иногда происходит включение в зрелую фаговую частицу фрагмента бактериальной хромосомы. Фаг, несущий генетический материал бактерии, называют трансдуцирующим (ТФ). При заражении ТФ чувствительной бактерии фрагмент хромосомы донора переносится в клетку реципиента. В зависимости от типа бактериофага от донора к реципиенту переносится либо строго определённый фрагмент бактериальной хромосомы (специфическая или ограниченная трансдукция), либо любой фрагмент бактериальной хромосомы (общая или неспецифическая трансдукция). Фаги, осуществляющие специфическую трансдукцию, как правило, переносят несколько генов, а осуществляющие общую трансдукцию 12% генов бактерий. В этом случае в ТФ собственная ДНК заменена аналогичным по размерам фрагментом бактериальной хромосомы. Это свойство трансдукции используется в генетическом картировании: по частоте совместного переноса двух генов судят о расстоянии между ними на хромосоме.

В случае устойчивой общей трандукции фрагмент включается в хромосому реципиента за счёт двойного кроссинговера, и в результате возникают устойчивые рекомбинанты. При абортивной общей трансдукции фрагмент донора не включается в хромосому реципиента и не реплицируется, поэтому при делении клеток сохраняется только в одной линии потомков. При ограниченной трандукции фрагмент донора включается в хромосому реципиента вместе с несущим его геномом фага, который т. о. переходит в состояние профага.

2. Генетическое картирование актиномицетов

Генетика актиномицетов исследована достаточно хорошо. Для наиболее изученных видов еще с конца 50-х гг. составлялись на основании конъюгационных скрещиваний подробные генетические карты с множеством нанесенных на них маркеров. Эти карты были кольцевыми.

Генетическое картирование проводится с помощью Днк гибридизации. Данный метод основан на способности ДНК и РНК специфически соединяться (гибридизироваться) с комплементарными олигонуклеотидными фрагментами, искусственно синтезированными и меченными ферментом, флюорохромом или изотопом. Эти фрагменты называются зондами. Для проведения молекулярной гибридизации молекулу исследуемой ДНК расплетают, одну нить закрепляют на специальном фильтре, который помещают в раствор, содержащий меченый зонд. Создаются условия, благоприятные образованию двойных спиралей. При наличии комплементарности между зондом и исследуемой ДНК они образуют между собой двойную спираль. После окончания гибридизации и отмывания несвязавшихся продуктов проводится детекция образовавшегося комплекса при помощи соответствующей метки.

Данные о наличии перестроек генома ряда мутантов актиномицетов получены в экспериментах по ДНК - гибридизации, в которых в качестве зонда использовали 0,85 т.п.н. фрагмент плазмиды pUS8, несущий ген kmr.

Поскольку ДНК актиномицетов имеет высокий ГЦ-состав (70-74%) , для получения макрофрагментов хромосомной ДНК используются эндонуклеазы рестрикции, сайты узнавания которых содержат лишь АТ-пары. А в результате картирования актиномицетов определяют размеры хромосомной ДНК исследуемых штаммов как сумму размеров обнаруженных макрофрагментов ДНК, а также определяют длину молекулы ДНК. Дальнейшие исследования в этой области позволят сделать новые открытия в этой области.

Заключение

Таким образом, на настоящий момент у актиномицетов описана передача генетического материала с помощью плазмид, причем для данной группы микроорганизмов характерны не только кольцевые плазмиды, но также и линейные. Хорошо изучен процесс трансдукции, осуществляемый с помощью актинофага, а рекомбинация еще находится на стадии изучения.

На основании конъюгационных скрещиваний с конца 50-х годов были созданы кольцевые генетические карты актиномицетов. При создании генетических карт применяются химические и физические методы, наиболее эффективным является метод ДНК-гибридизации, осуществляемый с использованием олигонуклеотидных праймеров.


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика / Ф. Айала, Дж. Кайгер.- М.: Мир, 1987.- 368 с.

2. Гершковиш И. Генетика / И. Гершковиш. - М.: Мир, 1970. 280 с.

3. Захаров И.А., Мацелюх Б.П. Генетические карты микроорганизмов / И.А.Захаров, Б. П. Мацелюх. - М.: Наука, 1986. 250c.

4. Прозоров А.А. Строение генома бактерий: единство или многообразие? // Генетика. 1995. Т. 31. 6. С. 741752.

5. Прокофьева-Бельговская А.А. Строение и развитие актиномицетов / А.А. Прокофьева-Бельговская. М., 1963. 250 с.

6. Рыбчин В.Н. Основы генетичесой иженерии./ В.Н.Рыбчин. - С.-П.: Издательство СПбГТУ,1999.- 350с.

7. Сингер М., Берг Б. Гены и геномы./ М. Сингер, Б. Берг.- М.: Мир, 1998.- 394с.

Похожие рефераты:

Курсовая работа на тему Получение ферментных препаратов выращенных глубинным способом Реферат на тему Предмет и основные концепции науки о человеке Реферат на тему Районування брусниці та чорниці Реферат на тему Рекомбинация и генетический анализ бактериофагов Контрольная работа на тему Роль симметрии и асимметрии в научном познании Реферат на тему Селекция Реферат на тему Состояние популяции кабана и европейской косули в Воронежской области Курсовая работа на тему Ссавці моря Курсовая работа на тему Стафилококки возбудители пищевых токсикозов Реферат на тему Стволовые клетки Реферат на тему Стволовые клетки. Перспективы и возможности их практического использования Реферат на тему Теория интегрированных методов защиты растений и применение энтомофагов в борьбе с вредителями картофеля Контрольная работа на тему Теория саморазвития каталитических систем А.П. Руденко. Зональные, континентальные и океанические комплексы Контрольная работа на тему Уровни живых систем. Нервная система человека. Гормоны тимуса Контрольная работа на тему Учение В. И. Вернадского о ноосфере Реферат на тему Физиология и защитные свойства боли Контрольная работа на тему Концепции современного естествознания Курсовая работа на тему Концепция современного естествознания Реферат на тему Фізіологія рослинної клітини Реферат на тему Эволюция полового поведения Учебное пособие: Эпителиальные ткани Курсовая работа на тему Характеристика возбудителей порчи мясных, молочных и яйцепродуктов Реферат на тему Химия лекарственных растений. Лекарственное растительное сырье, содержащее алкалоиды Курсовая работа на тему Vectors for moleculars cloning Контрольная работа на тему Бессмертие как религиозно-философская проблема Курсовая работа на тему Бифидобактерии и использование их в молочной промышленности Дипломная работа на тему Вивчення ентомофауни річки Горинь в Дубровицькому районі Курсовая работа на тему Виды адаптации в окружающей среде Контрольная работа на тему Свойства и применение слизей и пектинов. Растения, вызывающие механические повреждения Доклад: Функции ДНК и ее биологическая роль Реферат на тему Свойства и роль в биохимических процессах аминокислот, входящих в состав белковых молекул Реферат на тему Функции и строение головного мозга Реферат на тему Свойства основных нейронных сетей Реферат на тему Функции и строение кожи Курсовая работа на тему Сезонная динамика фитопланктона Средней Оби в 2007-2008 гг. Реферат на тему Функциональная архитектура зрительной коры Курсовая работа на тему Сезонні зміни в житті безхвостих, повязані з особливостями їх біології (жаби, ропухи) Реферат на тему Функциональная система. Гормональная регуляция функций Реферат на тему Секвенирование дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) Реферат на тему Функциональные и молекулярные резервы организма Контрольная работа на тему Селекционная работа Контрольная работа на тему Функциональные системы организма Реферат на тему Селекция и происхождение культурных растений Реферат на тему Функционирование нервной системы пиявки Реферат на тему Семейства сложноцветных, лилейных и злаковых. Бактерии, грибы и лишайники Реферат на тему Функционирование нервных связей в зрительной системе Реферат на тему Семейство Pseudomonadaceae Реферат на тему Семейство Гречишные (Polygonaceae) Реферат на тему Семейство корюшковые Реферат на тему Семейство лилейные Реферат на тему Семейство пасленовые Реферат на тему Семейство сложноцветные Реферат на тему Семейство хеморепеллентов, семафорины Реферат на тему Семенные растения и их общая характеристика Контрольная работа на тему Происхождение Homo sapiens Реферат на тему Происхождение видов по Дарвину Курсовая работа на тему Происхождение жизни на Земле Реферат на тему Происхождение жизни на Земле Реферат на тему Происхождение Земли и планет Реферат на тему Происхождение Земли. Мифы и теории Реферат на тему Происхождение и начальное развитие жизни на Земле Контрольная работа на тему Происхождение и принципы эволюции: между равновесием и нелинейностью Курсовая работа на тему Межклеточные контакты Дипломная работа на тему Кефалевые Азово-Черноморского бассейна Контрольная работа на тему Микроорганизмы. Аммонификация мочевины. Микрофлора растений Реферат на тему Первые завоеватели воздуха Реферат на тему Современная классификация органического мира. История развития жизни на нашей планете Контрольная работа на тему Структура научного познания Курсовая работа на тему Тип членистоногі: загальна характеристика Реферат на тему Цветочное растение ландыш Реферат на тему Археи и их особенности Реферат на тему Женщины и мужчины - различия между полами Контрольная работа на тему Закономерности развития науки. Концепции Т. Куна и И. Лакатоса Дипломная работа на тему Биология ондатры Зейского района Амурской области Реферат на тему Биология перепела Благовещенского района Курсовая работа на тему Биология песца Реферат на тему Анатомическая номенклатура. Основные оси и плоскости человеческого тела Контрольная работа на тему Биология с основами экологии Реферат на тему Биология с основами экологии Учебное пособие: Анатомия человека Реферат на тему Анатомо-физологические механизмы безопасности и защиты человека от негативного воздействия Контрольная работа на тему Внутренняя среда организма Реферат на тему Вода знайома та загаткова Реферат на тему Вода важнейший компонент биосферы Курсовая работа на тему Водно-болотные угодья Благовещенского района Реферат на тему Водоросли Реферат на тему Воздействие космических факторов на организм человека Курсовая работа на тему Методика определения и показатели устойчивости бактерий к дезинфеткантам Реферат на тему Общая характеристика австралопитеков Реферат на тему Отличие живой природы от неживой Контрольная работа на тему Редкие насекомые края Курсовая работа на тему Рослинність Октябрського району м. Полтави Контрольная работа на тему Сравнительная характеристика понятий "научная революция" и "научная эволюция" (на примере развития естествознания) Контрольная работа на тему Строение головного мозга Контрольная работа на тему Строение и функции опорно-двигательного аппарата человека Сочинение: Элементарные эволюционные факторы Курсовая работа на тему Изучение растительных сообществ Контрольная работа на тему Истоки и пути преодоления современного экологического кризиса Реферат на тему История развития естествознания Реферат на тему История развития Естествознания