Перенос генетического материала и генетическое картирование у актиномицетов - Биология и естествознание реферат

Главная

Биология и естествознание
Перенос генетического материала и генетическое картирование у актиномицетов

Исследование механизмов передачи генетического материала и создание новых способов генетического картирования. Перенос генетического материала с помощью плазмид, с помощью рекомбинации и посредством трансдукции. Генетическое картирование актиномицетов.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Министерство сельского хозяйства РФ
«Оренбургский государственный аграрный университет»
по генетике микроорганизмов на тему:
«Перенос генетического материала и генетическое картирование у актиномицетов»
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
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 0,4--1,5 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 клеточный геном.
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-- 1--2% 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.
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.
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. 741-752.
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.
Классификация актиномицетов по Красильникову и Ваксману-Генрици. Морфология и физиология. Сущность постинфекционного иммунитета. Генетическое картирование актиномицетов. Перенос генетического материала с помощью плазмид. Патогенность и патогенез. презентация [858,2 K], добавлен 04.11.2013
Этапы проведения экспериментов по переносу генетического материала, применение технологий для изучения процессов дифференцировки, канцерогенеза. Условия культивирования клеток. Виды и назначение селекции. Перенос генов, опосредованный хромосомами и ДНК. учебное пособие [25,1 K], добавлен 11.08.2009
Обмен генетического материала у бактерий при трансформации, конъюгации и трансдукции. Перенос фрагмента ДНК от донорских бактериальных клеток к реципиентным при непосредственном контакте. Перенос, гены специальных и необходимых при конъюгации структур. реферат [18,9 K], добавлен 27.05.2010
Фундаментальные свойства живого: наследственность и изменчивость. История формирования представлений об организации материального субстрата наследственности и изменчивости. Свойства генетического материала и уровни организации генетического аппарата. дипломная работа [2,8 M], добавлен 30.07.2009
Свойства генетического материала и уровни организации генетического аппарата. Химическая организация и свойства гена. Структура и функции дезоксирибонуклеиновой и рибонуклеиновая кислот. Уровни упаковки генетического материала. Биосинтез белка в клетке. курсовая работа [41,7 K], добавлен 07.02.2015
Значение медико-генетического консультирования в профилактике наследственных болезней. Проспективное и ретроспективное консультирование. Важность планирования семьи. Организационная система медико-генетического консультирования в стране. Пример задачи. реферат [24,8 K], добавлен 31.10.2008
Разработка метода рекомбинантных ДНК. Анализ наследования семейных заболеваний и изучение генетического сцепления у человека в случаях, когда возникают осложнения: генетическая гетерогенность и фенокопии. Карта генетического сцепления генома человека. учебное пособие [2,0 M], добавлен 11.08.2009
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Перенос генетического материала и генетическое картирование у актиномицетов реферат. Биология и естествознание.
Идеология Государства Специфический Тип Идеологии Реферат
Что Такое Смелость Сочинение Рассуждение 9.3
Курсовая работа по теме Статистика внешнеэкономических связей. Динамика экспорта и импорта в РФ
Реферат: Скульптурный портрет III века. Скачать бесплатно и без регистрации
Физика 10 Класс Учебник Лабораторные Работы
Реферат: Карельский легион
Реферат по теме Основные этапы разработки бизнес-плана инвестиционного проекта
Сочинение Описание 6 Класс Презентация
Итоговое Сочинение Тема Выбор Который Меняет Человека
Реферат: The Crucible Injustice Essay Research Paper In
Реферат по теме Идеи философии Сократа
Доклад по теме Бизнес-план разработки Егорьевского месторождения строительного камня
Курсовая работа: Методи, прибори й засоби для вимірювання в'язкості
Курсовая работа: Проектирование двухэтажного спального корпуса дома отдыха Меркурий здания в Омской области
Современные Технологии Выполнения Зданий Реферат
Человеческие Ресурсы Эссе
Реферат по теме Об утверждении Положения о перемещении товаров физическими лицами через таможенную границу Российской Федерации
Контрольная работа: Представление о критерии истинности знания
Курсовая работа по теме Валютний ринок та валютна система
Реферат На Тему Логопедія, Її Предмет І Задачі
Біотехнологія як наука - Биология и естествознание реферат
Древесные растения Ботанического сада им. А.В. Фомина - Биология и естествознание курсовая работа
Чрезвычайные ситуации: цивилистический подход - Безопасность жизнедеятельности и охрана труда контрольная работа