Перенесення генетичного матеріалу і генетичне картування у актиноміцетів

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Міністерство сільського господарства РФ

ФГТУ ВПО

«Оренбурзький державний аграрний університет»

Кафедра мікробіології

Реферат

з генетики мікроорганізмів на тему:

«Перенесення генетичного матеріалу і генетичне картування у актиноміцетів»

курса Виконав: студент Ι V курсу

ФВМ і Б спеціальності

«Мікробіологія» Акжігітов А.С.

Перевірив: викладач кафедри

мікробіології Капустіна О.А.

Оренбург 2010

Зміст:

ВСТУП

  1. Перенесення генетичного матеріалу у актиноміцетів

    1. Перенесення генетичного матеріалу за допомогою плазмід

    2. Передача генетичного матеріалу за допомогою рекомбінації

    3. Перенесення генетичного матеріалу за допомогою трансдукції

2. Генетичне картування актиноміцетів

ВИСНОВОК

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

ВСТУП

Актиноміцети - це група мікроорганізмів, що сполучає в собі риси бактерій і грибів. Широко поширені в грунтах, в мулі водойм, у повітрі і на рослинних рештках.

Морфологічні ознаки актиноміцет мають аналогію з будовою недосконалих грибів. Для них характерно ниткоподібне або паличкоподібні і кокковидной будова і наявність бічних виростів; здатні до формування ветвящегося міцелію на деяких стадіях розвитку діаметром 0,4-1,5 мкм, яка проявляється у них в оптимальних для існування умовах. Підкреслюючи бактеріальне походження актиноміцетів, вчені називають їхній аналог грибного міцелію тонкими нитками. Актиноміцети включають в себе організми з найбільш характерними серед всіх бактерій нитчасті будовою.

Найбільш важливими питаннями, що стосуються вивчення актиноміцет, є дослідження механізмів передачі генетичного матеріалу і створення нових способів генетичного картування. На даний момент досить докладно вивчені способи передачі генетичного матеріалу плазмідами, за допомогою рекомбінації, трансдукції, кон'югації гамет, а також ефективні методи складання генетичних карт.

1. Перенесення генетичного матеріалу у актиноміцетів

1.1 Перенесення генетичного матеріалу за допомогою плазмід

Це найбільш поширений спосіб переносу генетичного матеріалу у актиноміцетів.

Лінійні плазміди актиноміцетів були виявлені раніше, ніж лінійні хромосоми. Вперше вони були описані в одного з видів актиноміцетів в кінці 70-х - початку 80-х рр.. Ці плазміди, pSLA 1 і pSLA 2, були розміром трохи більше 10 тпн. Вони детермінували синтез антибіотика ланкацідіна. У клітці містилося до 60 копій таких плазмід. Лінійне будова їх ДНК доводилося наступним чином.

По-перше, обробка рестріктазами давала таку комбінацію фрагментів, на підставі якої могла бути побудована лише лінійна, але не кільцева карта. Далі, два фрагменти не входили в гель при електрофорезі, якщо ДНК не була депротеінізований проназой. Якщо ДНК була оброблена фенолом і додецилсульфату натрію, то ці фрагменти можна було знайти на Електрофореграма, але їх пересування було аномальним. Лише після депротеїнізация вони пересувалися з швидкістю, що відповідає їхнім розмірам. Нативна ДНК плазмід була стійка до 3'-екзонуклеазами, але чутлива до екзонуклеазами фага А (5'-екзонуклеазами). Все це свідчило про те, що плазміди були лінійними, і на їх вільних кінцях перебували білки, прикріплені до 5'-кінців ДНК. Згодом було встановлено, що на кінцях лінійних плазмід S. rochei знаходяться численні повтори довжиною в кілька сотень пар основ. У плазміди pSCL з клітин S. clavuligerus кінцеві ділянки з повторами, розміром близько 1 тпн, були дуже схожі один на одного; правий ділянка могла гібрідізоваться з лівим.

ДНК однієї лінійної плазміди, pSCL-1 із S. clavuligerus, була повністю секвенований. Вся плазміда була площею 11696 пар нуклеотидів (bp). На її кінцях були виявлені займають ~ 900 пар основ кінцеві інвертовані повтори, що мають -70% гомології з кінцевими ділянками плазміди із S. rochei. До кінців "кріпилися" білки; мабуть, з цих ділянок починалася реплікація ДНК, що йде від кінців до центру лінійної плазміди. Однак у деяких випадках лінійні плазміди могли реплицироваться з іншої області, розташованої в центрі плазміди. Так, плазміда pSCL 1 з S. clavuligerus розміром у 12 т.п.н. могла бути клонована в плазміді Є. coli pUC 19, Якщо потім кільцеву химерні плазміду виділяли з клітин Є. coli, то вона реплікувати в клітинах актиноміцетів як кільцева молекула. Це властивість зберігалося і тоді, коли рестріктазами "обрізали" кінцеві частини pSCL 1 і "закільцьовують" основну частину плазміди лігази. Мабуть, другий оріджін реплікації в нормальних умовах зростання був критичним. Є згадка про те, що лінійна плазміда pSA 1 під впливом певних мутацій може реплицироваться як кільцева структура; при цьому її копійность зростає від I до 20 - 30 копій на клітину. Лінійні плазміди могли бути кон'югатівнимі.

Все сказане вище ставилося в основному до плазміда актиноміцетів в 10 - 15 т.п.н. Однак поряд з ними в клітинах актиноміцетів існують величезні плазміди з лінійною структурою: від 50 тпн (наприклад, SLP 2) до 300 - 590 т.п.н. (SCP 1 і ряд інших плазмід; 26 - 28; 76). Одна з цих плазмід - SCP I - була відома набагато раніше, але лише недавно із застосуванням пульсфореза вдалося показати її лінійну структуру та інші особливості будови. У полі пульсфореза вона вела себе як лінійна дріжджова хромосома подібних розмірів; іншим доказом її лінійності служили розрахунки з побудовою рестрикційної карти після застосування цілого спектру рестриктаз. Для цієї та інших гігантських плазмід характерна дуже велика величина кінцевих ділянок з інвертованими повторами; у SCP 1 кожен кінцевий ділянка мала розмір в 40 тпн, що в сумі становило помітну частину всієї довжини плазміди. Цікаво, що у великої лінійної плазміди SLP 2 правий кінцевий ділянка була практично повністю гомологічен обох кінців лінійної хромосоми клітини, що спочатку викликало подив (три однакових кінцевих ділянки в клітині, яка має лише однієї лінійної хромосомою). Проте потім була виявлена ​​"плазмідна приналежність" одного з цих кінців. Гігантська плазміда SCP 1 може нести ділянки хромосоми, і ділянки цієї плазміди можуть включатися в хромосому. При її величезної величині її копійность дорівнює приблизно чотирьом копій на клітину, що складає ~ 20% плазмідної ДНК на клітинний геном.

1.2 Перенесення генетичного матеріалу за допомогою рекомбінації

Явище рекомбінації у актиноміцет нагадує гібридизацію у вищих організмів. Встановлено, що при контакті клітин (частіше дефектних) двох різних штамів бактерій або актиноміцетів властивості одного штаму переходять до іншого. У результаті виходять змішані форми з ознаками двох вихідних культур. Такий процес відбувається між двома родинними організмами.

, в том числе продуцирующих антибиотики, но только у одного из штаммов Str . coelicolor Явище генетичної рекомбінації було продемонстровано багатьма дослідниками у низки представників роду Streptomyces, у тому числі продукуючих антибіотики, але тільки в одного з штамів Str. Coelicolor генетичні дослідження проводилися планомірно протягом багатьох років. . 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). Однак, хоча основні відомості про генетичній системі актиноміцетів отримані для Str. Coelicolor, результати досліджень інших видів актиноміцетів узгоджуються з ними, що дає можливість говорити про загальні особливості генетичної рекомбінації в межах роду Streptomyces (Actinomyces, за класифікацією Н. А. Красильникова).

Методичні підходи при вивченні генетики актиноміцетів принципово ті ж, що і для інших мікроорганізмів. Схрещування виробляють між штамами, маркованими різними генетичними факторами (біохімічна недостатність, стійкість до антибіотиків та ін), а відбір рекомбінантів ведуть на спеціально підібраних селективних середовищах. І те й інше необхідно, тому що генетична рекомбінація - явище рідкісне і генетичні рекомбінантів становлять лише незначну частку в популяції вихідних штамів.

, Str . coelicolor , подобно бактериям, имеет единую кольцевую группу сцепления, на которой определено местоположение около 40 различных генетических локусов. В даний час можна вважати встановленим, що процес генетичної рекомбінації у актиноміцетів в основному схожий з процесом кон'югації у бактерій, детально вивченим у Є. coli, Str. Coelicolor, подібно бактеріям, має єдину кільцеву групу зчеплення, на якій визначено місце розташування близько 40 різних генетичних локусів. . coelicolor Характерна особливість генетичної карти Str. Coelicolor полягає в невипадковий розташуванні генетичних локусів, зосереджених переважно в двох областях карти, тоді як дві інші області є майже «порожніми». Таке роз'єднання двох груп локусів у просторі (можливо, лише здається) і послужило причиною початкового уявлення про наявність у актиноміцетів двох незалежних груп зчеплення.

Явище генетичної рекомбінації описано у більшості вивчених видів актиноміцетів. Проте виникнення генетичних рекомбінантів при внутрішньовидових схрещуваннях спостерігається далеко не у всіх комбінаціях мутантів, навіть якщо вони і походять з одного і того ж штаму. Питання про статеве полярності штамів всередині одного виду до цих пір залишається не вирішеним, хоча і є деякі дані на користь її існування. Краще вивчено питання про особливості самого процесу генетичної рекомбінації у актиноміцетів. Цей процес складається з декількох етапів, причому, як встановлено недавніми дослідженнями, обидва батьківських штаму беруть неоднакове участь у схрещуванні: один - відіграє роль донора, інший - реципієнта генетичного матеріалу, нагадуючи в цьому відношенні бактерії.

Як і у бактерій, в результаті перенесення генетичного матеріалу від одного штаму до іншого відбувається утворення неповних зигот (мерозігот), що містять повний геном реципієнтного штаму і частина генома донорного. При цьому диплоїдний ділянку мерозіготи може варіювати як за складом, так і за протяжністю, а процес виникнення часткового диплоїдного ядра відбувається в часі. На відміну від бактерій, для актиноміцетів характерно тривале існування стадії мерозіготи, зберігається протягом ряду поколінь, поступово змінявся стадією утворення гаплоїдних рекомбінантів. Відповідно з цим у актиноміцетів описані клони, які є по своїй генетичній структурі мерозіготамі. Вони характеризуються нестабільністю і в процесі розмноження вищепляются різні клони гаплоїдних рекомбінантів. Відкриття таких клонів, названих гетероклонамі, дало можливість розробити простий метод генетичного аналізу у актиноміцетів, заснований на обліку різних типів гаплоїдних рекомбінантів в потомстві гетероклонов.

Таким чином, процес генетичної рекомбінації у актиноміцетів складається з кількох етапів, останній з яких полягає в утворенні гаплоїдних рекомбінантів. Ці рекомбінантів, на відміну від гетероклонов, є стабільними і служать основним об'єктом досліджень в промислових схрещуваннях. Однак необхідно мати на увазі, що внаслідок неоднакового участі двох батьківських штамів в схрещуванні, коли один з них поставляє лише частину свого генетичного матеріалу іншого, гаплоїдні рекомбінантів успадковують більшість генетичних факторів від одного батька і тільки деякі - від іншого. Іншими словами, по своїй генетичній структурі гаплоїдні рекомбінантів, як правило, більш нагадують одного батька, ніж іншого, що неминуче обмежує можливості гібридизації у актиноміцетів.

Поряд з генетичною рекомбінацією у актиноміцетів спостерігається інше широко поширене явище - гетерокаріозіс, багато в чому схожий з аналогічним явищем у грибів.

Спочатку вважали, що виникнення гетерокаріонов між двома штамами представляє собою перший необхідний етап генетичної рекомбінації. Проте в даний час є дані, що обидва ці явища не пов'язані між собою причинно і відбуваються незалежно один від одного. Оскільки гетерокаріотіческіе клони є зазвичай нестабільними, розщеплюючись при розмноженні на обидва вихідних батьківських типу, гетерокаріозіс не може використовуватися в якості способу отримання гібридних форм у актиноміцетів.

1.3 Передача генетичного матеріалу за допомогою трансдукції

Трансдукція - передача генетичного матеріалу від однієї бактерії (донора) іншій (реципієнту) за допомогою помірних бактеріофагів. Відкрита в 1952 Дж. Ледербергом і Н. Циндером при аналізі причин зміни спадщин, ознак у деяких штамів бактерії (Salmonella typhimurium) при їх спільному вирощуванні виявлена ​​у багатьох бактерій: сальмонел, шигел, бацил, а також у актиноміцетів. Встановлено, що при індукції профага іноді відбувається включення до зрілу фагів частку фрагмента бактеріальної хромосоми. Фаг, що несе генетичний матеріал бактерії, називають трансдуцірующім (ТФ). При зараженні ТФ чутливої ​​бактерії фрагмент хромосоми донора переноситься в клітину реципієнта. Залежно від типу бактеріофага від донора до реципієнта переноситься або строго певний фрагмент бактеріальної хромосоми (специфічна або обмежена трансдукція), або будь-який фрагмент бактеріальної хромосоми (загальна або неспецифічна трансдукція). Фаги, які здійснюють специфічну трансдукція, як правило, переносять кілька генів, а здійснюють спільну трансдукція-1-2% генів бактерій. У цьому випадку в ТФ власна ДНК замінена аналогічним за розмірами фрагментом бактеріальної хромосоми. Це властивість трансдукції використовується в генетичному картуванні: за частотою спільного перенесення двох генів судять про відстань між ними на хромосомі.

У разі стійкої загальної трандукціі фрагмент включається в хромосому реципієнта за рахунок подвійного кросинговеру, і в результаті виникають стійкі рекомбінантів. При абортивної загальної трансдукції фрагмент донора не включається в хромосому реципієнта і не реплікується, тому при діленні клітин зберігається тільки в одній лінії нащадків. При обмеженій трандукціі фрагмент донора включається в хромосому реципієнта разом з несучим його геномом фага, який т. о. переходить у стан профага.

2. Генетичне картування актиноміцетів

Генетика актиноміцетів досліджена досить добре. Для найбільш вивчених видів ще з кінця 50-х рр.. складалися на підставі кон'югаційні схрещувань докладні генетичні карти з безліччю нанесених на них маркерів. Ці карти були кільцевими.

Генетичне картування проводиться за допомогою ДНК - гібридизації. Даний метод заснований на здатності ДНК і РНК специфічно з'єднуватися (гібридизувати) з комплементарними олігонуклеотидно фрагментами, штучно синтезованими і міченими ферментом, флюорохромом або ізотопом. Ці фрагменти називаються зондами. Для проведення молекулярної гібридизації молекулу досліджуваної ДНК розплітають, одну нитку закріплюють на спеціальному фільтрі, який поміщають у розчин, що містить мічений зонд. Створюються умови, сприятливі утворення подвійних спіралей. При наявності комплементарності між зондом і досліджуваної ДНК вони утворюють між собою подвійну спіраль. Після закінчення гібридизації та відмивання незв'язаних продуктів проводиться детекція утворився комплексу за допомогою відповідної позначки.

Дані про наявність перебудов геному ряду мутантів актиноміцетів отримані в експериментах з ДНК - гібридизації, в яких як зонд використовували 0,85 т.п.н. фрагмент плазміди pUS8, що несе ген kmr.

Оскільки ДНК актиноміцетів має високий ГЦ-склад (70-74%), для отримання макрофрагментов хромосомної ДНК використовуються ендонуклеази рестрикції, сайти впізнавання яких містять лише АТ-пари. А в результаті картування актиноміцетів визначають розміри хромосомної ДНК досліджуваних штамів як суму розмірів виявлених макрофрагментов ДНК, а також визначають довжину молекули ДНК. Подальші дослідження в цій області дозволять зробити нові відкриття в цій області.

Висновок

Таким чином, на даний момент у актиноміцетів описана передача генетичного матеріалу за допомогою плазмід, причому для даної групи мікроорганізмів характерні не тільки кільцеві плазміди, але також і лінійні. Добре вивчений процес трансдукції, здійснюваний за допомогою актінофага, а рекомбінація ще знаходиться на стадії вивчення.

На підставі кон'югаційні схрещувань з кінця 50-х років були створені кільцеві генетичні карти актиноміцетів. При створенні генетичних карт застосовуються хімічні і фізичні методи, найбільш ефективним є метод ДНК-гібридизації, здійснюваний з використанням олігонуклеотидних праймерів.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

  1. Айала Ф., Кайгер Дж. Сучасна генетика / Ф. Айала, Дж. Кайгер .- М.: Світ, 1987 .- 368 с.

  2. Гершковіш І. Генетика / І. Гершковіш. - М.: Світ, 1970. - 280 с.

  3. Захаров І.А., Мацелюх Б.П. Генетичні карти мікроорганізмів / І. А. Захаров, Б. П. Мацелюх. - М.: Наука, 1986. . - 250 c.

  4. Прозоров А.А. Будова генома бактерій: єдність чи різноманіття? / / Генетика. - 1995. - Т. 31. - № 6. - С. 741-752.

  5. Прокоф'єва-Бельговская А.А. Будова і розвиток актиноміцетів / А.А. Прокоф'єва-Бельговская. - М., 1963. - 250 с.

  6. Рибчине В.М. Основи генетичесого иженера. / В. Н. Рибчине. - С.-П.: Видавництво СПБДТУ, 1999 .- 350С.

  7. Сінгер М., Берг Б. Гени і геноми. / М. Сінгер, Б. Берг .- М.: Світ, 1998 .- 394с.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
50.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Структурно-функціональна організація генетичного матеріалу
Методи переносу генетичного матеріалу в клітини ссавців
Аналіз газетного матеріалу Отримали урок від чемпіона Оцінений композиційної побудови матеріалу
Рестрикційної картування
Генетичне модифікування
Медико-генетичне консультування
Генетичне майбутнє людства
Особливості геологічного картування в районах розвитку вулканогенно-осадових товщ
Дзеркальний перенесення
© Усі права захищені
написати до нас