Bài giảng Di truyền vi khuẩn

Bài 5
Di truyền vi khuẩn
. Vật liệu di truyền của vi khuẩn và plasmid
là ADN
. Virus của vi khuẩn (bacteriophage hoặc phage)
có ADN hoặc ARN là vật liệu di truyền
Di truyền vi sinh vật
Vật liệu di truyền
Di truyền vi sinh vật
. Hai chức năng thiết yếu của vật liệu di truyền là
sao chép và biểu hiện
. Vật liệu di truyền phải sao chép chính xác để
truyền lại tất cả các tính trạng của cha mẹ
. Biểu hiện vật liệu di truyền chuyên biệt ở điều
kiện tăng trưởng xác định  kiểu hình đặc trưng
Đặc điểm của di truyền vi sinh vật
- Khuẩn lạc (dòng tế bào) là 1 cụm tế bào có nguồn gốc từ 1 tế
bào ban đầu
- Chủng: dòng tế bào mang 1 đặc điểm di truyền nào đó.
Các đột biến ở vi sinh vật thường được phát hiện
theo sự biến đổi các tính trạng sau:
-
Hình thái: kích thước, hình dạng tế bào hay khuẩn lạc, có
màng nhân hay không
- Sinh hóa: sự hiện diện của các sắc tố, màu sắc đặc trưng
- Nuôi cấy: kiểu hô hấp, kiểu dinh dưỡng, nhu cấu đoi các nhân
tố tăng trưởng
- Tính đề kháng: kháng thuốc, kháng phage, chịu nhiệt
- Miễn nhiễm: phản ứng kháng nguyên, kháng thể
Các đột biến có thể xuất hiện ngẫu nhiên hay do gây tạo nhờ
các tác nhân gây đột biến. Mỗi gen có tần số đột biến đặc trưng.

Di truyền vi sinh vật
Các sinh vật Prokaryote (vi khuẩn, virus) có quá trình
sinh sản tương đương sinh sản hữu tính gọi là quá trình
sinh sản cận hữu tính
Đặc điểm quá trình sinh sản cận hữu tính :
- Truyền thông tin một chiều từ tế bào thể cho sang tế
bào thể nhận
- Tạo thành hợp tử một phần (merozygote). Tế bào thể
cho (donor) chuyển một đoạn của bộ gen sang tế bào
thể nhận (recipient), nên chỉ lưỡng bội một phần, còn
các phần khác đơn bội.
- Bộ gen thường chỉ là DNA trần, nên chỉ có một nhóm
liên kết gen và tái tổ hợp thực chất là lai phân tử.
Di truyền vi sinh vật
Di truyền vi sinh vật
ĐV bậc cao 2 gamet → tạo hợp tử

Vi khuẩn TB cho → TB nhận
hợp tử 1 phần
1 phần
1 chiều
Cấu trúc Acid Nucleic
Di truyền vi sinh vật
ADN = Acid
Deoxyribonucleic
3 thành phần chính:
Deoxyribose –phân tử đường
Phosphate – tạo khung
Các baseNitơ – Thymin, Adenin,
Guanin, Cytosin

ADN: cấu trúc, đặc tính, tổng hợp
T t c nucleotid có c u trúc chungấ ả ấ
Cấu trúc ADN
Có n m base chính trong acid nucleică
A, G, T, C có trong ADN
A, G, U, C có trong ARN
Cấu trúc ADN
Các ti u n v ể đơ ị
nucleotide n i v i ố ớ
nhau b i liên k t ở ế
phosphodiester
Cấu trúc ADN
Liên kết Hydrogen bổ sung
nhau giữa các cặp base (A-
T or G-C)
Tương tác kỵ nước giữa
các base hai chiều
Cấu trúc ADN
ADN tự nhiên là xoắn
kép của chuỗi đối song
gắn bổ sung vào nhau
bằng:
Sao chép ADN nhiễm sắc thể
vi khuẩn
Di truyền vi khuẩn
. Thông tin của tế bào vi khuẩn nằm trên một
phân tử ADN mạch kép vòng tròn đơn được
gọi là genophore, hay “NST”
. Gần đây đã phát hiện thấy rằng ít nhất ở một
số vi khuẩn ADN tạo thành phức hợp với

protein có tính base để hình thành sợi nhiễm
sắc như histon ở NST Eukaryote
. Ngoài ra ở một số vi khuẩn còn có thêm
plasmid là phân tử ADN vòng tròn nhỏ có khả
năng sao chép độc lập
Nhiễm sắc thể của vi khuẩn
Di truyền vi khuẩn
. Là một vòng kín ADN sợi đôi xoắn kép
. Dài khoảng 1mm, đường kính khoảng 2 nm, chứa 2,2
triệu cặp base nitơ (2,2 Mb)
. Cuộn xoắn để chứa được trong 1 tế bào < 2 µm
. Nhiễm sắc thể của E. coli chứa gần 4000 gen
. một số virus chỉ chứa 7 gen
. người ~ 30 000 gen
Nhiễm sắc thể của vi khuẩn
Di truyền vi khuẩn
Tế bào vi khuẩn E. coli
. Phân tử ADN gắn trực tiếp vào màng sinh chất
. Sự sao chép ADN tạo ra 2 bản sao gắn chung nhau
trên màng sinh chất. Khi tế bào kéo dài ra các bản sao
DNA tách xa nhau do phần màng giữa chúng lớn dần
ra  Kiểu sinh sản vô tính này được gọi là ngắt đôi
(Binary fission)
. Tế bào vi khuẩn chia nhanh hơn rất nhiều so với tế
bào Eukaryote
. Quá trình sao chép DNA được bắt đầu từ điểm xuất
phát Ori kéo dài về 2 phia song song với quá trình kéo
dài màng sinh chất, nơi có điểm gắn vào của DNA bộ
gen, mọc dài tách 2 phân tử DNA về 2 tế bào con
Sao chép ADN vi khuẩn

Di truyền vi khuẩn
Tế bào vi khuẩn phân chia theo trực phân
Circular genetic map của E. coli
Các kiểu sao chép ADN ở E. coli
. Phân tử ADN cuộn xoắn có dạng hình tròn và tái
bản bắt đầu tại điểm xuất phát Ori và đi theo hai
chiều quanh vòng tròn
. Các phân tử tái bản giống chữ cái Hy Lạp theta
(
θ
). Kiểu này do John Cairns tìm ra năm 1962 nên
còn gọi là kiểu Cairns.
Kiểu tái bản theta (kiểu tái bản Cairns)
Các kiểu sao chép ADN ở E. coli
Autoradiograph of intact replicating chromosome of E coli. Bacteria were radioactively labeled with
tritiated thymidine for approximately two generations and were lysed gently. Bacterial DNA was then
examined by autoradiography. Insert shows replicating bacterial chromosome in diagrammatic form.
The chromosome is circular, and two forks (X and Y) are present in replicating structure. The segments
of chromosome represented by double lines had completed two replications in presence of tritiated
thymidine, whereas segments represented by a solid line and a dotted line had replicated only once in
presence of tritiated thymidine. The density of grains in the autoradiogram was twice as great in the
segments of chromosome that had completed two cycles of replication in presence of tritiated
thymnidine. Bar, 100 μm. From Cairns, J.P.: Cold Spring Harbor Symposia on Quantitative Biology
28:44, 1963.
Hình phóng xạ tự ghi sự sao chép nhiễm sắc thể của E. coli
Các kiểu sao chép ADN ở E. coli
. Quá trình này xảy ra ở vi khuẩn thông qua quá trình
tiếp hợp
. Trong khi một mạch của ADN vẫn còn thắt nùi, thì
enzym đã bắt đầu cắt sợi kia. Khi đó sợi đứt sẽ 'cởi'

vòng và đóng vai trò khuôn tổng hợp sợi ADN bổ
sung. Sau đó hai sợi tổ hợp lại thành dạng xoắn kép
mới. Lúc bấy giờ một nùi nguyên ADN đã quay được
360
o
và lại được dùng làm khuôn để tổng hợp tiếp sợi
bổ sung
Cơ chế lăn vòng (rolling circle mechanisme)
Các kiểu sao chép ADN ở E. coli

Một dây đơn bò cắt trong
vòng xoắn kép ADN

Bắt chéo tại “đuôi”

Vòng lăn từ từ

Kết thúc lăn vòng và
vòng nguyên vẹn
hình thành
Tái bản bằng cơ chế lăn vòng
Các kiểu sao chép ADN ở E. coli
Các con đường chuyển ADN từ
tế bào cho sang tế bào nhận
Tiếp hợp (conjugation)
Biến nạp (transformation)
Tải nạp (transduction)