مواضيع المحاضرة: genetics
background image

Dr.Ahmed Rushdi 

 


background image

*

*

The  haploid  nature  of  the  bacterial 

genome  might  be  presumed  to  limit  the 
genomic plasticity of a bacterium. 

*

However, the ubiquity of diverse bacteria 

in the environment provides a fertile gene 
pool that contributes to their remarkable 
genetic  diversity  through  mechanisms  of 
genetic exchange.  


background image

*

*

Bacterial genetic exchange is typified by transfer of 

a  relatively  small  fragment  of  a  donor  genome  to  a 
recipient cell followed by genetic recombination.  

*

Bacterial  genetic  recombination  is  quite  unlike  the 

fusion  of  gametes  observed  with  eukaryotes;  it 
demands  that  this  donor  DNA  be  replicated  in  the 
recombinant organism.  

*

Replication can be achieved either by integration of 

the donor DNA into the recipient's chromosome or by 
establishment  of  donor  DNA  as  an  independent 
replicon. 


background image

*

*

The  DNA  composition  of  microorganisms  can  be 

remarkably fluid.  

*

DNA can be transferred from one organism to another, and 

that  DNA  can  be  stably  incorporated  in  the  recipient, 
permanently changing its genetic composition.  

*

This  process  is  called 

lateral

  or 

horizontal

  gene  transfer 

to differentiate it from the inheritance of parental genes, 
a process called 

vertical

 inheritance.  

*

Three  broad  mechanisms  mediate  efficient  movement  of 

DNA  between 

cells—

conjugation

transduction

,  and 

transformation


background image

*

*

Conjugation

  requires  donor  cell-to-recipient  cell  contact  to  transfer  only 

one strand of DNA . 

*

The  recipient  completes  the  structure  of  double-stranded  DNA  by 

synthesizing  the  strand  that  complements  the  strand  acquired  from  the 
donor.  

*

In transduction

, donor DNA is carried in a phage coat and is transferred into 

the recipient by the mechanism used for phage infection.  

*

Transformation

,  the  direct  uptake  of  "naked"  donor  DNA  by  the  recipient 

cell, may be natural or forced.  

*

Relatively few bacterial species are naturally competent for transformation; 

these species assimilate donor DNA in linear form. Forced transformation is 
induced  in  the  laboratory,  where,  after  treatment  with  high  salt  and 
temperature shock, many bacteria are rendered competent for the uptake 
of extracellular plasmids.  

*

The  capacity  to  force  bacteria  to  incorporate  extracellular  plasmids  by 

transformation is fundamental to genetic engineering. 


background image

*

Conjugation

 

*

Plasmids are the genetic elements most frequently transferred 

by conjugation.  

*

Genetic functions required for transfer are encoded by the tra 

genes, which are carried by self-transmissible 

plasmids

.  

*

Some  self-transmissible  plasmids  can  mobilize  other  plasmids 

or  portions  of  the  chromosome  for  transfer.  In  some  cases 
mobilization  is  achieved  because  the  tra  genes  provide 
functions  necessary  for  transfer  of  an  otherwise 
nontransmissible plasmid . 

*

In  other  cases,  the  self-transmissible  plasmid  integrates  with 

the  DNA  of  another  replicon  and,  as  an  extension  of  itself, 
carries a strand of this DNA into a recipient cell. 


background image

background image

*

Conjugation

 

*

Genetic  analysis  of 

E  coli

  was  greatly  advanced  by  elucidation  of 

fertility factors carried on a plasmid designated F

+

.  

*

This  plasmid  confers  certain  donor  characteristics  upon  cells;  these 

characteristics  include  a  sex  pilus,  an  extracellular  multimeric 
protein  extrusion  that  attaches  donor  cells  to  recipient  organisms 
lacking the fertility factor.  

*

A  bridge  between  the  cells  allows  a  strand  of  the  F

+

  plasmid, 

synthesized  by  the  donor,  to  pass  into  the  recipient,  where  the 
complementary strand of DNA is formed.  

*

The  F

+

  fertility  factor  can  integrate  into  numerous  loci  in  the 

chromosome of donor cells.  

*

The integrated fertility factor creates high frequency recombination 

(HFR) donors from which chromosomal DNA is transferred (from the 
site  of  insertion)  in  a  direction  determined  by  the  orientation  of 
insertion 

 


background image

background image

*


background image

*

Transduction

 

*

Transduction  is  the  process  by  which 

DNA

  is  transferred  from 

one 

bacterium

 to another by a Such populations have been used to 

transfer genes from one bacterium to another.  

*

Temperate  phages  are  preferred  vehicles  for  gene  transfer  because 

infection  of  recipient  bacteria  under  conditions  that  favor  lysogeny 
minimizes cell lysis and thus favors survival of recombinant strains.  

*

Indeed, a recipient bacterium carrying an appropriate prophage may 

form  a  repressor  that  renders  the  cell  immune  to  lytic  infection; 
such cells may still take up bacterial DNA from transducing particles.  

*

Transducing  mixtures  carrying  donor  DNA  can  be  prepared  under 

conditions that favor the lytic phage cycle. 


background image

Pathogenicity islands are often transported by phages. For example, two phages 
transport pathogenicity islands responsible for converting a benign form of Vibrio 
cholerae
 into the pathogenic form responsible for epidemic cholera These phage 
encode genes for cholera toxin and bundle forming pili which function in 
attachment. 


background image

*

Transformation

 

*

In 

molecular biology

transformation

 is 

genetic

 alteration of a 

cell

 resulting 

f r o m  t h e  d i r e c t  u p t a k e ,  i n c o r p o r a t i o n  a n d 

e x p r e s s i o n

  o f 

exogenous 

genetic

  material  (

exogenous  DNA

)  from  its  surroundings  and 

taken up through the cell membrane(s). 

*

 Transformation occurs naturally in some species of bacteria, but it can also 

be  effected  by  artificial  means  in  other  cells.  For  transformation  to 
happen, 

bacteria

must be in a state of 

competence

, which might occur as a 

time-limited  response  to  environmental  conditions  such  as  starvation  and 
cell density. 

*

Naturally  competent  transformable  bacteria  are  found  in  several  genera 

and  include 

Bacillus 

subtilis,  Haemophilus  influenzae,  Neisseria 

gonorrhoeae, Neisseria meningitidis, and Streptococcus pneumoniae.  

*

DNA  fragments  containing  genes  from  such  organisms  can  be  readily 

identified on the basis of their ability to transform mutant cells to the wild 
type.  

*

These  techniques  represent  a  substantial  advance  over  the  laborious 

procedures  used  by  Avery  and  his  colleagues  to  demonstrate  that  the 
pneumococcal transforming principle was DNA 

 


background image

background image

*

*

Specific  proteins,  the  products  of  regulatory  genes,  govern 

expression  of  structural  genes  that  encode  enzymes.  Transcription 
of DNA into mRNA begins at the promoter, the DNA sequence that 
binds RNA polymerase.  

*

The level of gene expression is determined in part by the ability of 

a promoter to bind the polymerase, and the intrinsic effectiveness 
of promoters differs widely.  

*

Further  controls  over  gene  expression  are  exerted  by  regulatory 

proteins that can bind to regions of DNA near promoters. 

*

Many prokaryotic structural genes that encode a series of metabolic 

reactions are clustered on operons.  

*

This  contiguous  series  of  genes  are  expressed  as  a  single  mRNA 

transcript,  and  expression  of  the  transcript  may  be  governed  by  a 
single regulatory gene. 

 


background image

*

*

T h e 

l a c  o p e r o n

  i s  a n 

o p e r o n

  r e q u i r e d  f o r  t h e  t r a n s p o r t 

and 

metabolism

  of 

lactose

  in 

Escherichia  coli

  and  some  other 

enteric bacteria

. It consists of three adjacent 

structural genes

lacZlacY

and  lacA.  The  genes  encode 

β-galactosidase

lactose  permease

and 

thiogalactoside transacetylase

 . 

*

In its natural environment, the lac operon allows for the effective digestion 

of lactose. The lactose permease, which sits in the cytoplasmic membrane, 

transports lactose into the cell.  

*

β-galactosidase,  a  cytoplasmic  enzyme,  subsequently  cleaves  lactose 

into 

glucose

 and 

galactose

.  

*

However,  it  would  be  wasteful  to  produce  the  enzymes  when  there  is  no 

lactose available or if there is a more preferable energy source available, 

such as glucose.  

*

Gene  regulation  of  the  lac  operon  was  the  first  genetic  regulatory 

mechanism  to  be  understood  clearly  and  is  one  of  the  foremost  examples 

of 

prokaryotic

 

gene regulation

.  

*

The lac operon is one of the most basic methods for explanation of how a 

repressor  enzyme  works  within  a  cell  on 

DNA

  and  for  that  reason  is 

discussed  in  many  introductory  molecular  and  cellular  biology  classes  at 

universities. 


background image

background image

*




رفعت المحاضرة من قبل: Muqdad A Younis
المشاهدات: لقد قام عضوان و 103 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل