細(xì)菌遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移有哪些方式

鄭娟娟

細(xì)菌的遺傳物質(zhì)是DNA，細(xì)菌遺傳物質(zhì)過程中的轉(zhuǎn)移方式大致有三種，分別是轉(zhuǎn)化，接合和轉(zhuǎn)導(dǎo)，三種方式對DNA的相互作用是區(qū)分他們的主要指標(biāo)。

一、細(xì)菌遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程：在自然界中，細(xì)菌的轉(zhuǎn)化過程都是能依靠自身的特定功能來實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)和完成物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化，細(xì)菌也不止一種生理形態(tài)，而是多種多樣的，最常見的形態(tài)有Photo-energy inorganic autotrophic type（光能無機(jī)自養(yǎng)型）， chemical-energy inorganic autotrophic type， heterotrophic type（化學(xué)能無機(jī)自養(yǎng)型）， methyl-nutritional type（甲基營養(yǎng)型）等，除了不同的生理形態(tài)對細(xì)菌遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)化方式引起差異外，還有其他外部自然或非自然因素對其轉(zhuǎn)化過程也會(huì)產(chǎn)生有差異的影響。

如果細(xì)菌的狀態(tài)為能夠被外界環(huán)境所影響時(shí)，此時(shí)，細(xì)菌的就能夠向外界產(chǎn)生電離反應(yīng)。又或者受到氯化鈣等其他化學(xué)物理刺激，而對DNA吸收或者改變其目前的狀態(tài)。這種細(xì)菌的狀態(tài)被稱為細(xì)菌的感受態(tài)。有些細(xì)菌自誕生的時(shí)候就處于感受態(tài)的環(huán)境中，而有一些則需要外界的特殊刺激才能轉(zhuǎn)變?yōu)楦惺軕B(tài)，這也把細(xì)菌的感受態(tài)分成了自然感受態(tài)和人工感受態(tài)兩種。不同種類的細(xì)菌實(shí)現(xiàn)感受態(tài)的方式也不盡相同，例如本身就可以實(shí)現(xiàn)感受態(tài)轉(zhuǎn)變也就是自然感受態(tài)的細(xì)菌代表有枯草芽孢桿菌，而需要通過人工干擾才能實(shí)現(xiàn)感受態(tài)的細(xì)菌典型代表是大腸桿菌，一種在生活中尤其常見的細(xì)菌。細(xì)菌遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)化方式的不同還取決于對外部環(huán)境的反應(yīng)，在自然界的生態(tài)系統(tǒng)中，大部分細(xì)菌都是來源于土壤之中，因此土壤的干濕程度，酸堿差異，營養(yǎng)成分的比例等因素也會(huì)影響細(xì)菌遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的快慢，吸收DNA的快慢以及細(xì)胞與DNA相互作用的效率狀況。根據(jù)對不同環(huán)境下細(xì)菌轉(zhuǎn)化速率的觀察，可以得知，在淤泥中，細(xì)菌轉(zhuǎn)化效率和吸收釋放DNA的速度比在其在沃土中的速度更快，在酸性土壤中的轉(zhuǎn)化效率比在堿性土壤中的效率高，再通過觀察，發(fā)現(xiàn)土壤中的含水量在30%-40%左右時(shí)轉(zhuǎn)化效率最高。

二、細(xì)菌遺傳物質(zhì)的接合過程：細(xì)菌細(xì)胞之間的溝通交流和通過細(xì)菌對遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)化而造成的基因重組的現(xiàn)象，這個(gè)現(xiàn)象被普遍稱為細(xì)菌的接合過程。細(xì)菌的接合是從對大腸桿菌性別的發(fā)現(xiàn)而逐步發(fā)展的，通過對F因子的細(xì)菌（F-）的性別研究和與其他DNA鏈接產(chǎn)生的不同的反應(yīng)而逐漸展開相關(guān)環(huán)節(jié)，對這一點(diǎn)的成功證明也證明了微生物和宏觀生物同樣具有性別和生殖器的觀點(diǎn)，但這兩者間又有著很大的區(qū)別。F因子是大腸桿菌等細(xì)菌決定性別并有轉(zhuǎn)移能力的質(zhì)粒。F質(zhì)粒決定了大腸桿菌的性別。F質(zhì)粒的復(fù)制過程為：①在F質(zhì)粒的一條DNA單鏈特定位點(diǎn)上產(chǎn)生裂口；②以"滾環(huán)模型"方式復(fù)制F質(zhì)粒：存留的環(huán)狀單鏈（A）邊滾動(dòng)，邊以自身為模版合成互補(bǔ)鏈（A'），含裂口的單鏈（B）隨著與（A）鏈的解離以單鏈的形式經(jīng)性菌毛轉(zhuǎn)入另一個(gè)大腸桿菌當(dāng)中；③（B）鏈在新細(xì)胞內(nèi)合成互補(bǔ)鏈（B'）并環(huán)化，形成新的F質(zhì)粒，完成新細(xì)胞的轉(zhuǎn)變。質(zhì)粒是染色體以外能自主復(fù)制的雙鏈閉合環(huán)狀DNA分子，它廣泛存在于細(xì)菌細(xì)胞中。在霉菌、藍(lán)藻、酵母和不少動(dòng)植物細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)有質(zhì)粒存在。目前對細(xì)菌質(zhì)粒研究的較為深入，在基因工程中，多使用大腸桿菌質(zhì)粒為載體。

三、細(xì)菌遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程：在這個(gè)過程中，有一個(gè)非常重要的關(guān)鍵橋梁和載體——噬菌體，噬菌體的存在相當(dāng)于細(xì)胞之間的傳輸通道，細(xì)胞通過噬菌體的攜帶傳播將其基因傳輸給另一個(gè)細(xì)胞，這種病毒的感染傳播過程可以分為兩種類型，第一種屬于普遍性傳導(dǎo)，第二種屬于局限性傳導(dǎo)，這兩種傳導(dǎo)方式都受制于噬菌體本身的屬性。第一種普遍性傳導(dǎo)中，任何基因的傳導(dǎo)過程都能由噬菌體承載，而這個(gè)過程又可以分為完全傳導(dǎo)和流產(chǎn)傳導(dǎo)，前者的傳導(dǎo)可以在DNA上形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子，后者不能形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子，但還是能保留表達(dá)基因的基本功能。在一次傳導(dǎo)過程中，完全傳導(dǎo)的細(xì)胞數(shù)量往往少于流產(chǎn)傳導(dǎo)的細(xì)胞數(shù)量。第二種局限性傳導(dǎo)與普遍性傳導(dǎo)的主要區(qū)別在于局限性傳導(dǎo)的轉(zhuǎn)導(dǎo)子具有溶原性，而普遍性傳導(dǎo)的轉(zhuǎn)導(dǎo)子則沒有這個(gè)特性，局限性傳導(dǎo)還可以根據(jù)噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)的頻率高低分為低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)和高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)，高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)能得到比低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)更多的轉(zhuǎn)導(dǎo)子，這是他們的主要區(qū)別。

這三種細(xì)菌遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移方式都有三個(gè)共同特點(diǎn)，第一點(diǎn)，他們的轉(zhuǎn)移方向都只有一個(gè)，也就是說他們都是單方向轉(zhuǎn)移，在不同或者同種個(gè)體間進(jìn)行橫向單向轉(zhuǎn)移，這種轉(zhuǎn)移方式在自然界中普遍存在，在生物的進(jìn)化中有至關(guān)重要的作用；第二點(diǎn)，他們都會(huì)產(chǎn)生部分diploid sporophyte（二倍體孢子體）以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞轉(zhuǎn)化過度相互溝通交流和運(yùn)輸物質(zhì)的需要。第三點(diǎn)，他們的基因的整合重組和遺傳，都要以環(huán)狀染色體為載體才能實(shí)現(xiàn)。