細菌遺傳物質的轉移有哪些方式

鄭娟娟

細菌的遺傳物質是DNA，細菌遺傳物質過程中的轉移方式大致有三種，分別是轉化，接合和轉導，三種方式對DNA的相互作用是區分他們的主要指標。

一、細菌遺傳物質的轉化過程：在自然界中，細菌的轉化過程都是能依靠自身的特定功能來實現自我調節和完成物質之間的相互轉化，細菌也不止一種生理形態，而是多種多樣的，最常見的形態有Photo-energy inorganic autotrophic type（光能無機自養型）， chemical-energy inorganic autotrophic type， heterotrophic type（化學能無機自養型）， methyl-nutritional type（甲基營養型）等，除了不同的生理形態對細菌遺傳物質的轉化方式引起差異外，還有其他外部自然或非自然因素對其轉化過程也會產生有差異的影響。

如果細菌的狀態為能夠被外界環境所影響時，此時，細菌的就能夠向外界產生電離反應。又或者受到氯化鈣等其他化學物理刺激，而對DNA吸收或者改變其目前的狀態。這種細菌的狀態被稱為細菌的感受態。有些細菌自誕生的時候就處于感受態的環境中，而有一些則需要外界的特殊刺激才能轉變為感受態，這也把細菌的感受態分成了自然感受態和人工感受態兩種。不同種類的細菌實現感受態的方式也不盡相同，例如本身就可以實現感受態轉變也就是自然感受態的細菌代表有枯草芽孢桿菌，而需要通過人工干擾才能實現感受態的細菌典型代表是大腸桿菌，一種在生活中尤其常見的細菌。細菌遺傳物質轉化方式的不同還取決于對外部環境的反應，在自然界的生態系統中，大部分細菌都是來源于土壤之中，因此土壤的干濕程度，酸堿差異，營養成分的比例等因素也會影響細菌遺傳物質轉化過程的快慢，吸收DNA的快慢以及細胞與DNA相互作用的效率狀況。根據對不同環境下細菌轉化速率的觀察，可以得知，在淤泥中，細菌轉化效率和吸收釋放DNA的速度比在其在沃土中的速度更快，在酸性土壤中的轉化效率比在堿性土壤中的效率高，再通過觀察，發現土壤中的含水量在30%-40%左右時轉化效率最高。

二、細菌遺傳物質的接合過程：細菌細胞之間的溝通交流和通過細菌對遺傳物質的轉化而造成的基因重組的現象，這個現象被普遍稱為細菌的接合過程。細菌的接合是從對大腸桿菌性別的發現而逐步發展的，通過對F因子的細菌（F-）的性別研究和與其他DNA鏈接產生的不同的反應而逐漸展開相關環節，對這一點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，但這兩者間又有著很大的區別。F因子是大腸桿菌等細菌決定性別并有轉移能力的質粒。F質粒決定了大腸桿菌的性別。F質粒的復制過程為：①在F質粒的一條DNA單鏈特定位點上產生裂口；②以"滾環模型"方式復制F質粒：存留的環狀單鏈（A）邊滾動，邊以自身為模版合成互補鏈（A'），含裂口的單鏈（B）隨著與（A）鏈的解離以單鏈的形式經性菌毛轉入另一個大腸桿菌當中；③（B）鏈在新細胞內合成互補鏈（B'）并環化，形成新的F質粒，完成新細胞的轉變。質粒是染色體以外能自主復制的雙鏈閉合環狀DNA分子，它廣泛存在于細菌細胞中。在霉菌、藍藻、酵母和不少動植物細胞中也發現有質粒存在。目前對細菌質粒研究的較為深入，在基因工程中，多使用大腸桿菌質粒為載體。

三、細菌遺傳物質的轉導過程：在這個過程中，有一個非常重要的關鍵橋梁和載體——噬菌體，噬菌體的存在相當于細胞之間的傳輸通道，細胞通過噬菌體的攜帶傳播將其基因傳輸給另一個細胞，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，第二種屬于局限性傳導，這兩種傳導方式都受制于噬菌體本身的屬性。第一種普遍性傳導中，任何基因的傳導過程都能由噬菌體承載，而這個過程又可以分為完全傳導和流產傳導，前者的傳導可以在DNA上形成穩定的轉導子，后者不能形成穩定的轉導子，但還是能保留表達基因的基本功能。在一次傳導過程中，完全傳導的細胞數量往往少于流產傳導的細胞數量。第二種局限性傳導與普遍性傳導的主要區別在于局限性傳導的轉導子具有溶原性，而普遍性傳導的轉導子則沒有這個特性，局限性傳導還可以根據噬菌體轉導的頻率高低分為低頻轉導和高頻轉導，高頻轉導能得到比低頻轉導更多的轉導子，這是他們的主要區別。

這三種細菌遺傳物質的轉移方式都有三個共同特點，第一點，他們的轉移方向都只有一個，也就是說他們都是單方向轉移，在不同或者同種個體間進行橫向單向轉移，這種轉移方式在自然界中普遍存在，在生物的進化中有至關重要的作用；第二點，他們都會產生部分diploid sporophyte（二倍體孢子體）以實現細胞轉化過度相互溝通交流和運輸物質的需要。第三點，他們的基因的整合重組和遺傳，都要以環狀染色體為載體才能實現。