遺傳變異和育種上

1、會計學(xué)1遺傳變異和育種上遺傳變異和育種上遺傳： 親代與子代相似變異： 親代與子代、子代間不同個體不完全相同遺傳（inheritance）和變異（variation）是生命的最本質(zhì)特性之一遺傳型：表型（表現(xiàn)型）：生物的全部遺傳因子及基因具有一定遺傳型的個體，在特定環(huán)境條件下通過生長發(fā)育所表現(xiàn)出來的形態(tài)等生物學(xué)特征的總和。表型是由遺傳型所決定，但也和環(huán)境有關(guān)?；靖拍畋硇惋椬儯罕硇偷牟町愔慌c環(huán)境有關(guān)特點：暫時性、不可遺傳性、表現(xiàn)為全部個體的行為遺傳型變異（基因變異、基因突變）：遺傳物質(zhì)改變，導(dǎo)致表型改變特點：遺傳性、群體中極少數(shù)個體的行為 （自發(fā)突變頻率通常為10-6-10-9）微生物是遺傳學(xué)研究

2、中的明星：t 微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡單，營養(yǎng)體一般為單倍體，方便建立純系。t 很多常見微生物都易于人工培養(yǎng)，快速、大量生長繁殖。t 對環(huán)境因素的作用敏感，易于獲得各類突變株，操作性強。第一節(jié) 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)一、DNA作為遺傳物質(zhì)二、RNA作為遺傳物質(zhì)三、朊病毒的發(fā)現(xiàn)與思考一、DNA作為遺傳物質(zhì)第一節(jié) 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)Avery在四十年代以更精密的實驗設(shè)計重復(fù)了以上實驗分別用降解DNA、RNA、蛋白質(zhì)的酶作用于有毒的S型菌細(xì)胞抽提物只有DNA被酶降解破壞的抽提物無轉(zhuǎn)化活性DNA是轉(zhuǎn)化所必需的轉(zhuǎn)化因子第一節(jié) 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)T2噬菌體感染實驗（1952年）第一節(jié) 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)二、RNA作為遺傳物質(zhì)生化提取

3、分別獲得含RNA的煙草花葉病毒蛋白質(zhì)外殼（病毒1）和核酸（病毒2）抗血清處理，證明雜種病毒的蛋白質(zhì)外殼來自病毒1，而非病毒2雜種病毒的后代的蛋白質(zhì)外殼表現(xiàn)為病毒2，而非病毒1遺傳物質(zhì)是核酸（RNA）而非蛋白質(zhì)第一節(jié) 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)三、朊病毒的發(fā)現(xiàn)與思考亞病毒的一種：具有傳染性的蛋白質(zhì)致病因子，迄今為止尚為 發(fā)現(xiàn)該蛋白內(nèi)含有核酸。其致病作用是由于動物體內(nèi)正常的蛋白質(zhì)PrP c改變折疊狀態(tài)為PrP sc所致，而這二種蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)并沒有改變。人的庫魯病(kuru)、克雅氏病(Creutzfeldt Jakob disease, CJD)等羊搔癢癥(scrapie)牛海綿狀腦病(spongifor

4、m encephalopathy)引起人與動物的致死性中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病Prusiner (1982)提出羊搔癢病因子是一種蛋白質(zhì)侵染顆粒（proteinaceous infectious particle），并將之稱做Prion或Virino。 -朊病毒1997年，Stanley B. Prusiner榮獲諾貝爾獎第一節(jié) 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)三、朊病毒的發(fā)現(xiàn)與思考1）蛋白質(zhì)是否可以作為遺傳物質(zhì)？ prion是生命的一個特例？還是僅僅為表達(dá)調(diào)控的一種形式？2）蛋白質(zhì)折疊與功能的關(guān)系，是否存在折疊密碼？DNARNA肽鏈蛋白質(zhì) 核 苷 酸 水 平 密 碼 子 水 平 基 因 水 平 核 酸 水 平 染色體

5、水平 細(xì)胞核水平 細(xì)胞水平 基因是生物體內(nèi)具有自主復(fù)制能力的最小遺傳功能單位，其物質(zhì)基礎(chǔ)是一條以直線排列、具有特定核苷酸序列的核酸片段。基因組是指存在于細(xì)胞或病毒中的所有基因。由于現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)許多非編碼序列具有重要的功能，因此目前基因組的含義實際上是指細(xì)胞中基因以及非基因的DNA序列組成的總稱，包括編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因、調(diào)控序列以及目前功能還尚不清楚的DNA序列。操縱子 調(diào)節(jié)基因 結(jié)構(gòu)基因 操作基因 啟動基因 遺傳信息的連續(xù)性功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及rRNA基因的多拷貝基因組的重復(fù)序列少而短基因的不連續(xù)性：內(nèi)含子、外顯子高度拷貝和重復(fù)順序 ：遺傳豐余轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯在細(xì)胞中有空

6、間分隔高拷貝數(shù)(high copy number)質(zhì)粒（每個宿主細(xì)胞中可以有10-100個拷貝） 松弛型質(zhì)粒低拷貝數(shù)(low copy number)質(zhì)粒（每個宿主細(xì)胞中只有1-2個拷貝） 嚴(yán)緊型質(zhì)粒窄宿主范圍質(zhì)粒(narrow host range plasmid)（只能在一種特定的宿主細(xì)胞中復(fù)制）廣宿主范圍質(zhì)粒(broad host range plasmid)（可以在許多種細(xì)菌中復(fù)制）在醫(yī)療中具有危害，但可用于微生物篩選和基因工程的標(biāo)記部分細(xì)菌由質(zhì)粒編碼的蛋白質(zhì)產(chǎn)生的能抑制或殺死其他近源細(xì)菌的代謝產(chǎn)物。用于“殘害手足”Ti質(zhì)粒：誘癌質(zhì)粒，導(dǎo)致植物產(chǎn)生根癌，膨大等現(xiàn)象；用于植物基因工程。月

7、季根癌Ri質(zhì)粒：發(fā)根質(zhì)粒，誘發(fā)大量稱為毛狀根的不定根。降解性質(zhì)粒：僅在假單胞菌（Pseudomonas）中發(fā)現(xiàn)。具有降解復(fù)雜有毒化合物的能力。“超級菌”。隱秘質(zhì)粒（cryptic plasmid） 隱秘質(zhì)粒不顯示任何表型效應(yīng)，它們的存在只有通過物理的方法，例如用凝膠電泳檢測細(xì)胞抽提液等方法才能發(fā)現(xiàn)。它們存在的生物學(xué)意義，目前幾乎不了解。在應(yīng)用上，很多隱秘質(zhì)粒被加以改造作為基因工程的載體（一般加上抗性基因）基因突變突變類型突變率基因突變的特點基因突變自發(fā)性和不對應(yīng)性的實驗證明基因突變及機制紫外線對DNA的損傷及其修復(fù)基因突變的概念：泛指遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或數(shù)量突然發(fā)生的可遺傳的變化，可自發(fā)或誘導(dǎo)

8、產(chǎn)生。野生型菌株（wild type strain）：從自然界分離到的菌株。突變株（mutant）：野生型經(jīng)突變后形成的帶有新性狀的菌株。突變株的表型選擇性突變株（selectable mutant）非選擇性突變株（ nonselectable mutant ）營養(yǎng)缺陷型抗性突變型條件致死突變型形態(tài)突變型抗原突變型產(chǎn)量突變型1.自發(fā)性。2.不對應(yīng)性細(xì)胞可自發(fā)的產(chǎn)生突變突變性狀與引起突變的原因間無直接對應(yīng)關(guān)系3.稀有性突變幾率為10-610-9 4.獨立性5.可誘變性誘變劑的使用可大大提高突變幾率6.穩(wěn)定性7.可逆性正向突變/回復(fù)突變變量實驗（fluctuation analysis）（1943

9、）Salvador LuriaMax DelbruckThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969Newcombe的涂布實驗（1949）影印實驗（replica plating ）（1952）基因突變誘變 堿基置換移碼突變點突變畸變?nèi)笔砑右孜?、倒位自發(fā)突變A.CalmetteC.Guerin第二節(jié) 基因突變和誘變育種二、突變與育種第二節(jié) 基因突變和誘變育種二、突變與育種1.選擇簡便有效的誘變劑誘變劑物理誘變劑：化學(xué)誘變劑：紫外線、激光、離子束、rRay烷化劑、堿基類似物等誘變育種誘變育種的幾個原則很多種化學(xué)物質(zhì)，能以各種機制導(dǎo)致DNA的突變a）

10、利用各種誘變劑獲得各類遺傳突變，進行誘變育種；b）對有害微生物進行控制；c）危害人類自身的健康誘變育種“生物化學(xué)統(tǒng)一性”法則 人和細(xì)菌在DNA的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的，能使微生物發(fā)生突變的誘變劑必然也會作用于人的DNA，使其發(fā)生突變，最后造成癌變或其他不良的后果。誘變育種“三致”作用誘變劑的共性原則：化學(xué)藥劑對細(xì)菌的誘變率與其對動物的致癌性成正比 超過95%的致癌物質(zhì)對微生物有誘變作用90%以上的非致癌物質(zhì)對微生物沒有誘變作用回復(fù)突變(reverse mutation或back mutation)：突變體失去的野生型性狀，可以通過第二次突變得到恢復(fù)，這種第二次突變稱為回復(fù)突變美國加利福尼亞大學(xué)

11、的Bruce Ames教授于1966年發(fā)明，因此稱為Ames試驗具體操作：檢測鼠傷寒沙門氏菌(Salmonella typhmurium)組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株(his-)的回復(fù)突變率Ames試驗證明Ames試驗重要性的應(yīng)用實例：國外曾開發(fā)了一種降低婦女妊娠反應(yīng)的藥物“反應(yīng)停”，由于其藥效顯著，在60-70年代十分流行，但隨后人們就發(fā)現(xiàn)畸形兒的出生率明顯增高，而且生產(chǎn)畸形兒的婦女大多曾服用“反應(yīng)?！保髞聿捎肁mes試驗發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)的確具有很強的致突變作用，因此這種藥物被禁止使用但如果能在這種藥物上市之前就進行Ames試驗檢測，那么這種大量出生畸形兒的悲劇完全可以避免，由于生物體內(nèi)、體外可能存在

12、的差異，可在體外加入哺乳動物（如大鼠）微粒體酶系統(tǒng)，使待測物活化，使Ames試驗的準(zhǔn)確率達(dá)80-90%。Ames試驗2.挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株依靠經(jīng)驗誘變育種的幾個原則3.處理單細(xì)胞或單孢子懸液誘變育種的細(xì)胞應(yīng)盡量選用單核細(xì)胞，絲狀菌應(yīng)選用單孢子。誘變育種的幾個原則4.選用最適的誘變劑量劑量存活率曲線，劑量誘變率曲線。誘變育種的幾個原則5.充分利用復(fù)合處理的協(xié)同效應(yīng)誘變育種的幾個原則6.利用和創(chuàng)造形態(tài)、生理與產(chǎn)量間的相關(guān)指標(biāo)利用蛋白酶水解圈、淀粉酶變色圈、纖維素水解圈等誘變育種的幾個原則7.設(shè)計高效篩選方案8.創(chuàng)造新型篩選方法結(jié)合具體的目標(biāo)，大膽嘗試，勇于創(chuàng)新。誘變育種的幾個原則1.產(chǎn)量突變株的篩

13、選2.抗藥性突變株的篩選梯度平板法定向培育若干代謝產(chǎn)物高產(chǎn)菌株3.營養(yǎng)缺陷型突變株的篩選篩選的意義：（1）遺傳標(biāo)記菌種（2）生物測定的試驗菌種（3）生產(chǎn)菌種基本培養(yǎng)基：MMM9 medium：Na2HPO4 12.8g KH2PO4 3.0g NaCl 0.5g NH4Cl 0.5g 葡萄糖(單獨滅菌) 10.0g 維生素B1(單獨滅菌) 1g/mlpH 自然不能錯誤的認(rèn)為基本培養(yǎng)基均是簡單的，不含生長因子的。完全培養(yǎng)基：CMPepton (蛋白胨) 5g Beef extract (牛肉膏) 30gNaCl 5g Agar (瓊脂) 15gDistilled water (蒸餾水) Adju

14、st (調(diào)) pH to 7.0-7.2可滿足一切營養(yǎng)缺陷型菌株營養(yǎng)需要的天然或半組合培養(yǎng)基。補充培養(yǎng)基：SM例如：在M9培養(yǎng)基中添加LHis等只能滿足相應(yīng)的營養(yǎng)缺陷型突變株生長需要的組合或半組合培養(yǎng)基。3類遺傳個體：野生型：MM、CM、SM均能生長營養(yǎng)缺陷型：CM、SM能生長原養(yǎng)型：MM、CM、SM均能生長營養(yǎng)缺陷型的表示方法：基因型：所需營養(yǎng)物的前三個英文小寫斜體字母表示：hisC（組氨酸缺陷型，其中的大寫字母C同一表型中不同基因的突變）表型：同上，但第一個字母大寫，且不用斜體：HisC在具體使用時多用hisC-和hisC+，分別表示缺陷型和野生型。3.營養(yǎng)缺陷型突變株的篩選篩選的方法：（1）誘變劑處理（2）淘汰野生型（3）檢出缺陷型第一節(jié) 遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)T2噬菌體感染實驗（1952年）遺傳信息的連續(xù)性功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及rRNA基因的多拷貝基因組的重復(fù)序列少而短變量實驗（fluctuation analysis）（1943）Salvador LuriaMax DelbruckThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969“生物化學(xué)統(tǒng)一性”法則 人和細(xì)菌在DNA的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的，能使微生物