代謝控制與育種ppt課件

1、第四節(jié)第四節(jié) 代謝調節(jié)控制育種代謝調節(jié)控制育種7 工業(yè)微生物代謝控制育種工業(yè)微生物代謝控制育種第四節(jié) 代謝調節(jié)控制育種 代謝調節(jié)控制育種通過特定突變型的選育，達到改變代謝通路、降低支代謝調節(jié)控制育種通過特定突變型的選育，達到改變代謝通路、降低支路代謝終產物的產生或切斷支路代謝途徑及提高細胞膜的透性，使代謝流路代謝終產物的產生或切斷支路代謝途徑及提高細胞膜的透性，使代謝流向目的產物積累方向進行。向目的產物積累方向進行。抗反饋調節(jié)突抗反饋調節(jié)突變株選育變株選育l1. 1. 概念：指操縱基因或調節(jié)基因突變引起酶合成誘導機制概念：指操縱基因或調節(jié)基因突變引起酶合成誘導機制失靈，菌株不經誘導也能合成酶、

2、或不受終產物阻遏的調節(jié)失靈，菌株不經誘導也能合成酶、或不受終產物阻遏的調節(jié)突變型。突變型。l調節(jié)基因突變，致使不能形成活性化的阻抑物；調節(jié)基因突變，致使不能形成活性化的阻抑物；l操縱基因突變，喪失和阻抑物結合的親和力。操縱基因突變，喪失和阻抑物結合的親和力。l 因此，可以利用一些易同化碳源或價廉易得的碳源作為因此，可以利用一些易同化碳源或價廉易得的碳源作為基質生產所需的誘導酶類?；|生產所需的誘導酶類。l2. 2. 篩選方法及實例篩選方法及實例l(1) (1) 限量誘導物恒化培養(yǎng)限量誘導物恒化培養(yǎng)l(2) (2) 循環(huán)培養(yǎng)循環(huán)培養(yǎng)l(3) (3) 鑒別性培養(yǎng)基的利用鑒別性培養(yǎng)基的利用l(4)

3、(4) 挑選挑選4.1 4.1 組成型突變株的選育組成型突變株的選育 (1) (1) 限量誘導物恒化培養(yǎng)限量誘導物恒化培養(yǎng)將野生型菌種經誘變后移接到低濃度將野生型菌種經誘變后移接到低濃度誘導物的恒化器中連續(xù)培養(yǎng)誘導物的恒化器中連續(xù)培養(yǎng)由于底物濃度低到對野由于底物濃度低到對野生型不發(fā)生誘導作用，生型不發(fā)生誘導作用，所以誘導型的野生菌不所以誘導型的野生菌不能生長能生長突變株由于不經誘導即突變株由于不經誘導即可產生誘導酶而利用底可產生誘導酶而利用底物，因而得以生長成為物，因而得以生長成為組成型菌株組成型菌株4.1 4.1 組成型突變株的選育組成型突變株的選育2. 2. 篩選方法及實例篩選方法及實例

4、(2) (2) 循環(huán)培養(yǎng)循環(huán)培養(yǎng)含有誘導物含有誘導物的培養(yǎng)基的培養(yǎng)基不含誘導物不含誘導物的培養(yǎng)基的培養(yǎng)基交替連續(xù)循環(huán)培養(yǎng)交替連續(xù)循環(huán)培養(yǎng)由于組成型突變株在兩種培養(yǎng)基上由于組成型突變株在兩種培養(yǎng)基上都能產酶，生長逐漸占優(yōu)勢都能產酶，生長逐漸占優(yōu)勢4.1 4.1 組成型突變株的選育組成型突變株的選育2. 2. 篩選方法及實例篩選方法及實例(3) (3) 鑒別性培養(yǎng)基的利用鑒別性培養(yǎng)基的利用甘油作惟一甘油作惟一碳源碳源涂布誘涂布誘變孢子變孢子懸液懸液噴上噴上O-O-硝基苯酚硝基苯酚- -D-D-半乳糖苷半乳糖苷(ONPG)(ONPG)組成型組成型誘導型誘導型4.1 4.1 組成型突變株的選育組成型突

5、變株的選育2. 2. 篩選方法及實例篩選方法及實例 (4) (4) 挑選挑選經誘變劑處理后的菌體移接到含有誘導能力低，但能經誘變劑處理后的菌體移接到含有誘導能力低，但能作為良好碳源的誘導物的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，突變體能作為良好碳源的誘導物的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，突變體能良好生長，野生型不能生長。良好生長，野生型不能生長。例如：利用苯例如：利用苯-半乳糖半乳糖(PG)(PG)篩選篩選-半乳糖苷酶組半乳糖苷酶組成型突變株。成型突變株。4.1 4.1 組成型突變株的選育組成型突變株的選育2. 2. 篩選方法及實例篩選方法及實例l概念：抗分解阻遏和抗分解抑制的突變株。概念：抗分解阻遏和抗分解抑制的突變株。l分解代謝

6、阻遏現象：在初級或次級代謝中都存在，其含義分解代謝阻遏現象：在初級或次級代謝中都存在，其含義是指代謝過程中酶的合成往往受高濃度的葡萄糖或其他易是指代謝過程中酶的合成往往受高濃度的葡萄糖或其他易分解利用的碳源或氮源所抑制。分解利用的碳源或氮源所抑制。l選育抗分解調節(jié)突變株選育抗分解調節(jié)突變株( (如碳源、氮源或磷酸鹽分解調節(jié)如碳源、氮源或磷酸鹽分解調節(jié)) )，其實就是篩選合成酶的產生不受碳、氮、磷的代謝阻遏或其實就是篩選合成酶的產生不受碳、氮、磷的代謝阻遏或抑制的突變株，使抗生素提前到菌體生長期開始合成，延抑制的突變株，使抗生素提前到菌體生長期開始合成，延長產抗期以提高產量。長產抗期以提高產量。

7、4.2 4.2 抗分解調節(jié)突變株的選育抗分解調節(jié)突變株的選育二、抗分解調節(jié)突變株的選育抗分解阻遏、抗分解抑制（一解除碳源調節(jié)突變株的選育（二）氮源（三）磷酸鹽 篩選此類突變株的目的篩選此類突變株的目的由于葡萄糖分解產物的積累，阻遏抗生素合成的關鍵酶，從由于葡萄糖分解產物的積累，阻遏抗生素合成的關鍵酶，從而抑制抗生素的合成。在實際生產中，采用流加葡萄糖或而抑制抗生素的合成。在實際生產中，采用流加葡萄糖或應用混合碳源可以控制分解中間產物的累積來減少不利影應用混合碳源可以控制分解中間產物的累積來減少不利影響，但最根本的辦法則是篩選抗碳源分解調節(jié)突變株，以響，但最根本的辦法則是篩選抗碳源分解調節(jié)突變株

8、，以解除上述調節(jié)機制，達到增產的目的。解除上述調節(jié)機制，達到增產的目的。 篩選方法與實例篩選方法與實例(1) (1) 循環(huán)培養(yǎng)法循環(huán)培養(yǎng)法(2) (2) 鑒別性培養(yǎng)基鑒別性培養(yǎng)基(3) (3) 特殊氮源特殊氮源(4) (4) 葡萄糖結構類似物葡萄糖結構類似物4.2 4.2 抗分解調節(jié)突變株的選育抗分解調節(jié)突變株的選育1. 1. 解除碳源調節(jié)突變株的選育解除碳源調節(jié)突變株的選育(1) (1) 循環(huán)培養(yǎng)法循環(huán)培養(yǎng)法快速利用的快速利用的碳源培養(yǎng)基碳源培養(yǎng)基慢速利用的慢速利用的碳源培養(yǎng)基碳源培養(yǎng)基交替培養(yǎng)交替培養(yǎng)突變型解除了阻遏現象，在乳糖的突變型解除了阻遏現象，在乳糖的培養(yǎng)基上比野生型生長速度快，培

9、養(yǎng)基上比野生型生長速度快，4.2 4.2 抗分解調節(jié)突變株的選育抗分解調節(jié)突變株的選育1. 1. 解除碳源調節(jié)突變株的選育解除碳源調節(jié)突變株的選育(2) (2) 鑒別性培養(yǎng)基鑒別性培養(yǎng)基含有葡萄糖含有葡萄糖的瓊脂平板的瓊脂平板涂布誘涂布誘變后的變后的菌體菌體噴上噴上O-O-硝基苯酚硝基苯酚- -D-D-半乳糖苷半乳糖苷(ONPG)(ONPG)突變型突變型野生型野生型4.2 4.2 抗分解調節(jié)突變株的選育抗分解調節(jié)突變株的選育1. 1. 解除碳源調節(jié)突變株的選育解除碳源調節(jié)突變株的選育(3) (3) 特殊氮源特殊氮源用葡萄糖為碳源，受阻遏酶的底物作為惟一氮源用葡萄糖為碳源，受阻遏酶的底物作為惟一

10、氮源配制成培養(yǎng)基，連續(xù)移接誘變后的產氣桿菌配制成培養(yǎng)基，連續(xù)移接誘變后的產氣桿菌(Aerobacters aerogenes)(Aerobacters aerogenes)，可以篩選出不受，可以篩選出不受葡萄糖阻遏的組氨酸酶突變株。葡萄糖阻遏的組氨酸酶突變株。4.2 4.2 抗分解調節(jié)突變株的選育抗分解調節(jié)突變株的選育1. 1. 解除碳源調節(jié)突變株的選育解除碳源調節(jié)突變株的選育(4) (4) 葡萄糖結構類似物葡萄糖結構類似物 特性：特性：2-dG2-dG和和3-mG3-mG既不被微生物代謝又具有分解既不被微生物代謝又具有分解阻遏作用，因此可用來篩選抗分解阻遏的突變株。阻遏作用，因此可用來篩選抗

11、分解阻遏的突變株。2-dG3-mG4.2 4.2 抗分解調節(jié)突變株的選育抗分解調節(jié)突變株的選育1. 1. 解除碳源調節(jié)突變株的選育解除碳源調節(jié)突變株的選育4.葡萄糖結構類似物-（1篩選方法涂瓊脂平板出發(fā)菌株誘變抗2-dG或3-mG菌落優(yōu)勢生長低濃度2-dG或3-mG一種特殊碳源經誘導酶水解才能利用野生型菌株淘汰l 篩選方法篩選方法l培養(yǎng)基要求含低濃度培養(yǎng)基要求含低濃度2-dG2-dG或或3-mG3-mG及一種生長碳源，該碳源必須經相應的誘及一種生長碳源，該碳源必須經相應的誘導酶水解才能被微生物同化利用。導酶水解才能被微生物同化利用。l 抗性突變株的性質抗性突變株的性質l應用應用2-dG2-dG

12、或或3-mG3-mG不僅可以定向選育分解阻遏脫敏突變株，也可有效地分離不僅可以定向選育分解阻遏脫敏突變株，也可有效地分離到高產菌株。到高產菌株。4.2 4.2 抗分解調節(jié)突變株的選育抗分解調節(jié)突變株的選育1. 1. 解除碳源調節(jié)突變株的選育解除碳源調節(jié)突變株的選育(4) (4) 葡萄糖結構類似物葡萄糖結構類似物2. 2. 解除氮源分解調節(jié)突變株的選育解除氮源分解調節(jié)突變株的選育氮源分解調節(jié)：指含氮產物的酶受快速利用的氮氮源分解調節(jié)：指含氮產物的酶受快速利用的氮源阻遏。源阻遏。類型：細菌、酵母、霉菌等微生物對初級代謝產類型：細菌、酵母、霉菌等微生物對初級代謝產物的氮降解物具有調節(jié)作用。次級代謝的

13、氮降物的氮降解物具有調節(jié)作用。次級代謝的氮降解物的阻遏主要指銨鹽和其他快速利用的氮源解物的阻遏主要指銨鹽和其他快速利用的氮源對抗生素生物合成具有分解調節(jié)作用。對抗生素生物合成具有分解調節(jié)作用。實例：篩選芽孢桿菌中耐氨基酸菌株，是提高蛋實例：篩選芽孢桿菌中耐氨基酸菌株，是提高蛋白酶產量的一種有效方法。白酶產量的一種有效方法。4.2 4.2 抗分解調節(jié)突變株的選育抗分解調節(jié)突變株的選育二、抗分解調節(jié)突變株的選育（三解除磷酸鹽調節(jié)突變株的選育初級代謝必須過量時影響次級代謝磷酸鹽基本耗竭，抗生素合成開始發(fā)酵工業(yè)中，磷酸鹽常被控制在亞適量。3. 3. 解除磷酸鹽調節(jié)突變株的選育解除磷酸鹽調節(jié)突變株的選育

14、（A A磷酸鹽對次生產物的調節(jié)機制磷酸鹽對次生產物的調節(jié)機制(1) (1) 通過初級代謝的變化影響次級代謝通過初級代謝的變化影響次級代謝 加強初級代謝，推遲抗生素合成的起始；加強初級代謝，推遲抗生素合成的起始； 改變糖類分解代謝途徑，磷酸鹽有利于糖酵解，改變糖類分解代謝途徑，磷酸鹽有利于糖酵解，從而降低戊糖途徑的活力，導致某些以戊糖途徑為從而降低戊糖途徑的活力，導致某些以戊糖途徑為先導的抗生素合成受抑制；先導的抗生素合成受抑制； 限制抗生素合成的誘導物；限制抗生素合成的誘導物； 抑制或阻遏磷酸脂酶類的合成。抑制或阻遏磷酸脂酶類的合成。(2) (2) 磷酸鹽對磷酸鹽對ATPATP調節(jié)：磷酸鹽可能

15、通過調節(jié)細胞內調節(jié)：磷酸鹽可能通過調節(jié)細胞內的效應物的效應物cAMPcAMP、ATPATP等來控制抗生素的基因表達。等來控制抗生素的基因表達。4.2 4.2 抗分解調節(jié)突變株的選育抗分解調節(jié)突變株的選育（B B） 發(fā)酵過程中對磷酸鹽的控制發(fā)酵過程中對磷酸鹽的控制其添加濃度要嚴格限制在亞適量的水平，但最主要的目標是選其添加濃度要嚴格限制在亞適量的水平，但最主要的目標是選育解除磷酸鹽調節(jié)突變株。育解除磷酸鹽調節(jié)突變株。4.2 4.2 抗分解調節(jié)突變株的選育抗分解調節(jié)突變株的選育3. 3. 解除磷酸鹽調節(jié)突變株的選育解除磷酸鹽調節(jié)突變株的選育 （C C抗磷酸突變株抗磷酸突變株的篩選方法的篩選方法4.

16、2 4.2 抗分解調節(jié)突變株的選育抗分解調節(jié)突變株的選育3. 3. 解除磷酸解除磷酸 鹽調節(jié)突變株鹽調節(jié)突變株的選育的選育 營養(yǎng)缺陷型突變株的特性：營養(yǎng)缺陷型突變株的特性： （1代謝障礙突變株，由結構基因突變引起合成代謝代謝障礙突變株，由結構基因突變引起合成代謝中一個酶失活，使某個生化反應發(fā)生遺傳性障礙，使中一個酶失活，使某個生化反應發(fā)生遺傳性障礙，使菌株喪失合成某種物質的能力，導致該菌株在培養(yǎng)基菌株喪失合成某種物質的能力，導致該菌株在培養(yǎng)基中不添加這種物質就無法生長。中不添加這種物質就無法生長。 （2營養(yǎng)缺陷型菌株常常會使發(fā)生障礙的前一步的中營養(yǎng)缺陷型菌株常常會使發(fā)生障礙的前一步的中間代謝產

17、物得到累積，這就成為利用營養(yǎng)缺陷型菌株間代謝產物得到累積，這就成為利用營養(yǎng)缺陷型菌株進行工業(yè)發(fā)酵來積累有用中間代謝產物的依據。進行工業(yè)發(fā)酵來積累有用中間代謝產物的依據。 （3營養(yǎng)缺陷型菌株由于生物合成途徑中某一步發(fā)生營養(yǎng)缺陷型菌株由于生物合成途徑中某一步發(fā)生障礙，合成反應不能完成，從而解除了終產物反饋阻障礙，合成反應不能完成，從而解除了終產物反饋阻抑。外加限量需要的營養(yǎng)物質，克服生長的障礙，使抑。外加限量需要的營養(yǎng)物質，克服生長的障礙，使終產物不至于積累到引起反饋調節(jié)的濃度，從而有利終產物不至于積累到引起反饋調節(jié)的濃度，從而有利于中間產物或另一途徑的某種終產物的積累。于中間產物或另一途徑的某種

18、終產物的積累。4.3 4.3 營養(yǎng)缺陷型在代謝調節(jié)育種中的應用營養(yǎng)缺陷型在代謝調節(jié)育種中的應用在初級代謝調節(jié)育種中的應用在初級代謝調節(jié)育種中的應用（1 1直線式生物合成途徑直線式生物合成途徑4.3 4.3 營養(yǎng)缺陷型在代謝調節(jié)育種中的應用營養(yǎng)缺陷型在代謝調節(jié)育種中的應用 （2 2） 分支式生分支式生物合成途徑物合成途徑 實例實例1 1：谷氨酸棒狀：谷氨酸棒狀桿菌的桿菌的L-L-谷氨酸谷氨酸生物合成途徑生物合成途徑生物素缺陷型生物素缺陷型硫胺素缺陷型硫胺素缺陷型4.3 4.3 營養(yǎng)缺陷型在代謝調節(jié)育種中的應用營養(yǎng)缺陷型在代謝調節(jié)育種中的應用 在初級代謝調節(jié)育種中的應用在初級代謝調節(jié)育種中的應用l

19、實例實例2 2：谷氨酸棒狀桿菌的腺核苷酸、鳥核苷酸的合成代謝途徑：谷氨酸棒狀桿菌的腺核苷酸、鳥核苷酸的合成代謝途徑腺嘌呤缺陷型腺嘌呤缺陷型協同反饋抑制協同反饋抑制l實例實例3 3 高絲氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株的賴氨酸合成途徑高絲氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株的賴氨酸合成途徑高絲氨酸缺陷型高絲氨酸缺陷型協同反饋抑制協同反饋抑制2. 2. 在次級代謝調節(jié)育種中的應用在次級代謝調節(jié)育種中的應用（1 1抗生素增產：抗生素產生菌的營養(yǎng)缺陷株多數生產能力抗生素增產：抗生素產生菌的營養(yǎng)缺陷株多數生產能力是下降的。然而，在初級或次級代謝產物的分支代謝途徑中，是下降的。然而，在初級或次級代謝產物的分支代謝途徑中，營養(yǎng)缺陷型切斷初

20、級代謝支路，有可能使抗生素增產。營養(yǎng)缺陷型切斷初級代謝支路，有可能使抗生素增產。4.3 4.3 營養(yǎng)缺陷型在代謝調節(jié)育種中的應用營養(yǎng)缺陷型在代謝調節(jié)育種中的應用實例：四環(huán)素、制霉菌素產生菌的脂肪酸缺陷型可增加抗實例：四環(huán)素、制霉菌素產生菌的脂肪酸缺陷型可增加抗生素。生素。脂肪酸缺陷型脂肪酸缺陷型 （2 2新產品新產品 實例：實例： 金霉素第六碳原子金霉素第六碳原子上甲基是由蛋氨酸上甲基是由蛋氨酸供應的，如果獲得供應的，如果獲得蛋氨酸缺陷型，阻蛋氨酸缺陷型，阻斷了蛋氨酸這一區(qū)斷了蛋氨酸這一區(qū)段的合成，導致次段的合成，導致次級代謝中甲基供給級代謝中甲基供給受到限制，結果產受到限制，結果產生去甲基金

21、霉素，生去甲基金霉素，而不產生金霉素。而不產生金霉素。4.3 4.3 營養(yǎng)缺陷型在代謝調節(jié)育種中的應用營養(yǎng)缺陷型在代謝調節(jié)育種中的應用2. 2. 在次級代謝調節(jié)育種中的應用在次級代謝調節(jié)育種中的應用四、滲漏缺陷型在代謝調節(jié)育種中的應用滲漏缺陷型：一種特殊的營養(yǎng)缺陷型。遺傳性代謝障礙不完全，酶活力下降而不完全喪失，能在基本培養(yǎng)基上少量生長選育方法：. 營養(yǎng)缺陷型菌株接種于基本培養(yǎng)基 平板上 2. 挑菌生長特別慢、菌落小）l概念：抗反饋調節(jié)突變株是一種解除合成代謝反饋調概念：抗反饋調節(jié)突變株是一種解除合成代謝反饋調節(jié)機制的突變型菌株。其特點是所需產物不斷積累，節(jié)機制的突變型菌株。其特點是所需產物不

22、斷積累，不會因其濃度超量而終止生產：不會因其濃度超量而終止生產：l如果由于結構基因突變而使變構酶成為不能和代謝終如果由于結構基因突變而使變構酶成為不能和代謝終產物相結合的，便是失去了反饋抑制的突變，稱為產物相結合的，便是失去了反饋抑制的突變，稱為“抗反饋突變型抗反饋突變型”；l如果是由于調節(jié)基因突變引起調節(jié)蛋白不能和代謝終如果是由于調節(jié)基因突變引起調節(jié)蛋白不能和代謝終產物相結合而失去阻遏作用的，稱為產物相結合而失去阻遏作用的，稱為“抗阻遏突變抗阻遏突變型型”。l 一般而言，抗阻遏突變結果使胞內酶有可能成倍一般而言，抗阻遏突變結果使胞內酶有可能成倍增長，而抗反饋突變的胞內酶量沒有什么變化。但從增

23、長，而抗反饋突變的胞內酶量沒有什么變化。但從作用效果上講，均造成終產物大量積累，而且往往兩作用效果上講，均造成終產物大量積累，而且往往兩種突變同時發(fā)生，難以區(qū)別。通常就統(tǒng)稱為種突變同時發(fā)生，難以區(qū)別。通常就統(tǒng)稱為“抗反饋抗反饋調節(jié)突變型調節(jié)突變型”。4.5 4.5 抗反饋調節(jié)突變株的選育抗反饋調節(jié)突變株的選育l在實際應用中，抗反饋調節(jié)突變株的選育可以通過以在實際應用中，抗反饋調節(jié)突變株的選育可以通過以下幾個方面：下幾個方面：l從遺傳上解除反饋調節(jié)從遺傳上解除反饋調節(jié) ( (如各種抗性和耐性育種、回如各種抗性和耐性育種、回復突變子的應用等復突變子的應用等) )l截流或減少終產物堆積截流或減少終產

24、物堆積 ( (如借助營養(yǎng)缺陷型或采用滲如借助營養(yǎng)缺陷型或采用滲漏缺陷型等漏缺陷型等) )l移去終產物移去終產物 ( (借助膜透性的突變等借助膜透性的突變等) )4.5 4.5 抗反饋調節(jié)突變株的選育抗反饋調節(jié)突變株的選育回復突變引起的抗反饋調節(jié)突變株回復突變引起的抗反饋調節(jié)突變株耐自身產物突變株選育耐自身產物突變株選育抗終產物結構類似物突變株的選育抗終產物結構類似物突變株的選育累積前體和耐前體突變株的選育累積前體和耐前體突變株的選育4.5 4.5 抗反饋調節(jié)突變株的選育抗反饋調節(jié)突變株的選育l1. 1. 概念：一種可逆性突變，即具有突變型基因的個體通過再突變又成為野概念：一種可逆性突變，即具有

25、突變型基因的個體通過再突變又成為野生型表型的過程。生型表型的過程。l2. 2. 產生的原因產生的原因l(1) (1) 原有基因的回復突變：指基因內部位點突變引起的逆向突變現象，分以原有基因的回復突變：指基因內部位點突變引起的逆向突變現象，分以下兩種情況：下兩種情況：l 同一基因內的同一個或幾個堿基的突變引起的回復，消除了原有突變效同一基因內的同一個或幾個堿基的突變引起的回復，消除了原有突變效應，完全恢復野生基因型及其功能，即真正的回復突變；應，完全恢復野生基因型及其功能，即真正的回復突變；l 在同一基因內，但不同的位點堿基的變化，改變了基因的核苷酸序列，在同一基因內，但不同的位點堿基的變化，改

26、變了基因的核苷酸序列，補償了原有突變點已失去的功能，使其出現野生表型，稱為基因內抑制突變。補償了原有突變點已失去的功能，使其出現野生表型，稱為基因內抑制突變。4.5.1 4.5.1 回復突變引起的抗反饋調節(jié)突變株回復突變引起的抗反饋調節(jié)突變株(2) (2) 非原有基因的回復突變非原有基因的回復突變概念：在概念：在DNADNA分子鏈上的一個基因突變成為突變型，隨后分子鏈上的一個基因突變成為突變型，隨后在鄰近的基因某位點堿基發(fā)生突變，抑制了前一個突在鄰近的基因某位點堿基發(fā)生突變，抑制了前一個突變基因的效應，重新出現野生型的表型，又稱為抑制變基因的效應，重新出現野生型的表型，又稱為抑制基因突變。基因

27、突變。4.5.1 4.5.1 回復突變引起的抗反饋調節(jié)突變株回復突變引起的抗反饋調節(jié)突變株2. 2. 產生的原因產生的原因 區(qū)別基因回復突變和抑制基因突變的方法區(qū)別基因回復突變和抑制基因突變的方法將回復突變菌株和野生型菌株進行回交試驗或雜交重組將回復突變菌株和野生型菌株進行回交試驗或雜交重組試驗，觀察它們的子代是否有突變型出現：試驗，觀察它們的子代是否有突變型出現： 有同樣的突變型重新出現，說明回復突變和原來突變有同樣的突變型重新出現，說明回復突變和原來突變型不在同一位置而是分開的，屬于抑制基因回復突變型不在同一位置而是分開的，屬于抑制基因回復突變株；株； 如果雜交后代沒有產生突變型，表明回復

28、突變的位置如果雜交后代沒有產生突變型，表明回復突變的位置與原突變型位點相同，是真正的回復突變。與原突變型位點相同，是真正的回復突變。4.5.1 4.5.1 回復突變引起的抗反饋調節(jié)突變株回復突變引起的抗反饋調節(jié)突變株3. 3. 回復突變引起的抗反饋調節(jié)突變株的篩選回復突變引起的抗反饋調節(jié)突變株的篩選 (1) (1) 初級代謝途徑障礙性回復突變型初級代謝途徑障礙性回復突變型采用回復突變方法來篩選抗反饋調節(jié)突變株是根據采用回復突變方法來篩選抗反饋調節(jié)突變株是根據“原原養(yǎng)型養(yǎng)型營缺型營缺型原養(yǎng)型原養(yǎng)型選育途徑進行的。二次突變選育途徑進行的。二次突變后的情況有以下兩種：后的情況有以下兩種： 一種是在原

29、位點發(fā)生回復突變，恢復野生型酶活力；一種是在原位點發(fā)生回復突變，恢復野生型酶活力； 另一種是在原突變位點以外位置回復突變。這種回另一種是在原突變位點以外位置回復突變。這種回復突變體的表型雖然與原養(yǎng)型相似，但基因型不同，復突變體的表型雖然與原養(yǎng)型相似，但基因型不同，它并不是原有結構基因的恢復，而是反饋調節(jié)變構酶它并不是原有結構基因的恢復，而是反饋調節(jié)變構酶的調節(jié)中心發(fā)生突變造成。突變后的調節(jié)中心與活性的調節(jié)中心發(fā)生突變造成。突變后的調節(jié)中心與活性中心相互影響，催化位點得以恢復酶活力，由于調節(jié)中心相互影響，催化位點得以恢復酶活力，由于調節(jié)位點已發(fā)生突變，它不能再和阻遏物結合，因此，回位點已發(fā)生突變

30、，它不能再和阻遏物結合，因此，回復突變解除了反饋調節(jié)機制，使有效代謝產物大量累復突變解除了反饋調節(jié)機制，使有效代謝產物大量累積。積。4.5.1 4.5.1 回復突變引起的抗反饋調節(jié)突變株回復突變引起的抗反饋調節(jié)突變株 (2) (2) 次級代謝途徑障礙性的回復突變次級代謝途徑障礙性的回復突變次級代謝回復突變，是一種初級代謝途徑或次級代謝途徑障礙性回復次級代謝回復突變，是一種初級代謝途徑或次級代謝途徑障礙性回復突變型。例如金霉素回復突變就是利用突變型。例如金霉素回復突變就是利用“原養(yǎng)型原養(yǎng)型營缺型營缺型原養(yǎng)型原養(yǎng)型選育途徑進行的，獲得了增產。選育途徑進行的，獲得了增產。除放線菌外，真核微生物獲得高

31、活性的回復突變的例子不多。除放線菌外，真核微生物獲得高活性的回復突變的例子不多。回復突變的選育途徑也可以應用回復突變的選育途徑也可以應用“零變株零變株的回復突變型來達到超產的回復突變型來達到超產目的。目的。“零變株零變株指完全失去產生抗生素能力的突變株；指完全失去產生抗生素能力的突變株；選育途徑是：原養(yǎng)型選育途徑是：原養(yǎng)型零變株零變株回復突變型。回復突變型?！傲阃蛔兞阃蛔兛梢园l(fā)生在初級代謝，也可以發(fā)生在次生代謝途徑中，總可以發(fā)生在初級代謝，也可以發(fā)生在次生代謝途徑中，總之是失去了產量的代謝障礙突變。之是失去了產量的代謝障礙突變。“零變株零變株的回復突變株的篩選的回復突變株的篩選4.5.1 4.

32、5.1 回復突變引起的抗反饋調節(jié)突變株回復突變引起的抗反饋調節(jié)突變株3. 3. 回復突變引起的抗反饋調節(jié)突變株的篩選回復突變引起的抗反饋調節(jié)突變株的篩選l發(fā)生障礙性突變的營養(yǎng)缺陷型，抗生素產量大多數都比發(fā)生障礙性突變的營養(yǎng)缺陷型，抗生素產量大多數都比親株低，而回復突變株往往比原養(yǎng)型親株高。原因在于：親株低，而回復突變株往往比原養(yǎng)型親株高。原因在于：lA. A. 缺陷型菌株中幾種不能合成的氨基酸都是參與相應抗缺陷型菌株中幾種不能合成的氨基酸都是參與相應抗生素生物合成的，基因突變的結果是使菌體喪失參與合生素生物合成的，基因突變的結果是使菌體喪失參與合成這些氨基酸的酶活力，導致有關抗生素合成過程因缺

33、成這些氨基酸的酶活力，導致有關抗生素合成過程因缺乏氨基酸而產量下降。乏氨基酸而產量下降。lB. B. 回復突變除原變異位點發(fā)生逆轉突變而使野生型基因回復突變除原變異位點發(fā)生逆轉突變而使野生型基因重建以外，有時還會發(fā)生原突變位點以外的基因內抑制重建以外，有時還會發(fā)生原突變位點以外的基因內抑制或抑制基因突變?；蛞种苹蛲蛔儭自身代謝產物，包括初級代謝產物和次級代謝產物。自身代謝產物，包括初級代謝產物和次級代謝產物。l微生物控制初級代謝產物的反饋機制相當嚴格；微生物控制初級代謝產物的反饋機制相當嚴格；l對次生產物，反饋調節(jié)機制也起重要作用。對次生產物，反饋調節(jié)機制也起重要作用。l 要使這些產物適量

34、生產，必須繞過這些調節(jié)機制。要使這些產物適量生產，必須繞過這些調節(jié)機制。l一個菌株的生產能力與耐自身抗生素的濃度是成正相關的?？棺砸粋€菌株的生產能力與耐自身抗生素的濃度是成正相關的?？棺陨懋a物能力是高產菌株的特性之一。身產物能力是高產菌株的特性之一。l除耐自身產物之外，還可以考慮與以下情況結合進行：除耐自身產物之外，還可以考慮與以下情況結合進行：l第一，抗第一，抗Mg 2Mg 2離子突變離子突變l第二，許多抗生素的鈍化酶已知作為選擇性標記，設想篩選高活第二，許多抗生素的鈍化酶已知作為選擇性標記，設想篩選高活性鈍化酶的變株，其自身耐性亦會提高。性鈍化酶的變株，其自身耐性亦會提高。l鈍化酶：又稱合

35、成酶，可催化某些基團結合到抗生素的鈍化酶：又稱合成酶，可催化某些基團結合到抗生素的OHOH基或基或NH2NH2基上，使抗生素失活。基上，使抗生素失活。 4.5.2 4.5.2 耐自身產物突變株選育耐自身產物突變株選育l1. 1. 結構類似物是指那些在結構上和代謝終產物結構類似物是指那些在結構上和代謝終產物( (氨基酸、嘌呤、維生素等氨基酸、嘌呤、維生素等) )相似的物相似的物質。它們和終產物一樣能夠和變構酶的調節(jié)蛋白結合，起共遏物作用，用酶變構引起質。它們和終產物一樣能夠和變構酶的調節(jié)蛋白結合，起共遏物作用，用酶變構引起反饋阻抑；所不同的是，終產物與酶結合是可逆的，而類似物由于不真正摻入細胞結

36、反饋阻抑；所不同的是，終產物與酶結合是可逆的，而類似物由于不真正摻入細胞結構，酶活性不會恢復，因而是構，酶活性不會恢復，因而是“假反饋抑制假反饋抑制”。4.5.3 4.5.3 抗終產物結構類似物突變株的選育抗終產物結構類似物突變株的選育l2. 2. 結構類似物對微生物是致死的，它們往往具有抑菌的作用。在含有結構類結構類似物對微生物是致死的，它們往往具有抑菌的作用。在含有結構類似物的培養(yǎng)基上野生型是不能生長，然而抗結構類似物的變株則能生長。似物的培養(yǎng)基上野生型是不能生長，然而抗結構類似物的變株則能生長。l3. 3. 抗代謝結構類似物育種是最早采用并取得顯著成效的代謝育種方法，成為抗代謝結構類似物

37、育種是最早采用并取得顯著成效的代謝育種方法，成為當今初級代謝產物，尤其是氨基酸產生菌育種的主流。較之營養(yǎng)缺陷型的方當今初級代謝產物，尤其是氨基酸產生菌育種的主流。較之營養(yǎng)缺陷型的方法，它具有以下優(yōu)點：法，它具有以下優(yōu)點：l(1) (1) 如果找到適當的結構類似物，用此種選育法簡單易行且效果顯著；如果找到適當的結構類似物，用此種選育法簡單易行且效果顯著；l(2) (2) 采用營養(yǎng)缺陷型菌株發(fā)酵，解除代謝調節(jié)是通過控制培養(yǎng)基中所需營養(yǎng)采用營養(yǎng)缺陷型菌株發(fā)酵，解除代謝調節(jié)是通過控制培養(yǎng)基中所需營養(yǎng)物濃度來實現，并沒有從遺傳上根本解除代謝調節(jié)，所需營養(yǎng)物的量不易控物濃度來實現，并沒有從遺傳上根本解除代

38、謝調節(jié)，所需營養(yǎng)物的量不易控制，造成代謝產物不穩(wěn)定；而抗結構類似物變株的代謝調節(jié)被解除，生產操制，造成代謝產物不穩(wěn)定；而抗結構類似物變株的代謝調節(jié)被解除，生產操作方便，產量穩(wěn)定；作方便，產量穩(wěn)定；l(3) (3) 突變株易于保存，而且不發(fā)生回復突變，只要在保存培養(yǎng)基中加入適量突變株易于保存，而且不發(fā)生回復突變，只要在保存培養(yǎng)基中加入適量結構類似物，即可防止回復突變。結構類似物，即可防止回復突變。4.5.3 4.5.3 抗終產物結構類似物突變株的選育抗終產物結構類似物突變株的選育l4. 4. 選育實例選育實例l(1) (1) 直線合成途徑直線合成途徑l利用抗結構類似物的方法，可以直接累積終產物。如抗刀豆利用抗結構類似物的方法，可以直接累積終產物。如抗刀豆氨酸的突變株氨酸的突變株AIRAIR，可有效地積累精氨酸。，可有效地積累