第八章微生物遺傳課件

1、第八章 微生物遺傳生命科學(xué)學(xué)院馬匯泉微生物是遺傳學(xué)研究中的明星： 微生物細胞結(jié)構(gòu)簡單，營養(yǎng)體一般為單倍體，方便建立純系。 微生物都易于人工培養(yǎng)，快速、大量生長繁殖。 對環(huán)境因素的作用敏感，易于獲得各類突變株，操作性強。第二節(jié) 微生物的基因組結(jié)構(gòu)一、概念基因組（genome）：一個物種的單倍體的所有染色體及其所包含的遺傳信息的總稱原核生物（如細菌），多為單倍體（在一般情況下只有一條染色體）真核微生物，多條染色體，例如啤酒酵母有16條染色體。有時為雙倍體第二節(jié) 微生物的基因組結(jié)構(gòu)一、大腸桿菌的基因組1）染色體為雙鏈環(huán)狀的DNA分子（單倍體）；雙鏈環(huán)狀的染色體在細胞中以緊密纏繞成的較致密的不規(guī)則小體

2、形式存在于細胞中，該小體稱為擬核(nucliod)，其上結(jié)合有類組蛋白蛋白質(zhì)和少量RNA分子，使其壓縮成一種腳手架形的致密結(jié)構(gòu)。例外：布氏疏螺旋體(Borrelia burgdorferi)的染色體是線狀的第二節(jié) 微生物的基因組結(jié)構(gòu)一、大腸桿菌的基因組染色體為雙鏈環(huán)狀的DNA分子（單倍體）；1、遺傳信息的連續(xù)性基因數(shù)基本接近由它的基因組大小所估計的基因數(shù)（通常以1000bp1500bp為一個基因進行計算）微生物基因組DNA絕大部分用來編碼蛋白質(zhì)、RNA；用作為復(fù)制起點、啟動子、終止子和一些由調(diào)節(jié)蛋白識別和結(jié)合的位點等信號序列。一般不含內(nèi)含子，遺傳信息是連續(xù)的而不是中斷的。真核生物基因組的一個重

3、要特點就是含有內(nèi)含子第二節(jié) 微生物的基因組結(jié)構(gòu)一、大腸桿菌的基因組1、遺傳信息的連續(xù)性；2、功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)；3、結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及rRNA基因的多拷貝；4、基因組的重復(fù)序列少而短；古生菌的基因組在結(jié)構(gòu)上類似于細菌。但是信息傳遞系統(tǒng)(復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯)則與細菌不同而類似于真核生物。操縱子（operon）：功能相關(guān)的幾個基因前后相連，再加上一個共同的調(diào)節(jié)基因和一組共同的控制位點（啟動子、操作子等）在基因轉(zhuǎn)錄時協(xié)同動作第二節(jié) 微生物的基因組結(jié)構(gòu)二、啤酒酵母的基因組1）典型的真核染色體結(jié)構(gòu)；2）沒有明顯的操縱子結(jié)構(gòu)；啤酒酵母基因組大小為13.5106bp，分布在16條染色體中。3）有

4、間隔區(qū)（即非編碼區(qū)）和內(nèi)含子序列；4）重復(fù)序列多；第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子質(zhì)粒（plasmid）：一種獨立于染色體外，能進行自主復(fù)制的細胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細胞中。質(zhì)粒是細胞中除染色體以外的另外一類遺傳因子第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子一、質(zhì)粒的分子結(jié)構(gòu)通常以共價閉合環(huán)狀(covalently closed circle，簡稱CCC)的超螺旋雙鏈DNA分子存在于細胞中；也發(fā)現(xiàn)有線型雙鏈DNA質(zhì)粒和RNA質(zhì)粒；質(zhì)粒分子的大小范圍從1kb左右到1000kb；（細菌質(zhì)粒多在10kb以內(nèi)）第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子二、質(zhì)粒的主要類型在某些特殊條件下，質(zhì)粒有時能賦予宿主細胞以特殊的機能，從而使宿主得到生

5、長優(yōu)勢。質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷毎话闶欠潜匦璧?；第三?jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子二、質(zhì)粒的主要類型質(zhì)粒所編碼的功能和賦予宿主的表型效應(yīng)1、致育因子（Fertility factor，F(xiàn)因子）2、抗性因子（Resistance factor，R因子）3、Col質(zhì)粒（Col plasmid）4、毒性質(zhì)粒（virulence plasmid）5、代謝質(zhì)粒（Metabolic plasmid）6、隱秘質(zhì)粒（cryptic plasmid）第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子二、質(zhì)粒的主要類型1、致育因子(Fertility factor，F(xiàn)因子)又稱F質(zhì)粒，其大小約100kb，這是最早發(fā)現(xiàn)的一種與大腸桿菌的有性生殖現(xiàn)象（接合

6、作用）有關(guān)的質(zhì)粒。攜帶F質(zhì)粒的菌株稱為F+菌株（相當于雄性），無F質(zhì)粒的菌株稱為F-菌株（相當于雌性）。F因子能以游離狀態(tài)(F+)和以與染色體相結(jié)合的狀態(tài)(Hfr)存在于細胞中，所以又稱之為附加體(episome)。第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子一、質(zhì)粒的主要類型2、抗性因子（Resistance factor，R因子）包括抗藥性和抗重金屬二大類，簡稱R質(zhì)粒。R100質(zhì)粒(89kb)可使宿主對下列藥物及重金屬具有抗性：汞（mercuric ion ，mer）四環(huán)素（tetracycline，tet ）鏈霉素(Streptomycin, Str)、磺胺(Sulfonamide, Su)、氯霉素(Chlo

7、rampenicol, Cm)夫西地酸（fusidic acid，fus）并且負責(zé)這些抗性的基因是成簇地存在于抗性質(zhì)粒上?？剐再|(zhì)粒在細菌間的傳遞是細菌產(chǎn)生抗藥性的重要原因之一。第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子3、Col 質(zhì)粒（Col plasmid）細菌素結(jié)構(gòu)基因、 涉及細菌素運輸及發(fā)揮作用（processing）的蛋白質(zhì)的基因、 賦予宿主對該細菌素具有“免疫力”的相關(guān)產(chǎn)物的基因一般都位于質(zhì)粒或轉(zhuǎn)座子上，因此，細菌素可以殺死同種但不攜帶該質(zhì)粒的菌株。第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子3、Col 質(zhì)粒（Col plasmid）細菌素一般根據(jù)產(chǎn)生菌的種類進行命名：大腸桿菌（E. coli）產(chǎn)生的細菌素為colicins

8、（大腸桿菌素），而質(zhì)粒被稱為Col質(zhì)粒。由G+細菌產(chǎn)生的細菌素或與細菌素類似的因子與colicins有所不同，但通常也是由質(zhì)?；蚓幋a，有些甚至有商業(yè)價值，例如一種乳酸細菌產(chǎn)生的細菌素NisinA能強烈抑制某些G+細菌的生長，而被用于食品工業(yè)的保藏。第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子4、毒性質(zhì)粒（virulence plasmid）許多致病菌的致病性是由其所攜帶的質(zhì)粒引起的，這些質(zhì)粒具有編碼毒素的基因，其產(chǎn)物對宿主（動物、植物）造成傷害。產(chǎn)毒素大腸桿菌是引起人類和動物腹瀉的主要病原菌之一，其中許多菌株含有為一種或多種腸毒素編碼的質(zhì)粒。蘇云金桿菌含有編碼內(nèi)毒素(伴孢晶體中)的質(zhì)粒根癌土壤桿菌所含Ti質(zhì)粒是引

9、起雙子葉植物冠癭瘤的致病因子第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子5、代謝質(zhì)粒（Metabolic plasmid）質(zhì)粒上攜帶有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基質(zhì)的酶，進行共生固氮，或產(chǎn)生抗生素（某些放線菌）等。將復(fù)雜的有機化合物降解成能被其作為碳源和能源利用的簡單形式，環(huán)境保護方面具有重要的意義。假單胞菌：具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物(苯)、農(nóng)藥(2,4 dichlorophenoxyacetic acid)、辛烷和樟腦等的能力。第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子6、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胞抽提液等方法才能

10、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）第三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子高拷貝數(shù)(high copy number)質(zhì)粒（每個宿主細胞中可以有10-100個拷貝） 松弛型質(zhì)粒(relaxed plasmid)低拷貝數(shù)(low copy number)質(zhì)粒（每個宿主細胞中可以有1-4個拷貝） 嚴謹型質(zhì)粒(stringent plasmid)窄宿主范圍質(zhì)粒(narrow host range plasmid)（只能在一種特定的宿主細胞中復(fù)制）廣宿主范圍質(zhì)粒(broad host range plasmid)（可以在許多種細菌中復(fù)制）第

11、三節(jié) 質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子三、質(zhì)粒的不親和性質(zhì)粒之間的不親和性、以及質(zhì)?？截悢?shù)的多少、能適應(yīng)的宿主范圍的寬窄等特性均與質(zhì)粒的復(fù)制控制類型有關(guān)四、轉(zhuǎn)座因子的類型和分子結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)座因子是細胞中能改變自身位置的一段DNA序列。廣泛存在于原核和真核細胞中。轉(zhuǎn)座現(xiàn)象是由美國遺傳學(xué)家Barbara MeClintock首先在玉米中發(fā)現(xiàn)的，并榮獲1983年度諾貝爾獎。原核生物中的轉(zhuǎn)座因子有：插入序列（insertion sequence，IS）轉(zhuǎn)座子（transposon，Tn）特殊病毒（如Mu、D108）IS和Tn有兩個重要的共同特征：都攜帶有編碼轉(zhuǎn)座酶的基因，該酶是轉(zhuǎn)移位置，即轉(zhuǎn)座所必需的他們的兩端都有反向末端重

12、復(fù)序列（ITR），該序列的長度為40bp（主要是IS）到1000bp（某些Tn）。IS是最簡單的轉(zhuǎn)座因子，分子大小范圍在250 1600 bp，只含有編碼轉(zhuǎn)座所必須的轉(zhuǎn)座酶的基因，分布在細菌的染色體、質(zhì)粒以及某些噬菌體DNA上。Tn比IS分子大，攜帶有授予宿主某些遺傳特性的基因，主要是抗生素和某些毒物抗性基因。根據(jù)轉(zhuǎn)座子兩端結(jié)構(gòu)的組成分為：（1）復(fù)合轉(zhuǎn)座子：轉(zhuǎn)座子兩端為順向或反向重復(fù)的IS，藥物抗性基因位于中間， IS提供轉(zhuǎn)座功能，連同抗性基因一起轉(zhuǎn)座。（2）復(fù)雜轉(zhuǎn)座子：兩端為短的反向重復(fù)序列（IR），在兩個IR之間是編碼轉(zhuǎn)座功能和藥物抗性的基因。Mu噬菌體基因組上除含有為噬菌體生長繁殖所必需

13、的基因外，還有為轉(zhuǎn)座所必需的基因，是最大的轉(zhuǎn)座因子。全長約39kb。兩端是宿主DNA序列。五、轉(zhuǎn)座的遺傳學(xué)效應(yīng)轉(zhuǎn)座因子的轉(zhuǎn)座可引發(fā)多種遺傳學(xué)效應(yīng)，這些效應(yīng)不僅在生物進化上有重要意義，而且已成為遺傳學(xué)研究中的一種重要工具。1、插入突變引起基因功能喪失，發(fā)生突變。2、引起染色體畸變處于同一染色體上不同位置的兩個拷貝之間發(fā)生同源重組，導(dǎo)致DNA的缺失或倒位。3、基因的移動和重排構(gòu)建成操縱子或表達單元，新基因和蛋白質(zhì)第五節(jié) 細菌基因轉(zhuǎn)移和重組細菌的三種水平基因轉(zhuǎn)移（horizontal gene transfer，HGT）形式接合作用（conjugation）轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）遺傳轉(zhuǎn)化（

14、genetic transformation）一、細菌的接合作用（conjugation）通過細胞與細胞的直接接觸而產(chǎn)生的遺傳信息的轉(zhuǎn)移和重組過程1、實驗證據(jù)1946年，Joshua Lederberg 和Edward L.Taturm細菌的多重營養(yǎng)缺陷型雜交實驗中間平板上長出的原養(yǎng)型菌落是兩菌株之間發(fā)生了遺傳交換和重組所致！證實接合過程需要細胞間的直接接觸的“U”型管實驗（ Bernard Davis，1950 ）2、F+F-雜交（大腸桿菌的接合機制）接合作用是由一種被稱為F因子的質(zhì)粒介導(dǎo)F因子的分子量通常為5107，上面有編碼細菌產(chǎn)生性菌毛（sex pili）及控制接合過程進行的20多個基

15、因。含有F因子的細胞：“雄性”菌株（F+），其細胞表面有性菌毛不含F(xiàn)因子的細胞：“雌性”菌株（F-），細胞表面沒有性菌毛F因子為附加體質(zhì)粒。既可以脫離染色體在細胞內(nèi)獨立存在，也可插入（整合）到染色體上F因子的四種細胞形式a）F-菌株， 不含F(xiàn)因子，沒有性菌毛，但可以通過 接合作用接收F因子而變成雄性菌株（F+）；b）F+菌株， F因子獨立存在，細胞表面有性菌毛。c）Hfr菌株，F(xiàn)因子插入到染色體DNA上，細胞表面有性菌毛。d）F菌株，Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離染色體時，形成游離的但攜帶一小段染色體基因的F因子，特稱為F因子。 細胞表面同樣有性菌毛。2、F+F-雜交雜交的結(jié)果：給體細

16、胞和受體細胞均成為F+細胞理化因子的處理可將F因子消除而使F+菌株變成F-菌株F+菌株的F因子向F-細胞轉(zhuǎn)移，但含F(xiàn)因子的宿主細胞的染色體DNA一般不被轉(zhuǎn)移。Hfr菌株的F因子插入到染色體DNA上，因此只要發(fā)生接合轉(zhuǎn)移過程，就可以把部分甚至全部細菌染色體傳遞給F-細胞并發(fā)生重組，由此而得名為高頻重組菌株。3、HfrF-雜交Hfr菌株仍然保持著F+細胞的特征，具有F性菌毛，并與F-細胞進行接合。當Ori T序列被缺刻螺旋酶識別而產(chǎn)生缺口后，F(xiàn)因子的先導(dǎo)區(qū)（leading region）結(jié)合著染色體DNA向受體細胞轉(zhuǎn)移，F(xiàn)因子除先導(dǎo)區(qū)以外，其余絕大部分是處于轉(zhuǎn)移染色體的末端，由于轉(zhuǎn)移過程常被中斷，

17、因此F因子不易轉(zhuǎn)入受體細胞中，故HfrF-雜交后的受體細胞（或接合子）大多數(shù)仍然是F-。染色體上越靠近F因子的先導(dǎo)區(qū)的基因，進入的機會就越多，在F-中出現(xiàn)重組子的的時間就越早，頻率也高。F因子不易轉(zhuǎn)入受體細胞中，故HfrF-雜交后的受體細胞（或稱接合子）大多數(shù)仍然是F-。4、F轉(zhuǎn)導(dǎo)Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離染色體時，形成游離的但攜帶一小段染色體基因的F因子，稱為F因子。FF-與F+F-的不同：給體的部分染色體基因隨F一起轉(zhuǎn)入受體細胞a）與染色體發(fā)生重組；b）繼續(xù)存在于F因子上，形成一種部分二倍體細胞基因的這種轉(zhuǎn)移過程又常稱為性導(dǎo)（sexduction）二、細菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)（transdu

18、ction）由噬菌體介導(dǎo)的細菌細胞間進行遺傳交換的一種方式：一個細胞的DNA通過病毒載體的感染轉(zhuǎn)移到另一個細胞中能將一個細菌宿主的部分染色體或質(zhì)粒DNA帶到另一個細菌的噬菌體稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體細菌轉(zhuǎn)導(dǎo)的二種類型：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)1、普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalized transduction）噬菌體可以轉(zhuǎn)導(dǎo)給體染色體的任何部分到受體細胞中的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程（1）意外的發(fā)現(xiàn)1951年，Joshua Lederberg和Norton Zinder為了證實大腸桿菌以外的其它菌種是否也存在接合作用，用二株具不同的多重營養(yǎng)缺陷型的鼠傷寒沙門氏菌進行類似的實驗：用“U”型管進行同樣的實驗時，在給體和受體細胞不接觸

19、的情況下，同樣出現(xiàn)原養(yǎng)型細菌！沙門氏菌LT22A是攜帶P22噬菌體的溶源性細菌，另一株是非溶源性細菌一個表面看起來的常規(guī)研究卻導(dǎo)致一個驚奇和十分重要發(fā)現(xiàn)的重要例證！基因的傳遞很可能是由可透過“U”型管濾板的 P22噬菌體介導(dǎo)的（普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)這一重要的基因轉(zhuǎn)移途徑的發(fā)現(xiàn)）（2）轉(zhuǎn)導(dǎo)模型轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體為什么“錯”將宿主的DNA包裹進去?噬菌體的DNA包裝酶也能識別染色體DNA上類似pac的位點并進行切割，以“headful”的包裝機制包裝進P22噬菌體外殼，形成只含宿主DNA的轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體顆粒（假噬菌體）。因為染色體上的pac與P22 DNA的pac序列不完全相同，利用效率較低，這種“錯裝”機率一般僅約1

20、0-6-10-8形成轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒的噬菌體可以是溫和的也可以是烈性的，但必須具有能偶爾識別宿主DNA的包裝機制并在宿主基因組完全降解以前進行包裝。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本要求：2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specialized transduction）溫和噬菌體感染整合到細菌染色體的特定位點上宿主細胞發(fā)生溶源化溶源菌因誘導(dǎo)而發(fā)生裂解時，在前噬菌體二側(cè)的少數(shù)宿主基因因偶爾發(fā)生的不正常切割而連在噬菌體DNA上部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數(shù)特定基因轉(zhuǎn)移到受體菌中2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specialized transduction）溫和噬菌體裂解時的不正常切割：包含gal或bio基因（幾率一般僅有10-6）缺陷噬菌體在宿主細

21、胞內(nèi)能夠象正常的DNA分子一樣進行復(fù)制、包裝，提供所需要的裂解功能，形成轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒。但沒有正常噬菌體的溶源性和增殖能力，感染受體細胞后，通過DNA整合進宿主染色體而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子。局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)與普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要區(qū)別：a）包裝的內(nèi)容物不同：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)包裝的全部是宿主菌的基因。而局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)包裝的大部分是噬菌體基因，極少部分是宿主菌的基因。b）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)攜帶的宿主基因具有特定性。而普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)攜帶的宿主基因具有隨機性。2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specialized transduction）三、細菌的遺傳轉(zhuǎn)化（genetic transformation）定義：同源或異源的游離DNA分子(質(zhì)粒和染色體DNA)被

22、自然或人工感受態(tài)細胞攝取，并得到表達的水平方向的基因轉(zhuǎn)移過程自然轉(zhuǎn)化（natural genetic transformation）人工轉(zhuǎn)化（artificial transformation）感受態(tài)細胞：具有攝取外源DNA能力的細胞（competent cell）自然感受態(tài)與人工感受態(tài)的不同？自然感受態(tài)的出現(xiàn)是細胞一定生長階段的生理特性， 受細菌自身的基因控制；人工感受態(tài)則是通過人為誘導(dǎo)的方法，使細胞具有 攝取DNA的能力，或人為地將DNA導(dǎo)入細胞內(nèi)。 （該過程與細菌自身的遺傳控制無關(guān)）1、自然遺傳轉(zhuǎn)化1928年，Griffith發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌（Streptococcus pneumonia

23、e）的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象目前已知有20多個種的細菌具有自然轉(zhuǎn)化的能力進行自然轉(zhuǎn)化，需要二方面必要的條件：建立了感受態(tài)的受體細胞外源游離DNA分子（1）轉(zhuǎn)化模型枯草芽孢桿菌的自然轉(zhuǎn)化過程（G+的轉(zhuǎn)化模型）自然轉(zhuǎn)化過程的特點：a）對核酸酶敏感；c）轉(zhuǎn)化是否成功及轉(zhuǎn)化效率的高低主要取決于轉(zhuǎn)化（DNA）給體菌株和轉(zhuǎn)化受體菌株之間的親源關(guān)系；d）通常情況下質(zhì)粒的自然轉(zhuǎn)化效率要低得多；提高質(zhì)粒的自然轉(zhuǎn)化效率的二種方法：1）使質(zhì)粒形成多聚體，這樣進入細胞后重新組合成有活性的質(zhì)粒的幾率大大提高；2）在質(zhì)粒上插入受體菌染色體的部分片段，或?qū)①|(zhì)粒轉(zhuǎn)化進含有與該質(zhì)粒具有同源區(qū)段的質(zhì)粒的受體菌b）不需要活的DNA給體細胞；2、

24、人工轉(zhuǎn)化用CaCl2處理細胞，電穿孔等是常用的人工轉(zhuǎn)化手段。在自然轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上發(fā)展和建立的一項細菌基因重組手段，是基因工程的奠基石和基礎(chǔ)技術(shù)。不是由細菌自身的基因所控制；用多種不同的技術(shù)處理受體細胞，使其人為地處于一種可以攝取外源DNA的“人工感受態(tài)”。質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化效率高；四、基因定位和基因組測序基因定位：通過遺傳重組等手段確定不同的基因在染色 體上的位置及相對距離，從而獲得遺傳圖譜。細菌基因轉(zhuǎn)移的三種方式（接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)化）都可以用來進行細菌基因組作圖?；蚪M測序：測定待測生物基因組的所有堿基排列順序， 并在此基礎(chǔ)上對遺傳信息進行研究和分析。四、基因定位和基因組測序1、中斷雜交（interru

25、pted mating）技術(shù)利用HfrF-的接合過程，在不同時間取樣，并把樣品猛烈攪拌以分散接合中的細菌，然后分析受體細菌基因型，以時間(分鐘)為單位繪制遺傳圖譜，該圖譜是細菌染色體上基因順序的直接反映。四、基因定位和基因組測序1、中斷雜交技術(shù)大腸桿菌基因組很大（全部轉(zhuǎn)移需要100分鐘），其遺傳圖譜須用多株F因子整合在不同位置的Hfr菌才能完成四、基因定位和基因組測序2、基因連鎖連鎖的二基因間的距離與其共轉(zhuǎn)化，或共轉(zhuǎn)導(dǎo)的頻率成反比，因此，可根據(jù)二個基因被共轉(zhuǎn)化或共轉(zhuǎn)導(dǎo)的頻率判斷它們在染色體上的相對距離。接合作用（中斷雜交）作圖只能判斷相距較遠的基因間的相對位置；轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)化則可用于對相隔很近的基

26、因進行定位；四、基因定位和基因組測序3、遺傳圖譜目前對大腸桿菌的染色體已定位了1000多個基因四、基因定位和基因組測序4、基因組測序“全基因組鳥槍測序”（whole genome shotgun sequencing）借助計算機對基因組序列進行分析第七節(jié) 微生物育種微生物育種的目的是人為地使某種代謝產(chǎn)物過量積累，把生物合成的代謝途徑朝人們所希望的方向引導(dǎo)，實現(xiàn)人為控制微生物，獲得所需要的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和低耗的菌種。為了實現(xiàn)這一目的必須設(shè)法解除或突破微生物的代謝調(diào)節(jié)機制，進行優(yōu)良性狀的組合，或者利用基因工程的方法人為改造或構(gòu)建所需要的菌株。一、誘變育種利用各種誘變劑處理微生物細胞，提高基因的隨機突變

27、頻率，通過一定的篩選方法獲得所需要的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)菌株。1、常用誘變劑的使用方法（1）紫外線這是一種使用方便、誘變效果很好的常用誘變劑。在誘變處理前，先開紫外燈預(yù)熱 20 min，使光波穩(wěn)定；表面殺菌；誘變照射；在紅光燈下，涂平板，或暗培養(yǎng)一段時間后再涂平板。（2）5-溴尿嘧啶（5-BU）稱取 5-BU ，加入無菌生理鹽水微熱溶解；將細胞培養(yǎng)至對數(shù)期并重懸浮于緩沖液或生理鹽水中；將 5-BU 加入培養(yǎng)基內(nèi)；混勻后倒平板；挑單菌落進行測定。其它化學(xué)誘變劑的處理方式大體相同，但在濃度、時間、緩沖液等方面隨不同的誘變劑有所不同。為了提高誘變效率，常用物理、化學(xué)二種誘變劑交替使用，待誘變的菌株或孢子懸液一定要混勻，使其能均勻接觸誘變劑。此外菌株的生長狀態(tài)及對誘變劑的敏感性也是重要的參數(shù)。一般選用菌株的對數(shù)生長期效果較好。2、篩選策略（1）營養(yǎng)缺陷型突變株利用營養(yǎng)缺陷型突變株來生產(chǎn)氨基酸和核苷酸。由于在營養(yǎng)缺陷型中，生物合成途徑中某一步發(fā)生酶缺陷，合成反應(yīng)不能完成。通過外加限量的所要求的營養(yǎng)物，克服生長的障礙，而又使最終產(chǎn)物不致于積累到引起反饋調(diào)節(jié)的濃度，從而有利于中間產(chǎn)物或某種最終產(chǎn)物的積累。（2）抗阻遏和抗反饋突變型抗阻遏和抗反饋突變型都是由于代謝失調(diào)所造成的，它們都有共同的表型，即在細胞中已經(jīng)有大量