微生物的遺傳與變異詳解演示文稿

微生物的遺傳與變異詳解演示文稿現在是1頁\一共有154頁\編輯于星期三優(yōu)選微生物的遺傳與變異現在是2頁\一共有154頁\編輯于星期三遺傳與變異的幾個概念遺傳和變異是生命最本質的屬性之一。遺傳(heredity)表型（phenotype）遺傳型（genotype）變異(variation)飾變（modification）現在是3頁\一共有154頁\編輯于星期三遺傳(heredity)遺傳(heredity)：是親代將自身的完整的遺傳基因穩(wěn)定的傳遞給子代的行為。其表現為性狀的傳遞。特點：具穩(wěn)定性?，F在是4頁\一共有154頁\編輯于星期三表型（phenotype）表型（phenotype）：指生物體所具有的一切外表特征和內在特性的總和;------是一種現實存在，是具一定遺傳型的生物在一定條件下所表現出的具體性狀。現在是5頁\一共有154頁\編輯于星期三遺傳型（genotype）遺傳型（genotype）：又稱基因型，指某一生物個體所含有的全部基因的總和；------是一種內在可能性或潛力。

遺傳型+環(huán)境條件表型代謝發(fā)育現在是6頁\一共有154頁\編輯于星期三變異(variation)變異(variation):生物體在外因或內因的作用下，遺傳物質的結構或數量發(fā)生改變。特點：a.在群體中以極低的幾率出現，（一般為10-6～10-10）；b.性狀變化的幅度大；c.變化后形成的新性狀是穩(wěn)定的，可遺傳的。現在是7頁\一共有154頁\編輯于星期三飾變（modification）飾變（modification）：指不涉及遺傳物質結構改變而只發(fā)生在轉錄、轉譯水平上的表型變化。特點：a.幾乎整個群體中的每一個個體都發(fā)生同樣的變化；b.性狀變化的幅度??；c.因遺傳物質不變，故飾變是不遺傳的。引起飾變的因素消失后，表型即可恢復?，F在是8頁\一共有154頁\編輯于星期三例如：粘質沙雷氏菌：在25℃下培養(yǎng)，產生深紅色的靈桿菌素；在37℃下培養(yǎng)，不產生色素；如果重新將溫度降到25℃，又恢復產色素的能力。Fromlefttoright:slantculturegrownat25°C,slantculturegrownat37°C,brothculturegrownat25°C,brothculturegrownat37°C.

現在是9頁\一共有154頁\編輯于星期三第一節(jié)遺傳變異的物質基礎一、遺傳物質在細胞內的存在部位和方式二、原核生物的質?，F在是10頁\一共有154頁\編輯于星期三一、遺傳物質在細胞內的存在部位和方式（一）七個水平1、細胞水平微生物的遺傳物質幾乎都集中在細胞核或核質體（類核）中。不同微生物細胞所含有細胞核的數量常有所不同：釀酒酵母、黑曲霉等真菌一般都是單核的；粗糙脈孢菌、米曲霉等真菌是多核的；藻狀菌類真菌和放線菌類的菌絲細胞是多核的，而孢子是單核的；在細菌中，桿菌細胞多有兩個類核，而球菌一般只有一個?，F在是11頁\一共有154頁\編輯于星期三2、細胞核水平（1）核內染色體：真核生物的細胞核外被核膜，核內的DNA與組蛋白結合在一起，形成結構穩(wěn)定的染色體；原核生物的類核無核膜，呈松散的核質體狀態(tài)存在，DNA也不與任何蛋白質結合。（2）核外染色體：核外遺傳物質A)真核生物的“質?！保杭毎|基因：線粒體、葉綠體；共生生物：卡巴顆粒；酵母菌的2um質粒B)原核生物的質粒：F因子、R因子、Col質粒、Ti質粒、巨大質粒、降解性質粒等。現在是12頁\一共有154頁\編輯于星期三3、染色體水平

（1）染色體數：在不同生物體的每個細胞核內，往往有不同數目的染色體。真核生物常有較多的染色體；而原核生物的核質體中只有一個裸露的、光鏡不可見的環(huán)狀染色體，所以對原核生物來說，染色體水平實際上與核酸水平相同。（2）染色體倍數：除染色體的數目外，染色體的套數也不同。如果在一個細胞中只有一套相同功能的染色體，它就是一個單倍體。在自然界中發(fā)現的微生物，多數都是單倍體的；包含有兩套相同功能染色體的細胞，就稱為雙倍體。只有少數微生物如釀酒酵母的營養(yǎng)細胞以及由兩個單倍體的性細胞通過接合或體細胞融合而形成的合子，才是雙倍體。在原核生物中，通過轉化、轉導或接合等過程而獲得外源染色體片段時，只能形成一種不穩(wěn)定的稱作部分雙倍體的細胞?，F在是13頁\一共有154頁\編輯于星期三生物單倍體的染色體數分子量約數核苷酸對數已知基因數人233~~5×10125~~7×109~~4，000黑腹果蠅47．9×10108．0×1075，000~6，000粗糙脈孢菌72．8×10104．5×107>500大腸桿菌12．5×1093．8×106~~1，027噬菌體T411．1×1082．0×105~~135噬菌體λ13．2×1074．8×104~~35噬菌體MS211．1×1063．5×1033一些真核生物和原核生物基因組的比較

現在是14頁\一共有154頁\編輯于星期三現在是15頁\一共有154頁\編輯于星期三4、核酸水平

核酸種類：絕大多數生物的遺傳物質是DNA，只有少部分病毒的遺傳物質是RNA；核酸結構：多數為雙鏈結構，少數為單鏈結構。DNA的長度：bp、kb和Mb現在是16頁\一共有154頁\編輯于星期三現在是17頁\一共有154頁\編輯于星期三5、基因水平

基因：生物體內，具有自主復制能力的遺傳功能單位?；虻奈镔|基礎是一個具有特定核苷酸順序的核酸片段。每一個基因的分子量約為6.7×105Da，約含1000~1500bp(堿基對)，每個細菌一般含有5,000~10,000個基因?；蚋拍詈头N類；原核和真核的基因調控系統(tǒng)（遺傳學書）現在是18頁\一共有154頁\編輯于星期三原核生物的基因調控系統(tǒng)是由一個操縱子(operon)和它的調節(jié)基因(regulatorgene)組成的。一個操縱子又包含3種基因：結構基因(structuregene)：結構基因是通過轉錄和翻譯過程來執(zhí)行多肽(酶及結構蛋白)合成。操縱基因(operator)：操縱基因是與結構基因緊密連鎖在一起的，是阻遏蛋白的附著部位，它能控制結構基因轉錄的開放或關閉。啟動基因(promotor)：啟動基因是轉錄的起始部位，是RNA多聚酶附著和啟動的部位。操縱基因和啟動基因不能轉錄RNA，不產生任何基因產物。調節(jié)基因一般與操縱子有一定間隔距離(一般小于100個堿基)，它是調節(jié)操縱子中結構基因活動的基因?，F在是19頁\一共有154頁\編輯于星期三E.coil乳糖操縱子模型：現在是20頁\一共有154頁\編輯于星期三6、密碼子水平密碼子：負載遺傳信息的基本單位，是由DNA鏈上的三個核苷酸的特定順序所決定的。三聯密碼子一般都用mRNA上的3個核苷酸順序來表示?，F在是21頁\一共有154頁\編輯于星期三7、核苷酸水平核苷酸：最低的突變單位。DNA中：A、T、C、G；RNA中：A、U、C、G稀有堿基：5-羥甲基胞嘧啶、5-溴尿嘧啶等

現在是22頁\一共有154頁\編輯于星期三核苷酸及其衍生物：廣泛地參與生物體內各類生物化學反應。腺苷三磷酸（ATP）和鳥苷三磷酸（GTP）是生命活動廣泛需要的能源；環(huán)腺苷酸（cAMP）、環(huán)鳥苷酸（cGMP）和2’,5’-寡聚腺苷酸是代謝調節(jié)信號分子；煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）、煙酰胺腺膘吟二核苷酸磷酸（NADP+）、黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）和輔酶A（CoA）是廣泛存在的輔酶；UDP-葡萄糖、CDP-膽堿等參與糖代謝和磷脂代謝。肌苷酸（5’-IMP）、鳥苷酸（5’-GMP）是味精的助鮮劑。

上面講的基因水平，實際上是一個遺傳的功能單位，密碼子水平是一個信息單位，而核苷酸水平(即堿基水平)則可認為是一個最低突變單位或交換單位?，F在是23頁\一共有154頁\編輯于星期三DNA的結構和復制(一)DNA的結構：4種堿基：AGTC兩條DNA單鏈是反向平行和互補的，構成螺旋形梯狀大分子。雙鏈DNA的特征：受熱變性:雙鏈DNA受熱到一定溫度，堿基之間H鍵會斷裂分開為兩條單鏈。復性：溫度下降后分開的兩條單鏈又重新以H鍵相連，恢復成雙鏈DNA(二)DNA的復制雙鏈DNA—解鏈為兩條DNA單鏈---復制---重新連接現在是24頁\一共有154頁\編輯于星期三(二)RNA與遺傳密碼4個堿基：A、C、G、U1、rRNA核糖體RNA。80%以上2、mRNA信使RNA把DNA的的遺傳信息攜帶到合成蛋白質的核糖體中，每個mRNA分子對應于一小段DNA。3、tRNA轉移RNA在翻譯過程中將氨基酸從細胞質轉運到核糖體并裝配到新合成的多肽鏈中。4、RNA的結構：一般以單鏈形式存在，并傾向于折疊成復雜結構。現在是25頁\一共有154頁\編輯于星期三二、原核生物的質粒質粒：游離于原核生物染色體外，具有獨立復制能力的小型共價閉合環(huán)狀DNA分子，即cccDNA（circlularcovalentlyclosedDNA）。1984年后，發(fā)現線形質粒。結構：超螺旋結構，麻花狀。大?。合鄬Ψ肿恿?06-108，相當基因組的1%大小。存在意義：質粒上攜帶某些核基因組上所缺少的基因，使細菌等原核生物獲得了某些對其生存并非不可缺少的特殊功能，例如接合、產毒、抗藥、固氮、產特殊酶或降解環(huán)境毒物等功能。性質：鑒定：電鏡觀察、電泳、密度梯度離心、限制性酶切圖譜等方法現在是26頁\一共有154頁\編輯于星期三1、性質①可以在細胞質中獨立于染色體之外獨立存在（游離態(tài)），也可以通過交換摻入染色體上，以附加體（episome）的形式存在；②對于細菌的生存并不是必要的③功能多樣化現在是27頁\一共有154頁\編輯于星期三性質④質粒是一種復制子（replicon），根據自我復制能力的不同，可把質粒復制的控制形式分為嚴緊型和松弛型兩種，嚴緊型質粒的復制受細胞核控制，與染色體DNA復制相伴隨,一般一個寄主細胞內只有少數幾個（1-5）個拷貝；松弛型質粒的復制不受細胞核控制，在染色體DNA復制停止的情況下仍可以進行復制，在細胞內的數量可以達到10-200個或更多?，F在是28頁\一共有154頁\編輯于星期三性質⑤可以通過轉化、轉導或接合作用而由一個細菌細胞轉移到另一個菌細胞中，使兩個細胞都成為帶有質粒的細胞；質粒轉移時，它可以單獨轉移，也可以攜帶著染色體（片段）一起進行轉移，所以它可成為基因工程的載體。現在是29頁\一共有154頁\編輯于星期三質粒具有很多有利于基因工程操作的優(yōu)點：＊體積小，便于DNA的分離和操作＊呈環(huán)狀，性能穩(wěn)定＊獨立的復制＊拷貝數多，使外源DNA可很快擴增＊存在抗藥性基因等選擇性標記，便于含質?？寺〉囊姵龊瓦x擇E.coli的pBR322質粒2、質粒在基因工程中的應用現在是30頁\一共有154頁\編輯于星期三E.coli的pBR322質?，F在是31頁\一共有154頁\編輯于星期三3、種類1.F–因子（fertilityfactor）2.R因子（resistancefactor）3.Col因子（colicinogenicfactor）4.Ti質粒（tumorinducingplasmid）5.降解性質粒6.巨大質粒（mega質粒）現在是32頁\一共有154頁\編輯于星期三代表性質粒（1）F質粒（fertilityfactor）又稱F因子、致育因子或性因子，是大腸桿菌等細菌中決定“性別”的質粒。可通過接合轉移?，F在是33頁\一共有154頁\編輯于星期三（2）R質粒（resistancefactor）又稱R因子或抗藥性質粒，具有多種抗生素抗性基因，并且可以在不同細菌中傳遞?？勺鳛榛蚬こ痰妮d體?，F在是34頁\一共有154頁\編輯于星期三（3）Col因子（colicinogenicfactor）即產大腸桿菌素因子，屬嚴謹型質粒，也可通過接合轉移。大腸桿菌素是有Col因子編碼的細菌毒素，具有通過抑制復制、轉錄、轉譯或能量代謝等而專一殺死其它細菌的功能。（4）Ti質粒（tumorinducingplasmid）即誘癌質粒，存在于根癌農桿菌（Agrobacteriumtumefaciens）之中，可引起多種雙子葉植物的根癌。Ti質粒是當今植物基因工程研究中的重要載體。現在是35頁\一共有154頁\編輯于星期三（5）Ri質粒（rootinducingplasmid）：Agrobacteriumrhizogenes可侵染雙子葉植物的根部，并誘生大量稱為毛狀根的不定根。（6）mega質粒(megaplasmid)：即巨大質粒，在根瘤菌屬（Rhizobium）中發(fā)現的一種質粒，分子量比一般質粒大幾十到幾百倍，故稱巨大質粒，其上有一系列固氮基因。（7）降解性質粒：只在假單孢菌屬（pseudomonas）存在的一系列質粒的總稱，它們可以為一系列能降解復雜物質的酶編碼，從而可以分解利用一般細菌所難以分解的物質。這些質粒以其所分解的底物命名，如：CAM（樟腦）質粒、XYL（二甲苯）質粒、NAP（萘）質粒等。在環(huán)境保護上具有重大的應用價值?，F在是36頁\一共有154頁\編輯于星期三三、基因與基因組基因(gene)：遺傳的最小功能單位，是一段特定DNA序列。絕大多數基因的功能是編碼合成多肽或蛋白質?；蚪M(genome)：一種微生物的全部或部分遺傳成分的DNA堿基序列，它同時包含了基因編碼和不編碼任何基因的DNA序列。有時基因組也可特指某一條染色體或質粒的DNA全序列，此時稱染色體基因組或質?；蚪M?！哆z傳學名詞》第二版對“基因組”的釋義：

單倍體細胞核、細胞器或病毒粒子所含的全部DNA分子或RNA分子?，F在是37頁\一共有154頁\編輯于星期三基因的大小表示：堿基對(basepair,bp)數基因的平均大小為1000bp，即1Kb（kilobase)1000bp=1Kb,1000Kb=1Mb(megabase)基因組：其中的各個基因不是雜亂地存在，一些相關的基因常排列在一起，呈現具有某些功能的基因束或簇（cluster)。細菌基因組主要由核心系列（coresequence)組成，其G+C含量很一致。核心系列包括核糖體RNA特異基因、編碼關鍵性代謝蛋白的基因?，F在是38頁\一共有154頁\編輯于星期三第二節(jié)微生物的變異和基因重組野生型（wildtype)：從自然界分離到的菌株突變(mutation)：其細胞中的DNA堿基和堿基序列的任何改變突變型(mutant):變化了的堿基在復制后穩(wěn)定存在于子代是，則成為突變型（或突變體），由野生型經突變后形成新性狀的菌株基因突變：變異的一類，指生物體的遺傳物質分子結構發(fā)生的可遺傳的變化?，F在是39頁\一共有154頁\編輯于星期三一、基因突變二、突變與育種現在是40頁\一共有154頁\編輯于星期三一、基因突變（一）突變類型選擇性非選擇性（二）突變率（三）突變的特點（四）基因突變機制現在是41頁\一共有154頁\編輯于星期三選擇性菌株營養(yǎng)缺陷型：因突變而喪失產生某種生物合成酶的能力，并因而成為必須在培養(yǎng)基中添加某種物質才能生長的突變類型?？剐酝蛔冃停阂蛲蛔兌a生了對某種化學藥物或致死物理因子的抗性條件致死型：突變后在某種條件下可正常生長繁殖，而在另一條件下卻無法生長繁殖的突變型現在是42頁\一共有154頁\編輯于星期三非選擇性菌株形態(tài)突變型——因突變而產生的個體和菌落形態(tài)的變異抗原突變型——因突變而引起的抗原結構發(fā)生改變產量突變型——因突變而獲得的在代謝產物產量上高于原始菌株的突變株

現在是43頁\一共有154頁\編輯于星期三（二）突變率定義：每一細胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率。突變率為10–8是指該細胞在一億次細胞分裂中，會發(fā)生一次突變。突變率也可以用每一單位群體在每一世代中產生突變株（mutant，即突變型）的數目來表示。如一個含108個細胞的群體，當其分裂為2×108個細胞時，即可平均發(fā)生一次突變的突變率也是10–8。現在是44頁\一共有154頁\編輯于星期三（二）突變率（mutationrate）

突變率：每一細胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率，也可以用每一單位群體在每一世代中產生的突變株的數目來表示。10-6~10-9菌名突變性狀突變率Escherichiacoil（大腸桿菌）抗T1噬菌體3×10-8E．coil抗T3噬菌體1×10-7E．coil不發(fā)酵乳糖1×10-10E．coil抗紫外線1×10-5Staphylococcusaureus（金黃色葡萄球菌）抗青霉素1×10-7S．aureus抗鏈霉素1×10-9Salmonellatyphi（傷寒沙門氏菌）抗25μg/L鏈霉素5×10-6Bacillusmegaterium（巨大芽孢桿菌）抗異煙肼5×10-5若干細菌某一性狀的突變率

現在是45頁\一共有154頁\編輯于星期三由于突變的幾率一般都極低，因此，必須采用檢出選擇性突變株的手段，尤其是采用檢出營養(yǎng)缺陷型的恢復突變株（backmutant或reversemutant）或抗性突變株特別是抗藥性突變株的方法來加以確定?，F在是46頁\一共有154頁\編輯于星期三（三）突變的特點

1、自發(fā)性：各種突變可以在沒有人為因素的處理下自發(fā)發(fā)生；2、不對應性：指突變性狀（如抗青霉素）與引起突變的原因之間無直接對應關系；3、稀有性：自發(fā)突變的頻率是極低和穩(wěn)定的，一般在10-6~10-9之間；4、獨立性：某一基因的突變，不會對其他基因的突變頻率產生影響；5、可誘變性：通過誘變劑的作用，可以提高自發(fā)突變的幾率10~105倍；6、穩(wěn)定性：突變性狀是穩(wěn)定的、可遺傳的；7、可逆性：任何性狀都會發(fā)生正向突變，也會發(fā)生回復突變。

現在是47頁\一共有154頁\編輯于星期三（四）基因突變的機制1.誘發(fā)突變：指通過人為的方法，利用物理、化學或生物因素顯著提高基因自發(fā)突變頻率的手段。（1）堿基的置換（2）移碼突變（3）染色體畸變2.自發(fā)突變：指生物體在無人工干預下自然發(fā)生的低頻突變?，F在是48頁\一共有154頁\編輯于星期三（1）堿基的置換定義：堿基的置換屬于一種染色體的微小損傷，一般也稱點突變（pointmutation）。只涉及一對堿基被另一對堿基所置換。分類：轉換（transition）和顛換（transversion）導致置換的誘變劑種類：直接誘變劑間接誘變劑現在是49頁\一共有154頁\編輯于星期三轉換（transition）和顛換（transversion）轉換（transition），即DNA鏈中的一個嘌呤被另一個嘌呤或是一個嘧啶被另一個嘧啶所置換；顛換（transversion），即一個嘌呤被一個嘧啶,或是一個嘧啶被一個嘌呤所置換?，F在是50頁\一共有154頁\編輯于星期三現在是51頁\一共有154頁\編輯于星期三直接誘變劑定義：一類可直接與核酸的堿基發(fā)生化學反應的誘變劑，不論在機體內或是在離體條件下均有作用。種類：亞硝酸、羥胺和各種烷化劑作用：羥胺只引起G┇C→A:T，其余都是可使G┇C=A:T發(fā)生互變的。能引起顛換的誘變劑很少，只是部分烷化劑才有現在是52頁\一共有154頁\編輯于星期三誘變因素在DNA上的初級效應遺傳效應堿基類似物摻入作用AT=GC雙向轉換羥胺與胞嘧啶起反應GC→AT的轉換亞硝酸 A、G、C的氧化脫氨作用交聯AT=GC雙向轉換缺失烷化劑烷化堿基（主要是G）烷化磷酸基團喪失烷化的嘌呤糖-磷酸骨架的斷裂AT=GC雙向轉換AT→TA的顛換GC→CG的顛換巨大損傷（缺失、重復、倒位、易位）丫啶類堿基之間相互作用雙鏈變形碼組移動（＋或－）紫外線嘧啶的水合物形成嘧啶的二聚體交聯GC→AT轉換碼組移動（＋或－）電離輻射堿基的羥基化核降解DNA降解 糖-磷酸骨架的斷裂喪失嘌呤AT=GC雙向轉換碼組移動（＋或－）巨大損傷（缺失、重復、倒位、易位）加熱C脫氨基CG→TA轉換Mu噬菌體結合到一個基因中間碼組移動 現在是53頁\一共有154頁\編輯于星期三間接引起置換的誘變劑種類：堿基類似物。5-溴尿嘧啶(5-BU)和5-氨基尿嘧啶（5—AU）、疊氮胸腺嘧啶（AIT）作用方式：通過活細胞的代謝活動參入到DNA分子中，主要是在DNA復制時堿基類似物插入DNA中，引起堿基對配對錯誤，造成堿基置換。例子：5-BU現在是54頁\一共有154頁\編輯于星期三回變對進行新陳代謝的微生物起作用現在是55頁\一共有154頁\編輯于星期三（2）移碼突變指誘變劑使DNA分子中增加（插入）或缺失一個或少數幾個核苷酸，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉錄和轉譯錯誤的一類突變。誘變劑：吖啶類染料，ICR類化合物吖啶類化合物,如原黃素、吖啶橙、吖啶黃、a-氨基吖啶等是一類染料，具有扁平結構，能插入到DNA分子的堿基對之間，使DNA結構變形，在復制時產生不對稱交換，從而引起在DNA鏈中插入或缺失一個或幾個核苷酸，造成這一對核苷酸以后所有密碼發(fā)生移動，產生移碼突變?，F在是56頁\一共有154頁\編輯于星期三（2）移碼突變移碼突變的規(guī)律：1.不管是插入還是缺失一個堿基都會導致后續(xù)的序列出錯。2.雙數的堿基的缺失或插入也都會導致后續(xù)的序列出錯。3.負負得正，正正為負，正負相抵。現在是57頁\一共有154頁\編輯于星期三（2）移碼突變機理：由于丫啶基有三個苯環(huán)，與嘌呤和嘧啶（1+2）很相似，并且為平面結構，容易插入兩個堿基對之間，會造成堿基的移位，從而導致突變的發(fā)生。現在是58頁\一共有154頁\編輯于星期三（3）染色體畸變DNA分子的大損傷:缺失、重復、插入、易位、倒位現在是59頁\一共有154頁\編輯于星期三轉座因子轉座因子有具有在染色體上不同部位間移動能力的遺傳成分，原核微生物和真核生物均有。已知有3類可轉座的因子：插入序列（insertionsequence,IS)、轉座子（transposon,Tn)和某些病毒（如Mu噬菌體）現在是60頁\一共有154頁\編輯于星期三（1）插入序列一類分子質量很小的遺傳成分，大小一般在750-1500bp。其編碼容量只有1-2種多肽，可以調節(jié)自身的轉座，一般沒有表型標記。IS能夠在染色體和質粒的許多位點插入并改換位點，也稱為跳躍基因（jumpinggene)現在是61頁\一共有154頁\編輯于星期三（2）轉座子能夠插入染色體或質料不同位點的一段DNA序列，一般大小為數千堿基對。具有轉座功能，即能移動不同位點上去，本身也可復制，轉座后在原來位置上仍可保留一份拷貝。（3）DNA或RNA病毒也可看成一類染色體外遺傳成分，它們不但控制自身的復制，而且能在微生物細胞之間進行轉移?，F在是62頁\一共有154頁\編輯于星期三現在是63頁\一共有154頁\編輯于星期三（一）自發(fā)突變與育種：選育:在生產中出現一定幾率的正突變株定向培育：利用微生物的自發(fā)突變，采用特定的選擇條件，通過對微生物群體不斷移植以選育出較優(yōu)良菌株的古老方法．二、突變與育種現在是64頁\一共有154頁\編輯于星期三二、突變與育種（二）誘變育種基本環(huán)節(jié)原則篩選方法現在是65頁\一共有154頁\編輯于星期三誘變育種的基本環(huán)節(jié)現在是66頁\一共有154頁\編輯于星期三誘變育種的幾個原則（1）使用簡便有效的誘變劑（2）選用優(yōu)良的出發(fā)菌株（3）處理單細胞或單孢子懸浮液（4）使用最佳誘變劑量（5）利用協(xié)同效應（6）尋找和利用形態(tài)、生理與產量間的相關指標（7）設計高效率篩選方案（8）根據具體情況創(chuàng)造新型篩選方案現在是67頁\一共有154頁\編輯于星期三（1）使用簡便有效的誘變劑誘變劑物理因素化學因素紫外線激光離子束X射線r射線快中子烷化劑堿基類似物吖啶化合物現在是68頁\一共有154頁\編輯于星期三（2）選用優(yōu)良的出發(fā)菌株目前只停留在經驗階段：選用自發(fā)突變菌株來進行誘變選用生長快的菌株等等現在是69頁\一共有154頁\編輯于星期三（3）處理單細胞或單孢子懸浮液目的：使不純的菌落盡量少，不純的原因是：細胞的多核與核酸的雙鏈處理方法：選用單核單細胞懸浮液或是芽孢和分生孢子現在是70頁\一共有154頁\編輯于星期三（4）使用最佳誘變劑量劑量=強度（濃度）×作用時間相對劑量=殺菌率兩條重要的曲線：劑量存活率曲線和劑量誘變率曲線。通過這兩條曲線，我們可以找出一個最佳的點。在這個點上，既可以有一定的突變率，還可以兼顧存活率。規(guī)律：在大多數的情況下，低劑量的正變率較高?，F在是71頁\一共有154頁\編輯于星期三（5）尋找和利用形態(tài)、生理與產量間的相關指標利用鑒別性培養(yǎng)基的原理或其他途徑，就可以有效地把原先肉眼無法觀察的生理性狀或產量性狀轉化為可見的“形態(tài)”性狀，有利于提高育種效率。例如：伊紅美藍培養(yǎng)基、乳糖膽鹽蛋白胨培養(yǎng)基等現在是72頁\一共有154頁\編輯于星期三（6）設計高效率篩選方案在實際工作中，為了提高篩選效率，往往將篩選工作分為初篩和復篩兩步進行。初篩的目的是刪去明確不符合要求的大部分菌株，把生產性狀類似的菌株盡量保留下來，使優(yōu)良菌種不致于漏網。因此，初篩工作以量為主，測定的精確性還在其次。初篩的手段應盡可能快速、簡單。復篩的目的是確認符合生產要求的菌株，所以，復篩步驟以質為主，應精確測定每個菌株的生產指標?，F在是73頁\一共有154頁\編輯于星期三（6）設計高效率篩選方案現在是74頁\一共有154頁\編輯于星期三兩個獨立基因組內的遺傳基因，通過一定的途徑轉移到一起，形成新的穩(wěn)定基因組的過程，稱為基因重組。第三節(jié)基因重組和雜交育種現在是75頁\一共有154頁\編輯于星期三重組與雜交的關系：重組是分子水平上的一個概念，可以理解成是遺傳物質分子水平上的雜交；而一般所說的雜交（hybridization）則是細胞水平上的一個概念。雜交中必然包含著重組，而重組則不限于雜交這一形式。真核微生物中的有性雜交、準性雜交（parasexualhybridization）等及原核生物中的轉化、轉導、接合和原生質體融合等都是基因重組在細胞水平上的反映?，F在是76頁\一共有154頁\編輯于星期三一、原核生物的基因重組細菌：不具備性系統(tǒng)，不能通過兩性交配使兩個細胞的全部遺傳信息等量地傳給子代，可通過交換部分DNA而進行基因轉移。提供DNA的細菌細胞稱為供體，獲得DNA的細胞稱為受體?，F在是77頁\一共有154頁\編輯于星期三原核生物的基因重組（一）轉化（二）轉導（三）接合（四）原生質體融合現在是78頁\一共有154頁\編輯于星期三（一）轉化必要條件轉化過程人工轉化現在是79頁\一共有154頁\編輯于星期三轉化過程示意圖現在是80頁\一共有154頁\編輯于星期三（一）轉化外源DNA（從供體細胞提取或人工合成的）不經任何媒介被直接吸收到受體細胞的過程。1928年，Griffith發(fā)現肺炎鏈球菌（Streptococcuspneumoniae）的轉化現象,目前已知有二十多個種的細菌具有自然轉化的能力進行自然轉化，需要二方面必要的條件：供體菌受體菌DNA片段現在是81頁\一共有154頁\編輯于星期三二個必要的條件1、建立了感受態(tài)的受體細胞2、外源游離DNA分子（轉化因子）現在是82頁\一共有154頁\編輯于星期三1、建立了感受態(tài)的受體細胞感受態(tài)細胞：具有攝取外源DNA能力的細胞自然感受態(tài)的出現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)則是通過人為誘導的方法，使細胞具有攝取DNA的能力，或人為地將DNA導入細胞內現在是83頁\一共有154頁\編輯于星期三2、外源游離DNA分子（轉化因子）（1）轉化因子的本質與類型離體的DNA片段（15kb左右）類型：dsDNA、ssDNA和質粒DNA（通常不與核染色體發(fā)生重組）（2）轉化的頻率：0.1％～1.0％，最高20％（3）轉化的DNA的濃度：1×10-5ug/mL現在是84頁\一共有154頁\編輯于星期三轉化過程（革蘭氏陽性菌的轉化模型）1、外源DNA同感受細胞結合，由可逆態(tài)成為不可逆態(tài)2、DNA分子的一條單鏈被降解，另一條單鏈進入受體細胞，與染色體上同源DNA區(qū)段進行重組現在是85頁\一共有154頁\編輯于星期三轉化過程（革蘭氏陽性菌的轉化模型）1、外源DNA同感受細胞結合，由可逆態(tài)成為不可逆態(tài)2、DNA分子的一條單鏈被降解，另一條單鏈進入受體細胞，與染色體上同源DNA區(qū)段進行重組現在是86頁\一共有154頁\編輯于星期三轉化過程的特點：a）對核酸酶敏感；b）不需要活的DNA供體細胞；c）轉化是否成功及轉化效率的高低主要取決于轉化供體菌株和轉化受體菌株之間的親源關系；d）通常情況下質粒的自然轉化效率要低得多現在是87頁\一共有154頁\編輯于星期三轉染(transfection)噬菌體DNA轉化細菌噬菌體DNA被感受態(tài)細胞攝取并產生有活性的病毒顆粒轉染的特點：提純的噬菌體DNA以轉化的（而非感染）途徑進入細胞并表達后產生完整的病毒顆粒?，F在是88頁\一共有154頁\編輯于星期三人工轉化在自然轉化的基礎上發(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技術。不是由細菌自身的基因所控制；用多種不同的技術處理受體細胞，使其人為地處于一種可以攝取外源DNA的“人工感受態(tài)”。用CaCl2處理細胞，電穿孔等是常用的人工轉化手段?，F在是89頁\一共有154頁\編輯于星期三（二）轉導轉導：通過噬菌體介導的DNA在不同細菌細胞間轉移和基因重組的現象。利用溫和噬菌體和源原細胞的特性來進行。轉導作用的類型：1、普遍轉導2、局限轉導（特異轉導）普遍轉導和局限轉導的區(qū)別3、溶源轉變現在是90頁\一共有154頁\編輯于星期三普遍轉導（generalizedtransduction）噬菌體可以轉導供體菌染色體的任何部分到受體細胞中的轉導過程普遍性轉導的兩種后果：完全普遍轉導流產普遍轉導現在是91頁\一共有154頁\編輯于星期三普遍轉導（generalizedtransduction）現在是92頁\一共有154頁\編輯于星期三完全普遍傳導完全普遍傳導：進入受體的外源DNA通過與細胞染色體的重組交換而形成穩(wěn)定的轉導子現在是93頁\一共有154頁\編輯于星期三轉導DNA不能進行整合、重組和復制，但其攜帶的基因可經過轉錄而得到表達。因此群體中僅一個細胞含有DNA，而其它細胞只能得到其基因產物，在選擇培養(yǎng)基平板上形成微小菌落現在是94頁\一共有154頁\編輯于星期三轉導失敗外源DNA被降解，轉導失敗?，F在是95頁\一共有154頁\編輯于星期三2、局限性轉導定義：通過部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數特定基因攜帶到受體菌中，并獲得表達的轉導現象。現在是96頁\一共有154頁\編輯于星期三局限轉導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而發(fā)生裂解時，在前噬菌體二側的少數宿主基因因偶爾發(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特定基因轉移到受體菌中現在是97頁\一共有154頁\編輯于星期三局限轉導（specializedtransduction）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而發(fā)生裂解時，在前噬菌體二側的少數宿主基因偶爾發(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特定基因轉移到受體菌中現在是98頁\一共有154頁\編輯于星期三局限轉導（specializedtransduction）現在是99頁\一共有154頁\編輯于星期三特點：噬菌體對供體菌和受體菌都是溫和噬菌體只能轉導供體菌的個別特定基因（一般為噬菌體整合位點兩側的基因）該特定基因由部分缺陷的溫和噬菌體攜帶缺陷噬菌體由于其在形成過程中所發(fā)生的低頻率（約10–

5）“誤切”，或由于雙重溶源菌的裂解而形成（約形成50%缺陷噬菌體）局限轉導噬菌體的產生要通過UV等因素對溶源菌的誘導并引起裂解后才產生。現在是100頁\一共有154頁\編輯于星期三分類：低頻轉導與高頻轉導現在是101頁\一共有154頁\編輯于星期三一般的轉導現象中，從宿主染色體上切離時發(fā)生不正常切離的頻率極低，故這種裂解物中的部分缺陷噬菌體的比例是極低的（10–4~10–6）。把這種裂解物稱為LFT（低頻轉導）裂解物。用LFT裂解物以低m.o.i（感染復數）感染宿主，就可獲得極少量的局限轉導子，即低頻轉導。A、低頻轉導（LFT，lowfrequencytransduction）現在是102頁\一共有154頁\編輯于星期三轉導的過程該溶源菌被誘導裂解時，有極少數（~10–

5）的前噬菌體（prophage）發(fā)生不正常切離（abnormalexcesion），其結果會將插入位點兩側之一的少數宿主基因連接到噬菌體DNA上，通過衣殼的“誤包”，就形成了一種特殊的噬菌體——缺陷噬菌體（defectivephage）。它們沒有將宿主溶源化的能力，而是使宿主成為一個局限轉導子，對噬菌體沒有免疫性。溫和噬菌體感染受體菌后，其DNA會開環(huán)，以線狀形式整合到宿主染色體的特定位點上，從而使宿主細胞發(fā)生溶源化，并獲得對相同溫和噬菌體的免疫性?，F在是103頁\一共有154頁\編輯于星期三低頻轉導（lowfrequencytransduction）低頻轉導裂解物正常噬菌體極少量的部分缺陷噬菌體（局限轉導噬菌體）轉導顆粒局限轉導子（極少量）低感染復數缺陷噬菌體DNA分子在宿主細胞內能夠象正常的λDNA分子一樣進行復制、包裝，提供所需要的裂解功能，形成轉導顆粒，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)定的局限轉導子?，F在是104頁\一共有154頁\編輯于星期三低頻轉導（lowfrequencytransduction）現在是105頁\一共有154頁\編輯于星期三當用LFT裂解物以高m.o.i感染E.coligal–（不發(fā)酵半乳糖的營養(yǎng)缺陷型）菌株時，凡是感染有λdgal噬菌體任一細胞，幾乎都同時感染有正常的λ噬菌體。這時λ與λdgal同時整合在一個受體菌的核染色體組上，從而使它成為一個雙重溶源菌（doublelysogen）。當雙重溶源菌被紫外線等誘導時，其中的正常λ噬菌體的基因可補償λdgal缺失的部分基因功能，因而兩種噬菌體就同時獲得復制的機會。所以在雙重溶源菌中的正常λ噬菌體被稱為助體（或輔助）噬菌體（helperphage）。Ｂ高頻轉導（HFT，highfrequencytransduction）現在是106頁\一共有154頁\編輯于星期三雙重溶源菌的裂解物中含有等量的λ和λdgal粒子，稱為HFT（高頻轉導）裂解物。用HFT裂解物以低m.o.i感染另一個E.coligal–（不發(fā)酵半乳糖的營養(yǎng)缺陷型）受體菌，就可以高頻率地把它轉化為能發(fā)酵半乳糖的E.coligal+轉導子。是為高頻轉導。現在是107頁\一共有154頁\編輯于星期三高頻轉導（highfrequencytransduction）低頻轉導裂解物正常噬菌體極少量的部分缺陷噬菌體（局限轉導噬菌體）轉導顆粒高感染復數雙重溶源菌缺陷噬菌體和正常噬菌體同步復制高頻轉導裂解物部分缺陷噬菌體（局限轉導噬菌體）正常噬菌體等量轉導顆粒局限轉導子（大量）低感染復數現在是108頁\一共有154頁\編輯于星期三普遍轉導和局限轉導的比較比較項目普遍性轉導局限性轉導轉導的基因供體染色體或染色體外的任何基因供體染色體上與原噬菌體緊密連鎖的少數幾個個別基因噬菌體寄生的位置不結合在寄主染色體特定位置上結合在寄主染色體特定位置上獲得轉導噬菌體的方法通過敏感菌的裂解或容源菌的誘導紫外線誘導容源菌轉導子的區(qū)別一般穩(wěn)定，非溶原性（不表現出任何噬菌體的性狀，包括免疫性）一般不穩(wěn)定，呈缺陷溶原性（對同源噬菌體具有免疫性，但不表現出其它噬菌體的性狀）現在是109頁\一共有154頁\編輯于星期三3、溶源轉變概念：當溫和噬菌體感染宿主而使其發(fā)生溶源化時，因噬菌體的基因整合到宿主的核基因組上，而使后者獲得了除免疫性以外的新性狀的現象，稱為溶源轉變。性質：表面上與轉導相似，而本質上不同于轉導。區(qū)別：當宿主喪失其原噬菌體時，通過溶源轉變而獲得的新性狀也隨之消失溫和噬菌體不攜帶來自供體菌的外源基因，是噬菌體自身基因使宿主獲得新性狀溫和噬菌體使完整的，不是缺陷的獲得新性狀的是溶源化的宿主細胞，不是轉導子現在是110頁\一共有154頁\編輯于星期三（三）接合(conjugation)

通過細胞與細胞的直接接觸而產生的遺傳信息的轉移和重組過程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。1946年，JoshuaLederberg和EdwardL.Taturm細菌的多重營養(yǎng)缺陷型雜交實驗現在是111頁\一共有154頁\編輯于星期三

接合菌株與F因子在細菌中，接合現象研究的最清楚的是大腸桿菌。大腸桿菌有性別分化。決定其性別的因子是F因子（即致育因子或稱性質粒），這是一種在染色體外的小型獨立環(huán)狀DNA單位。F因子是一種屬于附加體（episome）的質粒，它既可脫離染色體在細胞內獨立存在，也可插入（即整合）到染色體組上。由于F因子在細胞中的有無和存在方式的不同，可把大腸桿菌分成4種接合類型：F+（雄性菌株）、F-（雌性菌株）、Hfr（高頻重組菌株），F'菌株。

（三）接合(conjugation)現在是112頁\一共有154頁\編輯于星期三（三）接合(conjugation)F-菌株(“雌性”菌株)：不含F因子，沒有性菌毛，但可以通過接合作用接收F因子而變成F+菌株；F+菌株(“雄性”菌株)：F因子獨立存在，細胞表面有性菌毛。Hfr菌株：F因子插入到染色體DNA上，細胞表面有性菌毛。（高頻重組菌株）F′菌株：Hfr菌株內的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?，F在是113頁\一共有154頁\編輯于星期三幾種雜交結果1、F+菌株和F-菌株接合的結果是產生二個F+菌株。2、F'菌株和F-菌株接合的結果是產生二個F'菌株。3、Hfr菌株和F-菌株接合，在大多數的情況下，受體細菌仍然是F-，只有在極少數的情況下，由于遺傳物質轉移完整，受體細菌才能成為Hfr菌株?，F在是114頁\一共有154頁\編輯于星期三F因子的存在和轉移方式現在是115頁\一共有154頁\編輯于星期三現在是116頁\一共有154頁\編輯于星期三F+菌株接合過程a）F+細菌通過性毛與F-細菌接觸并發(fā)生相互作用；b）F+細菌的F因子出現缺口，雙鏈之一被切斷，從斷端轉移F因子的一條鏈到F-細菌中。c）F因子的一條鏈一進入F-細菌中，就在F-細菌中復制新的F因子。d）復制完成后，F-細菌變成F+，同時原有F+細胞也完成F因子另一條鏈的復制，所以轉移是F+的拷貝。所以最終雜交的結果是F-細菌變成F+細菌，而原有的F+細菌則不變?，F在是117頁\一共有154頁\編輯于星期三F+菌株接合過程理化因子的處理可將F因子消除而使F+菌株變成F-菌株現在是118頁\一共有154頁\編輯于星期三（三）接合(conjugation)現在是119頁\一共有154頁\編輯于星期三（四）原生質體融合——protoplastfusion

概念：通過人為方法，使遺傳性狀不同的兩細胞的原生質體發(fā)生融合，并進而發(fā)生遺傳重組以產生同時帶有雙親性狀的遺傳性穩(wěn)定的融合子（fusant）的過程，稱為原生質體融合。適用范圍：各種生物細胞都能進行原生質體融合，包括各種原核生物、真核微生物以及高等動植物和人體的不同細胞?，F在是120頁\一共有154頁\編輯于星期三現在是121頁\一共有154頁\編輯于星期三現在是122頁\一共有154頁\編輯于星期三二、真核微生物的基因重組

有性雜交準性雜交原生質體融合轉化現在是123頁\一共有154頁\編輯于星期三（一）有性雜交定義：一般指不同遺傳型的兩性細胞間的接合和隨之發(fā)生的染色體重組，并產生新遺傳型后代的過程。有性接合染色體重組新遺傳型細胞（＋）細胞（－）現在是124頁\一共有154頁\編輯于星期三現在是125頁\一共有154頁\編輯于星期三S.Cerevisiae的雙倍體和單倍體細胞的比較項目 雙倍體 單倍體細胞 大，橢圓形 小，球形菌落 大，形態(tài)均一 小，形態(tài)變化較多液體培養(yǎng) 繁殖快，細胞較分散 繁殖較慢，細胞常聚集成團在產孢子培養(yǎng)基上

形成子囊及子囊孢子

不形成子囊現在是126頁\一共有154頁\編輯于星期三定義：類似于有性生殖但更原始的生殖方式，是通過同一物種兩個不同菌株的體細胞發(fā)生融合，不經過減數分裂而導致低頻率基因重組并產生重組子。存在范圍：常見于一些真菌尤其是半知菌中（二）準性生殖（parasexualhybridization）

現在是127頁\一共有154頁\編輯于星期三細胞（＋）細胞（＋）準性接合基因重組新遺傳型菌絲聯結質配核配有絲分裂交換單倍體雜合子半知菌的準性生殖現在是128頁\一共有154頁\編輯于星期三準性生殖與有性生殖的比較

項目 準性生殖 有性生殖參與接合的親本細胞 形態(tài)相同的體細胞形態(tài)或生理上有分化的性細胞獨立生活的異核體階段有 無接合后雙倍體細胞形態(tài)與單倍體基本相同 與單倍體明顯不同雙倍體變單倍體的途徑通過有絲分裂 通過減數分裂接合發(fā)生的幾率 偶然發(fā)現，幾率低 正常出現，幾率高現在是129頁\一共有154頁\編輯于星期三第四節(jié)基因工程一、基因工程二、基因工程的基本操作現在是130頁\一共有154頁\編輯于星期三特點：可設計性、穩(wěn)定性、遠緣性、風險性一、基因工程定義：人們利用分子生物學的理論和技術，自覺設計、操縱、改造和重建細胞的遺傳核心—基因組，從而使生物體的遺傳性狀發(fā)生定向變異，以最大限度地滿足人類活動的需要?，F在是131頁\一共有154頁\編輯于星期三獲得目的基因選擇基因載體體外重組外源基因導入（微生物、植物、動物）篩選和鑒定應用二、基因工程的基本操作現在是132頁\一共有154頁\編輯于星期三復制子限制性內切酶位點選擇性遺傳標記可大量增殖

載體的特性常用載體原核受體細胞：松弛型細菌質粒、λ噬菌體真核細胞受體：SV40病毒（動物）、Ti質粒（植物）現在是133頁\一共有154頁\編輯于星期三現在是134頁\一共有154頁\編輯于星期三三、基因工程的應用1、生產多肽類藥物、疫苗現在是135頁\一共有154頁\編輯于星期三重組胰島素的生產現在是136頁\一共有154頁\編輯于星期三利用DNA技術生產激素、抗癌藥物和疫苗這個實驗室生產乙肝疫苗DNA技術正在改變藥廠和醫(yī)學

現在是137頁\一共有154頁\編輯于星期三2、改造傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)酵菌種3、動、植物特性的基因工程改良4、基因工程在環(huán)境保護中的應用現在是138頁\一共有154頁\編輯于星期三遺傳修飾食品

現在是139頁\一共有154頁\編輯于星期三這些羊體內細胞表達人血液中一種蛋白的基因，這種蛋白對囊腫性纖維化有治療效果

現在是140頁\一共有154頁\編輯于星期三遺傳修飾植物現在是141頁\一共有154頁\編輯于星期三現在是142頁\一共有154頁\編輯于星期三“金色大米”已經被遺傳改造成表達β－胡蘿卜素現在是143頁\一共有154頁\編輯于星期三微生物在基因工程中的重要性微生物載體工具酶微生物工程受體目的基因主要供體現在是144頁\一共有154頁\編輯于星期三第五節(jié)菌種的衰退、復壯和保藏性狀穩(wěn)定的菌種是微生物學工作最重要的基本要求，否則生產或科研都無法正常進行。影響微生物菌種穩(wěn)定性的因素：a）變異；b）污染；