微生物遺傳育種的研究進(jìn)展

微生物遺傳育種的研究進(jìn)展摘要:微生物育種是運(yùn)用遺傳學(xué)原理和技術(shù)對(duì)某種具有特定生產(chǎn)目的的菌株進(jìn)法。本文對(duì)微生物遺傳育種技術(shù)，包括自然育種、誘變育種、代謝控制育種、基因工程育種等進(jìn)行了介紹，并對(duì)育種技術(shù)的發(fā)展做了展望。關(guān)鍵詞：微生物；自然育種；誘變育種；代謝控制育種；基因工程育種微生物育種的目的就是要人為地使某些代謝產(chǎn)物朝人們所希望的方向加以引導(dǎo)或者促使細(xì)胞內(nèi)發(fā)生基因的重新組合優(yōu)化遺傳性狀，獲得所需要的高產(chǎn)優(yōu)[1]1979年世界工53000噸，198510萬噸，作為商品出售的酶200199010年美400，200，150，6.4億美元。對(duì)工業(yè)70年代以來，重組DNA技術(shù)和原生質(zhì)體融合技術(shù)開始用于菌種選育。各種外源基菌種選育的具體目標(biāo)(1)提高產(chǎn)量。生產(chǎn)效率和生產(chǎn)效益總是排在一切商業(yè)發(fā)酵過程首位的目標(biāo)。(2)提高產(chǎn)物的純度。減少副產(chǎn)物;提高有效組分;減少色素等雜質(zhì)。(3)改變菌種性狀。改善發(fā)酵過程,包括:構(gòu);改善菌種生長(zhǎng)速度;提高斜面孢子化程度;改善菌絲體形狀,采用菌球菌絲1體發(fā)酵;少用消泡劑或使菌種耐合成消泡劑;改善對(duì)氧的攝取條件,降低需氧量及能耗;耐不良環(huán)境:抗噬菌體的侵染,耐高溫、耐酸堿、耐自身所積累的代謝產(chǎn)物;改善細(xì)胞透性,提高產(chǎn)物的分泌能力等。(4)菌種的遺傳性狀。特別是生產(chǎn)性狀穩(wěn)定。(5)改變生物合成途徑。以獲得新產(chǎn)品。獲取優(yōu)良菌種的有效途徑廣義上說,菌種改良可描述為采用任何科學(xué)技術(shù)手段(工程學(xué)方法以及它們的各種組合)處理微生物菌種,從中分離得到能顯示所要求表型的變異菌種。菌種改良的基本途徑:突變和選擇;基因重組(遺傳重組)和基因工程(遺傳工程)。自然選育不經(jīng)人工處理,利用微生物在一定條件下可產(chǎn)生自發(fā)突變的原理,通過分離篩選排除衰退菌落,從中選擇維持原有生產(chǎn)水平的菌株的方法,稱為自然隨機(jī)2種原因引起:多因素低劑量效應(yīng)和互變異構(gòu)效應(yīng)。自然突變可能會(huì)產(chǎn)生2種不同的結(jié)果,一種是菌種退化而導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)量或質(zhì)量下降naE、mutD、mutT、mutM、mutH、mutI等的大腸桿菌突變率相對(duì)較高。酒精發(fā)酵是最早把微生物遺傳學(xué)原理應(yīng)用于微生物育種實(shí)踐而提高發(fā)酵產(chǎn)物水平的一個(gè)成功實(shí)例[3]防止菌種退化，提高產(chǎn)量的目的，但發(fā)生自然突變的幾率特別低，一般為10-6~10-10/BP。這樣低的突變率導(dǎo)致自然選育耗時(shí)長(zhǎng)，工作量大，影響了育種工作效率，在這種情況下，出現(xiàn)了誘變育種技術(shù)，因此,在生產(chǎn)實(shí)踐中,自然選育的主要目的是用來純化、復(fù)壯和穩(wěn)定菌種[3]。誘變育種凡能誘發(fā)生物基因突變,并且突變頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過自發(fā)突變率的物理因子或2化學(xué)物質(zhì),稱為誘變劑。主要包括物理誘變劑和化學(xué)誘變劑,現(xiàn)在還有生物誘1927年用X注意的,此后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了許多物理因子與化學(xué)物質(zhì)都具有誘發(fā)基因突變的作用。近年來,隨著基因工程技術(shù)的不斷發(fā)展,蛋白質(zhì)工程中點(diǎn)突變的重要技術(shù),物理誘變物理誘變通常使用物理輻射中的各種射線,包括紫外線、X射線、γ射α射線、β射線、快中子、微波、超聲波、電磁波、激光射線和宇宙射線等。近年來,隨著重離子束的獲得,離子輻照誘變育種也成為誘變育種的種新方法[4]?；瘜W(xué)誘變使用化學(xué)物質(zhì)處理微生物使其性狀發(fā)生改變的方法稱為化學(xué)誘變方法?；瘜W(xué)誘變的作用機(jī)制與物理誘變劑有很大區(qū)別,其作用機(jī)制都是與DNA作用?；瘜W(xué)誘變劑往往具有專一性,它們對(duì)基因的某部位發(fā)生作用，對(duì)其余部DNA制使堿基發(fā)生改變而起到誘變作用。通常使用的化學(xué)誘變劑包括4大類：烷化劑、堿基類似物、移碼突變劑以及其他種類等[5]。其它誘變方法離子注入生物體誘變誘變,可以獲得高突變率,擴(kuò)大突變譜,為篩選優(yōu)良的突變型菌株提供廣闊的空間，同時(shí),離子束也可以作為介質(zhì)進(jìn)行外源目的基因轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)導(dǎo)。目前,利用離子注入已經(jīng)獲得轉(zhuǎn)基因植物;DNAE1coli17項(xiàng)成果,其中76個(gè)微生物新菌株已經(jīng)推廣應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)中,173億元以上。因此離子注入法在作物和微生物誘變育種方面受到廣泛關(guān)注[6]。航天誘變1957-1988109激光的概念及誘變機(jī)理2070年代興起的一種誘變技術(shù),國(guó)內(nèi)外利用激光誘變,光微粒。依據(jù)其波長(zhǎng)不同可分為:260～380nm的紫外激光,N2激光;440～700nm的可見光激光,He-Ne激光;900～447.2×103nm的紅外激光,CO2,直接或間接影響生物有機(jī)體,引起DNA或RNA改變,,引起細(xì)胞分裂和細(xì)胞代謝活動(dòng)改變。其中,人們普遍認(rèn)為起主要作用的是光效應(yīng)和電磁場(chǎng)效應(yīng)[8]。代謝控制育種20501957猛發(fā)展，尤其是基因組學(xué)、應(yīng)用分子生物學(xué)和分析技術(shù)的發(fā)展，使得導(dǎo)入定向謝控制育種的活力在于以誘變育種為基礎(chǔ)，獲得各種解除或繞過微生物正常代4抗生素等次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量成倍地提高，大大促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[9]?；蚬こ逃NDNADNA種的新技術(shù)主要有如下幾種?；虻亩c(diǎn)突變定點(diǎn)突變(site-specificmutagenesis或site-directedmutagenesis)是指在目的DNA片斷()PCR為基礎(chǔ)的定點(diǎn)突變?；赑CR的定點(diǎn)突變技術(shù)由于其突變效率高、操作簡(jiǎn)單、耗時(shí)短、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)而倍受關(guān)注。PCR法(OverlapExtensionPCREO-PCR)物PCR法(MegaprimerPCR)PCR(One-stepOverlapExtensionOOE-PCR)PCR(Single-tubeMegaprimerPCR)、快速定點(diǎn)誘變法、多位點(diǎn)環(huán)狀誘變法和TAMS(TargetedAmplificationofMutant定點(diǎn)誘變PCRTAMS定點(diǎn)誘變技術(shù)最為簡(jiǎn)單和適用，并得到廣泛的應(yīng)用[10]。PCRDNADNAPCR過程中出現(xiàn)PCR(Error-pronePCR，簡(jiǎn)EP-PCR)。此方法其操作過程是在TaqDNAPCR5Mn2+替代天然的輔助因子TaqDNAdNTP0.1%dITP20%PCRDAN重排DNA重排(DNA1993DNA重排的基本原理是首先將同源基因(單一基因的突變體或基因家族)DANPCR重聚。那些帶DANPCR循環(huán)后能迅速產(chǎn)生大量的重組DNA，從而創(chuàng)造出新基因[12]。基因組重排基因組重排(genomeshuffling)DNA21大改進(jìn)的雜交菌種。該技術(shù)巧妙地采用了多輪循環(huán)原生質(zhì)體融合技術(shù)(即將各種親本制成原生質(zhì)體-融合-再生-再制成原生質(zhì)體-融合-再生DNA必了解菌株的遺傳背景，在細(xì)胞水平上即可進(jìn)行定向進(jìn)化[13]。展望6。7參考文獻(xiàn)施巧琴,吳松剛.工業(yè)微生物育種學(xué)[M].第2版.北京:科學(xué)出版社,2003.戴四法，黎觀紅，吳石金.現(xiàn)代工業(yè)微生物育種技術(shù)研究進(jìn)展[J].2000，20(2)：48~50.張彭湃.[J].：3~5.申玉香,汪志君,方維明1紫外誘變及苯黃隆抗性處理選育低雙乙酰酒酵母[J]. 釀酒科技,2007,(5):39-41。程明，崔承彬，李長(zhǎng)偉，田從魁，杜智敏.中的應(yīng)用[J].JournalofInternationalPharmaceuticalResearch.2009,36(6),412-417.張玲華，田興山.微生物空間誘變育種的研究進(jìn)展[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2004，184：294-296.2：114-117.孟甜，現(xiàn)代工業(yè)微生物遺傳育種技術(shù)研究進(jìn)展[J]2009，712：3-5.YongL,DongQ.TAMStechnologyforsimpleandefficientinvitromutagenesisandmutantscreening[J].NucleicAcidsRes,2003,31(3):11.黃瑛,蔡勇,楊江科等.基于易錯(cuò)PCR技術(shù)的短小芽孢桿菌YZ02BpL的定向進(jìn)化[J].,2008,24(3):445.徐波,王明蓉,夏勇等.