絲狀真菌的遺傳分析精選

1、第十章 絲狀真菌(zhnjn)的遺傳 共四十四頁(yè)擔(dān)子菌接合菌子囊(znng)菌卵菌共四十四頁(yè)毛霉屬（Mucor）根霉屬（Rhizopus）曲霉(qmi)屬（Aspergillus）青霉屬（Pericillium）木霉屬（Trichoderma）等 絲狀真菌(zhnjn)的代表屬：共四十四頁(yè)真菌是在細(xì)胞結(jié)構(gòu)和遺傳體制上具有特殊性的真核微生物1. 它們具有類(lèi)似于高等動(dòng)植物的細(xì)胞核和染色體結(jié)構(gòu)，可進(jìn)行有性生殖2. 具有微生物的生長(zhǎng)迅速、生活周期短、便于培養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)因此，絲狀真菌，尤其是粗糙脈孢菌(Neurospora crassa)和構(gòu)巢曲霉(qmi)(Aspergillus nidulans)一直是

2、研究真核生物遺傳重組、基因結(jié)構(gòu)和基因表達(dá)調(diào)節(jié)的模式系統(tǒng)。共四十四頁(yè)第一節(jié) 微生物的生活史細(xì)菌、不完全菌（真菌(zhnjn)半知菌綱）、高等動(dòng)植物生活史的主要區(qū)別點(diǎn)： 營(yíng)養(yǎng)體是單倍體還是雙倍體 營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞一再分裂成無(wú)性繁殖系還是形成多細(xì)胞個(gè)體 異核體和雙倍體是暫時(shí)過(guò)渡還是可以生存繁殖 性別分化的程度共四十四頁(yè)什么(shn me)是不完全菌？共四十四頁(yè)雙倍體細(xì)胞雙倍體細(xì)胞減數(shù)分裂單倍體細(xì)胞單倍體細(xì)胞異核體細(xì)胞（暫時(shí)存在）雙倍體細(xì)胞（結(jié)合子）個(gè)體高等(godng)動(dòng)植物生活史共四十四頁(yè)單倍體細(xì)胞單倍體細(xì)胞減數(shù)分裂異核體細(xì)胞單倍體細(xì)胞無(wú)性繁殖系雙倍體細(xì)胞暫時(shí)存在單倍體細(xì)胞單倍體細(xì)胞減數(shù)分裂異核菌絲體單倍

3、體細(xì)胞無(wú)性繁殖系雙倍菌絲體無(wú)性繁殖系無(wú)性繁殖系細(xì)菌(xjn)生活史不完全(wnqun)菌生活史共四十四頁(yè)1. 高等動(dòng)植物以雙倍體為主，細(xì)菌以單倍體為主，不完全菌介于二者之間，但更接近于細(xì)菌。2. 高等動(dòng)植物的雙倍體細(xì)胞一再分裂的結(jié)果形成個(gè)體，細(xì)菌的單倍體分裂形成無(wú)性繁殖系，不完全菌也是多細(xì)胞，但更接近于細(xì)菌。3. 異核體在高等動(dòng)植物和細(xì)菌中都暫時(shí)存在，而在不完全菌中單倍體、雙倍體或異核體都能形成無(wú)性繁殖系。4. 就性的分化(fnhu)而言，細(xì)菌和不完全菌沒(méi)有性細(xì)胞和體細(xì)胞之分，這和高等動(dòng)植物有明顯的區(qū)別。在微生物中除產(chǎn)生有性孢子的種類(lèi)之外，細(xì)菌和不完全菌的雙倍體世代和單倍體世代的細(xì)胞沒(méi)有明顯的

4、形態(tài)和生理區(qū)別。三類(lèi)(sn li)生物的生活史的特點(diǎn)：共四十四頁(yè)粗糙(cco)脈孢菌的順序排列四分體第二節(jié) 粗糙脈孢菌的遺傳(ychun)分析共四十四頁(yè)菌絲a原子(yunz)囊果子囊(znng)果子囊孢子子囊孢子無(wú)性繁殖無(wú)性繁殖分生孢子分生孢子接合子菌絲A發(fā)芽菌絲融合發(fā)芽有性繁殖原子囊果第二次分裂第一次分裂減數(shù)分裂原子囊果一、粗糙脈孢菌的生活史共四十四頁(yè)減數(shù)分裂的產(chǎn)物在一個(gè)子囊內(nèi)形成順序排列的四分體，是粗糙脈孢菌有性雜交的特點(diǎn)。對(duì)順序排列的四分體可以進(jìn)行如下的遺傳分析：判斷第一次分裂分離和第二次分裂分離計(jì)算著絲粒距離計(jì)算重組(zhn z)頻率 二、粗糙脈孢菌有性雜交的四分體遺傳(ychun)分

5、析共四十四頁(yè)1. 第一次分裂(fnli)分離和第二次分裂(fnli)分離 第一次減數(shù)分裂(jin sh fn li)第二次減數(shù)分裂有絲分裂共四十四頁(yè)第一次減數(shù)分裂(jin sh fn li)第二次減數(shù)分裂(jin sh fn li)有絲分裂共四十四頁(yè)I型和型：第一次分裂(fnli)分離型、型、V型、型：第二次分裂分離 粗糙(cco)脈孢菌的子囊孢子的排列共有下面6種方式I A A A A a a a aII a a a a A A A A A A a a A A a a a a A A a a A AV A A a a a a A A a a A A A A a a共四十四頁(yè)2.著絲粒距離粗糙

6、脈孢菌中8個(gè)子囊孢子的排列方式可反映基因分離(fnl)的方式以及基因與著絲粒之間是否有染色體交換發(fā)生。經(jīng)典遺傳學(xué)研究巳證明，染色體上兩個(gè)位點(diǎn)之間的距離越遠(yuǎn)，則這兩位點(diǎn)之間發(fā)生交換的頻率也就越高。著絲粒距離=1/2第二次分裂分離子囊數(shù)總子囊數(shù)100圖距單位共四十四頁(yè)粗糙脈孢菌的接合(jih)型基因的著絲粒距離的測(cè)定：分裂分離子囊類(lèi)型子囊數(shù)目第一次分裂分離第二次分裂分離AAAAaaaaaaaaAAAAAAaaAAaaaaAAaaAAAAaaaaAAaaAAAAaa105129951016著絲粒距離=1/2(9+5+10+16)105+129+9+5+10+16100=7.3圖距共四十四頁(yè)3. 著絲

7、粒距離和重組頻率用重組頻率來(lái)表示基因(jyn)之間遺傳距離。兩個(gè)基因之間的重組距離是這兩個(gè)基因與著絲粒距離之和或之差?？梢赃M(jìn)行粗糙脈孢菌的連鎖群分析。共四十四頁(yè)真菌的準(zhǔn)性生殖是指異核體真菌菌絲細(xì)胞（體細(xì)胞）中2個(gè)遺傳物質(zhì)不同的細(xì)胞核結(jié)合成雜合二倍體的細(xì)胞核，這種二倍體細(xì)胞核在有絲分裂過(guò)程中可以發(fā)生染色體交換(jiohun)和單倍體化，最后形成遺傳物質(zhì)重組的單倍體的過(guò)程。 第三節(jié) 真菌(zhnjn)的準(zhǔn)性生殖（parasexual cycle）共四十四頁(yè)準(zhǔn)性生殖和有性生殖(yuxng shngzh)的主要區(qū)別：有性生殖過(guò)程導(dǎo)致有性孢子的產(chǎn)生，這些有性孢子在形態(tài)、生理上都和營(yíng)養(yǎng)體細(xì)胞不同，而且產(chǎn)生

8、在特殊的囊器中。準(zhǔn)性生殖過(guò)程雖然也導(dǎo)致基因(jyn)重組，但重組體細(xì)胞和一般的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞沒(méi)有不同，也不產(chǎn)生在特殊的囊器中。在有性生殖中通過(guò)減數(shù)分裂使染色體交換和隨機(jī)分配而導(dǎo)致基因重組，其染色體的交換和每對(duì)染色體減為半數(shù)是一個(gè)很有規(guī)律的協(xié)調(diào)過(guò)程。在準(zhǔn)性生殖過(guò)程中，染色體的交換和染色體減少是不規(guī)則且不協(xié)調(diào)的過(guò)程。準(zhǔn)性生殖過(guò)程包括: 異核體的形成 二倍體的形成 染色體單倍化和體細(xì)胞交換共四十四頁(yè)當(dāng)帶有不同遺傳性狀的兩個(gè)單倍體細(xì)胞(xbo)或菌絲相互融合時(shí)，會(huì)導(dǎo)致在一個(gè)細(xì)胞(xbo)或菌絲中并存有兩種或兩種以上不同遺傳型的細(xì)胞(xbo)核，這樣的細(xì)胞(xbo)或菌絲就叫異核體。異核體的形成是進(jìn)行準(zhǔn)性生殖

9、的第一步。1. 異核體的形成(xngchng)共四十四頁(yè)構(gòu)巢曲霉A接合(jih)型(leu- met+)突變株與A接合型 (leu+ met-)突變株少量(sholing)原養(yǎng)型菌落菌落是異核體混合接種在基本培養(yǎng)基上培養(yǎng)共四十四頁(yè)(1)異核體的證實(shí)：將兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株混合培養(yǎng)，出現(xiàn)原養(yǎng)型菌落的原因可能(knng)是由于互養(yǎng)、異核體、二倍體或單倍重組體的存在。a.互養(yǎng)的排除： 將原養(yǎng)型菌落上取下的少量菌絲接種于養(yǎng)料貧乏的培養(yǎng)基上。在放大鏡下將從接種處向外長(zhǎng)出的菌絲的尖端連同小塊培養(yǎng)基切下，放在基本培養(yǎng)基上。b.二倍體或單倍體的排除： 將leu- met+株和 leu+ met-株的分生孢子混合

10、接種在基本培養(yǎng)基上，取出其上長(zhǎng)出的菌落的單個(gè)菌絲尖端，接種于基本培養(yǎng)基上，得到由單個(gè)菌絲尖端所長(zhǎng)成的培養(yǎng)物。共四十四頁(yè)(2)異核體的生物學(xué)意義： 異核體包含著不同基因型的細(xì)胞核： 具有生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì) 具有更好的環(huán)境適應(yīng)能力 此外，異核體在遺傳分析中也很重要，由于異核體內(nèi)的兩個(gè)不同營(yíng)養(yǎng)缺陷型的細(xì)胞具有互補(bǔ)作用，因此可以用異核體進(jìn)行(jnxng)基因等位性的測(cè)定等研究。 異核體的形成與A、a接合型之間沒(méi)有關(guān)系，但接合型可影響形成異核體的難易程度，相同接合型的菌株間更容易形成異核體。異核體是由基因型決定的，在粗糙脈孢菌中已發(fā)現(xiàn)至少有10個(gè)基因與異核體的形成有關(guān)。共四十四頁(yè)2. 雜合(z h)二倍體的形成

11、1956年，Pontecorvo等人在用構(gòu)巢曲霉 白色突變株(w- y+)和黃色突變株(w+ y-) 進(jìn)行共培養(yǎng) 在培養(yǎng)基上得到產(chǎn)生形成綠色孢子的菌株。由異核體(w- y+/ w+ y-)所產(chǎn)生的孢子應(yīng)該是白色和黃色兩種，那么綠色的孢子是怎樣形成的呢?經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)該綠色的分生孢子并不穩(wěn)定，在形成大菌落(jnlu)時(shí)，常常會(huì)以很低的頻率出現(xiàn)白色或黃色的扇形面角變。共四十四頁(yè)核融合：是指兩個(gè)單倍體核融合形成一個(gè)二倍體核的現(xiàn)象?；蛐拖嗤暮巳诤闲纬杉兒隙扼w，基因型不同的核融合形成雜合二倍體。異核體中兩個(gè)基因型不同的細(xì)胞核以極低頻率(10-710-5) 融合成雜合二倍體。某些理化因素(yn s)(如

12、紫外線、樟腦蒸氣或高溫)處理，可提高雜合二倍體產(chǎn)生的頻率。原因可能是由于在處理過(guò)程中使某些抑制核融合的基因發(fā)生突變的結(jié)果。共四十四頁(yè)大?。簶?gòu)巢曲霉、黑曲霉等的二倍體分生孢子大于單倍體的分生孢子數(shù)量：醬油曲霉中，盡管分生孢子的大小是一樣的，但每個(gè)分生孢子中染色體的數(shù)目不同，二倍體分生孢子中DNA含量約為單倍體分生孢子的一倍。 根據(jù)雜合體細(xì)胞二倍體的特性，不難將它們與異核體菌落及回復(fù)突變產(chǎn)生的原養(yǎng)型菌落區(qū)別開(kāi)來(lái)。 通過(guò)測(cè)定培養(yǎng)特征(tzhng)、穩(wěn)定性、分生孢子核型、分生孢子大小及DNA含量和采用雙標(biāo)記菌株實(shí)驗(yàn)，即可排除異核體、單倍體和回復(fù)突變。二倍體分生孢子與單倍體分生孢子、異核體的不同(b t

13、n)：共四十四頁(yè)準(zhǔn)性生殖過(guò)程中產(chǎn)生(chnshng)的二倍體并不像有性生殖過(guò)程中的二倍體那樣進(jìn)行減數(shù)分裂，它們?nèi)砸杂薪z分裂的形式增殖。二倍體細(xì)胞比異核體較為穩(wěn)定。穩(wěn)定性是相對(duì)的，從異核體中可以得到少數(shù)二倍體，從大量的二倍體分生孢子中也可以得到少數(shù)體細(xì)胞分離子。3. 體細(xì)胞交換(jiohun)和單元化 w- y+w+ y-綠色w- y+w+ y-w+ y-w- y-w+ y+w- y+w+ y-w- y-w+ y+w- y+黃色w+ y-w- y-w+ y+w- y+白色共四十四頁(yè)所謂分離子包括重組體和非整倍體或單倍體。產(chǎn)生非整倍體或單倍體的過(guò)程稱為(chn wi)單元化，產(chǎn)生重組體的過(guò)程稱為(

14、chn wi)體細(xì)胞交換。體細(xì)胞交換(jiohun)共四十四頁(yè)非整倍體或單倍體 共四十四頁(yè)在準(zhǔn)性生殖過(guò)程中異核體產(chǎn)生二倍體的概率是 10-6，二倍體產(chǎn)生單倍體的概率是10-3，二倍體核中發(fā)生體細(xì)胞交換的概率是10-2。體細(xì)胞交換和單元化是兩個(gè)(lin )獨(dú)立發(fā)生的事件，二者發(fā)生在同一細(xì)胞中的概率很小，同一染色體上發(fā)生兩次交換的概率同樣很小。共四十四頁(yè)第四節(jié) 絲狀真菌(zhnjn)的遺傳物質(zhì) 真菌的遺傳物質(zhì)包括(boku)5種成分： 染色體基因 線粒體基因 質(zhì)粒 轉(zhuǎn)座因子 病毒基因共四十四頁(yè)除絲狀真菌基因組含有(hn yu)較少的(約為25)重復(fù)DNA序列外，絲狀真菌的核基因組和線粒體基因組及其

15、結(jié)構(gòu)功能與高等真核生物類(lèi)似。絲狀真菌單倍體通常含有68個(gè)線狀染色體，基因組大小平均為21074107bp。真菌的基因也有內(nèi)含子，但一般較短，大約50200bp。如粗糙脈孢菌單倍體基因組為4.3107bp，G+C含量為54，每條染色體的大小為410.3Mb。已經(jīng)對(duì)粗糙脈孢菌中的2000多個(gè)不同的基因進(jìn)行了鑒定。 一、核基因組結(jié)構(gòu)(jigu)共四十四頁(yè)絲狀真菌線粒體DNA是大小為幾十kb的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，它含16S和23S rRNA基因和20多個(gè)tRNA基因，還有幾個(gè)與電子傳遞鏈有關(guān)的結(jié)構(gòu)基因。線粒體基因組在正常復(fù)制過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生分子內(nèi)重組(zhn z)，造成基因組大小的多變。重組(zhn z)的內(nèi)容和

16、方式有多種，如線粒體DNA重排、DNA片段的插入或缺失，還有因內(nèi)含子剪接不同造成基因內(nèi)所含內(nèi)含子數(shù)目不等等。二、線粒體基因組共四十四頁(yè)自從1989年從自然界分離的粗糙脈孢菌中發(fā)現(xiàn)了絲狀真菌的第一個(gè)轉(zhuǎn)座子Tad以來(lái)，從許多其他絲狀真菌中也發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)座因子，而且轉(zhuǎn)座因子與植物病原菌的致病和培養(yǎng)性狀的高度變異(biny)有關(guān)。很多真菌細(xì)胞內(nèi)帶有質(zhì)粒，有些真菌細(xì)胞內(nèi)含有病毒。 三、質(zhì)粒、轉(zhuǎn)座因子(ynz)及病毒共四十四頁(yè)大多數(shù)絲狀真菌中的質(zhì)粒位于線粒體內(nèi)，目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)質(zhì)粒對(duì)寄主真菌的生長(zhǎng)有明顯的影響。也許質(zhì)粒能夠賦予寄主選擇優(yōu)勢(shì)，如在線粒體代謝或分裂(fnli)的某些方面。另外，有些質(zhì)粒與宿主真菌的老

17、化有關(guān)。 第五節(jié) 絲狀真菌(zhnjn)中的質(zhì)粒真菌細(xì)胞中的質(zhì)粒一般是環(huán)狀或線性的雙鏈DNA分子，而且大多是不編碼任何表型性狀的隱蔽質(zhì)粒，位于細(xì)胞核或線粒體內(nèi)。共四十四頁(yè)1. 線性質(zhì)粒 有末端反向重復(fù)序列(TIR)，其長(zhǎng)度因質(zhì)粒種類(lèi)而異質(zhì)粒的兩個(gè)5末端各有一個(gè)結(jié)合蛋白，保護(hù)質(zhì)粒不受核酸外切酶的破壞有兩個(gè)非重疊的ORF，每個(gè) ORF都起始于末端反向重復(fù)序列內(nèi)，但轉(zhuǎn)錄方向相反(xingfn)，即轉(zhuǎn)錄方向都是從末端指向中央。其中一個(gè)ORF編碼DNA聚合酶，另一個(gè)編碼RNA聚合酶，它們與噬菌體和酵母線粒體中的聚合酶具有相似性。在兩個(gè)ORF之間有基因間隔區(qū)，雖然含有轉(zhuǎn)錄信號(hào)，但尚未發(fā)現(xiàn)有什么功能。一、質(zhì)

18、粒的類(lèi)型(lixng)共四十四頁(yè)2. 環(huán)狀質(zhì)粒 Fiji和LaBelle這兩種環(huán)狀質(zhì)粒編碼DNA聚合酶；Mauriceville和 Varkud這兩種質(zhì)粒編碼反轉(zhuǎn)錄(zhun l)酶。脈孢菌屬中的環(huán)狀質(zhì)粒都產(chǎn)生全長(zhǎng)的RNA轉(zhuǎn)錄物，特別是Mauriceville和Varkud質(zhì)粒。 共四十四頁(yè)大多數(shù)真菌的線性質(zhì)粒也具有末端重復(fù)序列（TIR）和共價(jià)結(jié)合蛋白(TP) 。有些質(zhì)粒具有像脈孢菌那樣(nyng)的兩個(gè)ORF，但有些只有一個(gè)ORF。不同的質(zhì)粒，其ORF的排列可能也不同。有些質(zhì)粒如尖孢鐮刀菌中的質(zhì)粒：pFOXC1、pFOXC2、pFOXC3則編碼反轉(zhuǎn)錄酶。立枯絲核菌中的3個(gè)線性質(zhì)粒在幾方面表現(xiàn)

19、出非典型性，它們的末端似乎是閉合的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，其ORF都不大于91個(gè)氨基酸。3. 其他(qt)絲狀真菌中的質(zhì)粒共四十四頁(yè)一般線粒體質(zhì)粒的遺傳與線粒體和線粒體DNA(mtDNA)有相同的遺傳方式。在有性雜交中，母本的質(zhì)粒絕大多數(shù)或全部地傳遞(chund)給子代，一個(gè)例外是四孢殼孢菌AL2菌株中的 pAL2-l質(zhì)粒，當(dāng)AL2在雜交中作為母本時(shí)，有些后代不含質(zhì)粒。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的研究表明，在種內(nèi)和種間存在著質(zhì)粒水平轉(zhuǎn)移。二、質(zhì)粒的遺傳(ychun)共四十四頁(yè)中脈孢菌的Kalilo質(zhì)粒和粗糙脈孢菌中的Mauriceville質(zhì)粒能整合到線粒體DNA上，引起寄主(jzh)菌株的衰老和死亡。質(zhì)粒的存在與菌株的衰老呈正相關(guān)，質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移也引起衰老表型在菌株間的轉(zhuǎn)移，最終在寄主死亡之前或死亡之時(shí)，幾乎所有衰老菌株的mtDNA分子都是整合型，但游離