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(xì)胞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，營(yíng)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(zhǎng)繁殖。 對(duì)環(huán)境因素的作用敏感，易于獲得各類突變株，操作性強(qiáng)。第二節(jié) 微生物的基因組結(jié)構(gòu)一、概念基因組（genome）：一個(gè)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(xì)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(shí)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(xì)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(xì)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(jì)的基因數(shù)（通常以1000bp1500bp為一個(gè)基因進(jìn)行計(jì)算）微生物基因組DNA絕大部分用來(lái)編碼蛋白質(zhì)、RNA；用作為復(fù)制起點(diǎn)、啟動(dòng)子、終止子和一些由調(diào)節(jié)蛋白識(shí)別和結(jié)合的位點(diǎn)等信號(hào)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(gè)重

3、要特點(diǎn)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(xì)菌。但是信息傳遞系統(tǒng)(復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯)則與細(xì)菌不同而類似于真核生物。操縱子（operon）：功能相關(guān)的幾個(gè)基因前后相連，再加上一個(gè)共同的調(diào)節(jié)基因和一組共同的控制位點(diǎn)（啟動(dòng)子、操作子等）在基因轉(zhuǎn)錄時(shí)協(xié)同動(dòng)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(méi)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(dú)立于染色體外，能進(jìn)行自主復(fù)制的細(xì)胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細(xì)胞中。質(zhì)粒是細(xì)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(jià)閉合環(huán)狀(covalently closed circle，簡(jiǎn)稱CCC)的超螺旋雙鏈DNA分子存在于細(xì)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(xì)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(shí)能賦予宿主細(xì)胞以特殊的機(jī)能，從而使宿主得到生

5、長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)。質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷?xì)胞一般是非必需的；第三節(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(dāng)于雄性），無(wú)F質(zhì)粒的菌株稱為F-菌株（相當(dāng)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(xì)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(jiǎn)稱R質(zhì)粒。R100質(zhì)粒(89kb)可使宿主對(duì)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(fù)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(xì)菌間的傳遞是細(xì)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(xì)菌素結(jié)構(gòu)基因、 涉及細(xì)菌素運(yùn)輸及發(fā)揮作用（processing）的蛋白質(zhì)的基因、 賦予宿主對(duì)該細(xì)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(xì)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(xì)菌素一般根據(jù)產(chǎn)生菌的種類進(jìn)行命名：大腸桿菌（E. coli）產(chǎn)生的細(xì)菌素為colicins

8、（大腸桿菌素），而質(zhì)粒被稱為Col質(zhì)粒。由G+細(xì)菌產(chǎn)生的細(xì)菌素或與細(xì)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(jià)值，例如一種乳酸細(xì)菌產(chǎn)生的細(xì)菌素NisinA能強(qiáng)烈抑制某些G+細(xì)菌的生長(zhǎng)，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(duì)宿主（動(dòng)物、植物）造成傷害。產(chǎn)毒素大腸桿菌是引起人類和動(dòng)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(jìn)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(jī)化合物降解成能被其作為碳源和能源利用的簡(jiǎn)單形式，環(huán)境保護(hù)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(guò)物理的方法，例如用凝膠電泳檢測(cè)細(xì)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(gè)宿主細(xì)胞中可以有10-100個(gè)拷貝） 松弛型質(zhì)粒(relaxed plasmid)低拷貝數(shù)(low copy number)質(zhì)粒（每個(gè)宿主細(xì)胞中可以有1-4個(gè)拷貝） 嚴(yán)謹(jǐn)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(xì)胞中復(fù)制）廣宿主范圍質(zhì)粒(broad host range plasmid)（可以在許多種細(xì)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)粒拷貝數(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(xì)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(xì)胞中。轉(zhuǎn)座現(xiàn)象是由美國(guó)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(jiǎng)。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(gè)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(zhǎng)度為40bp（主要是IS）到1000bp（某些Tn）。IS是最簡(jiǎn)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(xì)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(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(jìn)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(gè)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(dòng)和重排構(gòu)建成操縱子或表達(dá)單元，新基因和蛋白質(zhì)第五節(jié) 細(xì)菌基因轉(zhuǎn)移和重組細(xì)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(xì)菌的接合作用（conjugation）通過(guò)細(xì)胞與細(xì)胞的直接接觸而產(chǎn)生的遺傳信息的轉(zhuǎn)移和重組過(guò)程1、實(shí)驗(yàn)證據(jù)1946年，Joshua Lederberg 和Edward L.Taturm細(xì)菌的多重營(yíng)養(yǎng)缺陷型雜交實(shí)驗(yàn)中間平板上長(zhǎng)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(shí)接合過(guò)程需要細(xì)胞間的直接接觸的“U”型管實(shí)驗(yàn)（ Bernard Davis，1950 ）2、F+F-雜交（大腸桿菌的接合機(jī)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(xì)菌產(chǎn)生性菌毛（sex pili）及控制接合過(guò)程進(jìn)行的20多個(gè)基

15、因。含有F因子的細(xì)胞：“雄性”菌株（F+），其細(xì)胞表面有性菌毛不含F(xiàn)因子的細(xì)胞：“雌性”菌株（F-），細(xì)胞表面沒(méi)有性菌毛F因子為附加體質(zhì)粒。既可以脫離染色體在細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立存在，也可插入（整合）到染色體上F因子的四種細(xì)胞形式a）F-菌株， 不含F(xiàn)因子，沒(méi)有性菌毛，但可以通過(guò) 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(dú)立存在，細(xì)胞表面有性菌毛。c）Hfr菌株，F(xiàn)因子插入到染色體DNA上，細(xì)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(shí)，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(xì)胞表面同樣有性菌毛。2、F+F-雜交雜交的結(jié)果：給體細(xì)

16、胞和受體細(xì)胞均成為F+細(xì)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(xì)胞轉(zhuǎn)移，但含F(xiàn)因子的宿主細(xì)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(guò)程，就可以把部分甚至全部細(xì)菌染色體傳遞給F-細(xì)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(xì)胞的特征，具有F性菌毛，并與F-細(xì)胞進(jìn)行接合。當(dāng)Ori T序列被缺刻螺旋酶識(shí)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(xì)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(guò)程常被中斷，

17、因此F因子不易轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中，故HfrF-雜交后的受體細(xì)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(jìn)入的機(jī)會(huì)就越多，在F-中出現(xiàn)重組子的的時(shí)間就越早，頻率也高。F因子不易轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中，故HfrF-雜交后的受體細(xì)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(shí)，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(xì)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(xì)胞基因的這種轉(zhuǎn)移過(guò)程又常稱為性導(dǎo)（sexduction）二、細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)（transdu

18、ction）由噬菌體介導(dǎo)的細(xì)菌細(xì)胞間進(jìn)行遺傳交換的一種方式：一個(gè)細(xì)胞的DNA通過(guò)病毒載體的感染轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞中能將一個(gè)細(xì)菌宿主的部分染色體或質(zhì)粒DNA帶到另一個(gè)細(xì)菌的噬菌體稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體細(xì)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(xì)胞中的轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程（1）意外的發(fā)現(xiàn)1951年，Joshua Lederberg和Norton Zinder為了證實(shí)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(yíng)養(yǎng)缺陷型的鼠傷寒沙門(mén)氏菌進(jìn)行類似的實(shí)驗(yàn)：用“U”型管進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)時(shí)，在給體和受體細(xì)胞不接觸

19、的情況下，同樣出現(xiàn)原養(yǎng)型細(xì)菌！沙門(mén)氏菌LT22A是攜帶P22噬菌體的溶源性細(xì)菌，另一株是非溶源性細(xì)菌一個(gè)表面看起來(lái)的常規(guī)研究卻導(dǎo)致一個(gè)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(guò)“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(cuò)”將宿主的DNA包裹進(jìn)去?噬菌體的DNA包裝酶也能識(shí)別染色體DNA上類似pac的位點(diǎn)并進(jìn)行切割，以“headful”的包裝機(jī)制包裝進(jìn)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?yàn)槿旧w上的pac與P22 DNA的pac序列不完全相同，利用效率較低，這種“錯(cuò)裝”機(jī)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(shí)別宿主DNA的包裝機(jī)制并在宿主基因組完全降解以前進(jìn)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(xì)菌染色體的特定位點(diǎn)上宿主細(xì)胞發(fā)生溶源化溶源菌因誘導(dǎo)而發(fā)生裂解時(shí)，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(shí)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(xì)

21、胞內(nèi)能夠象正常的DNA分子一樣進(jìn)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(méi)有正常噬菌體的溶源性和增殖能力，感染受體細(xì)胞后，通過(guò)DNA整合進(jìn)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(jī)性。2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specialized transduction）三、細(xì)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(xì)胞攝取，并得到表達(dá)的水平方向的基因轉(zhuǎn)移過(guò)程自然轉(zhuǎn)化（natural genetic transformation）人工轉(zhuǎn)化（artificial transformation）感受態(tài)細(xì)胞：具有攝取外源DNA能力的細(xì)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(xì)胞一定生長(zhǎng)階段的生理特性， 受細(xì)菌自身的基因控制；人工感受態(tài)則是通過(guò)人為誘導(dǎo)的方法，使細(xì)胞具有 攝取DNA的能力，或人為地將DNA導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)。 （該過(guò)程與細(xì)菌自身的遺傳控制無(wú)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(gè)種的細(xì)菌具有自然轉(zhuǎn)化的能力進(jìn)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(xì)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(guò)程（G+的轉(zhuǎn)化模型）自然轉(zhuǎn)化過(guò)程的特點(diǎn)：a）對(duì)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(jìn)入細(xì)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(jìn)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(xì)胞；2、

24、人工轉(zhuǎn)化用CaCl2處理細(xì)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(xiàng)細(xì)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(xì)菌自身的基因所控制；用多種不同的技術(shù)處理受體細(xì)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(cè)序基因定位：通過(guò)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(duì)距離，從而獲得遺傳圖譜。細(xì)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(lái)進(jìn)行細(xì)菌基因組作圖。基因組測(cè)序：測(cè)定待測(cè)生物基因組的所有堿基排列順序， 并在此基礎(chǔ)上對(duì)遺傳信息進(jìn)行研究和分析。四、基因定位和基因組測(cè)序1、中斷雜交（interru

25、pted mating）技術(shù)利用HfrF-的接合過(guò)程，在不同時(shí)間取樣，并把樣品猛烈攪拌以分散接合中的細(xì)菌，然后分析受體細(xì)菌基因型，以時(shí)間(分鐘)為單位繪制遺傳圖譜，該圖譜是細(xì)菌染色體上基因順序的直接反映。四、基因定位和基因組測(cè)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(cè)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(gè)基因被共轉(zhuǎn)化或共轉(zhuǎn)導(dǎo)的頻率判斷它們?cè)谌旧w上的相對(duì)距離。接合作用（中斷雜交）作圖只能判斷相距較遠(yuǎn)的基因間的相對(duì)位置；轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)化則可用于對(duì)相隔很近的基

26、因進(jìn)行定位；四、基因定位和基因組測(cè)序3、遺傳圖譜目前對(duì)大腸桿菌的染色體已定位了1000多個(gè)基因四、基因定位和基因組測(cè)序4、基因組測(cè)序“全基因組鳥(niǎo)槍測(cè)序”（whole genome shotgun sequencing）借助計(jì)算機(jī)對(duì)基因組序列進(jìn)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(guò)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(shí)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(shí)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(jī)制，進(jìn)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(xì)胞，提高基因的隨機(jī)突變

27、頻率，通過(guò)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(kāi)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(shí)間后再涂平板。（2）5-溴尿嘧啶（5-BU）稱取 5-BU ，加入無(wú)菌生理鹽水微熱溶解；將細(xì)胞培養(yǎng)至對(duì)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(jìn)行測(cè)定。其它化學(xué)誘變劑的處理方式大體相同，但在濃度、時(shí)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(zhǎng)狀態(tài)及對(duì)誘變劑的敏感性也是重要的參數(shù)。一般選用菌株的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期效果較好。2、篩選策略（1）營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株利用營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株來(lái)生產(chǎn)氨基酸和核苷酸。由于在營(yíng)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(guò)外加限量的所要求的營(yíng)養(yǎng)物，克服生長(zhǎng)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(xì)胞中已經(jīng)有大量