本科《 微生物》課件第六章 微生物的遺傳變異和育種

1、第六章 微生物的遺傳變異和育種第一節(jié)遺傳變異的基本概念第二節(jié)基因重組第三節(jié)微生物基因突變和誘變育種 第四節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏 第一節(jié) 遺傳變異的基本概念一、基本概念1.遺傳型（基因型）；2.遺傳性；3.表型4.變異；5.飾變二、遺傳物質(zhì)在細胞內(nèi)的存在部位和方式 1.七個水平；2.原核生物的質(zhì)粒三、遺傳變異的經(jīng)典實驗 1.經(jīng)典轉(zhuǎn)化實驗；2.噬菌體感染實驗3.植物病毒的重建實驗 一、基本概念遺傳型（基因型）遺傳性表型變異飾變二、遺傳物質(zhì)的存在部位和方式七個水平(p224)細胞水平 細胞核水平 (包括真核生物的質(zhì)粒)染色體水平 核酸水平 基因水平 (密碼子水平)核苷酸水平 原核生物的質(zhì)粒（下頁）

2、染色體質(zhì)粒具有獨立復(fù)制能力的小型共價閉合環(huán)狀DNA分子。質(zhì)粒是一種復(fù)制子，如果其復(fù)制與核染色體的復(fù)制同步稱為嚴(yán)密型復(fù)制控制，在這類細胞中只含12個質(zhì)粒，另一類其復(fù)制與核染色體復(fù)制不同步，稱為松弛型復(fù)制控制 F因子又稱致育因子或性因子，是Ecoli等細菌中決定性別的質(zhì)粒。R因子又稱R質(zhì)粒，它使細菌具有抗多種抗生素的特性而且它還能將這類抗藥性轉(zhuǎn)移到其它菌株甚至其它種。也可用作基因載體。降解性質(zhì)粒 COI因子即產(chǎn)大腸揚桿菌素因子 Ti質(zhì)粒巨大質(zhì)粒R因子結(jié)構(gòu)Tn 9Tn 21Tn 10Tn 8RTFR determinant根癌土壤桿菌導(dǎo)致的病害三、遺傳變異的經(jīng)典實驗經(jīng)典轉(zhuǎn)化實驗噬菌體感染實驗植物病毒

3、的重建實驗經(jīng)典轉(zhuǎn)化實驗研究人員：F.Griffith；材料：肺炎雙球菌1.動物實驗2.細菌培養(yǎng)實驗3.無細胞抽提液經(jīng)典轉(zhuǎn)化實驗圖例噬菌體感染實驗(p222)植物病毒的重建實驗(p223)第二節(jié) 基因重組一、原核微生物的基因重組 1.轉(zhuǎn)化2.轉(zhuǎn)導(dǎo)3.接合4.原生質(zhì)體融合二、真核微生物的基因重組 1.有性雜交2.準(zhǔn)性雜交三、基因工程1.基因工程的基本操作2.基因工程的應(yīng)用和發(fā)展前景 一、原核微生物的基因重組p2541.轉(zhuǎn)化2.轉(zhuǎn)導(dǎo)3.接合4.原生質(zhì)體融合1.轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化是一個細菌的DNA片段轉(zhuǎn)入到另一細菌細胞內(nèi)，并使后者獲得新遺傳性狀的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)化因子無細胞DNA片段。感受態(tài)細胞每個可摻入110個轉(zhuǎn)化因

4、子。轉(zhuǎn)化過程可分為兩個階段：第一階段是外源的雙鏈DNA結(jié)合到受體細胞表面上后，其中一條DNA單鏈被徹底降解，另一條DNA單鏈進入細胞內(nèi)。第二階段是進入到細胞內(nèi)的外源DNA與受體細腦染色體的同源段進行配對，并通過交換整合到受體菌的染色體中。從而外源DNA攜帶的遺傳性狀便在遺傳中得到表達。 轉(zhuǎn)化示意圖2.轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)是以噬菌體為媒介，將供體細胞的DNA片段攜帶到受體細胞中，從而使受體細胞獲得了供體細胞部分遺傳性狀的現(xiàn)象。噬菌體的轉(zhuǎn)導(dǎo)作用可分為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)和局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)兩種類型。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)是指噬菌體對宿主的遺傳物質(zhì)攜帶和轉(zhuǎn)移沒有專一性的一種轉(zhuǎn)導(dǎo)，它可以攜帶宿主細胞內(nèi)任何一個染色體片段或質(zhì)粒DNA

5、。局限性轉(zhuǎn)導(dǎo) 局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)是指某些溫和噬菌體可以特定地轉(zhuǎn)導(dǎo)某些基因的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)導(dǎo)示意圖3.接合細菌的接合是指兩個細菌細胞接觸，相互之間暫時溝通并傳遞遺傳物質(zhì)的過程。細菌接合時是雄性細菌將F質(zhì)粒注人雌性細菌的細胞內(nèi)。雄性細菌：是指含有F質(zhì)粒的細菌，用F+表示；雌性細菌是指不含F(xiàn)質(zhì)粒的細菌，用F表示。 當(dāng)F+與F-結(jié)合時，F(xiàn)+細胞即可將復(fù)制的F質(zhì)粒的一條鏈注入F細胞。F細胞獲得F+質(zhì)粒后，就變成了F細胞。F質(zhì)粒帶有染色體DNA的F質(zhì)粒。F菌株帶有F質(zhì)粒的菌株。 Hfr菌(高頻重組菌株) F質(zhì)粒進入到F細菌中，如果整合到染色體DNA上，該菌株便稱為。接合示意圖大腸桿菌接合4.原生質(zhì)體融合原生質(zhì)體融合人為

6、使遺傳性狀不同的細胞原生質(zhì)體融合，之后產(chǎn)生基因重組，形成帶有雙親性狀的，遺傳穩(wěn)定的新個體。比較供、受體關(guān)系整套染色體局部雜合高頻低頻染色體基因細胞融合或聯(lián)結(jié)性細胞真菌有性生殖體細胞真菌準(zhǔn)性生殖細胞間暫時溝通接合性導(dǎo)細胞間不接觸游離DNA轉(zhuǎn)化噬菌體攜DNA轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體供遺傳物質(zhì)完整噬菌體溶源轉(zhuǎn)變噬菌體DNA轉(zhuǎn)染二、真核微生物的基因重組1.有性雜交細胞水平上的遺傳重組方式，指性細胞間的接合和染色體重組啤酒酵母2.準(zhǔn)性雜交準(zhǔn)性生殖(半知菌菌株)準(zhǔn)性生殖過程：1.菌絲聯(lián)接；2.異核體的形成；3.核配；4.體細胞交換以及單倍體化比較比較項目準(zhǔn)性生殖有性生殖親本細胞獨立生活的異核體階段接合后雙倍體形態(tài)雙倍體

7、變?yōu)閱伪扼w途徑接合發(fā)生的幾率形態(tài)相同體細胞有與單倍體基本相同通過有絲分裂幾率低，偶然出現(xiàn)性細胞無與單倍體明顯不同通過減數(shù)分裂幾率高，正常出現(xiàn)三、基因工程基因工程概念*基因工程的誕生基因工程研究內(nèi)容基因工程的基本操作*基因工程的應(yīng)用和發(fā)展前景概述基因工程概念基因工程的誕生1972年，美國斯坦福大學(xué)的PBerg博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，率先完成了世界上第一次成功的DNA體外重組實驗。1973年，斯坦福大學(xué)的SCohen等人也成功地進行了另外一個體外DNA重組實驗基因工程研究內(nèi)容在基因組中，分離出人類需要的DNA片段，其中含有人類需要的基因； 在體外對DNA分子進行重組，改造DNA； 將重組DNA分子轉(zhuǎn)移

8、到適當(dāng)?shù)氖荏w細胞，并與之一起增殖； 從受體細胞克隆中提取已經(jīng)擴增的目的基因，進一步分析研究使用； 從大量的細胞繁殖群體中，篩選出獲得重組DNA分子的受體細胞克??； 將目的基因表達，產(chǎn)生人類所需要的物質(zhì)1869年，F(xiàn)Miescher首次從萊茵河鮭魚精子中分離到DNA； 1944年，OTAvery等人在肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗中發(fā)現(xiàn)遺傳信息的攜帶者是DNA而不是蛋白質(zhì)； 1953年，JDWatson和FHCrick 提出DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型； 1957年，Kornberg在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)DNA聚合酶I； 1958年，MMeselson和FWStahl 提出了DNA半保留復(fù)制模型； 1959年，SOc

9、hoa發(fā)現(xiàn)RNA聚合酶； 1961年，MWNirenberg等人破譯出第一批遺傳密碼； 1965年，SWHolley完成了第一個酵母丙氨酸t(yī)RNA的核苷酸全序列測定； 1966年，MWNirenberg，SOchoa和GKhorana共同破譯了全部的遺傳密碼； 重組DNA技術(shù)發(fā)展史大事記重組DNA技術(shù)發(fā)展史大事記(續(xù))1970年，HMTemin等在RNA腫瘤病毒中發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶； 1972年，HBoyer等人發(fā)展了關(guān)于重組DNA技術(shù)； 1975年，Sanger等人發(fā)明了快速的DNA序列測定技術(shù)； 1980年，美國最高法院裁定微生物基因工程可以獲得專利； 1981年，第一只轉(zhuǎn)基因小鼠和轉(zhuǎn)基因果蠅誕

10、生； 1982年，第一個由基因工程生產(chǎn)的藥物胰島素，在美國和英國獲準(zhǔn)使用； 1983年，第一個表達其它種植物基因（一個基因）的轉(zhuǎn)基因植物培育成功； 1985年，第一批轉(zhuǎn)基因家畜出生； 1988年，JDWatson出任“人類基因組計劃”首席科學(xué)家；重組DNA技術(shù)發(fā)展史大事記(續(xù))1990年，第一個轉(zhuǎn)基因玉米及轉(zhuǎn)基因小麥植株誕生； 1994年，基因工程西紅柿在美國上市； 1995年，自然雜志匯集發(fā)表了人類基因組全物理圖，以及3號，16號和22號人染色體的高密度物理圖； 1997年，克隆羊多利誕生；1999年，超級鼠出生；2000年，人類基因組計劃完成 基因工程基本操作示意圖基因工程的基本操作*基因

11、工程的要素供體系統(tǒng)；受體系統(tǒng)；載體系統(tǒng)基因工程的基本操作獲得目的基因選擇載體(載體特點；常用載體)目的基因與載體DNA的體外重組，形成嵌合體重組載體進入受體細胞基因工程的應(yīng)用和發(fā)展前景農(nóng)業(yè)應(yīng)用定向育種工業(yè)應(yīng)用發(fā)酵生產(chǎn)胰島素醫(yī)學(xué)應(yīng)用微生物學(xué)在其中的角色第三節(jié)微生物基因突變和誘變育種一、 基因突變突變類型及特點基因突變的機制微生物基因突變特點*二、突變與育種自發(fā)突變與育種誘變育種*一、 基因突變(P229)突變類型依表型突變來劃分基因突變的機制自發(fā)突變；誘變劑的作用微生物基因突變特點*二、突變與育種自發(fā)突變與育種生產(chǎn)過程中選育定向培養(yǎng)誘變育種*誘變育種(P244)誘變育種的基本環(huán)節(jié)誘變育種大致可分

12、為誘變、初篩、復(fù)篩、鑒定、培養(yǎng)等程序。 營養(yǎng)缺陷型的誘變育種誘變育種的原則營養(yǎng)缺陷型的誘變育種營養(yǎng)缺陷型的篩選步驟，一般通過誘變處理、淘汰野生型、撿出和鑒定4個環(huán)節(jié)。誘變處理淘汰野生型青霉素法；菌絲過濾法 撿出夾層培養(yǎng)法；逐個點種法 鑒定將營養(yǎng)缺陷型的菌株接種在基本培養(yǎng)基中。然后用含有不同氨基酸或維生素的濾紙片放在培養(yǎng)基表面上，經(jīng)培養(yǎng)后在哪種營養(yǎng)物濾紙片周圍生長出的微生物即是該營養(yǎng)物質(zhì)的營養(yǎng)缺陷型。第四節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏(P271)一、菌種的衰退和復(fù)壯衰退的防止菌種的復(fù)壯二、菌種的保藏* 一、菌種的衰退和復(fù)壯概念衰退的防止菌種的復(fù)壯衰退指原有的典型性狀變得不典型。對產(chǎn)量性狀來說，菌種的負

13、變就是衰退。復(fù)壯狹義上是在菌種已發(fā)生衰退的情況下，通過純種分離和測定生產(chǎn)性能等方法，使衰退的群體中找出少數(shù)尚未衰退的個體，以達到恢復(fù)該菌原有典型性狀的一種措施；廣義指在菌種的生產(chǎn)性能尚未衰退前就經(jīng)常有意識地進行純種分離和生產(chǎn)性能的測定工作，以期菌種的生產(chǎn)性能逐步有所提高。 概念菌種的衰退的防止控制傳代次數(shù) 意即盡量避免不必要的移種和傳代，并將必要的傳代降低到最低限度，以減少自發(fā)突變的幾率。 創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件 在實踐中，有人發(fā)現(xiàn)如創(chuàng)造一個適合原種的生長條件，就可在一定程度上防止菌種衰退。 利用不同類型的細胞進行接種傳代 采用有效的菌種保藏方法 菌種復(fù)壯的方法純種分離 通過宿主體內(nèi)生長進行復(fù)壯 淘汰已衰退的個體 二、菌種的保藏菌種保藏的目的是把微生物的菌株按其特性，采取相應(yīng)的方法妥善保藏，使其不死亡，不污染，不衰退不變異?；驹?/p>