食品微生物-第五章-微生物的遺傳變異與育種選育課件

1、第五章 微生物的遺傳變異與育種選育第五章 微生物的 微生物遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、微生物遺傳與變異的概述1、遺傳:親代與子代相似2、變異:親代與子代、子代間不同個(gè)體不完全相同3、遺傳型:生物的全部遺傳因子(基因組)攜帶的遺傳信息。 微生物遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、微生物遺傳與變異的概述4、表型（表現(xiàn)型）：具有一定遺傳型的個(gè)體，在特定環(huán)境條件下通過(guò)生長(zhǎng)發(fā)育所表現(xiàn)出來(lái)的形態(tài)等生物學(xué)特征的總和。遺傳型表型環(huán)境條件代謝、發(fā)育遺傳型表型環(huán)境條件代謝、發(fā)育表型飾變：表型的差異只與環(huán)境有關(guān)特點(diǎn)：暫時(shí)性、不可遺傳性、表現(xiàn)為全部個(gè)體的行為遺傳型變異（基因變異、基因突變）：遺傳物質(zhì)改變，導(dǎo)致表型改變特點(diǎn)：遺傳性、群體中

2、極少數(shù)個(gè)體的行為 （自發(fā)突變頻率通常為10-6-10-9）表型飾變：表型的差異只與環(huán)境有關(guān)遺傳型變異（基因變異、基因突5、微生物遺傳與變異的自身特點(diǎn)：比表面積大；個(gè)體易變異；便于建立純系；作為遺傳研究材料微生物是遺傳學(xué)研究中的明星：5、微生物遺傳與變異的自身特點(diǎn)：比表面積大；微生物是遺傳學(xué)研二、遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)核酸是遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)1、肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)2、噬菌體的感染實(shí)驗(yàn)3、病毒重建實(shí)驗(yàn)二、遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)1928年F.Griffith，1944年Avery，肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)分別用降解DNA、RNA、蛋白質(zhì)的酶作用于有毒的S型菌細(xì)胞抽提物只有DNA被酶降解破壞的抽提物無(wú)轉(zhuǎn)化活性D

3、NA是轉(zhuǎn)化所必需的轉(zhuǎn)化因子1928年F.Griffith，1944年Avery，肺炎雙1952年Hershey，Chase，噬菌體感染實(shí)驗(yàn)T2噬菌體感染試驗(yàn)示意圖 1952年Hershey，Chase，T2噬菌體感染試驗(yàn)示意生化提取分別獲得含RNA的煙草花葉病毒蛋白質(zhì)外殼（病毒1）和核酸（病毒2）抗血清處理，證明雜種病毒的蛋白質(zhì)外殼來(lái)自病毒1，而非病毒2雜種病毒的后代的蛋白質(zhì)外殼表現(xiàn)為病毒2，而非病毒1遺傳物質(zhì)是核酸（RNA）而非蛋白質(zhì)1956年，F(xiàn)raenkel-Conrat煙草花葉病毒的重建實(shí)驗(yàn)生化提取分別獲得含RNA的煙草花葉病抗血清處理，證明雜種病毒朊病毒的發(fā)現(xiàn)與思考？亞病毒的一種：具

4、有傳染性的蛋白質(zhì)致病因子，迄今為止尚未 發(fā)現(xiàn)該蛋白內(nèi)含有核酸。其致病作用是由于動(dòng)物體內(nèi)正常的蛋白質(zhì)PrP c改變折疊狀態(tài)為PrP sc所致，而這二種蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)并沒(méi)有改變。朊病毒的發(fā)現(xiàn)與思考？亞病毒的一種：具有傳染性的蛋白質(zhì)致病因人的庫(kù)魯病(kuru)、克雅氏病(Creutzfeldt Jakob disease, CJD)等羊搔癢癥(scrapie)牛海綿狀腦病(spongiform encephalopathy)人的庫(kù)魯病(kuru)、克雅氏病(Creutzfeldt J1）蛋白質(zhì)是否可以作為遺傳物質(zhì)？ prion是生命的一個(gè)特例？還是僅僅為表達(dá)調(diào)控的一種形式？2）蛋白質(zhì)折疊與功能的關(guān)

5、系，是否存在折疊密碼？DNARNA肽鏈蛋白質(zhì)1）蛋白質(zhì)是否可以作為遺傳物質(zhì)？2）蛋白質(zhì)折疊與功能的關(guān)系，食品微生物-第五章-微生物的遺傳變異與育種選育課件食品微生物-第五章-微生物的遺傳變異與育種選育課件圖5-7 DNA的復(fù)制方式 DNA復(fù)制是半保留、半不連續(xù)復(fù)制。引發(fā)、延長(zhǎng)和終止3個(gè)階段。真核生物每條染色體上都可以有多處復(fù)制起始點(diǎn)，而原核生物只有一個(gè)起始點(diǎn)。 圖5-7 DNA的復(fù)制方式 DNA復(fù)制是半保留、半不微生物的基因和基因組一、基因概念和微生物的基因結(jié)構(gòu)基因：是一段具有特定功能和結(jié)構(gòu)的連續(xù)的DNA片段，是編碼蛋白質(zhì)或RNA分子遺傳信息的基本遺傳單位。一個(gè)完整的基因包括編碼氨基酸序列的編

6、碼區(qū)和調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄過(guò)程的5和3末端。微生物的基因和基因組一、基因概念和微生物的基因結(jié)構(gòu)二、原核生物基因組基因組：?jiǎn)伪扼w細(xì)胞中所含的全套遺傳物質(zhì)。對(duì)大多數(shù)細(xì)菌和噬菌體而言，其基因組就是指單個(gè)染色體上所含的全部基因。對(duì)于二倍體真核生物來(lái)說(shuō)，其基因組是指單倍體細(xì)胞核中整套染色體所含DNA分子及其所帶的全部基因。二、原核生物基因組質(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。轉(zhuǎn)座因子（transposable element）： 位于染色體或質(zhì)粒上的一段能改變自身位置的DNA序列，廣泛分布于原核和真核細(xì)胞中。質(zhì)粒分子的大小范圍從1

7、kb左右到1000kb；自主復(fù)制：轉(zhuǎn)移性：質(zhì)粒的不親和性：質(zhì)粒可消除性：包括插入序列IS、轉(zhuǎn)座子Tn和某些特殊病毒Mu。質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子質(zhì)粒（plasmid）：一種獨(dú)立于染色體外，能質(zhì) 粒一、研究概況1、質(zhì)粒攜帶有編碼多種遺傳性狀的基因，并授予宿主細(xì)胞一定遺傳特性，表現(xiàn)出不同的性狀，但一般不編碼微生物生長(zhǎng)基本功能的基因。2、附加體：能整合到微生物染色體上，作為染色體一部分而進(jìn)行復(fù)制，還可以再游離出來(lái)并攜帶一部分寄主染色體基因的質(zhì)粒。質(zhì) 粒一、研究概況3、質(zhì)粒的檢測(cè)：質(zhì)粒消除、遺傳轉(zhuǎn)移、分子雜交等方法初步檢測(cè)菌株中是否含有質(zhì)粒，或直接從宿主中分離、純化質(zhì)粒DNA，再利用瓊脂糖凝膠電泳等方法進(jìn)行測(cè)定

8、。3、質(zhì)粒的檢測(cè)：質(zhì)粒消除、遺傳轉(zhuǎn)移、分子雜交等方法初步檢測(cè)菌根據(jù)質(zhì)粒復(fù)制情況，分為嚴(yán)緊型質(zhì)粒：復(fù)制受細(xì)胞核控制，與染色體DNA復(fù)制相伴隨,一般一個(gè)寄主細(xì)胞內(nèi)只有少數(shù)幾個(gè)（15）個(gè)拷貝；松弛型質(zhì)粒：復(fù)制不受細(xì)胞核控制，在染色體DNA復(fù)制停止的情況下仍可以進(jìn)行復(fù)制，在細(xì)胞內(nèi)的數(shù)量可以達(dá)到1015個(gè)或更多。根據(jù)質(zhì)粒復(fù)制情況，分為松弛型質(zhì)粒：復(fù)制不受細(xì)胞核控制，在染色主要質(zhì)粒主要質(zhì)粒R質(zhì)粒：又稱R因子或抗性因子，具有典型的編碼能夠破壞或修飾抗生素的酶基因。R因子由相連的兩個(gè)DNA片段組成，即抗性轉(zhuǎn)移因子（resistence transfor factor， RTF ）和抗性決定R因子（r-dete

9、rminant）?？剐赞D(zhuǎn)移因子RTF：分子量約為11106Dalton，控制質(zhì)?？截悢?shù)及復(fù)制，還帶有四環(huán)素抗性基因?？剐詻Q定R因子：質(zhì)粒大小不固定，從幾百萬(wàn)到100106Dalton以上。其上帶有其它抗生素的抗性基因抗性質(zhì)粒授予宿主細(xì)胞抗藥性遺傳特性是通過(guò)4種機(jī)制中的一種而實(shí)現(xiàn)的：（1）、改變抗菌素作用的靶位點(diǎn)；（2）、修飾抗菌素，使之失活；（3）、使病原菌的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，阻止抗菌素進(jìn)入細(xì)胞；（4）、最主要的是質(zhì)粒編碼能改變抗生素結(jié)構(gòu)的酶，能代替宿主細(xì)胞中被抗菌素作用的靶酶，使其失去抗菌活性。R質(zhì)粒：又稱R因子或抗性因子，具有典型的編碼能夠破壞或修飾抗3. Col因子：又稱大腸桿菌素質(zhì)粒

10、或產(chǎn)大腸桿菌素因子。大腸桿菌素：是一類由E.coli某些菌株所產(chǎn)生的細(xì)菌素，通過(guò)抑制復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯或能量代謝等方面專一地殺死它種腸道菌或同種其他菌株的能力，相對(duì)分子質(zhì)量一般為2.31049.0104。細(xì)菌素：許多細(xì)菌產(chǎn)生的抑制或殺死其它近緣細(xì)菌或同種不同菌株的由質(zhì)粒編碼的蛋白質(zhì)代謝產(chǎn)物。但不象抗生素具有很廣的殺菌譜。Col因子可分為兩類，分別以ColE1和ColIb為代表。ColE1分子量約為5106Dalton，無(wú)接合作用，是多copy的； ColE1研究得很多，并被廣泛地用于重組DNA 的研究和用于體外復(fù)制系統(tǒng)上。ColIb分子量約為80106Dalton，它與F因子相似，具有通過(guò)接合作

11、用轉(zhuǎn)移的功能，屬于嚴(yán)緊型控制，只有12個(gè)copy。3. Col因子：又稱大腸桿菌素質(zhì)?；虍a(chǎn)大腸桿菌素因子。大腸 Ti質(zhì)粒：又稱誘癌質(zhì)?；蚬诎`質(zhì)粒 存在于根癌土壤桿菌或根癌農(nóng)桿菌中,可引起許多雙子葉植物的根癌。 根癌土壤桿菌或根癌農(nóng)桿菌從雙子葉植物的受傷根部侵入根部細(xì)胞后，最后在其中溶解釋放出Ti質(zhì)粒，其上的T-DNA片段會(huì)與植物細(xì)胞的核基因組整合，合成正常植株沒(méi)有的冠癭堿類，破壞控制細(xì)胞分裂的激素調(diào)節(jié)系統(tǒng)，從而使它轉(zhuǎn)為癌細(xì)胞。Ti質(zhì)粒使一種200kb的環(huán)狀質(zhì)粒，包括毒性區(qū)、結(jié)合轉(zhuǎn)移區(qū)、復(fù)制起始區(qū)和T-DNA區(qū)四個(gè)部分。T-DNA可攜帶任何外源基因整合到植物基因組中，所以它是當(dāng)前植物基因工程中使

12、用最廣，效果最佳的克隆載體。 Ti質(zhì)粒：又稱誘癌質(zhì)?；蚬诎`質(zhì)粒根癌土壤桿菌或根癌農(nóng)桿菌從食品微生物-第五章-微生物的遺傳變異與育種選育課件微生物的基因突變1、突變的類型2、突變的特點(diǎn)3、突變的機(jī)制微生物的基因突變1、突變的類型 染色體畸變：DNA大的損傷，包括染色體的倒位、易位、缺失和重復(fù)等。1、突變的類型1）突變：指生物的遺傳性突然發(fā)生變異，影響生物正常遺傳的表型和性能的現(xiàn)象。2）突變涉及的范圍，可分為:基因(點(diǎn))突變：由于DNA鏈上的一對(duì)或幾對(duì)堿基發(fā)生改變而引起的變異。堿基置換：各種類型的轉(zhuǎn)換和顛換移碼突變：由于DNA序列中發(fā)生1-2個(gè)核苷酸的缺失式插入，使翻譯的閱讀框發(fā)生改變，導(dǎo)致從改變

13、位置后的氨基酸序列的完全變化。 染色體畸變：DNA大的損傷，包括染色體的倒位、易位、缺失3）突變的條件和原因自然突變：在自然情況下，微生物發(fā)生的突變。10-8個(gè)左右。誘發(fā)突變：人工理化因素處理微生物引起的突變。物理誘變：化學(xué)誘變：復(fù)合誘變：定向培育和馴化：3）突變的條件和原因物理誘變：4）突變是否發(fā)生回復(fù)，可分為正向突變：由出發(fā)菌株基因變異為突變型基因的過(guò)程。回復(fù)(負(fù))突變：由出發(fā)菌株產(chǎn)生突變菌株后，再發(fā)生突變，產(chǎn)生與原出發(fā)菌株相同的突變株。4）突變是否發(fā)生回復(fù)，可分為同義突變：某個(gè)堿基的變化沒(méi)有改變氨基酸的密碼子變化。錯(cuò)義突變：堿基的變化引起氨基酸的改變無(wú)義突變：是指堿基序列改變?yōu)榘被峤K止

14、密碼子(UAA，UAG，UGA)。蛋白質(zhì)合成超前停止，導(dǎo)致一個(gè)截短的蛋白質(zhì)產(chǎn)生。5）突變是否有意義同義突變：某個(gè)堿基的變化沒(méi)有改變氨基酸的密碼子變化。5）突變食品微生物-第五章-微生物的遺傳變異與育種選育課件6）突變的表型可分為：1.形態(tài)突變型：2.條件致死突變型： 3. 營(yíng)養(yǎng)缺陷突變型：4.抗性突變型： 抗藥、紫外線、噬菌體；5.抗原突變型：6.產(chǎn)量突變型：6）突變的表型可分為：營(yíng)養(yǎng)缺陷型（auxotroph） 一種缺乏合成其生存所必須的營(yíng)養(yǎng)物（包括氨基酸、維生素、堿基等）的突變型，只有從周?chē)h(huán)境或培養(yǎng)基中獲得這些營(yíng)養(yǎng)或其前體物（precursor）才能生長(zhǎng)。 營(yíng)養(yǎng)缺陷型是微生物遺傳學(xué)研究中

15、重要的選擇標(biāo)記和育種的重要手段表型判斷的標(biāo)準(zhǔn)：在基本培養(yǎng)基上能否生長(zhǎng)營(yíng)養(yǎng)缺陷型（auxotroph） 一種缺乏合成營(yíng)養(yǎng)缺陷型特點(diǎn)：在選擇培養(yǎng)基（一般為基本培養(yǎng)基）上不生長(zhǎng)負(fù)選擇標(biāo)記突變株不能通過(guò)選擇平板直接獲得營(yíng)養(yǎng)缺陷型特點(diǎn)：在選擇培養(yǎng)基（一般為基本培養(yǎng)基）上不生長(zhǎng)負(fù)選營(yíng)養(yǎng)缺陷型的表示方法：基因型：所需營(yíng)養(yǎng)物的前三個(gè)英文小寫(xiě)斜體字母表示：hisC（組氨酸缺陷型，C同一表型中不同基因的突變）表型：同上，但第一個(gè)字母大寫(xiě)，且不用斜體：HisC在具體使用時(shí)多用hisC-和hisC+，分別表示缺陷型和野生型。營(yíng)養(yǎng)缺陷型的表示方法：基因型：所需營(yíng)養(yǎng)物的前三個(gè)英文小寫(xiě)斜體抗藥性突變型（resistant

16、mutant）基因突變使菌株對(duì)某種或某幾種藥物，特別是抗生素，產(chǎn)生抗性。特點(diǎn)：正選擇標(biāo)記 在加有相應(yīng)抗生素的平板上，只有抗性突變能生長(zhǎng)。表示方法：所抗藥物的前三個(gè)小寫(xiě)斜體英文字母加上“r”表示：strr 和 strs 分別表示對(duì)鏈霉素的抗性和敏感性抗藥性突變型（resistant mutant）基因突變使條件致死突變型（conditional lethal mutant） 在某一條件下具有致死效應(yīng)，而在另一條件下沒(méi)有致死效應(yīng)的突變型。常用的條件致死突變是溫度敏感突變，用ts（temperaturesensitive）表示，這類突變?cè)诟邷叵拢ㄈ?2）是致死的，但可以在低溫（如25-30）下得到這

17、種突變。特點(diǎn)：負(fù)選擇標(biāo)記這類突變型常被用來(lái)分離生長(zhǎng)繁殖必需的突變基因條件致死突變型（conditional lethal mu形態(tài)突變型（morphological mutant）造成形態(tài)改變的突變型特點(diǎn)：非選擇性突變突變株和野生型菌株均可生長(zhǎng)，但可從形態(tài)特征上進(jìn)行區(qū)分。舉例：產(chǎn)蛋白酶缺陷突變株的篩選菌落顏色變化半乳糖苷酶基因的插入失活，使重組子菌落為白色而與蘭色的非重組子分開(kāi)。形成芽孢缺陷菌株細(xì)胞水平上的形態(tài)突變，突變株的檢出更加困難。形態(tài)突變型（morphological mutant）造成抗原突變型 由于突變引起的細(xì)胞抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生變異的類型。細(xì)胞壁缺陷變異莢膜、鞭毛成分變異抗原突變型 由

18、于突變引起的細(xì)胞抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生變異其產(chǎn)量突變型 通過(guò)基因突變而產(chǎn)生的在代謝產(chǎn)物產(chǎn)量上明顯有別于原始菌株的突變。正突變（plus mutant）負(fù)突變（minus mutant）其產(chǎn)量突變型 通過(guò)基因突變而產(chǎn)生的在代謝產(chǎn)物產(chǎn)1）自發(fā)性2）非對(duì)應(yīng)性3）稀有性4）獨(dú)立性5）可誘變性6）穩(wěn)定性7）可逆性2、基因突變的特點(diǎn)基因突變自發(fā)產(chǎn)生突變形狀與突變?cè)虿粚?duì)應(yīng)(如何證明？)突變性狀是可以通過(guò)再次突變回復(fù)的突變基因的性狀是穩(wěn)定的誘變劑可大大提高突變率， 10-106倍不同基因的突變互不影響自發(fā)突變幾率低， 10-6-10-91）自發(fā)性2、基因突變的特點(diǎn)基因突變自發(fā)產(chǎn)生突變形狀與突變?cè)C明突變的性狀與引起突

19、變的原因間無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系！三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)變量實(shí)驗(yàn)、涂布實(shí)驗(yàn)、影印實(shí)驗(yàn)基因突變自發(fā)性和非對(duì)應(yīng)性的證明三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)變量實(shí)驗(yàn)、涂布實(shí)驗(yàn)、影印實(shí)驗(yàn)基因突變自發(fā)性和非對(duì)Newcombe的涂布實(shí)驗(yàn)（1949）Newcombe的涂布實(shí)驗(yàn)（1949）變量實(shí)驗(yàn)（fluctuation analysis）Salvador Luria and Max Delbruck（1943）Salvador LuriaMax DelbruckThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969變量實(shí)驗(yàn)（fluctuation analysis）Salv影印實(shí)驗(yàn)（replica platin

20、g ）Joshua Lederberg and Esther Lederberg（1952）Joshua LederbergJ. Lederberg is awarded the Noble Prize in Medicine and Physiology in 1958影印實(shí)驗(yàn)（replica plating ）Joshua L3、基因突變的機(jī)制3.1自發(fā)突變的機(jī)制3.2誘發(fā)突變的機(jī)制突變真的與選擇壓力無(wú)關(guān)嗎？環(huán)境因素的影響，DNA復(fù)制過(guò)程的偶然錯(cuò)誤等而導(dǎo)致，一般頻率較低，通常為10-6-10-9 。某些物理、化學(xué)因素對(duì)生物體的DNA進(jìn)行直接作用，突變以較高的頻率產(chǎn)生。3、基因突變的機(jī)制突變

21、真的與選擇壓力無(wú)關(guān)嗎？環(huán)境因素的影響 微生物的基因重組基因重組（遺傳傳遞）：指遺傳物質(zhì)從一個(gè)微生物細(xì)胞向另一個(gè)微生物細(xì)胞傳遞(接觸或不接觸)而達(dá)到基因的改變，形成新遺傳型個(gè)體的過(guò)程。原核微生物的基因重組噬菌體的基因重組真核微生物的基因重組原生質(zhì)體融合技術(shù)基因工程 微生物的基因重組基因重組（遺傳傳遞）：指遺傳物質(zhì)從一個(gè)微生一、原核微生物的基因重組1.接合：1946，Lederberg 和 Tatum2.轉(zhuǎn)化：1928，Griffith3.轉(zhuǎn)導(dǎo)：1951，Lederberg和 Zinder4.溶原性轉(zhuǎn)變一、原核微生物的基因重組接合是通過(guò)供體菌和受體菌的直接接觸傳遞遺傳物質(zhì)。有時(shí)叫雜交. F因子(致

22、育因子):接合質(zhì)粒。遺傳組成包括：原點(diǎn)（是轉(zhuǎn)移的起點(diǎn)）、致育基因群、配對(duì)區(qū)域。F菌株:不含F(xiàn)因子的菌株.F+菌株:游離在細(xì)胞染色體之外，為自主復(fù)制的小環(huán)狀DNA分子的菌株.Hfr菌株 :F因子整合在細(xì)菌染色體上，成為細(xì)菌染色體的一部分，隨同染色體一起復(fù)制的菌株.F菌株:游離存在的但又帶有一小段細(xì)胞核DNA的F因子的菌株.接合是通過(guò)供體菌和受體菌的直接接觸傳遞遺傳物質(zhì)。有時(shí)叫雜交.Electron Micrograph of Escherichia coli with a Conjugation Pilus接合的結(jié)果： F+ + F- 2 F+ F + F- 2 F Hfr + F- 多種情況

23、Hfr + F- HfrF-（多數(shù)情況下;高出幾百倍以上 ） Hfr + F- HfrHfr（少數(shù)情況下） Electron Micrograph of EscheriF+F-F+F-F+F+F+F+起點(diǎn)接合管斷裂進(jìn)入滾環(huán)復(fù)制合成互補(bǔ)鏈分開(kāi)F+F-F+F-F+F+F+F+起點(diǎn)接合管斷裂進(jìn)入滾環(huán)復(fù)制合接合管染色體DNAF因子復(fù)制起點(diǎn)，開(kāi)始復(fù)制1條鏈進(jìn)入復(fù)制互補(bǔ)鏈重組易斷裂接合管染色體DNAF因子復(fù)制起點(diǎn)，開(kāi)始復(fù)制1條鏈進(jìn)入復(fù)制互補(bǔ)轉(zhuǎn)移的起始點(diǎn)在質(zhì)粒DNA一條鏈的一個(gè)缺口位點(diǎn)稱作oriT上，DNA以單鏈形式轉(zhuǎn)移，通過(guò)滾環(huán)模型形式復(fù)制。完整鏈作為DNA合成的模板，而缺口鏈被替代和轉(zhuǎn)移進(jìn)入受體細(xì)胞。一

24、旦受體細(xì)胞中互補(bǔ)的DNA鏈合成，形成新的F因子。轉(zhuǎn)移的起始點(diǎn)在質(zhì)粒DNA一條鏈的一個(gè)缺口位點(diǎn)稱作oriT上，食品微生物-第五章-微生物的遺傳變異與育種選育課件轉(zhuǎn)化：受體菌直接吸收了來(lái)自供體菌的DNA片段，通過(guò)交換，整合到自己染色體基因組中獲得供體菌部分遺傳性狀的現(xiàn)象。感受態(tài)：細(xì)胞能從外界環(huán)境接受轉(zhuǎn)化因子的這一生理狀態(tài)。比一般細(xì)菌DNA能力高1000倍。轉(zhuǎn)化過(guò)程：吸附、吸收、整合。1條鏈特定位點(diǎn)切除分裂轉(zhuǎn)化：受體菌直接吸收了來(lái)自供體菌的DNA片段，通過(guò)交換，整合轉(zhuǎn)導(dǎo)：以噬菌體為媒介，把一個(gè)菌株的遺傳物質(zhì)導(dǎo)入另一個(gè)菌株，并使這個(gè)菌株獲得另一個(gè)菌株遺傳性狀。 普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：轉(zhuǎn)導(dǎo)型噬菌體能傳遞供體菌株任

25、何基因完全轉(zhuǎn)導(dǎo) ：在普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)中，供體基因整合到受體細(xì)胞的染色體上，從而使受體細(xì)胞獲得供體菌的遺傳性狀，產(chǎn)生變異，形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子 。流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo) ：在普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)中，轉(zhuǎn)導(dǎo)來(lái)的供體染色體不能整合到受體染色體上，也不能復(fù)制，但可以表達(dá)。 特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)：噬菌體只能轉(zhuǎn)導(dǎo)供體染色體上某些特定的基因。 轉(zhuǎn)導(dǎo)：以噬菌體為媒介，把一個(gè)菌株的遺傳物質(zhì)導(dǎo)入另一個(gè)菌株，并沙門(mén)氏菌的普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 沙門(mén)氏菌的普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 圖51.流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)中所形成的微小菌落示意圖細(xì)胞中的長(zhǎng)線表示染色體，短線表示由轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體引入的野生型基因，黑點(diǎn)表示酶分子，虛線范圍內(nèi)是一個(gè)菌落中的全部細(xì)菌圖51.流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)中所形成的微小菌落示意圖通常當(dāng)一個(gè)噬菌體被誘

26、導(dǎo)后，以非常精確的方式從染色體上切離形成一個(gè)完全的噬菌體基因組。極少數(shù)的原噬菌體發(fā)生不精確的切離(誤切)，鄰近噬菌體位點(diǎn)上的一小段染色體被切離，而一小段噬菌體的DNA遺留在染色體上。含有這段染色體DNA的噬菌體顆粒，將會(huì)感染受體細(xì)胞，整個(gè)噬菌體DNA可整合在染色體上形成溶源化(2次交換)，或通過(guò)重組作用與染色體DNA整合(1次交換)。特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)通常當(dāng)一個(gè)噬菌體被誘導(dǎo)后，以非常精確的方式從染色體上切離形成galbiogalbiogalbiogalbiobiogal正常誤切g(shù)albiogalbiogalbiogalbiobiogal轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體形成過(guò)程 轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體形成過(guò)程 dga1+通過(guò)lac基因位

27、置的交換所形成的轉(zhuǎn)導(dǎo)子 A表示兩次交換產(chǎn)生穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子 ； B表示一次交換產(chǎn)生不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子 dga1+通過(guò)lac基因位置的交換所形成的轉(zhuǎn)導(dǎo)子 A表示兩溶原性轉(zhuǎn)變： 與轉(zhuǎn)導(dǎo)相似但又有本質(zhì)不同的現(xiàn)象。首先是它的溫和型噬菌體不攜帶任何供體菌的基因，其次是這種噬菌體是正常的完整的，而不是異常情況下產(chǎn)生的缺陷型噬菌體。溶原轉(zhuǎn)變的典型例子是不產(chǎn)毒素的白喉棒狀桿菌(Lorynebactcerium diphthariac)，菌株被噬菌體侵染而發(fā)生溶原化時(shí)，會(huì)變成產(chǎn)毒素的致病菌株。溶原性轉(zhuǎn)變： 與轉(zhuǎn)導(dǎo)相似但又有本質(zhì)不同的現(xiàn)象。首先是它的溫和二、噬菌體的基因重組 烈性噬菌體 噬菌體h+r- h-r+產(chǎn)生的四種

28、子裔噬菌體形成的噬菌斑 透明而小半透明而大半透明而小透明而大溫和性噬菌體：溶原現(xiàn)象。無(wú)速溶性狀,寄主范圍擴(kuò)大寄主范圍正常,但具速溶性狀二、噬菌體的基因重組 烈性噬菌體 噬菌體h+r- h-r三、真核微生物的基因重組1.有性雜交：指性細(xì)胞間的接合和隨之發(fā)生染色體重組，并產(chǎn)生新遺傳型后代的一種方式。2.準(zhǔn)性生殖：指不經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂就能導(dǎo)致基因重組的生殖過(guò)程。染色體的交換和減數(shù)分裂不規(guī)則。半知菌中的一些真菌。菌絲聯(lián)結(jié)：形成異核體：獨(dú)立生活。核融合(2倍體)：10-5-10-7分離子的產(chǎn)生：有絲分裂過(guò)程中染色體會(huì)發(fā)生交換和單倍體化 。三、真核微生物的基因重組四、原生質(zhì)體融合技術(shù)（體內(nèi)基因重組）通過(guò)人為的

29、方法，使遺傳性狀不同的兩個(gè)細(xì)胞的原生質(zhì)體進(jìn)行融合，借以獲得兼有雙親遺傳性狀的穩(wěn)定重組子的過(guò)程四、原生質(zhì)體融合技術(shù)（體內(nèi)基因重組）通過(guò)人為的方法，使遺傳性采 樣 增殖培養(yǎng) 純種分離 純培養(yǎng) 生產(chǎn)性能測(cè)定 方法、地點(diǎn)、時(shí)間和周?chē)h(huán)境記錄純種分離的原則就是使培養(yǎng)物獲得單個(gè)菌落：1稀釋分離法 2平板劃線分離法 涂菌： 劃線分離：分步劃線法；一次劃線法： 3組織分離法 測(cè)定代謝產(chǎn)物或其它目的性狀微生物的菌種選育一、工業(yè)菌種篩選程序(從自然界篩選微生物菌種的方法程序)采 樣 增殖培養(yǎng) 純種分離 純培養(yǎng) 生產(chǎn)性能菌種篩選和分離的步驟調(diào)查研究及查閱充分的資料 確定采集樣品的生態(tài)環(huán)境 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案 確定特定的增

30、殖條件 采樣 確定特殊的選擇培養(yǎng)基及可能的定性或半定量檢測(cè)法 增殖培養(yǎng) 平板分離 純化菌種 性能測(cè)定 菌種篩選和分離的步驟調(diào)查研究及查閱充分的資料 一、采樣采樣：采集含菌的樣品。 采集目標(biāo)： 由于在土壤中幾乎可找到任何微生物，所以土壤一般是首選的采集目標(biāo)。 除土壤以外，其他各類對(duì)象上都有相應(yīng)的占優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)的微生物。 采樣中應(yīng)考慮環(huán)境條件對(duì)土樣本中微生物分布的影響。 一、采樣采樣：采集含菌的樣品。 1. 環(huán)境條件對(duì)微生物分布影響 土壤中有機(jī)物的含量（營(yíng)養(yǎng)環(huán)境） 水分 溫度 通風(fēng) 酸堿度 植被情況1. 環(huán)境條件對(duì)微生物分布影響 土壤中有機(jī)物的含量（營(yíng)養(yǎng)環(huán)境（1）土壤中營(yíng)養(yǎng)環(huán)境高糖環(huán)境（加工蜜餞、糖果

31、、蜂蜜的環(huán)境）土壤 耐滲透壓酵母，檸檬酸產(chǎn)生菌，氨基酸產(chǎn)生菌 富含淀粉環(huán)境污泥、水溝旁土壤中 淀粉酶產(chǎn)生菌 森林中腐葉爛草下土壤 纖維素酶產(chǎn)生菌 富含蛋白質(zhì)（蠶絲、豆餅、生皮曬廠）土壤 蛋白酶產(chǎn)生菌 油田土 石油分解菌（1）土壤中營(yíng)養(yǎng)環(huán)境高糖環(huán)境（加工蜜餞、糖果、蜂蜜的環(huán)境）土(2)環(huán)境條件對(duì)分布的影響水分 離地表5-15cm土樣 含水過(guò)多、過(guò)少都不理想 溫度：采樣以秋季為好 通風(fēng) 酸堿度： 細(xì)菌、放線菌：中性或偏堿； 霉菌、酵母：偏酸 植被情況 植被的種類對(duì)微生物的分布有密切的關(guān)系。(2)環(huán)境條件對(duì)分布的影響水分 采樣方法采樣方法 （1）去除表層土 （2）取5-15cm土樣幾十克 （3）裝入

32、無(wú)菌牛皮紙袋或塑料袋中 注意 （1）記錄：時(shí)間，地點(diǎn)，環(huán)境情況等 （2）樣品袋應(yīng)封好口，防止水分失去 （3）土樣應(yīng)在分離前破碎 （4）盡快分離采樣方法采樣方法 二. 增殖培養(yǎng)（富集培養(yǎng)）適用對(duì)象：樣品中目的菌所占比例較低 目的：增加樣品中目的菌的數(shù)量，增大分離幾率 原理：通過(guò)控制營(yíng)養(yǎng)成分或培養(yǎng)條件，使目的菌得以繁殖，而非目的菌的生長(zhǎng)受到抑制。 選擇性培養(yǎng)基，如在土樣中加入纖維素，富集纖維素分解菌二. 增殖培養(yǎng)（富集培養(yǎng)）適用對(duì)象：樣品中目的菌所占比例較低增殖培養(yǎng)的方法控制培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分 控制培養(yǎng)基的pH 控制培養(yǎng)的溫度 熱處理：增殖芽孢細(xì)菌 樣品懸浮液經(jīng)80、10分鐘處理，殺死營(yíng)養(yǎng)體，再添加

33、營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)，可增殖產(chǎn)芽孢細(xì)菌 添加抑制劑增殖培養(yǎng)的方法三. 純種分離目的：將目的菌從混雜的群體中分離出來(lái)，獲得純培養(yǎng)。 純種分離的一般方法： 稀釋平板法：傾注平板或涂布平板 劃線分離法 組織培養(yǎng)法：適用于分離高等真菌和植物病原菌 稀釋搖管法：適用于分離嚴(yán)格厭氧菌 三. 純種分離目的：將目的菌從混雜的群體中分離出來(lái)，獲得純培稀釋分離劃線分離稀釋分離劃線分離四. 篩選目的：進(jìn)行生產(chǎn)性能測(cè)定，確定適合要求的菌株。 過(guò)程 平皿反應(yīng)快速檢出法 初篩和復(fù)篩兩步 培養(yǎng)條件優(yōu)化 培養(yǎng)基的組成、通風(fēng)量、pH值、培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)時(shí)間等 分析：定量分析四. 篩選目的：進(jìn)行生產(chǎn)性能測(cè)定，確定適合要求的菌株。 平皿反應(yīng)快速

34、檢出法1. 紙片培養(yǎng)顯色法 2. 透明圈法 碳酸鈣平板透明圈：產(chǎn)酸量 酪蛋白平板透明圈：蛋白酶 3. 變色圈法 淀粉平板噴稀碘液：透明圈，液化型淀粉酶 支鏈淀粉平板噴稀碘液：藍(lán)色圈，異淀粉酶 支鏈淀粉平板噴稀碘液：無(wú)色圈，液化型淀粉酶 加葡聚糖的剛果紅平板：葡聚糖酶平皿反應(yīng)快速檢出法1. 紙片培養(yǎng)顯色法 平皿反應(yīng)快速檢出法 4. 生長(zhǎng)圈法 適用：氨基酸，核苷酸，維生素產(chǎn)生菌的選育 工具菌： 營(yíng)養(yǎng)缺陷型，不能合成的物質(zhì)為目的菌積累的產(chǎn)物 菌落形態(tài)明顯不同于目的菌 5. 抑菌圈法 適用：抗生素產(chǎn)生菌的選育 工具菌：對(duì)目的抗生素敏感的微生物 平皿反應(yīng)快速檢出法 4. 生長(zhǎng)圈法 微生物的誘變育種變異菌

35、株的初步篩選 紙片培養(yǎng)顯色法 透明圈法瓊脂塊培養(yǎng)法 微生物的誘變育種變異菌株的初步篩選 紙片培養(yǎng)顯色法 透明圈法初篩和復(fù)篩的比較初篩和復(fù)篩的比較好氧培養(yǎng)好氧培養(yǎng)五. 純種分離及篩選 單細(xì)胞（單孢子）分離：獲得細(xì)胞純 小滴分離法、顯微操縱器進(jìn)行分離 六. 生產(chǎn)性能試驗(yàn) 培養(yǎng)條件優(yōu)化，最終菌株可作為生產(chǎn)菌株或進(jìn)一步育種出發(fā)菌株 七. 毒性試驗(yàn)及菌種鑒定 五. 純種分離及篩選 二、誘變育種1.基本環(huán)節(jié)出發(fā)菌株突變絕大多數(shù)個(gè)體死亡少數(shù)存活多數(shù)未變少數(shù)突變多數(shù)負(fù)變少數(shù)正變多數(shù)幅度小少數(shù)幅度大多數(shù)不宜投產(chǎn)少數(shù)適宜投產(chǎn)存活率突變率正變率高產(chǎn)率投產(chǎn)率二、誘變育種出發(fā)菌株突變絕大多數(shù)個(gè)體死亡多數(shù)未變多數(shù)負(fù)變多數(shù)

36、2.誘變育種的步驟和方法原菌株（出發(fā)菌株）純化細(xì)胞或孢子懸浮液誘變處理中間培養(yǎng)突變株分離初篩復(fù)篩生產(chǎn)性試驗(yàn)誘變預(yù)備實(shí)驗(yàn)活細(xì)胞計(jì)數(shù)離心收集菌體離心洗滌玻璃珠振蕩分散過(guò)濾活細(xì)胞計(jì)數(shù)物理方法：紫外線、射線、等離子等化學(xué)方法：與堿基反應(yīng)、堿基類似物、移碼突變劑復(fù)合法：形態(tài)突變：淘汰平皿反應(yīng)：挑取變異菌株（變色圈、透明圈、生長(zhǎng)圈、抑菌圈等） 2.誘變育種的步驟和方法原菌株（出發(fā)菌株）誘變預(yù)備實(shí)驗(yàn)活細(xì)胞1971年，國(guó)外有人報(bào)道了篩選春日霉素(即“春雷霉素”)生產(chǎn)菌時(shí)所采用的一種瓊脂塊培養(yǎng)法。此法構(gòu)思較巧妙，實(shí)驗(yàn)效果也較好(一年內(nèi)提高產(chǎn)量10倍左右)，值得介紹。其要點(diǎn)是：把誘變后的Streptomycesk

37、asugaensis(春日鏈霉菌)的分生孢子懸液涂布在營(yíng)養(yǎng)瓊脂平板上，待長(zhǎng)出稀疏的小菌落后，用打洞器一一取出長(zhǎng)有單菌落的瓊脂小塊，并分別把它們整齊地移入滅過(guò)菌的空培養(yǎng)皿中，保持合適的溫、濕度。經(jīng)培養(yǎng)45天后，把每一長(zhǎng)有大菌落的小塊再轉(zhuǎn)移到含有供試菌種(即拮抗對(duì)象)的瓊脂平板上，以分別測(cè)定它們的抗生素抑制圈的直徑，然后擇優(yōu)選取之。此法的關(guān)鍵是用打洞器取出含有一個(gè)小菌落的瓊脂塊并對(duì)它們作分別培養(yǎng)。在這種情況下，各瓊脂塊所含的養(yǎng)料和接觸空氣的面積基本相同，且產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物不致擴(kuò)散，因此測(cè)得的數(shù)據(jù)與搖瓶條件下十分相似，然而工作效率卻大為提高。1971年，國(guó)外有人報(bào)道了篩選春日霉素(即“春雷霉素”)生產(chǎn)

38、食品微生物-第五章-微生物的遺傳變異與育種選育課件3.篩選方法（1）抗藥性突變型的篩選由于基因突變使菌株對(duì)某種或幾種藥物（抗生素）產(chǎn)生抗性的一種突變。在加有相應(yīng)抗生素的平板上，只有抗性突變株能生長(zhǎng)，可把突變型篩選出來(lái)。3.篩選方法（2）營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變體的篩選什么叫營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株?？指某些微生物通過(guò)誘變處理使其在一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的合成能力上出現(xiàn)缺陷，不能合成，只能外源提供。野生型：從自然界分離得到的任何微生物在起發(fā)生人為營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變前的原始菌株，能在其相應(yīng)的基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)明確幾種培養(yǎng)基:基本培養(yǎng)基(MM)完全培養(yǎng)基(CM)補(bǔ)充培養(yǎng)基(SM) 基本培養(yǎng)基：凡是能滿足某種野生型菌株?duì)I養(yǎng)要求的最低成分

39、的合成培養(yǎng)基，稱為基本培養(yǎng)基；常以-表示； 在基本培養(yǎng)基中加入一些富含氨基酸、維生素及含氮堿基之類的天然有機(jī)物質(zhì)如蛋白胨、酵母膏等，以滿足該微生物的各種營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株都能生長(zhǎng)繁殖的培養(yǎng)基，稱為完全培養(yǎng)基，常用+表示； 在基本培養(yǎng)基中只是有針對(duì)性地加入某一種或某幾種營(yíng)養(yǎng)缺陷成分，以滿足相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)缺陷型生長(zhǎng)的培養(yǎng)基，稱為補(bǔ)充培養(yǎng)基，補(bǔ)充培養(yǎng)基可按所加入營(yíng)養(yǎng)成分相應(yīng)地用A、B等來(lái)表示。（2）營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變體的篩選明確幾種培養(yǎng)基: 基本培養(yǎng)基：營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株篩選的步驟：誘變處理淘汰野生型菌株(濃縮缺陷型)檢出缺陷型確定生長(zhǎng)譜營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株篩選的步驟：誘變處理誘變處理:同一般誘變處理.淘汰野生型菌株：營(yíng)

40、養(yǎng)缺陷型比例低，百分之幾或千分之幾。方法:抗生素法:誘變處理液在MM中培養(yǎng)短時(shí),野生型生長(zhǎng)活化,缺陷型處于“休眠”,加入抗生素,殺死野生型,保存缺陷型.青霉素、制霉菌素。菌絲過(guò)濾法：絲狀真菌。野生型孢子萌發(fā)菌絲而缺陷型不能，過(guò)濾除去菌絲，反復(fù)幾次，達(dá)到濃縮。差別殺菌法：細(xì)菌芽孢較營(yíng)養(yǎng)體耐熱。誘變處理:同一般誘變處理.檢出缺陷型：方法有四種。完全培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基含誘變處理后菌液的基本培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基第1次長(zhǎng)出的菌落第2次長(zhǎng)出的菌落夾層培養(yǎng)法檢出缺陷型：方法有四種。完全培養(yǎng)基第1次長(zhǎng)出的菌落第2次長(zhǎng)逐個(gè)檢出法完全培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基逐個(gè)檢出法完全培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基影印法影印法限量補(bǔ)充

41、培養(yǎng)法補(bǔ)充培養(yǎng)基(如0.01%蛋白胨)含菌的基本培養(yǎng)基限量補(bǔ)充培養(yǎng)法補(bǔ)充培養(yǎng)基(如0.01%蛋白胨)確定生長(zhǎng)譜確定生長(zhǎng)譜誘變劑與致癌物質(zhì)Ames試驗(yàn)a）利用各種誘變劑獲得各類遺傳突變，進(jìn)行誘變育種；c）危害人類自身的健康b）對(duì)有害微生物進(jìn)行控制；很多種化學(xué)物質(zhì)，能以各種機(jī)制導(dǎo)致DNA的突變補(bǔ)充誘變劑與致癌物質(zhì)Ames試驗(yàn)a）利用各種誘變劑獲得各類遺生物化學(xué)統(tǒng)一性法則： 人和細(xì)菌在DNA的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的，能使微生物發(fā)生突變的誘變劑必然也會(huì)作用于人的DNA，使其發(fā)生突變，最后造成癌變或其他不良的后果。生物化學(xué)統(tǒng)一性法則： 人和細(xì)菌在DNA的結(jié)構(gòu)及特性方面是誘變劑的共性原則 超過(guò)95%的致癌物質(zhì)對(duì)微生物有誘變作用，90%以上的非致癌物質(zhì)對(duì)微生物沒(méi)有誘變作用?；瘜W(xué)藥劑對(duì)細(xì)菌的誘變率與其對(duì)動(dòng)物的致癌性成正比誘變劑的共性原則超過(guò)95%的致癌物質(zhì)對(duì)微生物有誘變作用，化學(xué)回復(fù)突變(reverse mutation或back mutation)：突變體失去的野生型性狀，可以通過(guò)第二次突變得到恢復(fù)，稱為回復(fù)突變。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的Bruce Ames教授于1966年發(fā)明，因此稱為Ames試驗(yàn)