微生物遺傳變異和育種課件

第七章微生物遺傳與變異與育種通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握：1、遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)2、基因突變的發(fā)生3、基因重組的原理和方法。4、基因工程的基本原理5、菌種保藏重點：細菌的基因重組難點：低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)，高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)，準(zhǔn)性生殖第七章微生物遺傳與變異與育種通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握：1微生物是理想的遺傳學(xué)研究材料：①物種及代謝類型的多樣性；②個體簡單，營養(yǎng)體多為單倍體，基因組?。虎鄯敝晨欤子诶鄯e不同的最終代謝產(chǎn)物及中間代謝物；④菌落形態(tài)特征的可見性與多樣性；⑤環(huán)境條件對微生物群體中各個體作用的直接和均勻；⑥易變異、易得到營養(yǎng)缺陷型突變株；⑦一般都有相應(yīng)的噬菌體；⑧存在著處于進化進程中的多種原始方式的有性生殖類型等。微生物是理想的遺傳學(xué)研究材料：2基因組genome：一種生物的全套基因。表現(xiàn)型phenotype：生物可見的或可測定的性狀遺傳型genotype：決定生物表現(xiàn)型的遺傳因子同樣遺傳型的生物在不同外界條件下，會顯現(xiàn)不同表現(xiàn)型，但遺傳型并沒有改變，這種變異為非遺傳性變異，只能稱適應(yīng)或飾變(modification)；只有遺傳型改變，從而引起表型變化才稱為變異，它發(fā)生在基因水平上，可以遺傳給子代?；蚪Mgenome：一種生物的全套基因。3Serretiamarcescens在25℃下培養(yǎng)時，會產(chǎn)生一種深紅色的靈桿菌素，把菌落染成鮮紅色?？墒牵?dāng)培養(yǎng)在37℃下時，群體中所有細胞都不產(chǎn)色素。如果重新降溫至25℃，產(chǎn)色素能力又得到恢復(fù)。這就是一種飾變。Serretiamarcescens在25℃下培養(yǎng)時，會產(chǎn)4第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、證明DNA是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實驗①1928年，F(xiàn).Griffith；1944年O.T.Avery肺炎鏈球菌（Streptococcuspneumoniae）轉(zhuǎn)化試驗。②1952年，A.D.Hershy、M.Chase的噬菌體感染實驗。③1956年，H.Fraenkel-Conrat的TMV拆開和重建實驗。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、證明DNA是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典5Griffith的轉(zhuǎn)化實驗SRGriffith的轉(zhuǎn)化實驗SR6轉(zhuǎn)化因子本質(zhì)的闡明轉(zhuǎn)化因子本質(zhì)的闡明7Hershey-Chase的噬菌體實驗用35S和32P去分別標(biāo)記大腸桿菌，然后再用T2噬菌體感染，即可分別得到標(biāo)有35S和T2和32P的T2噬菌體。把標(biāo)記噬菌體與其宿主大腸桿菌混合，經(jīng)短時間(如10min)保溫后，使T2完成吸附和侵入過程。在組織搗碎器中劇烈攪拌，使吸附在菌體外表的T2蛋白外殼脫離細胞并均勻分布。進行離心沉淀，再分別測定沉淀物和上清液中的同位素標(biāo)記。Hershey-Chase的噬菌體實驗8微生物遺傳變異和育種課件9實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，幾乎全部的32P都和細菌一起出現(xiàn)在沉淀物中，而幾乎全部35S都在上清液中。這意味著噬菌體的蛋白外殼經(jīng)自然分離后仍留在細胞外部，只有核酸芯子才進入宿主體內(nèi)；同時，由于最終能釋放出一群具有與親代同樣蛋白外殼的完整的子代噬菌體，說明只有核酸才是其全部遺體信息的載體。后來通過電子顯微鏡的觀察也證實了這個論點。

實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，幾乎全部的32P都和細菌一起出現(xiàn)在沉淀物中，而10TMV重建實驗(TMV)(HRV)霍氏車前花葉病毒TMV重建實驗(TMV)(HRV)霍氏車前花葉病毒11DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)圖DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)圖12二、遺傳物質(zhì)在細胞中的存在1、真核生物染色體:DNA分子與組蛋白結(jié)合構(gòu)成染色體，每條染色體有單一線性雙鏈DNA分子。一個真核生物細胞內(nèi)有多條染色體（脈孢菌7條，人23條）。真核細胞核物質(zhì)外有核膜包圍，形成完整細胞核。線粒體:真菌線粒體基因組的大小介于動物和植物線粒體基因組之間。葉綠體：光合生物葉綠體中存在DNA。真菌的質(zhì)粒：酵母菌的質(zhì)粒存在細胞核中。絲狀真菌的質(zhì)粒存在線粒體中。二、遺傳物質(zhì)在細胞中的存在132、原核生物染色體:染色體僅由一條DNA組成，DNA為共價閉合環(huán)狀雙鏈,DNA不與組蛋白結(jié)合，一個細胞內(nèi)只有一條染色體（單倍體haploid）。無核膜膜包圍，只在細胞中央形成核區(qū)。質(zhì)粒(plasmid):原核生物中，除染色體以外，還有能夠自主復(fù)制的共價閉合環(huán)狀DNA分子。它們攜帶少量遺傳基因，決定細胞的某些性狀，并非細菌生活必需。致育質(zhì)粒能自我復(fù)制(主要依賴宿主細胞的抗性質(zhì)粒復(fù)制酶體系)細菌素質(zhì)粒具不親和群性(不同質(zhì)?？稍谕?降解質(zhì)粒細胞內(nèi)共存)毒性質(zhì)粒穩(wěn)定的遺傳共生質(zhì)粒代謝型質(zhì)粒具有轉(zhuǎn)移性隱蔽質(zhì)粒(表型和功能未知的質(zhì)粒)質(zhì)粒的種類質(zhì)粒的特性2、原核生物質(zhì)粒的種類質(zhì)粒的特性14三、遺傳信息的傳遞和基因表達1、微生物的遺傳信息儲存在基因中基因geneDNA分子的一定區(qū)段，攜帶特定的遺傳信息，是具有自主復(fù)制能力的遺傳功能單位。遺傳信息通過DNA連上的核苷酸排列順序表現(xiàn)出來。遺傳學(xué)上每一基因都用3個小寫斜體英文字母表示，如lac表示乳糖基因?；虻谋硇鸵灿门c基因相同的3個字母表示，但不用斜體，且第一個字母要大寫，表示具有乳糖代謝特征的符號為Lac+，沒有乳糖代謝特征的符號為Lac-?；虻姆N類:結(jié)構(gòu)基因:決定多肽形成的堿基順序稱結(jié)構(gòu)基因。一個結(jié)構(gòu)基因表達后，產(chǎn)生一個多肽；即“一個基因一個酶”。調(diào)節(jié)基因：對結(jié)構(gòu)基因起調(diào)節(jié)控制作用的基因稱調(diào)節(jié)基因。

跳躍基因：可在DNA上轉(zhuǎn)移位置的基因稱跳躍基因。例如:插入序列（IS因子）

轉(zhuǎn)座子（Tn因子）

三、遺傳信息的傳遞和基因表達15

（1）、等位基因的存在與表達：

a.對抗性的：只有一個基因能夠表達,顯性基因表達真核生物b.非對抗性的：兩個顯性，兩個隱性。在原核細胞中:在完全單倍體原核細胞中，等位基因的概念是指決定某一性狀的基因在野生型菌株和突變型菌株中是否都存在。

基因表達2、基因的表達：基因表達2、基因的表達：16基因表達機制:遵守中心法則以DNA為模板，通過RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄出mRNA，然后將mRNA包含的堿基順序在核糖體中翻譯成相應(yīng)氨基酸序列的多肽。①轉(zhuǎn)錄（transcription）雙鏈DNA→單鏈，以其中一條為模板→互補mRNA②翻譯(translation)mRNA→多肽基因表達機制:遵守中心法則17

(2)、操縱子和操縱基因的表達：一個操縱子是一段DNA堿基順序，包括一個操縱基因和一個或幾個結(jié)構(gòu)基因。操縱子的模型是雅各布和莫諾1961年提出的，根據(jù)這一模型基因有結(jié)構(gòu)基因，調(diào)節(jié)基因，操縱基因和啟動基因之分，基因的活動受調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制，而這種控制又與環(huán)境因子有關(guān)，如乳糖操縱子，麥芽糖操縱子。

(2)、操縱子和操縱基因的表達：18乳糖操縱子沒有乳糖時，調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物與操縱基因結(jié)合，阻止結(jié)構(gòu)基因表達有乳糖時，乳糖與調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物結(jié)合，操縱基因啟動結(jié)構(gòu)基因表達DNA鏈乳糖操縱子沒有乳糖時，調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物與操縱基因結(jié)合，阻止結(jié)構(gòu)基19麥芽糖操縱子沒有麥芽糖時，調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物激活蛋白不與啟動子結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因不表達有麥芽糖時，麥芽糖與調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物激活蛋白結(jié)合，促進RNA聚合酶與啟動子結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因表達DNA鏈麥芽糖操縱子沒有麥芽糖時，調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物激活蛋白不與啟動子結(jié)合20第二節(jié)基因突變和誘變育種1.突變：指DNA上的核苷酸順序發(fā)生了穩(wěn)定的，可遺傳的變化。

基因突變：DNA鏈上一對或少數(shù)幾對堿基發(fā)生改變而引起。

染色體畸變：DNA鏈的大片段損失。自發(fā)突變：在自然條件下發(fā)生的基因突變，細菌的自發(fā)突變頻率為10-5-10-7。誘發(fā)突變：利用物理化學(xué)因子處理微生物使其產(chǎn)生的突變?；貜?fù)突變：突變菌株發(fā)生突變，回復(fù)到出發(fā)菌株的狀態(tài)。突變包括突變分為第二節(jié)基因突變和誘變育種突變包括21突變機制：轉(zhuǎn)換：DNA上一個嘌呤被另一個嘌呤或者一個嘧啶被另一個嘧啶所替代顛換：DNA上一個嘌呤被一個嘧啶替代或者一個嘧啶被另一個嘌呤替代添加DNA分子中多了一個或幾個堿基，導(dǎo)致編碼

aa三聯(lián)密碼發(fā)生了改變，從而引起突變。缺失DNA分子中少了一個或幾個堿基引起突變。如：GGGAAAUUUAAACCC甘賴苯丙賴脯加一個堿基后就變成了：AGGGAAAUUUAAACCC

精谷異亮終止

添加：abc

X

defg

缺失：abcD

efg

畸變（染色體大損傷）重復(fù)：abc

abc

de（由X射線等的輻射烷移位：abcparde化劑，亞硝酸等引起）倒位：abcfedg

堿基置換移碼突變點突變誘發(fā)突變突變機制：堿基置換移碼突變點突變誘發(fā)突變22基因突變類型：1、營養(yǎng)缺陷型2、抗性突變型3、條件致死突變型4、形態(tài)突變型5、抗原突變型6、產(chǎn)量突變型

基因突變類型：23基因突變的特點：不對應(yīng)性自發(fā)性稀有性獨立性誘變性穩(wěn)定性可逆性正向突變(forwardmutation)回復(fù)突變(backmatation或reversemutation）基因突變的特點：24基因突變自發(fā)性和不對應(yīng)性的證明1、變量試驗：（FluctuationTest）：又稱波動試驗或彷徨試驗。1943年美國學(xué)者魯里亞（S、Luria）和德爾波留克（M、Delbrack）設(shè)計了此試驗?；蛲蛔冏园l(fā)性和不對應(yīng)性的證明1、變量試驗：（Fluctua25微生物遺傳變異和育種課件262.涂布實驗：（NewcombeExpetiment）1949年Newcombe設(shè)計了這一實驗：先在12只培養(yǎng)皿中涂以數(shù)目相等的大腸桿菌細胞，經(jīng)大約5小時培養(yǎng)，于是在平板上長出大量的微菌落，取其中6支直接噴上噬菌體，另6支先用滅菌玻璃棒均勻涂布一遍，然后再噴噬菌體，經(jīng)過夜培養(yǎng)計算兩組培養(yǎng)皿中抗性菌落數(shù)。（涂布可將抗性株涂開）。2.涂布實驗：（NewcombeExpetiment）1927微生物遺傳變異和育種課件283.平板影印培養(yǎng)試驗（ReplicaPlating）1952年萊德伯格夫婦（V，Lederberg）設(shè)計的實驗：印章的做法是取一塊比培養(yǎng)皿略小的木塊，一端用絨布包起來，絨布上許多小纖維起到接種針的作用。在進行試驗時，先用培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌，再將菌液涂布在固體培養(yǎng)基上，待長出菌落后，用影印法先在新鮮的固體培養(yǎng)基上打一個印，再在含鏈霉素的另一個培養(yǎng)皿上打一個印。在含鏈霉素的培養(yǎng)皿上長出來的是抗鏈霉素突變體菌落然后再在不含鏈霉素的培養(yǎng)基上找出相應(yīng)位置上的菌落，用含鏈霉素的培養(yǎng)基上找出相應(yīng)位置上的菌落，用含鏈霉素的培養(yǎng)基鑒別，發(fā)現(xiàn)也是抗鏈霉素突變體，由于兩者來源相同，說明是非鏈霉素誘變，而是自發(fā)的。3.平板影印培養(yǎng)試驗（ReplicaPlating）19529微生物遺傳變異和育種課件30微生物育種：1、自發(fā)突變育種生產(chǎn)育種定向培育：在某一特定條件下，長期培養(yǎng)某一微生物菌群，通過不斷轉(zhuǎn)接傳代以積累自發(fā)突變，并最終獲得優(yōu)良菌株的過程。如預(yù)防結(jié)核病的制劑－－卡介苗，經(jīng)歷了13年，牛型結(jié)核分支桿菌轉(zhuǎn)接230代。微生物育種：312、誘變育種用物理（X-ray、UV等）化學(xué)（吖啶、亞硝酸、堿基類似物）因素誘變育種，獲得突變機率提高。2、誘變育種32艾姆氏試驗（Amestest）利用細菌營養(yǎng)缺陷型的回復(fù)突變來檢測環(huán)境或食品中的潛在三致物質(zhì)。艾姆氏試驗（Amestest）利用細菌營養(yǎng)缺陷型的回復(fù)突33誘變育種的基本原則挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株自發(fā)突變株、具有有利形狀、對誘變劑敏感敏感時期和合適對象的選擇選擇簡便有效地誘變劑選用最適劑量高效的初篩和復(fù)篩透明圈法、抑菌圈法、變色圈法、生長圈法等誘變育種的基本原則挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株34

突變體的篩選：

A、營養(yǎng)突變體的篩選:

完全培養(yǎng)基：基本培養(yǎng)基中加入了天然物質(zhì)（蛋白胨，酵母膏等），能滿足各種營養(yǎng)缺陷型M.生長的培養(yǎng)基。基本培養(yǎng)基：只含有野生型菌生長繁殖所必須養(yǎng)料的合成培養(yǎng)基叫基本培養(yǎng)基。

a、青霉素濃縮法：用基本培養(yǎng)基培養(yǎng)細菌，并在其中加入青霉素，由于青霉素只能抑制生長著的細菌，故只殺死在基本培養(yǎng)基中生長的野生型細菌，而營養(yǎng)缺陷型突變體因不能在基本培養(yǎng)基中生長，青霉素對它們不起作用而被保留下來。

b、菌絲過濾法：把霉菌和放線菌的孢子放在基本培養(yǎng)基里生長，這時只有野生型菌會萌發(fā)長出菌絲，而缺陷型孢子不會長成菌絲，通過過濾可除去野生型菌絲，而保留突變體孢子。突變體的篩選：35營養(yǎng)缺陷型的檢出點種法夾層培養(yǎng)法限量補充培養(yǎng)法(含00.1％以下蛋白胨的基本培養(yǎng)基)影印接種法營養(yǎng)缺陷型的檢出點種法36

B、抗性突變體的篩選:采用梯度培養(yǎng)法:

C、產(chǎn)量突變體的篩選:采用瓊脂塊培養(yǎng)法:B、抗性突變體的篩選:采用梯度培養(yǎng)法:37用梯度平板法篩選抗性突變體用梯度平板法篩選抗性突變體38

用瓊脂塊法篩選產(chǎn)量突變體微生物遺傳變異和育種課件39微生物遺傳變異和育種課件40DNA的損傷及其修復(fù)：

A、光復(fù)活修復(fù)：在光復(fù)活酶的作用下，將嘧啶二聚體內(nèi)的環(huán)丁酰環(huán)打開，使DNA恢復(fù)正常。

B、錯配修復(fù)：在DNA復(fù)制后清除錯誤配對的堿基。

C、無堿基修復(fù)：無堿基修復(fù)能夠恢復(fù)無堿基位置上的核苷酸，參與修復(fù)的酶是AP核酸內(nèi)切酶，該酶作用于DNA鏈上無堿基位置的糖基，留下的單鏈缺口被DNA聚合酶和連接酶修復(fù)。

D、核苷酸和堿基切除修復(fù)：首先由具有DNA識別活性的DNA內(nèi)切核酸酶識別突變的堿基，然后在突變堿基兩側(cè)固定數(shù)目的堿基處，將包含有突變堿基的核苷酸片段切除，再在DNA聚合酶的作用下，修補合成一段新的DNA。

E、復(fù)制后修復(fù)：在含有嘧啶二聚體或其他損傷的位置上，DNA仍然可以進行復(fù)制，但是在復(fù)制得到的子代中，其DNA鏈在損傷的對應(yīng)部位上會留下缺口。在細胞內(nèi)重組蛋白的作用下，可進行DNA分子間的重組，從原來完整的母鏈上，將相應(yīng)的堿基序列轉(zhuǎn)移到子鏈的空缺處。而母鏈中失去的部分再在DNA聚合酶的作用下，以其對應(yīng)子鏈為模板，合成單鏈DNA來填補。最后在連接酶的作用下，以磷酸二酯鍵連接新舊鏈，完成重組修復(fù)過程，即復(fù)制后修復(fù)。

F、SOS修復(fù):SOS修復(fù)由SOS調(diào)控完成，涉及復(fù)雜的基因表達網(wǎng)絡(luò)。DNA的損傷及其修復(fù)：41化學(xué)誘變亞硝酸引起DNA的堿基轉(zhuǎn)換化學(xué)誘變亞硝酸引起DNA的堿基轉(zhuǎn)換425-BU尿嘧啶引起堿基的轉(zhuǎn)換5-BU尿嘧啶引起堿基的轉(zhuǎn)換43微生物遺傳變異和育種課件44第三節(jié)基因重組和雜交育種克隆clone

不經(jīng)過有性細胞的結(jié)合，由體細胞發(fā)育成新個體，即無性繁殖?；蛑亟Mgenerecombination

兩個不同來源的遺傳物質(zhì)進行交換，經(jīng)過基因的重新組合，形成新的基因型的過程。重組獲得的后代具有新的基因組合，表現(xiàn)出不同于親本的新性狀。轉(zhuǎn)化原核微生物的基因重組轉(zhuǎn)導(dǎo)接合原生質(zhì)體融合第三節(jié)基因重組和雜交育種45微生物遺傳變異和育種課件461、轉(zhuǎn)化Transformation:

遺傳轉(zhuǎn)化是指同源或異源的DNA分子（質(zhì)粒DNA和染色體DNA）被自然或人工感受態(tài)細胞攝取，并得到表達的基因轉(zhuǎn)移過程。轉(zhuǎn)化后的受體菌稱為轉(zhuǎn)化子。被轉(zhuǎn)移的DNA稱為轉(zhuǎn)化因子。轉(zhuǎn)化的條件是：受體菌必須處于感受態(tài)才能接受轉(zhuǎn)化因子，感受態(tài)既可以是自然的，也可以是人工的。轉(zhuǎn)化因子通常是雙鏈DNA。

感受態(tài)：受體菌最容易接受外源DNA片段并實現(xiàn)轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)稱為感受態(tài)。轉(zhuǎn)化過程：①受體細胞處于感受態(tài)。②外源DNA與感受態(tài)細胞結(jié)合并被吸收。③外源DNA整合到受體菌中，成為受體菌染色體的一部分。轉(zhuǎn)染transfection:指用提純的病毒核酸去感染其宿主細胞可增殖出一群正常病毒后代的現(xiàn)象。1、轉(zhuǎn)化Transformation:47轉(zhuǎn)化示意圖轉(zhuǎn)48自然轉(zhuǎn)化原理感受態(tài)因子與細胞表面受體(M)相互作用產(chǎn)生自溶素,自溶素使細胞表面的DNA結(jié)合蛋白和核酸酶裸露DNA雙鏈在細胞上的幾個位點結(jié)合并遭到酶的切割,一條鏈被核酸酶降解,另一條鏈與感受態(tài)特異蛋白結(jié)合進入細胞通過DNA的重組產(chǎn)生轉(zhuǎn)化子自然轉(zhuǎn)化原理DNA雙鏈在細胞上的幾個位點結(jié)合并遭到酶的切割,492、轉(zhuǎn)導(dǎo)transduction

通過完全缺陷或部分缺陷噬菌體為媒介，把一個供體細胞的DNA片段轉(zhuǎn)移到另一個受體細胞中，并使后者發(fā)生遺傳變異的過程。

通過轉(zhuǎn)導(dǎo)獲得供體細胞部分遺傳性狀的重組受體細胞，稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)子（transductant）。攜帶供體部分遺傳物質(zhì)（DNA片段）的噬菌體稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體或轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒。

缺陷噬菌體：帶有外源(如細菌)DNA片段而失去了部分自身DNA的噬菌體稱為缺陷噬菌體。

2、轉(zhuǎn)導(dǎo)transduction501952年Zinder和Lederberg在驗證鼠傷寒沙門氏菌(Salmonellatyphimurium)是否也存在接合現(xiàn)象時發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象。鼠傷寒沙門氏菌有兩種缺陷型LT22A(trp-):色氨酸缺陷型LT2(his-):組氨酸缺陷型LT22A溶原性→噬菌體P22→感染LT2（非溶原性）→可能釋放帶trp+的P22→LT22A(trp-)→呈原養(yǎng)型。1952年Zinder和Lederberg在驗證鼠51普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)(generalizedtransduction)噬菌體可誤包供體菌中的任何基因(包括質(zhì)粒)，使受體菌實現(xiàn)各種性狀的轉(zhuǎn)導(dǎo).完全普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)能形成遺傳性穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子裂解循環(huán)細菌噬菌體噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)細菌轉(zhuǎn)導(dǎo)細胞重組細菌細胞噬菌體噬菌體裂解循環(huán)轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體含有供體DNA的轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體細菌細胞轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體侵入轉(zhuǎn)導(dǎo)外源DNA與細菌DNA重組轉(zhuǎn)導(dǎo)細胞普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)(generalizedtransduction)52

流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)(abortivetransduction):在許多獲得供體菌DNA片段的受體菌內(nèi)，如果轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA不能進行重組和復(fù)制，其上的基因僅經(jīng)過轉(zhuǎn)錄而得到表達。能在選擇性培養(yǎng)基平板上形成微小菌落是流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)的特點。流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)(abortivetransduction):53

局限轉(zhuǎn)導(dǎo)(也稱專性轉(zhuǎn)導(dǎo)):某些溫和噬菌體只能將細菌的少數(shù)特定基因轉(zhuǎn)移到受體菌中的現(xiàn)象。當(dāng)溶原菌經(jīng)誘導(dǎo)后，其中極少數(shù)前噬菌體從宿主染色體脫落時產(chǎn)主錯誤切割，從而把宿主的某些基因（λ前噬菌體位點兩端是細菌染色體的gal＋和bio＋）

，故形成的轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體通常帶有g(shù)a1＋或bio＋基因，當(dāng)這樣的噬菌體侵染另一宿主細菌時，噬菌體DNA與受體菌的DNA同源區(qū)段配對，通過雙交換而整合到受體菌的染色體上，使受體菌獲得了供體菌的這部分遺傳特性，而形成了專性轉(zhuǎn)導(dǎo)子。局限轉(zhuǎn)導(dǎo)(也稱專性轉(zhuǎn)導(dǎo)):某些溫和噬菌體只能將細菌的少54λ噬菌體DNA的不正常切割λ噬菌體DNA的不正常切割55缺陷噬菌體（defectivephage）:丟失了自身部分基因，并被同等長度的宿主基因所取代的噬菌體稱為缺陷噬菌體。如λdgal或λdbio。低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)（lowfrequancytransduction,LFT）:形成轉(zhuǎn)導(dǎo)子頻率很低的轉(zhuǎn)導(dǎo)，通常只有10-4~10-6。

高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)（highfrequancytransduction,HFT）:形成轉(zhuǎn)導(dǎo)子的頻率很高,理論上可達50%。缺陷噬菌體（defectivephage）:丟失了自身部56高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)可通過雙重溶源實現(xiàn)：

λ─┐│＋E.coli

k12→[E.coliK12(λ/λdgal)F]λdgal┘ ↓UV轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體（λgal）→轉(zhuǎn)導(dǎo)子菌落 輔助噬菌體（λ）→噬菌斑

高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)可通過雙重溶源實現(xiàn)：57溶源轉(zhuǎn)變(lysonenicconversion)

當(dāng)溫和噬菌體感染其宿主而使之發(fā)生溶源化時，因噬菌體的基因整合到宿主的基因組上，而使后者獲得了除免疫性以外的新性狀的現(xiàn)象。當(dāng)宿主喪失這一噬菌體時，通過溶源轉(zhuǎn)變而獲得的性狀也同時消失。溶源轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)導(dǎo)有本質(zhì)上的不同，首先是它的溫和噬菌體不攜帶任何供體菌的基因；其次，這種噬菌體是完整的，而不是缺陷的。溶源轉(zhuǎn)變的典型例子是不產(chǎn)毒素的白喉棒桿菌(Corynebacteriumdiphtheriae)菌株在被β噬菌體感染而發(fā)生溶源化時，會變成產(chǎn)白喉毒素的致病菌株。溶源轉(zhuǎn)變(lysonenicconversion)58接合conjugation

通過供體菌與受體菌間細胞直接接觸而傳遞大段DNA的過程。1946年，Lederberg和Tatum的E.colik12營養(yǎng)缺陷型株混合培養(yǎng)實驗中發(fā)現(xiàn)。E.colik12兩個突變株①Bio-Met-The+Leu+②Bio+Met+The-Leu-(生)（蛋）（蘇）（亮）兩種菌混合培養(yǎng)后，出現(xiàn)原養(yǎng)菌（Bio+Met+The+Leu+）可在基本培養(yǎng)基上生長。接合conjugation59細菌接合現(xiàn)象研究得最清楚的是大腸桿菌。大腸桿菌是有性別分化的。決定它們性別的因子稱為F因子(即致育因子或稱性質(zhì)粒)，呈超螺旋狀態(tài)，具有自主的與染色體進行同步復(fù)制和轉(zhuǎn)移到其他細胞中去的能力。也可插入(即整合)到染色體組上；它既可經(jīng)過接合作用而獲得，也可通過一些理化因素(如吖啶橙、Ni2+、Co2+、絲裂霉素C、硫酸十二酯鈉、亞硝基胍、利福平、溴化乙錠、環(huán)己亞胺和加熱等)的處理，而從細胞中消失。F因子的分子量為5×107。在大腸桿菌中，F(xiàn)因子的DNA含量約占總?cè)旧w含量的2%。細菌接合現(xiàn)象研究得最清楚的是大腸桿菌。大腸桿菌是有60F+菌株:含F(xiàn)質(zhì)粒，細胞表面產(chǎn)生性毛(sexpili)，與F-細胞接合形成2個F+細胞。F-菌株：無F質(zhì)粒，不產(chǎn)生性菌毛，可接受外來F質(zhì)粒。F+菌株:含F(xiàn)質(zhì)粒，細胞表面產(chǎn)生性毛(sexpili)，與61F因子的存在方式及其相互關(guān)系F因子的存在方式及其相互關(guān)系62細菌染色體質(zhì)粒質(zhì)粒轉(zhuǎn)移質(zhì)粒整合F質(zhì)粒的接合轉(zhuǎn)移F+xF-=2F+HfrxF-=Hfr+F-細菌染色體質(zhì)粒質(zhì)粒轉(zhuǎn)移質(zhì)粒整合F質(zhì)粒的接合轉(zhuǎn)移F+xF-=263Hfr菌株高頻重組菌株（highfrequencyrecombination）與F-接合后，重組頻率比F+高幾百倍。在Hfr細胞中，存在與染色體特定位點相整合的F因子(產(chǎn)生頻率約10-5)。當(dāng)它與F-菌株發(fā)生接合時，Hfr染色體在F因子處發(fā)生斷裂，由環(huán)狀變成線狀。整段線狀染色體轉(zhuǎn)移至F-細胞的全過程約需100min。在轉(zhuǎn)移時，由于斷裂發(fā)生在F因子中，所以必然要等Hfr的整條染色體組全部轉(zhuǎn)移完成后，F(xiàn)因子才能完全進入F-細胞。但轉(zhuǎn)移過程由于環(huán)境因素如震動等影響會使轉(zhuǎn)移中斷，所以越在前端的基因，進入的機會就越多，而在末端的F因子很難進入F-細胞中,故在HfrxF-中出現(xiàn)2個Hfr的機會很少。Hfr菌株64Hfr用于基因定位

Hfr用于基因定位

65F’菌株當(dāng)Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離其染色體時，可形成游離的攜帶一小段染色體基因的F因子，特稱F’因子。攜帶有F’因子的菌株，其性狀介于F+與Hfr之間，這就是初生F’菌株。初生F’菌株與F-菌株接合，可使后者轉(zhuǎn)變成F’菌株，這就是次生F’菌株，它既獲得了F因子，又獲得了來自初生F’菌株的若干遺傳性狀。以這種接合來傳遞供體菌基因的方式，稱為F因子轉(zhuǎn)導(dǎo)(F-duction)、性導(dǎo)(sexduction)

。在次生的F’群體中，大約有10%的F’因子重新整合到染色體組上，而恢復(fù)成Hfr菌。F’菌株66原生質(zhì)體融合

通過人工的方法，使遺傳性狀不同的兩細胞的原生質(zhì)體發(fā)生融合并產(chǎn)生重組體的過程稱為原生質(zhì)體融合（protoplastfusion）。微生物細胞融合的研究開始于1976年。其一般原理和主要過程是：先準(zhǔn)備兩個有選擇性遺傳標(biāo)記的突變株，在高滲溶液中，用適當(dāng)?shù)拿摫诿溉コ毎?，再將形成的原生質(zhì)體離心聚集，并加入促融合劑PEG(聚乙二醇)促進融合，然后在高滲溶液中稀釋，涂在能使其再生細胞壁或進行分裂的培養(yǎng)基上，待形成菌落后，通過影印接種法，將其接種到各種選擇性培養(yǎng)基上，最后鑒定它們是否是重組子。原生質(zhì)體融合67原生質(zhì)體融合操作過程原生質(zhì)體融合操作過程68

轉(zhuǎn)座遺傳因子:是一段位于染色體或質(zhì)粒上的特殊的DNA序列，廣泛存在真核生物和原核生物中。特點：可以從染色體的一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置，或者在質(zhì)粒與染色體之間相互轉(zhuǎn)移。

插入序列（IS因子）轉(zhuǎn)座子（又稱易位子，以Tn表示）：Ⅰ型：兩端為IS，抗性基因居中。如Tn5、Tn9、Tn10、Tn4001、Tn4003。Ⅱ型：兩端為IR(30~50bp)，中間為轉(zhuǎn)座基因和抗性基因。如Tn1、Tn3、Tn21、Tn1721、Tn551

轉(zhuǎn)座噬菌體轉(zhuǎn)座結(jié)果：引起受體菌DNA發(fā)生易位、倒位、重復(fù)和缺失導(dǎo)致基因重組。轉(zhuǎn)座因子轉(zhuǎn)座遺傳因子:是一段位于染色體或質(zhì)粒上的特殊的DN69真菌的基因重組

有性生殖真菌的基因重組70粗糙脈孢菌的子囊孢子在子囊中的排列有六種方式AAAAaaaaaaaaAAAAAAaaAAaaaaAAaaAAAAaaaaAAaaAAAAaa接合型基因座(A或a)與著絲粒之間未發(fā)生染色體交換接合型基因座(A或a)與著絲粒之間發(fā)生了染色體交換粗糙脈孢菌的子囊孢子在子囊中的排列有六種方式71粗糙脈孢菌的有性雜交粗糙脈孢菌的有性雜交72準(zhǔn)性生殖

準(zhǔn)性生殖是一種類似于有性生殖，但比它更為原始的一種生殖方式，它可使同種生物不同菌株的體細胞發(fā)生融合，不經(jīng)過減數(shù)分裂的方式而導(dǎo)致低頻率的基因重組并產(chǎn)生重組子。生殖：準(zhǔn)性生殖包括下面四個過程:①菌絲聯(lián)結(jié)②異核體形成③核配④體細胞交換和單倍體化四個階段。準(zhǔn)性生殖73在準(zhǔn)性生殖中,有絲分裂產(chǎn)生非整倍體核,非整倍體核在繼續(xù)分裂中丟失染色體,導(dǎo)致重組單倍體的發(fā)生在準(zhǔn)性生殖中,有絲分裂產(chǎn)生非整倍體核,非整倍體74在準(zhǔn)性生殖中,有絲分裂時雜合二倍體染色體的偶然交換會導(dǎo)致基因重組的發(fā)生

在準(zhǔn)性生殖中,有絲分裂時雜合二倍體染色體的偶然交換會導(dǎo)致基因75準(zhǔn)性生殖和有性生殖的比較

比較項目準(zhǔn)性生殖有性生殖參與接合的親本細胞形態(tài)相同的體細胞形態(tài)或生理上有分化的性細胞獨立生活的異核體階段有無接合后雙倍體的細胞形態(tài)與單倍體基本相同與單倍體明顯不同雙倍體變?yōu)閱伪扼w的途徑通過有絲分裂通過減數(shù)分裂接合發(fā)生的幾率偶然發(fā)現(xiàn)，幾率低正常出現(xiàn)，幾率高準(zhǔn)性生殖和有性生殖的比較比較項目76第四節(jié)基因工程

1、基因工程（geneengineering）是用人為方法將所需要的某一供體生物的遺傳物質(zhì)--DNA大分子提取出來，在離體條件下用適當(dāng)?shù)墓ぞ呙高M行切割后，把它與作為載體(vector)的DNA分子連接起來，然后與載體一起導(dǎo)入某一更易生長、繁殖的受體細胞中，以讓外源遺傳物質(zhì)在其中“安家落戶”，進行正常的復(fù)制和表達，從而獲得新物種的一種嶄新的育種技術(shù)。第四節(jié)基因工程1、基因工程（geneeng77基因工程的過程:①基因分離：②體外重組：外源DNA與載體連接③載體傳遞：導(dǎo)入受體，使外源DNA在受體中表達④復(fù)制、表達⑤篩選、繁殖：對重組后的大量重組子性狀進行篩選，從中選出所需性狀重組子，并使之穩(wěn)定繁殖?；蚬こ痰倪^程:78微生物遺傳變異和育種課件79微生物在基因工程中的作用：1、微生物作為克隆載體A、質(zhì)粒載體B、λ雙鏈?zhǔn)删wDNA載體

C、M13單鏈?zhǔn)删wDNA載體D、噬菌粒載體（噬菌體DNA與質(zhì)粒DNA重組而成）F、黏粒載體（又稱柯斯質(zhì)粒，由λDNA的cos區(qū)與質(zhì)粒DNA重組而成）G、酵母質(zhì)粒載體2、微生物生產(chǎn)基因工程工具酶（1）、限制性核酸內(nèi)切酶（2）、DNA連接酶3、微生物作為克隆載體的宿主（1）、原核生物宿主：大腸桿菌枯草芽孢桿菌（2）、真核生物宿主：釀酒酵母4、微生物作為表達載體。微生物在基因工程中的作用：80E.coli的pBR322質(zhì)粒是環(huán)狀雙鏈DNA分子，由4361bp組成，可插入5kb左右的外源DNA。E.coli的pBR322質(zhì)粒是環(huán)狀雙鏈DNA分子，由43681噬菌質(zhì)粒載體是由絲狀噬菌體和質(zhì)粒載體DNA融合而成，本身分子量小，僅3000bp,可克隆10kb的外源DNA噬菌質(zhì)粒載體是由絲狀噬菌體和質(zhì)粒載體DNA融合而成，本身分子82黏粒載體又稱柯斯質(zhì)粒，由λDNA的cos區(qū)（粘性末端）與質(zhì)粒DNA

重組而成，柯斯質(zhì)粒本身只有5-7kb,但它可克隆45kb的外源DNA黏粒載體又稱柯斯質(zhì)粒，由λDNA的cos區(qū)（粘性末端）與質(zhì)粒83酵母質(zhì)粒載體：酵母質(zhì)粒載體是利用酵母的2微米質(zhì)粒和其染色體組分與細菌質(zhì)粒pBR322構(gòu)建而成，能分別在細菌和酵母中復(fù)制，所以又稱穿梭載體。主要有以下三種酵母質(zhì)粒載體：酵母質(zhì)粒載體是利用酵母的2微米質(zhì)粒和其染色體組842、DNA的體外擴增

穆利斯發(fā)明了聚和酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（polymerasechainreaction,PCR），這是一種在體外快速擴增特定DNA序列的新技術(shù)。PCR擴增的條件：a、要有DNA摸板b、要有引物c、要有脫氧核苷三（dNTP）磷酸d、要有DNA聚合酶e、要有擴增緩沖液f、要有鈣離子2、DNA的體外擴增85變性：雙鏈DNA解鏈成為單鏈DNA退火：部分引物與模板的單鏈DNA的特定互補部位相配對和結(jié)合延伸：以目的基因為模板，合成互補的新DNA鏈PCR技術(shù)變性：雙鏈DNA解鏈PCR技術(shù)86每一輪聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可使目的基因片段增加一倍。30輪循環(huán)可獲得——230（1.07×109)個基因片段。每一輪聚合酶87四.3段DNA芯片本身是一種專門刻制和加工的僅2cm2左右大小的玻璃片，它被嵌在一小塊膠片上。芯片被分隔成許許多多的小格，每一小格大約只有一根頭發(fā)絲的一半那么細，小格上特別的交聯(lián)分子與一個由20個左右核苷酸的DNA探針相連。一般的芯片保持有400000個小格，更多的可達到1600000小格。每一格上的DNA探針都各不相同。在對DNA樣品分子檢測時，從細胞中提取的DNA樣品用一種或若干種限制性酶進行酶切，這些酶切片段被熒光染料標(biāo)記并熔解成為單鏈，然后它們被滴加到芯片上去與DNA探針雜交。凡是與芯片上的探針互補的酶切片段便牢固地結(jié)合在特定的小格中，而那些與芯片上各探針都不能互補的酶切片段就會被洗脫掉。接下來，用一種特制的激光共聚焦掃描器對芯片上小格和熒光進行掃描與解讀。解讀的信息被輸入計算機中，由專門的程序軟件進行分析，最終獲得被檢測樣品的序列信息。

3、基因芯片四.3、基因芯片88ABAB89第五節(jié)微生物的菌種保藏微生物個體微小，容易受環(huán)境條件的影響而產(chǎn)生變異，當(dāng)菌體發(fā)生負突變時，就是衰退的表現(xiàn)。為此在生產(chǎn)上需要對菌種經(jīng)常復(fù)壯，淘汰那些負突變體，保留生產(chǎn)能力強的原始個體。1．如何防止菌種衰退：

（1）控制傳代:將傳代控制在最低限度，因為傳代越多，出現(xiàn)負突變的機會就越多。

（2）選擇良好的培養(yǎng)基:良好的培養(yǎng)基也可防止菌種衰退,

如5406如培養(yǎng)在老苜蓿根培養(yǎng)基上就可以防止它的退化。

（3）利用孢子或者芽胞傳代:芽胞抗逆性強，出現(xiàn)變異機會比營養(yǎng)細胞少。

（4）采用有效的菌種保藏方法:一般來講冷凍干燥法保藏持菌種出現(xiàn)退化的現(xiàn)象較其它保藏法少一些。第五節(jié)微生物的菌種保藏微生物個體微小，容易受90采用純種分離法

A、稀釋法挑單菌落,然后進行生產(chǎn)性能測定。

B、挑單孢子培養(yǎng)。

3．菌種保藏（1）斜面?zhèn)鞔２?，定期傳代，防止死亡?）干燥法

A、沙土管法，保藏細菌芽胞可用此法

B、麩夫管法，保藏霉菌、放線菌孢子可用此方法（3）冷凍法

A、冷凍干燥法，適于多種微生物，特別是細菌

B、液N保鮮法（-196℃），適于不生孢子的絲狀真菌

C、-70℃低溫保藏，需超低溫冰箱。（4）懸液法將微生物細胞懸浮在水、甘油、蔗糖液、葡萄糖液、鹽水、磷酸緩沖液中，某些細菌、酵母用此法可保藏幾年至近十年。

2、菌種純化2、菌種純化91第七章微生物遺傳與變異與育種通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握：1、遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)2、基因突變的發(fā)生3、基因重組的原理和方法。4、基因工程的基本原理5、菌種保藏重點：細菌的基因重組難點：低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)，高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)，準(zhǔn)性生殖第七章微生物遺傳與變異與育種通過本章的學(xué)習(xí)，要求掌握：92微生物是理想的遺傳學(xué)研究材料：①物種及代謝類型的多樣性；②個體簡單，營養(yǎng)體多為單倍體，基因組??；③繁殖快，易于累積不同的最終代謝產(chǎn)物及中間代謝物；④菌落形態(tài)特征的可見性與多樣性；⑤環(huán)境條件對微生物群體中各個體作用的直接和均勻；⑥易變異、易得到營養(yǎng)缺陷型突變株；⑦一般都有相應(yīng)的噬菌體；⑧存在著處于進化進程中的多種原始方式的有性生殖類型等。微生物是理想的遺傳學(xué)研究材料：93基因組genome：一種生物的全套基因。表現(xiàn)型phenotype：生物可見的或可測定的性狀遺傳型genotype：決定生物表現(xiàn)型的遺傳因子同樣遺傳型的生物在不同外界條件下，會顯現(xiàn)不同表現(xiàn)型，但遺傳型并沒有改變，這種變異為非遺傳性變異，只能稱適應(yīng)或飾變(modification)；只有遺傳型改變，從而引起表型變化才稱為變異，它發(fā)生在基因水平上，可以遺傳給子代?；蚪Mgenome：一種生物的全套基因。94Serretiamarcescens在25℃下培養(yǎng)時，會產(chǎn)生一種深紅色的靈桿菌素，把菌落染成鮮紅色?？墒牵?dāng)培養(yǎng)在37℃下時，群體中所有細胞都不產(chǎn)色素。如果重新降溫至25℃，產(chǎn)色素能力又得到恢復(fù)。這就是一種飾變。Serretiamarcescens在25℃下培養(yǎng)時，會產(chǎn)95第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、證明DNA是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實驗①1928年，F(xiàn).Griffith；1944年O.T.Avery肺炎鏈球菌（Streptococcuspneumoniae）轉(zhuǎn)化試驗。②1952年，A.D.Hershy、M.Chase的噬菌體感染實驗。③1956年，H.Fraenkel-Conrat的TMV拆開和重建實驗。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、證明DNA是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典96Griffith的轉(zhuǎn)化實驗SRGriffith的轉(zhuǎn)化實驗SR97轉(zhuǎn)化因子本質(zhì)的闡明轉(zhuǎn)化因子本質(zhì)的闡明98Hershey-Chase的噬菌體實驗用35S和32P去分別標(biāo)記大腸桿菌，然后再用T2噬菌體感染，即可分別得到標(biāo)有35S和T2和32P的T2噬菌體。把標(biāo)記噬菌體與其宿主大腸桿菌混合，經(jīng)短時間(如10min)保溫后，使T2完成吸附和侵入過程。在組織搗碎器中劇烈攪拌，使吸附在菌體外表的T2蛋白外殼脫離細胞并均勻分布。進行離心沉淀，再分別測定沉淀物和上清液中的同位素標(biāo)記。Hershey-Chase的噬菌體實驗99微生物遺傳變異和育種課件100實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，幾乎全部的32P都和細菌一起出現(xiàn)在沉淀物中，而幾乎全部35S都在上清液中。這意味著噬菌體的蛋白外殼經(jīng)自然分離后仍留在細胞外部，只有核酸芯子才進入宿主體內(nèi)；同時，由于最終能釋放出一群具有與親代同樣蛋白外殼的完整的子代噬菌體，說明只有核酸才是其全部遺體信息的載體。后來通過電子顯微鏡的觀察也證實了這個論點。

實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，幾乎全部的32P都和細菌一起出現(xiàn)在沉淀物中，而101TMV重建實驗(TMV)(HRV)霍氏車前花葉病毒TMV重建實驗(TMV)(HRV)霍氏車前花葉病毒102DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)圖DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)圖103二、遺傳物質(zhì)在細胞中的存在1、真核生物染色體:DNA分子與組蛋白結(jié)合構(gòu)成染色體，每條染色體有單一線性雙鏈DNA分子。一個真核生物細胞內(nèi)有多條染色體（脈孢菌7條，人23條）。真核細胞核物質(zhì)外有核膜包圍，形成完整細胞核。線粒體:真菌線粒體基因組的大小介于動物和植物線粒體基因組之間。葉綠體：光合生物葉綠體中存在DNA。真菌的質(zhì)粒：酵母菌的質(zhì)粒存在細胞核中。絲狀真菌的質(zhì)粒存在線粒體中。二、遺傳物質(zhì)在細胞中的存在1042、原核生物染色體:染色體僅由一條DNA組成，DNA為共價閉合環(huán)狀雙鏈,DNA不與組蛋白結(jié)合，一個細胞內(nèi)只有一條染色體（單倍體haploid）。無核膜膜包圍，只在細胞中央形成核區(qū)。質(zhì)粒(plasmid):原核生物中，除染色體以外，還有能夠自主復(fù)制的共價閉合環(huán)狀DNA分子。它們攜帶少量遺傳基因，決定細胞的某些性狀，并非細菌生活必需。致育質(zhì)粒能自我復(fù)制(主要依賴宿主細胞的抗性質(zhì)粒復(fù)制酶體系)細菌素質(zhì)粒具不親和群性(不同質(zhì)粒可在同一)降解質(zhì)粒細胞內(nèi)共存)毒性質(zhì)粒穩(wěn)定的遺傳共生質(zhì)粒代謝型質(zhì)粒具有轉(zhuǎn)移性隱蔽質(zhì)粒(表型和功能未知的質(zhì)粒)質(zhì)粒的種類質(zhì)粒的特性2、原核生物質(zhì)粒的種類質(zhì)粒的特性105三、遺傳信息的傳遞和基因表達1、微生物的遺傳信息儲存在基因中基因geneDNA分子的一定區(qū)段，攜帶特定的遺傳信息，是具有自主復(fù)制能力的遺傳功能單位。遺傳信息通過DNA連上的核苷酸排列順序表現(xiàn)出來。遺傳學(xué)上每一基因都用3個小寫斜體英文字母表示，如lac表示乳糖基因。基因的表型也用與基因相同的3個字母表示，但不用斜體，且第一個字母要大寫，表示具有乳糖代謝特征的符號為Lac+，沒有乳糖代謝特征的符號為Lac-?；虻姆N類:結(jié)構(gòu)基因:決定多肽形成的堿基順序稱結(jié)構(gòu)基因。一個結(jié)構(gòu)基因表達后，產(chǎn)生一個多肽；即“一個基因一個酶”。調(diào)節(jié)基因：對結(jié)構(gòu)基因起調(diào)節(jié)控制作用的基因稱調(diào)節(jié)基因。

跳躍基因：可在DNA上轉(zhuǎn)移位置的基因稱跳躍基因。例如:插入序列（IS因子）

轉(zhuǎn)座子（Tn因子）

三、遺傳信息的傳遞和基因表達106

（1）、等位基因的存在與表達：

a.對抗性的：只有一個基因能夠表達,顯性基因表達真核生物b.非對抗性的：兩個顯性，兩個隱性。在原核細胞中:在完全單倍體原核細胞中，等位基因的概念是指決定某一性狀的基因在野生型菌株和突變型菌株中是否都存在。

基因表達2、基因的表達：基因表達2、基因的表達：107基因表達機制:遵守中心法則以DNA為模板，通過RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄出mRNA，然后將mRNA包含的堿基順序在核糖體中翻譯成相應(yīng)氨基酸序列的多肽。①轉(zhuǎn)錄（transcription）雙鏈DNA→單鏈，以其中一條為模板→互補mRNA②翻譯(translation)mRNA→多肽基因表達機制:遵守中心法則108

(2)、操縱子和操縱基因的表達：一個操縱子是一段DNA堿基順序，包括一個操縱基因和一個或幾個結(jié)構(gòu)基因。操縱子的模型是雅各布和莫諾1961年提出的，根據(jù)這一模型基因有結(jié)構(gòu)基因，調(diào)節(jié)基因，操縱基因和啟動基因之分，基因的活動受調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制，而這種控制又與環(huán)境因子有關(guān)，如乳糖操縱子，麥芽糖操縱子。

(2)、操縱子和操縱基因的表達：109乳糖操縱子沒有乳糖時，調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物與操縱基因結(jié)合，阻止結(jié)構(gòu)基因表達有乳糖時，乳糖與調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物結(jié)合，操縱基因啟動結(jié)構(gòu)基因表達DNA鏈乳糖操縱子沒有乳糖時，調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物與操縱基因結(jié)合，阻止結(jié)構(gòu)基110麥芽糖操縱子沒有麥芽糖時，調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物激活蛋白不與啟動子結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因不表達有麥芽糖時，麥芽糖與調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物激活蛋白結(jié)合，促進RNA聚合酶與啟動子結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因表達DNA鏈麥芽糖操縱子沒有麥芽糖時，調(diào)節(jié)基因產(chǎn)物激活蛋白不與啟動子結(jié)合111第二節(jié)基因突變和誘變育種1.突變：指DNA上的核苷酸順序發(fā)生了穩(wěn)定的，可遺傳的變化。

基因突變：DNA鏈上一對或少數(shù)幾對堿基發(fā)生改變而引起。

染色體畸變：DNA鏈的大片段損失。自發(fā)突變：在自然條件下發(fā)生的基因突變，細菌的自發(fā)突變頻率為10-5-10-7。誘發(fā)突變：利用物理化學(xué)因子處理微生物使其產(chǎn)生的突變?；貜?fù)突變：突變菌株發(fā)生突變，回復(fù)到出發(fā)菌株的狀態(tài)。突變包括突變分為第二節(jié)基因突變和誘變育種突變包括112突變機制：轉(zhuǎn)換：DNA上一個嘌呤被另一個嘌呤或者一個嘧啶被另一個嘧啶所替代顛換：DNA上一個嘌呤被一個嘧啶替代或者一個嘧啶被另一個嘌呤替代添加DNA分子中多了一個或幾個堿基，導(dǎo)致編碼

aa三聯(lián)密碼發(fā)生了改變，從而引起突變。缺失DNA分子中少了一個或幾個堿基引起突變。如：GGGAAAUUUAAACCC甘賴苯丙賴脯加一個堿基后就變成了：AGGGAAAUUUAAACCC

精谷異亮終止

添加：abc

X

defg

缺失：abcD

efg

畸變（染色體大損傷）重復(fù)：abc

abc

de（由X射線等的輻射烷移位：abcparde化劑，亞硝酸等引起）倒位：abcfedg

堿基置換移碼突變點突變誘發(fā)突變突變機制：堿基置換移碼突變點突變誘發(fā)突變113基因突變類型：1、營養(yǎng)缺陷型2、抗性突變型3、條件致死突變型4、形態(tài)突變型5、抗原突變型6、產(chǎn)量突變型

基因突變類型：114基因突變的特點：不對應(yīng)性自發(fā)性稀有性獨立性誘變性穩(wěn)定性可逆性正向突變(forwardmutation)回復(fù)突變(backmatation或reversemutation）基因突變的特點：115基因突變自發(fā)性和不對應(yīng)性的證明1、變量試驗：（FluctuationTest）：又稱波動試驗或彷徨試驗。1943年美國學(xué)者魯里亞（S、Luria）和德爾波留克（M、Delbrack）設(shè)計了此試驗。基因突變自發(fā)性和不對應(yīng)性的證明1、變量試驗：（Fluctua116微生物遺傳變異和育種課件1172.涂布實驗：（NewcombeExpetiment）1949年Newcombe設(shè)計了這一實驗：先在12只培養(yǎng)皿中涂以數(shù)目相等的大腸桿菌細胞，經(jīng)大約5小時培養(yǎng)，于是在平板上長出大量的微菌落，取其中6支直接噴上噬菌體，另6支先用滅菌玻璃棒均勻涂布一遍，然后再噴噬菌體，經(jīng)過夜培養(yǎng)計算兩組培養(yǎng)皿中抗性菌落數(shù)。（涂布可將抗性株涂開）。2.涂布實驗：（NewcombeExpetiment）19118微生物遺傳變異和育種課件1193.平板影印培養(yǎng)試驗（ReplicaPlating）1952年萊德伯格夫婦（V，Lederberg）設(shè)計的實驗：印章的做法是取一塊比培養(yǎng)皿略小的木塊，一端用絨布包起來，絨布上許多小纖維起到接種針的作用。在進行試驗時，先用培養(yǎng)液培養(yǎng)大腸桿菌，再將菌液涂布在固體培養(yǎng)基上，待長出菌落后，用影印法先在新鮮的固體培養(yǎng)基上打一個印，再在含鏈霉素的另一個培養(yǎng)皿上打一個印。在含鏈霉素的培養(yǎng)皿上長出來的是抗鏈霉素突變體菌落然后再在不含鏈霉素的培養(yǎng)基上找出相應(yīng)位置上的菌落，用含鏈霉素的培養(yǎng)基上找出相應(yīng)位置上的菌落，用含鏈霉素的培養(yǎng)基鑒別，發(fā)現(xiàn)也是抗鏈霉素突變體，由于兩者來源相同，說明是非鏈霉素誘變，而是自發(fā)的。3.平板影印培養(yǎng)試驗（ReplicaPlating）195120微生物遺傳變異和育種課件121微生物育種：1、自發(fā)突變育種生產(chǎn)育種定向培育：在某一特定條件下，長期培養(yǎng)某一微生物菌群，通過不斷轉(zhuǎn)接傳代以積累自發(fā)突變，并最終獲得優(yōu)良菌株的過程。如預(yù)防結(jié)核病的制劑－－卡介苗，經(jīng)歷了13年，牛型結(jié)核分支桿菌轉(zhuǎn)接230代。微生物育種：1222、誘變育種用物理（X-ray、UV等）化學(xué)（吖啶、亞硝酸、堿基類似物）因素誘變育種，獲得突變機率提高。2、誘變育種123艾姆氏試驗（Amestest）利用細菌營養(yǎng)缺陷型的回復(fù)突變來檢測環(huán)境或食品中的潛在三致物質(zhì)。艾姆氏試驗（Amestest）利用細菌營養(yǎng)缺陷型的回復(fù)突124誘變育種的基本原則挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株自發(fā)突變株、具有有利形狀、對誘變劑敏感敏感時期和合適對象的選擇選擇簡便有效地誘變劑選用最適劑量高效的初篩和復(fù)篩透明圈法、抑菌圈法、變色圈法、生長圈法等誘變育種的基本原則挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株125

突變體的篩選：

A、營養(yǎng)突變體的篩選:

完全培養(yǎng)基：基本培養(yǎng)基中加入了天然物質(zhì)（蛋白胨，酵母膏等），能滿足各種營養(yǎng)缺陷型M.生長的培養(yǎng)基。基本培養(yǎng)基：只含有野生型菌生長繁殖所必須養(yǎng)料的合成培養(yǎng)基叫基本培養(yǎng)基。

a、青霉素濃縮法：用基本培養(yǎng)基培養(yǎng)細菌，并在其中加入青霉素，由于青霉素只能抑制生長著的細菌，故只殺死在基本培養(yǎng)基中生長的野生型細菌，而營養(yǎng)缺陷型突變體因不能在基本培養(yǎng)基中生長，青霉素對它們不起作用而被保留下來。

b、菌絲過濾法：把霉菌和放線菌的孢子放在基本培養(yǎng)基里生長，這時只有野生型菌會萌發(fā)長出菌絲，而缺陷型孢子不會長成菌絲，通過過濾可除去野生型菌絲，而保留突變體孢子。突變體的篩選：126營養(yǎng)缺陷型的檢出點種法夾層培養(yǎng)法限量補充培養(yǎng)法(含00.1％以下蛋白胨的基本培養(yǎng)基)影印接種法營養(yǎng)缺陷型的檢出點種法127

B、抗性突變體的篩選:采用梯度培養(yǎng)法:

C、產(chǎn)量突變體的篩選:采用瓊脂塊培養(yǎng)法:B、抗性突變體的篩選:采用梯度培養(yǎng)法:128用梯度平板法篩選抗性突變體用梯度平板法篩選抗性突變體129

用瓊脂塊法篩選產(chǎn)量突變體微生物遺傳變異和育種課件130微生物遺傳變異和育種課件131DNA的損傷及其修復(fù)：

A、光復(fù)活修復(fù)：在光復(fù)活酶的作用下，將嘧啶二聚體內(nèi)的環(huán)丁酰環(huán)打開，使DNA恢復(fù)正常。

B、錯配修復(fù)：在DNA復(fù)制后清除錯誤配對的堿基。

C、無堿基修復(fù)：無堿基修復(fù)能夠恢復(fù)無堿基位置上的核苷酸，參與修復(fù)的酶是AP核酸內(nèi)切酶，該酶作用于DNA鏈上無堿基位置的糖基，留下的單鏈缺口被DNA聚合酶和連接酶修復(fù)。

D、核苷酸和堿基切除修復(fù)：首先由具有DNA識別活性的DNA內(nèi)切核酸酶識別突變的堿基，然后在突變堿基兩側(cè)固定數(shù)目的堿基處，將包含有突變堿基的核苷酸片段切除，再在DNA聚合酶的作用下，修補合成一段新的DNA。

E、復(fù)制后修復(fù)：在含有嘧啶二聚體或其他損傷的位置上，DNA仍然可以進行復(fù)制，但是在復(fù)制得到的子代中，其DNA鏈在損傷的對應(yīng)部位上會留下缺口。在細胞內(nèi)重組蛋白的作用下，可進行DNA分子間的重組，從原來完整的母鏈上，將相應(yīng)的堿基序列轉(zhuǎn)移到子鏈的空缺處。而母鏈中失去的部分再在DNA聚合酶的作用下，以其對應(yīng)子鏈為模板，合成單鏈DNA來填補。最后在連接酶的作用下，以磷酸二酯鍵連接新舊鏈，完成重組修復(fù)過程，即復(fù)制后修復(fù)。

F、SOS修復(fù):SOS修復(fù)由SOS調(diào)控完成，涉及復(fù)雜的基因表達網(wǎng)絡(luò)。DNA的損傷及其修復(fù)：132化學(xué)誘變亞硝酸引起DNA的堿基轉(zhuǎn)換化學(xué)誘變亞硝酸引起DNA的堿基轉(zhuǎn)換1335-BU尿嘧啶引起堿基的轉(zhuǎn)換5-BU尿嘧啶引起堿基的轉(zhuǎn)換134微生物遺傳變異和育種課件135第三節(jié)基因重組和雜交育種克隆clone

不經(jīng)過有性細胞的結(jié)合，由體細胞發(fā)育成新個體，即無性繁殖?；蛑亟Mgenerecombination

兩個不同來源的遺傳物質(zhì)進行交換，經(jīng)過基因的重新組合，形成新的基因型的過程。重組獲得的后代具有新的基因組合，表現(xiàn)出不同于親本的新性狀。轉(zhuǎn)化原核微生物的基因重組轉(zhuǎn)導(dǎo)接合原生質(zhì)體融合第三節(jié)基因重組和雜交育種136微生物遺傳變異和育種課件1371、轉(zhuǎn)化Transformation:

遺傳轉(zhuǎn)化是指同源或異源的DNA分子（質(zhì)粒DNA和染色體DNA）被自然或人工感受態(tài)細胞攝取，并得到表達的基因轉(zhuǎn)移過程。轉(zhuǎn)化后的受體菌稱為轉(zhuǎn)化子。被轉(zhuǎn)移的DNA稱為轉(zhuǎn)化因子。轉(zhuǎn)化的條件是：受體菌必須處于感受態(tài)才能接受轉(zhuǎn)化因子，感受態(tài)既可以是自然的，也可以是人工的。轉(zhuǎn)化因子通常是雙鏈DNA。

感受態(tài)：受體菌最容易接受外源DNA片段并實現(xiàn)轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)稱為感受態(tài)。轉(zhuǎn)化過程：①受體細胞處于感受態(tài)。②外源DNA與感受態(tài)細胞結(jié)合并被吸收。③外源DNA整合到受體菌中，成為受體菌染色體的一部分。轉(zhuǎn)染transfection:指用提純的病毒核酸去感染其宿主細胞可增殖出一群正常病毒后代的現(xiàn)象。1、轉(zhuǎn)化Transformation:138轉(zhuǎn)化示意圖轉(zhuǎn)139自然轉(zhuǎn)化原理