微生物遺傳學(xué)

四、原生質(zhì)體融合（protoplastfusion）1.定義：經(jīng)過人為方法，使遺傳性狀不一樣兩個(gè)細(xì)胞原生質(zhì)體進(jìn)行融合，以取得兼有雙親遺傳性狀穩(wěn)定重組子過程。

融合子（fusant）意義：打破了微生物種界界限，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)緣菌株基因重組?？墒惯z傳物質(zhì)傳遞更為完整、取得更多基因重組機(jī)會?？膳c其它育種方法相結(jié)合，如把常規(guī)誘變和原生質(zhì)體誘變所取得優(yōu)良性狀，組合到一個(gè)單株中。微生物遺傳學(xué)1/32

兩親本菌株選擇和遺傳標(biāo)識制作（選擇不一樣營養(yǎng)缺點(diǎn)型，

（A:[a+b-],B:[a-b+]）

對藥品抗性差異）

原生質(zhì)體制備（高滲條件）

原生質(zhì)體再生（測定再生率）

融合（PEG、離心沉淀、電脈沖等）

融合子檢出（直接檢出法和間接檢出法）

實(shí)用性菌株篩選2.操作過程：微生物遺傳學(xué)2/32五、微生物基因組結(jié)構(gòu)1.基因組（genome）：

指存在于細(xì)胞或病毒中一整套遺傳信息。（一個(gè)物種單倍體全部染色體及其所包含遺傳信息總稱）原核生物，多為單倍體（在普通情況下只有一條染色體）真核微生物，通常為雙倍體（多條染色體，啤酒酵母有16條染色體。）微生物遺傳學(xué)3/322.微生物與人類基因組計(jì)劃人類基因組計(jì)劃（HumanGenomeProject）1985年提出；1990年正式開始實(shí)施；2月，測序工作完成后基因組時(shí)代（PostgenomeEra

）微生物遺傳學(xué)4/32微生物基因組測序工作是在人類基因組計(jì)劃促進(jìn)下開始，最開始是作為模式生物，以后不停發(fā)展，已成為研究微生物學(xué)最有力伎倆。微生物遺傳學(xué)5/32被選擇進(jìn)行全基因組測序微生物：（1）人類基因組計(jì)劃中模式生物主要性a）技術(shù)上從低等入手，建立技術(shù)、積累經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過對基因組結(jié)構(gòu)相對簡單生物，尤其是微生物基因組測序，對大規(guī)模測序策略及技術(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)，積累經(jīng)驗(yàn)；b）理論上利用基因組在進(jìn)化上連續(xù)性進(jìn)行比較研究經(jīng)過對不一樣進(jìn)化程度基因組分析、比較揭示更多基本生物學(xué)信息。經(jīng)過研究較為簡單基因組而解回復(fù)雜人類基因組問題，微生物遺傳學(xué)6/32被選擇進(jìn)行全基因組測序微生物：（2）與人類生活關(guān)系親密微生物（1）人類基因組計(jì)劃中模式生物主要性醫(yī)療健康:主要致病菌工業(yè)生產(chǎn):工業(yè)生產(chǎn)菌農(nóng)業(yè)種植:植物病原菌（3）對說明生物學(xué)基本問題有價(jià)值微生物一些古生菌：如Methanococcusjannaschii(詹氏甲烷球菌)等，它們是微生物世界多樣性代表，它們序列比較有利于找出其進(jìn)化關(guān)系。微生物遺傳學(xué)7/323.微生物基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.1原核生物（細(xì)菌、古生菌）基因組（1）染色體為雙鏈環(huán)狀DNA分子（單倍體）；鏈環(huán)狀染色體在細(xì)胞中以緊密纏繞成較致密不規(guī)則小體形式存在于細(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)和少許RNA分子，使其壓縮成一個(gè)手腳架形致密結(jié)構(gòu)。例外：布氏疏螺旋體(Borreliaburgdorferi)染色體是線狀微生物遺傳學(xué)8/323.1原核生物（細(xì)菌、古生菌）基因組（1）染色體為雙鏈環(huán)狀DNA分子（單倍體）；（2）基因組上遺傳信息含有連續(xù)性；基因數(shù)基本靠近由它基因組大小所預(yù)計(jì)基因數(shù)微生物基因組DNA絕大部分用來編碼蛋白質(zhì)、RNA；用作為復(fù)制起點(diǎn)、開啟子、終止子和一些由調(diào)整蛋白識別和結(jié)合位點(diǎn)等信號序列。普通不含內(nèi)含子，遺傳信息是連續(xù)而不是中止。真核生物基因組一個(gè)主要特點(diǎn)就是含有內(nèi)含子個(gè)別細(xì)菌(鼠傷寒沙門氏菌和犬螺桿菌)和古生菌rRNA和tRNA基因中也發(fā)覺有內(nèi)含子或間插序列微生物遺傳學(xué)9/323.1原核生物（細(xì)菌、古生菌）基因組（1）染色體為雙鏈環(huán)狀DNA分子（單倍體）；（2）基因組上遺傳信息含有連續(xù)性；（3）功效相關(guān)結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)；（4）結(jié)構(gòu)基因單拷貝及rRNA基因多拷貝；（5）基因組重復(fù)序列少而短；古生菌基因組在結(jié)構(gòu)上類似于細(xì)菌。不過信息傳遞系統(tǒng)(復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯)則與細(xì)菌不一樣而類似于真核生物。操縱子（operon）：p195

功效相關(guān)幾個(gè)基因前后相連，再加上一個(gè)共同調(diào)整基因和一組共同控制位點(diǎn)（開啟子、操縱基因等）在基因轉(zhuǎn)錄時(shí)協(xié)同動(dòng)作。微生物遺傳學(xué)10/323.2真核微生物（啤酒酵母）基因組（1）經(jīng)典真核染色體結(jié)構(gòu)；（2）沒有顯著操縱子結(jié)構(gòu)；啤酒酵母基因組大小為13.5×106bp，分布在16條染色體中。（3）有間隔區(qū)（即非編碼區(qū)）和內(nèi)含子序列；（4）重復(fù)序列多；內(nèi)含子（intron）:真核細(xì)胞基因DNA中間插序列，這些序列被轉(zhuǎn)錄成RNA，但隨即被剪除而不翻譯。外顯子（exon）:

真核細(xì)胞基因DNA中編碼序列，這些序列可被轉(zhuǎn)錄為RNA并進(jìn)而翻譯為蛋白質(zhì)。微生物遺傳學(xué)11/324.基因組測序方法全基因組鳥槍測序步驟：用超聲波將基因組隨機(jī)打斷成相當(dāng)小片段，這些片段與質(zhì)粒載體結(jié)合，產(chǎn)生質(zhì)?？寺∥膸臁Ｖ苽淇寺『吞峒僁NA，然后進(jìn)行測序。用專門計(jì)算機(jī)程序?qū)⒁褱y序DNA片段經(jīng)過片段之間核苷酸序列重合比較，可裝配成比較長DNA序列。重合大片段按適當(dāng)次序排隊(duì)，得到完整DNA序列。微生物遺傳學(xué)12/32DNA自動(dòng)測序結(jié)果注：DNA自動(dòng)測序是對Sanger方法改進(jìn)：(1)用不一樣顏色熒光標(biāo)識ddNTP；(2)4種反應(yīng)混合進(jìn)行，并一塊進(jìn)行電泳；(3)對凝膠上含有不一樣顏色熒光帶(a)進(jìn)行掃描，可快速確定待測DNA序列(b)。微生物遺傳學(xué)13/325.基因組序列注釋和意義基因組序列注釋目標(biāo)是確定特定基因在基因組圖譜中位置。另外，還能提供一些關(guān)于轉(zhuǎn)座因子、操縱子、重復(fù)序列及其它基因組特征一些信息。流感嗜血菌基因組測序結(jié)果和注釋見下列圖。外同心圈用不一樣顏色代表不一樣功效編碼區(qū)(比如，氨基酸生物合成、能量代謝、復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯及調(diào)整功效等)；外圈周圍顯示NatI、RsrII、SamI等限制性酶切位點(diǎn)；從外數(shù)第二圈顯示高G+C含量和高A+T含量區(qū)域；第三圈顯示由噬菌體克隆所包含片段；第四圈顯示rRNA操縱子、tRNA和類似Mu原噬菌體；第五圈顯示簡單串聯(lián)重復(fù)序列和可能復(fù)制起點(diǎn)和潛在終止序列。

微生物遺傳學(xué)14/32微生物遺傳學(xué)15/32第七節(jié)真核微生物基因重組微生物遺傳學(xué)16/32真核生物基因重組方式主要有以下四種：

（1）有性雜交（2）準(zhǔn)性雜交

（3）原生質(zhì)體融合（4）轉(zhuǎn)化微生物遺傳學(xué)17/32一

、有性雜交（sexualhybridization）

1.定義：不一樣遺傳型兩性細(xì)胞間發(fā)生接合和隨之進(jìn)行染色體重組，進(jìn)而產(chǎn)生新遺傳型后代一個(gè)育種技術(shù)。凡能產(chǎn)有性孢子酵母菌、霉菌和蕈（Xun）菌，標(biāo)準(zhǔn)上都能應(yīng)用與高等動(dòng)、植物雜交育種相同有性雜交方法進(jìn)行育種。微生物遺傳學(xué)18/322.酵母菌接合型遺傳單倍體能夠是α或a兩種接合型其中之一，一個(gè)單倍體酵母細(xì)胞是α型還是a型是由其本身遺傳特征所決定，是一個(gè)穩(wěn)定遺傳特征。一個(gè)接合型單倍體細(xì)胞有時(shí)會發(fā)生轉(zhuǎn)變，即由α型變成a型或再回到α型。微生物遺傳學(xué)19/323.釀酒酵母有性雜交育種程序：兩親本菌株選擇單倍體細(xì)胞分離與驗(yàn)證單倍體細(xì)胞遺傳標(biāo)識制作雜交雜合子檢出優(yōu)良性狀個(gè)體篩選與性能測試微生物遺傳學(xué)20/32二、準(zhǔn)性雜交/生殖（parasexualhybridization

/reproduction）1.定義：同種生物兩個(gè)不一樣菌株體細(xì)胞（即帶有不一樣遺傳性狀兩個(gè)單倍體細(xì)胞或菌絲）經(jīng)融合后，不經(jīng)減數(shù)分裂而造成低頻率基因重組并產(chǎn)生重組子生殖方式。

準(zhǔn)性生殖是絲狀真菌，尤其是不產(chǎn)生有性孢子絲狀真菌（半知菌亞門真菌）特有遺傳現(xiàn)象。微生物遺傳學(xué)21/322.過程：

1）菌絲聯(lián)結(jié)；

2）異核體形成；（同時(shí)含有一個(gè)以上不一樣遺傳型細(xì)胞核細(xì)胞）

3）核融合和雜合二倍體形成；（細(xì)胞核中含有2個(gè)不一樣起源染色體組菌體細(xì)胞。發(fā)生機(jī)會為百萬分之一。）4）單倍體化

（雜合二倍體極不穩(wěn)定，在其有絲分裂過程中，有極少數(shù)細(xì)胞，其同源染色體兩條染色單體之間發(fā)生交換，在體細(xì)胞分裂時(shí)，產(chǎn)生1個(gè)或1個(gè)以上標(biāo)識純合現(xiàn)象，從而形成新性狀單倍體雜合子。其單元化不是一次有絲分裂結(jié)果，而要經(jīng)過若干次有絲分裂過程，每次分裂都有可能從二倍體核中失去部分染色體，最終才回復(fù)成單倍體核。）微生物遺傳學(xué)22/323.有性生殖與準(zhǔn)性生殖比較比較項(xiàng)目準(zhǔn)性生殖有性生殖參加接合親本細(xì)胞形態(tài)相同體細(xì)胞形態(tài)或生理上有分化性細(xì)胞獨(dú)立生活異核體階段有無接合后雙倍體細(xì)胞形態(tài)與單倍體基本相同與單倍體顯著不一樣雙倍體變?yōu)閱伪扼w路徑經(jīng)過有絲分裂經(jīng)過減數(shù)分裂接合發(fā)生幾率偶然發(fā)生，幾率低正常出現(xiàn)，幾率低微生物遺傳學(xué)23/32三、酵母菌線粒體遺傳線粒體內(nèi)含1個(gè)DNA片段（核外遺傳系統(tǒng)，為線粒體行使功效所需rRNA、tRNA及一些酶如細(xì)胞色素、ATP合成酶編碼），是一個(gè)細(xì)胞質(zhì)遺傳，也稱非孟德爾遺傳。酵母菌中經(jīng)典細(xì)胞質(zhì)遺傳現(xiàn)象是小菌落突變型遺傳：在培養(yǎng)酵母群體中，常有1%~2%細(xì)胞自發(fā)出現(xiàn)小菌落表型“小菌落”（呼吸缺點(diǎn)型菌落）：

酵母菌因?yàn)榫€粒體DNA嚴(yán)重缺損或大部分丟失，缺失細(xì)胞色素a、b及細(xì)胞色素c氧化酶，即使在通氣條件下，細(xì)胞生長也很遲緩，在葡萄糖培養(yǎng)基上只能形成小菌落。功效：細(xì)胞呼吸作用場所，為生命活動(dòng)提供ATP。

真核生物“動(dòng)力車間”。微生物遺傳學(xué)24/32中性小菌落(ρ0)：ρ+×ρ0：野生型:小菌落=4:0抑制性小菌落(ρ-)：ρ+×ρ-：野生型:小菌落=0:4分離型小菌落：野生型:小菌落=2:2

小菌落突變株三種類型：野生型mtDNA：(ρ+)；

中性小菌落(neutralpetite)

(ρ0)：mtDNA全部喪失

抑制性小菌落(suppressivepetite)

(ρ-)：mtDNA部分缺失突變分離型小菌落(segregationalpetite)：染色體基因突變判別方法：微生物遺傳學(xué)25/32基因工程定義：利用PCR擴(kuò)增技術(shù)或在體外從某種生物基因組中分離感興趣