第七微生物的遗传与变异.ppt

第七章 微生物的遗传变异与育种p188，(6学时),基本概念,遗传型(genotype): 表型(phenotype):,遗传型 （可能性）,+ 环境条件,表型 （现实性）,基本概念,什么叫变异(variation) ？,粘质沙雷氏菌：在25下培养，产生深红色的灵杆菌素；在37下培养，不产生色素；如果重新将温度降到25，又恢复产色素的能力。,饰变（modification）：指不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的表型变化。 不稳定的，不可遗传的； 几乎整个群体中的每一个个体都发生同样的变化； 性状变化的幅度小；。,遗传和变异的生物学意义,相互依存，二者均不可缺少 通过变异，导致新性状的产生 通过遗传，产生的新性状才能稳定，物种才能进化,对微生物遗传变异规律的深入研究，有助于研究和了解生物的生命活动规律。 对微生物遗传变异规律的深入研究可为微生物育种工作提供丰富的理论基础。,研究微生物遗传变异规律的意义,本章安排,第一节 遗传变异的物质基础 第二节 基因突变和诱变育种 第三节 基因重组和杂交育种 第四节 基因工程 第五节 菌种保藏,第一节 遗传变异的物质基础,一、证明核酸 (DNA or RNA)是遗传物质的三个经典实验 肺炎双球菌(Diplococcus pneumoniae) 的转化实验（1928-1944年） 噬菌体的感染实验（1953年） 烟草花叶病毒（TMV）的染色体重建实验（1956年）,实验材料：肺炎双球菌,S型(S型)：,具荚膜,光滑（Smooth)型菌落，有致病性；,不具荚膜，粗糙（Rough)型菌落，无致病性；,R 型(R 型: S 突变),1.肺炎双球菌 (Diplococcus pneumoniae) 的转化实验,（1）动物转化实验 （2）细菌培养实验 （3）S型菌的无细胞抽提液试验 （4）S菌中各组分的转化实验,1. 肺炎双球菌 (Diplococcus pneumoniae) 的转化实验（19281944）,活S 菌,注射,活R菌,注射,死S 菌,注射,死S 菌活R 菌,注射,抽心血分离,活S 菌+活R 菌,（1）动物转化实验(griffith,1928),S 菌,培养,动物转化实验结论,S 菌中的某种物质通过一定的方式转化到活的R菌中，使R 菌具有了稳定地产生荚膜的遗传性状。,（2）细菌体外培养实验,（3）S型菌的无细胞抽提液试验,以上实验说明：加热杀死的S型细菌细胞内可能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入R型细胞并使RII型细胞获得稳定的遗传性状，转变为S型细胞。,热死S菌不生长 活 R 菌长出R菌 热死S菌长出大量R菌和10-6S菌,活R菌+S菌无细胞抽提液长出大量R菌和少量S菌,+活R菌,平皿培养,平皿培养,4. S菌中各组分的转化实验(1944,Avery等）,死 S 菌,抽提,荚膜多糖,分别与活的R菌共培养,脂类,RNA,DNA+DNA酶以外的酶,DNA+ DNA酶,DNA,蛋白质,结论：DNA是遗传物质,R菌 R菌 R菌 R菌 S菌R菌,DNA,R菌 S菌R菌,2. 噬菌体感染实验,A. D. Hershey和M. Chase， 1952年,（1）含32P-DNA的一组：,上清液中含 15%放射性,沉淀中含 85%放射性,沉淀中含 25%放射性,以32S标记蛋白质外壳做噬菌体感染实验,（2）含35S-蛋白质的一组：放射性75%在上清液中,上清液中含 75%放射性,（三）植物病毒的拆开和重建实验 H. Fraenkel-Conrat（1956）,（1）TMV的拆开实验,苯酚,感染烟草,病斑烟叶,正常烟叶,HRV,HRV MTV,MTV,病毒的拆开和重建实验,二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式,真核微生物 原核微生物 核区：核基因组 核外遗传物质 质粒,三、原核生物的质粒,质粒( plasmid ) ：是一类小型核外双螺旋DNA分子，能独立于细胞核进行自主复制。,（一）质粒(plasmid)的性质,1.形状：共价闭合环状（少数线状），具超螺旋结构；（circular covalently closed DNA,cccDNA) 2.大小：约为1kb300kb，数个到数十个甚至上百个基因。 3.质粒的存在形式 -游离态 -附加体：整合到核基因组上,4. 质粒的功能：多样化，正常生长非必须的，但赋予细菌某些性状特征 5.质粒具有自我复制的能力 6.可以自我转移,（一）质粒(plasmid)的性质,质粒可成为基因工程的载体,（二）质粒的类型,按照拷贝数 低拷贝数质粒或严谨型质粒， 高拷贝数质粒或松弛型质粒 按照宿主范围 窄宿主范围质粒 广宿主范围质粒 按照编码的功能,质粒的类型,1) 致育质粒（ F因子）：与细菌有性生殖有关 2) 抗性质粒（R因子）： 与细菌对抗菌药物或重金属盐类抗性有关 3) 细菌素质粒 （ Col因子）： 产生细菌素 4) 毒力质粒（Vi质粒）： 编码与该菌致病性有关的毒力因子 5) 降解性质粒：编码降解有毒物质酶的质粒 6）Ti质粒：诱癌质粒，合成冠瘿碱类 7）Ri质粒：诱发植物产生毛状根 8）巨大质粒（mega质粒） 9) 酵母的2质粒,（三）质粒的分离制备和鉴定,制备：包括增殖、裂解细胞、分离质粒与染色体和蛋白质等成分、去除RNA和蛋白质等步骤。 鉴定：电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶切图谱等方法,第二节 基因突变与育种,突变（mutation）：遗传物质突然发生可遗传的变化。 染色体畸变（chromosomal aberration) 基因突变（gene mutation）：由于一对或少数几对碱基的缺失、插入或置换而导致的遗传变化，又称点突变（point mutation）。,第七章 微生物的遗传变异与育种,突变体（mutant）：发生了突变的微生物细胞或菌株 野生型（wild type）：从自然界分离到的任何微生物在其发生突变前的原始菌株,一、基因突变的类型,1、碱基变化与遗传信息的改变 同义突变（same-sense mutation） 错义突变（mis-sense mutation） 无义突变（nonsense mutation） 移码突变（frameshift mutation）,碱基变化与遗传信息的改变,原序列：5- AUG CCU UCA AGA UGU GGG CAA-3 多肽 Met Pro Ser Arg Cys Gly Gln 5- AUG CCU UCA AGA UGU GGA CAA-3 多肽 Met Pro Ser Arg Cys Gly Gln 5- AUG CCU UCA GGA UGU GGG CAA-3 多肽 Met Pro Ser Gly Cys Gly Gln 5 -AUG CCU UCA AGA UGA GGG CAA-3 多肽 Met Pro Ser Arg Stop Gly Gln 5-AUG CCU UCA AG UGU GGG CAA-3 5-AUG CCU UCA AGU GUG GGC AA-3 多肽 Met Pro Ser Ser Val Gly etc,同义突变,错义突变,无义突变,移码突变,2、表型变化,营养缺陷型一种缺乏合成其生存所必须的营养物的突变型,必须从周围环境或培养基中获得这些营养物 或其前体才能生长. 抗性突变型因突变而产生了对某种化学药物或致死物理因子的抗性的突变类型。 条件致死突变型突变后在某种条件下可正常生长繁殖，而在另一条件下却无法生长繁殖的突变型 形态突变型大小、形态、产孢能力、孢子多少和颜色、菌落特征等 抗原突变型因突变而引起的抗原结构发生改变 产量突变型增加或减少 毒力变异毒力增强、毒力减弱,二、基因突变的特点,不对应性：突变的性状与突变原因之间无直接的对应关系。 自发性：突变可以在没有人为诱变因素处理下自发地产生。 稀有性：突变率低且稳定。 独立性：各种突变独立发生，不会互相影响。 可诱发性：诱变剂可提高突变率。 稳定性：变异性状稳定可遗传。 可逆性：,正向突变：从原始的野生型基因到变异株的突变 回复突变：从突变株回到野生型的过程,突变率,突变率：每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率。 突变率也可以用每一单位群体在每一世代中产生突变株（mutant，即突变型）的数目来表示。 突变率=突变细胞数/分裂前群体细胞数,若干细菌某一性状的自发突变率,菌 名 突变性状 突变率 E. coli 抗T1噬菌体 3 108 E. coli 抗T3噬菌体 1 107 E. coli 不发酵乳糖 1 1010 E. coli 抗紫外线 1 105 Staphylococcus aureus 抗青霉素 1 107 S. aureus 抗链霉素 1 109 Salmonella typhi 抗25g/L链霉素 1 106 Bacillus megaterium 抗异烟肼 5 10,微生物细胞在紫外线下照射，出现抗紫外线的菌株； 敏感细菌与噬菌体混合培养，涂布平板，出现抗噬菌体的菌落； 细菌细胞在含有某种药物的环境下生长，出现了抗药性菌株,如何解释这些现象？,三、基因突变的自发性和 不对应性的证明,1. 变量试验 2. 涂布试验 3. 平板影印培养试验,变量试验： （波动试验或彷徨试验）,1943年，Luria 和M. Delbrck 根据统计学原理，设计了的实验。,四、基因突变的分子基础,自发突变 诱发突变,1、自发突变的分子机制,碱基的互变异构 DNA的复制错误：包括脱嘌呤、脱嘧啶 环出效应 微生物自身产生的诱变物质：生物碱、重氮丝氨酸、转座因子等 环境对微生物的诱变作用,环出效应：,2、诱发突变的分子机制,诱变剂的种类 物理诱变剂 化学诱变剂 生物诱变剂,1、化学诱变剂,直接引起突变的诱变剂：亚硝酸、羟胺和烷化剂等 间接引起突变的诱变剂：碱基类似物 移码突变剂,直接引起突变的诱变剂：亚硝酸,5-Bu与T,碱基类似物,酮式,烯醇式（频率高）,酮式,酮式,2-NH2-A与A,常用的诱变剂-碱基类似物,移码突变剂,这类化合物都是平面型的三环分子，它们的结构与一个嘌呤嘧啶对十分相似。溴化乙啶,移码突变剂,Ames test检测化学诱变剂,Ames test的基本依据是什么？,“生物化学统一性”法则：,人和细菌在DNA的结构及特性方面是一致的，能使微生物发生突变的诱变剂必然也会作用于人的DNA，使其发生突变，最后造成癌变或其他不良的后果,诱变剂与致癌物质Ames试验,所有生物的DNA在结构及特性上具有一致性,让细菌代人受过！,证明Ames试验重要性的应用实例：,国外曾开发了一种降低妇女妊娠反应的药物“反应停”，由于其 药效显著，在60-70年代十分流行， 但随后人们就发现畸形儿的出生率明显增高，而且生产畸形儿的 妇女大多曾服用“反应停”，后来采用Ames试验发现这种物质的确 具有很强的致突变作用，因此这种药物被禁止使用 但如果能在这种药物上市之前就进行Ames试验检测，那么这种大 量出生畸形儿的悲剧完全可以避免。,物理诱变剂,非电离辐射诱变剂 电离辐射诱变剂,非电离辐射-紫外线,1、紫外线的诱变机制 DNA与蛋白质的交联 胞嘧啶与尿嘧啶的水合作用 DNA链的断裂 形成胸腺嘧啶二聚体,光复活作用,对照：8106个/ml 100个/ml 试验：8106个/ml 2106个/ml,U.V.,可见光，30分,U.V.,光复活作用：经紫外线照射后的微生物立即暴露于可见光下时，可明显降低其死亡率的现象。 E.coli的实验中：,由于一般的微生物中都存在着光复活作用，所以进行紫外线诱变育种时，只能在红光下照射及处理照射后的菌液。,生物诱变剂,噬菌体 转座因子 基因诱变剂,突变与育种,自发突变与育种 从生产中选育 定向培育优良菌株 诱变育种,诱变育种的应用,提高有效产物的产量 改善菌种的特性 开发新品种,提高产品的质量如产品纯度、有效组分的比例 简化工艺，缩短生产周期,2U,600U,7000U,60000U,是用物理或化学的诱变剂使诱变对象内的遗传物质（DNA）的分子结构发生改变，引起性状变异并通过筛选获得符合要求的变异菌株的一种育种方法。,诱变育种具有极其重要的实践意义。当前发酵工业和其他微生物生产部门所使用的高产菌株，几乎毫无例外地都是通过诱变育种而明显提高其生产性能的。,诱变育种,诱变育种的基本步骤,出发菌株,出发菌株的纯化,单孢子或单细胞悬液的制备,诱变处理,突变株的分离和筛选,诱变育种中的几个原则,选择简便有效的诱变剂 挑选优良的出发菌株 处理单孢子或单细胞悬液 选用合适的诱变剂量 充分利用复合处理的协同效应 设计高效筛选方案,选择合适的诱变剂,根据菌种的特性和遗传稳定性来选择诱变剂 遗传性能稳定的菌株突变谱广，诱变效率高、强诱变剂 遗传性能不稳定的菌株温和诱变剂 参考出发菌株原有的诱变谱系来确定诱变剂 在选用理化因子作诱变剂时，在同样效果下，应选用最方便的因素；而在同样方便的情况下，则应选择最高效的因素。在物理诱变剂中，尤以紫外线为最方便，而在化学诱变剂中，一般可选用诱变效果最为显著的“超诱变剂”，如NTG。,出发菌株的选择,出发菌株应具备： 具有特定生产性状的能力或潜力； 每次诱变或均有一些表型改变的菌株 有其他一些优良性状： 出发菌株的来源： 自然界直接分离到的野生型菌株 历经生产考验的菌株 已经历多次育种处理的菌株,要求： 菌体处于对数生长期 细胞分散且为单细胞（单孢子） 方法： 玻璃珠打散10-15min; 加.3%吐温80（表面活性剂） 用无菌脱脂棉过滤。 制备： 物理诱变剂生理盐水（0.85%NaCl) 化学诱变剂缓冲液 浓度： 细菌、放线菌 108个/ml 霉菌、酵母菌 106个/ml,制备单细胞（单孢子）悬液,确定合适的诱变剂量,诱变剂剂量： 一般指强度与作用时间的乘积。各种诱变剂有不同的剂量表示方式，如化学诱变剂以一定温度下诱变剂的浓度和处理时间来表示。在育种实践中，常以杀菌率来作诱变剂的相对剂量。 诱变剂的合适剂量： 凡在提高诱变率的基础上，能扩大变异幅度，促使变异移向正变范围的剂量，就是合适的剂量。,确定合适的诱变剂量,在一定的剂量范围内，突变率往往随剂量的增高而提高，但正变较多出现在偏低的剂量中，而负变则较多出现在偏高的剂量中；。 因此，在诱变育种工作中，目前大家比较倾向于采用较低的剂量（致死率在7080%） 剂量-存活率曲线,土霉素高产菌株紫外线照射剂量与变异的关系,5、诱变处理方式,单因子处理 复合因子处理 两种因子同时处理 不同诱变剂交替处理：先弱后强 同一诱变剂连续重复使用 紫外线-光复活交替处理,复合因子处理效果优于单因子处理,10-1,10-2,10-2,10-2,突变株的分离和筛选,初筛：删去明确不符合要求的大部分菌株，把生产性状类似的菌株尽量保留下来，使优良性状的菌株不至于漏网；因此，初筛工作以量为主，测定的精确性还在其次；初筛手段应尽可能快速、简单。 复筛：确认符合要求的菌株；复筛以质为主，应精确测定每个菌株的生产指标。,根据菌落形态变异进行平板菌落预筛,赤霉素生产菌：红色色素由暗变红，产量下降 红霉素生产菌：产生色素的-低产菌株 不产孢子：淘汰 高产菌株经一次诱变形态发生巨大改变：淘汰,根据平板菌落的生化反应进行平板菌落预筛,透明圈法： 胞外水解酶高产菌株 淀粉酶：淀粉培养基，加I-KI显色 核酸酶：3%的酵母RNA,0.1EDTA， 蛋白酶：酪蛋白培养基 产有机酸的微生物：碳酸钙培养基,变色圈,果胶酶：0.2%为唯一碳源的培养基，培养后加指示剂0.2%刚果红染色4h，红色变色圈 谷氨酸产生菌：溴百里酚蓝：pH6.2，黄色；pH7.6，兰色； 脂肪酶： 吐温培养基，尼罗蓝为指示剂 大豆油培养基，维多利亚蓝指示剂 乙醇产生菌：含盐的琼脂（兰色），淡白色的圈,生长圈,分离筛选氨基酸、核苷酸和维生素高产菌株 配制基本培养基与相应的营养缺陷型菌株（指示菌）混匀 涂布待检菌悬液 菌周围形成混浊的生长圈,抑 菌 圈,诱变育种实例：营养缺陷型突变株的选育,作为菌株的遗传标记：进行基因工程、诱变育种； 研究代谢过程时用作亲本标记； 作为aa、维生素、碱基的测定菌株； 营养缺陷型菌株可以大量积累某种目的产物，是最重要的氨基酸、核苷酸等生产菌种。,与筛选营养缺陷型突变株有关的三类培养基,基本培养基（MM）-：凡是能满足野生型菌株营养要求的最低成分的合成培养基。 完全培养基（CM）+：满足一切营养缺陷型菌株生长的天然或半合成培养基。 补充培养基（SM）x：在MM中有针对性地加入一或几种营养成分以满足相应营养缺陷型菌株生长的合成培养基。,营养缺陷型选育的步骤及方法,营养缺陷型的鉴定,诱变处理,营养缺陷型的浓缩,营养缺陷型的检出,缺陷型的浓缩：,抗生素法 方法： 原理：,CM培养2-3代， 离心洗涤,无N的MM培养4-6h,含青霉素的MM培养,诱变后菌液,CM,适用于： 丝状微生物 原理：,菌丝过滤法,缺陷型的浓缩：,方法：将菌在MM基培养一段时间后加热到80度左右，维持一定时间 适用于： 原理：,高温杀菌法,缺陷型的浓缩：,逐个检出法：,缺陷型的检出：,影印平板培养法,注意：防止菌落扩散 改进方法： 适应范围：,夹层培养法（延迟补给法）,缺陷型的浓缩：,营养缺陷型的鉴定,生长谱法,第三节 微生物基因重组与杂交育种,基因重组：把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，经过遗传分子间的重新组合，形成新遗传型个体的方式，称为基因重组（gene recombination）或遗传重组。 作用：重组可使生物体在未发生突变的情况下，也能产生新遗传型的个体。,基因重组的实践意义,扩大变异的范围，获得性状更为优良的菌株 可以消除某一菌株在经过长期诱变处理后所出现产量上升缓慢、孢子减少等其他负变性状。 由于杂交育种选用了已知性状的供体菌和受体菌作为亲本，因此，不论在方向性还是自觉性方面，均比诱变育种前进了一大步。,甲 生长快、产量低,乙 生长慢、产量高,基因重组,如：,生长快、产量高,细胞融合或联结,性细胞融合或联结：有性生殖（真菌） 体细胞融合或联结：准性生殖（真菌）,细胞间暂时沟通：细菌的接合,细胞间不接触,受体细胞直接吸收游离DNA片段：细菌的转化 噬菌体介导：细菌的转导,由噬菌体提供遗传物质：转染和溶源转变,微生物基因重组的几种方式,细菌的基因转移和重组,接合（conjugation） 转化（transformation） 转导（transduction）,一、转化（transformation）,转化：受体菌直接吸收来自供体菌的DNA片段而获得部分新的遗传性状的现象，称为转化。,受体菌,供体菌,转化因子,重组子或转化子,1、两菌株的亲缘关系应接近 两个菌种或菌株之间能否发生转化，与它们在进化过程中的亲缘关系有着密切的关系。但即使在转化率极高的菌种中，其不同菌株间也不一定都能发生转化。,（一）、转化发生的条件,2、受体细胞要处于感受态. 感受态：competence，受体细胞能从环境吸取外源DNA片段并实现其转化的一种生理状态 感受态出现： 感受态出菌种遗传特性、培养时间（菌龄）、外界条件如Ca2+,cAMP),（一）转化发生的条件,DNA结合蛋白,小分子蛋白质（感受态因子），与细胞表面受体M相互作用，诱导感受态特异蛋白质表达，如自溶素，使细胞表面的DNA结合蛋白和核酸酶裸露出来。,3、转化因子： 一般的转化因子都是线状双链DNA；也有少数报道认为线状单链DNA也有转化作用。 大小：每一转化DNA片段的分子量都小于1107，即约占细菌核染色体组的0.3%，其上平均约含15个基因。 浓度： 大于110-5 ug/ml,（一）、转化发生的条件,（二）、吸收数量与转化频率,吸收数量：每个感受态细胞约可掺入10个转化因子。 转化频率：一般只有0.11%，最高时亦达20%左右。据研究，呈质粒形式（双链闭合环状）的转化因子，其转化频率最高（因为它进入受体菌中后，可不必与受体染色体进行交换、整合即可进行复制和表达）,（三）转化的基本过程,1、感受态细胞的建立 2、DNA的结合和摄取 3、转化因子与染色体的重组,（四）转化的类型：,根据感受态建立的方式，可以分为： 自然遗传转化 -目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力 人工转化,人工转化基因工程的基础,人工转化是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNA的能力，或人工地将DNA导入细胞内。 方法： CaCl2处理细胞，使其成为能摄取外源DNA的感受态状态. 电穿孔法electroporation：用高压脉冲电流击破细胞膜，或击成小孔，使各种大分子（包括DNA ）能通过这些小孔进入细胞。,转染（transfection）,定义： 把噬菌体或其它病毒的DNA（或RNA）抽提出来，让它去感染感受态的宿主细胞，并进而产生正常的噬菌体或病毒的后代，这种现象称为转染（transfection）。 与转化的区别： 病毒或噬菌体并非遗传基因的供体菌 中间不发生任何遗传因子的交换或整合 最后不产生具有杂种性质的转化子,二、接合（conjugation）,定义：指通过供体菌和受体菌的细胞直接接触而产生的遗传信息转移和重组的过程。 通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合子,1946年用E.coli的两个多重营养缺陷型所作的实验：,1、接合及其发现,A,B,U型管实验：,根据F因子在E. coli中的有无，及与染色体的关系，可将E. coli分为四种类型：, F （“雌性”）菌株： 细胞中不含有F因子， 细胞表面不具有有性纤毛。 据估计，从自然界分离到的2000株E. coli中约有30%是F菌株。, F+（“雄性”）菌株： 细胞内含有（14个）游离的F因子， 细胞表面存在与F因子数目相当的性菌毛。,Hfr（高频重组，high frequency recombination）菌株：含有与染色体特定位点整合的F因子。因该菌株与F 接合后的重组频率比F+ 菌株高几百倍而得名。,F菌株： 细胞中含有游离的、带小段染色体基因的环状F因子，可与F 菌株接合，使其成为F菌株。,F菌株的形成： 由Hfr菌株中的F因子在不正常切离而脱离核染色体组时所形成，并因此造成细胞染色体发生缺失， F因子也缺失一段DNA.,2几种接合的结果,（1）F+F-杂交,结果： F+ F+,（2）HfrF- 接合,Hfr,FF-杂交会出现什么结果？,1、 转导的发现,1951年，Joshua Lederberg和Norton Zinder为了证实大肠杆菌以外的其它菌种是否也存在接合作用，用二株具不同的多重营养缺陷型的鼠伤寒沙门氏菌进行类似的实验：,用“U”型管进行同样的实验时，在给体和受体细胞不接触的情况下，同样出现原养型细菌！,三、转导,遗传物质通过噬菌体的携带而转移的基因重组称为转导。,鼠伤寒沙门氏菌LT22A(p22),2、转导的类型,完全普遍转导 普遍转导 流产普遍转导 转导 低频转导 局限转导 高频转导,普遍转导,通过缺陷噬菌体对供体菌任何DNA小片段的“误包”而实现其遗传性状传递至受体菌的转导现象，称为普遍性转导。,普遍性转导的过程,供体菌,受体菌,一个稳定的转导子的形成,第一次交换 第二次交换 交换完成，外源DNA掺入染色体组中,流产普遍性转导,受体菌经转导获得的供体DNA片段在受体菌中不发生配对、交换和整合，也不迅速消失，而只是进行转录和转译（性状表达），这种现象就称为流产转导。,2. 局限性转导,定义：通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并获得表达的转导现象。 特点： 噬菌体对供体菌和受体菌都是温和噬菌体 只能转导供体菌的个别特定基因（一般为噬菌体整合位点两侧的基因） 该特定基因由部分缺陷的噬菌体携带,局限转导的过程,1、温和噬菌体的不正常切离,2、部分缺陷的温和噬菌体感染受体菌,低频转导,一般的转导现象中，从宿主染色体上切离时发生不正常切离的频率极低，故这种裂解物中的部分缺陷噬菌体的比例是极低的（10 4 10 6）。把这种裂解物称为LFT（低频转导）裂解物 。 LFT裂解物以低 m. o. i（感染复数）感染宿主，就可获得极少量的局限转导子，即低频转导。,E.coliK12Sgal-/ dgal+/ （双重溶源菌） (50%) + dgal+（50%） E.coliK12Sgal-(受体菌),高频转导,高频转导,U.V.,E.coliK12Sgal-/ dgal+ 转导子,噬菌斑,溶源转变,概念：当温和噬菌体感染宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体的基因整合到宿主的核基因组上，而使后者获得了除免疫性以外的新性状的现象，称为溶源转变。 性质：表面上与转导相似，而本质上不同于转导。 区别： 温和噬菌体不携带来自供体菌的外源基因，是噬菌体自身基因使宿主获得新性状 温和噬菌体使完整的，不是缺陷的 获得新性状的是溶源化的宿主细胞，不是转导子 当宿主丧失其原噬菌体时，通过溶源转变而获得的新性状也随之消失,典型实例,Corynebacterium diphtheriae（白喉棒杆菌）：白喉毒素/温和噬菌体 Clostridium botulinum（肉毒梭菌）：C型或D型肉毒毒素 Salmonella anatum（鸭沙门氏菌）：细胞表面多糖/E15噬菌体 Streptomyces erythreus（红霉素链霉菌）：合霉素合成和气生菌丝形成/P4温和噬菌体,原生质体融合,原生质体融合：去除细胞壁的原生质体在高渗条件下混合，用物理或化学方法诱导，通过细胞质融合，基因组接触、交换，从而发生基因组的遗传重组。,可以冲破种、属的界线，广泛地在有生产价值的微生物种间以至属间进行杂交育种； 原生质体融合后，两个亲株的整套基因组相互接触，可以有机会发生多次交换，产生各种各样的基因组合而得到多种类型的重组子 重组频率高 融合工作要求设备条件不高，一般实验室都可以进行。,原生质体融合育种的优点,原生质体融合实例,以酒精酵母和热带假丝酵母为亲本,获得了既具有糖化酶活性又能高产酒精稳定的酵母融合株,具有良好的应用前景。 利用发酵力强的葡萄酒酵母与降酸能力强,发酵性能好的杰酒裂母融合, 获得的融合子降酸率可达30 4%,比葡萄酒酵母的降酸性提高20%。 将能够分解纤维素的木霉和从葡萄糖产酒精的酿酒酵母进行融合,得到具有很强的将滤纸纤维素转化为酒精的融合子。 酒精酵母(酵母)和产酯酵母(2)进行了属间细胞融合,获得既具有高产酒特性,又具有高产酯特性的发酵性能稳定的融合子。,原生质体融合的主要步骤：,选择亲株 制备原生质体原生质体融合 原生质体 再生 筛选优良性状的融合重组子,衰退（degeneration） ：菌种在培养或保藏过程中，由于自发突变的存在，出现某些原有优良生产性状的劣化、遗传标记的丢失等现象，称为菌种的衰退。 衰退的原因：基因突变，分离现象。 常见的衰退现象： 菌落和细胞形态的改变； 生长速度缓慢，产孢子越来越少； 抵抗力、抗不良环境能力减弱等。 代谢产物生产能力或其对宿主寄生能力下降；,第四节 菌种的衰退、复壮及保藏,控制传代次数（一般在DNA的复制过程中，碱基的错配率是5x10-4，自发突变的频率为10-810-9）； 选择合适的培养条件； 采用不同类型的细胞进行传代（对丝状微生物而言，通常