第7章微生物的遗传变异和育种

1、第七章 微生物的遗传变异和育种第一节 遗传变异的物质基础一、3个经典实验（一）经典转化实验（二）噬菌体感染实验（三）植物病毒的重建实验二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和形式（一）7个水平1.细胞水平在不同种微生物或同种微生物的不同细胞中，细胞核的数目通常有所不同。2.细胞核水平除核基因组外，在真核生物和原核生物的细胞质（酵母菌2微米质粒例外地在核内）中，多数还存在核外染色体。3.染色体水平（1）染色体数（2）染色体倍数 指同一细胞中相同染色体的套数。 在原核生物中，通过转化、转导或接合等过程而获得外源染色体片段时，只能形成一种不稳定的、称作部分双倍体的细胞。4.核酸水平（1）核酸种类（2）

2、核酸结构（3）DNA长度5.基因水平原核生物的基因调控系统如下：基因及其表达产物的名称书写标准：6.密码子水平7.核苷酸水平（二）原核生物的质粒1.定义和特点2.质粒在基因工程中的应用3.质粒的分离与鉴定4.质粒的种类5.典型质粒简介（1）F质粒 又称F因子、致育因子或性因子，是细菌决定性别并有转移能力的质粒。 其上有转座因子的存在，可以整合到宿主核基因染色体上的一定部位，并导致各种Hfr菌株的产生。（2）R质粒 又称R因子或抗性因子 一般是由两个相连的DNA片段组成，其一称抗性转移因子/RTF，具有转移功能，其二为抗性决定因子/r因子，含各种抗性基因。（3）Col质粒 又称大肠杆菌素质粒或产

3、大肠杆菌素因子。许多细菌都能产生抑制或杀死其他近缘细菌或同种不同菌株的代谢产物细菌素。 凡带Col质粒的菌株，因质粒本身可编码一免疫蛋白，故对大肠杆菌素有免疫作用，不受其伤害。（4）Ti质粒 植物基因工程中使用广泛。（5）Ri质粒（6）mega质粒即巨大质粒（7）降解性质粒（8）生理功能性质粒第二节 基因突变和诱变育种一、 基因突变（一） 突变类型1. 营养缺陷型2. 抗性突变型3. 条件致死突变型 Ts突变株即温度敏感突变株：突变株使某些重要蛋白质的结构和功能发生改变，以致会在某特定温度下具有功能，而在另一温度下则无功能。4. 形态突变型5. 抗原突变型 包括细胞壁缺陷变异（L型细菌等）、荚

4、膜或鞭毛成分变异等，一般也属非选择性突变。6. 产量突变型 产量变高的正突变；变低负突变。（二） 突变率（三） 基因突变的特点（四） 基因突变自发性和不对应性的实验证明1. Luria等的变量实验2. Newcombe的涂布实验3. Lederberg等的影印平板实验通过影印接种法，可从非选择性条件下生长的微生物群体中，分离到过去只有在选择性条件下才能分离到的相应突变株。（五） 基因突变及其机制1. 诱发突变（1） 碱基的置换 直接引起置换的诱变剂 间接引起置换的诱变剂（2） 移码突变（3） 染色体畸变2.自发突变（六） 紫外线对DNA损伤及其修复 嘧啶对UV的敏感性比嘌呤强得多，其光化学反应

5、产物主要是嘧啶二聚体和水合物，相邻嘧啶形成二聚体后，造成局部DNA分子无法配对，从而引起微生物的死亡或突变。微生物具有多种修复受损DNA的作用。1. 光复活作用 经UV照射后带有嘧啶二聚体的DNA分子，在黑暗下会被一种光激活酶光解酶结合，这种复合物在300-500nm可见光下时，其中的酶会因获得光能而激活，并使二聚体重新分解成单体。2. 切除修复二、 突变与育种（一） 自发突变与育种1. 从生产中育种2. 定向培育优良菌株定向培育:利用微生物的自发突变率,并采用特定的选择条件,通过对微生物群体不断移植以选育优良菌株的古老方法。（二） 诱变育种1. 诱变育种的基本环节2. 诱变育种中的几个原则艾

6、姆斯实验处理单细胞或单孢子悬液的两个原因造成不纯菌落的存在：剂量存活率曲线和剂量诱变率曲线3.3类突变株的筛选方法（1） 产量突变株的筛选（2） 抗药性突变株的筛选 梯度平板法：是一种含有某药物的梯度浓度的琼脂培养基平板，它由含药物的上半个斜面和不含药物的下半个斜面分两次浇合而成。（3） 营养缺陷型菌株的筛选 与筛选营养缺陷型菌株有关的3类培养基 与营养缺陷型突变有关的3类遗传型个体 营养缺陷型的筛选方法分为诱变、淘汰野生型、检出和坚定四个环节第三节 基因重组和杂交育种一、 原核生物的基因重组原核基因重组的特点：片段性；单向性；多样性。（一） 转化1. 定义：受体菌直接吸收供体菌的DNA片段而

7、获得后者部分遗传性状的现象，称为转化或转化作用。通过转化方式而形成的杂种后代，称转化子。2. 转化微生物的种类在实验室中常用的一些属于肠道菌科的细菌如大肠杆菌等很难进行转化，为克服这一不利条件，可选用有利于DNA透过细胞膜的氯化钙处理大肠杆菌的球状体，使之发生低频率的转化。有些真菌在制成原生质体后，也可实现转化。3. 感受态凡能发生转化，其受体细胞必须处于感受态。感受态是指受体细胞最易接受外源DNA片段并能实现转化的一种生理状态。调节感受态的一类特异蛋白称感受态因子：4. 转化因子转化因子的本质是离体的DNA片段。5. 转化过程6. 转染指用提纯的病毒核酸去感染其宿主细胞或其原生质体，可增殖出

8、一群正常病毒后代的现象。转染和转化的区别十分明显，因为作为转染的病毒核酸，绝不是作为供体基因的功能，被感染的宿主也绝不是能形成转化子的受体菌。（二） 转导通过缺陷噬菌体的媒介,把供体细胞中的小片段DNA携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。由转导作用而获得部分新性状的重组细胞，称为转导子。1. 普遍转导指通过极少数完全缺陷的噬菌体对供体菌基因上任何小片段DNA进行“误包”，而将其遗传性状传递给受体菌的现象，称为普遍转导。（1） 完全普遍转导外源DNA片段可与受体细胞核染色体组上的同源区段配对，再通过双交换而整合到染色体组上，使后者成为一个遗传性状稳定的重

9、组体，称作普遍转导子。（2） 流产普遍转导经转导噬菌体的媒介而获得了供体菌DNA片段的受体菌，如果这段外源DNA在其内既不进行交换、整合和复制，也不迅速消失，而仅表现稳定的转录、翻译和性状表达，这一现象就称为流产转导。2. 局限转导指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，并与后者的基因组整合、重组、形成局限转导子的现象。（1） 低频转导（LFT）（2） 高频转导（HFT）双重溶源菌3. 溶源转变当正常的温和噬菌体感染其宿主细胞而使其发生溶源化时，因噬菌体基因整合到宿主的核基因组上，而使宿主获得了除免疫性外的新遗传性状的现象，称溶源转变。溶源转变不同于上述的局限转导：（三

10、） 接合1.定义：供体菌通过性菌毛与受体菌直接接触，把F质粒或其携带的不同长度的核基因组片段传递给后者，使后者获得若干新遗传性状的现象，称为接合。接合子2能进行接合的微生物种类Ecoli中决定性别的是其中的F质粒，它是一种属于附加体性质的质粒，既可在细胞内独立存在，也可整合到核染色体组上；可经过接合而获得，也可通过吖啶类化合物、溴化乙锭或丝裂霉素等处理而从细胞中消除。3. Ecoli的四种接合型菌株（1）F+菌株（2）F_菌株（3）Hfr菌株（高频重组菌株）部分合子接合中断法（4）F菌株部分双倍体F质粒转导或F因子转导、性导或F质粒媒介的转导（四） 原生质体融合二、 真核微生物的基因重组（一） 有性杂交 不同遗传型的两性细胞间发生的接合和随之进行的染色体重组（二） 准性杂交1. 定义：一种类似于有性生殖，但比它更为原始的两性生殖方式，这是一种在同种而不同菌株的体细胞之间发生的融合，它可不借减数分裂而导致低频基因重组并产生重组子。2. 准性生殖过程单倍体杂合子3. 准性杂交育种第四节 基因工程一、 基因工程的定义基因重组二、 基因工程基本操作（一） 目的基因的取得（二） 优良载体的选择（三） 目的基因与载体DNA的体外重组（四） 重组载体导入受体细胞（五） 重组受体细胞的筛选和鉴定（六） “工程菌”或“工程细