微生物遗传育种的研究进展

微生物遗传育种的研究进展摘要:微生物育种是运用遗传学原理和技术对某种具有特定生产目的的菌株进法。本文对微生物遗传育种技术，包括自然育种、诱变育种、代谢控制育种、基因工程育种等进行了介绍，并对育种技术的发展做了展望。关键词：微生物；自然育种；诱变育种；代谢控制育种；基因工程育种微生物育种的目的就是要人为地使某些代谢产物朝人们所希望的方向加以引导或者促使细胞内发生基因的重新组合优化遗传性状，获得所需要的高产优[1]1979年世界工53000吨，198510万吨，作为商品出售的酶200199010年美400，200，150，6.4亿美元。对工业70年代以来，重组DNA技术和原生质体融合技术开始用于菌种选育。各种外源基菌种选育的具体目标(1)提高产量。生产效率和生产效益总是排在一切商业发酵过程首位的目标。(2)提高产物的纯度。减少副产物;提高有效组分;减少色素等杂质。(3)改变菌种性状。改善发酵过程,包括:构;改善菌种生长速度;提高斜面孢子化程度;改善菌丝体形状,采用菌球菌丝1体发酵;少用消泡剂或使菌种耐合成消泡剂;改善对氧的摄取条件,降低需氧量及能耗;耐不良环境:抗噬菌体的侵染,耐高温、耐酸碱、耐自身所积累的代谢产物;改善细胞透性,提高产物的分泌能力等。(4)菌种的遗传性状。特别是生产性状稳定。(5)改变生物合成途径。以获得新产品。获取优良菌种的有效途径广义上说,菌种改良可描述为采用任何科学技术手段(工程学方法以及它们的各种组合)处理微生物菌种,从中分离得到能显示所要求表型的变异菌种。菌种改良的基本途径:突变和选择;基因重组(遗传重组)和基因工程(遗传工程)。自然选育不经人工处理,利用微生物在一定条件下可产生自发突变的原理,通过分离筛选排除衰退菌落,从中选择维持原有生产水平的菌株的方法,称为自然随机2种原因引起:多因素低剂量效应和互变异构效应。自然突变可能会产生2种不同的结果,一种是菌种退化而导致目标产量或质量下降naE、mutD、mutT、mutM、mutH、mutI等的大肠杆菌突变率相对较高。酒精发酵是最早把微生物遗传学原理应用于微生物育种实践而提高发酵产物水平的一个成功实例[3]防止菌种退化，提高产量的目的，但发生自然突变的几率特别低，一般为10-6~10-10/BP。这样低的突变率导致自然选育耗时长，工作量大，影响了育种工作效率，在这种情况下，出现了诱变育种技术，因此,在生产实践中,自然选育的主要目的是用来纯化、复壮和稳定菌种[3]。诱变育种凡能诱发生物基因突变,并且突变频率远远超过自发突变率的物理因子或2化学物质,称为诱变剂。主要包括物理诱变剂和化学诱变剂,现在还有生物诱1927年用X注意的,此后陆续发现了许多物理因子与化学物质都具有诱发基因突变的作用。近年来,随着基因工程技术的不断发展,蛋白质工程中点突变的重要技术,物理诱变物理诱变通常使用物理辐射中的各种射线,包括紫外线、X射线、γ射α射线、β射线、快中子、微波、超声波、电磁波、激光射线和宇宙射线等。近年来,随着重离子束的获得,离子辐照诱变育种也成为诱变育种的种新方法[4]。化学诱变使用化学物质处理微生物使其性状发生改变的方法称为化学诱变方法。化学诱变的作用机制与物理诱变剂有很大区别,其作用机制都是与DNA作用。化学诱变剂往往具有专一性,它们对基因的某部位发生作用，对其余部DNA制使碱基发生改变而起到诱变作用。通常使用的化学诱变剂包括4大类：烷化剂、碱基类似物、移码突变剂以及其他种类等[5]。其它诱变方法离子注入生物体诱变诱变,可以获得高突变率,扩大突变谱,为筛选优良的突变型菌株提供广阔的空间，同时,离子束也可以作为介质进行外源目的基因转移和转导。目前,利用离子注入已经获得转基因植物;DNAE1coli17项成果,其中76个微生物新菌株已经推广应用于农业和工业生产中,173亿元以上。因此离子注入法在作物和微生物诱变育种方面受到广泛关注[6]。航天诱变1957-1988109激光的概念及诱变机理2070年代兴起的一种诱变技术,国内外利用激光诱变,光微粒。依据其波长不同可分为:260～380nm的紫外激光,N2激光;440～700nm的可见光激光,He-Ne激光;900～447.2×103nm的红外激光,CO2,直接或间接影响生物有机体,引起DNA或RNA改变,,引起细胞分裂和细胞代谢活动改变。其中,人们普遍认为起主要作用的是光效应和电磁场效应[8]。代谢控制育种20501957猛发展，尤其是基因组学、应用分子生物学和分析技术的发展，使得导入定向谢控制育种的活力在于以诱变育种为基础，获得各种解除或绕过微生物正常代4抗生素等次级代谢产物产量成倍地提高，大大促进了相关产业的发展[9]。基因工程育种DNADNA种的新技术主要有如下几种。基因的定点突变定点突变(site-specificmutagenesis或site-directedmutagenesis)是指在目的DNA片断()PCR为基础的定点突变。基于PCR的定点突变技术由于其突变效率高、操作简单、耗时短、成本低廉等优点而倍受关注。PCR法(OverlapExtensionPCREO-PCR)物PCR法(MegaprimerPCR)PCR(One-stepOverlapExtensionOOE-PCR)PCR(Single-tubeMegaprimerPCR)、快速定点诱变法、多位点环状诱变法和TAMS(TargetedAmplificationofMutant定点诱变PCRTAMS定点诱变技术最为简单和适用，并得到广泛的应用[10]。PCRDNADNAPCR过程中出现PCR(Error-pronePCR，简EP-PCR)。此方法其操作过程是在TaqDNAPCR5Mn2+替代天然的辅助因子TaqDNAdNTP0.1%dITP20%PCRDAN重排DNA重排(DNA1993DNA重排的基本原理是首先将同源基因(单一基因的突变体或基因家族)DANPCR重聚。那些带DANPCR循环后能迅速产生大量的重组DNA，从而创造出新基因[12]。基因组重排基因组重排(genomeshuffling)DNA21大改进的杂交菌种。该技术巧妙地采用了多轮循环原生质体融合技术(即将各种亲本制成原生质体-融合-再生-再制成原生质体-融合-再生DNA必了解菌株的遗传背景，在细胞水平上即可进行定向进化[13]。展望6。7参考文献施巧琴,吴松刚.工业微生物育种学[M].第2版.北京:科学出版社,2003.戴四法，黎观红，吴石金.现代工业微生物育种技术研究进展[J].2000，20(2)：48~50.张彭湃.[J].：3~5.申玉香,汪志君,方维明1紫外诱变及苯黄隆抗性处理选育低双乙酰酒酵母[J]. 酿酒科技,2007,(5):39-41。程明，崔承彬，李长伟，田从魁，杜智敏.中的应用[J].JournalofInternationalPharmaceuticalResearch.2009,36(6),412-417.张玲华，田兴山.微生物空间诱变育种的研究进展[J].核农学报，2004，184：294-296.2：114-117.孟甜，现代工业微生物遗传育种技术研究进展[J]2009，712：3-5.YongL,DongQ.TAMStechnologyforsimpleandefficientinvitromutagenesisandmutantscreening[J].NucleicAcidsRes,2003,31(3):11.黄瑛,蔡勇,杨江科等.基于易错PCR技术的短小芽孢杆菌YZ02BpL的定向进化[J].,2008,24(3):445.徐波,王明蓉,夏勇等.