微生物学-7-7-7微生物的遗传变异和育种

第八章微生物的遗传变异和育种

（1）遗传型：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组所携带的遗传信息。（2）表型：指某一生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和，是其遗传型在合适环境条件下通过代谢和发育而得到的具体体现。遗传型+环境条件表型（3）变异：生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变，亦即遗传型的改变。（4）饰变：一种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。特点：每一个体都发生变化；性状变化幅度小；因其遗传物质未变饰变不遗传；性状变化的幅度小。第一节遗传变异的物质基础一、3个经典实验（一）细菌经典转化实验转化：受体菌直接吸收供体菌的DNA片段而获得后者部分遗传性状。经典转化实验对各种生化组分进行转化试验（二）噬菌体感染实验（三）植物病毒的重建实验第二节基因突变和诱变育种一、基因突变是变异的一类，泛指细胞内（或病毒粒类）遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化，可自发或诱导产生。野生型菌株：从自然界分离到的菌株。突变株：野生型菌株突变后形成的带有新性状的菌株。（一）突变类型（三）基因突变的特点（1）自发性：指可自发地产生突变（2）不对应性：突变性状与引起突变的原因之间无直接对应关系（3）稀有性：自发突变的几率很低，在10-6~10-9间（4）独立性：某基因的突变率不受它种基因突变率的影响（5）可诱变性：通过物理或化学因子的处理，可大大提高突变率（6）稳定性：突变后的新性状是可遗传的，稳定的（7）可逆性：野生型菌株发生突变后，也能发生回复突变。（四）基因突变自发性和不对应性的实验证明1、变量试验(fluctuationtest)噬菌体平板2、涂布试验（Newcombeexperiment）3、影印平板试验(replicaplating)二、突变与育种微生物育种的目的是人为地使某种代谢产物过量积累，最大程度降低成本，把生物合成的途径朝人们所希望的方向引导，最终获得高产、优质和低耗的菌种。微生物育种所经历的大致历程：从生产中选育或定向培育选育（未采用诱变剂，自发突变株）——采用诱变剂进行诱变，提高突变频率，筛选有用菌株——利用接合、原生质体融合等技术使基因发生重组（细胞水平）——体外DNA重组技术（基因工程技术）创造具有新的生物性状的生物（一）自发突变及育种主要是通过实践经验选择生产中发生自发突变的菌株或不断转接微生物菌株以期获得其自发突变菌株。特点：费时、费力，工作被动，守株待兔式的例：卡介苗的筛选，连续接种230代1、诱变育种的基本环节2、诱变育种的几个原则（1）选择简便有效的诱变剂物理诱变剂：紫外线化学诱变剂：烷化剂、碱基类似物（2）挑选优良的出发菌株：仅凭经验（3）处理单细胞或单孢子悬液：如霉菌或放线菌的分生孢子或细菌的芽孢表型延迟定义见教材P211（4）选用合适的诱变剂量紫外线剂量：强度与作用时间之乘积化学诱变剂剂量：浓度与处理时间来表示（5）充分利用复合处理的协同效应（6）利用和创造形态、生理与产量间的相关指标（7）设计高效筛选方案（8）创造新型筛选方法3、3类突变株的筛选（1）产量突变株的筛选（2）抗药性突变株的筛选异烟肼是一种抗代谢药物，能阻止敏感菌的生长，而吡哆醇是异烟肼的结构类似物，不能阻止敏感菌的生长，当敏感菌能在含异烟肼的培养基上生长时，可能是产生了能分解异烟肼的酶类的突变株或者是能合成更高浓度的吡哆醇，克服了异烟肼的竞争性抑制，所以用梯度平板法可以筛选到高产吡哆醇的突变株。（3）营养缺陷型突变株的筛选基本培养基（MM）：仅能满足某微生物的野生型菌株生长所需要的最低成分的组合培养基。完全培养基（CM）：凡可满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或半组合培养基。补充培养基（SM）：凡只能满足相应的营养缺陷突变株生长需要的组合或半组合培养基。野生型（WT）：指从自然界分离到的任何微生物在其发生人为营养缺陷突变前的原始菌株。遗传型表示法是[A+B+]营养缺陷型（auxotrph)：野生型菌株经诱变处理后，由于发生了丧失某酶合成能力的突变，因而只能在加有该酶合成产物的培养基中才能生长。A营养缺陷型用[A-B+]表示，B营养缺陷型用[A+B-]表示原养型(prototroph)：一般指营养缺陷型突变经回复突变或重组后产生的菌株，其营养要求在表型上与野生型相同。遗传型均用[A+B+]表示（3）营养缺陷型的筛选方法第一步：诱变剂处理第二步：淘汰野生型抗生素法：青霉素适用于细菌；制霉菌素适用于真菌菌丝过滤法：进行丝状生长的真菌和放线菌第三步：检出缺陷型a夹层培养法B限量补充培养法c逐个检出法d影印平板法第四步：鉴定缺陷型生长谱法：在混有供试菌的平板表面点加微量营养物，视某营养物的周围有否长菌来确定该供试菌的营养要求的一种快速、直观的方法第三节基因重组和杂交育种基因重组：两个独立基因组内的遗传基因，通过一定的途径转移到一起，形成新的稳定基因组的过程，称为基因重组。一、原核生物的基因重组（一）转化（transformation)受体菌直接吸收了供体菌的DNA片段而获得后者部分遗传性状的现象，称为转化作用。通过转化方式而形成的杂种后代，称转化子。两个菌株或菌株间能否发生转化，有赖其进化中的亲缘关系和其受体细胞是否处于感受态。感受态：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。感受态因子：调节感受态的一类特异蛋白称感受态因子。包括膜相关DNA结合蛋白、细胞壁自溶素和几种核酸酶。转染(transfection)：用提纯的病毒核酸（DNA或RNA）去感染其宿主细胞或其原生质体，可增殖出一群正常病毒后代的现象。（二）转导(transduction)通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的小片段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。由转导作用而获得部分新性状的重组细胞，称为转导子。1、普遍转导通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行误包，而将其遗传性状传递给受体菌的现象。（1）完全普遍转导（三）接合(conjugation,mating)供体菌（雄性）通过性菌毛与受体菌（雌性）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。通过接合而获得新性状的受体细胞，称为接合子。E.coli的4种接合型菌株：（1）F+菌株即“雄性”菌株，指细胞内存在一至几个F质粒，并在细胞表面着生一至几条性菌毛的菌株。可将F质粒通过滚环复制转入F-菌株中。其中的F质粒也可分离或消除。（2）F-菌株即“雌性”菌株，指细胞中无F质粒、细胞表面也无性菌毛的菌株。可通过与F+菌株或F’菌株的接合而接受供体菌的F质粒或F’质粒，从而使自己转变成雌性菌株。3）Hfr菌株（高频重组菌株）Hfr是由F因子插入到染色体DNA后形成的高频重组菌株，因为这类菌株在F因子转移过程中可以把部分甚至全部细菌染色体传递给F-细胞并发生重组而得名,发生基因重组的频率比单纯用F+和F-接合后的频率高出数百倍。Hfr菌株仍保持着F+细胞的特征。（四）原生质体融合（protoplastfusion)通过人为的方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体进行融合，借以获得兼有双新遗传性状的稳定重组子的过程。二、真核微生物的基因重组（一）有性杂交指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，进而产生新遗传型后代的一种育种技术。选择亲本菌株——产孢子培养基上，产生子囊——破壁获得子囊孢子——单倍体子囊孢子密集接触，产生双倍体——筛选优良菌株（二）准性杂交1、准性生殖：类似于有性生殖，