第七章 微生物的遗传变异和育种

第七章微生物的遗传变异和育种

1遗传：指上一代生物如何将自身的一整套遗传基因稳定地传递给下一代的行为或功能，它具有极其稳定(保守)的特性。遗传型：表型：生物体所具有的全部遗传因子即基因组所携带的遗传因子，又称基因型。指某一生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和，是遗传型在合适环境条件下通过代谢和发育而得到的具体表现.(现实性)表型是由遗传型所决定，但也和环境有关（中心法则解释）。2变异：生物体在某种外因或内因作用下引起的遗传物质结构或数量的改变。几率低亲代与子代、子代间不同个体不完全相同饰变：外表的修饰性改变。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：整个群体中，几乎每一个都发生同样的变化3表型饰变：表型的差异只与环境有关特点：暂时性、不可遗传性遗传型变异：遗传物质改变（基因重组，基因突变，染色体数目变化），导致表型改变自发突变频率通常为10-6-10-9粘质沙雷氏菌Serratiaarcescens产色素：斜面培养25°C斜面培养

37°C液体培养25°C液体培养

37°C.

4微生物是遗传学研究中的模式生物：

微生物细胞结构简单，营养体一般为单倍体，方便建立纯系。很多常见微生物都易于人工培养，快速、大量生长繁殖。物种和代谢类型多样对环境因素的作用敏感，易于获得各类突变株，操作性强。大多是无性生殖，变异易保留。

5第一节遗传变异的物质基础一、三个证明DNA是遗传物质的经典实验1、经典转化实验肺炎链球菌：S型（菌体具荚膜，菌落表面光滑，有致病能力）R型（菌体无荚膜，菌落表面粗糙，无致病能力）61928年，F.Griffth作了3组实验:71944年，Avery精确重复了转化实验，确定了转化因子实验证明，将R菌转化为S菌的转化因子是DNA82、噬菌体感染实验实验证明，进入细菌细胞内部的物质是DNA。DNA包含有产生完整噬菌体的全部信息。93、植物病毒重建实验实验证明，说明遗传信息在RNA中。10二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式（一）遗传物质在7个水平上的形式1、细胞水平2、细胞核水平3、染色体水平4、核酸水平5、基因水平6、密码子水平7、核苷酸水平11原核生物和真核生物的基因组比较12（三）原核生物的质粒1、定义质粒（plasmid）：游离于原核生物核基因组外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。即cccDNA质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的；在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊的机能，从而使宿主得到生长优势。132、结构特点通常以共价闭合环状的超螺旋双链DNA分子（cccDNA）存在于细胞中，可游离存在，也可整合到宿主DNA上。

质粒分子的大小范围从1kb左右到1000kb

(细菌质粒多在10kb以内）144、质粒在基因工程中的应用质粒的优点：（1）体积小，易分离和操作（2）环状，稳定（3）独立复制（4）拷贝数多（5）存在标记位点，易筛选E.coli的pBR322质粒是一个常用的克隆载体15165、质粒的检测

提取所有胞内DNA后电镜观察；

超速离心或琼脂糖凝胶电泳后观察；

对于实验室常用菌，可用质粒所带的某些特点，如抗药性初步判断。176、质粒的主要种类质粒所编码的功能和赋予宿主的表型效应1、F质粒（致育因子）：大肠杆菌中发现，含质粒为F+（♂）；无质粒为F-（♀）；质粒DNA整合到染色体上为Hfr.

2、R质粒（R因子）：痢疾杆菌耐药信息携带在质粒上。

3、Col质粒（大肠杆菌素产生因子）

4、Ti质粒（诱癌质粒）5、降解质粒：Pseudomonas

Ri质粒、青霉素酶质粒，隐蔽质粒、表达质粒、分泌质粒等。

第二节基因突变和诱变育种一、基因突变

细胞内遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化。自发或诱变产生基因突变狭义：点突变广义：基因突变和染色体畸变野生型（原始性状）基因突变突变型（新性状）（一）突变类型19营养缺陷型抗性突变型Ts突变株（二）突变率每一世代中发生某一性状突变的几率（一般为10-6-10-9

）20（三）基因突变特点

1、不对应性：

2、自发性：

各种突变可以在没有人为的诱变因素下自发发生。

3、稀有性：

自发突变频率较低，一般10-9~10-6

。

4、独立性：

5、诱变性：216、稳定性：

遗传物质结构发生的稳定变化，因而产生的新性状也是稳定的，可遗传的。7、可逆性

突变型，为正向突变

突变型，为回复突变（回变）。（野生型/突变型）8、多方向性22（五）基因突变及其机制231、诱发突变：物理、化学和生物的因素，提高突变率的人为的作法（1）碱基的置换24碱基的置换引起的突变25（2）移码突变：添加或缺失核苷酸，引起阅读错误错误+错误-+正常---正常+++正常26（3）染色体畸变：缺失、重复、插入、易位、倒位272、自发突变：自发突变：指微生物在没有人工参与下发生的突变。

1）背景辐射和环境因素的诱变：低剂量长期效应。辐射、高温、低浓度诱变剂。

2）自身代谢产物的诱变：H2O2—内源诱变剂。

3）碱基配对错误（概率10-7~10-11）。28二、突变与育种菌种工作包括三方面：选种、育种、复壮和保藏。

选种—从自然界和生产中选择符合需要菌种。

育种—进一步提高已有菌种某种性能，使更符合要求。

29（一）自发突变与育种：选育定向培育（二）诱变育种1、诱变育种的基本环节出发菌株→纯化→斜面→菌悬液→诱变处理→平板分离→斜面（初筛）→斜面（复筛）→保藏及扩大试验（再复筛）

302、诱变育种的原则（1）使用简便有效的诱变剂诱变剂物理因素化学因素紫外线激光离子束X射线r射线快中子烷化剂碱基类似物吖啶化合物31Ames试验：利用细菌模型了解潜在化学致癌物的诱变作用“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。32美国加利福尼亚大学的BruceAmes教授于1966年发明，因此称为Ames试验具体操作：检测鼠伤寒沙门氏菌(Salmonellatyphmurium)组氨酸营养缺陷型菌株(his-)的回复突变率333435（2）、选用优良的出发菌株

用作出发菌株有：野生型菌株；生产菌株；经过诱变的菌株。

一般要求生长快，营养要求粗放，发育早，产孢子多，对诱变剂敏感性高，已能积累少量产品或前体物的菌株。

（3）处理单细胞或单孢子悬浮液36（4）选择合适的诱变剂量：

（5）充分利用复合处理的协同效应采用复合处理，包括诱变剂先后使用，同时使用和重复使用，提高效果。

37（6）利用和创造形态、生理与生产性状间的相关指标（7）设计高效率筛选方案（8）根据具体情况创造新型筛选方案38第三节基因重组和杂交育种

基因重组generecombination：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（重组）杂交：细胞水平。细胞水平上的杂交包含了分子水平上的重组。39一、原核生物的基因重组

（一）转化概念：受体菌直接吸收了来自供体菌的DNA片段，通过交换，把它组合到自己的基因组中，从而获得供体菌部分遗传性状的现象。

转化后的受体菌，称转化子transformant

来自供体的DNA片段称为转化因子

。

供体菌受体菌DNA片段401928年，Griffith发现肺炎链球菌（Streptococcuspneumoniae）的转化现象,目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力；真菌有酿酒酵母等411、能进行转化的细胞必须是感受态的。即受体菌最易接收外源DNA片段并实现转化的生理状态。感受态：受体细胞最易于接受外源DNA片段并能实现转化的一种生理状态.

2、外源游离DNA分子（转化因子）进