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1、长春师范学院生物系,第七章 微生物的遗传变 异 和 育 种,微生物是遗传学研究的最好材料和对象,微生物结构简单,营养体一般都是单倍体,微生物繁殖速度快,存在多种方式的繁殖类型,环境条件对微生物作用直接均匀,易积累不同的中间及最终代谢产物,微生物的变异易被识别,参与基因工程的载体供体受体三角色,遗传的物质基础基因突变和诱变育种基因重组和杂交育种基因工程菌种的衰退复壮和保藏,内容提要,遗传变异的物质基础,三个经典实验证明核酸是微生物遗传物质,转化实验,噬菌体感染实验,植物病毒的重建实验,遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式,转化实验,材料,方法,有 荚 膜菌落光滑分泌毒素致 病,无 荚 膜菌落粗
2、糙无 毒不 致 病,SSS三个血清型,RRR三个血清型,实验材料： 肺炎双球菌,转化实验（1）动物实验,转化实验（2）细菌培养实验,转化实验（3）S型菌无细胞抽提液试验,Cncnc-micro,噬菌体感染实验,步骤,1：用含同位素35, P32的培养基培养大肠杆菌,结果：上清液中含15%放射击性；沉淀中含85%放射性,2：让T2感染上述大肠杆菌使其打是S35P32标记,3：,植物病毒蛋白质和RNA可以人为地分开,同时又可把它们重新组合成具感染性的病毒.,植物病毒的重建实验,甲乙r 感染症状同甲病毒；分离得到甲病毒,乙甲r 感染症状同乙病毒；分离得到乙病毒,原始株 拆开 重建 感染 分离纯化,植
3、物病毒的重建实验,遗传物质类型,核染色体,核外染色体,真核生物细胞器,原核生物质粒,遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式,基因是一段DNA,DNA就是脱氧核糖核酸（长链）,腺嘌呤（A）,鸟嘌呤（G）,胸腺嘧啶（T）,胞嘧啶（C）,A,T,C,G,A,A,A,T,T,T,T,T,T,A,A,A,G,G,G,G,G,C,C,C,C,C,G,C,基因测序就是读出 A-C-G-T-G-G-A-C-G.,DNA,基因是什么？,基因决定生物体的生、长、病、老死等一切生命现象,基因是生命的密码。,。基因记录和传递遗传信息。,Cncnc-micro,大肠杆菌基因组,4100个基因，4.7106bp,遗传信息
4、的连续性,功能相关的结构基因组成操纵子,结构基因单拷贝及rRNA多拷贝,基因的重复序列少而短,酵母菌基因组,Cncnc-micro,染色体,长度Kb,基因数,1,2,3,4,5,6,7,8,染色体,长度Kb,基因数,439,745,666,1078,924,784,1092,948,230,423,173,814,292,136,573,291,231,387,334,550,487,421,571,499,13,10,27,13,10,33,11,10,24,16,22,21,15,20,17,4,原核生物基因调控系统,质粒 核外环状小型DNA独立复制稳定遗传,F因子 与有性接合有关,种类,
5、R因子 与抗药性有关,COL 编码免疫蛋白,Ti质粒 诱癌质粒,降解散质粒：编码降解有害物质的酶,用途 基因工程中作为目的基因载体,质粒,原核生物遗传物质存在的另一种方式,基 因 突 变,突变与育种,基因突变和诱变育种,突变的特点,Cncnc-micro,基因突变,诱变机制,突变率,突变类型,条件致死突变型（株）,突变类型,突变株的表型,选择性突变株,非选择性突变株,营养缺陷型（株）,抗性缺陷型（株）,形态突变型（株）,抗原突变型（株）,产量突变型（株）,按方法分：按突变株的表型是否能在选择 性培养基上加以鉴别来区分。,微生物突变体的主要类型,形态突变型,菌落形态突变型,菌体形态突变型,生化突
6、变型,营养突变体(营养缺陷型),发酵突变体,抗性突变体,条件致死突变体,抗原突变型,产量突变型,按突变实质分,突变率,突变的特点（证明）,不对应性,自发性,稀有性,独立性,诱变性,稳定性,可逆性,基因突变自发性和不对应性的证明,变 量 试 验,涂 布 试 验,影印培养试验,(在同一个大管中作整体培养),3 7 1 4 4 3 5,抗噬菌体菌落数 抗噬菌体菌落数,变量试验,涂布试验,影印培养试验,诱变机制,移码突变,染色体畸变,碱基的置换,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,碱基的置换,T：烯醇式,5-BU:酮式,5-BU:烯醇式,碱基的置换,间接引起置换的诱变剂,碱基的置换
7、,烯醇式,酮式,移码突变,分子中缺失或增加少数几个碱基对而引起,造成突变点以后全部遗传密码转录与转释发生错误,增添一个碱基,缺少一个碱基,染色体畸变,某些理化因子，如射线，紫外线， 亚硝 酸等，除能引起点突变外，还会引起DNA分 F 子大损伤，包括染色体易位，倒位，缺失，重复等，即为染色体畸变。,染色体畸变,紫外线诱变作用机理,可使链裂断，破坏核糖和磷酸间的键联,引起胞嘧啶和尿嘧啶产生水合作用造成氢键断裂,能使胸腺嘧啶成二聚体，使结构发生改变,突变与育种,效价：指有效成分的浓度。1ug/ul称为1 单位,从 青 霉 素 产 量 看 诱 变 育 种,诱变育种的基本环节,Cncnc-micro,诱
8、变育种工作中应考虑的几个原则,选优良的出发菌株,选择简便有效的诱变剂,处理单孢子（或单细胞）悬液,选用最适剂量,设计或采用高效筛选方案或方法,利用复合处理的协同效应,利用和创造形态，生理与产量间的相关指标,选择简便有效的诱变剂,利用回变检测致癌剂 艾姆斯试验法,挑选优良的出发菌株,生产中用过的自发变异菌株,采用具有有力性状的菌株,采用已发生其他变异的菌株,采用前体或最终产物代谢高的菌株,采用增变菌株,处理单孢子（或单细胞）悬液,芽孢杆菌应处理芽孢,放线菌，霉菌应处理孢子,细菌指数期，放线菌霉菌要稍加萌发后使用,出发菌株应制成均匀悬夜,选用最适剂量,剂量以诱变剂浓度和处理时间来表示,合适剂量：能
9、扩大变异幅度又能促使 变异移向正变范围的剂量,充分利用复合处理的协同效应,两种或多种诱变剂先后使用,同种诱变剂重复使用,两种或多种诱变剂同时使用,利用和创造形态，生理与产量间的相关指标,淀粉酶变色圈试验,变色圈大的为淀粉酶高产菌落,设计或采用高效筛选方案或方法,第一轮,第二轮,五个出发菌株,突变株的筛选方法,高产突变菌株的筛选方法,抗性突变体的筛选方法,营养缺陷型的的筛选方法,Cncnc-micro,与突变株的筛选相关的几个概念,与突变株的筛选相关的几个概念,相关培养基,基本培养基 -,完全培养基,补充培养基,三类遗传型,野生型 A+B+,营养缺陷型型A+B-,原养型 A+B+,高产突变株的筛
10、选,琼脂块培养法筛选 春日霉素高产菌种,抗性突变体的筛选方法,青霉素浓缩法,梯度培养皿法,青霉素浓缩法,梯度培养皿法,含异烟肼,接敏感菌含突变株,营养缺陷型的筛选办法,诱变剂处理,淘汰野生型,检出缺陷型,夹层培养法,限量补充培养法,逐渐检出法,影印接种法,鉴定缺陷型,菌丝过滤法,夹层培养法及结果,逐个检出法,影印接种法,限量补充培养法,微量蛋白质的完全培养基上 小菌落是营养缺陷型突变株,菌丝 过滤法筛选营养突变株,细菌的基因重组,真核微生物基因重组在有性繁殖过程中发生，当合子减数分裂时，两染色体发生交换。,原核微生物 通过转化、接合、转导等形式进行 一 部分物质转移和基因重组。（小结）,转化(
11、transformation),几个概念：转化、转化因子、感受态,转化过程,转化的特点,转 化 (transformation),受体细胞直接吸收了来自供体细胞的DNA片断，并把它整合到自己的基因组中，细胞部分遗传性状发生变化的现象叫转化。,转化因子,转化是游离的片断的转移和重组,游离的片断叫转化因子,转化因子由供体提供,自然情况下可由细菌细胞自行裂解产生，,实验室里通过提取获得,双链有转化能力，单链没有，,受体细胞能接受转化的生理状态称为感受态，只有处于感受态的细菌才能接受转化因子，从出现到消失约为分钟(对数期的中期),感受态,感觉态出现原因,细菌失去部分细胞壁的结果,细菌在细胞表面产生某种
12、引起,感受态的决定决定因素,细胞遗传性决定,和菌龄有关,环腺苷酸Camp可提高1000 倍,Ca2+能促使细胞进入感受态,感受态因子,是受体细胞表面上的一种蛋白质,功能使转化因子结合在受体细胞表面,每个受体细胞表面约有30 -80个转化因子结合点，当转化因子结合到受体表面结合点上时 ，DNA一条链被受体细胞膜上的核酸酶分解，另一条链进入受体细胞，通过整合与受体细胞进行基因重组，有人发现DNA也可通过双链形式进入受体细胞形成双倍体的转化子。,转化过程,转化过程,转化中基因交换过程示意图,转化的特点 不需两个细胞直接接触，供体DNA提取出来，注入受体即可。,转导的种类,遗传物质通过噬菌体的携带而转
13、移的基因重组,转导的发现,转导(transduction),转导的特点,完全普遍性转导(compietetransduction),鼠伤寒沙门氏菌,A-B+色氨酸缺陷型,A+B-组氨酸缺陷型,低频转导（LFT）裂解物的形成,低频转导,高频转导,转导的特点,需要噬菌体做媒介，不需要细胞间直接接触,噬菌体DNA不接合到寄主染色体,噬菌体蛋白质包裹寄主任何一部分DNA片段,噬菌体DNA整合到寄主染色体上,噬菌体DNA与寄主染色体特定基因发生交换,普遍性转导,局限性转导,溶源转变,温和噬菌体的基因整合到宿主核基因组上的现象,温和噬菌体并不携带外源供体菌的基因,这种温和噬菌体是完整的，而不是缺陷的,获得新性状的是溶源化的宿主细胞，而不是转导子,获得的性状可随噬菌体的消失而同时消失,接 合 及 其 发 现,因子和接合,接合(conjugation)(,雄性菌株与雌性菌株接合结果,接 合 及 其 发 现,通过细胞间的直接接触能进行大段的转移的过程，叫接合,因子和接合,雄性菌株与雌性菌株接合结果,三者根本区别在于DNA转移的方式不同,转化：供体DNA片断注入受体细胞，通过细胞膜,接合：供体进入受体通过性纤毛,转导：供体DNA片断通过媒介噬菌体携带进入受体,Cncnc-micro,
