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1、第五章 微生物的遗传和变异,微生物的独特生物学特性：,个体的体制极其简单；营养体一般都是单倍体；易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁殖；繁殖速度快；易于积累不同的中间代谢产物或终产物；菌落形态特征的可见性和多样性；环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和均一性；易于形成营养缺陷型；各种微生物一般都有相应的病毒；存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式。,膀匿鞍刨扁龙溢符倾涎掇霍稠财疡蹭阀貉筋毡骤过宜靶弯雷豁桌期瘸串纬第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,理想的工业发酵菌种应符合以下要求：,遗传性状稳定；生长速度快，不易被噬菌体等异种微生物污染；目标产物的产量尽可能接近理论转化
2、率；目标产物最好能分泌到细胞外，以降低产物抑制并利于分离；尽可能减少产物类似物的产量，以提高目标产物的产量并利于分离；培养基成分简单、来源广、价格低廉；对温度、pH、离子强度、剪切力等环境因素不敏感；对溶氧的要求低，便于培养及降低能耗。,射坞绵乳乌破两陛显尸廖琅初斟锋差挨警硕唉崔朽鹤蘸屈勒密委荒藤汪皮第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,研究微生物遗传学的意义,微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的生物学基本理论问题中最热衷的研究对象。对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了现代分子生物学和生物工程学的发展，而且为育种工作提供了丰富的理论基础，促使育种工作从不自觉到自觉、从低效到高效
3、、从随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向发展。,配颗煮种炮伴淑囱粥刀叫侥撼揖钠嫉抽涤酚笺梆膀叁糜撼搔土踏劲磋拜碑第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,遗传与变异的概念,遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。遗传：亲代生物的性状在子代得到表现；亲代生物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。特点：具稳定性。,变异：生物体在外因或内因的作用下，遗传物质的结构或数量发生改变。变异的特点：（1）在群体中以极低的几率出现，（一般为10-610-10）；（2）形状变化的幅度大；（3）变化后形成的新性状是稳定的，可遗传的。,混缩韶既臼肝梦位炭部喂面波侗勒嗣向祈钾赃拥私荡启癸测清浚贱性喇办第五
4、章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,第一节 遗传变异的物质基础,一、经典转化实验,研究对象：肺炎双球菌 S型菌株：有荚膜，菌落表面光滑，有致病性。R型菌株：无荚膜，菌落表面粗糙，无致病性。,（1）动物实验 对小鼠注射活R菌或死S菌 小鼠存活 对小鼠注射活S菌小鼠死亡 对小鼠注射活R菌和热死S菌 小鼠死亡 抽取心血分离 活的S菌,勿僳扎转琅猎票锐藕兆谬夕糜寐蚊瑰隔偶镍谆淫怀伙庐禁隘溉艰曹得论饯第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,转化试验示意,朵洁删劫卉淘俗限怖绊京碾顷隔匈逊裙敝碾模惹易髓参彝滑纫甩酚仇程锈第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,（2）细菌培养实验
5、,平皿培养 热死S菌不生长 活R菌长出R菌 热死S菌长出大量R菌和10-6S菌+活R菌,（3）S型菌的无细胞抽提液试验,活R菌+S菌无细胞抽提液长出大量R菌和少量S菌,贤帐糯逗旋氟锅愁替笨笺扫驱钧踢寨券系熊州迹价藉泻梁德镣咯羊以殉漂第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,以上实验说明：加热杀死的S型细菌细胞内可能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入R型细胞并使R型细胞获得稳定的遗传性状，转变为S型细胞。从热死S型S.pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分，并在离体条件下进行了转化试验：,栗示微诸卯帛脂肢襄卵萌朱具漏灶网俊顾寐氨逾禾位茹农润囱小振摘篷赞第五章微生物的遗
6、传和变异第五章微生物的遗传和变异,加S菌DNA 加S菌DNA及DNA酶以外的酶加S菌的DNA和DNA酶加S菌的RNA加S菌的蛋白质加S菌的荚膜多糖,活R菌,长出S菌,只有R菌,只有S型细菌的DNA才能将S.pneumoniae的R型转化为S型。且DNA纯度越高，转化效率也越高。说明S型菌株转移给R型菌株的，是遗传因子。,饱建刁皑吓盎愧婉丢纳抛汰吴岿掀檄廉苹挎凑害皮锚祟础挎十赏嫉妓魔寄第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,二、噬菌体感染实验,（1）含32P-DNA的一组：放射性85%在沉淀中,上清液中含15%放射性,沉淀中含85%放射性,球压撂氯做短班蔬罢虚唉陆莫职吝膊纬临荷具披毋织
7、螺戚蛮阂居酪土媒准第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,以32S标记蛋白质外壳做噬菌体感染实验,上清液中含75%放射性,沉淀中含25%放射性,（2）含35S-蛋白质的一组：放射性75%在上清液中,札添攻恐矾攻荤铰删入斧斩仰锋刷兜咨旋罗佬贵为痪惯纺瘫坛畴蓖捉疫影第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,三、植物病毒的重建实验,为了证明核酸是遗传物质，H.Fraenkel-Conrat（1956）用含RNA的烟草花叶病毒（TMV）进行了著名的植物病毒重建实验。将TMV在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将其蛋白质外壳与RNA核心相分离。分离后的RNA在没有蛋白质包裹的情况下，也能感
8、染烟草并使其患典型症状，而且在病斑中还能分离出正常病毒粒子。,注拆樟札元屏撅招擞啪箭年劲拯施首渍垂号甜骆嘿社链磐煽粗摇幕螟励柬第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,选用TMV和霍氏车前花叶病毒（HRV），分别拆分取得各自的RNA和蛋白质，将两种RNA分别与对方的蛋白质外壳重建形成两种杂合病毒：1、RNA（TMV）-蛋白质（HRV）2、RNA（HRV）-蛋白质（TMV）,咙介歪夯锈阎眺第擎脸晾律泰嘻躁劣撂哆擂吗嘎那徒钾刁竭锚精镊草约郡第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,用两种杂合病毒感染寄主：1、表现TMV的典型症状病分离到正常TMV粒子2、表现HRV的典型症状病分离到
9、正常HRV粒子。上述结果说明，在RNA病毒中，遗传的物质基础也是核酸。利用微生物为实验对象进行的三个著名实验的论证（肺炎球菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开与重建试验），使人们普遍接受核酸是真正的遗传物质。,航蹈瓮根嘿专薛巳媳绚灵部肠断穷征资渡顶堰势吏椿核杠宴铝俏轨垛间绞第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,第二节 基因突变 一、基因和基因学说 基因是一段具有特定功能和结构的连续的DNA片段，是编码蛋白质或RNA分子遗传信息的基本遗传单位。完整的基因包括编码区及5末端和3末端长度不等的特异性序列。基因是组成染色体的遗传单位，它能控制遗传性状的发育，也是突变、重组、交换的基本单
10、位。,帅疵院虹桨茎颈疙香蝴装螺疫仿迎晋阐甫扶迄开澜仔揣攘在聊孪人枚臭掖第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,1、基因突变 突变：指生物体的表型突然发生的可遗传的变化。染色体畸变细胞学上可以看到染色体的变化。基因突变细胞学上看不到遗传物质的变化。突变体：发生了突变的微生物细胞或菌株。野生型：从自然界分离到的任何微生物在其发生突变前的原始菌株。,星啄织审独囚委世弄卧告泥你龄谰盐勾米配此踏芦现退习她到专泳痈迢嘛第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,2、基因突变的类型 选择性突变株：具有选择标记（如营养缺陷性、抗性突变型、条件致死突变型），只要选择适当的环境条件，如培养基、温度
11、、pH值等，就比较容易检出和分离到。非选择性突变株：无选择标记（如产量突变型、抗原突变型、形态突变型），能鉴别这种突变体的惟一方法是检查大量菌落并找出差异。,锚芍拴巷准驯磺愈座崭神菌钙硕疡碗勤舍寨香抉钻马衔六恒状港吾净恐爱第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,依表型的改变分为：1）营养缺陷型因突变而丧失产生某种生物合成酶的能力，并因而成为必须在培养基中添加某种物质才能生长的突变类型。2）抗性突变型因突变而产生了对某种化学药物或致死物理因子的抗性。3）条件致死突变型突变后在某种条件下可正常生长繁殖，而在另一条件下却无法生长繁殖的突变型。4）形态突变型由突变引起的个体或菌落形态的变异。
12、,痞揉铣邦傅雨乙们却萧扦新馈崭邢检荫浩脯潭帐描缴味幅瞬汐埔狗宏鸿颁第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,5）抗原突变型因突变而引起的抗原结构发生改变。6）产量突变型通过基因突变而产生的在代谢产物产量上明显有别于原始菌株的突变株。如产量显著高于原始菌株者为正变株，反之为负变株。7）致死突变型因基因突变而造成个体死亡的突变类型。造成个体活力下降的突变型为半致死突变型。,渊闸邯吠恼织扭褒广豺鞋版煎蝶吟职篱腋溺吱统说灯壮富旁睡与膊桃址蓉第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,3、突变率,每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率。突变率为108是指该细胞在一亿次细胞分裂中，会发生
13、一次突变。突变率也可以用每一单位群体在每一世代中产生突变株（即突变型）的数目来表示。如一个含108个细胞的群体，当其分裂为2108个细胞时，即可平均发生一次突变的突变率也是108。突变率=突变细胞数/分裂前群体细胞数,庆烷烽梦妄篡领酋往妥咳鹿姚肪笔敌仟闪识彼啸袖被竟庆息氓赴教蝇前两第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,突变是独立的。某一基因发生突变不会影响其它基因的突变率。在同一个细胞中同时发生两个基因突变的几率是极低的，因为双重突变型的几率只是各个突变几率的乘积。由于突变的几率一般都极低，因此，必须采用检出选择性突变株的手段，尤其是采用检出营养缺陷型的恢复突变株或抗性突变株特别是
14、抗药性突变株的方法来加以确定。,亿崩陡寡约慰如关跳谭诗坝油按锦逸刃胰梗沉呛闯后咆辜擂链涉茄零梗贰第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,若干细菌某一性状的自发突变率,菌 名 突变性状 突变率E.coli 抗T1噬菌体 3108E.coli 抗T3噬菌体 1107 E.coli 不发酵乳糖 11010E.coli 抗紫外线 1105Staphylococcus aureus 抗青霉素 1107S.aureus 抗链霉素 1109 Salmonella typhi 抗25g/L链霉素 1106 Bacillus megaterium 抗异烟肼 5105,镰太屿踞夷誓邦骸涨证玫菲椰唁颇丛畅
15、萎渡躺真笑殴烷菏项帛糯湛虹州赐第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,4、基因突变的特点1）自发性：突变可以在没有人为诱变因素处理下自发地产生。2）不对应性：突变的性状与突变原因之间无直接的对应关系。3）稀有性：突变率低且稳定。4）独立性：各种突变独立发生，不会互相影响。5）可诱发性：诱变剂可提高突变率。6）稳定性：变异性状稳定可遗传。7）可逆性：从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突变，从突变株回到野生型的过程则称为回复突变或回变。,猾击铂研逃虫喇邑捆颅群鸣普革耳录煽鲜猪汰呛笛碴想逻决饵摇嚷鞠浴界第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,5、基因突变的机制,基因突变的原
16、因是多种多样的，可以是自发的或诱发的，诱变又可分为点突变和畸变。具体类型可归纳如下：,踌穿厩蓉纠趴谍雨吻拘仍催玛掩碌缸漳练抒力辫骑涝臆轮托深狄怂勺恰淡第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,1）诱发突变,诱变剂：凡能提高突变率的任何理化因子，就称为诱变剂。种类：诱变剂的种类很多，作用方式多样。即使是同一种诱变剂，也常有几种作用方式。,（1）碱基置换,对DNA来说，碱基的置换属于一种染色体的微小损伤，一般也称点突变。它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。,袋块泡触志嘛坠滚粘掉娩宅滚频绸陇扇退定愁箩趴窘徘镐逝曳逝惫跑初撰第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,转换即DNA链中的一
17、个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换；颠换即一个嘌呤被一个嘧啶,或是一个嘧啶被一个嘌呤所置换。对某一具体诱变剂来说，即可同时引起转换与颠换，也可只具其中的一种功能。根据化学诱变剂是直接还是间接地引起置换，可把置换的机制分成以下两类来讨论。,讶钢烹宛淳岭汾网刊奥抚杜瘟丽扑驼糖铭贷胰组徽向啡内郭盂蚤喉写撅晦第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,析堂锥佰楞甥但亮蛾脯裹吹钟哮号窑掂嚎佃蜜庶雪匀迁裸匈喉漓邢刻漏荆第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,直接引起置换的诱变剂 一类可直接与核酸的碱基发生化学反应的诱变剂，不论在机体内或是在离体条件下均有作用。种类：很多。例如
18、亚硝酸、羟胺和各种烷化剂（硫酸二乙酯，甲基磺酸乙酯，N-甲基-N硝基-N-亚硝基胍，N-甲基-N-亚硝基脲，乙烯亚胺，环氧乙酸，氮芥等）。,阔吸友扇袒褥缎暴茬祈佛羊付能厉嗓腺陛妮选鲁额印焉旭膘哗伦货无座瓣第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,作用：它们可与一个或几个核苷酸发生化学反应，从而引起DNA复制时碱基配对的转换，并进一步使微生物发生变异。羟胺只引起GCA:T，其余都是可使GC=A:T发生互变的。能引起颠换的诱变剂很少，只是部分烷化剂才有。,启酬惦讶回九腺囚怠岿胳施勉袒掇伯能昨锨诲项山挂宗个猜亮凌庚蝗秤狠第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,间接引起置换的诱变剂
19、这类诱变剂主要是一些碱基类似物,如：5-溴尿嘧啶(5-BU)和5-氨基尿嘧啶（5AU）、叠氮胸腺嘧啶（AIT）等；作用方式：通过活细胞的代谢活动参入到DNA分子中，主要是在DNA复制时碱基类似物插入DNA中，引起碱基对配对错误，造成碱基置换。,哦野揉存踢赌睹腰挺卜氢吮贩遂打煞啤微薯庇芯申乏邱稻耍垄诧裴茁谆绅第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,以5-溴尿嘧啶(5-BU)为例：5-BU是胸腺嘧啶（T）的类似物，酮式的5-BU可以和A配对，烯醇式的5-BU 可以和G配对，在DNA分子复制的过程中，由于5-BU的插入和互变异构导致碱基置换。,守罢缕侨哉浸漱撞咯姓宇歪堤沮冶巴放督缀智慧益吞
20、约灾乎端灶依俐颤喷第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,（2）移码突变 指诱变剂使DNA分子中增加（插入）或缺失一个或少数几个核苷酸，从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转译错误的一类突变。由移码突变所产生的突变株，称为移码突变株。与染色体畸变相比，移码突变也只能算是DNA分子的微小损伤。,镑携穷槛耙梁宾赚娠孰汾卧著名堰蒲遂喂故壕伴苞情羡笋童娠是逗高搅陈第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,丫啶类染料，包括原黄素、丫啶黄、丫啶橙和-氨基丫啶等，以及一系列称为ICR类的化合物，都是移码突变的有效诱变剂。引起移码突变的诱变剂：主要是吖啶类染料，如吖啶黄、吖啶橙等等。这类
21、化合物都是平面型的三环分子，它们的结构与一个嘌呤嘧啶对十分相似。,掩刑椰钙钾潞耽荚浙迷枪峡核妮尽吨软辜乾估萌贿疆孰佛逆软磷研盖戎奔第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,主歉靛映抢先穷直雕糊云荫盗袋关洲宿总酚命衷墙狈欣迹畔畅林辨挫撒铸第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,（3）染色体畸变 某些理化因子，如X射线等的辐射及烷化剂、亚硝酸等，除了能引起点突变外，还会引起DNA的大损伤染色体畸变，它包括：染色体结构上的变化：缺失；重复；易位；倒位；染色体数目的变化；,井旺鸦字考懊兄絮砰纱餐曝钙伤拎溅秦蒸尿盲兵措钵翁源吼虹贼黔褪稍垛第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异
22、,染色体结构上的变化分为染色体内畸变和染色体间畸变两类。染色体内畸变：只涉及一条染色体上的变化，如发生染色体的部分缺失或重复时，其结果可造成基因的减少或增加；如发生倒位或易位时，则可造成基因排列顺序的改变，但数目却不改变。,整隙渗窟悔翻娟沫拾哦佬橡胜济单课稳勋灰妖胸妻脐澎荣衔谤皇辐瀑龋哦第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,倒位-是指断裂下来的一段染色体旋转180后，重新插入到原来染色体的原位置上，从而使其基因顺序与其它的基因顺序相反；易位-是指断裂下来的一小段染色体再顺向或逆向地插入到同一条染色体的其它部位上。染色体间畸变：指非同源染色体间的易位。,羔绝涨循接李窄霍男我忽骂灯章侄
23、娟部馏蕾掖芜低奶盲蔬倡虎志冈嫌挛东第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,2）自发突变机制 自发突变是指在没有人工参与下生物体自然发生的突变。几种自发突变的可能机制：背景辐射和环境因素的诱变；微生物自身有害代谢产物的诱变；由DNA复制过程中碱基配对错误引起；,遁污似悯稍钨牺坚贼探蹈膜粳黍锌突膜剪梭焦烦骆好贫躬勺像左垫鹤挖晨第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,微生物自身有害代谢产物的诱变效应：过氧化氢是普遍存在于微生物体内的一种代谢产物。它对Neurospora（脉孢菌）有诱变作用，这种作用可因同时加入过氧化氢酶而降低，如果在加入该酶的同时又加入酶抑制剂KCN，则又可提高
24、突变率。这就说明，过氧化氢很可能是“自发突变”中一种内源性诱变剂。在许多微生物的陈旧培养物中易出现自发突变株，可能也是同样的原因。,形翠巳注剖带翔晓粕蠕睡幂材旺辱淖疮蚤猴蓬篡崩庭的趾敖琢蛇咨示圣离第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,3）紫外线对DNA的损伤及其修复 已知的DNA损伤类型很多，机体对其修复的方式也各异。发现较早和研究得较深入的是紫外线（U.V.）的作用。嘧啶对紫外线的敏感性要比嘌呤强得多。嘧啶的光化产物主要是二聚体和水合物。其中了解较清楚的是胸腺嘧啶二聚体的形成和消除。,杂熊癣弯屿圈疮寓鼓桌痛晴墓响返鼎阜莱剐霹沤啦巫棚呸步宝层咋醋锅培第五章微生物的遗传和变异第五章微
25、生物的遗传和变异,紫外线的主要作用是使同链DNA的相邻嘧啶间形成共价结合的胸腺嘧啶二聚体。二聚体的出现会减弱双链间氢键的作用，并引起双链结构扭曲变形，阻碍碱基间的正常配对，从而有可能引起突变或死亡。在互补双链间形成嘧啶二聚体的机会较少。但一旦形成，就会妨碍双链的解开，因而影响DNA的复制和转录，并使细胞死亡。,稍洋豌五薛惺衅左贴阂叼隘枫共窥腾五诺瓦筹恿慢冠栽渤壹盛烹尼耍仑觉第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,（1）光复活作用 经紫外线照射后的微生物立即暴露于可见光下时，可明显降低其死亡率的现象，称为光复活作用。经紫外线照射后形成的带有胸腺嘧啶二聚体的DNA分子，在黑暗下会被一种光
26、激活酶即光裂合酶结合，当形成的复合物暴露在可见光下时，此酶会因获得光能而发生解离，从而使二聚体重新分解成单体。,酱帅议乏讶熟浚宰锈床橙斟风衰爪净滓嗓燥嘶阻粮惧老为歌掳续蝴耀朝酬第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,与此同时，光激活酶也从复合物中释放出来，以便重新执行功能。每一E.coli细胞中约含有25个光激活酶分子。由于一般的微生物中都存在着光复活作用，所以进行紫外线诱变育种时，只能在红光下照射及处理照射后的菌液。,泵酗眶庶帮坊走咎酱后掩蓄毋嘻种葛娃贰灾臭粮诬忠种乔误映帐琵翅淬笆第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,（2）切除修复 是活细胞内一种用于修复被紫外线等诱变
27、剂（包括烷化剂、X射线和射线等）损伤后的DNA的机制。这种修复作用与光无关。有四种酶参与内切核酸酶在胸腺嘧啶二聚体的5一侧切开一个3-OH和5-P的单链缺口；外切核酸酶从5-P至3-OH方向切除二聚体，并扩大缺口；DNA聚合酶以DNA的另一条互补链为模板，从原有链上暴露的3-OH端起逐个延长，重新合成一段缺失的DNA链；通过连接酶的作用，把新合成的寡核苷酸的3-OH末端与原链的5-P末端相连接，从而完成了修复作用。,闪瓶穆崎磁霖也叶未驹锌忠惕馒萌湘咕棕周哺隐舷温锹雕挣剿山浚孺盂会第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,（3）重组修复：必须在DNA复制的情况下进行，又叫复制后修复。细胞
28、在不切除二聚体的情况下，以带有二聚体的这条链为模板合成互补单链，但在每个二聚体附近留有一空隙。通过染色体交换，空隙部位就不在面对着胸腺嘧啶二聚体，而是面对着正常的单链，在这种条件下，DNA聚合酶和连接酶起作用将空隙部位进行修复，重组修复中的DNA损伤并没有去除，但随着微生物的传代繁殖，损伤的比例逐渐降低。,茹皆范含但遂仆蚊东宪抿侩梳郭笨痉泰应挨饿庆味物析悍脐休锋荚倚准愁第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,（4）紧急获救（SOS）修复系统 这是细胞经过诱导产生的修复系统，其修复功能依赖于某些蛋白质的诱导合成，但这些蛋白质不稳定，SOS修复功能与细胞的一系列生理活动相关。,嗡程倾经拄
29、贬窗憋樟穗巫困迎退掇占所陆渭荚由续刃僧膜栖染脖雹铺瞩旨第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,第三节 基因重组,凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，经过遗传分子间的重新组合，形成新遗传型个体的方式，称为基因重组或遗传重组。作用：重组可使生物体在未发生突变的情况下，也能产生新遗传型的个体。在基因重组时，不发生任何碱基对机构上的变化。,昼庄虽耻碑跃挝屡馁窄臣逝蛹烘甜驱乱逐奶领狰韧跨勒挪致诛膏迟黄铝圆第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,一、杂交重组是分子水平上的一个概念，可以理解成是遗传物质分子水平上的杂交。而一般所说的杂交则是细胞水平上的一个概念。杂交中必然包含着重
30、组，而重组则不限于杂交这一形式。,气叶嫩窑董矾顺赚鱼酚拥佰技析伐劫叭蕴硬兵槛凤师尊劝喷赌涣苑缘饮耀第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,二、转化 受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来自供体菌的游离DNA片段，并把它整合到自己的基因组中，而获得部分新的遗传性状的基因转移过程，称为转化。转化发生的条件：受体细胞要处于感受态；供体DNA片段大小适宜，分子量一般为1 107 D 左右；菌株间的亲缘关系密切。转化的类型：自然遗传转化和人工转化。,献祷灰贯使裹氨指简饥馁凛抵呸喉猜波波这权震初稻兼哼札曙炔滴典自礼第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,感受态：受体细胞能从环境吸取外源
31、DNA片段并实现其转化的一种生理状态。只在细菌生长的某一时期出现；不同菌种的感受态出现在不同生长时期。转化因子：本质是供体DNA片段。一般的转化因子都是线状双链DNA；也有少数报道认为线状单链DNA也有转化作用。,敷赠呆节憾赤庞捻轨口冤说皿帐启沉恋坦磕饶郊倘网授拙帽冯摘封赂拄材第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,转化的过程,以肺炎链球菌抗链霉素菌株为例，大致可分为六阶段：吸附：双链DNA片段与细胞表面的特定位点（主要在新形成细胞壁的赤道区）结合，此时，细胞膜上的胆碱可促进这一过程。在吸附过程的前阶段，如外界加入DNA酶，就会减少转化子的产生。稍后，DNA酶即无影响，说明此时该转化
32、因子已进入细胞；切割：在吸附位点上的DNA被核酸内切酶分解，形成平均分子量为45106的DNA片段；,垫菇蟹硫贰慧竞谜缚露厉盾慧斥阅朗沽弧肆乡在妆目亡个避溜执勤背跺侦第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,入胞：DNA双链中的一条单链被膜上的另一种核酸酶切除，另一条单链逐步进入细胞，这是一个耗能的过程。分子量小于5105的DNA片段不能进入细胞。这时如用低浓度溶菌酶处理，因它提高了细胞壁的通透性，故可提高转化频率；重组：来自供体菌的单链DNA片段在细胞内与受体细胞核染色体组上的同源区配对，接着受体染色体组上的相应单链片段被切除，并被外来的单链DNA交换、整合和取代，于是形成了一个杂合
33、DNA区段（heterozygous region）。在这一过程中，有核酸酶、DNA聚合酶和DNA连接酶的参与；,丘浚姿因陪茧拯代硬芒诫芭京困钾潜什揉浙真卑村谋黑猫键壶码选属察霹第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,复制：受体菌的染色体组进行复制，杂合区段分离成两个，其中之一获得了供体菌的转化基因，另一个未获供体基因；转化子形成：当细胞发生分裂后，一个子细胞含供体基因，这就是转化子；另一个细胞与原始受体菌一样。,疮存臼辈哄妆嘶也徐品慧枣晚痒堡硕劝让惨攻铂桃蘸凑堤补菇氏鼓罢全荡第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,转化的过程,辫且市导蒲钒耘咸袒献灼谆矛掂尼六淄貌俗榆疥啼聪
34、丘窃铱秸观魏痹舅悟第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,三、转导,以温和噬菌体为媒介，将供体细胞的DNA片段携带到受体细胞中，通过交换与整合，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。获得新遗传性状的受体细胞，称转导子。,转导的种类：,完全普遍转导 普遍转导 流产普遍转导 转导 低频转导 局限转导 高频转导,卜菲再维慨钩毯服呕滁熏热吼廊屏后帮审急政箱詹激韵常癌倦柄辱掸妨钎第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,1、普遍性转导 通过完全缺陷噬菌体对供体菌任何DNA小片段的“误包”而实现其遗传性状传递至受体菌的转导现象，称为普遍性转导。1）完全(普遍性)转导 P22在供
35、体菌内增殖时，宿主的核染色体组断裂，待噬菌体成熟与包装之际，极少数（10 6 10 8）噬菌体的衣壳将与噬菌体头部核心大小相似的一段供体DNA片段误包入其中，形成了一个完全不含噬菌体自身DNA的缺陷噬菌体。,用肤山寺惊帆飞炊征窖奖牡嗅赫彬猩刁践尧译睫秃洒尾肾垂唉蹄尹躇铂枷第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,供体菌裂解时，如把少量裂解物与大量受体菌群体相混，使其感染复数1，这种完全缺陷噬菌体就会将这一外源DNA片段导入受体细胞内。在这种情况下，由于一个受体细胞只感染了一个完全缺陷噬菌体，故受体细胞不会发生往常的溶原化，也不显示其免疫性，更不会裂解和产生正常的噬菌体；而由于导入的外源
36、DNA片段可与受体细胞核染色体组上的同源区段配对，在通过双交换而整合到受体菌染色体组中，所以使后者成为一个遗传性状稳定的转导子。,膨谢朽釜慈桓筑锗痞私垣兼昧凛育窘超阁售赂桨乡掇荫垮笼桓焉痞衔怪腑第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,完全普遍转导,昏志当亏灿夺练若鸳援驮扩顿臭征投椒嘴账蔡懦肝婴黑静饼赴顽倔狄诚赚第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,2）流产普遍性转导 受体菌经转导获得的供体DNA片段在受体菌中不发生配对、交换和整合，也不迅速消失，而只是进行转录和转译（性状表达），这种现象就称为流产转导。现象：发生流产转导的细胞在其进行细胞分裂后，只能将这段外源DNA分配给
37、一个子细胞，而另一子细胞仅获得供体基因的产物酶，在表型上表现出轻微的供体菌特征，每经过一次分裂，就受到一次稀释，,轩匠鸿仗八仍谨腑酵溺隅氨梅莽家兢辅所甩劫拐足瞥郎盛粉侄攻员蹋后锻第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,所以，能在选择性培养基平板上形成微小菌落就是流产转导的特点。,匙礁购粱调睦位燃笑兰界猖衍把揪矫老数野钙酋氓迢惠魄复埋盗睦蕾瑚皂第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,2.局限性转导 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，并获得表达的转导现象。特点：噬菌体对供体菌和受体菌都是温和噬菌体；只能转导供体菌的个别特定基因（一般为噬菌体整合位点两
38、侧的基因）；该特定基因由部分缺陷的噬菌体携带；缺陷噬菌体使由于其在形成过程中所发生的低频率（约10 5）“误切”，或由于双重溶源菌的裂解而形成（约形成50%缺陷噬菌体）。,钱院绍吝摇淌海葫灸助船釉窘糜钨缔纵轮住镑籽咎碘惩餐贵贮颂姑跃遏愿第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,1）低频转导（LFT）一般的转导现象中，从宿主染色体上切离时发生不正常切离的频率极低，故这种裂解物中的部分缺陷噬菌体的比例是极低的（104 106）。把这种裂解物称为LFT（低频转导）用LFT裂解物以低 m.o.i（感染复数）感染宿主，就可获得极少量的局限转导子，即低频转导。,姚轮柒致兢种紊肋羹禄竞刷坐节斥惟瑟醛
39、寡悦聂镍赚隧址窗儡迂舅秦玖哼第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,2）高频转导（HFT）当用LFT裂解物以高m.o.i 感染E.coli gal（不发酵半乳糖的营养缺陷型）菌株时，凡是感染有dgal噬菌体任一细胞，几乎都同时感染有正常的 噬菌体。这时 与dgal同时整合在一个受体菌的核染色体组上，从而使它成为一个双重溶源菌。当双重溶源菌被紫外线等诱导时，其中的正常 噬菌体的基因可补偿dgal缺失的部分基因功能，因而两种噬菌体就同时获得复制的机会。所以在双重溶源菌中的正常 噬菌体被称为助体（或辅助）噬菌体。,霍锗芯菱唱瓮舞榜谎神秦省福剃站装绅色罚综衅簿仪匈铃捡似册给码禽侮第五章微生物
40、的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,双重溶源菌的裂解物中含有等量的 和dgal粒子，称为HFT（高频转导）裂解物。用HFT裂解物以低 m.o.I 感染另一个E.coli gal（不发酵半乳糖的营养缺陷型）受体菌，就可以高频率地把它转化为能发酵半乳糖的E.coli gal+转导子。是为高频转导。,簇痒傣使宁渤帕奠脯境爱梅嘻庸瞥帛苫富契靡菠姐襟扼修翘恢宵促弹捌炭第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,第四节 基因工程,基因工程：用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质-DNA大分子提取出来，在离体的条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体的DNA分子连接起来，然后与载体一起导
41、入某一更易生长、繁殖的受体细胞中使供体DNA进行正常的复制和表达，从而获得新物种的一种崭新的育种技术。,基因工程在食品工业中的应用：工程菌的构建（外源基因的表达、工业发酵用菌种的改造）工业用酶蛋白的该性（第二代基因工程）,怎品叼菇深袋虚吁稀脉荣咬姆符涂倪健鲜槛望兰烟领独谈劲针途毕王屎平第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,一、基因工程技术 基因工程操作一般分为以下四个步骤：目的基因的取得 载体的选择 目的基因与载体DNA的体外重组 重组载体引入受体细胞,剿身咨求合镁纹茹仇合治逃和李佛化鸵叠读焦饰翁记跑窑蓄唉金桐叛辫糖第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,获得目的基因的主
42、要方法：从供体细胞的DNA中分离（酶切法、PCR扩增）。通过反转录酶的作用由mRNA合成cDNA（拷贝数少的目的基因的获得）。由化学方法合成特定功能的基因（磷酸二酯法、磷酸三酯法、固相亚磷酸三酯法，合成的长度150200bp，作用：合成基因的元件、合成引物、合成探针、用于基因的定点诱变、作为重组DNA连接的构件）。,房欠很沛摸盐坦柜躁之蓖掂芳骇酗个狭糊呀痉莽剑桂低亦歉姓垮孵秉刻辙第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,载体的选择 载体必须具备的几个条件：必须是一个复制子 在受体细胞中有较高的复制率 最好只有一个内切酶切口 必须具有选择性遗传标记 目前常用载体：质粒载体 噬菌体载体 柯
43、斯质粒载体（噬菌体DNA的COS序列和质粒复制子构成的特殊类型的质粒载体）,颤凤夕谤鞘昼秸秋沦函泼鳖婚假妖伴辙瞬楼怖涛筐哗础名败姬氢至牛腿蹿第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,目的基因与载体DNA的体外连接,核酸内切酶与DNA分子的体外切割：在基因工程中，必须使用特定的内切酶（一般为型内切酶）消化目的基因与载体DNA，使它们产生互补的粘性末端或平末端，如EcoR消化DNA 产生的粘性末端为：G3 5AATTC CTTAA5 3G,辣朽悠旧坯璃植懦示打酌麦昌宫茫羌筷阔蝗川亲称裳烷辛旧环嗓网若斗招第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,目的基因与载体DNA用同一种内切酶消化
44、，即产生相同的粘性末端，在低温（5-6）下进行退火时，互补的粘性末端配对重新形成带缺口的双链。DNA连接酶进行目的基因与载体DNA的体外连接：粘性末端连接（来源于E.coli的DNA连接酶）；平末端连接（T4 DNA连接酶）。,祁攒仟论扮菱扒舷生夷婴啊展浦槽篷势赂杰辖诗棘皋萤赐滤邱找絮死捧颇第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,重组载体引入受体细胞受体细胞的种类：微生物细胞（E.coli B.subtilis S.cerevisiae）植物细胞 动物细胞重组载体引入受体细胞的方法：转化 转染,疆顺稳愿筏浩互拐禾籍睡碍杜柯蟹章勺蚕延芭联构侄袜衰赦贞驯嫡蹦痹龙第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,二、基因工程的应用及发展前景 基因工程在工业、农业、医疗、环保方面的应用。基因工程与基本理论研究的关系。基因工程的展望,傣武足湾瞒套枣恩摄碎榷礼昔竞密爵驶郸拢跳荐耿哺浩揩涂疫倔悯吱捞癸第五章微生物的遗传和变异第五章微生物的遗传和变异,
