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1、第八章 微生物的遗传变异和育种,遗传(heredity),遗传型(genotype)表型(phenotype)变异(variation)饰变(modification),第一节 遗传变异的物质基础,一 遗传的物质基础,1 DNA复制,2转录,3 转译,原核生物只有一种RNA多聚酶转录后不需加工，直接作为mRNAmRNA只能存活几分钟、几小时转录和转移可同时进行，是偶联的原核生物的mRNA是多基因的(polycistronic)，即它们编码几个多肽,二 证明DNA为遗传物质的三个经典实验,1转化实验,2噬菌体感染实验,3 病毒的拆开和重组实验,七个水平细胞水平细胞核水平染色体水平核酸水平基因水平
2、密码子水平核苷酸水平,三 遗传物质在细胞内的存在部位和方式,1 细胞核水平,质粒(plasmid)：细胞质内能自主复制的核外染色体,原核生物的质粒,质粒：游离于原核生物染色体外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状DNA分子，即cccDNA(circular,covalently closed DNA)。质粒具有超螺旋结构，分子量一般在106108Da间，大小约为1%核基因组。携带有某些染色体上所没有的基因，赋予细胞某些特殊功能。严紧型复制控制：质粒的复制与核染色体复制同步。松弛型复制控制：质粒的复制与核染色体复制不同步。质粒消除(curing或elinination)：含质粒的细胞在正常培养基
3、上遇化学、物理因素处理时，质粒的复制受到抑制而核染色体的复制继续进行，子代细胞中质粒消除。附加体(episome)：某些质粒具有与核染色体整合、脱离的功能，这类质粒称附加体。,F因子制育因子，性因子，约2%核染色体，94.5kb，编码的基因约1/3与接合有关,R因子抗药性因子，其基因编码的物质对抗生素有抗性,Ti因子诱癌质粒，可同植物细胞中的核染色体整合，破坏控制细胞分裂的激素调节系统，从而使其变成癌细胞。,巨大质粒分子量200300106Da，比一般质粒大几十到几百倍，上面有固氮基因。,降解性质粒可以编码许多降解性酶类，使细菌降解特殊物质。,Col因子大肠杆菌素因子，即使大肠杆菌分泌大肠杆菌
4、素,2 基因水平,调节基因也有转录和转译作用，以其模板生成的蛋白质称为阻遏蛋白或变构蛋白。阻遏蛋白的作用是能与操纵基因结合，阻止了RNA聚合酶向结构基因滑动，既使结构基因失去了合成mRNA的能力。,基因控制系统,操纵子,调节基因,启动基因操纵基因结构基因,阻遏蛋白也能与培养基中的底物(由结构基因转录、转译的酶催化分解的底物)相结合，当阻遏蛋白与底物结合后，阻遏蛋白从操纵基因分离，从而开放了RNA聚合酶通向结构基因的通道，便能转录成mRNA，并转译成蛋白质(酶)。,第二节 基因突变和诱变育种,一 基因突变生物体内遗传物质的分子结构突然发生可遗传的变化。,变异,基因突变,基因重组,诱变,自发突变,
5、点突变染色体畸变,碱基置换移码突变,转换颠换,缺失添加,缺失添加易位倒位,(一)突变类型,选择性突变,形态突变型抗原突变型产量突变型,营养缺陷型抗性突变型条件致死突变型,非选择性突变,(死活突变),(非死活突变),每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率。,(二)突变率(mutation rate),1 不对应性：引起突变的因素和突变出的性状没有对应关系。2 自发性：自然状况下也可发生。3 稀有性：10-610-9间。4 独立性：突变的发生一般是独立的。5 诱变性：采用某种方法、药品可使突变率增加。6 稳定性：新产生的性状是稳定的、可遗传的。7 可逆性：既可发生正向突变，也可发生回复突变。,
6、(三)突变的特点,变量实验(fluctuation test)涂布实验(Newcombe experiment)影印实验(replica plating),(四)基因突变的自发性和不对应性的证明,两种观点,细菌接触抗生素，抗生素使其定向变异预先已变，抗生素淘汰大量敏感型,变异,基因突变,基因重组,诱变,自发突变,点突变染色体畸变,碱基置换移码突变,转换颠换,缺失添加,缺失添加易位倒位,(五)基因突变的机制,野生菌株(红色),缺陷型菌株(灰白色),一对碱基被另外的一对碱基置换。转换(transition)：即DNA链中的一个嘌呤被嘌呤或嘧啶被嘧啶所置换。颠换(transversion)：即一个嘌
7、呤被嘧啶或嘧啶被嘌呤所置换。,1 诱变的机制,(1)碱基的置换,(2)移码突变,诱变剂使DNA分子中的一个或少数几个核苷酸的增加或缺失，从而使后面的全部遗传密码发生转录和转译错误。,转座因子(transposible element),跳跃基因(jumping gene)在染色体组中或染色体组间能改变自身位置的一段DNA顺序。,(3)染色体畸变,插入序列(insertion sequence)：分子量小，0.71.4kb，只能引起转座效应而不含其它任何基因。,转座子(Tn,transposon)：分子量为225kb，含有几个到十几个基因。能插到受体DNA分子的许多位点上。,Mu噬菌体(muta
8、tor phage)：是E.Coli的一种温和噬菌体，分子量大，约37kb，含20多个基因，可以引起插入突变。,2 自发突变机制,(1)背景辐射、环境因素,(2)微生物自身有害物质,(3)互变异构效应,(4)环出效应,1 损伤机理,2 修复,光复活作用：把近紫外线照射的微生物立即暴露于可见光下，可显著降低其死亡率。暗修复作用：切除修复，有四种酶参与。,(六)紫外线对DNA的损伤及修复,二 突变与育种,(一)自发突变与育种生产中选育定向培育,环境条件定向梯度培养皿,卡介苗：结核杆菌 显著减毒的结核杆菌(即卡介苗),定向培育,230代，13年,1 基本环节,(二)诱变育种,选择简便有效的诱变剂：选择优良的出发菌株：处理单孢子悬液：选择最适剂量：利用复合处理的协同效应：利用和创造与形态、生理、产量等相关的指标。,2 诱变育种的原则,姬姆萨实验,鼠伤寒沙门氏菌的组氨酸缺陷型,(1)与缺陷型筛选有关的三类培养基：-基本培养基(MM),3 营养缺陷型的筛选,野生型能长最低营养成分的合成培养基,天然培养基各种营养缺陷型都能生长,基本培养基+补充成分相应的缺陷型能生长,+完全培养基(CM),A补充培养基(SM),野生型营养缺陷型原养型,(2)与缺陷型突变有关的三类一种型：,(3)营养缺陷型的筛选方法,
