1、第七章第七章 微生物的遗传变异和育种微生物的遗传变异和育种第一节第一节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础一一 证明证明DNA是遗传物质的三个经典实验是遗传物质的三个经典实验l 经典转化实验经典转化实验F.Griffith针对肺炎双球菌（针对肺炎双球菌（S.pneumoniae）实验）实验已知已知S.pneumoniae分为两种形式分为两种形式S型：有荚膜的致病菌光滑型型：有荚膜的致病菌光滑型R型：无荚膜非致病菌粗糙型型：无荚膜非致病菌粗糙型 以上实验说明，热杀死的以上实验说明，热杀死的S型细菌中具有某种遗传型细菌中具有某种遗传转化能力的物质，能通过某种方式进入转化能力的物质，能通过某种方式
2、进入R型细菌中，型细菌中，使使R型细菌获得表达型细菌获得表达S型荚膜性状的遗传特性。型荚膜性状的遗传特性。（4）细胞抽体物离体转化实验）细胞抽体物离体转化实验充分证明充分证明S型细菌的型细菌的DNA使使R细菌转变成了细菌转变成了S型细菌。型细菌。l 噬菌体感染实验噬菌体感染实验l 植物病毒重建实验植物病毒重建实验证明证明RNA同样是遗传物质同样是遗传物质（一）（一）7个水平个水平1.细胞水平细胞水平 真核微生物和原核微生物的真核微生物和原核微生物的DNA存在于细胞核存在于细胞核和核区中。和核区中。2.细胞核水平：基因组细胞核水平：基因组真核微生物：细胞核有核膜包裹，真核微生物：细胞核有核膜包裹
3、，DNA与组与组 蛋白结合成核染色体。蛋白结合成核染色体。原核微生物：细胞核无核膜包裹，原核微生物：细胞核无核膜包裹，DNA呈环状呈环状 双链松散结构。双链松散结构。二二 遗传物质在微生物细胞内遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式的存在部位和方式3.染色体水平：染色体数和染色体倍数染色体水平：染色体数和染色体倍数4.核酸水平：核酸种类、核酸结构、核酸水平：核酸种类、核酸结构、DNA长度长度5.基因水平：基因水平：基因调控系统基因调控系统操纵子操纵子调节基因调节基因启动基因启动基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因二二 遗传物质在微生物细胞内遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式的存在部位和方式
4、CcpAHPrHisPPpromotorcre boxstructure gene6-p-glc6.密码子水平：密码子水平：mRNA上三个连续的核苷酸序列上三个连续的核苷酸序列7.核苷酸水平：核苷酸水平：AMP TMP GMP CMP（二）核外染色体存在的形式（二）核外染色体存在的形式三三 原核生物的质粒原核生物的质粒质粒质粒游离于原核生物核基因组外，具有独立复游离于原核生物核基因组外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状的制能力的小型共价闭合环状的dsDNA分子。分子。严密型复制控制严密型复制控制松弛型复制控制松弛型复制控制 pIC333Tn10B.subtilis ST100ST141ST1
5、43 ST144ST145质粒在基因工程中的应用质粒在基因工程中的应用几种典型质粒介绍几种典型质粒介绍（1）F质粒：质粒：(性因子性因子)E.coli 中决定性别的质粒中决定性别的质粒（2）R质粒：抗性质粒质粒：抗性质粒抗性转移因子：抗性转移因子：RTF 抗性决定子抗性决定子r：包含：包含IS转座因子转座因子（3）Col质粒：质粒：(大肠杆菌素质粒大肠杆菌素质粒)编码基因包括：编码基因包括：Col E1和和 Col Ib（7）降解性质粒：存在于假单胞菌属中）降解性质粒：存在于假单胞菌属中 编码一系列降解复杂物的酶基因编码一系列降解复杂物的酶基因（5）Ri质粒：存在于发根农杆菌，诱生毛状根。质粒
6、：存在于发根农杆菌，诱生毛状根。（6）mega质粒：（巨大质粒），存在于根瘤菌质粒：（巨大质粒），存在于根瘤菌中，中，编码固氮基因。编码固氮基因。（4）Ti质粒：质粒：(诱癌质粒诱癌质粒)，存在于根癌农杆菌中，存在于根癌农杆菌中，植物遗传工程的载体。植物遗传工程的载体。第二节第二节 基因突变和诱变育种基因突变和诱变育种一一 基因突变基因突变(自发或诱发自发或诱发)（一）突变类型（一）突变类型a a 选择性突变株选择性突变株营养缺陷型营养缺陷型抗性突变型抗性突变型条件致死型条件致死型b b 非选择性突变株非选择性突变株形态突变株形态突变株抗原突变株抗原突变株产量突变株产量突变株（二）基因突变机制
7、（二）基因突变机制1.诱发突变诱发突变（1）碱基的置换：）碱基的置换：直接引起置换的诱变剂：直接引起置换的诱变剂：HNO2、羟胺、烷化剂、羟胺、烷化剂以以HNO2为例为例:HNO2使碱基发生氧化脱氨作用使碱基发生氧化脱氨作用Hk:CHk:CA:THe:THk:TA:TG:C间接引起置换的诱变剂：碱基类似物间接引起置换的诱变剂：碱基类似物以以5BU为例：为例：5BU是是T的碱基类似物的碱基类似物A:TA:TA:5-BUkA:TG:5-BUeG:CG:5-BUe（2）移码突变：丫啶类染料）移码突变：丫啶类染料（3）染色体畸变：电离辐射引起染色体结构的变化。）染色体畸变：电离辐射引起染色体结构的变化
8、。2.自发突变机制自发突变机制 没有人工参与下生物体自然发生的突变，没有人工参与下生物体自然发生的突变，几率几率10-610-10。3.紫外线对紫外线对DNA的损伤及修复机制的损伤及修复机制（1 1）光复活作用）光复活作用 黑暗中光解酶与二聚体结合，黑暗中光解酶与二聚体结合，300nm500nm可见光下被激活，使二聚体分解成单体。可见光下被激活，使二聚体分解成单体。（2 2）切除修复）切除修复暗修复暗修复内切核酸酶内切核酸酶外切核酸酶外切核酸酶DNA聚合酶聚合酶DNA连接酶连接酶第三节第三节 基因重组和杂交育种基因重组和杂交育种一一 原核生物的基因重组原核生物的基因重组（一）转化（一）转化受体
9、菌直接吸收供体菌的受体菌直接吸收供体菌的DNA片片段而获得后者部分遗传性状的显现。段而获得后者部分遗传性状的显现。感受态：受体细胞最能接受外源感受态：受体细胞最能接受外源DNA片段并能片段并能 实现转化的一种生理状态。实现转化的一种生理状态。转化因子：离体的转化因子：离体的DNA片段。片段。dsDNA、ssDNA和和 质粒质粒DNA转化机制转化机制（肺炎双球菌）（肺炎双球菌）（二）转导（二）转导转导转导通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的小通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的小片段片段DNA携带到受体细胞中，通过交换和整合，使携带到受体细胞中，通过交换和整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象。后者
10、获得前者部分遗传性状的现象。1.普遍转导：温和噬菌体的普遍转导：温和噬菌体的“误包误包”导致。导致。a 完全普遍转导完全普遍转导b 流产普遍转导流产普遍转导c 局限转导局限转导（1）低频转导（）低频转导（LFT）：）：溶源菌释放的噬菌体所进行的转导。溶源菌释放的噬菌体所进行的转导。（2）高频转导（）高频转导（HFT）：）：双重溶源菌进行诱导，产生双重溶源菌进行诱导，产生高频转导裂解物。高频转导裂解物。（三）接合（三）接合（conjugation）（1）E.coli的的4种接合型菌株种接合型菌株Hfr与与F-菌株间的接合中断菌株间的接合中断第四节第四节 基因工程基因工程目的工程菌的筛选目的工程菌的筛选l 目的基因的取得目的基因的取得l 优良载体的选择优良载体的选择l 目的基因与载体目的基因与载体 DNA的体外重组的体外重组l 重组载体导入受体重组载体导入受体 细胞细胞 在在E.coli DH5 中中高效表达脂肪酶高效表达脂肪酶lipA基因基因
