1、 第第八八章章 微生物的遗传变异和育种微生物的遗传变异和育种返回主目录返回主目录第八章第八章 微生物的遗传变异和育种微生物的遗传变异和育种第八章第八章 微生物的遗传变异和育种微生物的遗传变异和育种表型饰变：表型饰变：表型的差异只与环境有关，其表型的差异只与环境有关，其特点：特点：暂时性、不可遗传性、表现为暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为全部个体的行为遗传型变异（基因变异、基因突变）遗传型变异（基因变异、基因突变）：遗传物质改变，导致表型改变遗传物质改变，导致表型改变特点：特点：遗传性、群体中极少数个体的行为遗传性、群体中极少数个体的行为（自发突变频率通常为（自发突变频率通常为1010-
2、6-6-10-10-9-9）Production of a red pigment(prodigiosin)by Serratia marcescens.From left to right:slant culture grown at 25C,slant culture grown at 37C,broth culture grown at 25C,broth culture grown at 37C.第八章第八章 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 遗传和变异的物质基础遗传和变异的物质基础一一.3个经典实验个经典实验1、1944年，年，Avery精确重复了转化实验，精
3、确重复了转化实验，确定了转化因子确定了转化因子实验证明实验证明:将将R菌转化为菌转化为S菌的转化因子是菌的转化因子是DNA 第第八八章微生物的遗传变异和育种章微生物的遗传变异和育种返回目录返回目录 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种2、噬菌体感染实验、噬菌体感染实验实验证明：实验证明：进进入细菌细胞内入细菌细胞内部的物质是部的物质是DNA。DNA包包含有产生完含有产生完整噬菌体的全整噬菌体的全部信息。部信息。第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种3、植物病毒重建实验、植物病毒重建实验1956年H.Frankel-conrat用TMV 的RNA和HRV（霍
4、氏车前花叶病毒）RNA进行重组，说明核酸是遗传物质。第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种二二.遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式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（一）遗传物质在7个水平上的形式个水平上的形式 1、细胞水平细胞水平（真原）（真原）2、细胞核水平细胞核水平（基因组）（基因组）3、染色体水平染色体水平（单双）（单双）4、核酸水平核酸水平(种类结构大小种类结构大小)5、基因水平基因水平（操纵子）（操纵子）6、密码子水平密码子水平（三联体）（三联体）7、核苷酸水平核苷酸水平 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种（二）微生
5、物基因组结构的特点（二）微生物基因组结构的特点1、原核生物（细菌、古生菌）的基因组、原核生物（细菌、古生菌）的基因组1）染色体为）染色体为双链环状的双链环状的DNA分子（单倍体）；分子（单倍体）；2）基因组上遗传信息具有连续性；）基因组上遗传信息具有连续性；基因数基本接近由它的基因组大小所估计的基因数基因数基本接近由它的基因组大小所估计的基因数一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的。一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的。3）功能相关的结构基因组成操纵子结构；）功能相关的结构基因组成操纵子结构；4）结构基因的单拷贝及）结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝；基因的多拷贝；5）基因组
6、的重复序列少而短；）基因组的重复序列少而短；个别细菌个别细菌(鼠伤寒沙门氏菌和犬螺杆菌鼠伤寒沙门氏菌和犬螺杆菌)和古生菌的和古生菌的rRNA和和tRNA中也发现有内含子或间插序列中也发现有内含子或间插序列 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种1）典型的真核染色体结构；典型的真核染色体结构；啤酒酵母基因组大小为啤酒酵母基因组大小为13.5106bp，分布分布 在在16条染色体中；条染色体中；2）没有明显的操纵子结构；没有明显的操纵子结构；3）有间隔区（即非编码区）和内含子序列；有间隔区（即非编码区）和内含子序列；4）重复序列多；重复序列多；2、真核微生物（啤酒酵母）的基因组、
7、真核微生物（啤酒酵母）的基因组 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种（三）原核生物的质粒（三）原核生物的质粒1、定义、定义 质粒（质粒（plasmid）：）：一种独立于染色体外，能进一种独立于染色体外，能进 行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微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。生物细胞中。第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种2、结构特点、结构特点通常以共价闭合环状通常以共价闭合环状(covalently closed circle，简称简称CCC)的超螺旋双链的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中；分子存在于细胞中；也发现有线型
8、双链也发现有线型双链DNA质粒和质粒和RNA质粒；质粒分子的质粒；质粒分子的大小范围从大小范围从1kb左右到左右到1000kb；（细菌质粒多在细菌质粒多在10kb以内）以内）第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种3、质粒的类型、质粒的类型严谨型质粒(stringent plasmid)：复制行为与核染色体的复制同步，低拷贝数松弛型质粒(relaxed plasmid)：复制行为与核染色体的复制不同步，高拷贝数窄宿主范围质粒窄宿主范围质粒(narrow host range plasmid)（只能在一种特定的宿主细胞中复制）只能在一种特定的宿主细胞中复制）广宿主范围质粒广宿主范
9、围质粒(broad host range plasmid)（可以在许多种细菌中复制）可以在许多种细菌中复制）第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种 4、质粒在基因工程中的应用、质粒在基因工程中的应用 质粒的优点质粒的优点：（1）体积小，易分离和操作）体积小，易分离和操作 （2）环状，稳定）环状，稳定 （3）独立复制）独立复制 （4）拷贝数多）拷贝数多 （5）存在标记位点，易筛选）存在标记位点，易筛选 E.coli的的pBR322质粒是一个常用的克隆载体质粒是一个常用的克隆载体 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种6、质粒的主要种类、质粒的主要种类质质粒粒所
10、所编编码码的的功功能能和和赋赋予予宿宿主主的的表表型型效效应应致育因子致育因子（Fertility factor，F因子）因子）抗性因子抗性因子（Resistance factor，R因子）因子）产细菌素的质粒产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid）毒性质粒毒性质粒（virulence plasmid）代谢质粒代谢质粒（Metabolic plasmid）隐秘质粒隐秘质粒（cryptic plasmid）第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种第二节基因突变和诱变育种第二节基因突变和诱变育种n (二二)突变率突变率10-6-10-9 第八章
11、微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种返回目录返回目录(三三).突变的特点突变的特点 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种4.基因突变的机制 .独立性独立性 在某一群体中，即可发生抗青霉素，又可发生在某一群体中，即可发生抗青霉素，又可发生抗链霉素的突变型。抗链霉素的突变型。.可逆性可逆性 野生型基因野生型基因 突变型基因突变型基因 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种（四）基因突变自发性和不对应性的实验证明（四）基因突变自发性和不对应性的实验证明三个经典实验三个经典实验 变量实验变量实验 涂布实验涂布实验 影印实验影印实验证明：证明：突变是自
12、发产生的，并突变是自发产生的，并且突变的性状与引起突且突变的性状与引起突变的原因间无直接对应变的原因间无直接对应关系。关系。野生型野生型（原始性状）（原始性状）特定环境特定环境突变型突变型（适应环境的新性状）（适应环境的新性状）驯化驯化定向诱定向诱变变筛选筛选？突变的原因突变的原因？第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种 1.碱基的置换 碱基的置换属于一种染色体的微小损伤，也称点突变。分为转换（嘌呤换嘌呤，嘧啶换嘧啶）A-G；颠换（嘌呤换嘧啶或）A-T。直接引起置换的诱变剂，直接与核酸的碱基发生化学反应的诱变剂，如亚硝酸、羟胺、各种烷化剂。间接引起置换的诱变剂，通过活细胞的代
13、谢活动渗入到DNA分子中后引起的，如嘌呤、嘧啶及5-BU.2.移码突变指诱变剂使DNA分子中的一个或少数几个核苷酸的添加（插入）或缺失，从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转译错误。吖啶类染料，包括亚啶黄。亚啶橙（诱变机制还不清楚）。第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种(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(mutator phage)：是E.Coli的一种
14、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。自发突变的机制 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种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。二二.突变与育种突变与育种 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种 .诱变育种应考虑的原则：诱变育种应考虑的原则：第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种 国外曾开发了一种降低妇女妊娠反应的药物国外曾开发了一种降低妇女妊娠反应的药物“反应停反应停”，但随后人们就发现畸形儿的出生率明，但随后人们就
15、发现畸形儿的出生率明显增高显增高.第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种平板上无大量菌落出现，说明样品不含诱变剂；平板上无大量菌落出现，说明样品不含诱变剂；v 有抑制圈出现，并在外围长满大量菌落，说明浓度过高；有抑制圈出现，并在外围长满大量菌落，说明浓度过高；v 在滤紙片周围长满菌落说明浓度合适。在滤紙片周围长满菌落说明浓度合适。该法广泛用于监测食品饮料药物等试样中的致该法广泛用于监测食品饮料药物等试样中的致 癌物时间癌物时间3天，天，准确率准确率85%。第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种化学诱变方法化学诱变方法（较为简单的一种）：先在平板表面涂一层出发
16、菌株细胞，然后在平板上放几棵很小的诱变颗粒，或含诱变剂的滤纸片，在菌圈的边缘挑取突变菌落，分别制成悬乳液，稀释涂抹接种，最后用影印培养法或逐个检出法选出突变株。物理诱变剂物理诱变剂：紫外线、其它射线。常用的物理诱变方法常用的物理诱变方法：紫外线诱变15w灯，30厘米，时间不短于15秒，不长于10-20分，将5毫升单细胞悬液，放置在6厘米的培养皿中在无盖条件下照射。第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种3.营养缺陷型突变菌株的筛选营养缺陷型突变菌株的筛选 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种第三节第三
17、节 基因重组基因重组 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种返回目录返回目录一一.原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种 供体菌裂解游离的供体菌裂解游离的DNA片段转入某受体菌细胞内片段转入某受体菌细胞内的过程。的过程。第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种感受态感受态受体细胞最易接受外源DNA片段并实现其转化的一种生理状态。现已知感受因子是一种胞外蛋白，处于感受态高峰，群体中呈感受态细胞数也随菌种的不同而不同。第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种转染转染如果把噬菌体或其他病毒的
18、DNA抽提出来，让他去感染感受态的宿主细胞并进而产生正常的噬菌体后代，或病毒的后代，这种现象称为转染。他与转化不同之处是病毒或噬菌体并非遗传基因的供体。中间也不发生任何遗传因子的交换或整合，最后也不产生具有杂种性质的转化子。第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种2转导转导 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种 普遍转导普遍转导 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种 二.真核微生物的基因重组 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种准性杂交主要过程为：准性生殖常见于
19、某些真菌，尤其是半知菌。主要过程：菌丝连接：它发生在形态上没有区别，但在遗传性上有差别的同一菌种的两个不同菌株的体细胞间，频率很低。形成异核体：两个体细胞经联合后，使原来的两个单倍体核集中到同一细胞中，形成异核体，异核体能独立生活。核融合：在异核体中的双核，偶然可以发生核融合，产生双倍体杂合子。10-5-10-7。第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种体细胞交换和单倍体化：体细胞交换和单倍体化：第四节 基因工程 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种返回目录返回目录 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种第五节第五节 菌种的衰退、复壮和保藏菌种的衰退、复壮和保藏 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种返回目录返回目录2.菌种的复壮纯种分离：通过宿主体内生长进行复壮；淘汰已衰退的菌种 二二.菌种的保藏菌种的保藏 第八章微生物的遗传变异和育种第八章微生物的遗传变异和育种
