第八章工業(yè)微生物雜交育種

1、第一節(jié)、微生物雜交第一節(jié)、微生物雜交第二節(jié)、放線菌雜交育種第二節(jié)、放線菌雜交育種 第三節(jié)、酵母菌雜交育種第三節(jié)、酵母菌雜交育種第四節(jié)、霉菌雜交育種第四節(jié)、霉菌雜交育種 雜交育種包括雜交育種包括常規(guī)雜交常規(guī)雜交、控制雜交控制雜交和和原生質(zhì)體融合原生質(zhì)體融合等方法。等方法。 雜交的目的在于使雙親或多親的遺雜交的目的在于使雙親或多親的遺傳物質(zhì)重新組合，以獲得綜合雙親或多親傳物質(zhì)重新組合，以獲得綜合雙親或多親優(yōu)良性狀的新品種。優(yōu)良性狀的新品種。 一、一、 雜交的意義（優(yōu)點(diǎn)）雜交的意義（優(yōu)點(diǎn)） 第一、改變親株的遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)，擴(kuò)大變異范圍，第一、改變親株的遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)，擴(kuò)大變異范圍，使兩親株的優(yōu)良性狀集中

2、于重組體內(nèi)，獲得新品種。使兩親株的優(yōu)良性狀集中于重組體內(nèi)，獲得新品種。 第二、可以提高其對誘變劑的敏感性，降低對誘變第二、可以提高其對誘變劑的敏感性，降低對誘變劑的劑的“疲勞疲勞”效應(yīng)。效應(yīng)。 第三，通過雜交可以總結(jié)遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和傳遞規(guī)律，第三，通過雜交可以總結(jié)遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和傳遞規(guī)律，豐富并促迸遺傳學(xué)理論的發(fā)展豐富并促迸遺傳學(xué)理論的發(fā)展。二、微生物雜交育種基本程序二、微生物雜交育種基本程序 選擇原始親本選擇原始親本誘變篩選直接親本誘變篩選直接親本直接親本之間親直接親本之間親和力鑒定和力鑒定雜交雜交分離到基本培養(yǎng)基或選擇性培養(yǎng)基培分離到基本培養(yǎng)基或選擇性培養(yǎng)基培養(yǎng)養(yǎng)篩選重組體篩選重組體重組體

3、分析鑒定。重組體分析鑒定。 三、雜交過程中親本和培養(yǎng)基的選擇三、雜交過程中親本和培養(yǎng)基的選擇 （一）親本菌株的選擇（一）親本菌株的選擇 1 1、原始親本、原始親本 原始親本是微生物雜交育種中具有不同遺傳背原始親本是微生物雜交育種中具有不同遺傳背景的優(yōu)質(zhì)出發(fā)菌株，主要根據(jù)雜交的目的來選擇。景的優(yōu)質(zhì)出發(fā)菌株，主要根據(jù)雜交的目的來選擇。從從育種角度出發(fā)通常選擇具有優(yōu)良性狀如產(chǎn)量高、代育種角度出發(fā)通常選擇具有優(yōu)良性狀如產(chǎn)量高、代謝快、產(chǎn)孢子能力強(qiáng)、無色素、泡沫少、粘性小等發(fā)謝快、產(chǎn)孢子能力強(qiáng)、無色素、泡沫少、粘性小等發(fā)酵性能好的菌株為原始親本。它們可以來自生產(chǎn)用菌酵性能好的菌株為原始親本。它們可以來自

4、生產(chǎn)用菌或突變過程中的某些符合要求的菌株，也可以是自然或突變過程中的某些符合要求的菌株，也可以是自然分離的野生型菌株。原始親本還應(yīng)該具有野生型遺傳分離的野生型菌株。原始親本還應(yīng)該具有野生型遺傳標(biāo)記，如具有一定的孢子顏色、可溶性色素抗性標(biāo)記標(biāo)記，如具有一定的孢子顏色、可溶性色素抗性標(biāo)記等明顯不同的性狀。等明顯不同的性狀。 2直接親本直接親本 在雜交育種中具有遺傳標(biāo)記和親和能力而直接用于雜在雜交育種中具有遺傳標(biāo)記和親和能力而直接用于雜交配對的菌株，稱為直接親本。它們由原始親本菌株經(jīng)誘交配對的菌株，稱為直接親本。它們由原始親本菌株經(jīng)誘變劑處理后選出的具營養(yǎng)缺陷型標(biāo)記或其他遺傳標(biāo)記，又變劑處理后選出的

5、具營養(yǎng)缺陷型標(biāo)記或其他遺傳標(biāo)記，又通過親和力測定的直接用于雜交的菌株通過親和力測定的直接用于雜交的菌株。（二）培養(yǎng)基（二）培養(yǎng)基 雜交過程中常用的培養(yǎng)基有完全培養(yǎng)基（雜交過程中常用的培養(yǎng)基有完全培養(yǎng)基（cmcm）、基本）、基本培養(yǎng)基（培養(yǎng)基（mmmm）、有限培養(yǎng)基（）、有限培養(yǎng)基（lmlm）和補(bǔ)充培養(yǎng)基（）和補(bǔ)充培養(yǎng)基（smsm）。）。四、雜交育種的遺傳標(biāo)記四、雜交育種的遺傳標(biāo)記 1 1營養(yǎng)缺陷型標(biāo)記營養(yǎng)缺陷型標(biāo)記 2 2抗性標(biāo)記抗性標(biāo)記 3 3溫度敏感性標(biāo)記溫度敏感性標(biāo)記 4 4其他性狀標(biāo)記其他性狀標(biāo)記 如孢子顏色、菌落形態(tài)結(jié)構(gòu)、可溶性色素舍量、代如孢子顏色、菌落形態(tài)結(jié)構(gòu)、可溶性色素舍量、代

6、謝產(chǎn)物產(chǎn)量高低和代謝返速度快慢等，以及利用的碳、謝產(chǎn)物產(chǎn)量高低和代謝返速度快慢等，以及利用的碳、氮原種類、殺傷力等其他性狀都可以作為重組體檢出氮原種類、殺傷力等其他性狀都可以作為重組體檢出的輔助性標(biāo)記。的輔助性標(biāo)記。 五、雜交育種方法五、雜交育種方法1 1常規(guī)雜交育種常規(guī)雜交育種 絲狀真核微生物通過接合、染色體交換，然絲狀真核微生物通過接合、染色體交換，然后分離形成重組體。常規(guī)雜交主要包括接合、轉(zhuǎn)化、后分離形成重組體。常規(guī)雜交主要包括接合、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)染等技術(shù)。轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)染等技術(shù)。 2 2原生質(zhì)體雜交育種原生質(zhì)體雜交育種 一、放線菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)與繁殖一、放線菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)與繁殖二、

7、放線菌雜交概況和原理二、放線菌雜交概況和原理（一）放線菌雜交原理（一）放線菌雜交原理 放線菌雜交在原理上基本上放線菌雜交在原理上基本上類似于大腸桿菌類似于大腸桿菌，通，通過供體向受體轉(zhuǎn)移部分染色體，經(jīng)過遺傳物質(zhì)交換，過供體向受體轉(zhuǎn)移部分染色體，經(jīng)過遺傳物質(zhì)交換，最終達(dá)到基因重組。最終達(dá)到基因重組。 有一部分放線菌在雜交過程中會形成有一部分放線菌在雜交過程中會形成異核體異核體，但這，但這種異核體與霉菌異核體不同，在復(fù)制過程中染色體不種異核體與霉菌異核體不同，在復(fù)制過程中染色體不發(fā)生交換。因此，在放線菌雜交重組過程中，異核體發(fā)生交換。因此，在放線菌雜交重組過程中，異核體的作用不大。只有經(jīng)部分染色體

8、轉(zhuǎn)移途徑形成的部分的作用不大。只有經(jīng)部分染色體轉(zhuǎn)移途徑形成的部分結(jié)合子，才是親本間遺傳信息傳遞和基因重組的關(guān)鍵。結(jié)合子，才是親本間遺傳信息傳遞和基因重組的關(guān)鍵。（二）放線菌雜交的過程（二）放線菌雜交的過程1 1、接合、接合2 2、雜合系和重組體雜合系、雜合系和重組體雜合系3 3、重組體、重組體三、放線菌的雜交技術(shù)三、放線菌的雜交技術(shù) 放線菌雜交方法有混合培養(yǎng)法、玻璃紙法和平板雜交法等幾種放線菌雜交方法有混合培養(yǎng)法、玻璃紙法和平板雜交法等幾種 （一）混合培養(yǎng)法（一）混合培養(yǎng)法1 1直接親本是雜交配對菌株直接親本是雜交配對菌株2 2斜面混合培養(yǎng)斜面混合培養(yǎng)3 3單孢懸液的制備單孢懸液的制備4 4重

9、組體的檢出重組體的檢出（1 1）原養(yǎng)型重組體的檢出：（）原養(yǎng)型重組體的檢出：（2 2）異養(yǎng)型重組體的）異養(yǎng)型重組體的檢出：檢出：5 5雜合系分析雜合系分析 雜合系菌落的分離：雜合系菌落的分離： 重組體的鑒別：重組體的鑒別： 重組體獲得后，其中把原養(yǎng)型重組體進(jìn)一步按重組體獲得后，其中把原養(yǎng)型重組體進(jìn)一步按育種程序迸行研究。育種程序迸行研究。 混合孢子液混合孢子液基本培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基10-15d 10-15d 互互養(yǎng)雜合體和養(yǎng)雜合體和回復(fù)突變回復(fù)突變原養(yǎng)性重組原養(yǎng)性重組體體 混合孢子液混合孢子液 選擇培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基影印到基本培養(yǎng)基和影印到基本培養(yǎng)基和選擇培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基（二）玻璃紙法（二）玻璃紙

10、法 1 1玻璃紙法的原理玻璃紙法的原理 2 2玻璃紙法平板雜交的具體辦法玻璃紙法平板雜交的具體辦法 3 3分離子的檢出和鑒別分離子的檢出和鑒別（三）平板雜交法（三）平板雜交法一、酵母菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和菌落形態(tài)一、酵母菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和菌落形態(tài)二、酵母菌的主活史和繁殖方式二、酵母菌的主活史和繁殖方式三、酵母菌的雜交三、酵母菌的雜交（一）標(biāo)記菌株的選擇（一）標(biāo)記菌株的選擇 常用的標(biāo)記是營養(yǎng)缺陷型或抗性突變基因。常用的標(biāo)記是營養(yǎng)缺陷型或抗性突變基因。（二）酵母雜交方法（二）酵母雜交方法 1 1子囊孢子的制備子囊孢子的制備 2 2雜交雜交 一、霉菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)和繁殖一、霉菌細(xì)胞結(jié)構(gòu)和繁殖 二、霉菌雜交的原理和雜交

11、要求二、霉菌雜交的原理和雜交要求 霉菌雜交育種是利用準(zhǔn)性生殖過程中的基因重組霉菌雜交育種是利用準(zhǔn)性生殖過程中的基因重組和分離現(xiàn)象，將不同菌株的優(yōu)良特性集合到一個(gè)新菌和分離現(xiàn)象，將不同菌株的優(yōu)良特性集合到一個(gè)新菌株申，然后通過篩選出具有新遺傳結(jié)構(gòu)和優(yōu)良遺傳特株申，然后通過篩選出具有新遺傳結(jié)構(gòu)和優(yōu)良遺傳特性的新菌種。性的新菌種。 （一）異核體的形成與獲得方法（一）異核體的形成與獲得方法1 1選擇直接親本選擇直接親本2 2異核體合成方法異核體合成方法1 1）完全培養(yǎng)基的混合培養(yǎng)法）完全培養(yǎng)基的混合培養(yǎng)法2 2）基本培養(yǎng)基銜接方法）基本培養(yǎng)基銜接方法3 3）有限培養(yǎng)基培養(yǎng)法）有限培養(yǎng)基培養(yǎng)法（二）雜合

12、二倍體的形成和檢出（二）雜合二倍體的形成和檢出1 1雜合二倍體的形成和誘發(fā)雜合二倍體的形成和誘發(fā)2 2雜合二倍體的表型雜合二倍體的表型3 3雜合二倍體的檢出雜合二倍體的檢出（三）體細(xì)胞交換、分離和單倍化（三）體細(xì)胞交換、分離和單倍化1 1體細(xì)胞交換體細(xì)胞交換2 2體細(xì)胞分離體細(xì)胞分離3 3單倍化單倍化4 4分離子分離子5 5分離子的檢出和測定方法分離子的檢出和測定方法 三、高產(chǎn)重組體的篩選三、高產(chǎn)重組體的篩選 通過雜交枝術(shù)得到的雜交二倍體在遺傳特性方面是通過雜交枝術(shù)得到的雜交二倍體在遺傳特性方面是不隱定的，在繁殖過程中要發(fā)生染色體交換，基因重不隱定的，在繁殖過程中要發(fā)生染色體交換，基因重組和分

13、離。根據(jù)這種特性，可以結(jié)合誘變育種和代謝組和分離。根據(jù)這種特性，可以結(jié)合誘變育種和代謝調(diào)節(jié)來達(dá)到雜交育種的目的。對此選育路線上要往意調(diào)節(jié)來達(dá)到雜交育種的目的。對此選育路線上要往意幾個(gè)方面：雜交親本選擇，不僅要具有優(yōu)良的性狀，幾個(gè)方面：雜交親本選擇，不僅要具有優(yōu)良的性狀，而且最好是近親配對組合，這樣易獲得產(chǎn)量高的重組而且最好是近親配對組合，這樣易獲得產(chǎn)量高的重組體，遠(yuǎn)親雜交雖然也能得到雜合二倍體，但經(jīng)誘變處體，遠(yuǎn)親雜交雖然也能得到雜合二倍體，但經(jīng)誘變處理后，會發(fā)生嚴(yán)重遺傳分離現(xiàn)象，產(chǎn)量將大幅度下降，理后，會發(fā)生嚴(yán)重遺傳分離現(xiàn)象，產(chǎn)量將大幅度下降，難以達(dá)到育種目的；采用適合的誘變劑處理雜合二倍難以

14、達(dá)到育種目的；采用適合的誘變劑處理雜合二倍體，使其適應(yīng)酶系統(tǒng)代謝調(diào)控；重組體在搖瓶篩選階體，使其適應(yīng)酶系統(tǒng)代謝調(diào)控；重組體在搖瓶篩選階段，應(yīng)做到搖瓶培養(yǎng)條件和大生產(chǎn)條件盡量接近，以段，應(yīng)做到搖瓶培養(yǎng)條件和大生產(chǎn)條件盡量接近，以便新菌種能推廣到大生產(chǎn)中去，特別對少數(shù)有價(jià)值的便新菌種能推廣到大生產(chǎn)中去，特別對少數(shù)有價(jià)值的菌株在小型罐上試驗(yàn)有關(guān)發(fā)酵參數(shù)，以指導(dǎo)大生產(chǎn)。菌株在小型罐上試驗(yàn)有關(guān)發(fā)酵參數(shù)，以指導(dǎo)大生產(chǎn)。 與常規(guī)雜交相比，原生質(zhì)體融合具有多方面的優(yōu)勢：與常規(guī)雜交相比，原生質(zhì)體融合具有多方面的優(yōu)勢：第一大幅度提高親本之間重組頻率。第一大幅度提高親本之間重組頻率。第二擴(kuò)大重組的親本范圍。第二擴(kuò)大

15、重組的親本范圍。第三原生質(zhì)體融合時(shí)親本整套染色體參與交換，遺傳物第三原生質(zhì)體融合時(shí)親本整套染色體參與交換，遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移和重組性狀較多，集中雙親本優(yōu)良性狀機(jī)會更質(zhì)轉(zhuǎn)移和重組性狀較多，集中雙親本優(yōu)良性狀機(jī)會更大。大。 不足之處是原生質(zhì)體融合后不足之處是原生質(zhì)體融合后dnadna交換和重組隨交換和重組隨機(jī)發(fā)生，增加重組體分離篩選的難度機(jī)發(fā)生，增加重組體分離篩選的難度。 一、直接親本及遺傳標(biāo)記的選擇一、直接親本及遺傳標(biāo)記的選擇1 1、“正突變株正突變株”作為直接親本作為直接親本 2 2、遺傳標(biāo)記除常用的帶隱性性狀的營養(yǎng)缺陷和抗性標(biāo)記、遺傳標(biāo)記除常用的帶隱性性狀的營養(yǎng)缺陷和抗性標(biāo)記之外，也可采用熱致死（滅話）、孢子顏色和菌落形之外，也可采用熱致死（滅話）、孢子顏色和菌落形態(tài)等作為標(biāo)記。態(tài)等作為標(biāo)記。 3 3、最好采用滅活，把雙親中任何一方的原主質(zhì)體用熱滅、最好采用滅活，把雙親中任何一方的原主質(zhì)體用熱滅活（如活（如5050，2h2h或或6