微生物學(xué)-08微生物遺傳

8.1遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)8.2微生物的基因組結(jié)構(gòu)8.3質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子8.4基因突變8.5細(xì)菌基因轉(zhuǎn)移和重組8.6微生物育種主要內(nèi)容：

生物的各項(xiàng)生命活動(dòng)都有它的物質(zhì)基礎(chǔ)。生物遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么呢？根據(jù)現(xiàn)代細(xì)胞學(xué)和遺傳學(xué)的研究得知，控制生物性狀的主要遺傳物質(zhì)是脫氧核糖核酸（DNA）。8.1遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)三個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)均用微生物材料。肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)；噬菌體的感染實(shí)驗(yàn)；植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)。核酸是決定生物體遺傳物質(zhì)的基礎(chǔ)。1.轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)(transformation)實(shí)驗(yàn)者：F.Gruffith(1928)；O.T.Avery等(1944)。致病性：人患肺炎；鼠患敗血癥而亡。材料：RⅡ型肺炎雙球菌，粗糙型無(wú)毒

SⅢ型肺炎雙球菌，光滑型有毒R型(無(wú)莢膜)

S型(有莢膜)１.將無(wú)毒的RⅡ菌注入，小鼠不死，分離到RⅡ菌２.將有毒的SⅢ菌注入，小鼠死，分離到SⅢ菌３.將加熱殺死（６５℃）的SⅢ菌注入，小鼠不死，分離不到SⅢ菌４.將無(wú)毒的RⅡ菌和加熱殺死（６５℃）的SⅢ菌混合注入，小鼠死，分離到SⅢ菌分析：這些活的有毒型細(xì)菌是怎么來(lái)的呢？（1）是死的變成了活的嗎？回答：加熱處死，然后體內(nèi)注射試驗(yàn)說(shuō)明這不可能的（第三個(gè)實(shí)驗(yàn)）。（2）是活的無(wú)毒型細(xì)菌（RⅡ型）回復(fù)突變成有毒型細(xì)菌（SⅢ型）的嗎？回答：這是不可能的（第一個(gè)實(shí)驗(yàn)）但是，轉(zhuǎn)變是怎么產(chǎn)生的呢？分明是活的無(wú)毒型細(xì)菌受到了死的有毒型細(xì)菌的影響，因?yàn)樗鼈兪且黄鹱⑷胄〖沂篌w內(nèi)的。推測(cè):被加熱殺死的SⅢ型肺炎雙球菌必然含有某種促成以上結(jié)果的活性物質(zhì)怎樣影響的呢？

這個(gè)問(wèn)題，當(dāng)時(shí)的科學(xué)水平還不能回答。1944年，美國(guó)的生物學(xué)家艾弗里（Avery）、麻克里奧（C.M.Macleod）和麥卡第（M.J.McCarty）合作，在格里菲思的肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了細(xì)致的工作。他們分別用降解DNA、RNA或蛋白質(zhì)的酶作用于有毒的S型細(xì)胞抽提物，選擇性地破壞這些細(xì)胞成分，然后分別與無(wú)毒的R型細(xì)胞混合，觀察轉(zhuǎn)化現(xiàn)象發(fā)生。結(jié)果：發(fā)現(xiàn)只有DNA被酶解而遭到破壞的抽提物無(wú)轉(zhuǎn)化作用。O.T.Avery等試驗(yàn)2.T2噬菌體的感染實(shí)驗(yàn)1952年，AlfredD.Hershey和MarthaChase為了證實(shí)T2噬菌體的DNA是遺傳物質(zhì)，他們用32P標(biāo)記病毒的DNA，用35S標(biāo)記病毒的蛋白質(zhì)外殼。然后將這兩種不同標(biāo)記的病毒分別與其宿主大腸桿菌混合。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：用含有35S蛋白質(zhì)的T2噬菌體感染大腸桿菌時(shí)，大多數(shù)放射活性留在宿主細(xì)胞的外邊；用含有32PDNA的T2噬菌體與宿主細(xì)菌混合時(shí)，則發(fā)現(xiàn)32PDNA注入宿主細(xì)胞，并產(chǎn)生噬菌體后代，這些T2噬菌體后代的蛋白質(zhì)外殼的組成、形狀大小等均與留在細(xì)胞外的蛋白質(zhì)外殼一模一樣；說(shuō)明決定蛋白質(zhì)外殼的遺傳信息是在DNA上，DNA攜帶有T2噬菌體的全部遺傳信息。二、RNA作為遺傳物質(zhì)1956年，煙草花葉病毒的拆分與重建實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的過(guò)程：1、用表面活性劑處理標(biāo)準(zhǔn)TMV，得到它的蛋白質(zhì)；通過(guò)弱堿處理TMV的變種HR（外殼蛋白的氨基酸組成與標(biāo)準(zhǔn)株存在2－3個(gè)氨基酸的差別）得到它的RNA；2、通過(guò)重建獲得雜種病毒；（標(biāo)準(zhǔn)TMV抗血清使雜種病毒失活，HR抗血清不使它失活，證實(shí)雜種病毒的蛋白質(zhì)外殼是來(lái)自TMV標(biāo)準(zhǔn)株；）

3、雜種病毒感染煙草產(chǎn)生HR特有的病斑，說(shuō)明雜種病毒的感染特性是由HR的RNA所決定，而非二者的融合；4、從病斑中一再分離得到的子代病毒的蛋白質(zhì)外殼是HR蛋白質(zhì)，而不是標(biāo)準(zhǔn)株的蛋白質(zhì)外殼。結(jié)果說(shuō)明：雜種病毒的感染特征和蛋白質(zhì)的特性是由它的RNA所決定，而不是由蛋白質(zhì)所決定，遺傳物質(zhì)是RNA。8.2微生物基因組基因組：一個(gè)物種單倍體染色體數(shù)目。一個(gè)單倍體基因組的DNA含量恒定，稱為該物種DNA的C值?；颍捍嬖谟谏矬w內(nèi)、 能自主復(fù)制的遺傳功能單位、即為一段特定排列順序的核苷酸、每個(gè)基因約1000bp，約6.7x105Da微生物與人類基因組計(jì)劃

在人類基因組計(jì)劃之前，模式生物（遺傳背景清楚，基因組小，便于測(cè)定分析，可從中獲取經(jīng)驗(yàn)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的一類生物）中除擬南芥、果蠅和線蟲外，幾乎都是微生物（細(xì)菌和酵母）。截至2000年4月15日，國(guó)際人類基因組計(jì)劃已對(duì)29種微生物進(jìn)行了測(cè)序。人類基因組計(jì)劃還對(duì)幾十種病原微生物的基因組進(jìn)行了序列測(cè)定，如與胃病發(fā)生密切相關(guān)的幽門螺桿菌，引起肺病的結(jié)核桿菌和引起梅毒的螺旋體等等基因組測(cè)序都已完成，為闡明這些疾病發(fā)生的分子機(jī)理，設(shè)計(jì)診斷、治療和預(yù)防的新方法提供了可能性。雙鏈環(huán)狀的DNA分子，在細(xì)胞中以緊密纏繞成的較致密的不規(guī)則小體形式存在于細(xì)胞中，該小體稱為擬核，其中結(jié)合有類組蛋白蛋白質(zhì)和少量RNA分子，使其壓縮成一種手腳架形的致密結(jié)構(gòu)（4.7×106bp）。1997年，Wisconsin大學(xué)的Blattner等人完成了大腸桿菌基因組的測(cè)序。一、大腸桿菌的基因組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)①連續(xù)基因：按genome推測(cè)基因數(shù)目和實(shí)際得到的幾乎一致。一般不含內(nèi)含子，遺傳信息是連續(xù)的而不是中斷的。大腸桿菌基因組的特點(diǎn)②功能相關(guān)的基因構(gòu)成操縱子結(jié)構(gòu)大腸桿菌總共有2584個(gè)操縱子，，基因組測(cè)序推測(cè)出2192個(gè)操縱子。有如此多的操縱子結(jié)構(gòu)，可能與原核基因多采用轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)，這樣可以避免轉(zhuǎn)錄失調(diào)造成浪費(fèi)。實(shí)例：16SrRNA－23SrRNA－5SrRNA作用：簡(jiǎn)捷、高效。機(jī)理：調(diào)節(jié)基因（產(chǎn)生激活物、阻遏物）操縱區(qū)控制結(jié)構(gòu)基因表達(dá)。③結(jié)構(gòu)基因單拷貝，rRNA基因多拷貝。如大腸桿菌有7個(gè)rRNA操縱子，且多位于DNA的雙向復(fù)制起點(diǎn)附近。優(yōu)點(diǎn)：短時(shí)間內(nèi)大量合成核糖體。④重復(fù)序列少而短。原核基因組存在一定數(shù)量的重復(fù)序列，一般比較短，為4-40個(gè)堿基。1996年完成基因組測(cè)序，證實(shí)了1977年由Woese等人提出的三屆學(xué)說(shuō)。特點(diǎn)：①基因結(jié)構(gòu)類似于真細(xì)菌（環(huán)形染色體，含操縱子結(jié)構(gòu)，有多個(gè)rRNA、tRNA基因，無(wú)內(nèi)含子）②負(fù)責(zé)信息傳遞功能的基因類似真核生物（尤其是轉(zhuǎn)錄起始系統(tǒng)）（啟動(dòng)子的位置與結(jié)構(gòu)TATAbox位于起始位點(diǎn)上游25－30bp處；RNA聚合酶類似于真核生物RNA聚Ⅱ、Ⅲ；翻譯延伸因子EF－Ia、EF-2與真核生物相似。）總之，只有40%序列與真細(xì)菌、真核生物有同源性。二、古生菌－詹氏甲烷球菌基因組

1997年完成測(cè)序，13.5×106bp，共16條染色體。特點(diǎn)：（1）不連續(xù)基因：基因之間有間隔區(qū)，內(nèi)部有內(nèi)含子。（2）不形成操縱子；（3）高度重復(fù)基因①同源性DNA重復(fù)序列（遺傳豐余）②tRNA，4-30個(gè)/chr，250copier。③rRNA，XⅡ染色體近端粒處，100－200copy。啤酒酵母的基因組8.3質(zhì)粒與轉(zhuǎn)座因子質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座因子都是細(xì)胞中除染色體以外的另外二類遺傳因子。一、質(zhì)粒：獨(dú)立于染色體外，能進(jìn)行自主復(fù)制的細(xì)胞質(zhì)遺傳因子，以共價(jià)閉合環(huán)狀的超螺旋雙鏈DNA分子形式存在于各種微生物細(xì)胞中。1、形狀大小：分子的大小范圍1kb-1000kb。三種構(gòu)型:CCC型、OC型、L型。2、區(qū)分（與核染色體）：①含溴化乙錠（EB）氯化銫高速梯度離心（松馳染色體結(jié)合大量EB，密度較質(zhì)粒小）②瓊脂糖凝膠電泳（分子量大小、電泳帶型）3、質(zhì)粒的性質(zhì)和主要類型質(zhì)粒相對(duì)持家基因而言為非必需基因，只是在某些條件下，質(zhì)粒能賦予宿主細(xì)胞以特殊的機(jī)能；可隨細(xì)胞分裂恒定地傳給子代。⑴致育因子，F(xiàn)質(zhì)粒；⑵抗性因子，R質(zhì)粒；⑶Col質(zhì)粒；⑷毒性質(zhì)粒；⑸代謝質(zhì)粒；⑹隱秘質(zhì)粒。（1）F因子（fertilityfactor）存在于某些細(xì)菌（E.coli12）中的遺傳因子，是一種質(zhì)粒，接合過(guò)程中能將可復(fù)制物質(zhì)傳遞給另一種細(xì)胞，有F因子的細(xì)胞為F+（♂）、無(wú)F質(zhì)粒的為F－（♀），F(xiàn)－細(xì)胞可被F+細(xì)胞中的F因子感染。①大小：100kb（94.5kb），可編碼約94個(gè)中等大小的多肽，1/3接合有關(guān)。②功能：E.coli的接合生殖。③類型：F+、F－、Hfr(高頻重組菌株）、F′（攜帶不同基因的F因子或帶有F′的菌株。）④F因子又稱為附加體（episome）：既可以游離態(tài)（F′），又可以整合態(tài)（Hfr）存在（與核染色體整合與脫離的功能）。⑤F因子存在：除E.coli等腸道細(xì)菌外，還存在于Neissevia

（奈球菌）、Streptococus（鏈球菌）、Haemophzyus（嗜血桿菌屬）等。（2）R因子(resistancefactor)最早發(fā)現(xiàn)于50年代，日本，痢疾治療后病人中分離。抗抗生素（鏈霉素、氯霉素、四環(huán)素）和化學(xué)治療劑（磺胺）的抗藥性。痢疾志賀氏菌（Shigella.dysenteriae），是一種普遍存在的質(zhì)粒。主要包括抗藥性和抗重金屬兩大類。由相連的兩個(gè)DNA片段組成。即RTF 抗性轉(zhuǎn)移因子(11x106Da）與抗性決定質(zhì)粒（幾百萬(wàn)直至100x106Da，如Amp、Pen、Cam、Str、Kan和Sul等基因）在痢疾桿菌、沙門氏桿菌、弧菌及芽孢桿菌及萄葡球菌等屬中均存在之。Rplasmid（3）Col質(zhì)粒大腸桿菌素（colicin）：由E.coli某些株分泌的細(xì)菌素，具有通過(guò)抑制轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯或能量代謝而專一殺死近緣不含Col質(zhì)粒菌株的功能。大腸桿菌素質(zhì)粒（Colplasmid，或稱Col因子）攜帶有產(chǎn)生大腸桿菌素（colicin）酶系基因的質(zhì)粒，賦予大腸桿菌產(chǎn)生大腸桿菌素的能力。Col質(zhì)粒可編碼一種細(xì)菌蛋白，使持家基因不受大腸桿菌素的傷害。

①大?。?－8×104Da.②分類：ColE1（分子量小、無(wú)接合作用）、ColIb（分子量大、可接合轉(zhuǎn)移）；毒性質(zhì)粒：許多致病菌的致病性是由其所攜帶的質(zhì)粒引起的，這些質(zhì)粒具有編碼毒素的基因。①Ti質(zhì)粒（tumor-inducingplasmid）存在于根癌土壤桿菌中，引起雙子葉植物根癌。特殊片段T－DNA整合－植物DNA中，令其轉(zhuǎn)化成癌細(xì)胞（破壞控制細(xì)胞分裂的激素調(diào)節(jié)系統(tǒng)）。②大?。?00kb。③組成：三個(gè)致癌基因。④應(yīng)用：植物遺傳工程中重要vector（利用其可整合的特性）（4）毒性質(zhì)粒①降解質(zhì)粒：含可降解某種有毒化學(xué)物的蛋白酶的基因?？砂岩话慵?xì)菌難降解的物質(zhì)作碳源。有CAM（樟腦）、OCT（辛烷）、XYL（二甲苯）、SAL（水楊酸）、NAP（萘）、TOL（甲苯）質(zhì)粒。②固氮質(zhì)粒根瘤菌（5）代謝質(zhì)粒以上所討論的質(zhì)粒類型均具有某種可檢測(cè)的遺傳表型，但隱秘質(zhì)粒不顯示任何表型效應(yīng)，它們的存在只有通過(guò)物理的方法，例如用凝膠電泳檢測(cè)細(xì)胞抽提液等方法才能發(fā)現(xiàn)。（6）隱秘質(zhì)粒轉(zhuǎn)座因子的類型和結(jié)構(gòu)20世紀(jì)前半期,遺傳學(xué)界有三位偉大的科學(xué)家,他們的姓氏都以一個(gè)大寫的字母M開頭,這就是眾所周知的孟德爾(MendelG.J.)、摩爾根(MorganT.H.)和麥克林托克(McClintockB.)。1944年至1950年整整花了6年時(shí)間才完全弄清楚玉米顏色性狀變化的原理，在玉米中發(fā)現(xiàn)了可移動(dòng)基因——轉(zhuǎn)座基因（俗稱“跳躍基因”）。獲得1983年諾貝爾獎(jiǎng)金轉(zhuǎn)座因子轉(zhuǎn)座因子：細(xì)胞內(nèi)能改變自身位置（從染色體或質(zhì)粒的一個(gè)位點(diǎn)轉(zhuǎn)到另一個(gè)位點(diǎn)）的一段DNA序列。原核生物中轉(zhuǎn)座因子的分類：插入順序（insertionsequence，IS）、轉(zhuǎn)座子（transposon，Tn）和某些特殊病毒（Mu、D108)。共同特點(diǎn)：①轉(zhuǎn)座酶基因；②反向末端重復(fù)序列，40－1000bp。插入順序IS：最簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)座因子，250－1600bp左右，只含轉(zhuǎn)座酶基因。轉(zhuǎn)座子：不僅有插入序列，還攜帶有賦予宿主某些遺傳特性的基因，主要是抗生素和某些毒物的抗性基因。分類：Tn3和Tn58.4基因突變（一）基因突變的類型（二）基因突變的特點(diǎn)（三）基因突變的分子基礎(chǔ)基因突變的定義基因突變：一個(gè)基因內(nèi)部遺傳結(jié)構(gòu)或DNA序列的任何改變，包括一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)堿基的缺失、插入或置換，而導(dǎo)致的遺傳變化。廣義的突變又稱染色體畸變，包括大段染色體缺失、重復(fù)、倒位。1、堿基變化與遺傳信息的改變2、表型變化一、基因突變的類型及其分離堿基變化與遺傳信息的改變（1）同義突變：密碼的簡(jiǎn)并性，不影響氨基酸產(chǎn)物。（2）錯(cuò)義突變：影響氨基酸，甚至蛋白質(zhì)失去活性。（3）無(wú)義突變：若一個(gè)密碼突變成一個(gè)終止密碼，則翻譯將提前終止，產(chǎn)生一條較正常為短的多肽鏈。（4）移碼突變：氨基酸序列完全變化。表型變化營(yíng)養(yǎng)缺陷型；抗性突變型；條件致死突變型；形態(tài)突變型；產(chǎn)量變異型。營(yíng)養(yǎng)缺陷型（auxotroph）由野生型菌株（wildtypestrain）經(jīng)基因突變而喪失合成一種或幾種生長(zhǎng)因子的能力在培養(yǎng)野生型菌株的基本培養(yǎng)基不能生長(zhǎng)，但可在加入對(duì)應(yīng)的生長(zhǎng)因子后能從基本培養(yǎng)基中篩選出.①表示表型：指可觀察或檢測(cè)到的個(gè)體性狀或特征，是特定的基因型在一定環(huán)境下的表現(xiàn)。如：HisC、TryA（首字母大寫）?；蛐停褐纲A存在遺傳物質(zhì)中的信息，也就是它的DNA堿基須序。如：hisC、tryA（小寫）。②分離純化：影印法?？剐酝蛔冃停╮esistantmutant）原始或出發(fā)菌株對(duì)某種化學(xué)或物理因子無(wú)抗性經(jīng)基因突變后成為具有抗性可在加有相應(yīng)理化因子的平板中選擇之條件致死突變型（conditionallethalmutant）出發(fā)菌株經(jīng)突變?cè)谀撤N條件下可生長(zhǎng)，而在另一種條件下不能生長(zhǎng)繁殖。例：E.Coli

Ts突變株，即溫度敏感突變株,有些菌株在37C0下生長(zhǎng)正常,卻不能在42Co下生長(zhǎng);T4噬菌體的某些感染性突變株在25Co下具有感染性,而37Co下喪失形態(tài)突變型(morphologicalmutant)即由突變而產(chǎn)生個(gè)體或菌落形態(tài)所發(fā)生的非選擇性突變例:孢子有無(wú)或顏色變化、鞭毛有無(wú)或莢膜有無(wú)的突變，有時(shí)可引起菌落表觀改變而具有選擇性。產(chǎn)量變異型由基因突變所致的獲得代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量 高于出發(fā)菌株之變異株，常稱產(chǎn)量 突變株或高產(chǎn)菌株（highproducing

mutant）產(chǎn)量性狀是多基因與復(fù)雜因素的綜合結(jié)果， 故獲取高產(chǎn)菌株是一個(gè)逐步累積、 變異機(jī)理十分復(fù)雜探索過(guò)程分為：正變株（plusmutant）與負(fù)變株 （minusmutant）為非選擇性而是統(tǒng)計(jì)性1、不對(duì)應(yīng)性：突變性狀與引起突變的原因無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。例：在含青霉素環(huán)境中抗青霉素突變體。紫外線抗紫外線突變體。較高溫度耐高溫突變體。并非“前因”導(dǎo)致“后果”恰相反，自發(fā)或誘發(fā)因子誘發(fā)而獲得?！扒耙颉眱H起淘汰非突變型作用。紫外線誘變決非只產(chǎn)生抗紫外線的變異。

二、基因突變的特點(diǎn)稀有性：自發(fā)突變雖可隨時(shí)發(fā)生，但突變的頻率是較低和穩(wěn)定的，一般在10-6~10-9間；規(guī)律性：特定微生物的某一特定形狀的突變率具有一定的規(guī)律性；獨(dú)立性：某一群體中，可以發(fā)生任何性狀，針對(duì)任何藥物的突變，不同突變相互獨(dú)立。遺傳和回復(fù)性：任何性狀既有正向突變，也可發(fā)生回復(fù)突變，使表型回復(fù)到野生型狀態(tài)。正向突變：

W－mu回復(fù)突變：mutation－wild可誘變性：通過(guò)誘變劑的作用，可提高自發(fā)突變的頻率，一般可提高10-105倍。三、基因突變的分子基礎(chǔ)自發(fā)突變的原因很多，包括DNA聚合酶產(chǎn)生的錯(cuò)誤，DNA的物理?yè)p傷，重組和轉(zhuǎn)座等。原因：①互變異構(gòu)體－形成不同堿基配對(duì)轉(zhuǎn)換（嘌呤）、顛換（嘌呤－嘧啶）。②短的重復(fù)核苷酸序列發(fā)生分子滑動(dòng)，造成小段DNA插入或缺失。③RNA基因組的突變：RNA復(fù)制酶無(wú)糾錯(cuò)能力，無(wú)類似DNA修復(fù)機(jī)制。誘發(fā)突變誘發(fā)突變：通過(guò)不同的方式提高突變率。誘變劑：許多化學(xué)、物理和生物因子能夠提高微生物的突變頻率，將這些能夠使突變率提高到自發(fā)突變水平以上的物理、化學(xué)和生物因子稱為～；2、誘發(fā)突變的方法（1）化學(xué)法：堿基類似物：堿基錯(cuò)配概率提高（置換、間接）插入染料：DNA復(fù)制滑動(dòng)－插入缺失概率提高，引起移碼突變。直接與DNA堿基起反應(yīng)的誘變劑：NTG(亞硝基胍)則榮登超誘變劑的榜首；高效性:用NTG處理E.coli等菌株可直接獲得

12~80%的營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株

(一般誘變劑僅為百分之幾)

（2）物理法：紫外線：嘧啶二聚體，阻止堿基配對(duì)。熱：胞嘧啶脫氨基－尿嘧啶；鳥嘌呤－脫氧核糖鍵的移動(dòng)，產(chǎn)生GC

－CG顛換；（3）生物法：轉(zhuǎn)座因子。3、誘變劑與致癌物質(zhì)－Ames試驗(yàn)（1）原理：許多化學(xué)誘變劑都引起動(dòng)物和人的癌癥，利用細(xì)菌突變來(lái)檢測(cè)環(huán)境中的致癌物－誘變劑作用共性原理。（2）方法創(chuàng)始人：美國(guó)加利福尼亞大學(xué)Ames教授。（3）試驗(yàn)原理：鼠傷寒沙門氏菌的組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株的回復(fù)突變性能。（4）誘變劑共性原理：凡能引起生物遺傳物質(zhì)核酸DNA結(jié)構(gòu)改變或功能改變的化學(xué)物質(zhì)都可引起生物突變、癌變、畸變，稱三致物質(zhì)。引申凡致突變的因素一般都可致畸、致癌，反之變?nèi)?。凡能引起原核生物有效的因素?duì)真核生物同樣。凡能引起回復(fù)突變的因素也能引起正向突變。凡能引起溶源性裂解因素也能引起突變。（5）Ames過(guò)程：過(guò)程：取黃曲霉素，二甲氨基偶氮苯，反應(yīng)停等可疑含有物+鼠肝勻漿保溫吸入濾紙片放入接種了his-基本培養(yǎng)[-]皿中央不含誘變物無(wú)菌落誘變物濃度高外圈為菌落內(nèi)抑制環(huán)誘變物合適紙片周圍有菌落（6）Ames應(yīng)用：檢測(cè)食品、飲料、藥物、和飲水等中致癌物，快速（三天左右）、準(zhǔn)確（>85%）、方便、節(jié)約。8.5細(xì)菌基因轉(zhuǎn)移和重組細(xì)菌的接合作用細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)菌的遺傳轉(zhuǎn)化目的：重組獲得更強(qiáng)的生存能力，可發(fā)生在微生物之間以及微生物與高等動(dòng)、植物間。一、接合作用Lederberg和Tatum（1946年）用大腸桿菌K12的兩個(gè)菌株A和B的雜交試驗(yàn)結(jié)果：A、B混合培養(yǎng)在完全培養(yǎng)基上過(guò)夜，然后離心培養(yǎng)物，把沉淀細(xì)胞涂布在基本培養(yǎng)基外，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)出了菌落，頻率10-7，出現(xiàn)了基因重組。Lederberg和Tatum的實(shí)驗(yàn)兩個(gè)菌株不能直接接觸，只能是培養(yǎng)液和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)可以通過(guò)。Davis（1950）U型管試驗(yàn)因此，可以說(shuō)，菌株A、B接觸后，象高等的有性過(guò)程一樣，發(fā)生了雜交。遺傳物質(zhì)有了交換，產(chǎn)生了新組合：野生型重組體。F+×F－雜交大腸桿菌的某些品系的雄性或供體是被一個(gè)致育因子（fertilityfactor）或性因子（sexfactor）決定的——F因子;具有這種因子的能育品系記為F＋，相當(dāng)于雄性;不含這種致育因子F的品系記為F－，相當(dāng)于雌性。F質(zhì)粒是能獨(dú)立增殖的環(huán)狀DNA分子。圖示。

F質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)：

(1)原點(diǎn)，轉(zhuǎn)移的起點(diǎn)(2)致育基因：形成性傘毛的基因群(3)DNA復(fù)制酶基因

(4)插入序列（insertionsequence，IS）F質(zhì)粒轉(zhuǎn)移的過(guò)程：1.通過(guò)性菌毛使F+與F－緊密相連；2.質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移、復(fù)制。

F+×F－的特點(diǎn)：

(1)F質(zhì)粒轉(zhuǎn)移的頻率高，1/10，使F-→F+。

(2)而染色體轉(zhuǎn)移頻率低。10-7

。

(3)F+×F+不發(fā)生接合。

因此，F(xiàn)+品系又稱為低頻重組品系（lowfrequencyrecombination）高頻重組品系HfrCavalli（1951）和Hayes（1954）先后從能育的A品系中分離出兩個(gè)新的品系，它們和B（F-）雜交，出現(xiàn)重組頻率很高。比AF+×BF-高出1000倍。這種品系稱為高頻重組品系Hfr（highfrequencyrecombination）。Hfr的特點(diǎn)：(1)高頻重組，染色體轉(zhuǎn)移頻率高，×1000(2)F質(zhì)粒轉(zhuǎn)移頻率低F－→F＋很少或沒(méi)有。Hfr和F+的聯(lián)系和區(qū)別聯(lián)系：（1）都是雄性菌，含有F質(zhì)粒

區(qū)別：（1）前者高頻重組，后者低頻重組；（2）前者F質(zhì)粒轉(zhuǎn)移頻率低，后者F質(zhì)粒轉(zhuǎn)移頻率高（3）前者F質(zhì)粒整合，后者F質(zhì)粒游離接合性質(zhì)粒：能通過(guò)接合方式轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒稱為接合性質(zhì)粒，F(xiàn)質(zhì)粒、R質(zhì)粒、Col質(zhì)粒和毒力質(zhì)粒。二、細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)：由病毒介導(dǎo)的細(xì)胞間進(jìn)行遺傳交換的一種方式。分為兩種類型：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：噬菌體可以轉(zhuǎn)導(dǎo)給體染色體的任何部分到受體細(xì)胞中；局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)：噬菌體總是攜帶同樣的片段到受體細(xì)胞中。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)1952年Zinder和Lederberg在驗(yàn)證鼠傷寒沙門氏菌是否也存在接合現(xiàn)象時(shí)發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象.所用菌株：沙門氏菌LT22A（P22噬菌體）；非溶原性細(xì)菌；結(jié)果：發(fā)現(xiàn)在給體菌和受體菌不接觸的情況下，同樣出現(xiàn)了原養(yǎng)型細(xì)菌轉(zhuǎn)導(dǎo)的原理噬菌體的包裝機(jī)制：P22DNA經(jīng)環(huán)化和滾環(huán)復(fù)制形成一個(gè)多聯(lián)體分子；DNA的包裝是從基因組的特殊位點(diǎn)（pac）開始，用噬菌體編碼的酶對(duì)多聯(lián)體分子按順序進(jìn)行切割，并包裝進(jìn)P22外殼；錯(cuò)誤包裝：用以切割的酶也識(shí)別染色體DNA上類似pac的位點(diǎn)，進(jìn)行切割、包裝。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)模型S.typhimuriun野生型+供體菌，營(yíng)養(yǎng)缺陷型－受體菌，P22媒介P22增殖供DNA斷裂P22包裝10－6－10－8誤包裂解裂解物（少量），大量受體菌混合外源DNA進(jìn)入受體菌同源區(qū)段配對(duì)，雙交換整合到受體DNA上遺傳性狀穩(wěn)定轉(zhuǎn)導(dǎo)子局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)：部分缺陷溫和噬菌體的少數(shù)特定基因攜帶到受體菌中，并獲得表達(dá)的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象。與普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別：①被轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因與噬菌體DNA共價(jià)相連，一起進(jìn)行復(fù)制包裝以及被導(dǎo)入受體細(xì)胞中。②局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)攜帶特定的染色體片段或基因，將其導(dǎo)入宿主細(xì)胞。代表：λ噬菌體。整合的λ原噬菌體從細(xì)菌染色體上不準(zhǔn)確地切割時(shí)，便可形成局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒。細(xì)菌的遺傳轉(zhuǎn)化定義：同源或異源的游離DNA分子被自然或人工的感受態(tài)細(xì)胞攝取，并得到表達(dá)的水平方向的基因轉(zhuǎn)移過(guò)程。轉(zhuǎn)化是細(xì)菌中最早被發(fā)現(xiàn)的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移形式。l928年Griffith用肺炎鏈球菌對(duì)小鼠的感染實(shí)驗(yàn)以及10多年后Avery等體外轉(zhuǎn)化過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)化因子DNA的證實(shí)，是現(xiàn)代生命科學(xué)發(fā)展的重要起點(diǎn)。細(xì)菌感受態(tài)感受態(tài)：細(xì)菌生長(zhǎng)到一定的階段分泌一種小分子的蛋白質(zhì)，稱為感受態(tài)因子；感受態(tài)因子與細(xì)胞表面相互作用，誘到一些感受態(tài)特異蛋白的表達(dá)，其中一種是自溶素；導(dǎo)致細(xì)胞表面的DNA結(jié)合蛋白及核酸酶裸露出來(lái)；感受態(tài)(competence):細(xì)菌能夠從周圍環(huán)境中吸收DNA分子進(jìn)行轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)。供體DNA進(jìn)入受體過(guò)程中，雙鏈DNA轉(zhuǎn)變成單鏈DNA，其中一條單鏈被核酸酶降解。未被降解的一條單鏈DNA部分地或整個(gè)地插入受體細(xì)胞的DNA鏈中，形成雜合的DNA分子。這種雜合DNA復(fù)制，分離以后，形成一個(gè)受體親代類型的DNA和一個(gè)供體與受體DNA結(jié)合的雜種雙鏈DNA。從而導(dǎo)致基因重組，形成各種類型的轉(zhuǎn)化子（transformant）。供體單鏈與受體DNA之間結(jié)合形成一段異源雙鏈區(qū)。轉(zhuǎn)化過(guò)程的最后結(jié)果取決于誤配核苷酸對(duì)的修復(fù)校正。如切除供體單鏈，則無(wú)重組發(fā)生。如切除受體單鏈則產(chǎn)生重組體。自然遺傳轉(zhuǎn)化模型人工轉(zhuǎn)化1970年Mandel和Higa發(fā)現(xiàn)用CaCl2處理過(guò)的大腸桿菌能夠吸收噬菌體DNA，此后不久，Cohen等人用CaCl2法實(shí)現(xiàn)了質(zhì)粒DNA轉(zhuǎn)化大腸桿菌的感受態(tài)細(xì)胞；人工轉(zhuǎn)化的方法1化學(xué)法：將正常基因DNA（及其拷貝）與帶電荷物質(zhì)和磷酸鈣、DEAE－葡聚糖或與若干脂類混合，形成沉淀的DNA微細(xì)顆粒，直接傾入培養(yǎng)基中與細(xì)胞接觸?？蓪NA輸入細(xì)胞內(nèi)，并整合于受體細(xì)胞的基因組中，在適當(dāng)?shù)臈l件下，整合基因得以表達(dá)，細(xì)胞亦可傳代。2物理法①電穿孔法：電穿孔法（electroporotion）是將細(xì)胞置于高壓脈沖電場(chǎng)中，通過(guò)電擊使細(xì)胞產(chǎn)生可逆性的穿孔，周圍基質(zhì)中的DNA可滲進(jìn)細(xì)胞，但有時(shí)也會(huì)使細(xì)胞受到嚴(yán)重?fù)p傷。②顯微注射法：顯微注射（microinjection）是在顯微鏡直視下，向細(xì)胞核內(nèi)直接注射外源基因，這種方法應(yīng)是有效的。③脂質(zhì)體法：脂質(zhì)體（liposome）法是應(yīng)用人工脂質(zhì)體包裝外源基因，再與靶細(xì)胞融合，使之表達(dá)。8.6微生物育種從自然界直接分離到的野生型菌株積累產(chǎn)物的能力往往很低，無(wú)法滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，這就要求我們對(duì)它們進(jìn)行菌種改造，即育種。育種的手段很多，從微生物育種發(fā)展的歷史看，主要有：定向培育、誘變育種、細(xì)胞融合和基因工程育種等技術(shù)。一、誘變育種誘變育種是利用物理或化學(xué)誘變劑處理均勻分散的微生物細(xì)胞群，促進(jìn)其突變率大幅度提高，然后采用簡(jiǎn)便、快速和高效的篩選方法，從中挑選少數(shù)符合育種目的的突變株，以供生產(chǎn)實(shí)踐或科學(xué)研究用。當(dāng)前發(fā)酵工業(yè)和其他生產(chǎn)單位所使用的高產(chǎn)菌株，幾乎都是通過(guò)誘變育種而大大提高了生產(chǎn)性能的菌株。誘變育種除能提高產(chǎn)量外，還可達(dá)到改善產(chǎn)品質(zhì)量、擴(kuò)大品種和簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝等目的。誘變育種具有方法簡(jiǎn)單、快速和收效顯著等特點(diǎn)，故仍是目前被廣泛使用的主要育種方法之一。選用理、化致變劑處理均勻而分散的微生物細(xì)胞群促使其突變率顯著提高采用簡(jiǎn)便、快速和高效的篩選法篩選出少數(shù)符合育種目的的突變株來(lái)供生產(chǎn)實(shí)踐與研究應(yīng)用。誘變育種的環(huán)節(jié)篩選方略營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株；抗阻遏和抗反饋突變型；抗性突變型：抗生素抗性突變、條件抗性突變。營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株通過(guò)誘變處理,獲得了產(chǎn)L-賴氨酸的不同營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株,其中以高絲氨酸缺陷型突變株產(chǎn)L-賴氨酸的能力最強(qiáng)?？棺瓒艉涂狗答佂蛔冃涂棺瓒艉涂狗答佂蛔冃投际怯捎诖x失調(diào)所造成的，它們都有共同的表型，即在細(xì)胞中已經(jīng)有大量最終代謝產(chǎn)物時(shí)仍然繼續(xù)不斷地合成這一產(chǎn)物。獲得抗阻遏和抗反饋突變型的一般常用的方法是通過(guò)誘變處理后，選育結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株，這些抗性突變株就包括了抗阻遏和抗反饋二種類型突變。所謂結(jié)構(gòu)類似物抗性菌株，即是那些在含有類似物的環(huán)境中，其生長(zhǎng)不被抑制的菌株。這種抗性菌株是由于變構(gòu)酶結(jié)構(gòu)基因或調(diào)節(jié)基因發(fā)生突變的結(jié)果，使結(jié)構(gòu)類似物不能與結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化的阻遏蛋白或變構(gòu)酶結(jié)合，細(xì)菌也照樣合成終產(chǎn)物，生長(zhǎng)不受抑制。例如對(duì)氟苯丙氨酸是苯丙氨酸的結(jié)構(gòu)類似物，因此對(duì)氟苯丙氨酸抗性菌株所產(chǎn)生的苯丙氨酸也不能與阻遏蛋白或變構(gòu)酶結(jié)合，這樣必然會(huì)在有苯丙氨酸存在的情況下，細(xì)胞仍然不斷地合成苯丙氨酸，使其得到過(guò)量積累，這就是抗阻遏或抗反饋突變株。二、體內(nèi)基因重組育種重組方式:主要有轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合和原生質(zhì)體融合。轉(zhuǎn)化；轉(zhuǎn)化在原核生物中是一個(gè)較普遍的現(xiàn)象轉(zhuǎn)導(dǎo)：轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象在自然中比較普遍，是低等生物進(jìn)化中獲取新基因的重要方式接合：在細(xì)菌與放線菌中都存在著接合現(xiàn)象原生質(zhì)體融合：能進(jìn)行融合的細(xì)胞是極其廣泛的，包括 原核與真核生物的細(xì)胞一原生質(zhì)體融合簡(jiǎn)介1957年，日本的岡田善雄發(fā)現(xiàn)滅活的仙臺(tái)病毒可以誘發(fā)細(xì)胞融合，從而奠定了細(xì)胞融合的技術(shù)基礎(chǔ)。目前普遍采用的化學(xué)融