微生物遺傳學(xué)二

關(guān)于微生物遺傳學(xué)二第1頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

營(yíng)養(yǎng)缺陷型抗性突變型條件致死突變型

形態(tài)突變型抗原突變型產(chǎn)量突變型下面介紹幾種常用的突變型及其分離1.

按照突變的表型分類：選擇性突變株（能在選擇性培養(yǎng)基上或其它的選擇性條件下迅速選出或鑒別出）非選擇性突變株四、基因突變的類型第2頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）營(yíng)養(yǎng)缺陷型（auxotroph）一種缺乏合成其生存所必須的營(yíng)養(yǎng)物（包括氨基酸、維生素、堿基等）的突變型，只有從周圍環(huán)境或培養(yǎng)基中獲得這些營(yíng)養(yǎng)或其前體物（precursor）才能生長(zhǎng)。營(yíng)養(yǎng)缺陷型是微生物遺傳學(xué)研究中重要的選擇標(biāo)記和育種的重要手段表型判斷的標(biāo)準(zhǔn)：在基本培養(yǎng)基上能否生長(zhǎng)第3頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四特點(diǎn)：在選擇培養(yǎng)基（一般為基本培養(yǎng)基）上不生長(zhǎng)負(fù)選擇標(biāo)記突變株不能通過(guò)選擇平板直接獲得第4頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四營(yíng)養(yǎng)缺陷型的表示方法：基因型：所需營(yíng)養(yǎng)物的前三個(gè)英文小寫斜體字母表示：hisC（組氨酸缺陷型，其中的大寫字母C同一表型中不同基因的突變）表型：同上，但第一個(gè)字母大寫，且不用斜體：HisC在具體使用時(shí)多用hisC-和hisC+，分別表示缺陷型和野生型。第5頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）抗藥性突變型（resistantmutant）基因突變使菌株對(duì)某種或某幾種藥物，特別是抗生素，產(chǎn)生抗性。特點(diǎn)：正選擇標(biāo)記（突變株可直接從抗性平板上獲得-----在加有相應(yīng)抗生素的平板上，只有抗性突變能生長(zhǎng)。所以很容易分離得到。）表示方法：所抗藥物的前三個(gè)小寫斜體英文字母加上“r”表示strr和strs分別表示對(duì)鏈霉素的抗性和敏感性第6頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）條件致死突變型（conditionallethalmutant）

在某一條件下具有致死效應(yīng)，而在另一條件下沒(méi)有致死效應(yīng)的突變型。常用的條件致死突變是溫度敏感突變，用ts（temperaturesensitive）表示，這類突變?cè)诟邷叵拢ㄈ?2℃）是致死的，但可以在低溫（如25-30℃）下得到這種突變。特點(diǎn)：負(fù)選擇標(biāo)記這類突變型常被用來(lái)分離生長(zhǎng)繁殖必需的突變基因第7頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（4）形態(tài)突變型（morphologicalmutant）造成形態(tài)改變的突變型特點(diǎn)：非選擇性突變突變株和野生型菌株均可生長(zhǎng)，但可從形態(tài)特征上進(jìn)行區(qū)分。舉例：產(chǎn)蛋白酶缺陷突變株的篩選菌落顏色變化β半乳糖苷酶基因的插入失活，使重組子菌落為白色而與蘭色的非重組子分開(kāi)。第8頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（5）抗原突變型指由于基因突變引起的細(xì)胞抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生的變異類型，包括細(xì)胞壁缺陷變異、莢膜或鞭毛成分變異等。第9頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（6）產(chǎn)量突變型通過(guò)基因突變而引起的目標(biāo)代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量發(fā)生變化的變異菌株，其在產(chǎn)量上高于或低于原始出發(fā)菌株。如果產(chǎn)量提高的突變株，被稱為“正突變”（plus-mutant），也稱為“高產(chǎn)突變株”(highproducingmutant)；如果產(chǎn)量低于出發(fā)菌株的突變株，則稱為“負(fù)突變”（minus-mutant）。第10頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.按照突變所引起的遺傳信息的改變情況可分為三種：同義突變表型不發(fā)生改變（密碼子是簡(jiǎn)并的,如CGU變成CGC，但都編碼精氨酸）；錯(cuò)義突變改變的密碼子編碼的氨基酸改變了；無(wú)意義突變終止密碼子（UAA,UAG,UGA）第11頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四其它突變類型

毒力、生產(chǎn)某種代謝產(chǎn)物的發(fā)酵能力的變化等在實(shí)際應(yīng)用中具有重要意義突變類型,一般都不具有很明顯或可直接檢測(cè)到的表型。其突變株的獲得往往需要較大的工作量。

第12頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)基因突變的機(jī)制第13頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、基因突變的分子基礎(chǔ)(一)自發(fā)突變

(二)誘發(fā)突變引起自發(fā)突變的原因主要有以下幾方面：

背景輻射和環(huán)境因素引起；有害代謝產(chǎn)物引起；互變異構(gòu)效應(yīng)引起的堿基配對(duì)錯(cuò)誤；

DNA復(fù)制過(guò)程中堿基配對(duì)錯(cuò)誤；轉(zhuǎn)座因子的作用。通過(guò)人為的方法，利用物理、化學(xué)或生物因素顯著提高自發(fā)突變頻率的手段。生物體在無(wú)人工干預(yù)下自然發(fā)生的低頻率突變（10-6-10-10）。它是生物進(jìn)化的根源。第14頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(二)誘發(fā)突變誘變劑（mutagen）：凡能提高基因突變頻率的因素統(tǒng)稱為誘變劑誘變劑的種類物理誘變劑化學(xué)誘變劑生物誘變劑堿基類似物誘變劑；與堿基起化學(xué)反應(yīng)的誘變劑；嵌入誘變劑；

：輻射和熱：轉(zhuǎn)座因子第15頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(1)堿基類似物----間接引起置換的誘變劑它們?cè)贒NA復(fù)制中能摻入DNA分子中，由于其產(chǎn)生異構(gòu)體的頻率高，因此發(fā)生的錯(cuò)誤配對(duì)可引起堿基的置換。一類與正常堿基結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，稱為堿基類似物。如：5-BU,8-NG,2-AP等。A-TA-TA-BUA-TG-BUG-CA-BU加入5-BU1.化學(xué)誘變劑第16頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(2)與堿基起化學(xué)反應(yīng)的誘變劑-----直接引起堿基置換該類誘變劑與堿基起化學(xué)反應(yīng)，改變堿基的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致錯(cuò)配。亞硝酸：G-CA-T轉(zhuǎn)換互變各種烷化劑：G-CA-T互變羥胺：只引起G-CA-T轉(zhuǎn)換（專一性與C起反應(yīng)）第17頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四亞硝酸：對(duì)堿基的主要作用是氧化脫胺作用（使氨基變?yōu)橥?，改變配?duì)性質(zhì)，引起堿基轉(zhuǎn)換）。

HNO2

AH（次黃嘌呤）ATGCCUGCATGX（黃嘌呤）不引起突變A-TH-TH-CA-TH-CG-C第18頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四烷化劑甲基磺酸乙酯（EMS）甲基磺酸甲酯（MMS）硫酸二乙酯（DES）N-甲基-N’-硝基-N-亞硝基胍

(NTG)

氮芥、硫芥環(huán)氧乙烷NTG：誘變作用強(qiáng)，稱為超強(qiáng)誘變劑（突變率1%）；能誘發(fā)鄰近位置的基因同時(shí)發(fā)生突變，即所謂并發(fā)突變。很多烷化劑除了能誘發(fā)點(diǎn)突變外，還能誘發(fā)染色體畸變。由于染色體畸變常為輻射所誘發(fā)，所以這些物質(zhì)又稱為擬輻射物質(zhì)。烷化劑作用的主要機(jī)理是引起堿基上某些能形成氫鍵的基團(tuán)發(fā)生烷基化。烷化位點(diǎn)主要在鳥嘌呤的N‐7位和腺嘌呤的N‐3位上，烷化后的堿基也像堿基結(jié)構(gòu)類似物一樣能引起堿基配對(duì)的錯(cuò)誤。烷化劑的另一作用是使嘌呤整個(gè)地從DNA鏈上脫下來(lái)，產(chǎn)生一個(gè)缺口，在與缺口相對(duì)應(yīng)的位點(diǎn)上就能配上任何一個(gè)堿基，從而引起轉(zhuǎn)換或顛換。第19頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(3)移碼突變的誘變劑－嵌入誘變劑吖啶類染料（如原黃素，吖叮黃（橙），ICR類等）具有類似堿基對(duì)的扁平結(jié)構(gòu)，能插入DNA分子的堿基對(duì)之間，使DNA結(jié)構(gòu)變形，導(dǎo)致DNA在復(fù)制過(guò)程中的滑動(dòng)，引起DNA鏈中插入或缺失一個(gè)或幾個(gè)核苷酸，產(chǎn)生移碼突變。ICR：一系列烷化劑和吖啶分子相結(jié)合的化合物第20頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.物理誘變劑及其誘變機(jī)制紫外線，x-射線，γ–射線，快中子，熱等(1)紫外線（UV）紫外線是實(shí)驗(yàn)室中常用的非電離輻射誘變因子，其作用機(jī)制主要是能引起：DNA鏈的斷裂、DNA分子雙鏈的交聯(lián)、嘧啶的水合作用相鄰堿基形成嘧啶二聚體（TT，TC,CC）等。

其中最主要的效應(yīng)是胸腺嘧啶二聚體的形成。胸腺嘧啶二聚體通常出現(xiàn)在同一DNA單鏈上兩個(gè)相鄰的胸腺嘧啶之間，也可出現(xiàn)在兩條DNA單鏈之間。兩種情況導(dǎo)致結(jié)果不同。第21頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四X‐射線、γ‐射線、快中子等屬于電離輻射。以X‐射線為例解釋該類誘變劑誘變機(jī)理：X‐射線的誘變作用有直接和間接兩種方式：

(1)直接作用是引起DNA雙鏈間氫鍵的斷裂、DNA單鏈的斷裂、不同DNA分子之間的交聯(lián)等。

(2)間接作用是電離輻射能從水或有機(jī)分子中產(chǎn)生自由基，這些自由基作用于DNA分子，引起缺失和損傷。自由基對(duì)嘧啶的作用更強(qiáng)烈。此外，X射線還可能使細(xì)胞中形成一些堿基類似物，突變由這些堿基類似物所誘發(fā)。與紫外線不同的是，電離輻射可通過(guò)玻璃和其他物質(zhì)，穿透力強(qiáng)，能達(dá)到生殖細(xì)胞，因此常用于動(dòng)植物的誘變育種。(2)X‐射線、γ‐射線、快中子第22頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四短時(shí)間的熱處理也可誘發(fā)突變，熱的作用是使胞嘧啶脫氨基而成為尿嘧啶，從而通過(guò)堿基配對(duì)錯(cuò)誤而引起GC→AT的轉(zhuǎn)換；另外，熱也可引起鳥嘌呤‐脫氧核糖鍵的移動(dòng)，從而在DNA復(fù)制時(shí)出現(xiàn)包括兩個(gè)鳥嘌呤的堿基對(duì)，在下一次的DNA復(fù)制中該堿基對(duì)錯(cuò)配就會(huì)引起GC→CG的顛換。(3)熱第23頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(1)轉(zhuǎn)座因子（transposableelement)定義：位于染色體或質(zhì)粒上的一段能改變自身位置的DNA序列。廣泛分布于原核和真核細(xì)胞中。又稱“跳躍基因”(2)轉(zhuǎn)座因子的特點(diǎn)1)在轉(zhuǎn)座時(shí)，通過(guò)轉(zhuǎn)座因子的復(fù)制，可將新形成的拷貝以非同源重組的方式轉(zhuǎn)移到染色體的新部位上；

2)都攜帶有編碼轉(zhuǎn)座酶的基因，該酶具有轉(zhuǎn)移位置的功能，是轉(zhuǎn)座所必需的;3)兩端都有正向或反向末端重復(fù)序列。

3.生物誘變劑(轉(zhuǎn)座因子)及其誘變機(jī)制第24頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(3)根據(jù)分子結(jié)構(gòu)和遺傳性質(zhì)，轉(zhuǎn)座因子可分為3類：插入序列（Insertionsequence,IS）僅含有編碼轉(zhuǎn)座所必需的轉(zhuǎn)座酶的基因，兩端存在9～41bp的反向重復(fù)序列

。但其插入可干擾基因的正常讀碼序列，導(dǎo)致基因失活或引起突變。轉(zhuǎn)座子（Transposon,Tn）除轉(zhuǎn)座基因外，還有抗藥性基因。分為復(fù)合轉(zhuǎn)座子和復(fù)雜轉(zhuǎn)座子Mu噬菌體是以大腸桿菌為宿主的溫和性噬菌體。它在幾方面不同于另一種溫和噬菌體λ：第一、MuDNA幾乎可以插入到宿主染色體的任何一個(gè)位點(diǎn)上；第二、DNA兩端沒(méi)有粘性末端；第三、會(huì)引起宿主的被插入基因的基因突變。

第25頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(4)轉(zhuǎn)座的過(guò)程：第26頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四插入突變

(基因失活和極性作用)染色體畸變(染色體的缺失\重復(fù)和倒位)

(5)轉(zhuǎn)座的遺傳學(xué)效應(yīng)：第27頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、誘變及化學(xué)致癌物質(zhì)的檢測(cè)——Ames試驗(yàn)“生物化學(xué)統(tǒng)一性”法則：

人和細(xì)菌在DNA的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的，能使微生物發(fā)生突變的誘變劑必然也會(huì)作用于人的DNA，使其發(fā)生突變，最后造成癌變或其他不良的后果。Ames試驗(yàn)的依據(jù)誘變劑的共性原則：

化學(xué)藥劑對(duì)細(xì)菌的誘變率與其對(duì)動(dòng)物的致癌性成正比。第28頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四回復(fù)突變(reversemutation或backmutation)：

突變體失去的野生型性狀，可以通過(guò)第二次突變得到恢復(fù)，這種第二次突變稱為回復(fù)突變。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的BruceAmes教授于1966年發(fā)明，因此稱為Ames試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)菌株要求：

檢測(cè)鼠傷寒沙門氏菌(Salmonellatyphmurium)組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株(his-)的回復(fù)突變率（為了增加試驗(yàn)的敏感性，該菌株還應(yīng)包括另外兩個(gè)突變，一個(gè)是造成細(xì)胞表面透性增加的深度粗糙突變型，另一個(gè)是喪失切除修復(fù)能力的缺失型）。第29頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Ames試驗(yàn)第30頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

除了DNA聚合酶進(jìn)行校正外，還通過(guò)幾種不同的機(jī)制進(jìn)行DNA的修復(fù)：(1)光復(fù)活作用(2)切除修復(fù)(3)重組修復(fù)(4)SOS修復(fù)三、DNA損傷的修復(fù)第31頁(yè)，共35頁(yè)，2023年，2月20日，星期四紫外線誘變時(shí)必須在暗室、紅光下進(jìn)行（1）光復(fù)活作用（photoreactivation）可見(jiàn)光可大大降低經(jīng)紫外線照射后微生物死亡率的現(xiàn)象。機(jī)理：經(jīng)UV照射后帶有嘧啶二聚體的DNA分子，在黑暗中會(huì)和一種光激活酶——光解酶結(jié)合，形成酶‐DNA復(fù)合物，該復(fù)合物暴露在可見(jiàn)光下時(shí)，光解酶會(huì)因獲得光能而被激活，并使二聚體重新分解成單體，光解酶也從復(fù)合物中釋