微生物的遺傳變異和育種

微生物的遺傳變異和育種第1頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四本章的主要內(nèi)容概述第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)第二節(jié)基因突變與誘變育種第三節(jié)基因重組與雜交育種第四節(jié)基因工程第五節(jié)菌種的衰退,復(fù)壯與保藏第2頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四遺傳與變異的概述遺傳：親代將自身一整套遺傳因子傳遞給下一代的行為和功能。遺傳型:一個(gè)生物體所含有的基因的總和。變異：某一生物體在某種內(nèi)因或外因的作用下所引起的的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)和數(shù)量的改變。一相關(guān)概念第3頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四表型：一個(gè)生物體所具有的一切外表特征和內(nèi)在特性的總和。飾變：指生物體由于非遺傳因素起的表型改變，變化發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯水平。特點(diǎn)是幾乎整個(gè)群體中的每一個(gè)個(gè)體都發(fā)生同樣的變化，性狀變化的幅度小，不遺傳，引起飾變的因素消失后，表型即可恢復(fù)。第4頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四塞氏桿菌:

在25℃下培養(yǎng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種深紅色的靈桿菌素，把菌落染成鮮紅色?？墒?，當(dāng)培養(yǎng)在37℃下時(shí)，群體中所有細(xì)胞都不產(chǎn)色素。如果重新降溫至25℃，產(chǎn)色素能力又得到恢復(fù)。這就是一種飾變。第5頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)證明核酸是遺傳變異物質(zhì)基礎(chǔ)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)肺炎雙球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)噬菌體的感染實(shí)驗(yàn)煙草花葉病毒的拆開(kāi)與重組實(shí)驗(yàn)第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)第6頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（transformation）：

研究對(duì)象：Streptococcuspneumoniae（肺炎雙球菌）

S型菌株：有致病性，菌落表面光滑，有莢膜

R型菌株：無(wú)致病性，菌落表面粗糙，無(wú)莢膜小白鼠(活)注射活R菌或死S菌注射活S菌注射活R菌和熱死S菌（1）動(dòng)物實(shí)驗(yàn)1928年，Griffith進(jìn)行了以下幾組實(shí)驗(yàn)：小白鼠(活)小白鼠(死)小白鼠(死)活的S菌抽心血分離第7頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)熱死S菌活R菌熱死S菌+活R菌不生長(zhǎng)只長(zhǎng)出R菌長(zhǎng)出大量R菌和10-6S菌肺炎鏈球菌（3）S型菌的無(wú)細(xì)胞抽提液試驗(yàn)

活R菌+S菌無(wú)細(xì)胞抽提液長(zhǎng)出大量R菌和少量S菌培養(yǎng)皿培養(yǎng)以上實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：加熱殺死的S型細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)可能存在一種轉(zhuǎn)化物質(zhì)，它能通過(guò)某種方式進(jìn)入R型細(xì)胞并使R型細(xì)胞獲得穩(wěn)定的遺傳性狀培養(yǎng)皿培養(yǎng)培養(yǎng)皿培養(yǎng)第8頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Griffith的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)SR第9頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四①加S菌DNA②加S菌DNA及DNA酶以外的酶③加S菌的DNA和DNA酶④加S菌的RNA⑤加S菌的蛋白質(zhì)⑥加S菌的莢膜多糖活R菌長(zhǎng)出S菌只有R菌1944年O.T.Avery、C.M.MacLeod和M.McCarty從熱死S型S.pneumoniae中提純了可能作為轉(zhuǎn)化因子的各種成分，在離體條件下進(jìn)行了轉(zhuǎn)化試驗(yàn)：只有S型細(xì)菌的DNA才能將S.Pneumoniae的R型轉(zhuǎn)化為S型。且DNA純度越高，轉(zhuǎn)化效率也越高。說(shuō)明S型菌株轉(zhuǎn)移給R型菌株的，是遺傳因子。第10頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(二)噬菌體的感染試驗(yàn)(A.D.Hershey和M.Chase，

1952年)1.標(biāo)記材料E.coli磷源32PO43-硫源35SO42-2.過(guò)程吸附10分鐘后攪動(dòng)離心上清液沉淀用同位素P32的標(biāo)記DNA用同位素Ｓ35標(biāo)記噬菌體蛋白質(zhì)衣殼第11頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果（1）含32P-DNA的一組：放射性85%在沉淀中（2）含35S-蛋白質(zhì)的一組：放射性75%在上清液中所以，進(jìn)入細(xì)胞的是噬菌體的核酸而不是蛋白質(zhì)。第12頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(三)植物病毒重建試驗(yàn)

植物病毒蛋白質(zhì)和RNA可以人為地分開(kāi),同時(shí)又可把它們重新組合成具感染性的病毒.甲ＲＮＡ＋乙Ｐr→感染癥狀同甲病毒；分離得到甲病毒乙ＲＮＡ＋甲Ｐr→感染癥狀同乙病毒；分離得到乙病毒第13頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四TMVHRVHRVTMV原始株拆開(kāi)重建感染分離純化植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)第14頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）核酸存在的七個(gè)水平及質(zhì)粒細(xì)胞水平：存在于細(xì)胞核或核質(zhì)體，單核或多核細(xì)胞核水平:原與真核生物的細(xì)胞核結(jié)構(gòu)不同，核外DNA染色體水平:倍性(真核)和染色體數(shù)核酸水平：在原核中同染色體水平、存在部分二倍體 DNA或RNA，復(fù)合或裸露，雙鏈或單鏈基因水平：具自主復(fù)制能力的遺傳功能單位，長(zhǎng)度與信息量，轉(zhuǎn)錄——翻譯密碼子水平： 信息單位,起始和終止,核苷酸水平： 突變或交換單位，四種堿基二、遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的存在部位和方式第15頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、真核生物染色體:

DNA分子與組蛋白結(jié)合構(gòu)成染色體，每條染色體有單一線性雙鏈DNA分子;一個(gè)真核生物細(xì)胞內(nèi)有多條染色體;有間隔子或內(nèi)含子序列;沒(méi)有明顯的操縱子結(jié)構(gòu);真核細(xì)胞核物質(zhì)外有核膜包圍，形成完整細(xì)胞核。二、遺傳物質(zhì)在細(xì)胞中的存在第16頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四線粒體:真菌線粒體基因組的大小介于動(dòng)物和植物線粒體基因組之間。葉綠體：光合生物葉綠體中存在DNA。真菌的質(zhì)粒：酵母菌的質(zhì)粒存在細(xì)胞核中。絲狀真菌的質(zhì)粒存在線粒體中。第17頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四染色體:染色體僅由一條DNA組成，DNA為共價(jià)閉合環(huán)狀雙鏈,DNA不與組蛋白結(jié)合；一個(gè)細(xì)胞內(nèi)只有一條染色體（單倍體haploid）；無(wú)核膜膜包圍，只在細(xì)胞中央形成核區(qū)；遺傳信息的連續(xù)性;功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)。2、原核生物第18頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四質(zhì)粒(plasmid):定義：原核生物中，除染色體以外，還有能夠自主復(fù)制的共價(jià)閉合環(huán)狀DNA分子。它們攜帶少量遺傳基因，決定細(xì)胞的某些性狀，并非細(xì)菌生活必需。

大?。杭s為2~100×106Dalton，上面攜帶有數(shù)個(gè)到數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)基因。性質(zhì)：①可以在細(xì)胞質(zhì)中獨(dú)立于染色體之外獨(dú)立存在（游離態(tài)），也可以通過(guò)交換摻入染色體上，以附加體的形式存在；第19頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四②質(zhì)粒是一種復(fù)制子（replicon），根據(jù)自我復(fù)制能力的不同，可把質(zhì)粒復(fù)制的控制形式分為嚴(yán)緊型和松弛型兩種，嚴(yán)緊型質(zhì)粒的復(fù)制受細(xì)胞核控制；松弛型質(zhì)粒的復(fù)制不受細(xì)胞核控制，在染色體DNA復(fù)制停止的情況下仍可以進(jìn)行復(fù)制。③具有轉(zhuǎn)移性，它可以單獨(dú)轉(zhuǎn)移，也可以攜帶著染色體（片段）一起進(jìn)行轉(zhuǎn)移，所以它可成為基因工程的載體。④對(duì)于細(xì)菌的生存并不是必要的⑤功能多樣化,如產(chǎn)生毒素、抗藥性、固氮、產(chǎn)生酶類、降解功能等。⑥具不親和群性(不同質(zhì)粒可在同一細(xì)胞內(nèi)共存)第20頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.F因子:又稱致育因子或性因子，環(huán)狀雙鏈DNA，與接合作用有關(guān)。存在于腸細(xì)菌屬、假單胞菌屬、鏈球菌等細(xì)菌中，決定性別。帶有F質(zhì)粒的為雄性菌，能長(zhǎng)出性菌毛；無(wú)F質(zhì)粒的為雌性菌，無(wú)性菌毛。2.R因子:編碼細(xì)菌對(duì)抗菌藥物或重金屬鹽類的耐性。由相連的兩個(gè)DNA片段組成，R因子=抗性轉(zhuǎn)移因子（RTF）+抗性決定因子。RTF控制質(zhì)粒copy數(shù)及復(fù)制，抗性決定因子帶有抗生素或重金屬的抗性基因。幾種代表性質(zhì)粒：第21頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.Col因子:大腸桿菌素是由E.coli的某些菌株所分泌的細(xì)菌素，能通過(guò)抑制復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯或能量代謝等而專一地殺死其它腸道細(xì)菌。其分子量約4×104~8×104Dalton。大腸桿菌素都是由Col因子編碼的。4.Ti質(zhì)粒:是一個(gè)大型質(zhì)粒。5.降解性質(zhì)粒:只在假單胞菌屬中發(fā)現(xiàn)。它們的降解性質(zhì)?？蔀橐幌盗心芙到鈴?fù)雜物質(zhì)的酶編碼，從而能利用一般細(xì)菌所難以分解的物質(zhì)做碳源。XYL（二甲苯）質(zhì)粒、NAP（奈）質(zhì)粒、TOL（甲苯）質(zhì)粒等。第22頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)微生物基因突變和誘變育種

一、突變的類型與機(jī)制概述：

突變：指DNA上的核苷酸順序發(fā)生了穩(wěn)定的，可遺傳的變化。

基因突變：DNA鏈上一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)堿基發(fā)生改變而引起。染色體畸變：DNA鏈的大片段損失。

突變包括第23頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四突變機(jī)制：轉(zhuǎn)換：DNA上一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘌呤或者一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘧啶所替代顛換：DNA上一個(gè)嘌呤被一個(gè)嘧啶替代或者一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘌呤替代添加:DNA分子中多了一個(gè)或幾個(gè)堿基，導(dǎo)致編碼

aa三聯(lián)密碼發(fā)生了改變，從而引起突變。缺失:DNA分子中少了一個(gè)或幾個(gè)堿基引起突變。

添加,缺失,畸變（染色體大損傷）,重復(fù),

（由X射線等的輻射烷移位,倒位.

化劑，亞硝酸等引起畸變）:

堿基置換移碼突變誘發(fā)突變自發(fā)突變基因突變點(diǎn)突變第24頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1.自發(fā)突變

是指生物體在無(wú)人工干預(yù)的條件下，自然發(fā)生的低頻率的突變。背景輻射和環(huán)境因素的影響微生物自身有害代謝產(chǎn)物的誘變效應(yīng)氨基的互變異構(gòu)效應(yīng)環(huán)出效應(yīng)自發(fā)突變的機(jī)制：第25頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2.誘發(fā)突變

指通過(guò)人為的方法.利用物理、化學(xué)、生物因素顯劇提高自發(fā)突變頻率的手段。誘變劑：凡具有提高突變頻率的任何理化因子第26頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第27頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四紫外線對(duì)DNA的損傷

紫外線使同鏈DNA的相鄰胸腺嘧啶間形成共價(jià)

結(jié)合的胸腺嘧啶二聚體，它的出現(xiàn)會(huì)減弱雙鏈間氫鍵的作用，并引起雙鏈結(jié)構(gòu)扭曲變形，阻礙堿基間的正常配對(duì)，從而引起突變或死亡。在互補(bǔ)

雙鏈間形成嘧啶二聚體的機(jī)會(huì)較少，但一旦形成，就會(huì)妨礙雙鏈的解開(kāi)，因而影響DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，并使細(xì)胞死亡。損傷原理

主要作用于嘧啶，形成TT,TC,CC二聚體，阻礙堿基間的正常配對(duì)：第28頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四化學(xué)誘變亞硝酸引起DNA的堿基轉(zhuǎn)換第29頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5-BU尿嘧啶引起堿基的轉(zhuǎn)換第30頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第31頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）突變率定義1:每一細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率。突變率為10-8是指該細(xì)胞在一億次細(xì)胞分裂中，會(huì)發(fā)生一次突變。定義2：每一單位群體在每一世代中產(chǎn)生突變的突變株（mutant，即突變型）的數(shù)目來(lái)表示。如突變率為10-8一個(gè)含108個(gè)細(xì)胞的群體，當(dāng)其分裂為2×108個(gè)細(xì)胞時(shí)，即可產(chǎn)生一個(gè)突變表型.突變率=突變細(xì)胞數(shù)/分裂前群體細(xì)胞數(shù)回復(fù)突變:二、基因突變的突變率及特點(diǎn)：第32頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四基因突變可分為自發(fā)性突變和誘發(fā)突變。（二）特點(diǎn)：

1.不對(duì)應(yīng)性突變性狀與引起突變的原因間無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。

2.自發(fā)性可以在沒(méi)有人為誘變因素下自發(fā)發(fā)生。

3.稀有性率是較低和穩(wěn)定的，一般在10-6~10-9間

4.獨(dú)立性抗某一種藥物的突變型細(xì)菌往往并不抗另一種藥物

5.誘變性通過(guò)誘變劑的作用，可提高自發(fā)突變的頻率

6.穩(wěn)定性產(chǎn)生的新性狀也是穩(wěn)定而可遺傳的

7.可逆性正向突變回復(fù)突變第33頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四突變株的表型

成因

檢出方法

因突變而喪失合成一 補(bǔ)充培養(yǎng)基種或幾種生長(zhǎng)因子的 能力不能在基本培養(yǎng) 基上生長(zhǎng)突變株。因突變而產(chǎn)生了對(duì)某 藥物培養(yǎng)基種化學(xué)藥物或致死 物理因子的抗性

條件致死突變型

突變后在某種條件下培養(yǎng)條件改變可正常生長(zhǎng)、繁殖并實(shí)現(xiàn)其表型，而在另 一條件下卻無(wú)法生長(zhǎng) 繁殖的突變型三、基因突變類型：營(yíng)養(yǎng)缺陷型抗性突變型第34頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四突變株的表型

成因

檢出方法形態(tài)突變型

因突變而產(chǎn)生的個(gè)體 形態(tài)或菌落形態(tài)的非選擇（常用顏色變化） 性變異 抗原突變型

因突變而引起的抗原借助于抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生改變抗體反應(yīng)

產(chǎn)量突變型

因突變而獲得的在有測(cè)定產(chǎn)量或用代謝物產(chǎn)量上高于其它 原始菌株的突變株 其它突變型：毒力、糖發(fā)酵能力、代謝產(chǎn)物等 第35頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四★與營(yíng)養(yǎng)缺陷突變有關(guān)的三類遺傳型個(gè)體：營(yíng)養(yǎng)缺陷型：經(jīng)誘變產(chǎn)生的一些合成能力出現(xiàn)缺陷，而必須在培養(yǎng)基內(nèi)加入相應(yīng)有機(jī)養(yǎng)分才能正常生長(zhǎng)的變異菌株。如：lys-，bio-

野生型：自然界分離到的任何微生物，在其發(fā)生營(yíng)養(yǎng)缺陷突變前的原始菌株，為該微生物的野生型。

如：lys+;bio+;原養(yǎng)型：指營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變菌株回復(fù)突變或重組后產(chǎn)生的菌株，與野生型的表型相同。營(yíng)養(yǎng)缺陷型的篩選第36頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四★與篩選營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株有關(guān)的三類培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基（MM）[-]：凡是能滿足野生型菌株?duì)I養(yǎng)要求的最低成分的合成培養(yǎng)基。完全培養(yǎng)基（CM）[+]：滿足一切營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株生長(zhǎng)的天然或半合成培養(yǎng)基。

補(bǔ)充培養(yǎng)基（SM）[x]：在MM中有針對(duì)性地加入一或幾種營(yíng)養(yǎng)成分以滿足相應(yīng)營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株生長(zhǎng)的合成培養(yǎng)基。第37頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四①逐個(gè)檢出法：★缺陷型的檢出：第38頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

②影印平板培養(yǎng)法第39頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四③夾層培養(yǎng)法第40頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四★缺陷型的應(yīng)用作為菌株的遺傳標(biāo)記：進(jìn)行基因工程、誘變育種、研究代謝過(guò)程時(shí)用作親本標(biāo)記；作為生產(chǎn)菌種：aa、核苷酸等生產(chǎn)菌種；作為aa、維生素、堿基的測(cè)定菌株。第41頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四抗生素抗性變異株的篩選：第42頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

四、微生物育種：①自發(fā)突變育種生產(chǎn)育種：選育正向突變的優(yōu)良的品種定向培育：積累并選擇相應(yīng)的自發(fā)突變株②誘變育種用物理（X-ray、UV等）化學(xué)（吖啶、亞硝酸、堿基類似物）因素誘變育種，獲得突變機(jī)率提高。第43頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)原核微生物的基因重組克隆clone

不經(jīng)過(guò)有性細(xì)胞的結(jié)合，由體細(xì)胞發(fā)育成新個(gè)體，即無(wú)性繁殖?；蛑亟Mgenerecombination

兩個(gè)不同來(lái)源的遺傳物質(zhì)進(jìn)行交換，經(jīng)過(guò)基因的重新組合，形成新的基因型的過(guò)程。重組獲得的后代具有新的基因組合，表現(xiàn)出不同于親本的新性狀。轉(zhuǎn)化原核微生物的基因重組轉(zhuǎn)導(dǎo)接合原生質(zhì)體融合第44頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、轉(zhuǎn)化：

遺傳轉(zhuǎn)化是指同源或異源的DNA分子（質(zhì)粒DNA和染色體DNA）被自然或人工感受態(tài)細(xì)胞攝取，并得到表達(dá)的基因轉(zhuǎn)移過(guò)程。轉(zhuǎn)化后的受體菌稱為轉(zhuǎn)化子。被轉(zhuǎn)移的DNA稱為轉(zhuǎn)化因子。轉(zhuǎn)化的條件是：受體菌必須處于感受態(tài)才能接受轉(zhuǎn)化因子，感受態(tài)既可以是自然的，也可以是人工的。轉(zhuǎn)化因子通常是雙鏈DNA。

感受態(tài)：受體菌最容易接受外源DNA片段并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)稱為感受態(tài)。轉(zhuǎn)化過(guò)程：①受體細(xì)胞處于感受態(tài)。②外源DNA與感受態(tài)細(xì)胞結(jié)合并被吸收。③外源DNA整合到受體菌中，成為受體菌染色體的一部分。轉(zhuǎn)染transfection:指用提純的病毒核酸去感染其宿主細(xì)胞可增殖出一群正常病毒后代的現(xiàn)象。第45頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)化示意圖第46頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、轉(zhuǎn)導(dǎo)通過(guò)完全缺陷或部分缺陷噬菌體為媒介，把一個(gè)供體細(xì)胞的DNA片段轉(zhuǎn)移到另一個(gè)受體細(xì)胞中，并使后者發(fā)生遺傳變異的過(guò)程。

通過(guò)轉(zhuǎn)導(dǎo)獲得供體細(xì)胞部分遺傳性狀的重組受體細(xì)胞，稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)子（transductant）。攜帶供體部分遺傳物質(zhì)（DNA片段）的噬菌體稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體或轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒。

缺陷噬菌體：帶有外源(如細(xì)菌)DNA片段而失去了部分自身DNA的噬菌體稱為缺陷噬菌體。

第47頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(1)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)(generalizedtransduction)噬菌體可誤包供體菌中的任何基因(包括質(zhì)粒)，使受體菌實(shí)現(xiàn)各種性狀的轉(zhuǎn)導(dǎo).完全普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)能形成遺傳性穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子裂解循環(huán)細(xì)菌噬菌體噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)菌轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞重組細(xì)菌細(xì)胞噬菌體噬菌體裂解循環(huán)轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體含有供體DNA的轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體細(xì)菌細(xì)胞轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體侵入轉(zhuǎn)導(dǎo)外源DNA與細(xì)菌DNA重組轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞第48頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

(2)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)(abortivetransduction):在許多獲得供體菌DNA片段的受體菌內(nèi)，如果轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA不能進(jìn)行重組和復(fù)制，其上的基因僅經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄而得到表達(dá)。能在選擇性培養(yǎng)基平板上形成微小菌落是流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)的特點(diǎn)。第49頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(3)局限轉(zhuǎn)導(dǎo)(也稱專性轉(zhuǎn)導(dǎo)):某些溫和噬菌體只能將細(xì)菌的少數(shù)特定基因轉(zhuǎn)移到受體菌中的現(xiàn)象。當(dāng)溶原菌經(jīng)誘導(dǎo)后，其中極少數(shù)前噬菌體從宿主染色體脫落時(shí)產(chǎn)主錯(cuò)誤切割，從而把宿主的某些基因（λ前噬菌體位點(diǎn)兩端是細(xì)菌染色體的gal＋和bio＋）

，故形成的轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體通常帶有g(shù)a1＋或bio＋基因，當(dāng)這樣的噬菌體侵染另一宿主細(xì)菌時(shí)，噬菌體DNA與受體菌的DNA同源區(qū)段配對(duì)，通過(guò)雙交換而整合到受體菌的染色體上，使受體菌獲得了供體菌的這部分遺傳特性，而形成了專性轉(zhuǎn)導(dǎo)子。第50頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四λ噬菌體DNA的不正常切割第51頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四缺陷噬菌體（defectivephage）:丟失了自身部分基因，并被同等長(zhǎng)度的宿主基因所取代的噬菌體稱為缺陷噬菌體。如λdgal或λdbio。低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)（lowfrequancytransduction,LFT）:形成轉(zhuǎn)導(dǎo)子頻率很低的轉(zhuǎn)導(dǎo)，通常只有10-4~10-6

。

高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)（highfrequancytransduction,HFT）:形成轉(zhuǎn)導(dǎo)子的頻率很高,理論上可達(dá)50%。第52頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(4)溶源轉(zhuǎn)變(lysonenicconversion)

當(dāng)溫和噬菌體感染其宿主而使之發(fā)生溶源化時(shí)，因噬菌體的基因整合到宿主的基因組上，而使后者獲得了除免疫性以外的新性狀的現(xiàn)象。當(dāng)宿主喪失這一噬菌體時(shí)，通過(guò)溶源轉(zhuǎn)變而獲得的性狀也同時(shí)消失。溶源轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)導(dǎo)有本質(zhì)上的不同，首先是它的溫和噬菌體不攜帶任何供體菌的基因；其次，這種噬菌體是完整的，而不是缺陷的。溶源轉(zhuǎn)變的典型例子是不產(chǎn)毒素的白喉棒桿菌(Corynebacteriumdiphtheriae)菌株在被β噬菌體感染而發(fā)生溶源化時(shí)，會(huì)變成產(chǎn)白喉毒素的致病菌株。第53頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3.接合

通過(guò)供體菌與受體菌間細(xì)胞直接接觸而傳遞大段DNA的過(guò)程。

1946年，Lederberg和Tatum的E.colik12營(yíng)養(yǎng)缺陷型株混合培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)。E.colik12兩個(gè)突變株①Bio-Met-The+Leu+②Bio+Met+The-Leu-(生)（蛋）（蘇）（亮）兩種菌混合培養(yǎng)后，出現(xiàn)原養(yǎng)菌（Bio+Met+The+Leu+）可在基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。第54頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

細(xì)菌接合現(xiàn)象研究得最清楚的是大腸桿菌。大腸桿菌是有性別分化的。決定它們性別的因子稱為F因子(即致育因子或稱性質(zhì)粒)，呈超螺旋狀態(tài)，具有自主的與染色體進(jìn)行同步復(fù)制和轉(zhuǎn)移到其他細(xì)胞中去的能力。也可插入(即整合)到染色體組上；它既可經(jīng)過(guò)接合作用而獲得，也可通過(guò)一些理化因素(如吖啶橙、Ni2+、Co2+、絲裂霉素C、硫酸十二酯鈉、亞硝基胍、利福平、溴化乙錠、環(huán)己亞胺和加熱等)的處理，而從細(xì)胞中消失。

F因子的分子量為5×107。在大腸桿菌中，F(xiàn)因子的DNA含量約占總?cè)旧w含量的2%。第55頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(1)F+菌株:含F(xiàn)質(zhì)粒，細(xì)胞表面產(chǎn)生性毛(sexpili)，與F-細(xì)胞接合形成2個(gè)F+細(xì)胞。(2)F-菌株：無(wú)F質(zhì)粒，不產(chǎn)生性菌毛，可接受外來(lái)

F質(zhì)粒。第56頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(3)Hfr菌株高頻重組菌株（highfrequencyrecombination）與F-接合后，重組頻率比F+高幾百倍。在Hfr細(xì)胞中，存在與染色體特定位點(diǎn)相整合的F因子(產(chǎn)生頻率約10-5)。當(dāng)它與F-菌株發(fā)生接合時(shí)，Hfr染色體在F因子處發(fā)生斷裂，由環(huán)狀變成線狀。整段線狀染色體轉(zhuǎn)移至F-細(xì)胞的全過(guò)程約需100min。在轉(zhuǎn)移時(shí)，由于斷裂發(fā)生在F因子中，所以必然要等Hfr的整條染色體組全部轉(zhuǎn)移完成后，F(xiàn)因子才能完全進(jìn)入F-細(xì)胞。但轉(zhuǎn)移過(guò)程由于環(huán)境因素如震動(dòng)等影響會(huì)使轉(zhuǎn)移中斷，所以越在前端的基因，進(jìn)入的機(jī)會(huì)就越多，而在末端的F因子很難進(jìn)入F-細(xì)胞中,故在HfrxF-中出現(xiàn)2個(gè)Hfr的機(jī)會(huì)很少。第57頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(4)F’菌株當(dāng)Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離其染色體時(shí)，可形成游離的攜帶一小段染色體基因的F因子，特稱F’因子。攜帶有F’因子的菌株，其性狀介于F+與Hfr之間，這就是初生F’菌株。初生F’菌株與F-菌株接合，可使后者轉(zhuǎn)變成F’菌株，這就是次生F’菌株，它既獲得了F因子，又獲得了來(lái)自初生F’菌株的若干遺傳性狀。以這種接合來(lái)傳遞供體菌基因的方式，稱為F因子轉(zhuǎn)導(dǎo)(F-duction)、性導(dǎo)(sexduction)。在次生的F’群體中，大約有10%的F’因子重新整合到染色體組上，而恢復(fù)成Hfr菌。第58頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四F因子的存在方式及其相互關(guān)系第59頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四細(xì)菌染色體質(zhì)粒質(zhì)粒轉(zhuǎn)移質(zhì)粒整合F質(zhì)粒的接合轉(zhuǎn)移F+xF-=2F+HfrxF-=Hfr+F-第60頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4.原生質(zhì)體融合

通過(guò)人工的方法，使遺傳性狀不同的兩細(xì)胞的原生質(zhì)體發(fā)生融合并產(chǎn)生重組體的過(guò)程稱為原生質(zhì)體融合（protoplastfusion）。微生物細(xì)胞融合的研究開(kāi)始于1976年。其一般原理和主要過(guò)程是：先準(zhǔn)備兩個(gè)有選擇性遺傳標(biāo)記的突變株，在高滲溶液中，用適當(dāng)?shù)拿摫诿溉コ?xì)胞壁，再將形成的原生質(zhì)體離心聚集，并加入促融合劑PEG(聚乙二醇)促進(jìn)融合，然后在高滲溶液中稀釋，涂在能使其再生細(xì)胞壁或進(jìn)行分裂的培養(yǎng)基上，待形成菌落后，通過(guò)影印接種法，將其接種到各種選擇性培養(yǎng)基上，最后鑒定它們是否是重組子。第61頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四原生質(zhì)體融合操作過(guò)程第62頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)真菌的基因重組

一、有性生殖第63頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四粗糙脈孢菌的子囊孢子在子囊中的排列有六種方式AAAAaaaaaaaaAAAAAAaaAAaaaaAAaaAAAAaaaaAAaaAAAAaa接合型基因座(A或a)與著絲粒之間未發(fā)生染色體交換接合型基因座(A或a)與著絲粒之間發(fā)生了染色體交換第64頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四粗糙脈孢菌的有性雜交第65頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、準(zhǔn)性生殖

準(zhǔn)性生殖是一種類似于有性生殖，但比它更為原始的一種生殖方式，它可使同種生物不同菌株的體細(xì)胞發(fā)生融合，不經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂的方式而導(dǎo)致低頻率的基因重組并產(chǎn)生重組子。生殖：準(zhǔn)性生殖包括下面四個(gè)過(guò)程:①菌絲聯(lián)結(jié)②異核體形成③核配④體細(xì)胞交換和單倍體化四個(gè)階段。第66頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四在準(zhǔn)性生殖中,有絲分裂產(chǎn)生非整倍體核,非整倍體核在繼續(xù)分裂中丟失染色體,導(dǎo)致重組單倍體的發(fā)生第67頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四在準(zhǔn)性生殖中,有絲分裂時(shí)雜合二倍體染色體的偶然交換會(huì)導(dǎo)致基因重組的發(fā)生

第68頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四準(zhǔn)性生殖和有性生殖的比較

比較項(xiàng)目準(zhǔn)性生殖有性生殖參與接合的親本細(xì)胞形態(tài)相同的體細(xì)胞形態(tài)或生理上有分化的性細(xì)胞獨(dú)立生活的異核體階段有無(wú)接合后雙倍體的細(xì)胞形態(tài)與單倍體基本相同與單倍體明顯不同雙倍體變?yōu)閱伪扼w的途徑通過(guò)有絲分裂通過(guò)減數(shù)分裂接合發(fā)生的幾率偶然發(fā)現(xiàn)，幾率低正常出現(xiàn)，幾率高第69頁(yè)，共74頁(yè)，2023年，2月20日，星期四幾種代表性質(zhì)粒：1.F–因子（fertilityfactor）：又稱致育因子或性因子，62×106Dalton，94.5k