第二章工業(yè)微生物育種的遺傳學基礎(chǔ)演示文稿

第二章工業(yè)微生物育種的遺傳學基礎(chǔ)演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有69頁\編輯于星期四優(yōu)選第二章工業(yè)微生物育種的遺傳學基礎(chǔ)現(xiàn)在是2頁\一共有69頁\編輯于星期四微生物遺傳學介紹微生物的遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點、遺傳信息的表達與調(diào)控、遺傳變異的基本規(guī)律；通過基因操作改變微生物的遺傳信息從而有效地控制或利用微生物的基本策略。涉及部分真核生物，所有的原核生物，以及病毒的遺傳；分子遺傳學近代遺傳學,分子水平上研究基因的構(gòu)成、復(fù)制、表達、突變和修復(fù)等。

現(xiàn)在是3頁\一共有69頁\編輯于星期四

微生物是現(xiàn)代遺傳學、分子生物學和其它許多重要的生物學基礎(chǔ)研究中最熱衷選用的模式生物。研究微生物遺傳學的意義

為什么？

35億年前單細胞生物

25億年進化成多細胞生物

10億年發(fā)展成了植物、哺乳動物、昆蟲、鳥類等各種各樣的地球物種。

現(xiàn)在是4頁\一共有69頁\編輯于星期四

Rice大學科學家認為生物進化速度的加快是因為細菌和病毒不斷在不同物種之間傳遞DNA的結(jié)果。對微生物遺傳規(guī)律的深入研究，不僅促進了現(xiàn)代分子生物學和生物工程學的發(fā)展，而且為育種工作提供了豐富的理論基礎(chǔ)，促使育種工作從不自覺到自覺、從低效到高效、從隨機到定向、從近緣雜交到遠緣雜交的方向發(fā)展?，F(xiàn)在是5頁\一共有69頁\編輯于星期四孟德爾的遺傳因子階段摩爾根的基因階段三個經(jīng)典實驗證明DNA是遺傳物質(zhì)現(xiàn)代基因階段:Watson和Crick提出DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是6頁\一共有69頁\編輯于星期四第一節(jié)染色體染色體原核生物和病毒染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目真核生物染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目現(xiàn)在是7頁\一共有69頁\編輯于星期四一、染色體染色體指攜帶細胞功能所必備的基因的結(jié)構(gòu)（遺傳單元）。

病毒是非細胞生物，它們的全套遺傳基因稱為基因組，但不足以形成染色體。

原核生物染色體常為一個環(huán)狀DNA分子。真核生物的細胞有幾條至幾十條染色體，各含一個線狀的DNA分子。

現(xiàn)在是8頁\一共有69頁\編輯于星期四

染色體的化學成分主要是蛋白質(zhì)和DNA，其中DNA含量穩(wěn)定，是主要的遺傳物質(zhì)。由于細胞中的DNA大部分在染色體上，所以說遺傳物質(zhì)的主要載體是染色體。

為什么染色體能在遺傳上起作用？現(xiàn)在是9頁\一共有69頁\編輯于星期四DNA的分布主要在染色體上細胞質(zhì)內(nèi)細胞核遺傳細胞質(zhì)遺傳生物的遺傳（染色體是DNA的主要載體）例：紫茉莉葉色的遺傳現(xiàn)在是10頁\一共有69頁\編輯于星期四根據(jù)著絲粒位置進行的染色體分類圖示染色體的形態(tài)現(xiàn)在是11頁\一共有69頁\編輯于星期四

后期染色體形態(tài)

1．V形染色體

2．L形染色體

3.棒狀染色體4.粒狀染色體中期染色體形態(tài)1.長臂2．主縊痕3.著絲粒4·短臂

5·次縊痕6·隨體現(xiàn)在是12頁\一共有69頁\編輯于星期四1、著絲粒與動粒（也稱著絲點,kenetoche）著絲粒和動粒（著絲點）是兩個不同的概念，前者指中期染色單體相互聯(lián)系在一起的特殊部位；后者指主縊痕處兩個染色單體外側(cè)表層部位的特殊結(jié)構(gòu)，它與仿錘絲微管相接觸。著絲粒含3個結(jié)構(gòu)域，即：動粒結(jié)構(gòu)域、中央結(jié)構(gòu)域、配對結(jié)構(gòu)域。

現(xiàn)在是13頁\一共有69頁\編輯于星期四2、端粒（telomere）染色體端部的特化部分，作用是維持染色體的完整性和個體性（用X射線將染色體打斷，不具端粒的染色體末端有粘性，會與其它片段相連或兩端相連而成環(huán)狀）。端粒由高度重復(fù)的短序列串聯(lián)而成，在進化上高度保守，不同生物的端粒序列都很相似，哺乳類的序列為TTAGGG，500-3000次重復(fù)。與端粒酶有關(guān)?，F(xiàn)在是14頁\一共有69頁\編輯于星期四現(xiàn)在是15頁\一共有69頁\編輯于星期四現(xiàn)在是16頁\一共有69頁\編輯于星期四熒光原位雜交顯示端粒和端粒序列不同生物的端粒序列都很相似四膜蟲擬南芥現(xiàn)在是17頁\一共有69頁\編輯于星期四

二、原核生物和病毒染色體結(jié)構(gòu)(a)大腸桿菌細胞大小和染色體DNA長度的比較；(b)細菌細胞中的擬核；(c)大腸桿菌染色體結(jié)構(gòu)電鏡圖。細胞寬1.1~1.5m、長2~6

m：雙鏈環(huán)狀DNA分子的長度達1mm；現(xiàn)在是18頁\一共有69頁\編輯于星期四形態(tài)大?。弘p鏈環(huán)狀DNA，4.6×106bp位置：擬核內(nèi)化學組成：80%DNA、RNA和蛋白質(zhì)；結(jié)構(gòu)：在染色體的中心有一個由DNA結(jié)合蛋白和膜組成的骨架，DNA分子附著在骨架上形成50~100個超螺旋的環(huán)，每個環(huán)中含堿基對約50~100kb.微量DNA酶類組蛋白：染色體環(huán)狀DNA功能域進一步與DNA結(jié)合蛋白原核生物染色體現(xiàn)在是19頁\一共有69頁\編輯于星期四病毒沒有典型的染色體結(jié)構(gòu)。習慣上把病毒含有的DNA或RNA也稱為染色體。DNA:單鏈、雙鏈或環(huán)狀、線狀RNA：線狀，單鏈或雙鏈。現(xiàn)在是20頁\一共有69頁\編輯于星期四三、真核生物的染色體結(jié)構(gòu)

染色體主軸兩側(cè)有側(cè)環(huán)，狀如燈刷，故名燈刷染色體。由兩條同源染色體組成，在交叉處結(jié)合，每條同源染色體含2條染色單體。同時兩條染色單體向兩邊伸出許多側(cè)環(huán)，一個平均大小的環(huán)約含100bpDNA。現(xiàn)在是21頁\一共有69頁\編輯于星期四

1、染色質(zhì)（體）結(jié)構(gòu)染色體（染色質(zhì)）：真核生物體內(nèi)高度有序的DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合體構(gòu)成。核小體：是染色質(zhì)基本結(jié)構(gòu)亞基，大約由200bp的DNA和一個組蛋白八聚體組成每條染色體中含有一個線狀DNA分子，它以左手螺旋方向圍著一個個組蛋白八聚體繞圈1.8周，形成串珠狀的核小體，染色質(zhì)進一步卷曲形成每圈6個核小體、直徑30nm的染色質(zhì)絲，它折疊成許多超螺旋環(huán)附著在中央骨架上。鏈接區(qū)的DNA長度為55bp,不同物種變化范圍0-100bp.現(xiàn)在是22頁\一共有69頁\編輯于星期四1）染色質(zhì)（體）=DNA+組蛋白+RNA；2）各成分含量不同；3）組蛋白包括核心組蛋白（H2A、H2B、H3、H4）和非核心組蛋白（H1）；MW分別為10000-20000和23000；前者與DNA結(jié)合，穩(wěn)定核小體結(jié)構(gòu)；后者與其他類型蛋白質(zhì)作用，促使染色質(zhì)超螺旋化；2、染色質(zhì)（體）的化學組成現(xiàn)在是23頁\一共有69頁\編輯于星期四4）非組蛋白（序列特異性DNA結(jié)合蛋白），有以下特性：

a，多樣性和組織特異性；

b，結(jié)合特異性DNA；

c，功能多樣性，與染色質(zhì)及DNA高級結(jié)構(gòu)形成有關(guān)系?，F(xiàn)在是24頁\一共有69頁\編輯于星期四3、染色質(zhì)的類型根據(jù)形態(tài)特征和染色性能分為常染色質(zhì)和異染色質(zhì)。常染色質(zhì)：在間期細胞核中，對堿性染料著色淺、染色體纖維折疊壓縮程度低、處于較為伸展狀態(tài)的染色質(zhì)，多存在于核質(zhì)中,具有基因轉(zhuǎn)錄活性。異染色質(zhì)：在間期細胞核中，對堿性染料著色深、染色體纖維折疊壓縮程度高、處于聚縮狀態(tài)的染色質(zhì)，不具有轉(zhuǎn)錄活性,具有衛(wèi)星DNA?，F(xiàn)在是25頁\一共有69頁\編輯于星期四4、染色體數(shù)目一套基本的染色體數(shù)目稱為一倍體數(shù)(x)。帶有多個一倍體染色體數(shù)的生物稱為整倍體(euploid)。整倍體可分為一倍體、二倍體、多倍體。如:人的染色體數(shù)目為23條，那么二倍體細胞為46條染色體。原核生物大多為單倍體生物。大多數(shù)真核生物是二倍體(diploid)?，F(xiàn)在是26頁\一共有69頁\編輯于星期四

少數(shù)二倍體生物增加或減少了一條或幾條完整的染色體，而不發(fā)生整套染色體的增減，稱為非整倍體。缺對性個體：缺少一對或某幾對染色體；單體性個體：某一對或幾對中缺少一條染色體；三體性個體：某一對或幾對中增加一條染色體；現(xiàn)在是27頁\一共有69頁\編輯于星期四第二節(jié)核酸核酸RNADNA現(xiàn)在是28頁\一共有69頁\編輯于星期四一、核酸的基本化學組成核酸核苷酸核苷磷酸堿基戊糖元素組成：CHONP

核酸完全水解產(chǎn)生嘌呤和嘧啶等堿性物質(zhì)、戊糖（核糖或脫氧核糖）和磷酸的混合物。核酸部分水解則產(chǎn)生核苷和核苷酸。一、核酸現(xiàn)在是29頁\一共有69頁\編輯于星期四

組成核酸的戊糖有兩種。DNA所含的糖為β-D-2-脫氧核糖；RNA所含的糖則為β-D-核糖。1、戊糖RiboseDeoxyribose現(xiàn)在是30頁\一共有69頁\編輯于星期四2、堿基1）嘌呤（Purine）123456978腺嘌呤AdenineA鳥嘌呤guanineG現(xiàn)在是31頁\一共有69頁\編輯于星期四2）嘧啶（Pyrimidine）123456尿嘧啶uracilU胞嘧啶cytosineC胸腺嘧啶thymineT現(xiàn)在是32頁\一共有69頁\編輯于星期四

核酸中也存在一些不常見的稀有堿基。稀有堿基的種類很多，大部分是上述堿基的甲基化產(chǎn)物?，F(xiàn)在是33頁\一共有69頁\編輯于星期四3、核苷（nucleoside）核苷戊糖+堿基糖與堿基之間的C-N鍵，稱為C-N糖苷鍵1’2’3’4’5’(OH)1’2’3’4’5’(OH)現(xiàn)在是34頁\一共有69頁\編輯于星期四AdenosineGuanosineCytidineUridine現(xiàn)在是35頁\一共有69頁\編輯于星期四4、核苷酸（nucleotide）

核苷酸戊糖+堿基+磷酸(5’端在左邊，3‘端在右邊）

HHHHHHHHH磷酸酯鍵三個兩個現(xiàn)在是36頁\一共有69頁\編輯于星期四二、RNA的結(jié)構(gòu)與功能（一）、結(jié)構(gòu)特點堿基組成A、G、C、U（A＝U/G≡C）稀有堿基較多，穩(wěn)定性較差，易水解多為單鏈結(jié)構(gòu)，少數(shù)局部形成螺旋分子較?。ǘ┓诸恗RNAtRNArRNA現(xiàn)在是37頁\一共有69頁\編輯于星期四1.rRNA

與蛋白質(zhì)一起構(gòu)成核糖體——蛋白質(zhì)合成“工廠”核糖體的基本功能結(jié)合mRNA，在mRNA上選擇適當?shù)膮^(qū)域開始翻譯密碼子（mRNA）和反密碼子（tRNA）的正確配對肽鍵的形成存在：核糖體可游離存在，真核中也可同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成粗糙的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。原核中與mRNA形成串狀——多核糖體現(xiàn)在是38頁\一共有69頁\編輯于星期四原核生物核糖體組成真核生物核糖體組成核糖體結(jié)構(gòu)組成現(xiàn)在是39頁\一共有69頁\編輯于星期四2、tRNA占RNA總量的15％分子量25000左右，大約由70－90個核苷酸組成，沉降系數(shù)為4S左右。一種氨基酸有幾種tRNA攜帶。結(jié)合需要ATP供能,氨基酸結(jié)合在tRNA3’-CCA的位置。每種tRNA的反密碼子，決定了所帶氨基酸能準確的在mRNA上對號入座?，F(xiàn)在是40頁\一共有69頁\編輯于星期四3.mRNA攜帶著DNA的遺傳信息，是多肽鏈的合成模板，在原核細胞內(nèi)，存在時間短，在轉(zhuǎn)錄的同時翻譯；在真核細胞內(nèi)，較穩(wěn)定。蛋白質(zhì)合成時，mRNA結(jié)合于核糖體小亞基上，大亞基結(jié)合帶氨基酸的tRNA，tRNA的反密碼子與mRNA密碼子配對，ATP供能，合成蛋白質(zhì)?，F(xiàn)在是41頁\一共有69頁\編輯于星期四經(jīng)典試驗1.肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化試驗經(jīng)典試驗2.噬菌體感染實驗經(jīng)典試驗3.病毒重建實驗三、DNA（一）DNA是遺傳物質(zhì)的證據(jù)現(xiàn)在是42頁\一共有69頁\編輯于星期四結(jié)論1.細胞生物的遺傳物質(zhì)是雙鏈DNA2.病毒的遺傳物質(zhì)可以是單鏈的或雙鏈的DNA或RNA，即：ssDNA，dsDNA，ssRNA或dsRNA?，F(xiàn)在是43頁\一共有69頁\編輯于星期四（二）DNA的結(jié)構(gòu)1.DNA的一級結(jié)構(gòu)A、T、C、G的連接方式和排列順序（4n）；線形互補雙鏈。堿基互補配對原則：

AT（氫鍵2），CG（氫鍵3）。Chargaff當量規(guī)律：

嘌呤和嘧啶的總含量相等，即A+G=C+T。連接鍵：3’，5’-磷酸二酯鍵磷酸與戊糖順序相連形成主鏈骨架，堿基形成側(cè)鏈現(xiàn)在是44頁\一共有69頁\編輯于星期四DNA的分子結(jié)構(gòu)：

DNA的基本單位-脫氧核苷酸

現(xiàn)在是45頁\一共有69頁\編輯于星期四2、DNA的二級結(jié)構(gòu)DNA的雙螺旋模型兩條核苷酸鏈反向平行盤繞形成的雙螺旋結(jié)構(gòu)。分兩類：右手螺旋（A、B、C型）；局部左手（Z型，高鹽溶液中，集中在調(diào)控區(qū)。參與基因表達）?，F(xiàn)在是46頁\一共有69頁\編輯于星期四3、DNA的三級結(jié)構(gòu)DNA雙螺旋進一步扭曲構(gòu)成三級結(jié)構(gòu)，負超螺旋

原核雙鏈環(huán)狀DNA（dcDNA）

病毒單鏈環(huán)狀DNA（scDNA）單鏈線性DNA（ssDNA）

現(xiàn)在是47頁\一共有69頁\編輯于星期四真核雙鏈線性DNA（dsDNA）現(xiàn)在是48頁\一共有69頁\編輯于星期四（三）DNA的位置

（1）核DNA，存在于核內(nèi)物質(zhì)染色體上，通常所說的基因組DNA。（2）核外DNA，存在于細胞核外的細胞器中（線粒體），呈現(xiàn)母系遺傳，是研究進化及遺傳多樣性的最佳材料。核DNA與線粒體DNA的比較核DNA線粒體DNA大?。╞p）1.1×10916Kb結(jié)構(gòu)線形環(huán)形載體染色體線粒體來源（遺傳）♂+♀♀現(xiàn)在是49頁\一共有69頁\編輯于星期四第三節(jié)基因的組織與結(jié)構(gòu)一、基因(gene)合成有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈或RNA所必需的全部核苷酸序列。一般是DNA序列（或病毒中的RNA）?；蚣易宸譃閮煞N：操縱子和多基因家族。現(xiàn)在是50頁\一共有69頁\編輯于星期四1、原核細胞的基因結(jié)構(gòu)編碼區(qū)（編碼序列）：能指導(dǎo)有關(guān)蛋白質(zhì)的合成，即能夠編碼蛋白質(zhì)

非編碼區(qū)（調(diào)控序列）：位于編碼區(qū)上游和編碼區(qū)下游的DNA序列，雖不能指導(dǎo)有關(guān)蛋白質(zhì)的合成，但有調(diào)控遺傳信息表達的核苷酸序列，如啟動子、終止子

現(xiàn)在是51頁\一共有69頁\編輯于星期四

RNA聚合酶的作用是催化DNA轉(zhuǎn)錄為RNA。它能夠識別調(diào)控序列中的結(jié)合位點，并與其結(jié)合。轉(zhuǎn)錄開始后，RNA聚合酶沿DNA分子移動，并與DNA分子的一條鏈為模板合成RNA?，F(xiàn)在是52頁\一共有69頁\編輯于星期四2、真核細胞的基因結(jié)構(gòu)特點

編碼區(qū)是間隔的、不連續(xù)的。能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做外顯子;

一般不能夠編碼蛋白質(zhì)的序列叫做內(nèi)含子。現(xiàn)在是53頁\一共有69頁\編輯于星期四2、真核細胞的基因結(jié)構(gòu)真核細胞基因編碼區(qū)（間隔、不連續(xù)）外顯子內(nèi)含子非編碼區(qū)：與原核生物具有相似功能的啟動子、終止子現(xiàn)在是54頁\一共有69頁\編輯于星期四啟動子與終止子

啟動子是在非編碼區(qū)內(nèi)緊靠轉(zhuǎn)錄起點，調(diào)控遺傳信息表達的脫氧核苷酸序列，它能引導(dǎo)RNA聚合酶與正確的基因部位結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄從起點開始，沿編碼區(qū)進行。終止子是在非編碼區(qū)內(nèi)緊靠轉(zhuǎn)錄終點，調(diào)控遺傳信息表達的脫氧核苷酸序列，它能阻礙RNA聚合酶的移動，并使其從DNA模板鏈上脫離下來，使轉(zhuǎn)錄終止。現(xiàn)在是55頁\一共有69頁\編輯于星期四3.基因的長度酵母的基因斷裂很少，外顯子很少，基因平均長1.4kb；昆蟲基因的外顯子也比較少，一般不超過10個，5-100kb；哺乳動物外顯子較多，有的有幾十個,人27kb?，F(xiàn)在是56頁\一共有69頁\編輯于星期四4、擬基因和轉(zhuǎn)座因子擬基因：某些基因因DNA序列發(fā)生變化，雖然在序列上與活性基因相似，但不具有功能，不編碼蛋白質(zhì)。轉(zhuǎn)座子：基因組內(nèi)可移動的DNA片段，它能把自身（或自身的拷貝）插入基因組的新座位特點：能夠在同一細胞的不同染色體的不同位點之間轉(zhuǎn)移，而同靶座位的序列沒有任何關(guān)系?，F(xiàn)在是57頁\一共有69頁\編輯于星期四轉(zhuǎn)座會引起多種遺傳效應(yīng)。編碼轉(zhuǎn)座酶，促進轉(zhuǎn)座。轉(zhuǎn)座基因包括：插入序列、轉(zhuǎn)座子、轉(zhuǎn)座噬菌體。高等真核生物基因組中，轉(zhuǎn)座子超過基因組的50%?，F(xiàn)在是58頁\一共有69頁\編輯于星期四二、基因組(genome)是指一種生物體中的整套遺傳信息，一般為一個受精卵或一個體細胞的細胞核中所有DNA分子的總和。特定生物體的整套(單倍體)遺傳物質(zhì)的總和。基因組的大小用全部DNA的堿基對總數(shù)表示。每種真核生物的單倍體基因組中的全部DNA量稱為C值(C-Value)。現(xiàn)在是59頁\一共有69頁\編輯于星期四人的23對染色體現(xiàn)在是60頁\一共有69頁\編輯于星期四C值(C-Value)現(xiàn)在是61頁\一共有69頁\編輯于星期四（一）細菌基因組的特點細菌染色體基因組：通常僅由一條環(huán)狀雙鏈DNA分子組成

1．細菌DNA大部分為編碼序列。

2．結(jié)構(gòu)基因中沒有內(nèi)含子，也無重復(fù)現(xiàn)象。

3．具有操縱子結(jié)構(gòu)。質(zhì)粒：某些細菌中獨立于染色體外的能自主復(fù)制的共價環(huán)狀雙鏈DNA?，F(xiàn)在是62頁\一共有69頁\編輯于星期四1、特點：

1）體細胞內(nèi)的基因組為二倍體。

2）遠大于原核生物基因組，具有多復(fù)制起點。

3）基因組中不編碼的區(qū)域多于編碼區(qū)域。

4）基因是不連續(xù)的（斷裂基因）。

5）基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為單順反子。一個結(jié)構(gòu)基因經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和翻譯生成一個mRNA分子和一條多肽鏈。

6）單一序列為主，存在大量重復(fù)序列。(二)真核生物基因組現(xiàn)在是63頁\一共有69頁\編輯于星期