微生物的遺傳與變異

微生物的遺傳與變異第1頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四遺傳和變異是生物體的最本質(zhì)的屬性之一。遺傳和變異是一對(duì)既相互對(duì)立，又同時(shí)并存的矛盾。一般來(lái)講，遺傳只是相對(duì)的，而變異總是絕對(duì)的，正是由于這對(duì)矛盾雙方的不斷斗爭(zhēng)，才推動(dòng)生物不斷地向前發(fā)展。研究微生物的遺傳和變異的有利條件：（1）微生物結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于分子水平上進(jìn)行研究；（2）微生物繁殖快，個(gè)體易于變異，易得到突變體；（3）微生物的變異易于識(shí)別，便于建立純系。第2頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四遺傳與變異的幾個(gè)概念遺傳和變異是生命最本質(zhì)的屬性之一。遺傳(heredity)表型（phenotype）遺傳型（genotype）變異(variation)飾變（modification）第3頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四遺傳(heredity)遺傳(heredity)：是親代將自身的完整的遺傳基因穩(wěn)定的傳遞給子代的行為。其表現(xiàn)為性狀的傳遞。特點(diǎn)：具穩(wěn)定性。第4頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四表型（phenotype）表型（phenotype）：指生物體所具有的一切外表特征和內(nèi)在特性的總和;------是一種現(xiàn)實(shí)存在，是具一定遺傳型的生物在一定條件下所表現(xiàn)出的具體性狀。第5頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四遺傳型（genotype）遺傳型（genotype）：又稱基因型，指某一生物個(gè)體所含有的全部基因的總和；------是一種內(nèi)在可能性或潛力。

遺傳型+環(huán)境條件表型代謝

發(fā)育第6頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四變異(variation)變異(variation):生物體在外因或內(nèi)因的作用下，遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)或數(shù)量發(fā)生改變。特點(diǎn)：a.在群體中以極低的幾率出現(xiàn)，（一般為10-6～10-10）；b.性狀變化的幅度大；c.變化后形成的新性狀是穩(wěn)定的，可遺傳的。第7頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四飾變（modification）飾變（modification）：指不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯水平上的表型變化。特點(diǎn)：a.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；b.性狀變化的幅度?。籧.因遺傳物質(zhì)不變，故飾變是不遺傳的。引起飾變的因素消失后，表型即可恢復(fù)。第8頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例如：粘質(zhì)沙雷氏菌：在25℃下培養(yǎng)，產(chǎn)生深紅色的靈桿菌素；在37℃下培養(yǎng)，不產(chǎn)生色素；如果重新將溫度降到25℃，又恢復(fù)產(chǎn)色素的能力。Fromlefttoright:slantculturegrownat25°C,slantculturegrownat37°C,brothculturegrownat25°C,brothculturegrownat37°C.

第9頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的存在部位和方式二、原核生物的質(zhì)粒第10頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、遺傳物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的存在部位和方式（一）七個(gè)水平1、細(xì)胞水平微生物的遺傳物質(zhì)幾乎都集中在細(xì)胞核或核質(zhì)體（類核）中。不同微生物細(xì)胞所含有細(xì)胞核的數(shù)量常有所不同：釀酒酵母、黑曲霉等真菌一般都是單核的；粗糙脈孢菌、米曲霉等真菌是多核的；藻狀菌類真菌和放線菌類的菌絲細(xì)胞是多核的，而孢子是單核的；在細(xì)菌中，桿菌細(xì)胞多有兩個(gè)類核，而球菌一般只有一個(gè)。第11頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、細(xì)胞核水平（1）核內(nèi)染色體：真核生物的細(xì)胞核外被核膜，核內(nèi)的DNA與組蛋白結(jié)合在一起，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的染色體；原核生物的類核無(wú)核膜，呈松散的核質(zhì)體狀態(tài)存在，DNA也不與任何蛋白質(zhì)結(jié)合。（2）核外染色體：核外遺傳物質(zhì)

A)真核生物的“質(zhì)?！保杭?xì)胞質(zhì)基因：線粒體、葉綠體；共生生物：卡巴顆粒；酵母菌的2um質(zhì)粒

B)原核生物的質(zhì)粒：F因子、R因子、Col質(zhì)粒、Ti質(zhì)粒、巨大質(zhì)粒、降解性質(zhì)粒等。第12頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、染色體水平

（1）染色體數(shù)：在不同生物體的每個(gè)細(xì)胞核內(nèi)，往往有不同數(shù)目的染色體。真核生物常有較多的染色體；而原核生物的核質(zhì)體中只有一個(gè)裸露的、光鏡不可見(jiàn)的環(huán)狀染色體，所以對(duì)原核生物來(lái)說(shuō)，染色體水平實(shí)際上與核酸水平相同。（2）染色體倍數(shù)：除染色體的數(shù)目外，染色體的套數(shù)也不同。如果在一個(gè)細(xì)胞中只有一套相同功能的染色體，它就是一個(gè)單倍體。在自然界中發(fā)現(xiàn)的微生物，多數(shù)都是單倍體的；包含有兩套相同功能染色體的細(xì)胞，就稱為雙倍體。只有少數(shù)微生物如釀酒酵母的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞以及由兩個(gè)單倍體的性細(xì)胞通過(guò)接合或體細(xì)胞融合而形成的合子，才是雙倍體。在原核生物中，通過(guò)轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)或接合等過(guò)程而獲得外源染色體片段時(shí)，只能形成一種不穩(wěn)定的稱作部分雙倍體的細(xì)胞。第13頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四生物單倍體的染色體數(shù)分子量約數(shù)核苷酸對(duì)數(shù)已知基因數(shù)人233~~5×10125~~7×109~~4，000黑腹果蠅47．9×10108．0×1075，000~6，000粗糙脈孢菌72．8×10104．5×107>500大腸桿菌12．5×1093．8×106~~1，027噬菌體T411．1×1082．0×105~~135噬菌體λ13．2×1074．8×104~~35噬菌體MS211．1×1063．5×1033一些真核生物和原核生物基因組的比較

第14頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第15頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4、核酸水平

核酸種類：絕大多數(shù)生物的遺傳物質(zhì)是DNA，只有少部分病毒的遺傳物質(zhì)是RNA；核酸結(jié)構(gòu)：多數(shù)為雙鏈結(jié)構(gòu)，少數(shù)為單鏈結(jié)構(gòu)。

DNA的長(zhǎng)度：bp、kb和Mb第16頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第17頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5、基因水平

基因：生物體內(nèi)，具有自主復(fù)制能力的遺傳功能單位?；虻奈镔|(zhì)基礎(chǔ)是一個(gè)具有特定核苷酸順序的核酸片段。每一個(gè)基因的分子量約為6.7×105Da，約含1000~1500bp(堿基對(duì))，每個(gè)細(xì)菌一般含有5,000~10,000個(gè)基因。基因概念和種類；原核和真核的基因調(diào)控系統(tǒng)（遺傳學(xué)書(shū)）第18頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四原核生物的基因調(diào)控系統(tǒng)是由一個(gè)操縱子(operon)和它的調(diào)節(jié)基因(regulatorgene)組成的。一個(gè)操縱子又包含3種基因：結(jié)構(gòu)基因(structuregene)：結(jié)構(gòu)基因是通過(guò)轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程來(lái)執(zhí)行多肽(酶及結(jié)構(gòu)蛋白)合成。操縱基因(operator)：操縱基因是與結(jié)構(gòu)基因緊密連鎖在一起的，是阻遏蛋白的附著部位，它能控制結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄的開(kāi)放或關(guān)閉。啟動(dòng)基因(promotor)：?jiǎn)?dòng)基因是轉(zhuǎn)錄的起始部位，是RNA多聚酶附著和啟動(dòng)的部位。操縱基因和啟動(dòng)基因不能轉(zhuǎn)錄RNA，不產(chǎn)生任何基因產(chǎn)物。調(diào)節(jié)基因一般與操縱子有一定間隔距離(一般小于100個(gè)堿基)，它是調(diào)節(jié)操縱子中結(jié)構(gòu)基因活動(dòng)的基因。第19頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四E.coil

乳糖操縱子模型：第20頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四6、密碼子水平密碼子：負(fù)載遺傳信息的基本單位，是由DNA鏈上的三個(gè)核苷酸的特定順序所決定的。三聯(lián)密碼子一般都用mRNA上的3個(gè)核苷酸順序來(lái)表示。第21頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四7、核苷酸水平核苷酸：最低的突變單位。DNA中：A、T、C、G；

RNA中：A、U、C、G稀有堿基：5-羥甲基胞嘧啶、5-溴尿嘧啶等

第22頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四核苷酸及其衍生物：廣泛地參與生物體內(nèi)各類生物化學(xué)反應(yīng)。腺苷三磷酸（ATP）和鳥(niǎo)苷三磷酸（GTP）是生命活動(dòng)廣泛需要的能源；環(huán)腺苷酸（cAMP）、環(huán)鳥(niǎo)苷酸（cGMP）和2’,5’-寡聚腺苷酸是代謝調(diào)節(jié)信號(hào)分子；煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）、煙酰胺腺膘吟二核苷酸磷酸（NADP+）、黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）和輔酶A（CoA）是廣泛存在的輔酶；UDP-葡萄糖、CDP-膽堿等參與糖代謝和磷脂代謝。肌苷酸（5’-IMP）、鳥(niǎo)苷酸（5’-GMP）是味精的助鮮劑。

上面講的基因水平，實(shí)際上是一個(gè)遺傳的功能單位，密碼子水平是一個(gè)信息單位，而核苷酸水平(即堿基水平)則可認(rèn)為是一個(gè)最低突變單位或交換單位。第23頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四DNA的結(jié)構(gòu)和復(fù)制(一)DNA的結(jié)構(gòu)：4種堿基：AGTC兩條DNA單鏈?zhǔn)欠聪蚱叫泻突パa(bǔ)的，構(gòu)成螺旋形梯狀大分子。雙鏈DNA的特征：受熱變性:雙鏈DNA受熱到一定溫度，堿基之間H鍵會(huì)斷裂分開(kāi)為兩條單鏈。復(fù)性：溫度下降后分開(kāi)的兩條單鏈又重新以H鍵相連，恢復(fù)成雙鏈DNA(二)DNA的復(fù)制雙鏈DNA—解鏈為兩條DNA單鏈---復(fù)制---重新連接第24頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四(二)RNA與遺傳密碼4個(gè)堿基：A、C、G、U1、rRNA核糖體RNA。80%以上2、mRNA信使RNA把DNA的的遺傳信息攜帶到合成蛋白質(zhì)的核糖體中，每個(gè)mRNA分子對(duì)應(yīng)于一小段DNA。3、tRNA轉(zhuǎn)移RNA在翻譯過(guò)程中將氨基酸從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到核糖體并裝配到新合成的多肽鏈中。4、RNA的結(jié)構(gòu)：一般以單鏈形式存在，并傾向于折疊成復(fù)雜結(jié)構(gòu)。第25頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、原核生物的質(zhì)粒質(zhì)粒：游離于原核生物染色體外，具有獨(dú)立復(fù)制能力的小型共價(jià)閉合環(huán)狀DNA分子，即cccDNA（circlularcovalentlyclosedDNA）。1984年后，發(fā)現(xiàn)線形質(zhì)粒。結(jié)構(gòu)：超螺旋結(jié)構(gòu)，麻花狀。大?。合鄬?duì)分子量106-108，相當(dāng)基因組的1%大小。存在意義：質(zhì)粒上攜帶某些核基因組上所缺少的基因，使細(xì)菌等原核生物獲得了某些對(duì)其生存并非不可缺少的特殊功能，例如接合、產(chǎn)毒、抗藥、固氮、產(chǎn)特殊酶或降解環(huán)境毒物等功能。性質(zhì)：鑒定：電鏡觀察、電泳、密度梯度離心、限制性酶切圖譜等方法第26頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、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（episome）的形式存在；②對(duì)于細(xì)菌的生存并不是必要的③功能多樣化第27頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四性質(zhì)④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，與染色體DNA復(fù)制相伴隨,一般一個(gè)寄主細(xì)胞內(nèi)只有少數(shù)幾個(gè)（1-5）個(gè)拷貝；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，在細(xì)胞內(nèi)的數(shù)量可以達(dá)到10-200個(gè)或更多。第28頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四性質(zhì)⑤可以通過(guò)轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)或接合作用而由一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)菌細(xì)胞中，使兩個(gè)細(xì)胞都成為帶有質(zhì)粒的細(xì)胞；質(zhì)粒轉(zhuǎn)移時(shí)，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。第29頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四質(zhì)粒具有很多有利于基因工程操作的優(yōu)點(diǎn)：＊體積小，便于DNA的分離和操作＊呈環(huán)狀，性能穩(wěn)定＊獨(dú)立的復(fù)制＊拷貝數(shù)多，使外源DNA可很快擴(kuò)增＊存在抗藥性基因等選擇性標(biāo)記，便于含質(zhì)?？寺〉囊?jiàn)出和選擇E.coli的pBR322質(zhì)粒2、質(zhì)粒在基因工程中的應(yīng)用第30頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四E.coli的pBR322質(zhì)粒第31頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、種類1.F–因子（fertilityfactor）2.R因子（resistancefactor）3.Col因子（colicinogenicfactor）4.Ti質(zhì)粒（tumorinducingplasmid）5.

降解性質(zhì)粒6.巨大質(zhì)粒（mega質(zhì)粒）第32頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四代表性質(zhì)粒（1）F質(zhì)粒（fertilityfactor）又稱F因子、致育因子或性因子，是大腸桿菌等細(xì)菌中決定“性別”的質(zhì)粒?？赏ㄟ^(guò)接合轉(zhuǎn)移。第33頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）R質(zhì)粒（resistancefactor）又稱R因子或抗藥性質(zhì)粒，具有多種抗生素抗性基因，并且可以在不同細(xì)菌中傳遞?？勺鳛榛蚬こ痰妮d體。第34頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）Col因子（colicinogenicfactor）即產(chǎn)大腸桿菌素因子，屬嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒，也可通過(guò)接合轉(zhuǎn)移。大腸桿菌素是有Col因子編碼的細(xì)菌毒素，具有通過(guò)抑制復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯或能量代謝等而專一殺死其它細(xì)菌的功能。（4）Ti質(zhì)粒（tumorinducingplasmid）即誘癌質(zhì)粒，存在于根癌農(nóng)桿菌（Agrobacteriumtumefaciens）之中，可引起多種雙子葉植物的根癌。Ti質(zhì)粒是當(dāng)今植物基因工程研究中的重要載體。第35頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（5）Ri質(zhì)粒（rootinducingplasmid）：Agrobacteriumrhizogenes

可侵染雙子葉植物的根部，并誘生大量稱為毛狀根的不定根。（6）mega質(zhì)粒(megaplasmid)：即巨大質(zhì)粒，在根瘤菌屬（Rhizobium）中發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)粒，分子量比一般質(zhì)粒大幾十到幾百倍，故稱巨大質(zhì)粒，其上有一系列固氮基因。（7）降解性質(zhì)粒：只在假單孢菌屬（pseudomonas）存在的一系列質(zhì)粒的總稱，它們可以為一系列能降解復(fù)雜物質(zhì)的酶編碼，從而可以分解利用一般細(xì)菌所難以分解的物質(zhì)。這些質(zhì)粒以其所分解的底物命名，如：CAM（樟腦）質(zhì)粒、XYL（二甲苯）質(zhì)粒、NAP（萘）質(zhì)粒等。在環(huán)境保護(hù)上具有重大的應(yīng)用價(jià)值。第36頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、基因與基因組基因(gene)：遺傳的最小功能單位，是一段特定DNA序列。絕大多數(shù)基因的功能是編碼合成多肽或蛋白質(zhì)?；蚪M(genome)：一種微生物的全部或部分遺傳成分的DNA堿基序列，它同時(shí)包含了基因編碼和不編碼任何基因的DNA序列。有時(shí)基因組也可特指某一條染色體或質(zhì)粒的DNA全序列，此時(shí)稱染色體基因組或質(zhì)?；蚪M?！哆z傳學(xué)名詞》第二版對(duì)“基因組”的釋義：

單倍體細(xì)胞核、細(xì)胞器或病毒粒子所含的全部DNA分子或RNA分子。第37頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四基因的大小表示：堿基對(duì)(basepair,bp)數(shù)基因的平均大小為1000bp，即1Kb（kilobase)1000bp=1Kb,1000Kb=1Mb(megabase)基因組：其中的各個(gè)基因不是雜亂地存在，一些相關(guān)的基因常排列在一起，呈現(xiàn)具有某些功能的基因束或簇（cluster)。細(xì)菌基因組主要由核心系列（coresequence)組成，其G+C含量很一致。核心系列包括核糖體RNA特異基因、編碼關(guān)鍵性代謝蛋白的基因。第38頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)微生物的變異和基因重組野生型（wildtype)：從自然界分離到的菌株突變(mutation)：其細(xì)胞中的DNA堿基和堿基序列的任何改變突變型(mutant):變化了的堿基在復(fù)制后穩(wěn)定存在于子代是，則成為突變型（或突變體），由野生型經(jīng)突變后形成新性狀的菌株基因突變：變異的一類，指生物體的遺傳物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)發(fā)生的可遺傳的變化。第39頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、基因突變二、突變與育種第40頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、基因突變（一）突變類型選擇性非選擇性（二）突變率（三）突變的特點(diǎn)（四）基因突變機(jī)制第41頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四選擇性菌株?duì)I養(yǎng)缺陷型：因突變而喪失產(chǎn)生某種生物合成酶的能力，并因而成為必須在培養(yǎng)基中添加某種物質(zhì)才能生長(zhǎng)的突變類型?？剐酝蛔冃停阂蛲蛔兌a(chǎn)生了對(duì)某種化學(xué)藥物或致死物理因子的抗性條件致死型：突變后在某種條件下可正常生長(zhǎng)繁殖，而在另一條件下卻無(wú)法生長(zhǎng)繁殖的突變型第42頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四非選擇性菌株形態(tài)突變型——因突變而產(chǎn)生的個(gè)體和菌落形態(tài)的變異抗原突變型——因突變而引起的抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生改變產(chǎn)量突變型——因突變而獲得的在代謝產(chǎn)物產(chǎn)量上高于原始菌株的突變株

第43頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）突變率定義：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。突變率也可以用每一單位群體在每一世代中產(chǎn)生突變株（mutant，即突變型）的數(shù)目來(lái)表示。如一個(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)，即可平均發(fā)生一次突變的突變率也是10–8

。第44頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）突變率（mutationrate）

突變率：每一細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率，也可以用每一單位群體在每一世代中產(chǎn)生的突變株的數(shù)目來(lái)表示。10-6~10-9菌名突變性狀突變率Escherichiacoil

（大腸桿菌）抗T1噬菌體3×10-8E．coil抗T3噬菌體1×10-7E．coil不發(fā)酵乳糖1×10-10E．coil抗紫外線1×10-5Staphylococcusaureus（金黃色葡萄球菌）抗青霉素1×10-7S．a(chǎn)ureus抗鏈霉素1×10-9Salmonellatyphi（傷寒沙門(mén)氏菌）抗25μg/L鏈霉素5×10-6Bacillusmegaterium（巨大芽孢桿菌）抗異煙肼5×10-5若干細(xì)菌某一性狀的突變率

第45頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四由于突變的幾率一般都極低，因此，必須采用檢出選擇性突變株的手段，尤其是采用檢出營(yíng)養(yǎng)缺陷型的恢復(fù)突變株（backmutant或reversemutant）或抗性突變株特別是抗藥性突變株的方法來(lái)加以確定。第46頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（三）突變的特點(diǎn)

1、自發(fā)性：各種突變可以在沒(méi)有人為因素的處理下自發(fā)發(fā)生；2、不對(duì)應(yīng)性：指突變性狀（如抗青霉素）與引起突變的原因之間無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系；3、稀有性：自發(fā)突變的頻率是極低和穩(wěn)定的，一般在10-6~10-9之間；4、獨(dú)立性：某一基因的突變，不會(huì)對(duì)其他基因的突變頻率產(chǎn)生影響；5、可誘變性：通過(guò)誘變劑的作用，可以提高自發(fā)突變的幾率10~105倍；6、穩(wěn)定性：突變性狀是穩(wěn)定的、可遺傳的；7、可逆性：任何性狀都會(huì)發(fā)生正向突變，也會(huì)發(fā)生回復(fù)突變。

第47頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（四）基因突變的機(jī)制1.誘發(fā)突變：指通過(guò)人為的方法，利用物理、化學(xué)或生物因素顯著提高基因自發(fā)突變頻率的手段。（1）堿基的置換（2）移碼突變（3）染色體畸變2.自發(fā)突變：指生物體在無(wú)人工干預(yù)下自然發(fā)生的低頻突變。第48頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）堿基的置換定義：堿基的置換屬于一種染色體的微小損傷，一般也稱點(diǎn)突變（pointmutation）。只涉及一對(duì)堿基被另一對(duì)堿基所置換。分類：轉(zhuǎn)換（transition）和顛換（transversion）導(dǎo)致置換的誘變劑種類：直接誘變劑間接誘變劑第49頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)換（transition）和顛換（transversion）轉(zhuǎn)換（transition），即DNA鏈中的一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘌呤或是一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘧啶所置換；顛換（transversion），即一個(gè)嘌呤被一個(gè)嘧啶,或是一個(gè)嘧啶被一個(gè)嘌呤所置換。第50頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第51頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四直接誘變劑定義：一類可直接與核酸的堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的誘變劑，不論在機(jī)體內(nèi)或是在離體條件下均有作用。種類：亞硝酸、羥胺和各種烷化劑作用：羥胺只引起G┇C→A:T，其余都是可使G┇C=A:T發(fā)生互變的。能引起顛換的誘變劑很少，只是部分烷化劑才有第52頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四誘變因素在DNA上的初級(jí)效應(yīng)遺傳效應(yīng)堿基類似物摻入作用AT=GC雙向轉(zhuǎn)換羥胺與胞嘧啶起反應(yīng)GC→AT的轉(zhuǎn)換亞硝酸 A、G、C的氧化脫氨作用交聯(lián)AT=GC雙向轉(zhuǎn)換缺失烷化劑烷化堿基（主要是G）烷化磷酸基團(tuán)喪失烷化的嘌呤糖-磷酸骨架的斷裂AT=GC雙向轉(zhuǎn)換AT→TA的顛換GC→CG的顛換巨大損傷（缺失、重復(fù)、倒位、易位）丫啶類堿基之間相互作用雙鏈變形碼組移動(dòng)（＋或－）紫外線嘧啶的水合物形成嘧啶的二聚體交聯(lián)GC→AT轉(zhuǎn)換碼組移動(dòng)（＋或－）電離輻射堿基的羥基化核降解DNA降解 糖-磷酸骨架的斷裂喪失嘌呤AT=GC雙向轉(zhuǎn)換碼組移動(dòng)（＋或－）巨大損傷（缺失、重復(fù)、倒位、易位）加熱C脫氨基CG→TA轉(zhuǎn)換Mu噬菌體結(jié)合到一個(gè)基因中間碼組移動(dòng) 第53頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四間接引起置換的誘變劑種類：堿基類似物。5-溴尿嘧啶(5-BU)和5-氨基尿嘧啶（5—AU）、疊氮胸腺嘧啶（AIT）作用方式：通過(guò)活細(xì)胞的代謝活動(dòng)參入到DNA分子中，主要是在DNA復(fù)制時(shí)堿基類似物插入DNA中，引起堿基對(duì)配對(duì)錯(cuò)誤，造成堿基置換。例子：5-BU第54頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四回變對(duì)進(jìn)行新陳代謝的微生物起作用第55頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）移碼突變指誘變劑使DNA分子中增加（插入）或缺失一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯(cuò)誤的一類突變。誘變劑：吖啶類染料，ICR類化合物吖啶類化合物,如原黃素、吖啶橙、吖啶黃、a-氨基吖啶等是一類染料，具有扁平結(jié)構(gòu)，能插入到DNA分子的堿基對(duì)之間，使DNA結(jié)構(gòu)變形，在復(fù)制時(shí)產(chǎn)生不對(duì)稱交換，從而引起在DNA鏈中插入或缺失一個(gè)或幾個(gè)核苷酸，造成這一對(duì)核苷酸以后所有密碼發(fā)生移動(dòng)，產(chǎn)生移碼突變。第56頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）移碼突變移碼突變的規(guī)律：1.不管是插入還是缺失一個(gè)堿基都會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的序列出錯(cuò)。2.雙數(shù)的堿基的缺失或插入也都會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的序列出錯(cuò)。3.負(fù)負(fù)得正，正正為負(fù)，正負(fù)相抵。第57頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）移碼突變機(jī)理：由于丫啶基有三個(gè)苯環(huán)，與嘌呤和嘧啶（1+2）很相似，并且為平面結(jié)構(gòu)，容易插入兩個(gè)堿基對(duì)之間，會(huì)造成堿基的移位，從而導(dǎo)致突變的發(fā)生。第58頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）染色體畸變DNA分子的大損傷:缺失、重復(fù)、插入、易位、倒位第59頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)座因子轉(zhuǎn)座因子有具有在染色體上不同部位間移動(dòng)能力的遺傳成分，原核微生物和真核生物均有。已知有3類可轉(zhuǎn)座的因子：插入序列（insertionsequence,IS)、轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn)和某些病毒（如Mu噬菌體）第60頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）插入序列一類分子質(zhì)量很小的遺傳成分，大小一般在750-1500bp。其編碼容量只有1-2種多肽，可以調(diào)節(jié)自身的轉(zhuǎn)座，一般沒(méi)有表型標(biāo)記。IS能夠在染色體和質(zhì)粒的許多位點(diǎn)插入并改換位點(diǎn)，也稱為跳躍基因（jumpinggene)第61頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）轉(zhuǎn)座子能夠插入染色體或質(zhì)料不同位點(diǎn)的一段DNA序列，一般大小為數(shù)千堿基對(duì)。具有轉(zhuǎn)座功能，即能移動(dòng)不同位點(diǎn)上去，本身也可復(fù)制，轉(zhuǎn)座后在原來(lái)位置上仍可保留一份拷貝。（3）DNA或RNA病毒也可看成一類染色體外遺傳成分，它們不但控制自身的復(fù)制，而且能在微生物細(xì)胞之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移。第62頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第63頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）自發(fā)突變與育種：選育:在生產(chǎn)中出現(xiàn)一定幾率的正突變株定向培育：利用微生物的自發(fā)突變，采用特定的選擇條件，通過(guò)對(duì)微生物群體不斷移植以選育出較優(yōu)良菌株的古老方法．二、突變與育種第64頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、突變與育種（二）誘變育種基本環(huán)節(jié)原則篩選方法第65頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四誘變育種的基本環(huán)節(jié)第66頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四誘變育種的幾個(gè)原則（1）使用簡(jiǎn)便有效的誘變劑（2）選用優(yōu)良的出發(fā)菌株（3）處理單細(xì)胞或單孢子懸浮液（4）使用最佳誘變劑量（5）利用協(xié)同效應(yīng)（6）尋找和利用形態(tài)、生理與產(chǎn)量間的相關(guān)指標(biāo)（7）設(shè)計(jì)高效率篩選方案（8）根據(jù)具體情況創(chuàng)造新型篩選方案第67頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）使用簡(jiǎn)便有效的誘變劑誘變劑物理因素化學(xué)因素紫外線激光離子束X射線r射線快中子烷化劑堿基類似物吖啶化合物第68頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（2）選用優(yōu)良的出發(fā)菌株目前只停留在經(jīng)驗(yàn)階段：選用自發(fā)突變菌株來(lái)進(jìn)行誘變選用生長(zhǎng)快的菌株等等第69頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）處理單細(xì)胞或單孢子懸浮液目的：使不純的菌落盡量少，不純的原因是：細(xì)胞的多核與核酸的雙鏈處理方法：選用單核單細(xì)胞懸浮液或是芽孢和分生孢子第70頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（4）使用最佳誘變劑量劑量=強(qiáng)度（濃度）×作用時(shí)間相對(duì)劑量=殺菌率兩條重要的曲線：劑量存活率曲線和劑量誘變率曲線。通過(guò)這兩條曲線，我們可以找出一個(gè)最佳的點(diǎn)。在這個(gè)點(diǎn)上，既可以有一定的突變率，還可以兼顧存活率。規(guī)律：在大多數(shù)的情況下，低劑量的正變率較高。第71頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（5）尋找和利用形態(tài)、生理與產(chǎn)量間的相關(guān)指標(biāo)利用鑒別性培養(yǎng)基的原理或其他途徑，就可以有效地把原先肉眼無(wú)法觀察的生理性狀或產(chǎn)量性狀轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)的“形態(tài)”性狀，有利于提高育種效率。例如：伊紅美藍(lán)培養(yǎng)基、乳糖膽鹽蛋白胨培養(yǎng)基等第72頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（6）設(shè)計(jì)高效率篩選方案在實(shí)際工作中，為了提高篩選效率，往往將篩選工作分為初篩和復(fù)篩兩步進(jìn)行。初篩的目的是刪去明確不符合要求的大部分菌株，把生產(chǎn)性狀類似的菌株盡量保留下來(lái)，使優(yōu)良菌種不致于漏網(wǎng)。因此，初篩工作以量為主，測(cè)定的精確性還在其次。初篩的手段應(yīng)盡可能快速、簡(jiǎn)單。復(fù)篩的目的是確認(rèn)符合生產(chǎn)要求的菌株，所以，復(fù)篩步驟以質(zhì)為主，應(yīng)精確測(cè)定每個(gè)菌株的生產(chǎn)指標(biāo)。第73頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（6）設(shè)計(jì)高效率篩選方案第74頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四兩個(gè)獨(dú)立基因組內(nèi)的遺傳基因，通過(guò)一定的途徑轉(zhuǎn)移到一起，形成新的穩(wěn)定基因組的過(guò)程，稱為基因重組。第三節(jié)基因重組和雜交育種第75頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四重組與雜交的關(guān)系：重組是分子水平上的一個(gè)概念，可以理解成是遺傳物質(zhì)分子水平上的雜交；而一般所說(shuō)的雜交（hybridization）則是細(xì)胞水平上的一個(gè)概念。雜交中必然包含著重組，而重組則不限于雜交這一形式。真核微生物中的有性雜交、準(zhǔn)性雜交（parasexualhybridization）等及原核生物中的轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合和原生質(zhì)體融合等都是基因重組在細(xì)胞水平上的反映。第76頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、原核生物的基因重組細(xì)菌：不具備性系統(tǒng)，不能通過(guò)兩性交配使兩個(gè)細(xì)胞的全部遺傳信息等量地傳給子代，可通過(guò)交換部分DNA而進(jìn)行基因轉(zhuǎn)移。提供DNA的細(xì)菌細(xì)胞稱為供體，獲得DNA的細(xì)胞稱為受體。第77頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四原核生物的基因重組（一）轉(zhuǎn)化（二）轉(zhuǎn)導(dǎo)（三）接合（四）原生質(zhì)體融合第78頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）轉(zhuǎn)化必要條件轉(zhuǎn)化過(guò)程人工轉(zhuǎn)化第79頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)化過(guò)程示意圖第80頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）轉(zhuǎn)化外源DNA（從供體細(xì)胞提取或人工合成的）不經(jīng)任何媒介被直接吸收到受體細(xì)胞的過(guò)程。1928年，Griffith發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌（Streptococcuspneumoniae）的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象,目前已知有二十多個(gè)種的細(xì)菌具有自然轉(zhuǎn)化的能力進(jìn)行自然轉(zhuǎn)化，需要二方面必要的條件：供體菌受體菌DNA片段第81頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二個(gè)必要的條件1、建立了感受態(tài)的受體細(xì)胞2、外源游離DNA分子（轉(zhuǎn)化因子）第82頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、建立了感受態(tài)的受體細(xì)胞感受態(tài)細(xì)胞：具有攝取外源DNA能力的細(xì)胞自然感受態(tài)的出現(xiàn)是細(xì)胞一定生長(zhǎng)階段的生理特性，受細(xì)菌自身的基因控制；人工感受態(tài)則是通過(guò)人為誘導(dǎo)的方法，使細(xì)胞具有攝取DNA的能力，或人為地將DNA導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)第83頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、外源游離DNA分子（轉(zhuǎn)化因子）（1）轉(zhuǎn)化因子的本質(zhì)與類型離體的DNA片段（15kb左右）類型：dsDNA、ssDNA和質(zhì)粒DNA（通常不與核染色體發(fā)生重組）（2）轉(zhuǎn)化的頻率：0.1％～1.0％，最高20％（3）轉(zhuǎn)化的DNA的濃度：1×10-5ug/mL第84頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)化過(guò)程（革蘭氏陽(yáng)性菌的轉(zhuǎn)化模型）1、外源DNA同感受細(xì)胞結(jié)合，由可逆態(tài)成為不可逆態(tài)2、DNA分子的一條單鏈被降解，另一條單鏈進(jìn)入受體細(xì)胞，與染色體上同源DNA區(qū)段進(jìn)行重組第85頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)化過(guò)程（革蘭氏陽(yáng)性菌的轉(zhuǎn)化模型）1、外源DNA同感受細(xì)胞結(jié)合，由可逆態(tài)成為不可逆態(tài)2、DNA分子的一條單鏈被降解，另一條單鏈進(jìn)入受體細(xì)胞，與染色體上同源DNA區(qū)段進(jìn)行重組第86頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)化過(guò)程的特點(diǎn)：a）對(duì)核酸酶敏感；b）不需要活的DNA供體細(xì)胞；c）轉(zhuǎn)化是否成功及轉(zhuǎn)化效率的高低主要取決于轉(zhuǎn)化供體菌株和轉(zhuǎn)化受體菌株之間的親源關(guān)系；d）通常情況下質(zhì)粒的自然轉(zhuǎn)化效率要低得多第87頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)染(transfection)噬菌體DNA轉(zhuǎn)化細(xì)菌噬菌體DNA被感受態(tài)細(xì)胞攝取并產(chǎn)生有活性的病毒顆粒轉(zhuǎn)染的特點(diǎn)：提純的噬菌體DNA以轉(zhuǎn)化的（而非感染）途徑進(jìn)入細(xì)胞并表達(dá)后產(chǎn)生完整的病毒顆粒。第88頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四人工轉(zhuǎn)化在自然轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上發(fā)展和建立的一項(xiàng)細(xì)菌基因重組手段，是基因工程的奠基石和基礎(chǔ)技術(shù)。不是由細(xì)菌自身的基因所控制；用多種不同的技術(shù)處理受體細(xì)胞，使其人為地處于一種可以攝取外源DNA的“人工感受態(tài)”。用CaCl2處理細(xì)胞，電穿孔等是常用的人工轉(zhuǎn)化手段。第89頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)：通過(guò)噬菌體介導(dǎo)的DNA在不同細(xì)菌細(xì)胞間轉(zhuǎn)移和基因重組的現(xiàn)象。利用溫和噬菌體和源原細(xì)胞的特性來(lái)進(jìn)行。轉(zhuǎn)導(dǎo)作用的類型：1、普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)2、局限轉(zhuǎn)導(dǎo)（特異轉(zhuǎn)導(dǎo)）普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)和局限轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別3、溶源轉(zhuǎn)變第90頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalizedtransduction）噬菌體可以轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌染色體的任何部分到受體細(xì)胞中的轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的兩種后果：完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)第91頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalizedtransduction）第92頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四完全普遍傳導(dǎo)完全普遍傳導(dǎo)：進(jìn)入受體的外源DNA通過(guò)與細(xì)胞染色體的重組交換而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子第93頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA不能進(jìn)行整合、重組和復(fù)制，但其攜帶的基因可經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄而得到表達(dá)。因此群體中僅一個(gè)細(xì)胞含有DNA，而其它細(xì)胞只能得到其基因產(chǎn)物，在選擇培養(yǎng)基平板上形成微小菌落第94頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)導(dǎo)失敗外源DNA被降解，轉(zhuǎn)導(dǎo)失敗。第95頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)定義：通過(guò)部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數(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。第96頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四局限轉(zhuǎn)導(dǎo)溫和噬菌體感染整合到細(xì)菌染色體的特定位點(diǎn)上宿主細(xì)胞發(fā)生溶源化溶源菌因誘導(dǎo)而發(fā)生裂解時(shí)，在前噬菌體二側(cè)的少數(shù)宿主基因因偶爾發(fā)生的不正常切割而連在噬菌體DNA上部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數(shù)特定基因轉(zhuǎn)移到受體菌中第97頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四局限轉(zhuǎn)導(dǎo)（specializedtransduction）溫和噬菌體感染整合到細(xì)菌染色體的特定位點(diǎn)上宿主細(xì)胞發(fā)生溶源化溶源菌因誘導(dǎo)而發(fā)生裂解時(shí)，在前噬菌體二側(cè)的少數(shù)宿主基因偶爾發(fā)生的不正常切割而連在噬菌體DNA上部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數(shù)特定基因轉(zhuǎn)移到受體菌中第98頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四局限轉(zhuǎn)導(dǎo)（specializedtransduction）第99頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四特點(diǎn)：噬菌體對(duì)供體菌和受體菌都是溫和噬菌體只能轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌的個(gè)別特定基因（一般為噬菌體整合位點(diǎn)兩側(cè)的基因）該特定基因由部分缺陷的溫和噬菌體攜帶缺陷噬菌體由于其在形成過(guò)程中所發(fā)生的低頻率（約10–

5）“誤切”，或由于雙重溶源菌的裂解而形成（約形成50%缺陷噬菌體）局限轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體的產(chǎn)生要通過(guò)UV等因素對(duì)溶源菌的誘導(dǎo)并引起裂解后才產(chǎn)生。第100頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四分類：低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)與高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)第101頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一般的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象中，從宿主染色體上切離時(shí)發(fā)生不正常切離的頻率極低，故這種裂解物中的部分缺陷噬菌體的比例是極低的（10–4~10–6）。把這種裂解物稱為L(zhǎng)FT（低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)）裂解物。用LFT裂解物以低m.o.i（感染復(fù)數(shù)）感染宿主，就可獲得極少量的局限轉(zhuǎn)導(dǎo)子，即低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)。A、低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)（LFT，lowfrequencytransduction）第102頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)導(dǎo)的過(guò)程該溶源菌被誘導(dǎo)裂解時(shí)，有極少數(shù)（~10–

5）的前噬菌體（prophage）發(fā)生不正常切離（abnormalexcesion），其結(jié)果會(huì)將插入位點(diǎn)兩側(cè)之一的少數(shù)宿主基因連接到噬菌體DNA上，通過(guò)衣殼的“誤包”，就形成了一種特殊的噬菌體——缺陷噬菌體（defectivephage）。它們沒(méi)有將宿主溶源化的能力，而是使宿主成為一個(gè)局限轉(zhuǎn)導(dǎo)子，對(duì)噬菌體沒(méi)有免疫性。溫和噬菌體感染受體菌后，其DNA會(huì)開(kāi)環(huán)，以線狀形式整合到宿主染色體的特定位點(diǎn)上，從而使宿主細(xì)胞發(fā)生溶源化，并獲得對(duì)相同溫和噬菌體的免疫性。第103頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)（lowfrequencytransduction）低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)裂解物正常噬菌體極少量的部分缺陷噬菌體（局限轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體）轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒局限轉(zhuǎn)導(dǎo)子（極少量）低感染復(fù)數(shù)缺陷噬菌體DNA分子在宿主細(xì)胞內(nèi)能夠象正常的λDNA分子一樣進(jìn)行復(fù)制、包裝，提供所需要的裂解功能，形成轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒，但沒(méi)有正常噬菌體的溶源性和增殖能力，感染受體細(xì)胞后，通過(guò)DNA整合進(jìn)宿主染色體而形成穩(wěn)定的局限轉(zhuǎn)導(dǎo)子。第104頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)（lowfrequencytransduction）第105頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

當(dāng)用LFT裂解物以高m.o.i感染E.coligal–（不發(fā)酵半乳糖的營(yíng)養(yǎng)缺陷型）菌株時(shí)，凡是感染有λdgal噬菌體任一細(xì)胞，幾乎都同時(shí)感染有正常的λ噬菌體。這時(shí)λ與λdgal同時(shí)整合在一個(gè)受體菌的核染色體組上，從而使它成為一個(gè)雙重溶源菌（doublelysogen）。當(dāng)雙重溶源菌被紫外線等誘導(dǎo)時(shí)，其中的正常λ噬菌體的基因可補(bǔ)償λdgal缺失的部分基因功能，因而兩種噬菌體就同時(shí)獲得復(fù)制的機(jī)會(huì)。所以在雙重溶源菌中的正常λ噬菌體被稱為助體（或輔助）噬菌體（helperphage）。Ｂ高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)（HFT，highfrequencytransduction）第106頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四雙重溶源菌的裂解物中含有等量的λ和λdgal粒子，稱為HFT（高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)）裂解物。用HFT裂解物以低m.o.i感染另一個(gè)E.coligal–（不發(fā)酵半乳糖的營(yíng)養(yǎng)缺陷型）受體菌，就可以高頻率地把它轉(zhuǎn)化為能發(fā)酵半乳糖的E.coligal+轉(zhuǎn)導(dǎo)子。是為高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)。第107頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)（highfrequencytransduction）低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)裂解物正常噬菌體極少量的部分缺陷噬菌體（局限轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體）轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒高感染復(fù)數(shù)雙重溶源菌缺陷噬菌體和正常噬菌體同步復(fù)制高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)裂解物部分缺陷噬菌體（局限轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體）正常噬菌體等量轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒局限轉(zhuǎn)導(dǎo)子（大量）低感染復(fù)數(shù)第108頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)和局限轉(zhuǎn)導(dǎo)的比較比較項(xiàng)目普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因供體染色體或染色體外的任何基因供體染色體上與原噬菌體緊密連鎖的少數(shù)幾個(gè)個(gè)別基因噬菌體寄生的位置不結(jié)合在寄主染色體特定位置上結(jié)合在寄主染色體特定位置上獲得轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體的方法通過(guò)敏感菌的裂解或容源菌的誘導(dǎo)紫外線誘導(dǎo)容源菌轉(zhuǎn)導(dǎo)子的區(qū)別一般穩(wěn)定，非溶原性（不表現(xiàn)出任何噬菌體的性狀，包括免疫性）一般不穩(wěn)定，呈缺陷溶原性（對(duì)同源噬菌體具有免疫性，但不表現(xiàn)出其它噬菌體的性狀）第109頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、溶源轉(zhuǎn)變概念：當(dāng)溫和噬菌體感染宿主而使其發(fā)生溶源化時(shí)，因噬菌體的基因整合到宿主的核基因組上，而使后者獲得了除免疫性以外的新性狀的現(xiàn)象，稱為溶源轉(zhuǎn)變。性質(zhì)：表面上與轉(zhuǎn)導(dǎo)相似，而本質(zhì)上不同于轉(zhuǎn)導(dǎo)。區(qū)別：當(dāng)宿主喪失其原噬菌體時(shí)，通過(guò)溶源轉(zhuǎn)變而獲得的新性狀也隨之消失溫和噬菌體不攜帶來(lái)自供體菌的外源基因，是噬菌體自身基因使宿主獲得新性狀溫和噬菌體使完整的，不是缺陷的獲得新性狀的是溶源化的宿主細(xì)胞，不是轉(zhuǎn)導(dǎo)子第110頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（三）接合(conjugation)

通過(guò)細(xì)胞與細(xì)胞的直接接觸而產(chǎn)生的遺傳信息的轉(zhuǎn)移和重組過(guò)程中間平板上長(zhǎng)出的原養(yǎng)型菌落是兩菌株之間發(fā)生了遺傳交換和重組所致。1946年，JoshuaLederberg和EdwardL.Taturm細(xì)菌的多重營(yíng)養(yǎng)缺陷型雜交實(shí)驗(yàn)第111頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

接合菌株與F因子在細(xì)菌中，接合現(xiàn)象研究的最清楚的是大腸桿菌。大腸桿菌有性別分化。決定其性別的因子是F因子（即致育因子或稱性質(zhì)粒），這是一種在染色體外的小型獨(dú)立環(huán)狀DNA單位。F因子是一種屬于附加體（episome）的質(zhì)粒，它既可脫離染色體在細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立存在，也可插入（即整合）到染色體組上。由于F因子在細(xì)胞中的有無(wú)和存在方式的不同，可把大腸桿菌分成4種接合類型：F+（雄性菌株）、F-（雌性菌株）、Hfr（高頻重組菌株），F(xiàn)'菌株。

（三）接合(conjugation)第112頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（三）接合(conjugation)F-菌株(“雌性”菌株)：不含F(xiàn)因子，沒(méi)有性菌毛，但可以通過(guò)接合作用接收F因子而變成F+菌株；F+菌株(“雄性”菌株)：

F因子獨(dú)立存在，細(xì)胞表面有性菌毛。Hfr菌株：F因子插入到染色體DNA上，細(xì)胞表面有性菌毛。（高頻重組菌株）F′菌株：Hfr菌株內(nèi)的F因子因不正常切割而脫離染色體時(shí)，形成游離的但攜帶一小段染色體基因的F因子，特稱為F′因子。細(xì)胞表面同樣有性菌毛。第113頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四幾種雜交結(jié)果1、F+菌株和F-菌株接合的結(jié)果是產(chǎn)生二個(gè)F+菌株。2、F'菌株和F-菌株接合的結(jié)果是產(chǎn)生二個(gè)F'菌株。3、Hfr菌株和F-菌株接合，在大多數(shù)的情況下，受體細(xì)菌仍然是F-，只有在極少數(shù)的情況下，由于遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移完整，受體細(xì)菌才能成為Hfr菌株。第114頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四F因子的存在和轉(zhuǎn)移方式第115頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第116頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四F+菌株接合過(guò)程a）F+細(xì)菌通過(guò)性毛與F-細(xì)菌接觸并發(fā)生相互作用；b）F+細(xì)菌的F因子出現(xiàn)缺口，雙鏈之一被切斷，從斷端轉(zhuǎn)移F因子的一條鏈到F-細(xì)菌中。c）F因子的一條鏈一進(jìn)入F-細(xì)菌中，就在F-細(xì)菌中復(fù)制新的F因子。d）復(fù)制完成后，F(xiàn)-細(xì)菌變成F+

，同時(shí)原有F+細(xì)胞也完成F因子另一條鏈的復(fù)制，所以轉(zhuǎn)移是F+的拷貝。所以最終雜交的結(jié)果是F-細(xì)菌變成F+細(xì)菌，而原有的F+細(xì)菌則不變。第117頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四F+菌株接合過(guò)程理化因子的處理可將F因子消除而使F+菌株變成F-菌株第118頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（三）接合(conjugation)第119頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（四）原生質(zhì)體融合——protoplastfusion

概念：通過(guò)人為方法，使遺傳性狀不同的兩細(xì)胞的原生質(zhì)體發(fā)生融合，并進(jìn)而發(fā)生遺傳重組以產(chǎn)生同時(shí)帶有雙親性狀的遺傳性穩(wěn)定的融合子（fusant）的過(guò)程，稱為原生質(zhì)體融合。適用范圍：各種生物細(xì)胞都能進(jìn)行原生質(zhì)體融合，包括各種原核生物、真核微生物以及高等動(dòng)植物和人體的不同細(xì)胞。第120頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第121頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第122頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、真核微生物的基因重組

有性雜交準(zhǔn)性雜交原生質(zhì)體融合轉(zhuǎn)化第123頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（一）有性雜交定義：一般指不同遺傳型的兩性細(xì)胞間的接合和隨之發(fā)生的染色體重組，并產(chǎn)生新遺傳型后代的過(guò)程。有性接合染色體重組新遺傳型細(xì)胞（＋）細(xì)胞（－）第124頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第125頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四S.Cerevisiae

的雙倍體和單倍體細(xì)胞的比較項(xiàng)目 雙倍體 單倍體細(xì)胞 大，橢圓形 小，球形菌落 大，形態(tài)均一 小，形態(tài)變化較多液體培養(yǎng) 繁殖快，細(xì)胞較分散 繁殖較慢，細(xì)胞常聚集成團(tuán)在產(chǎn)孢子培養(yǎng)基上

形成子囊及子囊孢子

不形成子囊第126頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四定義：類似于有性生殖但更原始的生殖方式，是通過(guò)同一物種兩個(gè)不同菌株的體細(xì)胞發(fā)生融合，不經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂而導(dǎo)致低頻率基因重組并產(chǎn)生重組子。存在范圍：常見(jiàn)于一些真菌尤其是半知菌中（二）準(zhǔn)性生殖（parasexualhybridization）

第127頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四細(xì)胞（＋）細(xì)胞（＋）準(zhǔn)性接合基因重組新遺傳型菌絲聯(lián)結(jié)質(zhì)配核配有絲分裂交換單倍體雜合子半知菌的準(zhǔn)性生殖第128頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四準(zhǔn)性生殖與有性生殖的比較

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單倍體的途徑通過(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129頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)基因工程一、基因工程二、基因工程的基本操作第130頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四特點(diǎn)：可設(shè)計(jì)性、穩(wěn)定性、遠(yuǎn)緣性、風(fēng)險(xiǎn)性一、基因工程定義：人們利用分子生物學(xué)的理論和技術(shù)，自覺(jué)設(shè)計(jì)、操縱、改造和重建細(xì)胞的遺傳核心—基因組，從而使生物體的遺傳性狀發(fā)生定向變異，以最大限度地滿足人類活動(dòng)的需要。第131頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四獲得目的基因選擇基因載體體外重組外源基因?qū)耄ㄎ⑸?、植物、?dòng)物）篩選和鑒定應(yīng)用二、基因工程的基本操作第132頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四復(fù)制子限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)選擇性遺傳標(biāo)記可大量增殖

載體的特性常用載體原核受體細(xì)胞：松弛型細(xì)菌質(zhì)粒、λ噬菌體真核細(xì)胞受體：SV40病毒（動(dòng)物）、Ti質(zhì)粒（植物）第133頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第134頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、基因工程的應(yīng)用1、生產(chǎn)多肽類藥物、疫苗第135頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四重組胰島素的生產(chǎn)第136頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四利用DNA技術(shù)生產(chǎn)激素、抗癌藥物和疫苗這個(gè)實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)乙肝疫苗DNA技術(shù)正在改變藥廠和醫(yī)學(xué)

第137頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、改造傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)酵菌種3、動(dòng)、植物特性的基因工程改良4、基因工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用第138頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四遺傳修飾食品

第139頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四這些羊體內(nèi)細(xì)胞表達(dá)人血液中一種蛋白的基因，這種蛋白對(duì)囊腫性纖維化有治療效果

第140頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四遺傳修飾植物第141頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第142頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四“金色大米”已經(jīng)被遺傳改造成表達(dá)β－胡蘿卜素第143頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四微生物在基因工程中的重要性微生物載體工具酶微生物工程受體目的基因主要供體第144頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第五節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏性狀穩(wěn)定的菌種是微生物學(xué)工作最重要的基本要求，否則生產(chǎn)或科研都無(wú)法正常進(jìn)行。影響微生物菌種穩(wěn)定性的因素：a）變異；

b）污染；

c）死亡。第145頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、菌種的衰退與復(fù)壯的概念1.衰退（degeneration）：菌種在培養(yǎng)或保藏過(guò)程中，由于自發(fā)突變的存在，而使某物種原有一系列生物學(xué)性狀發(fā)生量變或質(zhì)變的現(xiàn)象，稱為菌種的衰退。衰退的主要原因：基因突變常見(jiàn)的衰退現(xiàn)象：菌落和細(xì)胞形態(tài)的改變；生長(zhǎng)速度緩慢，產(chǎn)孢子越來(lái)越少；抵抗力、抗不良環(huán)境能力減弱；代謝產(chǎn)物生產(chǎn)能力或其對(duì)宿主寄生能力下降。第146頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四純菌種自發(fā)突變不純菌種突變個(gè)體傳代增殖原始個(gè)體衰退菌種第147頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、菌種的復(fù)壯（rejuvenation）：使衰退的菌種恢復(fù)原來(lái)優(yōu)良性狀。

狹義的復(fù)壯是指在菌種已發(fā)生衰退的情況下，通過(guò)純種分離和生產(chǎn)性能測(cè)定等方法，從衰退的群體中找出未衰退的個(gè)體，以達(dá)到恢復(fù)該菌原有典型性狀的措施；

廣義的復(fù)壯是指在菌種的生產(chǎn)性能未衰退前就有意識(shí)的經(jīng)常進(jìn)行純種的分離和生產(chǎn)性能測(cè)定工作，以期菌種的生產(chǎn)性能逐步提高。實(shí)際上是利用自發(fā)突變（正變）不斷地從生產(chǎn)中選種。第148頁(yè)，共159頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、防止衰退的措施

1）減少傳代次數(shù)；

2）創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件；

3）利用不易衰退的細(xì)胞傳代；

4）采用有效的菌種