第七章微生物的遺傳變異和育種

長春師范學院生物系第七章

微生物的遺傳變

異

和

育

種第一頁，共八十五頁。微生物是遺傳學研究的最好材料和對象微生物結構簡單營養(yǎng)體一般都是單倍體微生物繁殖速度快存在多種方式的繁殖類型環(huán)境條件對微生物作用直接均勻易積累不同的中間及最終代謝產物微生物的變異易被識別參與基因工程的載體供體受體三角色第二頁，共八十五頁。

遺傳的物質基礎基因突變和誘變育種基因重組和雜交育種基因工程菌種的衰退復壯和保藏內容提要

第三頁，共八十五頁。遺傳變異的物質基礎三個經(jīng)典實驗證明核酸是微生物遺傳物質轉化實驗噬菌體感染實驗植物病毒的重建實驗遺傳物質在微生物細胞內的存在部位和方式第四頁，共八十五頁。轉化實驗Cncnc-micro材料方法動物實驗細菌培養(yǎng)實驗S型菌無細胞抽提液試驗第五頁，共八十五頁。光滑型（S）粗糙型（R）有莢膜菌落光滑分泌毒素致病無莢膜菌落粗糙無毒不致病SⅠSⅡSⅢ三個血清型RⅠRⅡRⅢ三個血清型實驗材料：肺炎雙球菌第六頁，共八十五頁。活的S菌加活R菌和熱死S菌抽血分離死加活S菌死加活R菌或死S菌活轉化實驗（1）動物實驗第七頁，共八十五頁。ＳⅢ〖殺死〗

無菌落生長體外培養(yǎng)

ＲⅡ〖活菌〗體外培養(yǎng)

ＲⅡ菌落

ＲⅡ菌落多ＳⅢ菌落少

體外混合培養(yǎng)ＳⅢ〖殺死〗

ＲⅡ〖活菌〗轉化實驗（2）細菌培養(yǎng)實驗第八頁，共八十五頁。大量R菌落活R菌S菌無細胞抽提液+活R菌+S菌DNAS菌落轉化實驗（3）S型菌無細胞抽提液試驗S菌PrS菌多糖R菌落活R菌+Cncnc-micro第九頁，共八十五頁。噬菌體感染實驗Pr只含S不含PDNA只含P不含S原理步驟1：用含同位素Ｓ35,

P32的培養(yǎng)基培養(yǎng)大腸桿菌吸附10分鐘后攪動離心上清液沉淀結果：上清液中含15%放射擊性；沉淀中含85%放射性2：讓T2感染上述大腸桿菌使其打是S35P32標記3：第十頁，共八十五頁。

植物病毒蛋白質和RNA可以人為地分開,同時又可把它們重新組合成具感染性的病毒.植物病毒的重建實驗甲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

Cncnc-micro第十一頁，共八十五頁。TMVHRVHRVTMV原始株拆開重建感染分離純化植物病毒的重建實驗第十二頁，共八十五頁。遺傳物質類型核染色體核外染色體真核生物細胞器原核生物質粒遺傳物質在微生物細胞內的存在部位和方式第十三頁，共八十五頁。染色體基因Ⅱ基因ⅠDNA基因是一段DNA第十四頁，共八十五頁。DNA就是脫氧核糖核酸（長鏈）腺嘌呤（A）鳥嘌呤（G）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）ATCGAAATTTTTTAAAGGGGGCCCCCGC基因測序就是讀出A-C-G-T-G-G-A-C-G…...第十五頁，共八十五頁?；蚩刂芇r因而控制性狀GATCTAGAUDNAmRNA天冬氨酸

第十六頁，共八十五頁?；蚴鞘裁?？基因決定生物體的生、長、病、老死等一切生命現(xiàn)象基因是生命的密碼。。基因記錄和傳遞遺傳信息。Cncnc-micro第十七頁，共八十五頁。大腸桿菌基因組4100個基因，4.7×106bp遺傳信息的連續(xù)性功能相關的結構基因組成操縱子結構基因單拷貝及rRNA多拷貝基因的重復序列少而短Cncnc-micro第十八頁，共八十五頁。酵母菌基因組Cncnc-micro染色體長度Kb基因數(shù)12345678染色體長度Kb基因數(shù)439745666107892478410929482304231738142921365732912313873345504874215714991310271310331110241622211520174第十九頁，共八十五頁。原核生物基因調控系統(tǒng)操縱子RPO結構基因啟動基因操縱基因調節(jié)基因第二十頁，共八十五頁。質粒核外環(huán)狀小型DNA獨立復制穩(wěn)定遺傳F因子與有性接合有關種類R因子與抗藥性有關COL編碼免疫蛋白Ti質粒誘癌質粒降解散質粒：編碼降解有害物質的酶用途基因工程中作為目的基因載體質粒原核生物遺傳物質存在的另一種方式第二十一頁，共八十五頁。基因突變突變與育種基因突變和誘變育種Cncnc-micro第二十二頁，共八十五頁。突變的特點

Cncnc-micro基因突變誘變機制突變率突變類型第二十三頁，共八十五頁。條件致死突變型（株）突變類型突變株的表型選擇性突變株非選擇性突變株營養(yǎng)缺陷型（株）抗性缺陷型（株）形態(tài)突變型（株）抗原突變型（株）產量突變型（株）按方法分：按突變株的表型是否能在選擇性培養(yǎng)基上加以鑒別來區(qū)分。Cncnc-micro第二十四頁，共八十五頁。微生物突變體的主要類型形態(tài)突變型菌落形態(tài)突變型菌體形態(tài)突變型生化突變型營養(yǎng)突變體(營養(yǎng)缺陷型)發(fā)酵突變體抗性突變體條件致死突變體抗原突變型產量突變型按突變實質分Cncnc-micro第二十五頁，共八十五頁。突變率出發(fā)菌株長出突變株含誘變劑的培養(yǎng)基第二十六頁，共八十五頁。突變的特點（證明）不對應性自發(fā)性稀有性獨立性誘變性穩(wěn)定性可逆性Cncnc-micro第二十七頁，共八十五頁?；蛲蛔冏园l(fā)性和不對應性的證明變量試驗涂布試驗影印培養(yǎng)試驗第二十八頁，共八十五頁。大腸桿菌稀釋培養(yǎng)物10ml10ml(培養(yǎng)前先分成50小管)(在同一個大管中作整體培養(yǎng))3714435抗噬菌體菌落數(shù)抗噬菌體菌落數(shù)變量試驗第二十九頁，共八十五頁。涂布試驗涂布敏感菌5×104個共12個平板5×104個菌落5000個細菌/菌落噴入T1保溫重新涂布后噴入T1保溫6個平板共353個菌落6個平板共28個菌落第三十頁，共八十五頁。影印培養(yǎng)無藥培養(yǎng)基含藥培養(yǎng)基影印培養(yǎng)試驗原始敏感菌種第三十一頁，共八十五頁。誘變機制移碼突變染色體畸變堿基的置換Cncnc-micro第三十二頁，共八十五頁。堿基的置換直接引起置換的誘變劑HNO2CNH2腺嘌呤CO次黃嘌呤(Hk)A..THe..THk..

THk..

CA..THk..

CG..

CCOH次黃嘌呤(He)第三十三頁，共八十五頁。間接引起置換的誘變劑堿基的置換COHT：烯醇式CT：酮式OA..TT..

AG..

CA..T酮式T..

G烯醇式第三十四頁，共八十五頁。COBr5-BU:酮式COHBr5-BU:烯醇式堿基的置換間接引起置換的誘變劑第三十五頁，共八十五頁。堿基的置換G..

CA..BUG..

BUA..BUG..

CA..TA..TA..TA..TG..

CA..BU酮式G..BU烯醇式烯醇式酮式第三十六頁，共八十五頁。移碼突變ＤＮＡ分子中缺失或增加少數(shù)幾個堿基對而引起造成突變點以后全部遺傳密碼轉錄與轉釋發(fā)生錯誤ABCABCABCABCABCABCABCABCAB+ABCABCCBACBACBACBACBAABCBCABCABCABCABCABCABCA增添一個堿基缺少一個堿基第三十七頁，共八十五頁。染色體畸變

某些理化因子，如Ｘ射線，紫外線，亞硝酸等，除能引起點突變外，還會引起DNA分F子大損傷，包括染色體易位，倒位，缺失，重復等，即為染色體畸變。Cncnc-micro第三十八頁，共八十五頁。染色體畸變

紫外線誘變作用機理可使ＤＮＡ鏈裂斷，破壞核糖和磷酸間的鍵聯(lián)引起胞嘧啶和尿嘧啶產生水合作用造成氫鍵斷裂能使胸腺嘧啶成二聚體，使ＤＮＡ結構發(fā)生改變Cncnc-micro第三十九頁，共八十五頁。突變與育種Cncnc-micro自發(fā)突變與育種從生產中選育定向培育優(yōu)良品種誘變育種從青霉素產量看誘變育種誘變育種的基本環(huán)節(jié)誘變育種的原則第四十頁，共八十五頁。效價：指有效成分的濃度。1ug/ul稱為1單位1945時間1943194319431947195519711977目前發(fā)酵單位(u/ml)100250500～850～850～8000～2萬～5萬5～10萬

從青霉素產量看誘變育種第四十一頁，共八十五頁。誘變育種的基本環(huán)節(jié)大多死亡少數(shù)存活存活率多數(shù)未變少數(shù)突變突變率多數(shù)負變少數(shù)正變正變率多數(shù)幅度小少數(shù)幅度大高產率投產率多數(shù)不宜投產少數(shù)適宜投產出發(fā)菌株計算出誘變Cncnc-micro第四十二頁，共八十五頁。誘變育種工作中應考慮的幾個原則選優(yōu)良的出發(fā)菌株選擇簡便有效的誘變劑處理單孢子（或單細胞）懸液選用最適劑量設計或采用高效篩選方案或方法Cncnc-micro利用復合處理的協(xié)同效應利用和創(chuàng)造形態(tài)，生理與產量間的相關指標第四十三頁，共八十五頁。選擇簡便有效的誘變劑出發(fā)菌株含誘變劑的液體培養(yǎng)基接種培養(yǎng)培養(yǎng)接種分離紫外線選擇優(yōu)良突變株第四十四頁，共八十五頁。S.t.his回變S.t.his吸入濾紙片保溫可疑“三致”試樣鼠肝勻漿（含羥化酶）陽性陰性利用回變檢測致癌劑——艾姆斯試驗法第四十五頁，共八十五頁。挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株生產中用過的自發(fā)變異菌株采用具有有力性狀的菌株采用已發(fā)生其他變異的菌株采用前體或最終產物代謝高的菌株采用增變菌株Cncnc-micro第四十六頁，共八十五頁。處理單孢子（或單細胞）懸液芽孢桿菌應處理芽孢放線菌，霉菌應處理孢子細菌指數(shù)期，放線菌霉菌要稍加萌發(fā)后使用出發(fā)菌株應制成均勻懸夜Cncnc-micro第四十七頁，共八十五頁。選用最適劑量劑量以誘變劑濃度和處理時間來表示合適劑量：能擴大變異幅度又能促使變異移向正變范圍的劑量Cncnc-micro第四十八頁，共八十五頁。充分利用復合處理的協(xié)同效應兩種或多種誘變劑先后使用同種誘變劑重復使用兩種或多種誘變劑同時使用Cncnc-micro第四十九頁，共八十五頁。利用和創(chuàng)造形態(tài)，生理與產量間的相關指標淀粉酶變色圈試驗變色圈大的為淀粉酶高產菌落第五十頁，共八十五頁。設計或采用高效篩選方案或方法一個出發(fā)菌株誘變劑處理選出200個單孢子菌菌株初篩（每株1瓶）選出50株復篩（每株4瓶）選出5株第一輪第二輪五個出發(fā)菌株初篩（每株1瓶）選出50株復篩（每株4瓶）選出5株40株40株40株40株40株誘變劑處理第五十一頁，共八十五頁。突變株的篩選方法高產突變菌株的篩選方法抗性突變體的篩選方法營養(yǎng)缺陷型的的篩選方法Cncnc-micro與突變株的篩選相關的幾個概念第五十二頁，共八十五頁。與突變株的篩選相關的幾個概念相關培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基[-]完全培養(yǎng)基補充培養(yǎng)基三類遺傳型野生型[A+B+]營養(yǎng)缺陷型型[A+B-]原養(yǎng)型[A+B+]Cncnc-micro第五十三頁，共八十五頁。突變春日霉素產生菌的孢子懸液·高產突變株的篩選瓊脂塊培養(yǎng)法篩選春日霉素高產菌種含供試菌種（拮抗對象）的瓊脂平板第五十四頁，共八十五頁。抗性突變體的篩選方法青霉素濃縮法梯度培養(yǎng)皿法Cncnc-micro第五十五頁，共八十五頁。青霉素濃縮法培養(yǎng)基(含青霉素)

接入敏感菌液（含抗性突變株）涂布抗青霉素菌落培養(yǎng)第五十六頁，共八十五頁。梯度培養(yǎng)皿法強抗性中抗性弱抗性含異煙肼接敏感菌含突變株第五十七頁，共八十五頁。營養(yǎng)缺陷型的篩選辦法誘變劑處理淘汰野生型檢出缺陷型夾層培養(yǎng)法限量補充培養(yǎng)法逐漸檢出法影印接種法鑒定缺陷型Cncnc-micro菌絲過濾法第五十八頁，共八十五頁。夾層培養(yǎng)法及結果小菌落是第二次長起來的（營養(yǎng)缺陷型）第五十九頁，共八十五頁。

逐個檢出法涂布培養(yǎng)基本培養(yǎng)基上不長菌落完全培養(yǎng)基上長出菌落含誘變劑的液體培養(yǎng)基菌種營養(yǎng)缺陷型第六十頁，共八十五頁。影印接種法完全培養(yǎng)基影印接種基本培養(yǎng)基營養(yǎng)缺陷型第六十一頁，共八十五頁。限量補充培養(yǎng)法微量蛋白質的完全培養(yǎng)基上小菌落是營養(yǎng)缺陷型突變株第六十二頁，共八十五頁。菌絲過濾法篩選營養(yǎng)突變株基本培養(yǎng)基

接入微生物孢子（含營養(yǎng)突變株）涂布均勻后培養(yǎng)長出菌絲體（野生型）菌絲過濾得營養(yǎng)突變株第六十三頁，共八十五頁。細菌的基因重組真核微生物基因重組在有性繁殖過程中發(fā)生，當合子減數(shù)分裂時，兩染色體發(fā)生交換。原核微生物通過轉化、接合、轉導等形式進行一部分物質轉移和基因重組。（小結）Cncnc-micro第六十四頁，共八十五頁。Cncnc-micro轉化(transformation)幾個概念：轉化、轉化因子、感受態(tài)轉化過程轉化的特點第六十五頁，共八十五頁。

轉化(transformation)

受體細胞直接吸收了來自供體細胞的DNA片斷，并把它整合到自己的基因組中，細胞部分遺傳性狀發(fā)生變化的現(xiàn)象叫轉化。Cncnc-micro第六十六頁，共八十五頁。轉化因子轉化是游離的ＤＮＡ片斷的轉移和重組游離的ＤＡＮ片斷叫轉化因子轉化因子由供體提供自然情況下可由細菌細胞自行裂解產生，實驗室里通過提取獲得雙鏈ＤＮＡ有轉化能力，單鏈沒有，Cncnc-micro第六十七頁，共八十五頁。受體細胞能接受轉化的生理狀態(tài)稱為感受態(tài)，只有處于感受態(tài)的細菌才能接受轉化因子，從出現(xiàn)到消失約為４０分鐘(對數(shù)期的中期)Cncnc-micro感受態(tài)感覺態(tài)出現(xiàn)原因細菌失去部分細胞壁的結果細菌在細胞表面產生某種Ｅ引起第六十八頁，共八十五頁。Cncnc-micro感受態(tài)的決定決定因素細胞遺傳性決定和菌齡有關環(huán)腺苷酸Camp可提高1000倍Ca2+能促使細胞進入感受態(tài)感受態(tài)因子是受體細胞表面上的一種蛋白質功能使轉化因子結合在受體細胞表面第六十九頁，共八十五頁。每個受體細胞表面約有30

-80個轉化因子結合點，當轉化因子結合到受體表面結合點上時，DNA一條鏈被受體細胞膜上的核酸酶分解，另一條鏈進入受體細胞，通過整合與受體細胞進行基因重組，有人發(fā)現(xiàn)DNA也可通過雙鏈形式進入受體細胞形成雙倍體的轉化子。Cncnc-micro轉化過程第七十頁，共八十五頁。轉化過程第七十一頁，共八十五頁。轉化中基因交換過程示意圖5∕3∕abc5∕3∕3∕5∕ABCDE5∕3∕3∕5∕abcABCDE5∕3∕3∕5∕ABCDEc5∕3∕3∕5∕cABCDE5∕3∕3∕5∕cABCDE第七十二頁，共八十五頁。轉化的特點不需兩個細胞直接接觸，供體DNA提取出來，注入受體即可。Cncnc-micro第七十三頁，共八十五頁。轉導的種類完全普遍轉導流產普遍轉導局限轉導溶源轉變低頻轉導高頻轉導遺傳物質通過噬菌體的攜帶而轉移的基因重組轉導的發(fā)現(xiàn)轉導(transduction)Cncnc-micro轉導的特點第七十四頁，共八十五頁。供體A-B+完全普遍性轉導(compietetransduction)A-B+A+B-少數(shù)受體A+B+經(jīng)重組形成轉導子鼠傷寒沙門氏菌A+B-多數(shù)受體形成溶源菌A-B+色氨酸缺陷型A+B-組氨酸缺陷型第七十五頁，共八十五頁。galbiogalbio宿主基因組整合不正常切離（10-4—10-6）正常切離λ正常λλdgalλdbio低頻轉導（LFT）裂解物的形成低頻轉導第七十六頁，共八十五頁。高頻轉導Cncnc-micro第七十七頁，共八十五頁。轉導的特點需要噬菌體做媒介，不需要細胞間直接接觸噬菌體DNA不接合到寄主染色體噬菌體蛋白質包裹寄主任何一部分DNA片段噬菌體DNA整合到寄主染色體上噬菌體DNA與寄主染色體特定基因發(fā)生交換普遍性轉導局限性轉導Cncnc-micro第七十八頁，共八十五頁。溶源轉變溫和噬菌體的基因整合到宿主核基因組上的現(xiàn)象溫和噬菌體并不攜帶外源供體菌的基因這種溫和噬菌體是完整的，而不是缺陷的獲得新性狀