微生物的遺傳與育種

第八章微生物的遺傳與育種第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)第二節(jié)基因突變及育種第三節(jié)基因重組第四節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯與保藏遺傳與變異的概念

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，變異：生物體的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)和數(shù)量的改變，在群體中以極低的幾率（10-5~10-6）出現(xiàn)，性狀變化幅度大；新性狀穩(wěn)定、可遺傳。遺傳型（genotype）：一個(gè)生物體所含有的基因的總和。表型（phenotype）：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（modification）：指生物體由于非遺傳因素引起的表型改變，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)。舉例：Serratiamarcescens的紅色素在25℃和37℃的變化。研究微生物遺傳的意義微生物的獨(dú)特生物學(xué)特性：（1） 個(gè)體的體制極其簡單；（2） 營養(yǎng)體一般都是單倍體；（3） 易于在成分簡單的組合培養(yǎng)基上大量生長繁殖；（4） 繁殖速度快；（5） 易于積累不同的中間代謝產(chǎn)物或終產(chǎn)物；（6） 菌落形態(tài)特征的可見性和多樣性；（7） 環(huán)境條件對微生物群體中各個(gè)個(gè)體作用的直接性和均一性；（8） 易于形成營養(yǎng)缺陷型；（9） 各種微生物一般都有相應(yīng)的病毒；（10） 存在多種處于進(jìn)化過程中的原始有性生殖方式；微生物是研究現(xiàn)代遺傳學(xué)和其它許多主要的生物學(xué)基本理論問題中最熱衷的研究對象。對微生物遺傳規(guī)律的深入研究，不僅促進(jìn)了現(xiàn)代分子生物學(xué)和生物工程學(xué)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(jī)到定向、從近緣雜交到遠(yuǎn)緣雜交的方向發(fā)展。研究微生物遺傳學(xué)的意義第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)種質(zhì)連續(xù)理論：1883~1889年間Weissmann提出。認(rèn)為遺傳物質(zhì)是一種具有特定分子結(jié)構(gòu)的化合物?；?qū)W說：二十世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)了染色體并提出基因?qū)W說，使得遺傳物質(zhì)基礎(chǔ)的范圍縮小到染色體上。DNA是遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)的證明：1944年以后，利用微生物為實(shí)驗(yàn)對象進(jìn)行的三個(gè)著名實(shí)驗(yàn)（肺炎球菌的轉(zhuǎn)化試驗(yàn)、噬菌體感染試驗(yàn)、病毒的拆開與重建試驗(yàn)）1928年，Griffith進(jìn)行了以下幾組實(shí)驗(yàn)：（1）動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

對小鼠注射活R菌或死S菌————小鼠存活

對小鼠注射活S菌————————小鼠死亡

對小鼠注射活R菌和熱死S菌———小鼠死亡抽取心血分離活的S菌一、三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)（一）經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)（transformation）：F.Griffith，研究對象：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：無致病性，菌落表面粗糙，無莢膜（2）細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

熱死S菌—————不生長

活R菌—————長出R菌

熱死S菌+活R菌—————長出大量R菌和10-6S菌（3）S型菌的無細(xì)胞抽提液試驗(yàn)

活R菌+S菌無細(xì)胞抽提液——長出大量R菌和少量S菌以上實(shí)驗(yàn)說明：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。說明S型菌株轉(zhuǎn)移給R型菌株的，是遺傳因子。（二）噬菌體感染實(shí)驗(yàn)A.D.Hershey和M.Chase，1952年（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)。（三）植物病毒的重建實(shí)驗(yàn)為了證明核酸是遺傳物質(zhì)，H.Fraenkel-Conrat（1956）用含RNA的煙草花葉病毒（TMV）進(jìn)行了著名的植物病毒重建實(shí)驗(yàn)。將TMV在一定濃度的苯酚溶液中振蕩，就能將其蛋白質(zhì)外殼與RNA核心相分離。分離后的RNA在沒有蛋白質(zhì)包裹的情況下，也能感染煙草并使其患典型癥狀，而且在病斑中還能分離出正常病毒粒子。選用TMV和霍氏車前花葉病毒（HRV），分別拆分取得各自的RNA和蛋白質(zhì)，將兩種RNA分別與對方的蛋白質(zhì)外殼重建形成兩種雜合病毒：（1）RNA（TMV）-

蛋白質(zhì)（HRV）（2）RNA（HRV）-

蛋白質(zhì)（TMV）用兩種雜合病毒感染寄主：（1）表現(xiàn)TMV的典型癥狀病分離到正常TMV粒子（2）表現(xiàn)HRV的典型癥狀病分離到正常HRV粒子。上述結(jié)果說明，在RNA病毒中，遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)也是核酸。二、微生物的基因組結(jié)構(gòu)基因組：細(xì)胞中基因以及非基因的DNA序列的總稱，包括結(jié)構(gòu)基因、調(diào)控序列以及目前功能未知的DNA序列。微生物的基因組一般較小，見P156原核生物（大腸桿菌）的基因組緊密纏繞的環(huán)狀雙鏈DNA分子遺傳信息的連續(xù)性功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及rRNA基因的多拷貝基因組的重復(fù)序列少而短真核生物（啤酒酵母）的基因組

DNA與組蛋白構(gòu)成染色體有間隔子或內(nèi)含子序列沒有明顯的操縱子結(jié)構(gòu)含有一定數(shù)量的重復(fù)序列（低度、中度和高度重復(fù)）

遺傳豐余：較高同源性的DNA重復(fù)序列三、質(zhì)粒和轉(zhuǎn)座子（一）、原核生物的質(zhì)粒定義：是一類小型共價(jià)閉合環(huán)狀核外DNA，能獨(dú)立于細(xì)胞核進(jìn)行自主復(fù)制?？梢酝ㄟ^交換摻入細(xì)胞核成為附加體；可以從寄主細(xì)胞中消除。

近年來也發(fā)現(xiàn)了線性雙鏈DNA質(zhì)粒和RNA質(zhì)粒大?。?~100×106Da，含有數(shù)個(gè)到數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)基因。性質(zhì)：質(zhì)粒是一種復(fù)制子，分為嚴(yán)緊型和松弛型，嚴(yán)緊型質(zhì)粒的復(fù)制受細(xì)胞核控制，一般一個(gè)寄主細(xì)胞內(nèi)有2~3個(gè)；松弛型質(zhì)粒的復(fù)制不受細(xì)胞核控制，在細(xì)胞內(nèi)的數(shù)量可以達(dá)到10-15個(gè)功能：進(jìn)行細(xì)胞間接合并帶有一些基因，如產(chǎn)生毒素、抗藥性、降解功能等。重組：在質(zhì)粒之間、質(zhì)粒與染色體之間菌可發(fā)生。（一）、原核生物的質(zhì)粒存在范圍：很多細(xì)菌如E.coli、Shigella、S.aureus、Streptococcuslactis

Agrobacteriumtumefaciensetal制備：包括增殖、裂解細(xì)胞、分離質(zhì)粒與染色體和蛋白質(zhì)等成分、去除RNA和蛋白質(zhì)等步驟。鑒定：電鏡觀察、電泳、密度梯度離心、限制性酶切圖譜等方法幾種代表性質(zhì)粒：1.F-因子（fertilityfactor）致育因子/性因子，62×106Dalton，94.5kb，相當(dāng)于核染色體DNA2%的環(huán)狀雙鏈DNA，足以編碼94個(gè)中等大小多肽，其中1/3基因（tra區(qū)）與接合作用有關(guān)。存在于腸細(xì)菌屬、假單胞菌屬、嗜血桿菌、奈瑟氏球菌、鏈球菌等細(xì)菌中，決定性別。2.巨大質(zhì)粒（mega質(zhì)粒）為近年來在Rhizobium（根瘤菌屬）中發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)粒，分子量為200~300×106Dalton，比一般質(zhì)粒大幾十倍到幾百倍，故稱巨大質(zhì)粒，其上有一系列固氮基因。3.Ti（毒性）質(zhì)粒（tumoeinducingplasmid）即誘癌質(zhì)粒。長200kb，是一種大型質(zhì)粒。存在于根癌土壤桿菌（Agrobacteriumtumefaciens）中。賦予宿主引起許多雙子葉植物的根癌的特性。當(dāng)帶有Ti質(zhì)粒的細(xì)菌侵入植物細(xì)胞中后，在其細(xì)胞中溶解，把細(xì)菌的DNA釋放至植物細(xì)胞中。含有復(fù)制子的Ti質(zhì)粒的小片段與植物細(xì)胞中的核染色體發(fā)生整合，破壞控制細(xì)胞分裂的激素調(diào)節(jié)系統(tǒng)，從而使它轉(zhuǎn)變成癌細(xì)胞。Ti質(zhì)粒已成為植物遺傳工程研究中的重要載體。一些具有重要形狀的外源基因可借DNA重組技術(shù)設(shè)法插入到Ti質(zhì)粒中，并進(jìn)一步使之整合到植物染色體上，以改變該植物的遺傳性，達(dá)到培育植物優(yōu)良品種的目的。4.Col因子（colicinogenicfactor）產(chǎn)大腸桿菌素因子。大腸桿菌素是一種由E.coli的某些菌株所分泌的細(xì)菌蛋白，具有通過抑制復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯或能量代謝等而專一地殺死不含Col因子的近緣的其它腸道細(xì)菌。凡帶Col因子的菌株，由于質(zhì)粒本身編碼一種免疫蛋白，從而對大腸桿菌素有免疫作用，不受其傷害。有些G+細(xì)菌也產(chǎn)生細(xì)菌素，如用于食品保藏的NisinColE1研究得很多，并被廣泛地用于重組DNA的研究和用于體外復(fù)制系統(tǒng)上。5.R（抗生素抗性和重金屬抗性）因子（resistencefactor）最初發(fā)現(xiàn)于痢疾志賀氏菌（Shigelladysenteriae），后來發(fā)現(xiàn)還存在于Salmonella、Vibrio、Bacillus、Pseudomonas和Staphylococcus中。R因子由相連的兩個(gè)DNA片段組成，即抗性轉(zhuǎn)移因子（resistencetransforfactor，RTF）和抗性決定因子（r-determinant），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。R-因子在細(xì)胞內(nèi)的copy數(shù)可從1~2個(gè)到幾十個(gè)，分為嚴(yán)緊型和松弛型兩種，經(jīng)氯霉素處理后，松弛型質(zhì)?？蛇_(dá)2000~3000個(gè)/細(xì)胞。6.降解性（代謝）質(zhì)粒如假單胞菌屬中發(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。這些質(zhì)粒以其所分解的底物命名，例如有分解CAM（樟腦）質(zhì)粒，XYL（二甲苯）質(zhì)粒，SAL（水楊酸）質(zhì)粒，MDL（扁桃酸）質(zhì)粒，NAP（奈）質(zhì)粒和TOL（甲苯）質(zhì)粒等。7.隱秘質(zhì)粒不顯示任何表型效應(yīng)，只能通過物理的方法檢測的質(zhì)粒。如酵母菌的2um質(zhì)粒。40年代B.McClintock對玉米的遺傳研究而發(fā)現(xiàn)染色體易位，打破了基因是固定在染色體DNA上的一些不可移動(dòng)的核苷酸片段的說法。有些DNA片段不但可在染色體上移動(dòng)，而且還可從一個(gè)染色體跳到另一個(gè)染色體，從一個(gè)質(zhì)粒跳到另一個(gè)質(zhì)粒或染色體，甚至還可從一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞。在這些DNA順序的跳躍過程中，往往導(dǎo)致DNA鏈的斷裂或重接，從而產(chǎn)生重組交換或使某些基因啟動(dòng)或關(guān)閉，結(jié)果導(dǎo)致突變的發(fā)生。這似乎就是自然界所固有的“基因工程”。目前已把在染色體組中或染色體組間能改變自身位置的一段DNA順序稱為轉(zhuǎn)座因子（transposibleelement），也稱作跳躍基因（jumpinggene）或可移動(dòng)基因（movablegene）。轉(zhuǎn)座因子插入（IS）序列轉(zhuǎn)座子(Tn)特殊病毒（Mu噬菌體）定義：可在DNA鏈上改變自身位置的一段DNA序列。原核生物中的轉(zhuǎn)座子類型轉(zhuǎn)座的遺傳效應(yīng)插入序列（IS，insertionsequence)

分子量最小（僅0.7~1.4kb），只有引起轉(zhuǎn)座的轉(zhuǎn)座酶基因而不含其它基因，具有反向末端重復(fù)序列。已在染色體、F因子等質(zhì)粒上發(fā)現(xiàn)IS序列。E.coli的F因子和核染色體組上有一些相同的IS，通過這些同源序列間的重組，就可使F因子插入到E.coli的核染色體組上，形成Hfr菌株。因IS在染色體組上插入的位置和方向的不同，其引起的突變效應(yīng)也不同。IS被切離時(shí)引起的突變可以回復(fù)，如果因切離部位有誤而帶走IS以外的一部分DNA序列，就會(huì)在插入部位造成缺失，從而發(fā)生新的突變。

轉(zhuǎn)座子（Tn，transposon)轉(zhuǎn)座子又稱轉(zhuǎn)位子或易位子分子量居中（一般為2~25kb）。除了與轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的基因外，還含有抗性基因（對抗生素、某些毒物）、乳糖發(fā)酵基因等幾個(gè)至十幾個(gè)基因。從結(jié)構(gòu)來看，Tn有兩種類型，即末端為反向或順向重復(fù)的IS，或末端為反向重復(fù)的序列。Tn雖能插到受體DNA分子的許多位點(diǎn)上，但并不完全是隨機(jī)的，某些區(qū)域更易插入。

Mu噬菌體（即mutatorphage）

Mu噬菌體即誘變噬菌體是E.coli的一種溫和噬菌體。含有噬菌體生長繁殖和轉(zhuǎn)座所必需的基因，其分子量最大（39kb），含有20多個(gè)基因，但并沒有固定的整合位置。Mu噬菌體引起的轉(zhuǎn)座可以引起插入突變，其中約有2%是營養(yǎng)缺陷型突變。轉(zhuǎn)座的遺傳效應(yīng)插入突變產(chǎn)生染色體畸變（復(fù)制性轉(zhuǎn)座子）基因的移動(dòng)和重排第二節(jié)基因突變及育種一、基因突變基因突變（genemutation）簡稱突變，是變異的一種，指生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或數(shù)量突然發(fā)生的可遺傳的變化。突變率常在10-8~10-9范圍內(nèi)。(一)基因突變的類型（根據(jù)遺傳信息的變化）原序列5‘-AUGCCUUCAAGAUGUGGGMetProSerArgCysGly(1)同義突變5‘-AUGCCUUCAAGAUGUGGAMetProSerArgCysGly(2)錯(cuò)義突變5‘-AUGCCUUCAGGAUGUGGAMetProSerGlyCysGly(3)無義突變5‘-AUGCCUUCAAGAUGAGGAMetProSerArg(4)移碼突變5‘-AUGCCUUCAAGU

GUGGGMetProSerSerVal（二）突變率突變率:

每一細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率。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)突變率是獨(dú)立的。某一基因發(fā)生突變不會(huì)影響其它基因的突變率。在同一個(gè)細(xì)胞中同時(shí)發(fā)生兩個(gè)基因突變的幾率是極低的，因?yàn)殡p重突變型的幾率只是各個(gè)突變幾率的乘積。一些菌種某些性狀的自發(fā)突變率菌名突變性狀突變率EscherichiacoliE.coliE.coliE.coliStaphylococcusaureusS.aureusSalmonellatyphiBacillusmegaterium抗T1噬菌體抗T3噬菌體不發(fā)酵乳糖抗紫外線抗青霉素抗鏈霉素抗25ug/L鏈霉素抗異煙肼3×10-81×10-71×10-101×10-51×10-71×10-95×10-65×10-5（三）突變的特點(diǎn)

適用于整個(gè)生物界，以細(xì)菌的抗藥性為例。

1.不對應(yīng)性：突變的性狀與突變原因之間無直接的對應(yīng)關(guān)系。

（變量試驗(yàn)、涂布試驗(yàn)、平板影印培養(yǎng)試驗(yàn)）

2.自發(fā)性：突變可以在沒有人為誘變因素處理下自發(fā)地產(chǎn)生。

3.稀有性：突變率低且穩(wěn)定。

4.獨(dú)立性：各種突變獨(dú)立發(fā)生，不會(huì)互相影響。

5.可誘發(fā)性：誘變劑可提高突變率。

6.穩(wěn)定性：變異性狀穩(wěn)定可遺傳。

7.可逆性：原始的野生基因到變異株的突變稱為正向

突變（forwardmutation），相反的過程則

稱為回復(fù)突變或回變（back

mutation或

reversemutation）。四第三節(jié)基因重組基因重組（generecombination）：凡把兩個(gè)不同性狀個(gè)體內(nèi)的遺傳基因轉(zhuǎn)移到一起，經(jīng)過遺傳分子間的重新組合，形成新遺傳型個(gè)體的方式。重組可使生物體在未發(fā)生突變的情況下，也能產(chǎn)生新遺傳型的個(gè)體。重組是分子水平上的一個(gè)概念，而一般所說的雜交（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。基因重組的意義基因重組是雜交育種的理論基礎(chǔ)。雜交育種的優(yōu)點(diǎn)：①由于雜交育種選用了已知性狀的供體菌和受體菌作為親本，故在方向性和自覺性方面，均比誘變育種前進(jìn)了一大步。②利用雜交育種可以消除某一菌株在經(jīng)過長期誘變處理后所出現(xiàn)的產(chǎn)量上升緩慢的現(xiàn)象雜交育種的缺點(diǎn)：雜交育種的方法較復(fù)雜，目前還沒有得到普遍的推廣和使用，尤其在原核生物的領(lǐng)域中，應(yīng)用轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)或接合等重組技術(shù)來培育可應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐上的高產(chǎn)菌株的例子還不多見。到了70年代后期，由于原生質(zhì)體融合技術(shù)獲得巨大的成功后，才使重組育種技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。一、原核微生物的基因重組轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)導(dǎo)接合原生質(zhì)體融合基因重組的方式轉(zhuǎn)化（transformation）轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)化作用：受體菌（recipient或receptor）直接吸收了來自供體菌（donor）的DNA片段，通過交換整合到自己的基因組中，從而獲得部分新的遺傳型狀的現(xiàn)象。接受了供體菌DNA的受體菌稱為轉(zhuǎn)化子（transformant）。范圍：原核生物中，轉(zhuǎn)化是一個(gè)較普遍的現(xiàn)象。若干放線菌和藍(lán)細(xì)菌及少數(shù)真核微生物也有轉(zhuǎn)化報(bào)道。轉(zhuǎn)化發(fā)生的條件兩個(gè)菌種或菌株之間能否發(fā)生轉(zhuǎn)化，與它們在進(jìn)化過程中的親緣關(guān)系有著密切的關(guān)系。但即使在轉(zhuǎn)化率極高的那些種中，其不同菌株間也不一定都可發(fā)生轉(zhuǎn)化。進(jìn)行轉(zhuǎn)化的受體細(xì)胞必須處于感受態(tài)（competence），亦即受體細(xì)胞最易接受外源DNA片段并實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)化的一種生理狀態(tài)。也可以采用人工的方法使細(xì)菌轉(zhuǎn)變成感受態(tài)感受態(tài)因子：一種細(xì)胞外蛋白，可與受體菌細(xì)胞表面的特異受體結(jié)合，結(jié)果激活細(xì)胞內(nèi)一系列與轉(zhuǎn)化有關(guān)的基因的表達(dá)，其中產(chǎn)生的自溶素使細(xì)胞表面的DNA結(jié)合蛋白和核酸酶裸露出來，以完成轉(zhuǎn)化過程。不同細(xì)菌，每個(gè)細(xì)胞上的DNA結(jié)合位點(diǎn)數(shù)不同。轉(zhuǎn)化因子的本質(zhì)一般是DNA，經(jīng)多次提純操作后，每一轉(zhuǎn)化DNA片段的分子量都小于1×107，約占細(xì)菌核染色體組的0.3%。據(jù)研究，呈質(zhì)粒形式的轉(zhuǎn)化因子，其轉(zhuǎn)化頻率最高；一般的轉(zhuǎn)化因子都是線狀雙鏈DNA；也有線狀單鏈DNA具有轉(zhuǎn)化作用的報(bào)道。轉(zhuǎn)化過程：以S.Pneumonia為例分為六階段：雙鏈DNA片段與感受態(tài)受體菌細(xì)胞表面的DNA結(jié)合位點(diǎn)（主要在新形成細(xì)胞壁的赤道區(qū)）結(jié)合；在吸附位點(diǎn)上的DNA被核酸內(nèi)切酶分解，形成平均分子量為4~5×106的DNA片段；DNA雙鏈中的一條單鏈被膜上的另一種核酸酶切除，另一條單鏈逐步進(jìn)入細(xì)胞，這是一個(gè)耗能的過程。分子量小于5×105的DNA片段不能進(jìn)入細(xì)胞。來自供體菌的單鏈DNA片段在細(xì)胞內(nèi)與受體細(xì)胞核染色體組上的同源區(qū)配對交換，形成了一個(gè)雜合DNA區(qū)段（heterozygousregion）。在這一過程中，有核酸酶、DNA聚合酶和DNA連接酶的參與；受體菌的染色體組進(jìn)行復(fù)制，雜合區(qū)段分離成兩個(gè)，其中之一獲得了供體菌的轉(zhuǎn)化基因，另一個(gè)未獲供體基因；當(dāng)細(xì)胞發(fā)生分裂后，一個(gè)子細(xì)胞含供體基因，這就是轉(zhuǎn)化子；另一個(gè)細(xì)胞與原始受體菌一樣。轉(zhuǎn)染（transfection）：把噬菌體或其它病毒的DNA（或RNA）抽提出來，讓它去感染感受態(tài)的宿主細(xì)胞，并進(jìn)而產(chǎn)生正常的噬菌體或病毒的后代，這種現(xiàn)象稱為轉(zhuǎn)染（transfection）。它與轉(zhuǎn)化不同之處是病毒或噬菌體并非遺傳基因的供體菌，中間也不發(fā)生任何遺傳因子的交換或整合，最后也不產(chǎn)生具有雜種性質(zhì)的轉(zhuǎn)化子。轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)轉(zhuǎn)導(dǎo)：通過完全缺陷或部分缺陷噬菌體的媒介，把供體細(xì)胞的DNA小片段攜帶到受體細(xì)胞中，通過交換與整合，使后者獲得前者部分遺傳形狀的現(xiàn)象。獲得新遺傳形狀的受體細(xì)胞稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)子（transductant）轉(zhuǎn)導(dǎo)的方式：

普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)

轉(zhuǎn)導(dǎo)

局限轉(zhuǎn)導(dǎo)

普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalizedtransduction）通過完全完全缺陷噬菌體對供體菌任何小片段的誤包而實(shí)現(xiàn)其遺傳性狀傳遞到受體菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（completetransduction）P22

噬菌體引起的

S.typhimurum的普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)過程

局限轉(zhuǎn)導(dǎo)（specializdtransduction）概念：通過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。特點(diǎn)：僅轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌的個(gè)別基因（一般為噬菌體整合位點(diǎn)兩側(cè)的基因）；特定的基因由部分缺陷噬菌體攜帶；缺陷噬菌體是由于其在形成過程中所發(fā)生的低頻率誤切（誤切的頻率一般在10-5左右，如E.coli噬菌體引起的半乳糖利用、產(chǎn)生物素基因的轉(zhuǎn)導(dǎo)）而形成。接合（conjugation）概念：供體菌通過性菌毛傳遞不同長度的單鏈DNA給受體菌，在后者細(xì)胞中發(fā)生交換、整合，從而使后者獲得供體菌的遺傳性狀的現(xiàn)象。獲得新性狀的受體細(xì)胞稱為接合子。存在范圍：細(xì)菌和放線菌中都存在接合現(xiàn)象。E.coli的四種相互聯(lián)系的接合型菌株：F+菌株、F-菌株F’菌株Hfr菌株的概念F+×F-F’×F-Hfr×F-的接合結(jié)果F+×F-F’×F-Hfr×F-的接合結(jié)果F+×F-2

F+

F’×F-2F’

Hfr×F-Hfr+受體菌獲得Hfr菌株部分遺傳性狀原生質(zhì)體融合（protoplastfusion）概念：通過人為的方法，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)定的融合子的過程，稱為原生質(zhì)體融合。原生質(zhì)體融合的優(yōu)點(diǎn)：可以提高重組率雙親可以少帶標(biāo)記或不帶標(biāo)記可進(jìn)行多親本融合有利于不同種間、屬間微生物的雜交通過原生質(zhì)體融合提高產(chǎn)量原生質(zhì)體融合操作示意圖

去壁

[A+B-]

（高滲下）[A+B-]

PEG或電脈沖離心促融去壁

[A-B+]

（高滲下）[A-B+]

融合子（AA,BB,AB）長成菌落[--]檢出[A+B+]融合子篩選優(yōu)良性狀的融合子二、真核微生物的基因重組真核微生物的基因重組的方式有性雜交：一般指性細(xì)胞之間的結(jié)合和隨之發(fā)生的染色體重組，并產(chǎn)生新遺傳型后代的一種育種技術(shù)。準(zhǔn)性雜交：同種生物的兩個(gè)不同的體細(xì)胞發(fā)生融合，以有絲分裂的方式而導(dǎo)致低頻率的基因重組并產(chǎn)生重組子的雜交方式。Saccharomycescerevisiae的雜交育種過程：將甲親本與乙親本菌株（雙倍體）分別接種到含醋酸鈉等產(chǎn)孢子培養(yǎng)基斜面上，用蒸餾水洗下子囊，機(jī)械法破壞子囊獲得子囊孢子，將子囊孢子鋪平板獲得單倍體細(xì)胞組成的菌落，通過離心等方法使單倍體細(xì)胞密集接觸，即有機(jī)會(huì)產(chǎn)生雙倍體的有性雜交后代。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)胞菌落液體培養(yǎng)產(chǎn)孢子培養(yǎng)基上大，橢圓形大，形態(tài)均一繁殖較快，細(xì)胞較分散形成子囊小，球形小，形態(tài)變化較多繁殖較慢，細(xì)胞常聚集成團(tuán)不形成子囊準(zhǔn)性生殖（parasexualhybridization）存在范圍：常見于某些真菌，尤其是半知菌基本過程：

菌絲連接形成異核體核融合體細(xì)胞交換Penicillium

urticae的準(zhǔn)性生殖育種過程

選擇親本：（用營養(yǎng)缺陷型作為遺傳標(biāo)記）強(qiáng)制異合：（用基本培養(yǎng)基篩選形成異核體的細(xì)胞和雜合二倍體細(xì)胞）移單菌落：（將在基本培養(yǎng)基上生長的單菌落移種到基本培養(yǎng)基斜面上）選擇重組體：（采用各種選擇培養(yǎng)基選擇不同的融合子）

第四節(jié)菌種的衰退、復(fù)壯和保藏衰退與復(fù)壯的概念衰退（degeneration）：在微生物的生長過程中，由于變異的存在，使原有的優(yōu)良性狀發(fā)生負(fù)變，即菌種的衰退。

復(fù)壯(rejuvenation)：狹義的復(fù)壯是指在菌種已發(fā)生衰退的情況下，通過純種分離和生產(chǎn)性能測定等方法，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)中選種防止菌種衰退的方法控制傳代的次數(shù)（一般在DNA的復(fù)制過程中，堿基的錯(cuò)配率是5x10-4，自發(fā)突變的頻率為10-8~10-9，采用良好的菌種保藏方法，可以減少移種和傳代的次數(shù)）創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件利用不同類型的細(xì)胞進(jìn)行接種傳代：對絲狀微生物而言，通常采用穩(wěn)定的單核孢