微生物的遺傳變異與育種課件

第七章微生物的遺傳變異與育種

5/8/20241微生物的遺傳變異與育種課件本章重點(diǎn)：

1、重點(diǎn)掌握微生物遺傳變異的特點(diǎn)和基本規(guī)律，2、原核微生物及真核微生物的基因重組和雜交育種，3、微生物的選種及誘變育種4、菌種保藏的原理與方法5/8/20242微生物的遺傳變異與育種課件遺傳（heredity）：指生物的上一代將自己的一整套遺傳因子傳遞給下一代的行為和功能。遺傳型（genotype）：也稱基因型，指某一生物個體所含有的全部遺傳因子即基因組所攜帶的遺傳信息。

表型（phenotype）：指某一生物所具有的一切外表特征和內(nèi)在特性的總和，是遺傳型在合適條件下的具體表現(xiàn)。

變異（variation）：指生物體在某種外因或內(nèi)因的作用下所引起的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)或數(shù)量的改變。即遺傳型的改變。變異頻率一般為10-5~10-10、變化后新性狀穩(wěn)定，可遺傳。

飾變（modification）：指不涉及遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)而只發(fā)生在轉(zhuǎn)錄、翻譯水平上的表型變化，不遺傳。5/8/20243微生物的遺傳變異與育種課件第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、三個經(jīng)典實(shí)驗(yàn)(一)、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(1)、動物實(shí)驗(yàn)

加入活R菌（無膜，粗糙））或死S菌(有膜，光滑)小白鼠（活）小白鼠加入活S菌小白鼠（死）

加入活R菌和熱死S菌小白鼠（死）

抽心血分離活的S菌活5/8/20244微生物的遺傳變異與育種課件(2)細(xì)菌培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

熱死S菌不生長肺炎鏈球菌活R菌長出R菌熱死S菌+活R菌長出大量R菌+10-6S菌(3)S型菌的無細(xì)胞抽提液試驗(yàn)

活R菌2、結(jié)論：DNA為遺傳信息的物質(zhì)基礎(chǔ)培養(yǎng)皿培養(yǎng)培養(yǎng)皿培養(yǎng)培養(yǎng)皿培養(yǎng)長出S菌只長出R菌加S菌的DNA加S菌的DNA和DNA酶以外的酶加S菌的DNA和DNA酶加S菌的RNA加S菌的蛋白質(zhì)加S菌的莢膜多糖5/8/20245微生物的遺傳變異與育種課件結(jié)論：蛋白質(zhì)不參與遺傳，只要有DNA存在就可完成合成整套遺傳信息。(二)、噬菌體感染實(shí)驗(yàn)32p35s5/8/20246微生物的遺傳變異與育種課件5/8/20247微生物的遺傳變異與育種課件5/8/20248微生物的遺傳變異與育種課件2、細(xì)胞核水平

核內(nèi)：DNA與組蛋白結(jié)合真核生物細(xì)胞質(zhì)基因：線粒體、葉綠體核外染色體共生生物2μm質(zhì)粒環(huán)狀雙鏈結(jié)構(gòu)DNA原核生物F因子R因子核外染色體Col質(zhì)粒Ti質(zhì)粒巨大質(zhì)粒降解性質(zhì)粒5/8/20249微生物的遺傳變異與育種課件3、染色體水平(1)、染色體數(shù)高等動植物體細(xì)胞：雙倍體(2)、染色體倍數(shù)原核：一般為單倍體微生物雙倍體不穩(wěn)定真核：一般為單倍體接合成合子后可成雙倍體4、核酸水平(1)、種類及結(jié)構(gòu)多數(shù)為DNA，大多為雙鏈，也有環(huán)狀及螺旋狀等僅病毒有RNA，其DNA、RNA也有單鏈、雙鏈等(2)、長度(即堿基對，bp)介紹已測序的微生物基因組大小5/8/202410微生物的遺傳變異與育種課件5、基因水平

基因：是生物體內(nèi)一切具有自主復(fù)制能力的最小遺傳功能單位。每個基因大體在1000~1500bp，相對分子量約為6.7×105?；虻奶攸c(diǎn)：a基因能進(jìn)行自我復(fù)制：DNA在復(fù)制時，由一個DNA分子能自我復(fù)制成2個DNA分子，而基因是DNA鏈上的一個片段，所以完全能進(jìn)行自我復(fù)制。

b基因決定性狀：某一基因的存在，能夠決定某種酶或蛋白質(zhì)的合成，因而直接控制著新陳代謝是否正常進(jìn)行，決定某種性狀是否出現(xiàn)。c基因能夠發(fā)生突變：如同DNA發(fā)生變化一樣，基因也會發(fā)生變化，即變異。5/8/202411微生物的遺傳變異與育種課件(1)、原核生物的基因調(diào)控系統(tǒng)(2)、真核生物6、密碼子水平遺傳密碼：DNA鏈上決定各具體氨基酸的特定核苷酸排列順序。密碼子：遺傳密碼的信息單位。每一密碼子由3個核苷酸序列即一個三聯(lián)體組成。7、核苷酸水平核苷酸單位為最低突變單位或交換單位絕大多數(shù)生物的DNA含：腺苷酸(AMP)、胸苷酸(TMP)、鳥苷酸(GMP)、胞苷酸(CMP)。少數(shù)例外。5/8/202412微生物的遺傳變異與育種課件(二)、原核生物的質(zhì)粒

1、定義和特點(diǎn)(1)、定義：凡游離于原核生物核基因組之外，具有獨(dú)立復(fù)制能力的小型共價閉合環(huán)狀的dsDNA分子，即cccDNA，稱為質(zhì)粒（plasmid）。(2)、特點(diǎn)a質(zhì)粒具有麻花狀的超螺旋結(jié)構(gòu)，大小1.5~300kb，分子量106~108，相當(dāng)于1%核基因組大小。b質(zhì)粒上攜帶核基因缺少的基因，具接合、產(chǎn)毒、抗藥、固氮、產(chǎn)特殊酶等作用。c是一種獨(dú)立存在于胞內(nèi)的復(fù)制子。d少數(shù)質(zhì)粒可在不同菌株間轉(zhuǎn)移。e還有重組功能，可在質(zhì)粒與質(zhì)粒間、質(zhì)粒與核染色體間發(fā)生基因重組。5/8/202413微生物的遺傳變異與育種課件2、質(zhì)粒在基因工程中的應(yīng)用3、質(zhì)粒的分離與鑒定(1)、分離過程：細(xì)胞裂解蛋白質(zhì)和RNA的去除質(zhì)粒DNA與染色體DNA的分離(2)、鑒定：a電鏡b瓊脂糖或聚丙烯酰胺凝膠電泳c密度剃度離心法4、質(zhì)粒的種類按其作用分為5大類有：接合性、抗藥性、產(chǎn)細(xì)菌素和抗生素、具生理功能的和產(chǎn)毒質(zhì)粒5/8/202414微生物的遺傳變異與育種課件質(zhì)粒的三種構(gòu)型5/8/202415微生物的遺傳變異與育種課件5、典型質(zhì)粒介紹(1)、F質(zhì)粒

★構(gòu)成：

★作用：決定性別并有轉(zhuǎn)移能力

★存在菌：大腸桿菌、假單胞菌屬、鏈球菌屬5/8/202416微生物的遺傳變異與育種課件(2)、R質(zhì)粒

★

構(gòu)成：

抗性轉(zhuǎn)移因子RTF：含調(diào)節(jié)DNA復(fù)制和拷貝數(shù)的基因及轉(zhuǎn)移基因，具轉(zhuǎn)移功能。

抗性決定子：無轉(zhuǎn)移功能，含各種抗性基因?！镒饔茫篴抗多種抗生素藥物，且能把抗藥基因傳遞到其他腸道細(xì)菌中，對傳染病防治有害。b可用作菌種篩選時的選擇性標(biāo)記或改造成外源基因的克隆載體。★存在菌：痢疾志賀氏菌5/8/202417微生物的遺傳變異與育種課件(3)、col質(zhì)粒(又叫大腸桿菌素質(zhì)粒)

大腸桿菌素：由E.coli的某些菌株產(chǎn)生的細(xì)菌素，具有通過抑制復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯或能量代謝等方式而專一地殺死它種腸道菌或同種其他菌株的能力

colE1：無接合作用，是松弛型控制、多拷貝的種類

可用于重組DNA的研究和體外復(fù)制系統(tǒng)上。及作用

colIb：與F因子相似，具有通過接合而轉(zhuǎn)移的功能，屬嚴(yán)緊型控制。存在菌：大腸桿菌(4)、Ti質(zhì)粒(誘癌質(zhì)?；蚬诎`質(zhì)粒)構(gòu)成：毒性區(qū)(Vir)、接合轉(zhuǎn)移區(qū)(Con)、復(fù)制起始區(qū)(Ori)、T-DNA區(qū)5/8/202418微生物的遺傳變異與育種課件作用：aTi質(zhì)粒上的T-DNA片段會與植物細(xì)胞的核基因組整合，合成冠癭堿，破壞控制細(xì)胞分裂的激素調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使其轉(zhuǎn)為癌細(xì)胞。b因T-DNA可攜帶任何外援基因整合到植物基因組中，可作為植物基因工程中的克隆載體。存在菌：根癌土壤桿菌或根癌農(nóng)桿菌(5)、Ri質(zhì)粒與Ti質(zhì)粒相似，但不形成癌，僅生出可再生新植株的毛狀根。作用：毛狀根離體培養(yǎng)，可合成次生代謝物，可作外源基因的載體。存在菌：根瘤菌屬5/8/202419微生物的遺傳變異與育種課件(6)、mage質(zhì)粒(巨大質(zhì)粒)含有與共生固氮相關(guān)的基因。存在于根瘤菌屬。(7)、降解性質(zhì)粒作用：可為降解復(fù)雜有機(jī)物的酶編碼，如CAM(樟腦)質(zhì)粒、OCT(辛烷)質(zhì)粒、TOL(甲苯)質(zhì)粒、XYL(二甲苯)質(zhì)粒、NAP(萘)質(zhì)粒等。存在菌：假單胞菌屬5/8/202420微生物的遺傳變異與育種課件第二節(jié)基因突變一、基因突變的概念基因突變：簡稱突變，是指細(xì)胞內(nèi)（或病毒粒子內(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。從自然界分離的菌株稱野生型，突變后的菌株稱突變型（株）

狹義：基因突變（點(diǎn)突變）：只涉及DNA分子一對堿基或少數(shù)幾對堿基的變化。

廣義：包括染色體畸變和基因突變。

染色體畸變：某些因素使DNA發(fā)生大的損傷，使染色體產(chǎn)生畸變，結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)缺失、重復(fù)、倒位和易位的現(xiàn)象，數(shù)目上有所增減。5/8/202421微生物的遺傳變異與育種課件二、基因突變的類型

1、按突變株表型分

營養(yǎng)缺陷型：喪失合成某些生長因子的能力

選擇性突變株抗性突變型：對藥物或致死物理因子產(chǎn)生抗性

條件致死突變型：某條件能生長，另?xiàng)l件不能

分

形態(tài)突變型：個體或菌落形態(tài)發(fā)生變異

非選擇性突變株

抗原突變型：細(xì)胞抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生變異

產(chǎn)量突變型：代謝產(chǎn)物產(chǎn)量變異

5/8/202422微生物的遺傳變異與育種課件2、從突變產(chǎn)生的原因來分

自發(fā)突變：是指某些微生物在自然條件下，沒有人工參與而發(fā)生的基因改變。

誘發(fā)突變：

利用誘變因素提高突變率，使基因發(fā)生改變，誘發(fā)突變常用于微生物育種。3、從回復(fù)性分

正向突變：野生型基因可以通過突變?yōu)橥蛔冃突颉?/p>

回復(fù)突變：突變型基因會再次發(fā)生突變而成為野生型基因5/8/202423微生物的遺傳變異與育種課件三、突變率：某一細(xì)胞（或病毒粒子）在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率。突變率可用某一單位群體在每一世代產(chǎn)生突變株的數(shù)目表示。四、基因突變的特點(diǎn)

1、

自發(fā)性；2、不對應(yīng)性（性狀與原因）3、稀有性；4、獨(dú)立性；5、可誘變性；6、穩(wěn)定性；7、可逆性。5/8/202424微生物的遺傳變異與育種課件五、基因突變自發(fā)性和不對應(yīng)性的實(shí)驗(yàn)證明1、Luria的變量試驗(yàn)(1)、試驗(yàn)方法(2)、試驗(yàn)結(jié)果分裝的平皿抗噬菌落數(shù)相差大而不分裝的基本相同。結(jié)論：E.coli抗噬菌體性狀的產(chǎn)生，非環(huán)境因素誘導(dǎo)，是自發(fā)產(chǎn)生。5/8/202425微生物的遺傳變異與育種課件2、Newcombe的涂布試驗(yàn)(1)、試驗(yàn)方法自發(fā)突變假說獲得免疫性假說(2)、試驗(yàn)結(jié)果：重新涂布平板上微菌落后，長出抗性菌落遠(yuǎn)高于未重新涂布的。結(jié)論：抗性突變發(fā)生在與T1噬菌體接觸前。1個小菌落生長時產(chǎn)生抗噬菌體突變5/8/202426微生物的遺傳變異與育種課件3、影印平板培養(yǎng)法(1)、試驗(yàn)方法(2)、試驗(yàn)結(jié)論：自發(fā)突變與環(huán)境條件無關(guān)含鏈霉素不含鏈霉素5/8/202427微生物的遺傳變異與育種課件六、基因突變及其機(jī)制

轉(zhuǎn)換：AT變?yōu)镚T

堿基置換顛換:AT變?yōu)镃T

點(diǎn)突變?nèi)笔?ABCABABCA..移碼突變誘變添加：ABCABCAB…缺失：abcghijkl……重復(fù)：abcabcdef……基因突變畸變添加插入：abcpqrdef……易位：abcpqrghi……倒位：abcfedghi……自發(fā)突變5/8/202428微生物的遺傳變異與育種課件(一)、誘發(fā)突變誘發(fā)突變：通過人為的方法，用物理、化學(xué)或生物因素顯著提高自發(fā)突變頻率的手段。1、堿基置換：一對堿基被另一對堿基所置換。

(1)、種類

①轉(zhuǎn)換：從一種嘌呤變到另一嘌呤或從一種嘧啶到另一嘧啶，可稱為轉(zhuǎn)換；

②顛換：從嘌呤到嘧啶或從嘧啶到嘌呤，則稱它為顛換。5/8/202429微生物的遺傳變異與育種課件(2)、引起置換的誘變劑

直接引起置換的誘變劑：亞硝酸、羥胺、各種烷化劑等。

其作用是：引起一個或幾個堿基發(fā)生生化反應(yīng)。間接引起置換的誘變劑：堿基類似物，如5-溴尿嘧啶，5-氨基尿嘧啶，8-氮鳥2-氨基嘌呤，6-氯嘌呤等。其作用是：通過活細(xì)胞的代謝活動摻入到DNA分子中。5/8/202430微生物的遺傳變異與育種課件2、移碼突變：DNA序列中一個或少數(shù)幾個核苷酸增加或缺失而使該處后面的全部遺傳密碼的閱讀框架改變，進(jìn)一步引起轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯誤的基因突變。

(1)、移碼突變的種類

a第三個密碼子中增添一個堿基

ABCABC

AB+

CABCABCABCAB…..

b第二個密碼子缺失一個堿基

ABC-BCABCABCABCA……

c增添一個缺失一個，又恢復(fù)正常

ABCABC

AB+

CABCAB

CAC

ABCABCABC……

d增添三個堿基引起一段不正常

ABC

AB+

CAB

+CAB+C

ABCABCABC……

e缺失三個堿基引起一段不正常

ABC

ACA

BCABAB

CAC

ABCABCABC……缺失BCB5/8/202431微生物的遺傳變異與育種課件(2)、引起移碼突變的誘變劑

誘變劑：吖啶類染料（吖啶橙等）、ICR類化合物。吖啶橙和5-氨基吖啶對噬菌體有效；ICR－191對細(xì)菌有效，溴化乙錠對酵母菌小菌落有效

作用機(jī)制：它們的結(jié)構(gòu)與一個嘌呤-嘧啶對很相似，能嵌入兩個相鄰的DNA堿基對間，使雙螺旋部分解開，造成堿基增添或缺失。3、染色體畸變：某些強(qiáng)烈理化因子引起染色體結(jié)構(gòu)上的缺失、重復(fù)、插入、移位和倒位，以及染色體數(shù)目的變化。

誘變劑：電離輻射、烷化劑、亞硝酸等5/8/202432微生物的遺傳變異與育種課件作用機(jī)制5/8/202433微生物的遺傳變異與育種課件(二)、自發(fā)突變：生物體在無人工干預(yù)下自然發(fā)生的低頻率突變,約為10-6七、紫外線對DNA的損傷及其修復(fù)

(一)、誘變機(jī)理（或損傷原因）：在UV照射下，DNA分子中相鄰嘧啶會形成二聚體及水合物。造成局部DNA分子無法配對，引起死亡或突變。

(二)、修復(fù)方式

1、光復(fù)活作用(需要可見光)帶嘧啶二聚體的DNA分子在黑暗中與光解酶結(jié)合，在可見光下酶被激活，使二聚體分解成單體。5/8/202434微生物的遺傳變異與育種課件2、切除修復(fù)5/8/202435微生物的遺傳變異與育種課件第三節(jié)育種選種：根據(jù)微生物的特性，采用各種分離篩選方法，從自然界中或從生產(chǎn)實(shí)踐中選出適合人們要求的菌種。育種：是根據(jù)微生物遺傳變異的原理，在已有的菌種基礎(chǔ)上，采用誘變或雜交的方法，迫使菌種發(fā)生變異，然后在變異的菌株中挑選符合生產(chǎn)要求的菌種。此菌株在某些性能上比原種有所提高。

一、從自然界中選種

1、步驟：樣品采集增殖培養(yǎng)初篩復(fù)篩傳代穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)菌株終選

2、性能測定

粗測(初篩)：定性鑒別產(chǎn)物，一般在培養(yǎng)皿上進(jìn)行。

精測(復(fù)篩)：定量測定產(chǎn)物，并確認(rèn)產(chǎn)物。

5/8/202436微生物的遺傳變異與育種課件二、自發(fā)突變育種

1、定向培育優(yōu)良菌株

定向培育：是一種利用微生物的自發(fā)突變，并采用特定的選擇條件，通過對微生物群體不斷移植以選育出優(yōu)良菌株的方法?？ń槊绶ǎ号Ｐ徒Y(jié)核分枝桿菌牛膽汁、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基移種230代得終選菌株

2、從生產(chǎn)中選種3、特點(diǎn)5/8/202437微生物的遺傳變異與育種課件三、誘變育種誘變育種：誘變育種是利用物理、化學(xué)等誘變因素處理微生物群體，誘發(fā)基因發(fā)生突變，然后根據(jù)育種目標(biāo)，從無定向的突變株中，篩選出我們所需要的菌種。5/8/202438微生物的遺傳變異與育種課件(一)、誘變育種的程序

出發(fā)菌株菌種純化制備斜面孢子或菌懸液

誘變處理平板涂布

初篩

復(fù)篩傳代穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)放大試驗(yàn)致死率確定性能精測活菌計(jì)數(shù)性能初測活菌計(jì)數(shù)性能測定菌種保藏并用于生產(chǎn)5/8/202439微生物的遺傳變異與育種課件

1、出發(fā)菌株選擇

選擇依據(jù)：

1）選用來自于生產(chǎn)的自發(fā)突變菌株；2）選有利于進(jìn)一步研究的菌株；3）選用幾次誘變處理均提高產(chǎn)量的菌株；4）選用形態(tài)發(fā)生變異以后的菌株等(二)、誘變育種要點(diǎn)5/8/202440微生物的遺傳變異與育種課件2、孢子（或菌體）懸浮液的制備

(1)、菌選用原則

a、單核菌或孢子

酵母菌:一般是單核的；細(xì)菌:球菌一般單核，桿菌大多數(shù)含有兩個核；霉菌：菌絲細(xì)胞常是多核，黑曲霉、黃色青霉的分生孢子等也單核，鏈孢霉、米曲霉的孢子中平均有5～6個核；放線菌:菌絲細(xì)胞常是多核，分生孢子大部分單核。

b、菌齡：細(xì)菌：對數(shù)期的細(xì)胞；真菌和放線菌：剛成熟的孢子。(2)、制備方法：微生物細(xì)胞液體中呈分散、懸浮狀態(tài)

通常采用：用滅過菌的玻璃珠把成團(tuán)的細(xì)胞打碎，再用滅過菌的脫脂棉進(jìn)行過濾。5/8/202441微生物的遺傳變異與育種課件3、誘變處理(1)、誘變劑的選擇

誘變劑：能引起生物產(chǎn)生高于自發(fā)突變頻率突變的外界因素，稱為誘變劑。分為物理誘變劑、化學(xué)誘變劑和生物誘變劑三大類。物理誘變劑：非電離輻射：紫外線、激光和離子束電離輻射：x射線、γ射線、快中子、α射線、β射線和超聲波等。5/8/202442微生物的遺傳變異與育種課件化學(xué)誘變劑

①與一個或多個堿基起化學(xué)變化→堿基配對的轉(zhuǎn)換。如亞硝酸、硫酸二乙酯等；②與DNA中堿基十分接近的類似物，摻入到DNA分子中。如5-溴尿嘧啶

③DNA上減少或增加一、二個堿基，引起堿基突變點(diǎn)以后全部遺傳密碼轉(zhuǎn)錄和翻譯的錯誤，如吖啶類物質(zhì)。效果較好的有：亞硝酸、硫酸二乙酯（DES）、亞硝基胍（NTG）、氮芥、乙烯亞胺、5-溴尿嘧啶、吖啶黃等。艾姆氏實(shí)驗(yàn)

(2)、誘變劑處理劑量的選擇

選擇依據(jù)：以殺菌率為70～90％的劑量為宜5/8/202443微生物的遺傳變異與育種課件(3)、誘變過程（以紫外線誘變?yōu)槔?/p>

開燈預(yù)熱20min（使光波穩(wěn)定）加5mL菌懸液于φ6cm

培養(yǎng)皿距燈30cm處照射無光下置幾代時間涂布培養(yǎng)

注意問題：a波長：257nm，紫外線燈的功率固定為15W，燈與處理物之間的距離一般為30cm。b處理后的菌懸液增殖培養(yǎng)期間，可用黑紙包住盛有處理菌液的玻璃器皿。(4)、復(fù)合處理：

復(fù)合處理：為了獲得更好的誘變效果，有時可用兩種或兩種以上的誘變劑先后處理，或者同時使用，或者一種誘變劑重復(fù)使用。在攪拌下無可見光有紅光5/8/202444微生物的遺傳變異與育種課件4、突變株的篩選(1)、產(chǎn)量突變株的篩選瓊脂塊培養(yǎng)法

5/8/202445微生物的遺傳變異與育種課件(2)、抗藥性突變株的篩選梯度平板法5/8/202446微生物的遺傳變異與育種課件(3)、營養(yǎng)缺陷型突變株的篩選●概念：基本培養(yǎng)基、完全培養(yǎng)基、補(bǔ)充培養(yǎng)基野生型、營養(yǎng)缺陷型、原養(yǎng)型●篩選步驟誘變淘汰野生型檢出缺陷型鑒定缺陷型●篩選方法

①淘汰野生型：a抗生素法b菌絲濃縮法

②檢出缺陷型夾層培養(yǎng)法一個平皿培養(yǎng)方法限量補(bǔ)充營養(yǎng)法逐個檢出法兩個平皿培養(yǎng)影印接種法5/8/202447微生物的遺傳變異與育種課件夾層培養(yǎng)法5/8/202448微生物的遺傳變異與育種課件影印平板法絨布適溫培養(yǎng)菌落轉(zhuǎn)移粘取菌落5/8/202449微生物的遺傳變異與育種課件③鑒定缺陷型例：生長譜法

原理：在混有供試菌的平板表面點(diǎn)加微量營養(yǎng)物，視某營養(yǎng)物周圍是否長菌來確定該供試菌的營養(yǎng)要求

方法5/8/202450微生物的遺傳變異與育種課件第四節(jié)原核生物的基因重組一、轉(zhuǎn)化(一)、幾個概念

轉(zhuǎn)化：受體菌直接吸收供體菌的DNA片段而獲得后者部分遺傳性狀的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)化子：通過轉(zhuǎn)化方式而形成的雜種后代。轉(zhuǎn)化因子：起轉(zhuǎn)化作用的供體細(xì)胞DNA片段稱為轉(zhuǎn)化因子。一般15kb左右，即15個基因。G-：細(xì)胞僅吸收dsDNA，進(jìn)入后需酶解為轉(zhuǎn)化因子進(jìn)入ssDNA可整合細(xì)胞方式G+：僅ssDNA可進(jìn)入細(xì)胞。

感受態(tài)：指受體細(xì)胞最易接受外源DNA片段并能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的一種生理狀態(tài)。

相關(guān)因素：菌種類、培養(yǎng)時間、特異蛋白(DNA結(jié)合蛋白、胞壁自溶素、核酸酶)。轉(zhuǎn)染：用提純的病毒核酸去感染其宿主細(xì)胞或原生質(zhì)體，可增殖出一群正常病毒的現(xiàn)象。5/8/202451微生物的遺傳變異與育種課件(二)、轉(zhuǎn)化過程轉(zhuǎn)化頻率：0.1%~1%，最高為20%。最低DNA濃度：

1*10-5μg/mL抗鏈霉素基因鏈霉素敏感基因5/8/202452微生物的遺傳變異與育種課件(三)、轉(zhuǎn)化m的種類原核m：肺炎鏈球菌(G+)嗜血桿菌屬(G-)芽孢桿菌屬等真核m：釀酒酵母黑曲霉粗糙脈孢菌5/8/202453微生物的遺傳變異與育種課件二、轉(zhuǎn)導(dǎo)(一)、概念及分類

轉(zhuǎn)導(dǎo)：通過完全缺陷或部分缺陷噬菌體的媒介，將供體菌細(xì)胞的小片段DNA攜帶到受體細(xì)胞中，通過交換和整合，使受體細(xì)胞獲得供體部分遺傳性狀的現(xiàn)象。

轉(zhuǎn)導(dǎo)子：由轉(zhuǎn)導(dǎo)而獲得部分新性狀的重組細(xì)胞。完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)分類低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)(10-4~10-6)局限轉(zhuǎn)導(dǎo)高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)(50%)5/8/202454微生物的遺傳變異與育種課件(二)、普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)

普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)：通過完全缺陷噬菌體對供體任何DNA片段的“誤包”而使受體菌遺傳性狀發(fā)生相應(yīng)改變的現(xiàn)象。

1、完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)

過程由P22噬菌體引起的完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)感染復(fù)數(shù)小于15/8/202455微生物的遺傳變異與育種課件5/8/202456微生物的遺傳變異與育種課件2、流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)

定義：經(jīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體的媒介而獲得了供體菌DNA片段的受體菌，如這段外源DNA在其內(nèi)既不進(jìn)行交換、整合和復(fù)制，也不迅速消失，而僅表現(xiàn)為穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯和性狀表達(dá)。5/8/202457微生物的遺傳變異與育種課件過程5/8/202458微生物的遺傳變異與育種課件(三)、局限轉(zhuǎn)導(dǎo)1、定義及特點(diǎn)

定義：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中，并與后者的基因組整合、重組形成轉(zhuǎn)導(dǎo)子的現(xiàn)象。

特點(diǎn)：1)能轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌的個別特定基因（一般為噬菌體整合位點(diǎn)兩側(cè)的基因）；2)特定基因由部分缺陷的溫和噬菌體攜帶；3)缺陷噬菌體是由于其在形成過程中所發(fā)生的低頻率（可形成10-5左右）“誤切”，或由于雙重溶源菌的裂解而形成。4）該缺陷噬菌體需通過Uv等因素對溶源菌誘導(dǎo)產(chǎn)生5/8/202459微生物的遺傳變異與育種課件低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)：通過一般溶源菌釋放的噬菌體所進(jìn)行的轉(zhuǎn)導(dǎo)，因形成轉(zhuǎn)導(dǎo)子的頻率低(10-4~10-6)而得名。2、低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)5/8/202460微生物的遺傳變異與育種課件以低的m.o.i感染宿主少量局限轉(zhuǎn)導(dǎo)子合成生物素基因發(fā)酵半乳糖基因噬菌體基因過程5/8/202461微生物的遺傳變異與育種課件3、高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)

高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)：在局限轉(zhuǎn)導(dǎo)中，若對雙重溶源菌進(jìn)行誘導(dǎo)，會產(chǎn)生50%左右局限轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體的高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)裂解物，用此裂解物去轉(zhuǎn)導(dǎo)受體菌，可獲得50%左右的轉(zhuǎn)導(dǎo)子，故名。

雙重溶源菌：指同時感染正常噬菌體和缺陷噬菌體的受體菌。

過程：

LFT裂解物

gal-高m.o.i感染λdgalλ

雙重溶源菌Uvλdgal+λ

等量低m.o.i感染gal-gal+gal-等量5/8/202462微生物的遺傳變異與育種課件(四)、溶源轉(zhuǎn)變

溶源轉(zhuǎn)變：當(dāng)正常的溫和噬菌體感染其宿主而使其發(fā)生溶源化時，因噬菌體基因整合到宿主的核基因上，而使宿主獲得了除免疫性外的新遺傳性狀的現(xiàn)象。三、接合(一)、定義接合：供體菌（“雄性”）通過性菌毛與受體菌（“雌性”）直接接觸，把F質(zhì)?；蚱鋽y帶的不同長度的核基因組片段傳遞給后者，使后者獲得若干新遺傳的現(xiàn)象。

接合子：接合后獲得的具有新遺傳性狀的受體細(xì)胞。(二)、可接合的m種類

細(xì)菌：E.coli、克雷伯氏菌屬、沙雷氏菌屬、固氮菌屬等。

放線菌：鏈霉菌屬、諾卡氏菌屬5/8/202463微生物的遺傳變異與育種課件(三)、E.coli的四種接合型菌株1、F+菌株

●定義：指細(xì)胞內(nèi)存在一至幾個F質(zhì)粒，并在細(xì)胞表面著生一至幾條性菌毛的菌株?！衽cF-菌株的接合過程：轉(zhuǎn)性別頻率：近100%5/8/202464微生物的遺傳變異與育種課件2、F-菌株

●定義：指細(xì)胞內(nèi)無F質(zhì)粒，細(xì)胞表面無性菌毛的菌株?！窨膳c之接合菌株：

F+菌株F-雄性菌株3、Hfr菌株

●定義：F質(zhì)粒從游離態(tài)轉(zhuǎn)變成核染色體組特定位點(diǎn)上的整合態(tài)的菌株。F質(zhì)粒F/F/質(zhì)粒Hfr菌株一整套核DNA少見(頻率低)5/8/202465微生物的遺傳變異與育種課件●Hfr菌株與F-菌株接合過程5/8/202466微生物的遺傳變異與育種課件4、F/菌株●定義：當(dāng)Hfr菌株細(xì)胞內(nèi)的F質(zhì)粒因不正常切離而脫離核染色體組時，可重新形成游離的但攜帶整合位點(diǎn)臨近一小段核染色體基因的特殊F質(zhì)粒?！癯跎c次生F/菌株

●細(xì)菌染色體繪圖原理5/8/202467微生物的遺傳變異與育種課件5、四種接合型菌株的關(guān)系5/8/202468微生物的遺傳變異與育種課件四、原生質(zhì)體融合1、定義：通過人為的方法，使遺傳性狀不同的兩個細(xì)胞的原生質(zhì)體進(jìn)行融合，借以獲得兼有雙親遺傳性狀的穩(wěn)定重組子的過程。5/8/202469微生物的遺傳變異與育種課件2、過程：5/8/202470微生物的遺傳變異與育種課件第五節(jié)真核微生物的基因重組和雜交育種一、有性雜交

(一)、定義

●雜交：在細(xì)胞水平上進(jìn)行的一種遺傳重組方式。

●有性雜交：指不同遺傳型的兩性細(xì)胞間發(fā)生的接合和隨之進(jìn)行的染色體重組，繼而產(chǎn)生新遺傳型后代的一種育種技術(shù)。●產(chǎn)有性孢子的菌均可進(jìn)行有性雜交。(二)、有性雜交方法

甲乙親本菌株產(chǎn)子囊孢子離心(雙倍體)(單倍體)涂平板接產(chǎn)孢子培養(yǎng)基洗下并破壁雜交得雙倍體雜種鑒別并選良種5/8/202471微生物的遺傳變異與育種課件二、準(zhǔn)性雜交(一)、定義

●準(zhǔn)性生殖：在同種不同菌株的體細(xì)胞間發(fā)生的融合，它可借減數(shù)分裂而導(dǎo)致低頻率基因重組并產(chǎn)生重組子。

●

發(fā)生在無有性生殖的半知菌類中（如構(gòu)巢曲霉）5/8/202472微生物的遺傳變異與育種課件(二)、準(zhǔn)性生殖過程5/8/202473微生物的遺