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第七章 微生物的遗传 变 异 和 育 种

第七章 微生物的遗传 变 异 和 育 种. 微生物是遗传学研究的最好材料和对象. 微生物结构简单. 营养体一般都是单倍体. 微生物繁殖速度快. 易积累不同的中间及最终代谢产物. 环境条件对微生物作用直接均匀. 存在多种方式的繁殖类型. 微生物的变异易被识别. 参与基因工程的载体供体受体三角色. 内容提要. 遗传的物质基础 基因突变和诱变育种 基因重组和杂交育种. 转化实验. 第一节 遗传变异的物质基础. 三个经典实验证明核 酸是微生物遗传物质. 噬菌体感染实验. 植物病毒的重建实验. 遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式.

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第七章 微生物的遗传 变 异 和 育 种

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  1. 第七章 微生物的遗传 变异和育种

  2. 微生物是遗传学研究的最好材料和对象 微生物结构简单 营养体一般都是单倍体 微生物繁殖速度快 易积累不同的中间及最终代谢产物 环境条件对微生物作用直接均匀 存在多种方式的繁殖类型 微生物的变异易被识别 参与基因工程的载体供体受体三角色

  3. 内容提要 遗传的物质基础 基因突变和诱变育种 基因重组和杂交育种

  4. 转化实验 第一节 遗传变异的物质基础 三个经典实验证明核 酸是微生物遗传物质 噬菌体感染实验 植物病毒的重建实验 遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式

  5. 遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式 细胞水平（单核、多核），核水平，染色体水平（数量、倍数），核酸水平（种类、结构、长度、大小），基因水平，密码子水平（64个），核苷酸水平 核染色体： 遗传物 质类型 真核生物细胞器、共生生物、质粒 核外染色体 原核生物质粒

  6. 基因Ⅰ 基因Ⅱ DNA 染色体 基因是一段DNA

  7. DNA就是脱氧核糖核酸（长链） 腺嘌呤（A） 鸟嘌呤（G） 胸腺嘧啶（T） 胞嘧啶（C） C T A C A C C A A G G T T G A G T T G T G G A T A C C C 基因测序就是读出 A-C-G-T-G-G-A-C-G…...

  8. mRNA 天冬 氨酸 基因控制Pr因而控制性状 G A T C T A G A U DNA

  9. 基因是什么？ 基因是生命的密码。 。基因记录和传递遗传信息。 基因决定生物体的生、长、病、老死等 一切生命现象 Microbiology

  10. Microbiology 大肠杆菌基因组 4100个基因，4.7×106bp 遗传信息的连续性,共价、闭合、环状 功能相关的结构基因组成操纵子 结构基因单拷贝及rRNA多拷贝 基因的重复序列少而短

  11. 质粒 原核生物遗传物质 存在的另一种方式 质粒 核外环状小型DNA独立复制稳定遗传 F因子 与有性接合有关，有转移能力 R因子 与抗药性有关，可传递 COL 大肠杆菌素质粒，编码免疫蛋白杀死近缘菌和同种不同菌株菌，称细菌素，种类很多。 种类 Ti质粒 诱癌质粒，土壤农杆菌，产冠瘿瘤 降解散质粒：编码降解有害物质的酶 用途 基因工程中作为目的基因载体

  12. Microbiology 第二节基因突变和诱变育种 基 因 突 变 突变与育种

  13. 基因突变 突变类型 突变率 突变的特点 诱变机制 Microbiology

  14. 一、基因突变 • 基因突变指细胞内（或病毒粒内）遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化，简称突变，狭义的突变专指基因突变，广义的突变包括基因突变和染色体畸变。 • 野生型菌株：从自然界分离到的菌株 • 突变株：突变体、突变型。野生型经突变后形成的带有新性状的菌株

  15. Microbiology （一）突变类型 按方法分：按突变株的表型是否能在选择 性培养基上加以鉴别来区分。 营养缺陷型（株） 选择性 突变株 抗性缺陷型（株） 条件致死突变型（株） 突变株 的表型 形态突变型（株） 非选择性 突变株 抗原突变型（株） 产量突变型（株）

  16. Microbiology 微生物突变体的主要类型 菌落形态突变型 形态突变型 菌体形态突变型 营养突变体(营养缺陷型) 按突变 实质分 发酵突变体 抗性突变体 条件致死突变体 生化突变型 抗原突变型 产量突变型

  17. （二）突变率 长出突变株 出发菌株 含诱变剂的培养基 突变率：某一细胞（或病毒粒）在每一世代中发生某一性状突变的几率。一般为10-6~10-9，转座突变率为10-4。

  18. Microbiology (三)突变的特点（证明） 不对应性 自发性 稀有性 独立性 诱变性（提高10~105倍） 稳定性 可逆性：回复突变

  19. （四）基因突变自发性和不对应性的证明 变 量 试 验 涂 布 试 验 影印培养试验

  20. 大肠杆菌稀释培养物 10 ml 10 ml (培养前先分成50小管) 变量试验 (在同一个大管中作整体培养) • 3 7 1 4 4 3 5 抗噬菌体菌落数 抗噬菌体菌落数

  21. 涂布试验 涂布敏感菌5×104个 共12个平板 5×104个菌落 5000个细菌/菌落 重新涂布后 喷入T1保温 喷入T1保温 6个平板共353个菌落 6个平板共28个菌落

  22. 影印培养试验 原始敏 感菌种 无药 培养基 影印培养 含药 培养基

  23. （五）基因突变机制 Microbiology 基因突变机制多种，可是自发的或诱发的， 诱发的包括影响一对基因的点突变和影响一段染 色体的畸变。 1、诱发突变 概念 碱基的置换 移码突变 染色体畸变

  24. 由碱基置换引起的三种突变型 • 同义突变 • 无义突变 • 错义突变

  25. 碱基的置换 直接引起置换的诱变剂 OH C O NH2 C C 次黄嘌呤(He) HNO2 He .. Hk Hk Hk G .. .. .. .. A A .. .. 次黄嘌呤(Hk) 腺嘌呤 T T T T C C C HNO2，羟胺，各种烷化剂

  26. 间接引起置换的诱变剂 O C H C O T ： 酮式 G T T .. .. .. A A .. .. 烯醇式 T T A G C 酮式 碱基的置换 碱基类似物 T：烯醇式

  27. 碱基的置换 H C O C O Br Br 间接引起置换的诱变剂 5-BU:烯醇式 5-BU:酮式

  28. 碱基的置换 酮式 G G G G .. .. .. .. 烯醇式 A A A A A A G A .. .. .. .. .. .. .. .. BU BU T BU T T T BU BU C C C 烯醇式 酮式

  29. 移码突变 ABC ABC ABC ABC ABC ABC ABC ABC ABC CBA CBA ABC CBA BCA BCA CBA BCA BCA BCA BCA ABC CBA BCA AB+ 丫啶类染料、ICR化合物 ＤＮＡ分子中缺失或增加少数几个碱基对而引起 增添一个碱基 缺少一个碱基 造成突变点以后全部遗传密码转录与转释发生错误

  30. Microbiology 染色体畸变 某些理化因子，如Ｘ射线，紫外线， 亚 硝酸等，除能引起点突变外，还会引起DNA分 F 子大损伤，包括染色体易位，倒位，缺失， 重复等，即为染色体畸变。

  31. Microbiology 染色体畸变 紫外线诱变作用机理 可使ＤＮＡ链裂断，破坏核糖和磷酸间的键联 引起胞嘧啶和尿嘧啶产生水合作用造成氢键断裂 能使胸腺嘧啶成二聚体，使ＤＮＡ结构发生改变

  32. 从生产中选育 自发突变与育种 定向培育优良品种 诱变育种的基本环节 诱变育种 诱变育种的原则 Microbiology 突变与育种

  33. 大多死亡 出发菌株 多数未变 少数存活 多数负变 诱变 多数幅度小 少数突变 多数不宜投产 少数正变 少数幅度大 少数适宜投产 计算出 存活率 突变率 正变率 高产率 投产率 诱变育种的基本环节 Microbiology

  34. Microbiology 诱变育种工作中应考虑的几个原则 选择简便有效的诱变剂 选优良的出发菌株 处理单孢子（或单细胞）悬液 选用最适剂量 利用复合处理的协同效应 利用和创造形态，生理与产量间的相关指标 设计或采用高效筛选方案或方法

  35. 第二节 基因重组和杂交育种 • 基因重组：遗传重组，重组，两个独立基因组内的遗传基因，通过一定的途径转移到一起，形成新的稳定基因组的过程。 • 包括有性杂交、准性杂交、原生质体融合、遗传转化及原核生物中的转化、转导、接合和原生质体融合。

  36. Microbiology （一）细菌的基因重组 真核微生物基因重组在有性繁殖过程中发生，当合子减数分裂时，两染色体发生交换。 原核微生物 通过转化、接合、转导等形式进行 一 部分物质转移和基因重组。（小结）

  37. Microbiology 转化(transformation) 几个概念：转化、转化因子、感受态 转化过程 转化的特点

  38. Microbiology 1、转 化 (transformation) 受体细胞直接吸收了来自供体细胞的 DNA片断，并把它整合到自己的基因组 中，细胞部分遗传性状发生变化的现 象叫转化。 通过转化而形成的杂种后代称转化子。

  39. Microbiology （1）转化因子 转化是游离的ＤＮＡ片断的转移和重组 游离的ＤＡＮ片断叫转化因子 转化因子由供体提供 自然情况下可由细菌细胞自行裂解产生， 实验室里通过提取获得 双链ＤＮＡ有转化能力，单链较少，质粒

  40. Microbiology （2）感受态 受体细胞能接受转化的生理状态称为感受态， 只有处于感受态的细菌才能接受转化因子， 从出现到消失约为４０分钟(对数期的中期) 感觉态出现原因 细菌失去部分细胞壁的结果 细菌在细胞表面产生某种Ｅ引起

  41. Microbiology 感受态的决定决定因素 细胞遗传性决定 和菌龄有关 环腺苷酸Camp可提高1000 倍 Ca2+能促使细胞进入感受态 感受态因子 是受体细胞表面上的一种蛋白质 功能使转化因子结合在受体细胞表面

  42. Microbiology 转化过程 每个受体细胞表面约有30-80个转化因子 结合点，当转化因子结合到受体表面结合 点上时 ，DNA一条链被受体细胞膜上的核 酸酶分解，另一条链进入受体细胞，通过 整合与受体细胞进行基因重组，有人发现 DNA也可通过双链形式进入受体细胞形成 双倍体的转化子。

  43. 转化 过程

  44. Microbiology 转化的特点 不需两个细胞直接接触，供体 DNA提取出来，注入受体即可。 转染：指用提纯的病毒核酸去感染其宿 主细胞或其原生质体，可增殖出一群正 常病毒后代的现象。

  45. 2、转导(transduction) 完全普遍转导 流产普遍转导 低频转导 局 限 转 导 高频转导 溶 源 转 变 Microbiology 供体遗传物质通过噬菌体的携带而转移到受体的基 因重组。 转导子：由转导作用而获得部分新性状的重组细胞。 转导的种类 转导的特点

  46. 普遍转导：通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行“误包”，而将其遗传性状传递给受体菌的现象。普遍转导：通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行“误包”，而将其遗传性状传递给受体菌的现象。 • 局限转导：通过部分缺陷温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并与后者的基因组整合、重组、形成转导子的现象。

  47. 完全普遍性转导(compietetransduction) 供体 形成溶源菌 A-B+ A+B- 多数受体 A-B+ A+B- 少数受体 A+B+ 经重组形成转导子 鼠伤寒沙门氏菌 A-B+色氨酸缺陷型 A+B-组氨酸缺陷型

  48. Microbiology 转导的特点 需要噬菌体做媒介，不需要细胞间直接接触 普遍性转导 噬菌体DNA不接合到寄主染色体 噬菌体蛋白质包裹寄主任何一部分DNA片段 局限性转导 噬菌体DNA整合到寄主染色体上 噬菌体DNA与寄主染色体特定基因发生交换

  49. Microbiology 溶源转变 温和噬菌体的基因整合到宿主核基因组上的现象 温和噬菌体并不携带外源供体菌的基因 这种温和噬菌体是完整的，而不是缺陷的 获得新性状的是溶源化的宿主细胞，而不是转导子 获得的性状可随噬菌体的消失而同时消失

  50. Microbiology 3、接合(conjugation)( Ｆ因子和接合 雄性菌株与雌性菌株接合结果

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