微生物遗传与变异_3课件

1、第八章 微生物的遗传与变异,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,遗传变异的物质基础 细菌的基因转移和重组 真菌的基因重组 微生物的突变 微生物遗传变异的应用 菌种退化、复壮和保藏,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,转化实验,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,转化实验,材料,实验材料： 肺炎双球菌,转化实验（1）动物实验,转化实验（2）细菌培养实验,转化实验（3）S型菌无细胞抽提液试验,Cncnc-micro,噬菌体感染实验,步骤,1：用含同位素35, P32的培养基培养大肠杆菌,结果：上清液中含15%放射击性；沉淀中含85%放射性,2：让T2感染上述大肠杆菌使其打是S35P32标记,3：,植物病毒蛋白质和RNA可以人为地分开, 同时又可把它们重新组合成具感染性的病毒.,植物病毒的重建实验,甲乙r 感染症状同甲

2、病毒；分离得到甲病毒,乙甲r 感染症状同乙病毒；分离得到乙病毒,原始株 拆开 重建 感染 分离纯化,植物病毒的重建实验,遗传物 质类型,核染色体,核外染色体,真核生物细胞器,原核生物质粒,遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式,基因是一段DNA,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）,基因测序就是读出 A-C-G-T-G-G-A-C-G.,基因控制Pr因而控制性状,基因是什么？,Cncnc-micro,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。,大肠杆菌基因组,4100个基因，4.7106bp 遗传信息的连续性 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,酵母菌基因组,Cncnc-micro,染色体,长度Kb,基因数,1,2,3,4,5,6,7,8,染色体,长度Kb,基因数,439,745,666,1078,924,784,1092,948,230,423,173,814,292,136,573,291,231,387,334,550,487,42

3、1,571,499,13,10,27,13,10,33,11,10,24,16,22,21,15,20,17,4,原核生物基因调控系统,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,种类,R因子 与抗药性有关,COL 编码免疫蛋白,Ti质粒 诱癌质粒,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,质粒,原核生物遗传物质 存在的另一种方式,细菌的基因转移和重组,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 通过接合、转化、转导等形式进行一 部分物质转移和基因重组。（小结）,接 合 及 其 发 现 因子和接合 雄性菌株与雌性菌株接合结果,接合(conjugation),接 合 及 其 发 现,通过细胞间的直接接触能进行大 段的转移的过程，叫接合,因子和接合,雄性菌株与雌性菌株接合结果,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,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

4、发生变化的现象叫转化。,转化因子,转化是游离的片断的转移和重组 游离的片断叫转化因子 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 双链有转化能力，单链没有,受体细胞能接受转化的生理状态称为感受，只有处于感受态的细菌才能接受转化因子，从出现到消失约为分钟(对数期的中期),感受态,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酶引起,感受态的决定决定因素,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,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,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。,转化过程,转化 过程,转 化 中 基 因 交 换 过 程 示 意 图,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。,转导的种类,遗传物质通过

5、噬菌体的携带而转移的基因重组,转导的发现,转导(transduction),转导的特点,完全普遍性转导(compietetransduction),鼠伤寒沙门氏菌,A-B+色氨酸缺陷型,A+B-组氨酸缺陷型,低频转导（LFT）裂解物的形成,低频转导,高频转导,双重溶源菌E.coli K12(/dg)F,U.V.,转导噬菌体( dg),辅助噬菌体( ),转导子菌落,噬菌斑,转导的特点,需要噬菌体做媒介，不需要细胞间直接接触,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,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,普遍性转导,局限性转导,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,三者根本区别在于DNA转移的方式不同,转化： 供体DNA片断注入受体细胞，通过细胞膜,接合： 供体进入受体通过性纤毛,转导： 供体DNA片断通过媒介噬菌体携带进入受体,Cncnc-micro

6、,真菌的基因重组,有性生殖 异核现象 准性生殖 染色体外的遗传现象,准性生殖,准性生殖的概念：,不产生有性孢子的丝状真菌，不经过减数分裂就能导致染色体单元化和基因重组的过程。1953年发现,准性生殖与有性生殖的不同,重组体细胞和营养体细胞相同，不产生特殊的囊器 染色体的交换及单倍体化过程没有规律,准性生殖的过程,异核体的形成 核融合和杂合二倍体的形成 单倍体化,Cncnc-micro,微生物的突变,突变类型 突变率 突变的特点 诱变机制,突变类型,突变株 的表型,选择性 突变株,非选择性 突变株,营养缺陷型（株） 抗性缺陷型（株） 条件致死突变型（株）,形态突变型（株） 抗原突变型（株） 产量突变型（株）,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。,微生物突变体的主要类型,形态突变型,菌落形态突变型菌体形态突变型,生化突变型,营养突变体(营养缺陷型)发酵突变体 抗性突变体 条件致死突变体 抗原突变型 产量突变型,按突变 实质分,突变率,突变的特点（证明）,不对应性 自发性 稀有性 独立性 诱变性 稳定性 可逆性,基因突变自发性和不对应性的证明,变 量 试 验,涂

7、布 试 验,影印培养试验,(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,变量试验,涂布试验,影印培养试验,诱变机制,碱基的置换 移码突变 染色体畸变,碱 基 的 置 换,碱 基 的 置 换,碱基的置 换,碱基的置换,移码突变,DNA分子中缺失或增加少数几个碱基对而引起,造成突变点以后全部遗传密码转录与转释发生错误,增添一个碱基,缺少一个碱基,染色体畸变,某些理化因子，如射线，紫外线， 亚硝酸等，除能引起点突变外，还会引起DNA分子大损伤，包括染色体易位，倒位，缺失，重复等，即为染色体畸变。,染色体畸变,紫外线诱变作用机理,可使链裂断，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，使结构发生改变,微生物突变的应用,原生质体融合育种,基因工程,效价：指有效成分的浓度。1ug/ul称为1 单位,从 青 霉 素 产 量 看 诱 变 育 种,诱变育种的基本环节,Cncnc-micro,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

8、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,选择简便有效的诱变剂,利用回变检测致癌剂 艾姆斯试验法,挑选优良的出发菌株,生产中用过的自发变异菌株 采用具有有力性状的菌株 采用已发生其他变异的菌株 采用增变菌株 采用前体或最终产物代谢高的菌株,处理单孢子（或单细胞）悬液,芽孢杆菌应处理芽孢 放线菌，霉菌应处理孢子 细菌指数期，放线菌霉菌要稍加萌发后使用 出发菌株应制成均匀悬夜,选用最适剂量,剂量以诱变剂浓度和处理时间来表示,合适剂量：能扩大变异幅度又能促使 变异移向正变范围的剂量,充分利用复合处理的协同效应,两种或多种诱变剂先后使用 两种或多种诱变剂同时使用 同种诱变剂重复使用,利用和创造形态，生理与产量间的相关指标,淀粉酶变色圈试验,变色圈大的为淀粉酶高产菌落,设计或采用高效筛选方案或方法,第一轮,第二轮,五个出发菌株,突变株的筛选方法,高产突变菌株的筛选方法,抗性突变体的筛选方法,营养缺陷型的的筛选方法,Cncnc-micro,与突变株的筛选相关的几个概念,与突变株的筛选相关的几个概念,相关培养基,基本培养基 -,完全培养基,补充培养基,三类遗传

9、型,野生型 A+B+,营养缺陷型型A+B-,原养型 A+B+,高产突变株的筛选,琼脂块培养法筛选 春日霉素高产菌种,抗性突变体的筛选方法,青霉素浓缩法,梯度培养皿法,青霉素浓缩法,梯度培养皿法,含异烟肼,接敏感菌 含突变株,营养缺陷型的筛选办法,诱变剂处理,淘汰野生型,检出缺陷型,夹层培养法,限量补充培养法,逐个检出法,影印接种法,鉴定缺陷型,菌丝过滤法,夹层培养法及结果,逐个检出法,影印接种法,限量补充培养法,微量蛋白质的完全培养基上 小菌落是营养缺陷型突变株,菌丝过滤法 筛选营养突变株,原生质体融合育种,概念： 将双亲株的微生物细胞分别通过酶解去壁，形成原生质体，然后在高渗条件下混合，并加入物理的、化学的或生物的助融条件，使双亲株的原生质体间发生相互凝集和融合的过程,原生质体融合技术的理论与应用价值,打破了微生物的种属界限，可以实现远缘菌株的基因重组 用于改良菌种特性、提高目的产物的产量、使菌种获得新的性状、合成新的产物等 可用来探索重大理论问题，原生质体融合技术传、核质关系、噬菌体与宿主关系，研究外源DNA转化、质粒转移以及核与核、核与质之间的关系,原生质体融合技术及育种步骤,原生质体的制备 原生质体再生 原生质体融合 融合子的检出与鉴定,基因工程,指用人工方法，通过体外基因重组和载体的作用，使新构建的遗传物质组合进入新个体，并稳定地遗传和表达的过程,基因分离与克隆 基因工程中的酶学 基因工程中的载体系统 基因工程的操作步骤,基因分离与克隆,目的基因的获得 基因分离 基因克隆,基因文库法 cDNA文库法,基因工程中的酶学,限制性核酸内切酶 连接酶 DNA聚合酶,基因工程中的载体系统,细菌质粒载体 噬菌体载体 粘粒载体 植物细胞基因克隆载体Ti质粒 动物细胞基因克隆载体SV40病毒载体

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