微生物遗传育种学学习指导

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1、1 微生物遗传育种学学习指导第 2 章 遗传的物质基础一、解词 多组份基因组：在某些RNA 病毒中，由于RNA 分子量的变幅有限，因此其遗传信息的增加则采取多组份基因组方式，即将病毒的基因组分段保存在两个或多个RNA 片段中。 多分体：在某些植物 RNA 病毒中还存在多分体现象，即不同的病毒粒子中含有不同的RNA 片段，只有含有几种不同的RNA 基 因组的病毒粒子同时存在时才能表现出完整的侵染能力。 二、问题1. 原核生物和真核生物基因表达的区别。 在原核微生物中， 基因的转录和翻译大都是在同一时间和同一位点上进行与调节的，结构基因一旦从DNA 上开始转录， 就可直接作为mRNA 与核糖体结合

2、并翻译出蛋白质，随着mRNA 的不断转录， 将有更多的核糖体与之结合和翻译产生蛋由 质。其结果往往是当某一个基因的mRNA 转录完成时，它所编码的蛋白质也很快完成其合成，用过的mRNA 将被降解成单 核苷酸重新进入新的循环。 真核生物基因的转录和翻译在时间和空间上完全分离。真核生物细胞核内染色体DNA 上基因的表达过程包括：基因的 转录，初级转录物的加工，成熟mRNA 由核内经核膜转运到细胞质，与细胞质中的核糖体相结合翻译出蛋白质并对其进行 初加工，最后再由内质网或高尔基体等在转运过程中进行修饰加工才能产生出有功能的蛋白质。在以上五个过程中都有相应 的调控系统控制基因表达的进行与水平，以满足生

3、物自身的不同需要。2. 发生在异源DNA间的重组叫异常重组。特点：异源 DNA间在任何位置可发生；不需重组gene rec-也可进行；同样使生物突变或新性状；非取代式而是使核苷酸链增长/ 缺失； 第 3 章突变 一、名词解释重组修复，光复活修复，SOS 反应， 碱基置换突变：碱基对的数量没有变，只是一对碱基对被另一对碱基对所代替。 错义突变：因碱基改变使相应氨基酸变化，进而使多肽失活或活性下降。 无义突变：碱基改变使编码某一氨基酸的密码子变为终止密码子，使蛋白质合成中断，产生无活性的多肽。 同义突变：突变后的密码子编码相同的氨基酸。移码突变： 在正常的碱基序列中插入或减少一个或多个碱基，造成突

4、变位点下游密码子的错读，产生氨基酸顺序完全改变了的蛋白质，一般无活性。抑制基因突变：在DNA的不同位置上发生第二次突变抑制了原来突变基因的表达，恢复野生型表型，而不是直接改变回原来的野生基因型。诱发突变：通过各种外部的理化诱变因子处理而提高突变率的方法。突变热点是指 DNA 链中具有很高突变率的碱基位点。转座遗传因子是位于染色体或质粒上的一段特殊、可移动的 DNA 序列。插入序列 (IS 因子 ) 只含有与转座有关的基因和序列。它既可以单独、 也可以作为其他转座遗传因子的一部分存在于染色体或质粒上。IS 因子结构的主要特征是在其序列的两端具有反向重复序列， 在转座过程中它们是转座酶的识别位点。

5、转座子通常以 Tn表示，转座子除含有与转座有关的基因和末端反向或顺向重复序列外， 中间还带有一个或几个结构基因。转座噬菌体是具有转座功能的一类可引起突变的溶源性噬菌体。光复活作用：紫外线照射后在DNA 上形成的胸腺嘧啶二聚体（T-T） ，在可见光照射下，细胞内的光复活酶识别T-T ，利用光量子所提供的能量将二聚体内的环丁酰环打开而完成的修复作用，称为光复活作用。表型迟延： 突变基因的出现并不意味着突变表型的出现，表型的改变落后于基因突变的现象称为表型迟延。表型迟延的原因有二，即分离性迟延和生理性迟延。分离性迟延： 大肠杆菌细胞中一般含有二个核质体。突变基因常是隐性的，所以在一个核质体中发生了一

6、个突变的细菌的表型还是属于野生型， 直到通过细胞分裂而出现同一细胞的两个核质体中都带有这一突变基因时，这一细胞的基因型才是突变型。这就是分离迟延。生理性迟延： 突变基因由杂合状态变为纯合状态时，还不一定出现突变表型。这可以用营养缺陷型和噬菌体抗性突变型来说明。2 营养缺陷型是必须在培养基中补充某一种氨基酸、或碱基、 或维生素等物质才能生长的突变型。它们不能自己合成这些物质的原因是由于突变所造成某一种酶的缺陷。一个发生了突变，可是酶的成份还没有改变的细胞所表现的是野生型表型。直到通过细胞分裂而正常的酶已经足够稀释或被分解时，才出现表型属于缺陷型的细胞。噬菌体抗性突变型是由于突变带来细菌细胞表面噬

7、菌体受体的改变的结果。同样地这些受体必须通过细胞分裂而稀释，因而从抗噬菌体基因型的出现到抗噬菌体表型的出现之间也有一个生理性迟延过程。二、问题1. 说明突变型met A 1，met B 1，met A 2，met B 2，met - 3，met 4 的异同。 答： met A 1，met B 1，met A 2，met B 2，met - 3，met 4 等都为 met 营养缺陷型。 A、B 表示同一表型的不同位置上的不 同基因， A 1、A 2 表示得到的时间不同（B 1、 B 2 同） ，met 3、met 4 表示未知突变。2. 突变型菌株基因突变如下： F 因子带有半乳糖基因，染色体缺

8、失半乳糖基因 染色体为 his，leu，lys，arg 缺陷型染色体为阿拉伯糖、乳糖不发酵，叠氮化钠、链霉素抗性 染色体为重组基因突变，整合有phage。 写出它的基因型。答： F gal/his-,leu -,lys -,arg -,ara -,gal-, lac-,agir, strr, rec - () 3. (1) 设计一种利用青霉素筛选lac-突变型的方法。A、诱变剂处理B、完全培养基中培养C、转至不含碳源的基本培养基中D、转至含 lac 和青霉素的培养基E、配成相同浓度青霉素而菌数成梯度的菌液F、不同样品各涂基本培养基和完全培养基，比较，从差数最大的样品中进一步筛选或：将选好的样品

9、涂完全培养基，待长成菌落后，用影印法移至不含lac 的合成培养基上，比较，再挑取在完全培养基上生长，而合成培养基上不长的菌落。（2）设计一种利用青霉素筛选含硫氨基酸以外的氨基酸营养缺陷型的方法方法 1：A、诱变剂处理B、完全培养基中培养C、转至无氮基本培养基中D、添加含硫 氨基酸 及青霉素E、制成梯度浓度F、比较，挑取菌落进一步鉴定。方法 2：A、诱变剂处理B、涂 CM C、分别影印至（ MM+ 含硫氨基酸）和MM 基本培养基中D、比较（ MM+ 含硫氨基酸）和MM 基本培养基，可挑出营养缺陷型。（3）设计一种利用青霉素从抗药细菌筛选敏感回复子的方法A、诱变剂处理B、完全培养基中培养C、基本培

10、养基（无N）D、转至含药物的CM E、加入青霉素F、制成菌液梯度G、不同样品分别涂含药物和不含药物的平板，从菌落差数最大的样品中进一步筛选。3 4. （1）5-Bu 诱发 lac+ lac-，是否能诱发his+ his-（2）吖啶橙能使lac+ lac-，通过自发突变能否回复lac+ lac-（3）羟胺诱发lac+ lac-，能否为羟胺回复 （4）亚硝酸诱发缺失，通过自发突变能否回复 答： 可以；不可以；不可以；不可以5. DNA 链异构出现 GC 对 C Ci，GC （） GC 对 G Gei，GC （ ） 答： 1（AT） ； 2 （CG或 TA） ；6. 简述基因突变的规律。 7. 5-

11、溴尿嘧啶 (5-BU) 的诱变机制。 答： 5-溴尿嘧啶 (5-BU) 的分子结构与胸腺嘧啶(T)非常相似， 5-BU 诱发突变的活性在于溴原子的存在改变了原分子在酮式和 烯醇式之间的平衡关系，使5-BU 更易出现烯醇式结构，5-BU 酮式可以与腺嘌呤配对，而烯醇式则与鸟嘌呤配对。这样如果 5-BU 以不同的形式取代了T 进入 DNA 链之后，由于其自身的互变异构，通过DNA 的两次复制，就会导致GC AT或ATGC 的转换，从而诱发突变。 由于独立存在的5-BU 分子以烯醇式结构为主，所以由5-BU 引起的突变中GC AT 多于 AT GC 。 8. N- 亚硝基胍。答：亚硝基胍的诱变作用，

12、主要是使DNA 中的碱基发生烷化作用，引起碱基错配导致突变。另一作用是使嘌呤整个的从DNA 链上脱下来，产生一个缺口。复制时，在与缺口对应的位点上就可能配上任何一个碱基，从而引起转换或颠换。 亚硝基胍的诱变作用非常强，称为超诱变剂 。由于 NTG作用在复制叉附近，所以极易诱发并发突变，经NTG处理后，常 能得到多重突变型菌株。 9. 亚硝酸的诱变机制。 答：亚硝酸的作用是通过氧化脱氨基作用把氨基转变为酮基，从而使胞嘧啶(C)和腺嘌呤 (A) 分别转变成尿嘧啶(U)和次黄嘌 呤(H)，造成 U A 和 H C 碱基错配，诱发GC AT 及 AT GC的变化。10. 羟胺的诱变机制。羟胺专一地作用

13、于胞嘧啶(C)并使之转变为能与腺嘌呤配对的形式，从而引起GC AT 转换。所以如果用羟胺处理游离的噬菌体或转化因子，它将专一性地引起 GCAT突变 ，而不能引起 AT GC 突变。由羟胺诱发的突变可通过5-BU或2-AP等能够引起双向突变的诱变剂来诱发回复突变。11. 吖啶类的诱变机制。 答：吖啶类化合物，这类化合物的分子多数是扁平的，能够插入到DNA 的碱基对之间，因此是有效的移码诱变剂。当它们 与 DNA 接触时， 能够逐渐插入到DNA 链的两个碱基对之间，使原来相邻的碱基对彼此分开，当带有这类化合物的DNA 复 制时，很容易插入一个或两个碱基，引起移码突变。 12. 紫外线 (UV)诱变

14、的分子机理。答： UV 的生物学效应主要是直接作用于DNA 而引起遗传物质的改变。UV 所引起的 DNA 构型变化是多种多样的、包括DNA的断裂、 DNA 分子双链的交联、胞嘧啶和尿嘧啶的水合作用以及嘧啶二聚体的形成等，其中形成胸腺嘧啶二聚体是一种主要的作用。两条 DNA 链之间的胸腺嘧啶二聚体的交联会阻碍双链的解链与复制；同一条DNA 链上相邻的胸腺嘧啶之间的二聚体 会阻碍碱基的正常配对，影响它们与腺嘧啶的配对。DNA 复制时就会在此处突然终止或在新链上出现错误的碱基序列，因 而引起突变。 13. 自发突变的作用机制。答：自发突变学说是在以下三个经典试验的基础上证实的。波动实验和涂布试验都是

15、通过实验结果的统计分析，间接地证实自发突变。影印培养则可为自发突变学说提供直接的证据。1. 互变异构和环出效应： 互变异构： 在组成 DNA分子的四种碱基中，胸腺嘧啶和鸟嘌呤可以以酮式或烯醇式状态存在，胞嘧啶和腺嘌呤可以以氨基式或亚氨基式状态出现。一般平衡倾向于酮式和氨基式。如果在 DNA合成时， 当进行到某个位置的一瞬间时出现稀有的烯 醇式或亚氨基式， 则通过 DNA多聚酶的作用， 在其对应的位置上就会出现错配，这些错配将会导致发生碱基置换类型的突变。 环出效应：在自然状态下，偶尔也会因个别碱基对的局部解离和错误退火而导致环状突出，引起移码突变。 2. 微生物自身所产生的诱变物质的作用3.

16、背景辐射和环境诱变 第 4 章 原核微生物遗传一、解词转化子：转化因子被感受态细菌吸入体内，进行双交换，使之产生新的性状叫转化子。转导子：用噬菌体做媒介，通过转导，使受体细胞产生新的性状。转位因子（转座子） ： （转位子、转座子、跳跃基因）包括IS、抗菌因子， phage Mu 可在染色体任意位置，在染色体与染色质、染色质与染色质间任意转位，使生物产生突变，表现重排、缺失、倒位，引起新性状。4 抗药因子： R 质粒，除带有抗药片段外，还有其他如转移重组片段，可使寄主具有对药物的抗性。F 因子转导：通过F因子的转移而使受体菌得到外源基因，改变它的遗传性状叫F 因子转导，又叫性因子转导。普遍性转导： 供体的单个或紧密连锁的少数基因被噬菌体因错误装配而转移给相应受体的作用称为普遍性转导。普遍性转导噬菌体能够转导寄主任何可能的一部分基因。局限性转导：只能使供体的一个或少数几个基因以噬菌体为媒介转移到受体的转导作用称为局限转导。并发转导：温和噬菌体P1在转导过程中可完全包进与本身DNA 同样大小