《微生物遗传与菌种选育_1课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微生物遗传与菌种选育_1课件（103页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,遗传变异的物质基础 基因突变和诱变育种 基因重组和杂交育种（自学） 基因工程 菌种的衰退复壮和保藏,内容提要,第七章 微生物遗传与菌种选育,理想的工业发酵菌种应符合以下要求,遗传性状稳定； 生长速度快，不易被噬菌体等异种微生物污染； 目标产物的产量尽可能接近理论转化率； 目标产物最好能分泌到细胞外，以降低产物抑制并利于分离；,尽可能减少产物类似物的产量，以提高目标产物的产量并利于分离； 培养基成分简单、来源广、价格低廉； 对温度、pH、离子强度、剪切力等环境因素不敏感； 对溶氧的要求低，便于培养及降低能耗。,理想的工业发酵菌种应符合以下要求,微生物是遗传学研究的最好材料和对象,1、微生物结构
2、简单,2、营养体一般都是单倍体,3、微生物繁殖速度快,6、存在多种方式的繁殖类型,5、环境条件对微生物作用直接均匀,4、易积累不同的中间及最终代谢产物,7、微生物的变异易被识别,8、参与基因工程的载体、供体、受体三种角色,微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的生物学基本理论问题中最热衷的研究对象。 对微生物遗传规律的深入研究，促进了现代分子生物学和生物工程学的发展，为育种工作提供了丰富的理论基础，促使育种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向发展。,研究微生物遗传学的意义,遗传型 又称基因型，指某一生物体所含有的全部遗传因子即基因的总和。 表 型 指某一生物
3、体所具有的一切外表特征及内在特性的总和，是遗传型在合适环境下的具体体现。 遗传型 + 环境条件 表型 变 异 生物体在某种内因或外因的作用下，引起的遗传物质结构或数量的变化。变异的特点：在群体出现的几率极低（10-5-10-10），变化后的新性状可遗传。 饰 变 不涉及遗传物质结构变化，而只发生在转录、转译水平上 的表型变化。,表 型 饰 变：,表型的差异只与环境有关，特 点： 暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为,Production of a red pigment (prodigiosin) by Serratia marcescens. From left to right: sl
4、ant culture grown at 25C, slant culture grown at 37C, broth culture grown at 25C, broth culture grown at 37C.,例如：粘质沙雷氏菌：在25下培养，产生深红色的灵杆菌素；在37下培养，不产生色素；如果重新将温度降到25，又恢复产色素的能力。,斜面培养,液体培养,第一节 遗传变异的物质基础,种质连续理论：18831889年间Weissmann提出。认为遗传物质是一种具有特定分子结构的化合物。,F Crick在研究DNA双螺旋结构,基因学说：1933年摩尔根（Thomas Hunt Morga
5、n）发现了染色体，并证明基因在染色体上呈直线排列，提出了基因学说，使得遗传物质基础的范围缩小到染色体上。 DNA是遗传变异的物质基础的证明：1944年以后，先后有利用微生物为实验对象进行的三个著名实验 肺炎球菌的转化试验 噬菌体感染试验 病毒的拆开与重建试验 人们普遍接受核酸才是真正的遗传物质。,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,一、3个经典实验,有 荚 膜 菌落光滑 分泌毒素 致 病,无 荚 膜 菌落粗糙 无 毒 不 致 病,实验材料： 肺炎双球菌,（一）转化实验,说明：加热杀死的 S 型细菌中有一种
6、具有遗传转化能力的物质，它通过某种方式进入 R 型细胞，并使 R 型细菌获得表达 S 型荚膜形状的遗传特性,1928年Griffith进行的细菌转化实验,加S菌DNA 加S菌DNA及DNA酶以外的酶 加S菌的DNA和DNA酶 加S菌的RNA 加S菌的蛋白质 加S菌的荚膜多糖,活R菌,长出S菌,只有R菌,1944年O.T.Avery、C.M.MacLeod和M。McCarty从热死S型S. pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分，并在离体条件下进行了转化试验：,只有S型细菌的DNA才能将S. pneumoniae的R型转化为S型且DNA纯度越高，转化效率也越高。 说明：S型菌株转
7、移给R型菌株的DNA是遗传因子。,（二）噬菌体感染实验 （p188）,步骤,1：用含同位素35, P32的培养基分别培养大肠杆菌,2：让T2感染上述大肠杆菌使其打上S35 、P32标记,（二）噬菌体感染实验,A. D. Hershey和M. Chase， 1952年,（1）含32P-DNA的一组：放射性85%在沉淀中,上清液中含 15%放射性,沉淀中含 85%放射性,沉淀中含 25%放射性,以35S标记蛋白质外壳做噬菌体感染实验,（2）含35S-蛋白质的一组：放射性75%在上清液中,10分钟后 用捣碎器 使空壳脱离,吸附,离心,沉淀细胞进一步培养后，可产生大量完整的子代噬菌体,上清液中含 75
8、%放射性,为了证明核酸是遗传物质，H. Fraenkel-Conrat（1956）用含RNA的烟草花叶病毒（TMV）进行了著名的植物病毒重建实验。 将TMV在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就能将其蛋白质外壳与RNA核心相分离。分离后的RNA在没有蛋白质包裹的情况下，也能感染烟草并使其患典型症状，而且在病斑中还能分离出正常病毒粒子。,（三）植物病毒的重建实验 （p189）,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
9、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,二、遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式,核外DNA的种类,核外染色体,真核生物的“质粒” 原核生物的质粒,线粒体 细胞质基因 叶绿体 中心体 动 体 共生生物：卡巴颗粒 酵母菌的2m质粒,F因子 R因子 Col质粒 Ti质粒 巨大质粒 降解性质粒,（一）核酸存在的 7 个水平及质粒 细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核 细胞核水平: 原核与真核生物的细胞核结构不同，核外 DNA 染色体水平: 倍性 ( 真核 ) 和染色体数 核酸水平：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体 DNA或RNA，复合或裸露，
10、双链或单链 基因水平：具自主复制能力的遗传功能单位，长度与信 息量，转录翻译 密码子水平：信息单位, 起始和终止, 核苷酸水平：突变或交换单位，四种碱基,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）,A,T,C,G,A,A,A,T,T,T,T,T,T,A,A,A,G,G,G,G,G,C,C,C,C,C,G,C,基因测序就是读出 A-C-G-T-G-G-A-C-G.,DNA,基因是什么？,基因决定生物体的生、长、病、老死等一切生命现象,基因是生命的密码。,。基因记录和传递遗传信息。,大肠杆菌基因组,4100个基因，4.7106bp,遗
11、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,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,439,745,666,1078,924,784,1092,948,230,423,173,814,292,136,573,291,231,387,334,550,487,421,571,499,13,10,27,13,10,33,11,10,24,16,22,21,15,20,17,4,原核生物基因调控系统 （p193）,（二)原核生物的质粒 （p194）,功能：带有一些基因，如产生毒素、抗药性、
12、固氮、产生酶类、降解功能等，并可进行细胞间转移。,结构与大小：质粒通常以共价闭合环状的超螺旋双链DNA分子状态存在于细胞中。约为11000kb，上面携带有数个到数十个甚至上百个基因。,定义：存在于细菌、真菌等微生物细胞中，独立于染色体外，能进行自主复制的遗传因子。,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,降解性质粒：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,基 因 突 变,突变与育种,第二节 基因突变和诱变育种,突变的特点,基因突变,诱变机制,
13、突变率,突变类型,条件致死突变型（株）,（一）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）,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,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,营养缺陷型因突变而丧失产生某种生物合成酶的能力，必须在培养基中添加某种物质才能生长的突变类型。野生型和缺陷型分别用+、-表示，如分别用his+和his-表示组氨酸野生型和缺陷型。,抗性
14、突变型因突变而产生了对某种化学药物或致死物理因子的抗性。抗性和敏感型分别用r和s表示，如用strr和strs分别表示链霉素抗性和敏感性。,条件致死突变型突变后在某种条件下可正常生长繁殖，而在另一条件下却无法生长繁殖的突变型。（温度敏感突变株ts）,形态突变型细胞形态变化或菌落形态变化。如菌落颜色变化，菌体失去荚膜、鞭毛等。,（三)基因突变的特点 （p200）,不对应性,自发性,稀有性,独立性,诱变性,稳定性,可逆性,基因（自发）突变的特点：,自发性：是不经诱变剂处理而自然发生的突变。,突变率：每一个细胞在每一世代中发生某一特定突变的几率。 突变率=突变细胞数/分裂前群体细胞数,稀有性：突变率低
15、且稳定。,不对应性：突变的发生与环境因子之间无直接的对应关系。,若干细菌某一性状的自发突变率,菌 名 突变性状 突变率 E. coli 抗T1噬菌体 3 108 E. coli 抗T3噬菌体 1 107 E. coli 不发酵乳糖 1 1010 E. coli 抗紫外线 1 105 Staphylococcus aureus 抗青霉素 1 107 S. aureus 抗链霉素 1 109 Salmonella typhi 抗25g/L链霉素 1 106 Bacillus megaterium 抗异烟肼 5 105,可逆性： 从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突变（forward mutation）， 从突变株回到野生型的过程则称为回复突变或回变（back mutation或reverse mutation）。,独立性：各种突变独立发生，不会互相影响。,可诱发性：诱变剂可提高突变率。,稳定性：变异性状稳定可遗传。,（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,变量实验（fluctuation analysis） Salvador Luria and Max Delbruck（1943）,Salvador Luria,Max
