第七章微生物的遗传变异和育种

长春师范学院生物系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存在多种方式的繁殖类型环境条件对微生物作用直接均匀易积累不同的中间及最终代谢产物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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基因工程菌种的衰退复壮和保藏内容提要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Cncnc-micro材料方法动物实验细菌培养实验S型菌无细胞抽提液试验光滑型（S）粗糙型（R）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SⅠSⅡSⅢ三个血清型RⅠRⅡRⅢ三个血清型实验材料：肺炎双球菌活的S菌加活R菌和热死S菌抽血分离死加活S菌死加活R菌或死S菌活转化实验（1）动物实验ＳⅢ〖杀死〗无菌落生长体外培养ＲⅡ〖活菌〗体外培养ＲⅡ菌落ＲⅡ菌落多ＳⅢ菌落少体外混合培养ＳⅢ〖杀死〗ＲⅡ〖活菌〗转化实验（2）细菌培养实验大量R菌落活R菌S菌无细胞抽提液+活R菌+S菌DNAS菌落转化实验（3）S型菌无细胞抽提液试验S菌PrS菌多糖R菌落活R菌+Cncnc-micro噬菌体感染实验Pr只含S不含PDNA只含P不含S原理步骤1：用含同位素Ｓ35,P32的培养基培养大肠杆菌吸附10分钟后搅动离心上清液沉淀结果：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ＲＮＡ＋乙Ｐr→感染症状同甲病毒；分离得到甲病毒乙ＲＮＡ＋甲Ｐr→感染症状同乙病毒；分离得到乙病毒Cncnc-microTMVHRVHRVTMV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染色体基因Ⅱ基因ⅠDNA基因是一段DNADNA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）ATCGAAATTTAAAGGCCGC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GATCTAGAUDNAmRNA天冬氨酸基因是什么？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。Cncnc-micro大肠杆菌基因组4100个基因，4.7×106bp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Cncnc-micro酵母菌基因组Cncnc-micro染色体长度Kb基因数12345678染色体长度Kb基因数439745666107892478410929482304231738142921365732912313873345504874215714991310271310331110241622211520174原核生物基因调控系统操纵子RPO结构基因启动基因操纵基因调节基因质粒核外环状小型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基因突变突变与育种基因突变和诱变育种Cncnc-micro突变的特点Cncnc-micro基因突变诱变机制突变率突变类型条件致死突变型（株）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。Cncnc-micro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Cncnc-micro突变率出发菌株长出突变株含诱变剂的培养基突变的特点（证明）不对应性自发性稀有性独立性诱变性稳定性可逆性Cncnc-micro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大肠杆菌稀释培养物10ml10ml(培养前先分成50小管)(在同一个大管中作整体培养)23714435抗噬菌体菌落数抗噬菌体菌落数变量试验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/菌落喷入T1保温重新涂布后喷入T1保温6个平板共353个菌落6个平板共28个菌落影印培养无药培养基含药培养基影印培养试验原始敏感菌种诱变机制移码突变染色体畸变碱基的置换Cncnc-micro碱基的置换直接引起置换的诱变剂HNO2CNH2腺嘌呤CO次黄嘌呤(Hk)A..THe..THk..THk..CA..THk..CG..CCOH次黄嘌呤(He)间接引起置换的诱变剂碱基的置换COHT：烯醇式CT：酮式OA..TT..AG..CA..T酮式T..G烯醇式COBr5-BU:酮式COHBr5-BU:烯醇式碱基的置换间接引起置换的诱变剂碱基的置换G..CA..BUG..BUA..BUG..CA..TA..TA..TA..TG..CA..BU酮式G..BU烯醇式烯醇式酮式移码突变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ABCABCABCABCABCABCABCABCAB+ABCABCCBACBACBACBACBAABCBCABCABCABCABCABCABCA增添一个碱基缺少一个碱基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。Cncnc-micro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Cncnc-micro突变与育种Cncnc-micro自发突变与育种从生产中选育定向培育优良品种诱变育种从青霉素产量看诱变育种诱变育种的基本环节诱变育种的原则效价：指有效成分的浓度。1ug/ul称为1单位1945时间1943194319431947195519711977目前发酵单位(u/ml)100250500～850～850～8000～2万～5万5～10万从青霉素产量看诱变育种诱变育种的基本环节大多死亡少数存活存活率多数未变少数突变突变率多数负变少数正变正变率多数幅度小少数幅度大高产率投产率多数不宜投产少数适宜投产出发菌株计算出诱变Cncnc-micro诱变育种工作中应考虑的几个原则选优良的出发菌株选择简便有效的诱变剂处理单孢子（或单细胞）悬液选用最适剂量设计或采用高效筛选方案或方法Cncnc-micro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选择简便有效的诱变剂出发菌株含诱变剂的液体培养基接种培养培养接种分离紫外线选择优良突变株S.t.his回变S.t.his吸入滤纸片保温可疑“三致”试样鼠肝匀浆（含羟化酶）阳性阴性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前体或最终产物代谢高的菌株采用增变菌株Cncnc-micro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Cncnc-micro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Cncnc-micro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同种诱变剂重复使用两种或多种诱变剂同时使用Cncnc-micro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一个出发菌株诱变剂处理选出200个单孢子菌菌株初筛（每株1瓶）选出50株复筛（每株4瓶）选出5株第一轮第二轮五个出发菌株初筛（每株1瓶）选出50株复筛（每株4瓶）选出5株40株40株40株40株40株诱变剂处理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型野生型[A+B+]营养缺陷型型[A+B-]原养型[A+B+]Cncnc-micro突变春日霉素产生菌的孢子悬液·高产突变株的筛选琼脂块培养法筛选春日霉素高产菌种含供试菌种（拮抗对象）的琼脂平板抗性突变体的筛选方法青霉素浓缩法梯度培养皿法Cncnc-micro青霉素浓缩法培养基(含青霉素)接入敏感菌液（含抗性突变株）涂布抗青霉素菌落培养梯度培养皿法强抗性中抗性弱抗性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渐检出法影印接种法鉴定缺陷型Cncnc-micro菌丝过滤法夹层培养法及结果小菌落是第二次长起来的（营养缺陷型）逐个检出法涂布培养基本培养基上不长菌落完全培养基上长出菌落含诱变剂的液体培养基菌种营养缺陷型影印接种法完全培养基影印接种基本培养基营养缺陷型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基本培养基接入微生物孢子（含营养突变株）涂布均匀后培养长出菌丝体（野生型）菌丝过滤得营养突变株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）Cncnc-microCncnc-micro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，细胞部分遗传性状发生变化的现象叫转化。Cncnc-micro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，单链没有，Cncnc-micro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)Cncnc-micro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Ｅ引起Cncnc-micro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。Cncnc-micro转化过程转化过程转化中基因交换过程示意图5∕3∕abc5∕3∕3∕5∕ABCDE5∕3∕3∕5∕abcABCDE5∕3∕3∕5∕ABCDEc5∕3∕3∕5∕cABCDE5∕3∕3∕5∕cABCDE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。Cncnc-micro转导的种类完全普遍转导流产普遍转导局限转导溶源转变低频转导高频转导遗传物质通过噬菌体的携带而转移的基因重组转导的发现转导(transduction)Cncnc-micro转导的特点供体A-B+完全普遍性转导(compietetransduction)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-多数受体形成溶源菌A-B+色氨酸缺陷型A+B-组氨酸缺陷型galbiogalbio宿主