第六章微生物的遗传和变异

第六章微生物的遗传和变异微生物的遗传(Heredity)–保守性–相对性微生物的变异(geneticvariation)–绝对性–人工育种第一节微生物的遗传一、遗传与变异的物质基础－DNA–DNA：Deoxyribonucleicacid–Griffith经典的转化实验–大肠肝菌T2噬菌体感染大肠杆菌的实验二、DNA的结构与复制–（一）DNA结构»双螺旋结构»T胸腺嘧啶A腺嘌呤G鸟嘌呤C胞嘧啶»1.DNA的存在形式原核微生物真核微生物»2.基因－遗传因子结构基因操纵子调节基因»3.遗传信息的传递－中心法则–（二）DNA的复制三、DNA的变性与复性–（一）DNA的变性»温度»pH»化学药品–（二）DNA的复性四、RNAU尿嘧啶A腺嘌呤G鸟嘌呤C胞嘧啶–tRNA转移RNA–rRNA核糖体–mRNA信使RNA–转义RNA五、微生物生长与蛋白质合成–DNA的复制–转录mRNA–翻译–蛋白质的合成其中RNA的合成速率是控制生长速率的关键因素。第二节微生物的变异一、变异的实质–基因突变(geneticmutations)二、突变的类型–（一）自发突变»多因素低剂量的诱变效应»互变异构效应–（二）诱发突变»物理诱变紫外辐射诱变DNA损伤的修复–光复活和暗复活–切除修复–重组修复–SOS修复–适应性修复紫外辐射的诱变剂量和照射方法»化学诱变与碱基反应碱基类似物移码突变»复合处理及其协同效应»定向培育和驯化三、诱变及致癌作用的检测：Ames测验–突变细菌的实际应用是鉴别环境中潜在的有害化合物。因为从大量的群体中选择突变型的方法灵敏性很高，所以利用细菌来筛选可能具有诱变作用的化学物质。已发现多数诱变剂可以人和动物的癌症，故同时可作为致癌物的检测–最初建立细菌检测致癌物的方法是位于美国伯克利的加州大学的一组科学家，指导者是BruceAmes，故也称为Amestest。–检测化学诱变作用的标准是确定可疑诱变物是否能提高营养缺陷型菌株的回复突变率。Ames测验中的主要工具是沙门氏菌组氨酸缺陷型和大肠杆菌色氨酸缺陷型。–为使Ames测验更加准确高效，在此系统中又加入两个因素：其一是所用测试细菌只能利用倾向差错途径修复DNA损伤；其二利用肝酶制备物将化学物质转变成有活性的诱变（致癌）形式–进行Ames测验，首先从鼠肝中获得酶，用以激活待测化合物，然后将激活后的化合物吸入滤纸片，将纸片放于已涂好细菌的平皿中央。过夜培养后，观察滤纸片周围复突变的菌落圈，来决定化合物的致突变性。第三节基因重组一、杂交双亲细胞的融合二、转化(Transformation)受体细胞直接吸收DNA片段三、接合–两个细胞的接触四、转导(Transduction)温和噬菌体第四节基因工程的应用一、基因工程简介–1973年，美国斯坦福大学教授的科恩，从大肠杆菌里取出了两种不同的质粒，它们各自具有一个抗药的基因。科恩把两种质粒上不同的抗药基因裁剪下来，再把这两种基因拼接在同一个质粒中。当这种杂合质粒进入大肠杆菌体后，这些大肠杆菌就能抵抗两种药物，而且这种大肠杆菌的后代都具备双重抗菌性，拉开了基因工程时代的大幕。科恩本人也以DNA重组技术发明人的身份向美国专利局申报了世界上第一个基因工程的技术专利。–基因工程（geneticengineering）是指在基因水平上，采用与工程设计十分类似的方法，根据人们的意愿，主要是在体外进行基因切割、拼接和重新组合，再转入生物体内，产生出人们所期望的产物，或创造出具有新的遗传特征的生物类型，并能使之稳定地遗传给后代。基因工程的核心技术是DNA的重组技术，重组即利用供体生物的遗传物质或人工合成的基因，经过体外或离体的限制酶切割后与适当的载体连接起来形成重组DNA分子，然后在将重组DNA分子导入到受体细胞或受体生物构建转基因生物，该种生物就可以按人类事先设计好的蓝图表现出另外一种生物的某种性状。除DNA重组技术外，基因工程还应包括基因的表达技术，基因的突变技术，基因的导入技术等。基因工程一般分为4个步骤：一是取得符合人们要求的DNA片段，这种DNA片段被称为目的基因；二是将目的基因与质粒或病毒DNA连接成重组DNA；三是把重组DNA引人某种细胞；四是把目的基因能表达的受体细胞挑选出来。二、基因工程技术的应用–微生物发酵–病毒疫苗–哺乳动物蛋白–转基因动植物–环境生物技术–基因调控和基因治疗三、PCR技术polymerasechainreactionDNA多聚酶链式反应克隆“Clone”源于希腊文“Klone”，原意是用“嫩枝”或“插条”繁殖。现在指生物体通过细胞进行的无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群，简称为“无性繁殖”。克隆技术（Cloning）则指由众多的基因或细胞群体中通过无性繁殖和选择获得目的基因或细胞的技术操作。是人类在生物科学领域取得的一项重大技术突破，反映了细胞核分化技术、细胞培养和控制技术的进步。克隆可根据其研究或操作的对象分为基因克隆、细胞克隆和个体克隆三大类。基因克隆是指在分子(DNA)水平上开展研究工作以获得大量的相同基因及其表达产物；细胞克隆则是在细胞水平上开展研究工作以获得大量相同的细胞；个体克隆则是经过一系列的操作产生一个或多个与亲代完全相同的个体，如克隆羊等。细胞工程是指在细胞水平上的遗传操作，即通过细胞融合、核质移植、染色体或基因移植以及组织和细胞培养等方法，快速繁殖和培养出人们所需要的新物种的技术。细胞工程的优势在于避免了分离、提纯、剪切、拼接等基因操作，只需将细胞遗传物质直接转移到受体细胞中就能够形成杂交细胞，因而能够提高基因的转移效率。酶工程就是利用酶催化作用，通过适当的反应器工业化地生产人类所需的产品或是达到某一特殊的目的，它是酶学理论与化工技术相结合而形成的一项高新技术。酶工程中开发生产的酶主要有六大类，即氧化还原酶类、转移酶类、水解酶类、裂解酶类、连接酶类和异构酶类。蛋白质工程是指通过蛋白质化学、蛋白质晶体学和动力学的研究，获取有关蛋白质物理和化学等各方面的信息，在此基础上利用生物技术手段对蛋白质的DNA编码序列进行有目的的改造并分离、纯化蛋白质，从而获取自然界没有的、具有优良性质或适用于工业生产条件的全新蛋白质的过程。发酵工程是生物技术实现工业化的基础，包括整个生物工艺过程。传统的发酵技术与现代生物工程中的基因工程、细胞工程、蛋白质工程和酶工程等相结合，进入到了具有高科技含量的微生物工程的阶段。微生物工程包括菌种选育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。现代微生物工程利用的发酵对象包括传统的微生物细胞，和动物和植物的细胞，以生产出对人类有用的各种生物产品。