微生物遗传变异.ppt

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第八章微生物的遗传和变异,微生物的独特生物学特性,个体的体制极其简单营养体一般都是单倍体繁殖速度快易于积累不同的中间代谢产物或终产物菌落形态特征的可见性和多样性环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和均一性易于形成营养缺陷型各种微生物一般都有相应的病毒存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式.,研究微生物遗传的意义,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,三个经典实验,转化实验（transformation）噬菌体感染实验植物病毒的重建实验,第一节遗传变异研究概述,第二节微生物的遗传物质,细胞水平细胞核水平染色体水平核酸水平基因水平密码子水平核苷酸水平,基因组测序技术,双脱氧末端终止法测序,核外遗传物质,原核微生物,真核微生物,细胞质,2m质粒,R因子,COL质粒,巨大质粒,Ti质粒,降解性质粒,线粒体,叶绿体等,F因子,把在染色体组中或染色体组间能改变自身位置的一段DNA顺序称作转座因子（transposibleelement），也称作跳跃基因（jumpinggene）或可移动基因（moveablegene）。

转座因子主要有三类，即插入序列（IS，insertionsequence）、转座子（Tn，transposon，又称转位子，易位子）和Mu噬菌体（即mutatorphage，诱变噬菌体）,第三节细菌的基因转移和重组,接合（conjugation）,接合通过供体菌和受体菌完整细胞间的直接接触而传递大段DNA的过程称为接合接合子：

获得新性状的受体细胞称为接合子接合及其发现研究细菌接合方法的基本原理通过U形管证实：

接合需要细胞的直接接触能进行接合的微生物种类细菌：

以G-的肠道菌为常见放线菌：

链霉菌属、诺卡氏菌属及天蓝色链霉菌,大肠杆菌的接合,F因子（fertilityfactor）是一种独立于染色体的小型环状DNA具有自主的与染色体进行同步复制和转移到其它细胞中去的能力凡有F因子的菌株称为雄性菌株，其细胞表面产生14条中空而细长的丝状物,称为性菌毛根据F因子的有无，将E.coli分为四种F+菌株、F-菌株、Hfr菌株和F菌株,大肠杆菌的接合,F因子与接合菌株F+菌株雄性菌株，细胞内存在游离F因子，细胞表面有与F因子数相当的性菌毛具有与雌性菌株相结合且使其获得F因子F-菌株雌性菌株，胞内无F因子和胞表面无性菌毛，但可获得F因子F+菌株和F-菌株结合过程还可接受来自Hfr菌株的一部分或全部染色体信息,大肠杆菌的接合,F因子与接合菌株Hfr菌株雄性高频重组菌株，胞内存在与染色体整合的F因子与雌性菌株接合可产生高频重组子而得名Hfr菌株和F-菌株结合过程F菌株由不正常切割而形成特殊F因子，即携带有小段染色体基因F因子传导：

利用F菌株与F接合可将供体染色体DNA传入F菌株,转化（transformation）,转化受体菌直接吸收了来自供体菌的DNA片段，通过交换，把它组合到自己的基因组中，从而获得了供体菌的部分遗传性状的现象受体菌（recipient/receptor）:

转化基因的接受者供体菌（donor）:

转化基因的提供者转化子（transformant）转化成功的菌株成为转化子转化因子来自供体菌的具有转化活性的外源DNA片段,转化（transformation）,转化发生的条件转化因子同源性分子质量大小适宜受体菌需处于感受态感受态出现的因素菌龄感受态因子出现培养条件,转化（transformation）,转化发生的过程感受态细胞的建立吸附切割入胞重组复制转化子形成,DNA的结合与摄取,转化子与染色体重组,转导（transduction）,转导以缺陷噬菌体为媒介，把供体细胞的DNA小片段携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得前者部分遗传形状的现象称为转导转导子（transductant）：

获得新遗传性状的受体细胞转导噬菌体：

携带供体部分遗传物质的噬菌体转导种类普遍性转导局限性转导,普遍性转导（generalizedtransduction）,定义指供体菌中任何部位的基因都能被某一噬菌体携带并传递给受体菌的转导普遍性转导的类型完全普遍性转导流产普遍性转导,普遍性转导（generalizedtransduction）,完全普遍传导（completetransduction）进入受体菌的供体菌的DNA片段（误包）与受体菌染色体同源区段配对，通过双交换整合在染色体上，随受体菌的分裂，每个子细胞都含有这个片段特点以其野生型菌株作为供体菌营养缺陷型菌株作为受体菌噬菌体作为转导媒介，对供体菌是烈性噬菌体，对受体菌是温和噬菌体,普遍性转导（generalizedtransduction）,流产普遍传导（abortivetransduction）进入受菌体的供体菌DNA片段不与受菌体染色体整合，也不能复制，仅能转录而得到表达特点细胞进行分裂时,只能将这段DNA分配给一个子细胞，另一子细胞只获得供体基因的产物-酶能在选择性培养基平板上形成微小菌落供体菌DNA片段不与受体菌染色体整合不可自我复制,局限性转导（specializedtransduction）,定义通过某些部分缺陷的温和噬菌体（脱落宿主染色体时错误切割），将供体菌的少数特定基因携带到受体菌的转导当它感染宿主细胞并整合在宿主的核基因组上时，可使宿主细胞成为一个局限转导子（即获得了供体菌的gal或bio基因），而不是一个溶源菌，因而对噬菌体不具有免疫性。

局限性转导（specializedtransduction）,特点仅转导供体菌少量特定基因该特定基因由部分缺陷温和噬菌体携带缺陷温和噬菌体是由于误切所致，或由于双重溶源菌的裂解而形成局限转导噬菌体的产生要通过UV等因素对溶源菌的诱导并引起裂解后才产生,局限性转导（specializedtransduction）,根据转导频率的高低可分为低频转导（lowfrequancytransduction,LFT）通过溶原菌释放的噬菌体所进行的转导，只能形成极少数的转导子高频转导（highfrequancytransduction,HFT）通过双重溶原菌（正常噬菌体或者辅助噬菌体+缺陷噬菌体）释放的噬菌体所进行的转导，形成的转导子的频率很高,普遍性转导和局限性转导的比较,真核微生物的基因重组,有性生殖准性生殖,有性生殖,定义一般指性细胞之间的结合和随之发生的染色体重组，并产生新遗传型后代的一种育种技术产生于两个单倍体核之间通过质配、核配、减数分裂酿酒酵母的基因重组酿酒酵母的生活史,准性生殖（parasexualeproduction）,定义同种生物的两个不同的体细胞发生融合，不经减数分裂的方式而导致低频率的基因重组并产生重组子的杂交方式基本过程菌丝连接形成异核体核融合体细胞交换,第三节微生物的突变,概念基因突变体的主要类型基因突变的特点基因突变的机制,一、概念,突变（mutation）指生物体内遗传物质发生数量或结构变化的现象变异由突变导致遗传性状改变叫变异突变率指每个细胞在每一世代中发生突变的概率常用的基因突变符号his+，his-,一、概念,突变的类型基因突变（genemutation）：

是由于DNA链上的一对或少数几对碱基发生改变而引起的染色体畸变（chromosomalaberration）：

是DNA的大段变化（损伤）现象表型（phenotype）是指可以观察或检测到的个体性状或特征，是特定的基因型在一定环境条件下的表现,一、概念,基因型（genotype）指储存在遗传物质中的信息，即DNA碱基序列野生型未发生突变的从自然界分离到菌株突变体野生株经突变后带有新的遗传性状的菌株（增加或缺失）,自发突变与诱发突变,自发突变在自然条件下自发进行的突变（10-910-6）,诱发突变是通过物理、化学或生物的因素而引起的加速突变,随机性,各种性状的突变可以在没有任何人为的诱变因素处理的情况下，可以发生在生物的任何个体的发育时期及任何基因上特点自发性、随机性和不对应性.三个经典实验变量试验涂布试验平板影印培养试验,自发突变的原因,自发突变引起自发突变的原因由背景辐射和环境因素引起由微生物自身有害代谢产物引起由DNA复制过程中碱基配对错误引起,低剂量诱变因素的长期综合诱变效应,诱发突变的原因,诱发突变诱变剂：

凡具有诱变效应的任何因素诱变剂的种类物理因素：

UV、激光、离子束、X射线、射线、快中子化学因素：

亚硝酸、烷化剂、碱基类似物、吖啶类化合物,二、突变体的主要类型,形态突变型生化突变型条件致死突变型致死突变型,二、突变体的主要类型,形态突变型指突变引起细胞形态变化或引起菌落形态改变形态变化：

细菌的鞭毛、芽孢或荚膜的有无菌落形态：

外形的光滑、粗糙和颜色的变异生化突变型指一类发生代谢途径变异但没有明显形态变化的突变型常见有：

营养缺陷型、抗性突变型发酵突变型、毒力突变型,生化突变型,营养缺陷型由基因突变而引起代谢过程中某种酶合成能力丧失的突变型，必须在原有培养基中添加细胞不能合成的营养成分才能正常生长类型：

氨基酸、维生素和嘌呤嘧啶缺陷型抗性突变型是一类能抵抗有害理化因素的突变型类型：

抗药性、抗紫外线和抗噬菌体等.,生化突变型,发酵突变型指从不能利用到能够利用某种营养物质的突变型毒力突变型指突变后致病能力增强或减弱的突变型.产量突变型指产生某种代谢产物的能力增强或减弱的突变型,二、突变体的主要类型,条件致死突变型指在某种条件下具有致死效应，而在另一条件没有致死效应的突变型如温度敏感突变株致死突变型由于基因突变造成菌体死亡或生活能力下降双倍体生物能够以杂合子的形式存活下来，一旦形成纯合子，则发生死亡,第六节微生物遗传变异的应用,诱变育种原生质体融合育种基因工程,诱变育种,自发突变与育种诱变育种营养缺陷型的筛选,自发突变与育种,生产中选育菌种自发突变与丰富实际经验和细致观察及抓住良机，选育优良的生产菌株定向选育p235选用某一特定因素，长期处理某一微生物的培养物，同时不断地连续传代，以达到累积相应自发突变株被动的育种方法，费时费力，而且结果难以预测，育种过程缓慢,诱变育种,诱变育种是通过人工的方法处理微生物使之发生突变，并运用合理的筛选程序和方法，把适合人类需要的优良菌种筛选出来的过程实践意义提高生产性能与改善产品质量扩大品种与简化生产工艺方法简便易行、条件和设备要求简单,诱变育种的一般方法,出发菌株的诱变处理出发菌株的挑选、敏感期和合适对象的选择、诱变剂的选择、诱变剂量的选择突变体的筛选初筛、复筛,出发菌株的诱变处理,出发菌的选择原则具有优良性状的菌株对诱变剂敏感的菌株以单倍体纯种为出发菌诱变剂的选择原则在同样效果下选用最方便的在同样方便的情况下选择最高效的因素充分利用复合处理的协同作用,出发菌株的诱变处理,选用最适的诱变剂量剂量：

一般指强度与作用时间的乘积表示方法：

常采用杀菌率来作各种诱变剂的相对剂量诱变剂的剂量对产量变异的影响正变较多地出现在偏低的剂量中而负变则较多地出现于偏高的剂量中经多次诱变而提高产量的菌株中，更容易出现负变,突变体的筛选,初筛目的：

删去明确不符合要求的大部分菌株，把生产性状类似的菌株尽量保留下来方法：

一般通过平板稀释法获得单个菌落，然后对菌落进行相关性状的初步筛选复筛目的：

对初筛出的菌株的有关性状作精确的定量测定，然后经过小试、中试，才能用于生产方法：

一般是将微生物摇瓶培养，然后再对培养液进行分析测定,营养缺陷型的筛选,营养缺陷型是指通过诱变产生的，在某些营养物质的合成能力上出现缺陷，必须在培养基中加入相应的有机营养成分才能生长的变异菌株营养缺陷型突变株的应用科学研究生物测定生产菌株,与营养缺陷型突变有关的三类遗传型个体,野生型从自然界分离到的任何微生物在其发生营养缺陷突变前的原始菌株营养缺陷型经诱变产生的一些合成能力出