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1、微生物遗传学的发展简史 微生物作为遗传学研究材料的优越性 微生物遗传学在遗传育种中的应用微生物遗传学与现代生物技术微生物遗传学的发展简史微生物学的发展 微生物遗传学的创立 微生物遗传学的发展分子遗传学的发展 微生物学的发展微生物学的发展 19世纪L.Pastear研究炭疽杆菌（Bacillas arthrasis）时发 现：高温条件下，其毒性大减而抗原性不变，发明接种减 毒菌苗预防炭疽病。R.Koch建立了研究微生物一系列方法（分离纯种），分 离得到病原菌，确立了种的概念。1907年，抗药性变异的发现。但人们普遍认为抗药性是 药物引起而不是基因突变的结果 1928年，转化现象的发现 酵母菌、草

2、履虫、链孢霉的遗传学研究微生物遗传学的创立以微生物为对象，研究遗传和变异规律的 主要障碍是什么？无直观的、区分个体的标记无直观的、区分个体的标记促使微生物遗传学成为独立学科的研究促使微生物遗传学成为独立学科的研究链孢霉中营养缺陷型的发现 细菌抗性突变的研究 细菌基因重组的发现转化因子的化学本质的鉴定噬菌体遗传学研究的开展 此项工作的意义：此项工作的意义：营养缺陷型的获得 G.W.BeadleG.W.Beadle和和E.L.TatumE.L.Tatum用用X X射线处理链孢霉的分生射线处理链孢霉的分生孢子，得到链孢霉的营养缺陷型。孢子，得到链孢霉的营养缺陷型。1.开辟了生化遗传学研究的广阔天地，

3、它一方面为研究基因作用机制确立了基础，另一方面为阐明代谢途径提供了有效的方法。5.营养缺陷型的发现，使细菌的基因重组得以发现。2.在基因作用机制的研究中提出了“一基因一酶”的假设，这是 分子遗传学的前奏。3.利用营养缺陷型探索代谢途径这一思路在微生物遗传学中 得到广泛应用，包括基因重组、发育、分化、形态建成等 方面的研究。4.营养缺陷型也是研究基因结构，基因突变的良好材料，同时 也应用到人类遗传学、植物、动物等各种研究中。遗传学的遗传学的 研究普及到任何一种生物研究普及到任何一种生物细菌抗性突变的研究细菌抗性突变的研究（1）使人们认识到所有生物都有基本相同的遗传变异规律。（2）严密的实验方法被

4、开始应用到微生物遗传学领域。抗药性突变的实质：药物或突变？1943年，医生S.E.Luria和物理学家M.Delbriick用严密的实验证实:抗性是抗性是基因突变基因突变的结果的结果。三个经典实验三个经典实验：波动实验、影印实验、涂布实验此研究的意义：此研究的意义：细菌基因重组的发现细菌基因重组的发现（1）人们更为明确地认识到微生物和高等动、植物在遗传规律上的一致性。（2）用基本相同的方法，发现了霉菌、放线菌的基因重组，使遗传学研究遍及任何一种微生物。（3）导致了转导的发现。大肠杆菌的基因重组的研究大肠杆菌的基因重组的研究19461947,J.Lederberg 和E.L.Tatum研究大肠杆

5、菌的有性生殖，发现了基因重组。意义意义转化因子的化学本质的鉴定转化因子的化学本质的鉴定1944年，O.T.Avery等证实转化因子化学本质是DNA1928年，F.Griffith发现转化现象转化因子的证实 噬菌体遗传学研究的开展噬菌体遗传学研究的开展温和型噬菌体成为微生物遗传学、分子遗传学、遗传工程的有效手段转导现象的发现微生物遗传学的发展微生物遗传学的发展基因调控、操纵子的理论染色体基因图的制作突变机制的的研究可跳跃的遗传组分基因功能的研究1961年，Jacob、Monod提出了有关乳糖代谢操纵子（operon）基因调控与噬菌体cI基因调控的模式理论，负调控由阻遏蛋白（repressor）担

6、任。一连串基因调控机制被发现：包括转录衰减（transcriptional attenuation）、翻译控制（translational control）及合成替代的s蛋白（synthesis of alternate s proteins）等。1966年，Gilbert、Muller-Hill与Ptashne成功地分离了乳糖代谢操纵子的阻遏蛋白。Engelsberg发现的激活蛋白（activator）担任操纵子的正调控。基因调控基因调控的理论的理论1950年代早期，Demerec等人对依赖链霉素的大肠杆菌突变株深入研究，找出不同化合物致突变的机制。1970年代中期，Witkin及 Radm

7、an分别找到了大肠杆菌的 SOS系统，此系统对突变的诱导极重要。1970年代，Ames及其同事从沙门氏菌（Salmonella typhimurium）his操纵子的研究发展出一套测试菌株，可以检验绝大多数突变剂的致突变性，明确建立了突变剂与癌症的关系，也大大促进了突变剂与突变生成的研究 Benzer、Freese及其他噬菌体T4研究者通过噬菌体研究突变 机制突变机制突变机制跳跃因子作为各种载体的开发跳跃因子作为各种载体的开发 1970年代中至晚期，Kleckner、Botstein、Cohen及 Berg研究如何利用带有抗生素抗性基因的跳跃因子，而Toussaint及 Casadaban开发

8、转座噬菌体Mu作为各种载体。这些均成为目前微生物遗传研究者不可或缺的工具。跳跃基因的研究因为基因操作技术的成熟得以快速发展跳跃基因的研究因为基因操作技术的成熟得以快速发展 Starlinger、Saedler 及Shapiro于1960年代中至晚期追 随麦克林托克（Barbara McClintock）研究玉米跳跃因子的 脚步而在细菌系统钻研跳跃基因。跳跃的遗传组分跳跃的遗传组分诱变，筛选突变体，解析基因功能 1972年，Shimada、Weisberg及 Gottesman发展出检测噬菌体 插入染色体不同位置的技术，因而有更多的基因被克隆成功。Beckwith与Sanger研究不同基因与操纵

9、子间的融合，比如，trp-lac操纵子间的融合、lacZ基因及其他许多报告基因（reporter gene）与各种不同的基因产生融合以研究各类基因调控。基因功能的研究基因功能的研究 从1960年代初开始，大肠杆菌的染色体基因图就由Hfr接合（Hfr crosses）与噬菌体P1共转导（P1 cotransduction）的实验数据中逐步累积形成1996年，第九版的大肠杆菌的染色体基因图基因数是1958个1963年染色体基因图上有约100个基因，1987年，Kohara完成了全部的限制性酶切图及以噬菌体P1为载体所制备的基因库。1997年，大肠杆菌全部基因体序列完成定序，共有4,639,221个

10、核甘酸对，推定其中有4288个基因。1990年基因数增至约1400个染色体基因图的制作染色体基因图的制作1943 Genes are made of DNA Avery et al（Rockefeller U.）1953 Discovery of DNA structure Watson and Crick（Cambridge）1975 Invention of DNA sequencing-Maxam and Gilbert,Sanger1977 PhiX174（5.3 kb）-Sanger 1983 Phage lambda（48 kb）-Sanger1987 Automated DNA

11、sequencing Hood et al.and ABI Model 373 1992 Smallpox virus（186 kb）Venter（TIGR）1995 Haemophilus influenzae（1.83 Mb）Venter（TIGR）1996 Yeast（12 Mb）International team lead by Andre Goffeau1997 E.coli（4.7 Mb）F.Blattner（Wisconsin）1998 C.Elegans-worm（97 Mb）Sulston（Sanger Inst.）and Waterston（Wash U.St.Louis

12、）1999 Drosophila melanogaster-fly（160 Mb）Venter（Celera）2000 Human（3000 Mb）Venter（Celera）and Human genome public project2002 Mouse（3000 Mb）Venter（Celera）and Mouse Genome Sequencing Consortium2003 Sargasso Sea 1800 species Venter（IBEA）Milestones in genome sequencing自体催化DNA和染色体复制分子遗传学的发展分子遗传学的发展分子遗传学其着

13、眼点和研究方法有别于经典遗传学基因的两个基本属性：异体催化蛋白质合成，基因与酶的关系半保留复制基因 mRNA蛋白质（中心法则）经典遗传学经典遗传学微生物遗传学分子遗传学分子生物学基因工程物理化学生物化学生物学和物理学、化学的关系？生物学和物理学、化学的关系？20世纪初，量子理论统一了物理和化学20世纪50年代，生物学开始收益于物理化学思想的输入薛定谔：“生命是什么从物理学角度看活细胞”生物学这门学科的特点？生物学这门学科的特点？Delbruck：分子生物学之父微生物作为遗传学研究材料的优越性 所有生命现象都遵循基本法则物理和化学定律基本粒子的物理和化学行为最终确定任何复杂生物系统行为的参数：细

14、菌、植物、青蛙、人“还原论”解释生命简化和抽象现实、限制变量、控制试验条件复杂、多细胞的有机体简单、单细胞的有机体纯化的细胞组分实验系统：实验系统：19001910，在微生物以外的各种生物中证实了孟德尔定律的普遍性 19101930，与细胞学结合，阐明遗传物质的传 递规律，染色体变异和进化的关系 1940开始，阐明基因突变机制和基因作用机制，微生物方面的研究占有重要位置微生物的特性单细胞体制或多细胞少分化体制营养体多为单倍体多数能有一定培养基上生长繁殖在固体培养基上，能由一个细胞通过性繁殖形成菌落繁殖迅速代谢旺盛，在液体培养基中能在短时间内积累大量代谢产物。环境因子能对分散的细胞起均匀而直接的

15、作用。有性世代在较短时间内完成。微生物有最简单的类型病毒。易获得营养缺陷型便于作为基因作用、基因突变的研究材料便于作为研究杂交、转导、转化等现象的材料便于作为基因精细结构的研究材料能被用作研究复杂体制的生物的简单模型。可作为基因克隆和表达的系统微生物作为遗传材料的优点果蝇复眼原基移植实验实验原基的基因型受体的基因型额外复眼的颜色1+/+,v/v,cn/cn +/+暗红色2 +/+/+,v/v,cn/cn暗红色3 v/v cn/cn暗红色4 cn/cn v/v辰砂色原基幼虫中一能发育成成虫的翅、触角、复眼的组织块 v-杏红色 cn-辰砂色 +-暗红色?v+物质cn+物质野生型物质色氨酸v+cn+狗尿氨酸羟基狗尿氨酸暗红色素MutantStrainMinimal Minimal&ArginineMinimal&citrullineMinimal&ornithinearg 1ar