微生物的遗传、变异和菌种的选育、保藏(二).ppt

1、 基因重组基因重组 凡把两个不同性状个体内的遗传基因转凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起，经过遗传分子间的重新组合，移到一起，经过遗传分子间的重新组合，形成新遗传型个体的方式，称为基因重组形成新遗传型个体的方式，称为基因重组或遗传重组。或遗传重组。作用：重组可使生物体在未发生突变的作用：重组可使生物体在未发生突变的情况下，也能产生新遗传型的个体。情况下，也能产生新遗传型的个体。在基因重组时，不发生任何碱基对机构在基因重组时，不发生任何碱基对机构上的变化上的变化。一、杂交一、杂交 重组是分子水平上的一个概念，可以理重组是分子水平上的一个概念，可以理解成是遗传物质分子水平上的杂交。解成是遗

2、传物质分子水平上的杂交。一般所说的杂交则是细胞水平上的一个一般所说的杂交则是细胞水平上的一个概念。概念。杂交中必然包含着重组，而重组则不限杂交中必然包含着重组，而重组则不限于杂交这一形式。于杂交这一形式。二、转化二、转化 受体菌自然或在人工技术作用下直接摄受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来自供体菌的游离取来自供体菌的游离DNADNA片段，并把它整合片段，并把它整合到自己的基因组中，而获得部分新的遗传到自己的基因组中，而获得部分新的遗传性状的基因转移过程，称为转化。性状的基因转移过程，称为转化。转化发生的条件：转化发生的条件：受体细胞要处于感受态；供体受体细胞要处于感受态；供体DNADNA片

3、段大片段大小适宜，分子量一般为小适宜，分子量一般为1 110107 7 D D 左右；菌左右；菌株间的亲缘关系密切。株间的亲缘关系密切。转化的类型：自然遗传转化和人工转化。转化的类型：自然遗传转化和人工转化。感受态：受体细胞能从环境吸取外源感受态：受体细胞能从环境吸取外源DNADNA片段并实现其转化的一种生理状态。片段并实现其转化的一种生理状态。只只在细菌生长的某一时期出现；不同菌种的在细菌生长的某一时期出现；不同菌种的感受态出现在不同生长时期。感受态出现在不同生长时期。转化因子：本质是供体转化因子：本质是供体DNADNA片段。片段。一般的转化因子都是线状双链一般的转化因子都是线状双链DNAD

4、NA；也也有少数报道认为线状单链有少数报道认为线状单链DNADNA也有转化作用。也有转化作用。转化的过程转化的过程 以肺炎链球菌抗链霉素菌株为例，大致以肺炎链球菌抗链霉素菌株为例，大致可分为六阶段：可分为六阶段：吸附：双链吸附：双链DNADNA片段与细胞表面的特定片段与细胞表面的特定位点（主要在新形成细胞壁的赤道区）结位点（主要在新形成细胞壁的赤道区）结合，此时，细胞膜上的胆碱可促进这一过合，此时，细胞膜上的胆碱可促进这一过程。在吸附过程的前阶段，如外界加入程。在吸附过程的前阶段，如外界加入DNADNA酶，就会减少转化子的产生。稍后，酶，就会减少转化子的产生。稍后，DNADNA酶酶即无影响，说

5、明此时该转化因子已进入细即无影响，说明此时该转化因子已进入细胞；胞；切割：在吸附位点上的切割：在吸附位点上的DNADNA被核酸内切被核酸内切酶分解，形成平均分子量为酶分解，形成平均分子量为4 45 5 10106 6的的DNADNA片段；片段；入胞：入胞：DNADNA双链中的一条单链被膜上的双链中的一条单链被膜上的另一种核酸酶切除，另一条单链逐步进入另一种核酸酶切除，另一条单链逐步进入细胞，这是一个耗能的过程。分子量小于细胞，这是一个耗能的过程。分子量小于5105105 5的的DNADNA片段不能进入细胞。这时如用片段不能进入细胞。这时如用低浓度溶菌酶处理，因它提高了细胞壁的低浓度溶菌酶处理，

6、因它提高了细胞壁的通透性，故可提高转化频率；通透性，故可提高转化频率；重组：来自供体菌的单链重组：来自供体菌的单链DNADNA片段在片段在细胞内与受体细胞核染色体组上的同源细胞内与受体细胞核染色体组上的同源区配对，接着受体染色体组上的相应单区配对，接着受体染色体组上的相应单链片段被切除，并被外来的单链链片段被切除，并被外来的单链DNADNA交换、交换、整合和取代，于是形成了一个杂合整合和取代，于是形成了一个杂合DNADNA区区段（段（heterozygous regionheterozygous region）。）。在这一过在这一过程中，有核酸酶、程中，有核酸酶、DNADNA聚合酶和聚合酶和D

7、NADNA连接连接酶的参与；酶的参与；复制：受体菌的染色体组进行复制，复制：受体菌的染色体组进行复制，杂合区段分离成两个，其中之一获得了杂合区段分离成两个，其中之一获得了供体菌的转化基因，另一个未获供体基供体菌的转化基因，另一个未获供体基因；因；转化子形成：当细胞发生分裂后，一转化子形成：当细胞发生分裂后，一个子细胞含供体基因，这就是转化子；个子细胞含供体基因，这就是转化子；另一个细胞与原始受体菌一样。另一个细胞与原始受体菌一样。转转化化的的过过程程 三、转导三、转导 以温和噬菌体为媒介，将供体细胞的以温和噬菌体为媒介，将供体细胞的DNADNA片段携带到受体细胞中，通过交换与整合，片段携带到受

8、体细胞中，通过交换与整合，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导。获得新遗传性状的受体细胞，称为转导。获得新遗传性状的受体细胞，称转导子。称转导子。转导的种类：转导的种类：完全普遍转导完全普遍转导 普遍转导普遍转导 流产普遍转导流产普遍转导 转导转导 低频转导低频转导 局限转导局限转导 高频转导高频转导 1 1、普遍性转导、普遍性转导 通通过过完完全全缺缺陷陷噬噬菌菌体体对对供供体体菌菌任任何何DNADNA小小片片段段的的“误误包包”而而实实现现其其遗遗传传性性状状传传递递至至受受体菌的转导现象，称为普遍性转导。体菌的转导现象，称为普遍性转导。1

9、1）完全）完全(普遍性普遍性)转导转导 P22P22在供体菌内增殖时，宿主的核染色体在供体菌内增殖时，宿主的核染色体组断裂，待噬菌体成熟与包装之际，极少组断裂，待噬菌体成熟与包装之际，极少数（数（10 10 6 6 10 10 8 8）噬菌体的衣壳将与）噬菌体的衣壳将与噬菌体头部核心大小相似的一段供体噬菌体头部核心大小相似的一段供体DNADNA片段误包入其中，形成了一个完全不含噬片段误包入其中，形成了一个完全不含噬菌体自身菌体自身DNADNA的缺陷噬菌体。的缺陷噬菌体。供体菌裂解时，如把少量裂解物与大供体菌裂解时，如把少量裂解物与大量受体菌群体相混，使其量受体菌群体相混，使其感染复数感染复数1

10、1，这，这种完全缺陷噬菌体就会将这一外源种完全缺陷噬菌体就会将这一外源DNADNA片片段导入受体细胞内。段导入受体细胞内。在这种情况下，由于一个受体细胞只在这种情况下，由于一个受体细胞只感染了一个完全缺陷噬菌体，故受体细胞感染了一个完全缺陷噬菌体，故受体细胞不会发生往常的溶原化，也不显示其免疫不会发生往常的溶原化，也不显示其免疫性，更不会裂解和产生正常的噬菌体；而性，更不会裂解和产生正常的噬菌体；而由于导入的外源由于导入的外源DNADNA片段可与受体细胞核片段可与受体细胞核染色体组上的同源区段配对，在通过双交染色体组上的同源区段配对，在通过双交换而整合到受体菌染色体组中，所以使后换而整合到受体

11、菌染色体组中，所以使后者成为一个遗传性状稳定的转导子。者成为一个遗传性状稳定的转导子。完全普遍转导完全普遍转导 2 2）流产普遍性转导）流产普遍性转导 受体菌经转导获得的供体受体菌经转导获得的供体DNADNA片段在受体片段在受体菌中不发生配对、交换和整合，也不迅速菌中不发生配对、交换和整合，也不迅速消失，而只是进行转录和转译（性状表达）消失，而只是进行转录和转译（性状表达），这种现象就称为流产转导。，这种现象就称为流产转导。现象：发生流产转导的细胞在其进行细胞现象：发生流产转导的细胞在其进行细胞分裂后，只能将这段外源分裂后，只能将这段外源DNADNA分配给一个子分配给一个子细胞，而另一子细胞仅

12、获得供体基因的产细胞，而另一子细胞仅获得供体基因的产物物酶，在表型上表现出轻微的供体菌酶，在表型上表现出轻微的供体菌特征，每经过一次分裂，就受到一次稀释，特征，每经过一次分裂，就受到一次稀释，所以，能在选择性培养基平板上形成微所以，能在选择性培养基平板上形成微小菌落就是流产转导的特点。小菌落就是流产转导的特点。2 2、局限性转导、局限性转导 通过通过部分缺陷的温和噬菌体部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并获得表达的数特定基因携带到受体菌中，并获得表达的转导现象。转导现象。特点特点：噬菌体对供体菌和受体菌都是温和：噬菌体对供体菌和受体菌都是温和噬菌体；只能转导

13、供体菌的个别特定基因噬菌体；只能转导供体菌的个别特定基因（一般为噬菌体整合位点两侧的基因）；该（一般为噬菌体整合位点两侧的基因）；该特定基因由特定基因由部分缺陷的噬菌体部分缺陷的噬菌体携带；缺陷噬携带；缺陷噬菌体使由于其在形成过程中所发生的低频率菌体使由于其在形成过程中所发生的低频率（约（约10 10 5 5）“误切误切”，或由于，或由于双重溶源菌双重溶源菌的裂解而形成（约形成的裂解而形成（约形成50%50%缺陷噬菌体）。缺陷噬菌体）。1 1）低频转导（）低频转导（LFTLFT）一般的转导现象中，从宿主染色体上切一般的转导现象中，从宿主染色体上切离时发生不正常切离的频率极低，故这种裂离时发生不

14、正常切离的频率极低，故这种裂解物中的部分缺陷噬菌体的比例是极低的解物中的部分缺陷噬菌体的比例是极低的（101044101066）。把这种裂解物称为）。把这种裂解物称为LFTLFT（低低频转导）用频转导）用LFTLFT裂解物以低裂解物以低 m.o.im.o.i（感染复感染复数）感染宿主，就可获得极少量的局限转导数）感染宿主，就可获得极少量的局限转导子，即低频转导。子，即低频转导。2 2）高频转导（）高频转导（HFTHFT）当当用用LFTLFT裂裂解解物物以以高高m.o.im.o.i （感感染染复复数数）感感染染E.E.coli coli galgal（不不发发酵酵半半乳乳糖糖的的营营养养缺缺陷陷

15、型型）菌菌株株时时，凡凡是是感感染染有有dgaldgal噬噬菌菌体体任任一一细细胞胞，几几乎乎都都同同时时感感染染有有正正常常的的噬噬菌菌体体。这这时时与与dgadgal l同同时时整整合合在在一一个个受受体体菌菌的的核核染染色色体体组组上上，从从而而使使它它成成为为一一个个双双重重溶溶源源菌菌。当当双双重重溶溶源源菌菌被被紫紫外外线线等等诱诱导导时时，其其中中的的正正常常噬噬菌菌体体的的基基因因可可补补偿偿dgadgal l缺缺失失的的部部分分基基因因功功能能，因因而而两两种种噬噬菌菌体体就就同同时时获获得得复复制制的的机机会会。所所以以在在双双重重溶溶源源菌菌中中的的正正常常 噬噬菌菌体体

16、被被称为助体（或辅助）噬菌体。称为助体（或辅助）噬菌体。双双重重溶溶源源菌菌的的裂裂解解物物中中含含有有等等量量的的 和和dgaldgal粒子，称为粒子，称为HFTHFT（高频转导）裂解物。高频转导）裂解物。用用HFTHFT裂裂解解物物以以低低 m.o.im.o.i （感感染染复复数数）感感染染另另一一个个E.E.coli coli galgal（不不发发酵酵半半乳乳糖糖的的营营养养缺缺陷陷型型）受受体体菌菌，就就可可以以高高频频率率地地把把它它转转化化为为能能发发酵酵半半乳乳糖糖的的E.E.coli coli galgal+转转导子。是为高频转导。导子。是为高频转导。基因工程基因工程 基因工程：用人为的方法将所需要的某基因工程：用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质一供体生物的遗传物质-DNA-DNA大分子提取大分子提取出来，在离体的条件下用适当的工具酶进出来，在离体的条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体的行切割后，把它与作为载体的DNADNA分子连接分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中使供体繁殖的受体细