第5章微生物遗传变异-2.ppt

1、食品微生物学刘书亮微生物的遗传变微生物的遗传变异与菌种选育异与菌种选育（2）第五章第五章5.3 微生物的基因重组微生物的基因重组基因重组（遗传传递）：指遗传物质从一个微生物基因重组（遗传传递）：指遗传物质从一个微生物细胞向另一个微生物细胞传递细胞向另一个微生物细胞传递(接触或不接触接触或不接触)而而达到基因的改变，形成新遗传型个体的过程。达到基因的改变，形成新遗传型个体的过程。原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组噬菌体的基因重组噬菌体的基因重组真核微生物的基因重组真核微生物的基因重组食品微生物学刘书亮1.转化：转化：1928，Griffith2.转导：转导：1951，Lederberg和和

2、Zinder3.接合：接合：1946，Lederberg和和Tatum4.溶原性转变溶原性转变一、原核微生物的基因重组一、原核微生物的基因重组食品微生物学刘书亮转化转化：受体细胞直接吸收供体细胞的受体细胞直接吸收供体细胞的DNA片段片段,并与其染色并与其染色体同源片段进行遗传物质交换，从而使受体细胞获得新的遗体同源片段进行遗传物质交换，从而使受体细胞获得新的遗传性状的现象。传性状的现象。转化（转化（transformation）转化因子转化因子受体细胞受体细胞感受态感受态转化子转化子高高1000倍倍吸附吸收吸附吸收整合整合n n(2)转化过程 供供体体(strR)dsDNA感感 受受 态态 受

3、受 体体(strS)酶解与吸收单链酶解与吸收单链同源区段配对同源区段配对单链整合单链整合复制与分离复制与分离转转化化子子(strR)非转化子非转化子(strS)转化因转化因子进入子进入细胞细胞 转化因转化因子单链子单链配对与配对与整合整合 复制复制 分离分离 转导（转导（transduction）转导：转导：利用完全或部分缺陷噬菌体为媒介，把供体细胞的小利用完全或部分缺陷噬菌体为媒介，把供体细胞的小片段片段DNA携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得携带到受体细胞中，通过交换与整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象。前者部分遗传性状的现象。由转导作用而获得供体细胞部分遗传性状的重组受体细

4、胞称为转导子转导子（transductant）携带供体部分遗传物质（携带供体部分遗传物质（DNA片段）的噬菌体称为片段）的噬菌体称为转导噬菌体。转导噬菌体。细菌转导的二种类型：普遍性转导普遍性转导特异性转导特异性转导1、普遍性转导（、普遍性转导（generalizedtransduction）通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行误包，而将其遗传性状传递给受体菌的现象，称普遍性进行误包，而将其遗传性状传递给受体菌的现象，称普遍性转导。转导。(1)意外的发现意外的发现 1951年，Joshua Lederberg和Norto

5、n Zinder为了证实大肠杆菌以外的其它菌种是否也存在接合作用，用二株具不同的多重营养缺陷型鼠伤寒沙门氏菌LT22A（P22）和LT2 实验：用“U”型管进行同样的实验时，在供体和受体细胞不接触的情况下，同样出现原养型细菌！沙门氏菌LT22A是携带P22噬菌体的溶源性细菌 另一株LT2是非溶源性细菌一个表面看起来的常规研究却导致一个惊奇和十分重要发现的重要例证！基因的传递很可能是由可透过“U”型管滤板的P22噬菌体介导的(在接种LT22A的一端出现了原养型)（普遍性转导这一重要的基因转移途径的发现）（普遍性转导这一重要的基因转移途径的发现）沙门氏菌的普遍性转导沙门氏菌的普遍性转导进入受体的外

6、源进入受体的外源DNA通过与细胞染色体的通过与细胞染色体的重组交换而形成稳定的转导子重组交换而形成稳定的转导子（完全转导）（完全转导）如果受体菌通过普遍转导获得了供体菌如果受体菌通过普遍转导获得了供体菌DNA片段后，在其体内片段后，在其体内不不发生基因的交换、整合和复制，只进行转录、翻译和性状的表达。发生基因的交换、整合和复制，只进行转录、翻译和性状的表达。这种转导被称为这种转导被称为流产转导流产转导.供体片段供体片段单单线线传传递递2.2.特异性转导（特异性转导（特异性转导（特异性转导（specialized transductionspecialized transduction）定义定义

7、：通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数：通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数 特定基因特定基因携带到受体菌中，并与后者的基因携带到受体菌中，并与后者的基因 组整合、重组，形成转导子的现象。组整合、重组，形成转导子的现象。媒介媒介：部分缺陷噬菌体部分缺陷噬菌体（丢失自身一部分基因，并被（丢失自身一部分基因，并被 同等长度的宿主基因所取代）同等长度的宿主基因所取代）只能转导个别特定基因只能转导个别特定基因 大肠杆菌中大肠杆菌中噬菌体的正常裂解及半噬菌体的正常裂解及半乳糖基因转导噬菌体的形成过程乳糖基因转导噬菌体的形成过程galbiogalbiogalbiogalbiobiogal正常正常误切误

8、切 溶原性转变（lysogenic conversion）：一个与转导相似又不同的现象定义:温和噬菌体感染细胞后使之发生溶源化，因噬菌体的基因整合到宿主染色体上，而使后者获得了新性状的现象。溶原性转变与转导的不同？溶原性转变与转导的不同？a）噬菌体不携带任何供体菌的基因；b）这种噬菌体是完整的，而不是缺陷的；接合接合(conjugation)通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程。中间平板上长出的原养型菌落是两菌株之间发生了遗传交换和重组所致！为减少所培养的结果是回复突变的机会，采用双重或三重营养缺陷型。该实验是建立在不大可能同时发生两种或三种回复突变的设想上的。n n细菌遗

9、传重组单向过程和F因子的提出n n F菌株F菌株F质粒的四种存在方式及相互关系质粒的四种存在方式及相互关系 F+F-2 F+F +F-2 F Hfr +F-多种情况多种情况 Hfr+F-HfrF-（多数情况下（多数情况下（多数情况下（多数情况下;高出几百高出几百倍以上倍以上）Hfr+F-HfrHfr（少数情况下）（少数情况下）（少数情况下）（少数情况下）接合的结果接合的结果食品微生物学刘书亮F+F-F+F-F+F+F+F+起点起点接合管接合管断裂断裂进入进入滚环滚环复制复制合成互补链合成互补链分开分开接合管接合管染色体染色体DNAF因子因子复制起点，复制起点，开始复制开始复制1条链进入条链进入

10、复制互补链复制互补链重组重组易易断裂断裂食品微生物学刘书亮二、噬菌体的基因重组二、噬菌体的基因重组烈性噬菌体烈性噬菌体噬菌体噬菌体h+r-h-r+产生的四种子裔噬菌体形成的噬菌斑产生的四种子裔噬菌体形成的噬菌斑透明而小透明而小半透明而大半透明而大半透明而小半透明而小透明而大透明而大温和性噬菌体：温和性噬菌体：溶原现象。溶原现象。无速溶性状无速溶性状,寄主范围扩大寄主范围扩大寄主范围正常寄主范围正常,但具速溶性状但具速溶性状食品微生物学刘书亮1.有性杂交：指性细胞间的接合和随之发生染色体重有性杂交：指性细胞间的接合和随之发生染色体重组，并产生新遗传型后代的一种方式。组，并产生新遗传型后代的一种方

11、式。2.准性生殖：指不经过减数分裂就能导致基因重组的准性生殖：指不经过减数分裂就能导致基因重组的生殖过程。染色体的交换和减数分裂不规则。生殖过程。染色体的交换和减数分裂不规则。菌丝联结：菌丝联结：形成异核体：独立生活。形成异核体：独立生活。核融合核融合(2倍体倍体)：10-5-10-7分离子的产生：有丝分裂过程中染色体会发生交换分离子的产生：有丝分裂过程中染色体会发生交换和单倍体化和单倍体化。三、真核微生物的基因重组三、真核微生物的基因重组5.4.1自然界工业菌种筛选程序5.4.2诱变育种5.4.3杂交育种5.4.4原生质体育种5.4.5基因工程技术用于工业菌种改良5.4 微生物的菌种选育微生

12、物的菌种选育食品微生物学刘书亮采采采采 样样样样 增增 殖殖 培培 养养增增 殖殖 培培 养养 培培 养养 分分 离离培培 养养 分分 离离 筛选筛选方法、地点、时间和周围环境记录方法、地点、时间和周围环境记录纯种分离的原则就是使培养纯种分离的原则就是使培养物获得单个菌落：物获得单个菌落：1稀释平板稀释平板(倾注倾注/涂布涂布)分离法分离法 2平板划平板划线分离法分离法 测定代谢产物或其它目的性状测定代谢产物或其它目的性状测定代谢产物或其它目的性状测定代谢产物或其它目的性状一、自然界工业菌种筛选程序一、自然界工业菌种筛选程序目标菌目标菌数量少数量少问题？具体实例问题？具体实例/如何鉴定如何鉴定

13、食品微生物学刘书亮1、步骤和方法、步骤和方法原菌株（出发菌株）原菌株（出发菌株）纯化纯化细胞或孢子悬浮液细胞或孢子悬浮液诱变处理诱变处理中间培养中间培养突变株分离突变株分离初筛初筛复筛复筛生产性试验生产性试验诱变预备实验诱变预备实验活细胞计数活细胞计数离心收集菌体离心收集菌体离心洗涤离心洗涤玻璃珠振荡分散玻璃珠振荡分散过滤过滤活细胞计数活细胞计数物理方法：物理方法：紫外线、紫外线、射线、等离子等射线、等离子等化学方法：化学方法：与碱基反与碱基反应、碱基类似物、移应、碱基类似物、移码突变剂码突变剂复合法：复合法：形态突变：形态突变：淘汰淘汰平皿反应：平皿反应：挑取变异菌挑取变异菌株（变色圈、透明

14、圈、株（变色圈、透明圈、生长圈、抑菌圈等）生长圈、抑菌圈等）二、诱变育种二、诱变育种90-99.9%变变变变异异异异菌菌菌菌株株株株的的的的初初初初步步步步筛筛筛筛选选选选 纸片培养显色法纸片培养显色法纸片培养显色法纸片培养显色法 透明圈法透明圈法透明圈法透明圈法琼脂块培养法琼脂块培养法琼脂块培养法琼脂块培养法 食品微生物学刘书亮2.筛选方法筛选方法（1）抗药性突变型的筛选）抗药性突变型的筛选食品微生物学刘书亮（2）营养缺陷型突变体的筛选）营养缺陷型突变体的筛选什么叫营养缺陷型菌株什么叫营养缺陷型菌株?？指某些微生物通过诱变处理使其在一些营养物质的指某些微生物通过诱变处理使其在一些营养物质的合

15、成能力上出现缺陷，不能合成，只能外源提供。合成能力上出现缺陷，不能合成，只能外源提供。明确几种培养基明确几种培养基:基本培养基基本培养基(MM)完全培养基完全培养基(CM)补充培养基补充培养基(SM)基基基基本本本本培培培培养养养养基基基基：凡凡凡凡是是是是能能能能满满满满足足足足某某某某种种种种野野野野生生生生型型型型菌菌菌菌株株株株营营营营养养养养要要要要求求求求的的的的最最最最低低低低成成成成分分分分的合成培养基，称为基本培养基；常以的合成培养基，称为基本培养基；常以的合成培养基，称为基本培养基；常以的合成培养基，称为基本培养基；常以-表示；表示；表示；表示；在在在在基基基基本本本本培培

16、培培养养养养基基基基中中中中加加加加入入入入一一一一些些些些富富富富含含含含氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸、维维维维生生生生素素素素及及及及含含含含氮氮氮氮碱碱碱碱基基基基之之之之类类类类的的的的天天天天然然然然有有有有机机机机物物物物质质质质如如如如蛋蛋蛋蛋白白白白胨胨胨胨、酵酵酵酵母母母母膏膏膏膏等等等等，以以以以满满满满足足足足该该该该微微微微生生生生物物物物的的的的各各各各种种种种营营营营养养养养缺缺缺缺陷陷陷陷型型型型菌菌菌菌株株株株都都都都能能能能生生生生长长长长繁繁繁繁殖殖殖殖的的的的培培培培养养养养基基基基，称称称称为为为为完完完完全全全全培培培培养养养养基基基基，常常常常用用用用+表示；表示；表示；表示；在在在在基基基基本本本本培培培培养养养养基基基基中中中中只只只只是是是是有有有有针针针针对对对对性性性性地地地地加加加加入入入入某某某某一一一一种种种种或或或或某某某某几几几几种种种种营营营营养养养养缺缺缺缺陷陷陷陷成成成成分分分分，以以以以满满满满足足足足相相相相应应应应的的的的营营营营养养养养缺缺缺缺陷陷陷陷型型型型生生生生长长长长的的的的培培培培养养养养基基基基，称称