06 第七章 微生物遗传、变异育种.ppt

第1页：第七章 微生物的遗传变异和育种封面

第七章微生物的遗传变异和育种

第2页：微生物是遗传学研究

微生物是遗传学研究的最好材料和对象微生物结构简单营养体一般都是单倍体微生物繁殖速度快存在多种方式的繁殖类型环境条件对微生物作用直接均匀易积累不同的中间及最终代谢产物微生物的变异易被识别参与基因工程的载体供体受体三角色

第3页：遗传的物质基础基因突变

遗传的物质基础基因突变和诱变育种基因重组和杂交育种内容提要

第4页：第一节 遗传变异的物质基础三个经典实验

第一节遗传变异的物质基础三个经典实验证明核酸是微生物遗传物质转化实验噬菌体感染实验植物病毒的重建实验遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式

第5页：遗传物质类型核染色体

遗传物质类型核染色体：核外染色体真核生物细胞器、共生生物、质粒原核生物质粒遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式细胞水平（单核、多核），核水平，染色体水平（数量、倍数），核酸水平（种类、结构、长度、大小），基因水平，密码子水平（64个），核苷酸水平

第6页：染色体基因Ⅱ基因ⅠDNA基因是一段DNA

染色体基因Ⅱ基因ⅠDNA基因是一段DNA

第7页：DNA就是脱氧核糖核酸（长链）腺嘌呤

DNA就是脱氧核糖核酸（长链）腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胸腺嘧啶（T）胞嘧啶（C）ATCGAAATTTTTTAAAGGGGGCCCCCGC基因测序就是读出A-C-G-T-G-G-A-C-G…...

第8页：基因控制Pr因而

基因控制Pr因而控制性状G A TC T AG A UDNAmRNA天冬氨酸

第9页：基因是什么？基因决定生物体的生

基因是什么？

基因决定生物体的生、长、病、老死等一切生命现象基因是生命的密码。

基因记录和传递遗传信息。

第10页：大肠杆菌基因组4100个基因

大肠杆菌基因组4100个基因

大肠杆菌基因组4100个基因，4.7×106bp遗传信息的连续性,共价、闭合、环状功能相关的结构基因组成操纵子结构基因单拷贝及rRNA多拷贝基因的重复序列少而短

第11页：质粒核外环状小型DNA独立复制稳定

质粒核外环状小型DNA独立复制稳定遗传F因子与有性接合有关，有转移能力种类R因子与抗药性有关，可传递COL 大肠杆菌素质粒，编码免疫蛋白杀死近缘菌和同种不同菌株菌，称细菌素，种类很多。

Ti质粒诱癌质粒，土壤农杆菌，产冠瘿瘤降解散质粒：编码降解有害物质的酶用途基因工程中作为目的基因载体质粒原核生物遗传物质存在的另一种方式

第12页：基因突变突变

基因突变突变与育种第二节基因突变和诱变育种

第13页：突变的特点基因突变诱变机制突变率突变类型

突变的特点基因突变诱变机制突变率突变类型

第14页：一、基因突变

• 一、基因突变
• 基因突变指细胞内（或病毒粒内）遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化，简称突变，狭义的突变专指基因突变，广义的突变包括基因突变和染色体畸变。
• 野生型菌株：从自然界分离到的菌株
• 突变株：突变体、突变型。
• 野生型经突变后形成的带有新性状的菌株

第15页：条件致死突变型（株）（一）突变类型

条件致死突变型（株）（一）突变类型突变株的表型选择性突变株非选择性突变株营养缺陷型（株）抗性缺陷型（株）形态突变型（株）抗原突变型（株）产量突变型（株）按方法分：按突变株的表型是否能在选择性培养基上加以鉴别来区分。

第16页：微生物突变体

微生物突变体的主要类型形态突变型菌落形态突变型菌体形态突变型生化突变型营养突变体(营养缺陷型)发酵突变体抗性突变体条件致死突变体抗原突变型产量突变型按突变实质分

第17页：（二） 突变率出发菌株长出突变株含诱变剂

（二） 突变率出发菌株长出突变株含诱变剂

（二）突变率出发菌株长出突变株含诱变剂的培养基突变率：某一细胞（或病毒粒）在每一世代中发生某一性状突变的几率。

一般为10-6~10-9，转座突变率为10-4。

第18页：（三） 突变的特点（证明）不对应性自发性

（三） 突变的特点（证明）不对应性自发性

(三)突变的特点（证明）不对应性自发性稀有性独立性诱变性（提高10~105倍）稳定性可逆性：回复突变

第19页：变量试验涂布试验影印培养

变量试验涂布试验影印培养试验（四）基因突变自发性和不对应性的证明

第20页：大肠杆菌稀释培养物10ml10ml

大肠杆菌稀释培养物10ml10ml

大肠杆菌稀释培养物10ml10ml(培养前先分成50小管)(在同一个大管中作整体培养)23 7 1 4 4 3 5 抗噬菌体菌落数抗噬菌体菌落数变量试验

第21页：涂布试验

涂布试验

涂布试验涂布敏感菌5×104个共12个平板5×104个菌落5000个细菌/菌落喷入T1保温重新涂布后喷入T1保温6个平板共353个菌落6个平板共28个菌落

第22页：影印培养无药培养基含药

影印培养无药培养基含药培养基影印培养试验原始敏感菌种

第23页：（五） 基因突变机制移码突变染色体畸变

（五）基因突变机制移码突变染色体畸变碱基的置换基因突变机制多种，可是自发的或诱发的，诱发的包括影响一对基因的点突变和影响一段染色体的畸变。

1、诱发突变概念

第24页：由碱基置换引起的三种突变型

• 由碱基置换引起的三种突变型
• 同义突变
• 无义突变
• 错义突变

第25页：碱基的置换直接引起

碱基的置换直接引起置换的诱变剂HNO2CNH2腺嘌呤CO次黄嘌呤(Hk)A..THe..THk..THk..CA..THk..CG..CCOH次黄嘌呤(He)HNO2，羟胺，各种烷化剂

第26页：间接引起置换

间接引起置换的诱变剂碱基的置换COHT：烯醇式CT ：酮式OA..TT..AG..CA..T酮式T..G烯醇式碱基类似物

第27页：COBr5-BU

COBr5-BU:酮式COHBr5-BU:烯醇式碱基的置换间接引起置换的诱变剂

第28页：碱基的置换G..CA

碱基的置换G..CA..BUG..BUA..BUG..CA..TA..TA..TA..TG..CA..BU酮式G..BU烯醇式烯醇式酮式

第29页：移码突变ＤＮＡ分子中缺失或增加

移码突变ＤＮＡ分子中缺失或增加少数几个碱基对而引起造成突变点以后全部遗传密码转录与转释发生错误ABCABCABCABCABCABCABCABCAB+ABCABCCBACBACBACBACBAABCBCABCABCABCABCABCABCA增添一个碱基缺少一个碱基丫啶类染料、ICR化合物

第30页：染色体畸变某些理化因子、如Ｘ射线

染色体畸变某些理化因子，如Ｘ射线，紫外线，亚硝酸等，除能引起点突变外，还会引起DNA分F 子大损伤，包括染色体易位，倒位，缺失，重复等，即为染色体畸变。

第31页：染色体畸变紫外线诱变作用机理可

染色体畸变紫外线诱变作用机理可使ＤＮＡ链裂断，破坏核糖和磷酸间的键联引起胞嘧啶和尿嘧啶产生水合作用造成氢键断裂能使胸腺嘧啶成二聚体，使ＤＮＡ结构发生改变

第32页：突变与育种自发

突变与育种自发突变与育种从生产中选育定向培育优良品种诱变育种诱变育种的基本环节诱变育种的原则

第33页：诱变育种的基本环节大多死亡少数存活

诱变育种的基本环节大多死亡少数存活存活率多数未变少数突变突变率多数负变少数正变正变率多数幅度小少数幅度大高产率投产率多数不宜投产少数适宜投产出发菌株计算出诱变

第34页：诱变育种工作中应考虑

诱变育种工作中应考虑的几个原则选优良的出发菌株选择简便有效的诱变剂处理单孢子（或单细胞）悬液选用最适剂量设计或采用高效筛选方案或方法利用复合处理的协同效应利用和创造形态，生理与产量间的相关指标

第35页：第二节 基因重组和杂交育种

• 第二节基因重组和杂交育种
• 基因重组：遗传重组，重组，两个独立基因组内的遗传基因，通过一定的途径转移到一起，形成新的稳定基因组的过程。
• 包括有性杂交、准性杂交、原生质体融合、遗传转化及原核生物中的转化、转导、接合和原生质体融合。

第36页：（一） 细菌的基因重组真核微生物

• （一）细菌的基因重组真核微生物基因重组在有性繁殖过程中发生，当合子减数分裂时，两染色体发生交换。
• 原核微生物通过转化、接合、转导等形式进行一部分物质转移和基因重组。
• （小结）

第37页：转化(transformation)

转化(transformation)几个概念：转化、转化因子、感受态转化过程转化的特点

第38页：1、转化(transformation)

1、转化(transformation)受体细胞直接吸收了来自供体细胞的DNA片断，并把它整合到自己的基因组中，细胞部分遗传性状发生变化的现象叫转化。

通过转化而形成的杂种后代称转化子。

第39页：（1）转化因子

（1）转化因子转化是游离的ＤＮＡ片断的转移和重组游离的ＤＡＮ片断叫转化因子转化因子由供体提供自然情况下可由细菌细胞自行裂解产生，实验室里通过提取获得双链ＤＮＡ有转化能力，单链较少，质粒

第40页：受体细胞能接受转化的生理状态称为感受

受体细胞能接受转化的生理状态称为感受态，只有处于感受态的细菌才能接受转化因子，从出现到消失约为４０分钟(对数期的中期)（2）感受态感觉态出现原因细菌失去部分细胞壁的结果细菌在细胞表面产生某种Ｅ引起

第41页：感受态的决定

感受态的决定

感受态的决定决定因素细胞遗传性决定和菌龄有关环腺苷酸Camp可提高1000 倍Ca2+能促使细胞进入感受态感受态因子是受体细胞表面上的一种蛋白质功能使转化因子结合在受体细胞表面

第42页：每个受体细胞表面约

每个受体细胞表面约有30-80个转化因子结合点，当转化因子结合到受体表面结合点上时，DNA一条链被受体细胞膜上的核酸酶分解，另一条链进入受体细胞，通过整合与受体细胞进行基因重组，有人发现DNA也可通过双链形式进入受体细胞形成双倍体的转化子。

转化过程

第43页：转化过程

转化过程

第44页：转化的特点不需两个细胞直接接触

转化的特点不需两个细胞直接接触，供体DNA提取出来，注入受体即可。

转染：指用提纯的病毒核酸去感染其宿主细胞或其原生质体，可增殖出一群正常病毒后代的现象。

第45页：转导的种类完全普遍

转导的种类完全普遍转导流产普遍转导局限转导溶源转变低频转导高频转导供体遗传物质通过噬菌体的携带而转移到受体的基因重组。

2、转导(transduction)转导的特点转导子：由转导作用而获得部分新性状的重组细胞。

第46页：普遍转导

普遍转导：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。

局限转导：通过部分缺陷温和噬菌体把供体菌的少数特定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。

第47页：供体A-B+完全普遍性转导

供体A-B+完全普遍性转导(compietetransduction)A-B+A+B-少数受体A+B+经重组形成转导子鼠伤寒沙门氏菌A+B-多数受体形成溶源菌A-B+色氨酸缺陷型A+B-组氨酸缺陷型

第48页：转导的特点需要噬菌体做媒介

转导的特点需要噬菌体做媒介，不需要细胞间直接接触噬菌体DNA不接合到寄主染色体噬菌体蛋白质包裹寄主任何一部分DNA片段噬菌体DNA整合到寄主染色体上噬菌体DNA与寄主染色体特定基因发生交换普遍性转导局限性转导

第49页：溶源转变温和噬菌体

溶源转变温和噬菌体的基因整合到宿主核基因组上的现象温和噬菌体并不携带外源供体菌的基因这种温和噬菌体是完整的，而不是缺陷的获得新性状的是溶源化的宿主细胞，而不是转导子获得的性状可随噬菌体的消失而同时消失

第50页：Ｆ因子和接合3

Ｆ因子和接合3、接合(conjugation)(雄性菌株与雌性菌株接合结果

第51页：通过性菌毛使细胞间

通过性菌毛使细胞间的直接接触能进行大段ＤＮＡ转移的过程，叫接合。

通过接合而获得新遗传性状的受体细胞叫接合子。

第52页：雄性菌株Hfr

雄性菌株Hfr菌株F ́́ 菌株Ｆ－菌株（雌株）Ｆ因子和接合F+ 菌株

第53页：F×F+F+F++F×+FFF×+

F×F+F+F++F×+FFF×+FHfrHfrF（多数情况下）F×+HfrHfrHfr（少数情况下）雄性菌株与雌性菌株接合结果以F’质粒来传递供体基因的方式，称为F质粒转导或F因子转导、性导、F质粒媒介的转导。

第54页：三者根本区别在于DNA转移

三者根本区别在于DNA转移的方式不同转化：供体DNA片断

注入受体细胞，通过细胞膜接合：供体进入受体通过性菌毛转导：供体DNA片断通过媒介－噬菌体携带进入受体

第55页：二、真核微生物的基因重组

• 二、真核微生物的基因重组
• 有性杂交：一般指不同遗传型的两性细胞间发生的接合和随之进行的染色体重组，进而产生新遗传型后代的一种育种技术。
• 用于产有性孢子的微生物。
• 准性杂交：是一种在同种而不同菌株的体细胞间发生的融合，而可不借减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子的生殖方式。
• 包括菌丝联结、形成异核体、核融合、体细胞交换和单倍体化。