微生物的遺傳變異和育種最新課件

1、微生物的遺傳變異和育種最新微生物的遺傳變異和育種最新遺傳遺傳： 親代與子代相似親代與子代相似變異變異： 親代與子代、子代間不同個(gè)體不完全相同親代與子代、子代間不同個(gè)體不完全相同遺傳（遺傳（inheritance）和變異（和變異（variation）是生命的最本質(zhì)特性之一是生命的最本質(zhì)特性之一遺傳型遺傳型：表型表型：生物的全部遺傳因子所攜帶的遺傳信息生物的全部遺傳因子所攜帶的遺傳信息具有一定遺傳型的個(gè)體，在特定環(huán)境條件下通過生具有一定遺傳型的個(gè)體，在特定環(huán)境條件下通過生長發(fā)育所表現(xiàn)出來的外表特征和內(nèi)在特征的總和。長發(fā)育所表現(xiàn)出來的外表特征和內(nèi)在特征的總和。表型是由遺傳型所決定，但也和環(huán)境有關(guān)。表

2、型是由遺傳型所決定，但也和環(huán)境有關(guān)。微生物的遺傳變異和育種最新表型飾變：表型飾變：表型的差異只與環(huán)境有關(guān)表型的差異只與環(huán)境有關(guān)特點(diǎn)：特點(diǎn)：暫時(shí)性、不可遺傳性、表現(xiàn)為全部個(gè)體的行為暫時(shí)性、不可遺傳性、表現(xiàn)為全部個(gè)體的行為遺傳型變異（基因變異、基因突變）遺傳型變異（基因變異、基因突變）：遺傳物質(zhì)改變，導(dǎo)致表型改變遺傳物質(zhì)改變，導(dǎo)致表型改變特點(diǎn)：特點(diǎn)：遺傳性、群體中極少數(shù)個(gè)體的行為遺傳性、群體中極少數(shù)個(gè)體的行為（自發(fā)突變頻率通常為（自發(fā)突變頻率通常為1010-6-6-10-10-9-9）Production of a red pigment （色素）（色素）(prodigiosin) by Serr

3、atia marcescens. From left to right: slant(斜面斜面) culture grown at 25C, slant culture grown at 37C, broth culture grown at 25C, broth culture grown at 37C. (肉湯培養(yǎng)基肉湯培養(yǎng)基 )微生物的遺傳變異和育種最新微生物是遺傳學(xué)研究中的明星：微生物是遺傳學(xué)研究中的明星：t 微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，營養(yǎng)體一般為單倍體，微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，營養(yǎng)體一般為單倍體， 方便建立純系。方便建立純系。t 很多常見微生物都易于人工培養(yǎng)，快速、大很多常見微生物都易于人工培

4、養(yǎng)，快速、大 量生長繁殖。量生長繁殖。t 物種和代謝類型多樣物種和代謝類型多樣t 對(duì)環(huán)境因素的作用敏感，易于獲得各類突變株，對(duì)環(huán)境因素的作用敏感，易于獲得各類突變株， 操作性強(qiáng)。操作性強(qiáng)。微生物的遺傳變異和育種最新第一節(jié)第一節(jié) 遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、三個(gè)證明一、三個(gè)證明DNA是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)是遺傳物質(zhì)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)1、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)肺炎鏈球菌：肺炎鏈球菌：S型（菌體具莢膜，菌落表面光滑，有型（菌體具莢膜，菌落表面光滑，有 致病能力）致病能力） R型（菌體無莢膜，菌落表面粗糙，無型（菌體無莢膜，菌落表面粗糙，無 致病能力）致病能力）微生物的遺傳變異和育種最新1928

5、年，年，F(xiàn).Griffth作了作了3組實(shí)驗(yàn)組實(shí)驗(yàn):微生物的遺傳變異和育種最新1944年，年，Avery精確重復(fù)了轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，確定了轉(zhuǎn)化因子精確重復(fù)了轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，確定了轉(zhuǎn)化因子實(shí)驗(yàn)證明，將實(shí)驗(yàn)證明，將R菌轉(zhuǎn)化為菌轉(zhuǎn)化為S菌的轉(zhuǎn)化因子是菌的轉(zhuǎn)化因子是DNA微生物的遺傳變異和育種最新2、噬菌體感染實(shí)驗(yàn)、噬菌體感染實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)證明，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)證明，進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部的細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部的物質(zhì)是物質(zhì)是DNA。DNA包含有產(chǎn)生包含有產(chǎn)生完整噬菌體的全完整噬菌體的全部信息。部信息。微生物的遺傳變異和育種最新3、植物病毒重建實(shí)驗(yàn)、植物病毒重建實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)證明，遺傳信息的流向與實(shí)驗(yàn)證明，遺傳信息的流向與DNA的傳遞是一致的。的傳遞是

6、一致的。微生物的遺傳變異和育種最新二、遺傳物質(zhì)在微生物細(xì)胞內(nèi)存在的部位和方式二、遺傳物質(zhì)在微生物細(xì)胞內(nèi)存在的部位和方式（一）遺傳物質(zhì)在（一）遺傳物質(zhì)在7個(gè)水平上的形式個(gè)水平上的形式1、細(xì)胞水平、細(xì)胞水平2、細(xì)胞核水平、細(xì)胞核水平3、染色體水平、染色體水平4、核酸水平、核酸水平5、基因水平、基因水平6、密碼子水平、密碼子水平7、核苷酸水平、核苷酸水平微生物的遺傳變異和育種最新（二）微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（二）微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1、原核生物（細(xì)菌、古生菌）的基因組、原核生物（細(xì)菌、古生菌）的基因組1）染色體為）染色體為雙鏈環(huán)狀的雙鏈環(huán)狀的DNA分子（單倍體）；分子（單倍體）；2）基因組上遺傳信

7、息具有連續(xù)性；）基因組上遺傳信息具有連續(xù)性；基因數(shù)基本接近由它的基因組大小所估計(jì)的基因數(shù)基因數(shù)基本接近由它的基因組大小所估計(jì)的基因數(shù)一般不含內(nèi)含子，遺傳信息是連續(xù)的而不是中斷的。一般不含內(nèi)含子，遺傳信息是連續(xù)的而不是中斷的。 3）功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)；）功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)； 4）結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及）結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及rRNA基因的多拷貝；基因的多拷貝； 5）基因組的重復(fù)序列少而短；）基因組的重復(fù)序列少而短；個(gè)別細(xì)菌個(gè)別細(xì)菌(鼠傷寒沙門氏菌和犬螺桿菌鼠傷寒沙門氏菌和犬螺桿菌)和古生菌的和古生菌的rRNA和和tRNA中也發(fā)現(xiàn)有內(nèi)含子或間插序列中也發(fā)現(xiàn)有內(nèi)含子或間插序列微生

8、物的遺傳變異和育種最新2、真核微生物（啤酒酵母）的基因組、真核微生物（啤酒酵母）的基因組1）典型的真核染色體結(jié)構(gòu)；）典型的真核染色體結(jié)構(gòu)；啤酒酵母基因組大小為啤酒酵母基因組大小為13.5106bp，分布在分布在16條染色體中。條染色體中。 2）沒有明顯的操縱子結(jié)構(gòu)；）沒有明顯的操縱子結(jié)構(gòu)；3）有間隔區(qū)（即非編碼區(qū)）和內(nèi)含子序列；）有間隔區(qū)（即非編碼區(qū)）和內(nèi)含子序列； 4）重復(fù)序列多；）重復(fù)序列多；微生物的遺傳變異和育種最新3、原核生物和真核生物的基因組比較、原核生物和真核生物的基因組比較微生物的遺傳變異和育種最新（三）原核生物的質(zhì)粒（三）原核生物的質(zhì)粒1、定義、定義質(zhì)粒（質(zhì)粒（plasmid）

9、：）：一種獨(dú)立于染色體外，能進(jìn)行自一種獨(dú)立于染色體外，能進(jìn)行自主復(fù)制的細(xì)胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細(xì)主復(fù)制的細(xì)胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細(xì)胞中。胞中。質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷?xì)胞一般是非必需的；質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷?xì)胞一般是非必需的；在某些特殊條件下，質(zhì)粒有時(shí)能賦予宿主細(xì)胞以特殊在某些特殊條件下，質(zhì)粒有時(shí)能賦予宿主細(xì)胞以特殊的機(jī)能，從而使宿主得到生長優(yōu)勢(shì)。的機(jī)能，從而使宿主得到生長優(yōu)勢(shì)。微生物的遺傳變異和育種最新2、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)通常以共價(jià)閉合環(huán)狀通常以共價(jià)閉合環(huán)狀(covalently closed circle，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱CCC)的超螺旋雙的超螺旋雙鏈鏈DNA分子存在于細(xì)胞中

10、；分子存在于細(xì)胞中；也發(fā)現(xiàn)有線型雙鏈也發(fā)現(xiàn)有線型雙鏈DNA質(zhì)粒和質(zhì)粒和RNA質(zhì)質(zhì)粒；粒；質(zhì)粒分子的大小范圍從質(zhì)粒分子的大小范圍從1kb左右到左右到1000kb； 細(xì)菌質(zhì)粒多在細(xì)菌質(zhì)粒多在10kb以內(nèi)）以內(nèi)）微生物的遺傳變異和育種最新3、質(zhì)粒的類型、質(zhì)粒的類型嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒(stringent plasmid)：復(fù)制行為與核染色體的復(fù)制同步，復(fù)制行為與核染色體的復(fù)制同步，低拷貝數(shù)低拷貝數(shù)松弛型質(zhì)粒松弛型質(zhì)粒(relaxed plasmid)：復(fù)制行為與核染色體的復(fù)制不同步，復(fù)制行為與核染色體的復(fù)制不同步，高拷貝數(shù)高拷貝數(shù)窄宿主范圍質(zhì)粒窄宿主范圍質(zhì)粒(narrow host range pl

11、asmid)（只能在一種特定的宿主細(xì)胞中復(fù)制）（只能在一種特定的宿主細(xì)胞中復(fù)制）廣宿主范圍質(zhì)粒廣宿主范圍質(zhì)粒(broad host range plasmid)（可以在許多種細(xì)菌中復(fù)制）（可以在許多種細(xì)菌中復(fù)制）微生物的遺傳變異和育種最新4、質(zhì)粒在基因工程中的應(yīng)用、質(zhì)粒在基因工程中的應(yīng)用質(zhì)粒的優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)粒的優(yōu)點(diǎn)：（1）體積小，易分離和操作）體積小，易分離和操作（2）環(huán)狀，穩(wěn)定）環(huán)狀，穩(wěn)定（3）獨(dú)立復(fù)制）獨(dú)立復(fù)制（4）拷貝數(shù)多）拷貝數(shù)多（5）存在標(biāo)記位點(diǎn)，易篩選）存在標(biāo)記位點(diǎn)，易篩選E. coli的的pBR322質(zhì)粒是一個(gè)常質(zhì)粒是一個(gè)常用的克隆載體用的克隆載體微生物的遺傳變異和育種最新5、質(zhì)粒的檢

12、測(cè)、質(zhì)粒的檢測(cè)t 提取所有胞內(nèi)提取所有胞內(nèi)DNA后電鏡觀察；后電鏡觀察；t 超速離心或瓊脂糖凝膠電泳后觀察；超速離心或瓊脂糖凝膠電泳后觀察；t 對(duì)于實(shí)驗(yàn)室常用菌，可用質(zhì)粒所帶的某些特點(diǎn)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室常用菌，可用質(zhì)粒所帶的某些特點(diǎn)， 如抗藥性初步判斷。如抗藥性初步判斷。微生物的遺傳變異和育種最新6、質(zhì)粒的主要種類、質(zhì)粒的主要種類質(zhì)粒所編碼質(zhì)粒所編碼的功能和賦的功能和賦予宿主的表予宿主的表型效應(yīng)型效應(yīng)致育因子致育因子（Fertility factor，F(xiàn)因子）因子）抗性因子抗性因子（Resistance factor，R因子）因子）產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒（Bacteriocin product

13、ion plasmid）毒性質(zhì)粒毒性質(zhì)粒（virulence plasmid）代謝質(zhì)粒代謝質(zhì)粒（Metabolic plasmid）隱秘質(zhì)粒隱秘質(zhì)粒（cryptic plasmid）微生物的遺傳變異和育種最新第二節(jié)第二節(jié) 基因突變和誘變育種基因突變和誘變育種一、基因突變一、基因突變 一個(gè)基因內(nèi)部遺傳結(jié)構(gòu)或一個(gè)基因內(nèi)部遺傳結(jié)構(gòu)或DNA序列的任何改變、可遺傳、序列的任何改變、可遺傳、自發(fā)或誘變產(chǎn)生自發(fā)或誘變產(chǎn)生基因突變基因突變狹義：點(diǎn)突變狹義：點(diǎn)突變廣義：基因突變和染色體畸變廣義：基因突變和染色體畸變野生型（原始性狀）野生型（原始性狀）基因突變基因突變突變型（新性狀）突變型（新性狀）（一）突變類型

14、（一）突變類型微生物的遺傳變異和育種最新（二）突變率（二）突變率 每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率（三）（三）基因突變的特點(diǎn)基因突變的特點(diǎn) 1、自發(fā)性、自發(fā)性 2、不對(duì)應(yīng)性、不對(duì)應(yīng)性 3、稀有性、稀有性 4、獨(dú)立性、獨(dú)立性 5、可誘變性、可誘變性 6、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性 7、可逆性、可逆性微生物的遺傳變異和育種最新（四）基因突變自發(fā)性和不對(duì)應(yīng)性的實(shí)驗(yàn)證明（四）基因突變自發(fā)性和不對(duì)應(yīng)性的實(shí)驗(yàn)證明三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)三個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)變量實(shí)驗(yàn)變量實(shí)驗(yàn)涂布實(shí)驗(yàn)涂布實(shí)驗(yàn)影印實(shí)驗(yàn)影印實(shí)驗(yàn)證明突變是自發(fā)產(chǎn)生證明突變是自發(fā)產(chǎn)生的，并且突變的性狀的，并且突變的性狀與引起突變的原因間與引起突變的原

15、因間無直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。無直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。野生型野生型（原始性狀）（原始性狀）特定環(huán)境特定環(huán)境突變型突變型（適應(yīng)環(huán)境的新性狀）（適應(yīng)環(huán)境的新性狀）馴化馴化定向定向誘變誘變篩選篩選？突變的原因突變的原因？微生物的遺傳變異和育種最新（五）基因突變及其機(jī)制（五）基因突變及其機(jī)制微生物的遺傳變異和育種最新1、誘發(fā)突變：物理、化學(xué)核生物的因素，提高突、誘發(fā)突變：物理、化學(xué)核生物的因素，提高突 變率的人為的作法變率的人為的作法（1）堿基的置換）堿基的置換微生物的遺傳變異和育種最新堿基的置換引起的突變堿基的置換引起的突變微生物的遺傳變異和育種最新（2）移碼突變：添加或缺）移碼突變：添加或缺失核苷酸，引起閱讀錯(cuò)誤失

16、核苷酸，引起閱讀錯(cuò)誤- 錯(cuò)誤錯(cuò)誤+ 錯(cuò)誤錯(cuò)誤-+ 正常正常- 正常正常+ 正常正常微生物的遺傳變異和育種最新（3）染色體畸變：缺失、重復(fù)、插入、易位、倒位）染色體畸變：缺失、重復(fù)、插入、易位、倒位微生物的遺傳變異和育種最新2、自發(fā)突變：無人為因素下的低頻率突變?cè)颍?、自發(fā)突變：無人為因素下的低頻率突變?cè)颍海?）背景輻射）背景輻射（2）有害產(chǎn)物積累）有害產(chǎn)物積累（3）堿基錯(cuò)配）堿基錯(cuò)配微生物的遺傳變異和育種最新（六）紫外線對(duì)（六）紫外線對(duì)DNA的損傷及其修復(fù)的損傷及其修復(fù)嘧啶嘧啶嘧啶二聚體嘧啶二聚體UV1、光復(fù)活作用、光復(fù)活作用嘧啶二聚體嘧啶二聚體嘧啶嘧啶光解酶光解酶微生物的遺傳變異和育種最新

17、2、切除修復(fù)切除修復(fù)微生物的遺傳變異和育種最新二、突變與育種二、突變與育種（一）自發(fā)突變與育種（一）自發(fā)突變與育種： 選育選育 定向培育定向培育（二）誘變育種（二）誘變育種1、誘變育種的基本環(huán)節(jié)、誘變育種的基本環(huán)節(jié)微生物的遺傳變異和育種最新2、誘變育種的原則、誘變育種的原則（1）使用簡(jiǎn)便有效的誘變劑）使用簡(jiǎn)便有效的誘變劑誘變劑誘變劑物理因素物理因素化學(xué)因素化學(xué)因素紫外線紫外線激光激光離子束離子束X射線射線r射線射線快中子快中子烷化劑烷化劑堿基類似物堿基類似物吖啶化合物吖啶化合物微生物的遺傳變異和育種最新Ames試驗(yàn)：試驗(yàn)：利用細(xì)菌模型了解潛在化學(xué)致癌物的誘變作用利用細(xì)菌模型了解潛在化學(xué)致癌物的

18、誘變作用“生物化學(xué)統(tǒng)一性生物化學(xué)統(tǒng)一性”法則：法則：人和細(xì)菌在人和細(xì)菌在DNA的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的，能使微生物發(fā)的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的，能使微生物發(fā)生突變的誘變劑必然生突變的誘變劑必然也會(huì)作用于人的也會(huì)作用于人的DNA，使其發(fā)生突變，最后造成癌變或其他使其發(fā)生突變，最后造成癌變或其他不良的后果。不良的后果。誘變劑的共性原則：誘變劑的共性原則：化學(xué)藥劑對(duì)細(xì)菌的誘變率與其對(duì)動(dòng)物的致癌性成正比化學(xué)藥劑對(duì)細(xì)菌的誘變率與其對(duì)動(dòng)物的致癌性成正比超過超過95%95%的致癌物質(zhì)對(duì)微生物有誘變作用的致癌物質(zhì)對(duì)微生物有誘變作用90%90%以上的非致癌物質(zhì)對(duì)微生物沒有誘變作用以上的非致癌物質(zhì)對(duì)微生物沒有誘變作

19、用 微生物的遺傳變異和育種最新美國加利福尼亞大學(xué)的美國加利福尼亞大學(xué)的Bruce Ames教授于教授于1966年發(fā)年發(fā)明，因此稱為明，因此稱為Ames試驗(yàn)試驗(yàn)具體操作：檢測(cè)具體操作：檢測(cè)鼠傷寒沙門氏菌鼠傷寒沙門氏菌(Salmonella typhmurium)組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株(his-)的回復(fù)突變的回復(fù)突變率率回復(fù)突變回復(fù)突變：突變體失去的野生型性狀，可以通過第突變體失去的野生型性狀，可以通過第二次突變得到恢復(fù)，這種第二次突變稱為回復(fù)突變二次突變得到恢復(fù)，這種第二次突變稱為回復(fù)突變微生物的遺傳變異和育種最新微生物的遺傳變異和育種最新微生物的遺傳變異和育種最新微生物的遺傳

20、變異和育種最新證明證明Ames試驗(yàn)重要性的應(yīng)用實(shí)例：試驗(yàn)重要性的應(yīng)用實(shí)例：國外曾開發(fā)了一種降低婦女妊娠反應(yīng)的藥物國外曾開發(fā)了一種降低婦女妊娠反應(yīng)的藥物“反應(yīng)停反應(yīng)停”，由于，由于其藥效顯著，在其藥效顯著，在60-7060-70年代十分流行，年代十分流行，但隨后人們就發(fā)現(xiàn)畸形兒的出生率明顯增高，而且生產(chǎn)畸形兒但隨后人們就發(fā)現(xiàn)畸形兒的出生率明顯增高，而且生產(chǎn)畸形兒的婦女大多曾服用的婦女大多曾服用“反應(yīng)停反應(yīng)?！?，后來采用，后來采用AmesAmes試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種物試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)的確具有很強(qiáng)的致突變作用，因此這種藥物被禁止使用質(zhì)的確具有很強(qiáng)的致突變作用，因此這種藥物被禁止使用但如果能在這種藥物上市之前

21、就進(jìn)行但如果能在這種藥物上市之前就進(jìn)行AmesAmes試驗(yàn)檢測(cè)，那么這種試驗(yàn)檢測(cè)，那么這種大量出生畸形兒的悲劇完全可以避免，大量出生畸形兒的悲劇完全可以避免，微生物的遺傳變異和育種最新（2）選用優(yōu)良的出發(fā)菌株）選用優(yōu)良的出發(fā)菌株（3）處理單細(xì)胞或單孢子懸浮液處理單細(xì)胞或單孢子懸浮液（4）使用最佳誘變劑量）使用最佳誘變劑量 劑量劑量 = 強(qiáng)度（濃度）強(qiáng)度（濃度） 作用時(shí)間作用時(shí)間 相對(duì)劑量相對(duì)劑量 = 殺菌率殺菌率（5）利用協(xié)同效應(yīng)）利用協(xié)同效應(yīng)（6）尋找和利用形態(tài)、生理與產(chǎn)量間的相關(guān)指標(biāo)）尋找和利用形態(tài)、生理與產(chǎn)量間的相關(guān)指標(biāo)（7）設(shè)計(jì)高效率篩選方案）設(shè)計(jì)高效率篩選方案（8）根據(jù)具體情況創(chuàng)造新

22、型篩選方案）根據(jù)具體情況創(chuàng)造新型篩選方案微生物的遺傳變異和育種最新3、突變株的篩選：（、突變株的篩選：（1）產(chǎn)量突變株的篩選）產(chǎn)量突變株的篩選 （2）抗藥性突變株的篩選）抗藥性突變株的篩選 （3）營養(yǎng)缺陷型突變株的篩選）營養(yǎng)缺陷型突變株的篩選微生物的遺傳變異和育種最新突變株的篩選方法突變株的篩選方法誘變誘變檢出營養(yǎng)缺陷型檢出營養(yǎng)缺陷型淘汰野生型淘汰野生型鑒定營養(yǎng)缺陷型鑒定營養(yǎng)缺陷型富集培養(yǎng)富集培養(yǎng)（抗生素法）（抗生素法）（菌絲過濾法）（菌絲過濾法）夾層培養(yǎng)法夾層培養(yǎng)法限量補(bǔ)充培養(yǎng)法限量補(bǔ)充培養(yǎng)法逐個(gè)檢出法逐個(gè)檢出法影印平板法影印平板法生長譜法生長譜法微生物的遺傳變異和育種最新第三節(jié)第三節(jié) 基因

23、重組和雜交育種基因重組和雜交育種一、原核生物的基因重組一、原核生物的基因重組（一）轉(zhuǎn)化（一）轉(zhuǎn)化供體菌供體菌受體菌受體菌DNA片段片段1928年，年，Griffith發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌（發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌（Streptococcus pneumoniae）的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象,目前已知有二十多個(gè)種的細(xì)菌具有自然轉(zhuǎn)化的能目前已知有二十多個(gè)種的細(xì)菌具有自然轉(zhuǎn)化的能力力進(jìn)行自然轉(zhuǎn)化，需要二方面必要的條件：進(jìn)行自然轉(zhuǎn)化，需要二方面必要的條件：微生物的遺傳變異和育種最新1、建立了感受態(tài)的受體細(xì)胞、建立了感受態(tài)的受體細(xì)胞感受態(tài)細(xì)胞：感受態(tài)細(xì)胞：具有攝取外源具有攝取外源DNA能力的細(xì)胞能力的細(xì)胞 自然感受態(tài)自然感受

24、態(tài)的出現(xiàn)是細(xì)胞一定生長階段的生理特性，受細(xì)菌的出現(xiàn)是細(xì)胞一定生長階段的生理特性，受細(xì)菌 自身的基因控制；自身的基因控制； 人工感受態(tài)人工感受態(tài)則是通過人為誘導(dǎo)的方法，使細(xì)胞具有攝取則是通過人為誘導(dǎo)的方法，使細(xì)胞具有攝取DNADNA的的 能力，或人為地將能力，或人為地將DNADNA導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)導(dǎo)入細(xì)胞內(nèi)2、外源游離、外源游離DNA分子（轉(zhuǎn)化因子）分子（轉(zhuǎn)化因子）微生物的遺傳變異和育種最新轉(zhuǎn)化過程（革蘭氏陽性菌的轉(zhuǎn)化模型）轉(zhuǎn)化過程（革蘭氏陽性菌的轉(zhuǎn)化模型）微生物的遺傳變異和育種最新微生物的遺傳變異和育種最新噬菌體噬菌體DNA被感受態(tài)細(xì)胞攝取并產(chǎn)生有活性的病毒顆粒被感受態(tài)細(xì)胞攝取并產(chǎn)生有活性的病毒顆粒

25、轉(zhuǎn)染轉(zhuǎn)染(transfection)：轉(zhuǎn)染的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)染的特點(diǎn)：提純的噬菌體提純的噬菌體DNA以轉(zhuǎn)化的（而非感染）途徑以轉(zhuǎn)化的（而非感染）途徑進(jìn)入細(xì)胞并表達(dá)后產(chǎn)生完整的病毒顆粒。進(jìn)入細(xì)胞并表達(dá)后產(chǎn)生完整的病毒顆粒。轉(zhuǎn)化過程的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)化過程的特點(diǎn)：a）對(duì)核酸酶敏感；對(duì)核酸酶敏感；b）不需要活的不需要活的DNA供體細(xì)胞；供體細(xì)胞；c）轉(zhuǎn)化是否成功及轉(zhuǎn)化效率的高低主要取決于轉(zhuǎn)化供體菌轉(zhuǎn)化是否成功及轉(zhuǎn)化效率的高低主要取決于轉(zhuǎn)化供體菌株和轉(zhuǎn)化受體菌株之間的親源關(guān)系；株和轉(zhuǎn)化受體菌株之間的親源關(guān)系； d）通常情況下質(zhì)粒的自然轉(zhuǎn)化效率要低得多通常情況下質(zhì)粒的自然轉(zhuǎn)化效率要低得多微生物的遺傳變異和育種最新人工轉(zhuǎn)

26、化人工轉(zhuǎn)化用用CaCl2處理細(xì)胞，電穿孔等是常用的人工轉(zhuǎn)化手段。處理細(xì)胞，電穿孔等是常用的人工轉(zhuǎn)化手段。在自然轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上發(fā)展和建立的一項(xiàng)細(xì)菌基因重組在自然轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)上發(fā)展和建立的一項(xiàng)細(xì)菌基因重組手段，是基因工程的奠基石和基礎(chǔ)技術(shù)。手段，是基因工程的奠基石和基礎(chǔ)技術(shù)。不是由細(xì)菌自身的基因所控制；不是由細(xì)菌自身的基因所控制；用多種不同的技術(shù)處理受體細(xì)胞，使其人為地處于一用多種不同的技術(shù)處理受體細(xì)胞，使其人為地處于一種可以攝取外源種可以攝取外源DNA的的“人工感受態(tài)人工感受態(tài)”。質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化效率高；質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化效率高；微生物的遺傳變異和育種最新（二）細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)（二）細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction

27、）由噬菌體介導(dǎo)的細(xì)菌細(xì)胞間進(jìn)行遺傳交換的一種方式由噬菌體介導(dǎo)的細(xì)菌細(xì)胞間進(jìn)行遺傳交換的一種方式 一個(gè)細(xì)胞的一個(gè)細(xì)胞的DNA通過病毒載體的感染轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞中通過病毒載體的感染轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞中細(xì)菌轉(zhuǎn)導(dǎo)的類型：細(xì)菌轉(zhuǎn)導(dǎo)的類型：普遍普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)局限局限轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)局限轉(zhuǎn)導(dǎo)與普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要區(qū)別局限轉(zhuǎn)導(dǎo)與普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要區(qū)別溶源轉(zhuǎn)變?nèi)茉崔D(zhuǎn)變微生物的遺傳變異和育種最新（三）接合（三）接合(conjugation)通過細(xì)胞與細(xì)胞的直接接觸而產(chǎn)生的遺傳信息的轉(zhuǎn)移通過細(xì)胞與細(xì)胞的直接接觸而產(chǎn)生的遺傳信息的轉(zhuǎn)移和重組過程和重組過程194

28、6年，年，Joshua Lederberg 和和Edward L.Taturm細(xì)菌的多重營養(yǎng)缺陷型雜交實(shí)驗(yàn)細(xì)菌的多重營養(yǎng)缺陷型雜交實(shí)驗(yàn)中間平板上長出的原養(yǎng)型菌落中間平板上長出的原養(yǎng)型菌落是兩菌株之間發(fā)生了遺傳交換是兩菌株之間發(fā)生了遺傳交換和重組所致。和重組所致。微生物的遺傳變異和育種最新證實(shí)接合過程需要細(xì)胞間的直接接觸的證實(shí)接合過程需要細(xì)胞間的直接接觸的“U”型管型管實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)（ Bernard Davis，1950 ）微生物的遺傳變異和育種最新接合機(jī)制接合機(jī)制(大腸桿菌的接合機(jī)制大腸桿菌的接合機(jī)制)接合作用是由一種被稱為接合作用是由一種被稱為F因子的因子的質(zhì)粒介導(dǎo)。質(zhì)粒介導(dǎo)。F因子的分子量通

29、常為因子的分子量通常為5107，上面，上面有編碼細(xì)菌產(chǎn)生性菌毛及控制接合有編碼細(xì)菌產(chǎn)生性菌毛及控制接合過程進(jìn)行的過程進(jìn)行的20多個(gè)基因。多個(gè)基因。F因子為附加體質(zhì)粒因子為附加體質(zhì)粒既可以脫離染色體在細(xì)既可以脫離染色體在細(xì)胞內(nèi)獨(dú)立存在，也可插胞內(nèi)獨(dú)立存在，也可插入（整合）到染色體上入（整合）到染色體上微生物的遺傳變異和育種最新F F因子的四種細(xì)胞形式因子的四種細(xì)胞形式 a）F-菌株菌株(“雌性雌性”菌株菌株)，不含不含F(xiàn)因子，沒有性菌毛，但可以通過因子，沒有性菌毛，但可以通過接合作用接收接合作用接收F因子而變成因子而變成F+菌株菌株；b）F+菌株菌株(“雄性雄性”菌株菌株)， F因因子獨(dú)立存在，

30、細(xì)胞表面有性菌毛。子獨(dú)立存在，細(xì)胞表面有性菌毛。c c）HfrHfr菌株菌株，F(xiàn) F因子插入到染色體因子插入到染色體DNADNA上上，細(xì)胞表面有性菌毛。，細(xì)胞表面有性菌毛。d d）FF菌株菌株，Hfr菌株內(nèi)的菌株內(nèi)的F因子因子因不正常切割而脫離染色體時(shí)，因不正常切割而脫離染色體時(shí)，形成游離的但攜帶一小段染色體形成游離的但攜帶一小段染色體基因的基因的F因子，特稱為因子，特稱為F因因 子。子。 細(xì)胞表面同樣有性菌毛。細(xì)胞表面同樣有性菌毛。微生物的遺傳變異和育種最新1） F+F-雜交雜交理化因子的處理可將理化因子的處理可將F因子消除而使因子消除而使F+菌株變成菌株變成F-菌株菌株F+菌株的菌株的F因

31、子向因子向F-細(xì)胞轉(zhuǎn)移，但含細(xì)胞轉(zhuǎn)移，但含F(xiàn)因子的宿主細(xì)胞因子的宿主細(xì)胞的染色體的染色體DNA一般不被轉(zhuǎn)移。一般不被轉(zhuǎn)移。a a）F F+ +細(xì)菌通過性毛與細(xì)菌通過性毛與F F- -細(xì)菌接觸并發(fā)生細(xì)菌接觸并發(fā)生相互作用；相互作用；b b）F F+ +細(xì)菌的細(xì)菌的F F因子出現(xiàn)缺口，雙鏈之一因子出現(xiàn)缺口，雙鏈之一被切斷，從斷端轉(zhuǎn)移被切斷，從斷端轉(zhuǎn)移F F因子的一條鏈到因子的一條鏈到F F- -細(xì)菌中。細(xì)菌中。 c c）F F因子的一條鏈一進(jìn)入因子的一條鏈一進(jìn)入F F- -細(xì)菌中，就細(xì)菌中，就在在F F- -細(xì)菌中復(fù)制新的細(xì)菌中復(fù)制新的 F F因子。因子。d d）復(fù)制完成后，復(fù)制完成后， F F-

32、 -細(xì)菌變成細(xì)菌變成F F+ + ，同時(shí)原有同時(shí)原有F F+ +細(xì)胞也完成細(xì)胞也完成F F因子另一條鏈的復(fù)制，所因子另一條鏈的復(fù)制，所以轉(zhuǎn)移是以轉(zhuǎn)移是F F+ +的拷貝。的拷貝。所以最終所以最終雜交的結(jié)果雜交的結(jié)果是是F F- -細(xì)菌變成細(xì)菌變成F F+ +細(xì)菌，而原有的細(xì)菌，而原有的F F+ +細(xì)菌則不變。細(xì)菌則不變。微生物的遺傳變異和育種最新微生物的遺傳變異和育種最新微生物的遺傳變異和育種最新HfrHfr菌株的菌株的F F因子插入到染色體因子插入到染色體DNADNA上，因此上，因此只要發(fā)生接合轉(zhuǎn)只要發(fā)生接合轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移過程，就可以把部分甚至全部細(xì)菌染色體傳遞給移轉(zhuǎn)移過程，就可以把部分甚至全部細(xì)

33、菌染色體傳遞給F F- -細(xì)細(xì)胞并發(fā)生重組，由此而得名為胞并發(fā)生重組，由此而得名為高頻重組菌株高頻重組菌株。2 2）Hfr Hfr F-雜交雜交Hfr菌株仍然保持著菌株仍然保持著F+細(xì)胞的特征，具有細(xì)胞的特征，具有F性菌毛，性菌毛，并象并象F+一樣與一樣與F-細(xì)胞進(jìn)行接合。細(xì)胞進(jìn)行接合。所不同的是，當(dāng)所不同的是，當(dāng)OriT序列被缺刻螺旋酶識(shí)別而產(chǎn)序列被缺刻螺旋酶識(shí)別而產(chǎn)生缺口后，生缺口后，F(xiàn)因子的先導(dǎo)區(qū)因子的先導(dǎo)區(qū)(leading region)結(jié)合著結(jié)合著染色體染色體DNA向受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移。向受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移。F因子除先導(dǎo)區(qū)以外，其余絕大部分是處于轉(zhuǎn)移因子除先導(dǎo)區(qū)以外，其余絕大部分是處于轉(zhuǎn)移染色體

34、的末端，由于轉(zhuǎn)移過程常被中斷，因此染色體的末端，由于轉(zhuǎn)移過程常被中斷，因此F因子不易轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中。因子不易轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞中。HfrF-雜交后的受體細(xì)胞雜交后的受體細(xì)胞(或接合子或接合子)大多數(shù)仍然大多數(shù)仍然是是F-。微生物的遺傳變異和育種最新染色體上越靠近染色體上越靠近F因子的先導(dǎo)區(qū)的基因，進(jìn)入的機(jī)會(huì)就越多，因子的先導(dǎo)區(qū)的基因，進(jìn)入的機(jī)會(huì)就越多，在在F-中出現(xiàn)重組子的的時(shí)間就越早，頻率也高。中出現(xiàn)重組子的的時(shí)間就越早，頻率也高。微生物的遺傳變異和育種最新微生物的遺傳變異和育種最新中斷雜交（中斷雜交（interrupted mating）技術(shù)技術(shù)利用利用HfrF-的接合過程，的接合過程，在不同時(shí)

35、間取樣，并把樣品猛烈攪拌以在不同時(shí)間取樣，并把樣品猛烈攪拌以分散接合中的細(xì)菌，然后分析受體細(xì)菌基因型，以時(shí)間分散接合中的細(xì)菌，然后分析受體細(xì)菌基因型，以時(shí)間( (分鐘分鐘) )為為單位繪制遺傳圖譜，該圖譜是細(xì)菌染色體上基因順序的直接反映。單位繪制遺傳圖譜，該圖譜是細(xì)菌染色體上基因順序的直接反映。微生物的遺傳變異和育種最新大腸桿菌基因組很大（大腸桿菌基因組很大（全部轉(zhuǎn)移全部轉(zhuǎn)移需要需要100分鐘分鐘），其遺傳圖譜須用），其遺傳圖譜須用多株多株F因子整合在不同位置的因子整合在不同位置的Hfr菌才能完成菌才能完成微生物的遺傳變異和育種最新3 3）FFF-雜交雜交Hfr菌株內(nèi)的菌株內(nèi)的F因子因不正常切

36、割而因子因不正常切割而脫離染色體時(shí)，形成游離的但攜帶脫離染色體時(shí)，形成游離的但攜帶一小段染色體基因的一小段染色體基因的F因子，特稱因子，特稱為為F因子因子。FF-與與F+F-的不同：的不同：供體的部分染色體基因隨供體的部分染色體基因隨F一起轉(zhuǎn)入受體一起轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞細(xì)胞a）與染色體發(fā)生重組；與染色體發(fā)生重組；b）繼續(xù)存在于繼續(xù)存在于F因子上，形成一種部分二因子上，形成一種部分二倍體；倍體；細(xì)胞基因的這種轉(zhuǎn)移過程又常稱為細(xì)胞基因的這種轉(zhuǎn)移過程又常稱為性導(dǎo)性導(dǎo)（sexduction）、）、F因子轉(zhuǎn)導(dǎo)因子轉(zhuǎn)導(dǎo)（F-duction），），或或F因子媒介的轉(zhuǎn)導(dǎo)因子媒介的轉(zhuǎn)導(dǎo)（F-mediated tran

37、sduction）。）。微生物的遺傳變異和育種最新“接合接合” “轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)” 及及“轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化”這三種在自然界中存在的這三種在自然界中存在的細(xì)菌遺傳重組過程各自的特點(diǎn)：細(xì)菌遺傳重組過程各自的特點(diǎn)：外源外源DNA的來源及進(jìn)入途徑有差異的來源及進(jìn)入途徑有差異微生物的遺傳變異和育種最新（四）原生質(zhì)體融合（四）原生質(zhì)體融合微生物的遺傳變異和育種最新二、真核微生物的基因重組二、真核微生物的基因重組（一）有性雜交（一）有性雜交細(xì)胞（細(xì)胞（ ）細(xì)胞（）細(xì)胞（）有性接合有性接合 染色體重組染色體重組 新遺傳型新遺傳型能產(chǎn)生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌都可以進(jìn)行有性雜交能產(chǎn)生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌都可以進(jìn)行

38、有性雜交微生物的遺傳變異和育種最新微生物的遺傳變異和育種最新（二）準(zhǔn)性雜交（二）準(zhǔn)性雜交細(xì)胞（細(xì)胞（ ）細(xì)胞（）細(xì)胞（）準(zhǔn)性接合準(zhǔn)性接合 基因重組基因重組 新遺傳型新遺傳型菌絲聯(lián)結(jié)菌絲聯(lián)結(jié) 質(zhì)配質(zhì)配 核配核配 有絲分裂交換有絲分裂交換 單倍體雜合子單倍體雜合子在半知菌類中最為常見在半知菌類中最為常見半半知知菌菌的的準(zhǔn)準(zhǔn)性性生生殖殖微生物的遺傳變異和育種最新微生物的遺傳變異和育種最新準(zhǔn)性雜交育種準(zhǔn)性雜交育種微生物的遺傳變異和育種最新第四節(jié)第四節(jié) 基因工程基因工程特點(diǎn)：可設(shè)計(jì)性、穩(wěn)定性、遠(yuǎn)緣性、風(fēng)險(xiǎn)性特點(diǎn)：可設(shè)計(jì)性、穩(wěn)定性、遠(yuǎn)緣性、風(fēng)險(xiǎn)性一、基因工程一、基因工程定義：定義：在基因水平上，改造遺傳物

39、質(zhì)，從而使在基因水平上，改造遺傳物質(zhì)，從而使物種發(fā)生變異，創(chuàng)建出具有某種穩(wěn)定新性狀的物種發(fā)生變異，創(chuàng)建出具有某種穩(wěn)定新性狀的生物新品系。生物新品系。微生物的遺傳變異和育種最新獲得目的基因獲得目的基因選擇基因載體選擇基因載體體外重組體外重組外源基因?qū)耄?xì)菌、外源基因?qū)耄?xì)菌、植物植物、動(dòng)物動(dòng)物、基因槍基因槍）篩選和鑒定篩選和鑒定應(yīng)用應(yīng)用二、基因工程的基本操作二、基因工程的基本操作微生物的遺傳變異和育種最新第五節(jié)第五節(jié) 菌種的衰退、復(fù)壯和保藏菌種的衰退、復(fù)壯和保藏性狀穩(wěn)定的菌種是微生物學(xué)工作最重要的基本要求，否性狀穩(wěn)定的菌種是微生物學(xué)工作最重要的基本要求，否則生產(chǎn)或科研都無法正常進(jìn)行。則生產(chǎn)或

40、科研都無法正常進(jìn)行。影響微生物菌種穩(wěn)定性的因素：影響微生物菌種穩(wěn)定性的因素：a）變異；變異；b）污染；污染； c）死亡。死亡。微生物的遺傳變異和育種最新一、菌種的衰退與復(fù)壯一、菌種的衰退與復(fù)壯菌種衰退的原因菌種衰退的原因：大量群體中的自發(fā)突變大量群體中的自發(fā)突變純菌種純菌種自發(fā)突變自發(fā)突變不純菌種不純菌種突變個(gè)體突變個(gè)體傳代增殖傳代增殖原始個(gè)體原始個(gè)體衰退衰退菌種菌種衰退：菌種出現(xiàn)或表現(xiàn)出負(fù)變性狀衰退：菌種出現(xiàn)或表現(xiàn)出負(fù)變性狀微生物的遺傳變異和育種最新1）從衰退的菌種群體中把少數(shù)個(gè)體再找出來，重新獲）從衰退的菌種群體中把少數(shù)個(gè)體再找出來，重新獲得具有原有典型性狀的菌種。得具有原有典型性狀的菌種

41、。 a）純種分離；純種分離； b）通過寄主體進(jìn)行復(fù)壯；通過寄主體進(jìn)行復(fù)壯；2）有意識(shí)地利用微生物會(huì)發(fā)生自發(fā)突變的特性，在）有意識(shí)地利用微生物會(huì)發(fā)生自發(fā)突變的特性，在日常的菌種維護(hù)工作中不斷篩選日常的菌種維護(hù)工作中不斷篩選“正變正變”個(gè)體。個(gè)體。菌種的復(fù)壯：菌種的復(fù)壯：微生物的遺傳變異和育種最新二、防止衰退的措施二、防止衰退的措施1）減少傳代次數(shù)；減少傳代次數(shù)；2）創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件；）創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件；3）利用單核體傳代）利用單核體傳代4）經(jīng)常進(jìn)行純種分離，并對(duì)相應(yīng)的性狀指標(biāo)進(jìn)行檢查；）經(jīng)常進(jìn)行純種分離，并對(duì)相應(yīng)的性狀指標(biāo)進(jìn)行檢查；5）采用有效的菌種保藏方法；）采用有效的菌種保藏方法；微生物

42、的遺傳變異和育種最新三、菌種保藏三、菌種保藏目的目的：在一定時(shí)間內(nèi)使菌種不死、不變、不亂，在一定時(shí)間內(nèi)使菌種不死、不變、不亂，以供研究、生產(chǎn)、交換之用以供研究、生產(chǎn)、交換之用基本原則基本原則：1、挑選典型菌種的優(yōu)良純種、挑選典型菌種的優(yōu)良純種 2、盡量使用分生孢子、芽孢等休眠、盡量使用分生孢子、芽孢等休眠體體 3、創(chuàng)造有利于休眠的保藏環(huán)境（如、創(chuàng)造有利于休眠的保藏環(huán)境（如干燥、低溫）干燥、低溫） 4、盡可能多的采用不同的手段保藏、盡可能多的采用不同的手段保藏一些比較重要的微生物菌株一些比較重要的微生物菌株微生物的遺傳變異和育種最新基本方法基本方法培養(yǎng)基傳代培養(yǎng)（培養(yǎng)基傳代培養(yǎng)（斜面、平板）斜面

43、、平板）寄主傳代培養(yǎng)寄主傳代培養(yǎng)低溫（低溫（液氮、低溫冰箱）液氮、低溫冰箱）干燥（干燥（沙土管、真空干燥）沙土管、真空干燥）生活態(tài)生活態(tài)休眠態(tài)休眠態(tài)微生物的遺傳變異和育種最新微生物的遺傳變異和育種最新冷凍干燥保藏法和液氮保藏法冷凍干燥保藏法和液氮保藏法微生物的遺傳變異和育種最新1、細(xì)胞水平、細(xì)胞水平真核微生物：細(xì)胞核真核微生物：細(xì)胞核原核微生物：核區(qū)原核微生物：核區(qū)細(xì)胞核或核區(qū)的數(shù)目在不同的微生物中是不同的細(xì)胞核或核區(qū)的數(shù)目在不同的微生物中是不同的微生物的遺傳變異和育種最新2、細(xì)胞核水平、細(xì)胞核水平真核生物真核生物 細(xì)胞核細(xì)胞核 核染色體核染色體原核生物原核生物 核區(qū)核區(qū) DNA鏈鏈核基因組核

44、基因組在核基因組之外，還存在各種形式的核外遺傳物質(zhì)在核基因組之外，還存在各種形式的核外遺傳物質(zhì)微生物的遺傳變異和育種最新3、染色體水平、染色體水平染色體是由組蛋白與染色體是由組蛋白與DNA構(gòu)成的線狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的線狀結(jié)構(gòu)染色體的數(shù)目在不同的生染色體的數(shù)目在不同的生物中是不同的物中是不同的染色體的倍數(shù)在同一生物染色體的倍數(shù)在同一生物的不同生活時(shí)期是不同的的不同生活時(shí)期是不同的微生物的遺傳變異和育種最新4、核酸水平、核酸水平核酸種類：核酸種類：DNA，RNA核酸結(jié)構(gòu)：雙鏈、單鏈；核酸結(jié)構(gòu)：雙鏈、單鏈； 環(huán)狀，線狀，超螺旋狀環(huán)狀，線狀，超螺旋狀DNA長度：因種而異長度：因種而異微生物基因組測(cè)序工作是在人

45、類基因組計(jì)劃的促進(jìn)下開微生物基因組測(cè)序工作是在人類基因組計(jì)劃的促進(jìn)下開始的，最開始是作為模式生物，后來不斷發(fā)展，已成為始的，最開始是作為模式生物，后來不斷發(fā)展，已成為研究微生物學(xué)的最有力的手段。研究微生物學(xué)的最有力的手段。微生物的遺傳變異和育種最新5、基因水平、基因水平微生物的遺傳變異和育種最新微生物的遺傳變異和育種最新6、密碼子水平、密碼子水平微生物的遺傳變異和育種最新7、核苷酸水平、核苷酸水平核苷酸是最小突變單位和交換單位核苷酸是最小突變單位和交換單位微生物的遺傳變異和育種最新（1）致育因子致育因子(Fertility factor，F(xiàn)因子因子)又稱又稱F質(zhì)粒，其大小約質(zhì)粒，其大小約100

46、kb，這是最早發(fā)現(xiàn)的一種與大腸桿菌這是最早發(fā)現(xiàn)的一種與大腸桿菌的有性生殖現(xiàn)象的有性生殖現(xiàn)象（接合作用）（接合作用）有關(guān)的質(zhì)粒。有關(guān)的質(zhì)粒。攜帶攜帶F質(zhì)粒的菌株稱為質(zhì)粒的菌株稱為F+菌株菌株（相當(dāng)于雄性），無（相當(dāng)于雄性），無F質(zhì)粒的質(zhì)粒的菌株稱為菌株稱為F-菌株（相當(dāng)于雌菌株（相當(dāng)于雌性）。性）。F因子能以游離狀態(tài)因子能以游離狀態(tài)(F+)和和以與染色體相結(jié)合的狀態(tài)以與染色體相結(jié)合的狀態(tài)(Hfr)存在于細(xì)胞中，所以存在于細(xì)胞中，所以又稱之為附加體又稱之為附加體(episome)。微生物的遺傳變異和育種最新（2）抗性因子（抗性因子（Resistance factor，R因子）因子）包括抗藥性和抗重

47、金屬二大類，簡(jiǎn)稱包括抗藥性和抗重金屬二大類，簡(jiǎn)稱R質(zhì)粒。質(zhì)粒。抗性質(zhì)粒在細(xì)菌間的傳遞是細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性的重要原因之一?？剐再|(zhì)粒在細(xì)菌間的傳遞是細(xì)菌產(chǎn)生抗藥性的重要原因之一。R質(zhì)粒質(zhì)?？剐赞D(zhuǎn)移因子（抗性轉(zhuǎn)移因子（RTF）：轉(zhuǎn)移和復(fù)制基因轉(zhuǎn)移和復(fù)制基因抗性決定因子抗性決定因子：抗性基因：抗性基因微生物的遺傳變異和育種最新R100質(zhì)粒質(zhì)粒(89kb)可使宿主對(duì)下列藥物及重金屬具有抗性：可使宿主對(duì)下列藥物及重金屬具有抗性：汞（汞（mercuric ion ，mer）四環(huán)素（四環(huán)素（tetracycline，tet ）鏈霉素鏈霉素(Streptomycin, Str)、磺胺磺胺(Sulfonamide,

48、Su)、氯霉素氯霉素(Chlorampenicol, Cm)、夫西地酸（夫西地酸（fusidic acid，fus）并且負(fù)責(zé)這些抗性的基因是成簇地存在于抗性質(zhì)粒上。并且負(fù)責(zé)這些抗性的基因是成簇地存在于抗性質(zhì)粒上。微生物的遺傳變異和育種最新細(xì)細(xì)菌菌素素抗抗生生素素抑抑制制或或殺殺死死近近緣緣，甚甚至至同同種種不不同同株株的的細(xì)細(xì)菌菌較廣的抗菌譜通通過過核核糖糖體體直直接接合合成成的的多多肽肽類類物物質(zhì)質(zhì)一般是次級(jí)代謝產(chǎn)物編編碼碼細(xì)細(xì)菌菌素素的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)基基因因及及相相關(guān)關(guān)的的基基因因一一般般位位于于質(zhì)質(zhì)粒?；蚧蜣D(zhuǎn)轉(zhuǎn)座座子子上上一般無直接的結(jié)構(gòu)基因，相關(guān)酶的基因多在染色體上（3）產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒（產(chǎn)

49、細(xì)菌素的質(zhì)粒（Bacteriocin production plasmid）微生物的遺傳變異和育種最新一般都位于一般都位于質(zhì)?；蜣D(zhuǎn)座質(zhì)?；蜣D(zhuǎn)座子上，因此，子上，因此，細(xì)菌素可以細(xì)菌素可以殺死同種但殺死同種但不攜帶該質(zhì)不攜帶該質(zhì)粒的菌株。粒的菌株。細(xì)菌素一般根據(jù)產(chǎn)生菌的種類進(jìn)行命名：細(xì)菌素一般根據(jù)產(chǎn)生菌的種類進(jìn)行命名：大腸桿菌（大腸桿菌（E. coli）產(chǎn)生的細(xì)菌素為產(chǎn)生的細(xì)菌素為colicins（大腸桿大腸桿菌素），而質(zhì)粒被稱為菌素），而質(zhì)粒被稱為Col質(zhì)粒。質(zhì)粒。細(xì)菌素結(jié)構(gòu)基因涉及細(xì)菌素運(yùn)輸及細(xì)菌素結(jié)構(gòu)基因涉及細(xì)菌素運(yùn)輸及發(fā)揮作用的蛋白質(zhì)的基因賦予宿主發(fā)揮作用的蛋白質(zhì)的基因賦予宿主對(duì)該細(xì)菌素

50、具有對(duì)該細(xì)菌素具有“免疫力免疫力”的相關(guān)的相關(guān)產(chǎn)物的基因產(chǎn)物的基因微生物的遺傳變異和育種最新（4）毒性質(zhì)粒（毒性質(zhì)粒（virulence plasmid）許多致病菌的致病性是由其所攜帶的質(zhì)粒引起的，這些許多致病菌的致病性是由其所攜帶的質(zhì)粒引起的，這些質(zhì)粒具有編碼毒素的基因，其產(chǎn)物對(duì)宿主（動(dòng)物、植物）質(zhì)粒具有編碼毒素的基因，其產(chǎn)物對(duì)宿主（動(dòng)物、植物）造成傷害。造成傷害。微生物的遺傳變異和育種最新產(chǎn)毒素大腸桿菌是引起人類和動(dòng)物腹瀉的主要病產(chǎn)毒素大腸桿菌是引起人類和動(dòng)物腹瀉的主要病原菌之一，其中許多菌株含有為一種或多種腸毒原菌之一，其中許多菌株含有為一種或多種腸毒素編碼的質(zhì)粒。素編碼的質(zhì)粒。蘇云金桿

51、菌含有編碼蘇云金桿菌含有編碼內(nèi)毒素內(nèi)毒素(伴伴孢晶體中孢晶體中)的質(zhì)粒的質(zhì)粒根癌土壤桿菌所含根癌土壤桿菌所含Ti質(zhì)粒是引起雙子葉植物冠質(zhì)粒是引起雙子葉植物冠癭瘤的致病因子癭瘤的致病因子微生物的遺傳變異和育種最新微生物的遺傳變異和育種最新Ti質(zhì)粒質(zhì)粒中的中的T-DNA可攜帶任何外源基因整合到植物基可攜帶任何外源基因整合到植物基因組中，是植物基因工程中有效的克隆載體因組中，是植物基因工程中有效的克隆載體微生物的遺傳變異和育種最新（5）代謝質(zhì)粒（代謝質(zhì)粒（Metabolic plasmid）質(zhì)粒上攜帶有有利于微生物生存的基因，如能降解某質(zhì)粒上攜帶有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基質(zhì)的酶，進(jìn)行共

52、生固氮，或產(chǎn)生抗生素（某些放些基質(zhì)的酶，進(jìn)行共生固氮，或產(chǎn)生抗生素（某些放線菌）等。線菌）等。將復(fù)雜的有機(jī)化合物降解成能被其作為碳源和能源利將復(fù)雜的有機(jī)化合物降解成能被其作為碳源和能源利用的簡(jiǎn)單形式用的簡(jiǎn)單形式，環(huán)境保護(hù)方面具有重要的意義。，環(huán)境保護(hù)方面具有重要的意義。降解質(zhì)粒：降解質(zhì)粒：微生物的遺傳變異和育種最新假單胞菌：假單胞菌：具有降解一些有毒化合物，具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物如芳香簇化合物(苯苯)、農(nóng)、農(nóng)藥藥(2,4dichlorophenoxyacetic acid)、辛烷和樟腦等的能辛烷和樟腦等的能力。力。微生物的遺傳變異和育種最新（6）隱秘質(zhì)粒（隱秘質(zhì)粒（crypti

53、c plasmid）隱秘質(zhì)粒不顯示任何表型效應(yīng)，它們的存在只有通過物理隱秘質(zhì)粒不顯示任何表型效應(yīng)，它們的存在只有通過物理的方法，例如用凝膠電泳檢測(cè)細(xì)胞抽提液等方法才能發(fā)現(xiàn)。的方法，例如用凝膠電泳檢測(cè)細(xì)胞抽提液等方法才能發(fā)現(xiàn)。 它們存在的生物學(xué)意義，目前幾乎不了解。它們存在的生物學(xué)意義，目前幾乎不了解。在應(yīng)用上，很多隱秘質(zhì)粒被加以改造作為基因工程的載體在應(yīng)用上，很多隱秘質(zhì)粒被加以改造作為基因工程的載體（一般加上抗性基因）（一般加上抗性基因）微生物的遺傳變異和育種最新變量實(shí)驗(yàn)（變量實(shí)驗(yàn)（fluctuation analysis）Salvador Luria and Max Delbruck（194

54、3）Salvador LuriaMax DelbruckThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969微生物的遺傳變異和育種最新變量實(shí)驗(yàn)（變量實(shí)驗(yàn)（fluctuation analysis）微生物的遺傳變異和育種最新Newcombe的涂布實(shí)驗(yàn)（的涂布實(shí)驗(yàn)（1949）微生物的遺傳變異和育種最新影印實(shí)驗(yàn)（影印實(shí)驗(yàn)（replica plating ）Joshua Lederberg and Esther Lederberg（1952）Joshua LederbergJ. Lederberg is awarded the Noble Prize in J.

55、 Lederberg is awarded the Noble Prize in Medicine and Physiology in 1958Medicine and Physiology in 1958微生物的遺傳變異和育種最新微生物的遺傳變異和育種最新普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalized transduction）噬菌體可以轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體可以轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌染色體的任何部分供體菌染色體的任何部分到受體細(xì)胞中到受體細(xì)胞中的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的三種后果：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的三種后果：外源外源DNA被降解，轉(zhuǎn)導(dǎo)失敗。被降解，轉(zhuǎn)導(dǎo)失敗。進(jìn)入受體的外源進(jìn)入受體的外源DNA通過通過與細(xì)胞染色體的重組交換與細(xì)胞染色體的重組交換而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子而形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)微生物的遺傳變異和育種最新微生物的遺傳變異和育種最新完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)完全普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)微生物的遺傳變異和育種最新轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA不能進(jìn)行整合、重組和復(fù)制，但其攜帶的基不能進(jìn)行整合、重組和復(fù)制，但其攜帶的基因可經(jīng)過轉(zhuǎn)錄而得到表達(dá)。因可經(jīng)過轉(zhuǎn)錄而得到表達(dá)。因此群