遺傳變異和育種上

1、會計學1遺傳變異和育種上遺傳變異和育種上遺傳： 親代與子代相似變異： 親代與子代、子代間不同個體不完全相同遺傳（inheritance）和變異（variation）是生命的最本質特性之一遺傳型：表型（表現型）：生物的全部遺傳因子及基因具有一定遺傳型的個體，在特定環(huán)境條件下通過生長發(fā)育所表現出來的形態(tài)等生物學特征的總和。表型是由遺傳型所決定，但也和環(huán)境有關。基本概念表型飾變：表型的差異只與環(huán)境有關特點：暫時性、不可遺傳性、表現為全部個體的行為遺傳型變異（基因變異、基因突變）：遺傳物質改變，導致表型改變特點：遺傳性、群體中極少數個體的行為 （自發(fā)突變頻率通常為10-6-10-9）微生物是遺傳學研究

2、中的明星：t 微生物細胞結構簡單，營養(yǎng)體一般為單倍體，方便建立純系。t 很多常見微生物都易于人工培養(yǎng)，快速、大量生長繁殖。t 對環(huán)境因素的作用敏感，易于獲得各類突變株，操作性強。第一節(jié) 遺傳的物質基礎一、DNA作為遺傳物質二、RNA作為遺傳物質三、朊病毒的發(fā)現與思考一、DNA作為遺傳物質第一節(jié) 遺傳的物質基礎Avery在四十年代以更精密的實驗設計重復了以上實驗分別用降解DNA、RNA、蛋白質的酶作用于有毒的S型菌細胞抽提物只有DNA被酶降解破壞的抽提物無轉化活性DNA是轉化所必需的轉化因子第一節(jié) 遺傳的物質基礎T2噬菌體感染實驗（1952年）第一節(jié) 遺傳的物質基礎二、RNA作為遺傳物質生化提取

3、分別獲得含RNA的煙草花葉病毒蛋白質外殼（病毒1）和核酸（病毒2）抗血清處理，證明雜種病毒的蛋白質外殼來自病毒1，而非病毒2雜種病毒的后代的蛋白質外殼表現為病毒2，而非病毒1遺傳物質是核酸（RNA）而非蛋白質第一節(jié) 遺傳的物質基礎三、朊病毒的發(fā)現與思考亞病毒的一種：具有傳染性的蛋白質致病因子，迄今為止尚為 發(fā)現該蛋白內含有核酸。其致病作用是由于動物體內正常的蛋白質PrP c改變折疊狀態(tài)為PrP sc所致，而這二種蛋白質的一級結構并沒有改變。人的庫魯病(kuru)、克雅氏病(Creutzfeldt Jakob disease, CJD)等羊搔癢癥(scrapie)牛海綿狀腦病(spongifor

4、m encephalopathy)引起人與動物的致死性中樞神經系統疾病Prusiner (1982)提出羊搔癢病因子是一種蛋白質侵染顆粒（proteinaceous infectious particle），并將之稱做Prion或Virino。 -朊病毒1997年，Stanley B. Prusiner榮獲諾貝爾獎第一節(jié) 遺傳的物質基礎三、朊病毒的發(fā)現與思考1）蛋白質是否可以作為遺傳物質？ prion是生命的一個特例？還是僅僅為表達調控的一種形式？2）蛋白質折疊與功能的關系，是否存在折疊密碼？DNARNA肽鏈蛋白質 核 苷 酸 水 平 密 碼 子 水 平 基 因 水 平 核 酸 水 平 染色體

5、水平 細胞核水平 細胞水平 基因是生物體內具有自主復制能力的最小遺傳功能單位，其物質基礎是一條以直線排列、具有特定核苷酸序列的核酸片段?；蚪M是指存在于細胞或病毒中的所有基因。由于現在發(fā)現許多非編碼序列具有重要的功能，因此目前基因組的含義實際上是指細胞中基因以及非基因的DNA序列組成的總稱，包括編碼蛋白質的結構基因、調控序列以及目前功能還尚不清楚的DNA序列。操縱子 調節(jié)基因 結構基因 操作基因 啟動基因 遺傳信息的連續(xù)性功能相關的結構基因組成操縱子結構結構基因的單拷貝及rRNA基因的多拷貝基因組的重復序列少而短基因的不連續(xù)性：內含子、外顯子高度拷貝和重復順序 ：遺傳豐余轉錄和轉譯在細胞中有空

6、間分隔高拷貝數(high copy number)質粒（每個宿主細胞中可以有10-100個拷貝） 松弛型質粒低拷貝數(low copy number)質粒（每個宿主細胞中只有1-2個拷貝） 嚴緊型質粒窄宿主范圍質粒(narrow host range plasmid)（只能在一種特定的宿主細胞中復制）廣宿主范圍質粒(broad host range plasmid)（可以在許多種細菌中復制）在醫(yī)療中具有危害，但可用于微生物篩選和基因工程的標記部分細菌由質粒編碼的蛋白質產生的能抑制或殺死其他近源細菌的代謝產物。用于“殘害手足”Ti質粒：誘癌質粒，導致植物產生根癌，膨大等現象；用于植物基因工程。月

7、季根癌Ri質粒：發(fā)根質粒，誘發(fā)大量稱為毛狀根的不定根。降解性質粒：僅在假單胞菌（Pseudomonas）中發(fā)現。具有降解復雜有毒化合物的能力?！俺壘?。隱秘質粒（cryptic plasmid） 隱秘質粒不顯示任何表型效應，它們的存在只有通過物理的方法，例如用凝膠電泳檢測細胞抽提液等方法才能發(fā)現。它們存在的生物學意義，目前幾乎不了解。在應用上，很多隱秘質粒被加以改造作為基因工程的載體（一般加上抗性基因）基因突變突變類型突變率基因突變的特點基因突變自發(fā)性和不對應性的實驗證明基因突變及機制紫外線對DNA的損傷及其修復基因突變的概念：泛指遺傳物質的分子結構或數量突然發(fā)生的可遺傳的變化，可自發(fā)或誘導

8、產生。野生型菌株（wild type strain）：從自然界分離到的菌株。突變株（mutant）：野生型經突變后形成的帶有新性狀的菌株。突變株的表型選擇性突變株（selectable mutant）非選擇性突變株（ nonselectable mutant ）營養(yǎng)缺陷型抗性突變型條件致死突變型形態(tài)突變型抗原突變型產量突變型1.自發(fā)性。2.不對應性細胞可自發(fā)的產生突變突變性狀與引起突變的原因間無直接對應關系3.稀有性突變幾率為10-610-9 4.獨立性5.可誘變性誘變劑的使用可大大提高突變幾率6.穩(wěn)定性7.可逆性正向突變/回復突變變量實驗（fluctuation analysis）（1943

9、）Salvador LuriaMax DelbruckThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969Newcombe的涂布實驗（1949）影印實驗（replica plating ）（1952）基因突變誘變 堿基置換移碼突變點突變畸變缺失添加易位、倒位自發(fā)突變A.CalmetteC.Guerin第二節(jié) 基因突變和誘變育種二、突變與育種第二節(jié) 基因突變和誘變育種二、突變與育種1.選擇簡便有效的誘變劑誘變劑物理誘變劑：化學誘變劑：紫外線、激光、離子束、rRay烷化劑、堿基類似物等誘變育種誘變育種的幾個原則很多種化學物質，能以各種機制導致DNA的突變a）

10、利用各種誘變劑獲得各類遺傳突變，進行誘變育種；b）對有害微生物進行控制；c）危害人類自身的健康誘變育種“生物化學統一性”法則 人和細菌在DNA的結構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也會作用于人的DNA，使其發(fā)生突變，最后造成癌變或其他不良的后果。誘變育種“三致”作用誘變劑的共性原則：化學藥劑對細菌的誘變率與其對動物的致癌性成正比 超過95%的致癌物質對微生物有誘變作用90%以上的非致癌物質對微生物沒有誘變作用回復突變(reverse mutation或back mutation)：突變體失去的野生型性狀，可以通過第二次突變得到恢復，這種第二次突變稱為回復突變美國加利福尼亞大學

11、的Bruce Ames教授于1966年發(fā)明，因此稱為Ames試驗具體操作：檢測鼠傷寒沙門氏菌(Salmonella typhmurium)組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株(his-)的回復突變率Ames試驗證明Ames試驗重要性的應用實例：國外曾開發(fā)了一種降低婦女妊娠反應的藥物“反應?！?，由于其藥效顯著，在60-70年代十分流行，但隨后人們就發(fā)現畸形兒的出生率明顯增高，而且生產畸形兒的婦女大多曾服用“反應?！?，后來采用Ames試驗發(fā)現這種物質的確具有很強的致突變作用，因此這種藥物被禁止使用但如果能在這種藥物上市之前就進行Ames試驗檢測，那么這種大量出生畸形兒的悲劇完全可以避免，由于生物體內、體外可能存在

12、的差異，可在體外加入哺乳動物（如大鼠）微粒體酶系統，使待測物活化，使Ames試驗的準確率達80-90%。Ames試驗2.挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株依靠經驗誘變育種的幾個原則3.處理單細胞或單孢子懸液誘變育種的細胞應盡量選用單核細胞，絲狀菌應選用單孢子。誘變育種的幾個原則4.選用最適的誘變劑量劑量存活率曲線，劑量誘變率曲線。誘變育種的幾個原則5.充分利用復合處理的協同效應誘變育種的幾個原則6.利用和創(chuàng)造形態(tài)、生理與產量間的相關指標利用蛋白酶水解圈、淀粉酶變色圈、纖維素水解圈等誘變育種的幾個原則7.設計高效篩選方案8.創(chuàng)造新型篩選方法結合具體的目標，大膽嘗試，勇于創(chuàng)新。誘變育種的幾個原則1.產量突變株的篩

13、選2.抗藥性突變株的篩選梯度平板法定向培育若干代謝產物高產菌株3.營養(yǎng)缺陷型突變株的篩選篩選的意義：（1）遺傳標記菌種（2）生物測定的試驗菌種（3）生產菌種基本培養(yǎng)基：MMM9 medium：Na2HPO4 12.8g KH2PO4 3.0g NaCl 0.5g NH4Cl 0.5g 葡萄糖(單獨滅菌) 10.0g 維生素B1(單獨滅菌) 1g/mlpH 自然不能錯誤的認為基本培養(yǎng)基均是簡單的，不含生長因子的。完全培養(yǎng)基：CMPepton (蛋白胨) 5g Beef extract (牛肉膏) 30gNaCl 5g Agar (瓊脂) 15gDistilled water (蒸餾水) Adju

14、st (調) pH to 7.0-7.2可滿足一切營養(yǎng)缺陷型菌株營養(yǎng)需要的天然或半組合培養(yǎng)基。補充培養(yǎng)基：SM例如：在M9培養(yǎng)基中添加LHis等只能滿足相應的營養(yǎng)缺陷型突變株生長需要的組合或半組合培養(yǎng)基。3類遺傳個體：野生型：MM、CM、SM均能生長營養(yǎng)缺陷型：CM、SM能生長原養(yǎng)型：MM、CM、SM均能生長營養(yǎng)缺陷型的表示方法：基因型：所需營養(yǎng)物的前三個英文小寫斜體字母表示：hisC（組氨酸缺陷型，其中的大寫字母C同一表型中不同基因的突變）表型：同上，但第一個字母大寫，且不用斜體：HisC在具體使用時多用hisC-和hisC+，分別表示缺陷型和野生型。3.營養(yǎng)缺陷型突變株的篩選篩選的方法：（1）誘變劑處理（2）淘汰野生型（3）檢出缺陷型第一節(jié) 遺傳的物質基礎T2噬菌體感染實驗（1952年）遺傳信息的連續(xù)性功能相關的結構基因組成操縱子結構結構基因的單拷貝及rRNA基因的多拷貝基因組的重復序列少而短變量實驗（fluctuation analysis）（1943）Salvador LuriaMax DelbruckThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969“生物化學統一性”法則 人和細菌在DNA的結構及特性方面是一致的，能使微生物