微生物遺傳學二

微生物遺傳學二第一頁，共三十二頁，2022年，8月28日

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(chǎn)量突變型下面介紹幾種常用的突變型及其分離1.

按照突變的表型分類：選擇性突變株（能在選擇性培養(yǎng)基上或其它的選擇性條件下迅速選出或鑒別出）非選擇性突變株四、基因突變的類型第二頁，共三十二頁，2022年，8月28日（1）營養(yǎng)缺陷型（auxotroph）一種缺乏合成其生存所必須的營養(yǎng)物（包括氨基酸、維生素、堿基等）的突變型，只有從周圍環(huán)境或培養(yǎng)基中獲得這些營養(yǎng)或其前體物（precursor）才能生長。營養(yǎng)缺陷型是微生物遺傳學研究中重要的選擇標記和育種的重要手段表型判斷的標準：在基本培養(yǎng)基上能否生長第三頁，共三十二頁，2022年，8月28日特點：在選擇培養(yǎng)基（一般為基本培養(yǎng)基）上不生長負選擇標記突變株不能通過選擇平板直接獲得第四頁，共三十二頁，2022年，8月28日營養(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。第五頁，共三十二頁，2022年，8月28日（2）抗藥性突變型（resistantmutant）基因突變使菌株對某種或某幾種藥物，特別是抗生素，產(chǎn)生抗性。特點：正選擇標記（突變株可直接從抗性平板上獲得-----在加有相應(yīng)抗生素的平板上，只有抗性突變能生長。所以很容易分離得到。）表示方法：所抗藥物的前三個小寫斜體英文字母加上“r”表示strr和strs分別表示對鏈霉素的抗性和敏感性第六頁，共三十二頁，2022年，8月28日（3）條件致死突變型（conditionallethalmutant）

在某一條件下具有致死效應(yīng)，而在另一條件下沒有致死效應(yīng)的突變型。常用的條件致死突變是溫度敏感突變，用ts（temperaturesensitive）表示，這類突變在高溫下（如42℃）是致死的，但可以在低溫（如25-30℃）下得到這種突變。特點：負選擇標記這類突變型常被用來分離生長繁殖必需的突變基因第七頁，共三十二頁，2022年，8月28日（4）形態(tài)突變型（morphologicalmutant）造成形態(tài)改變的突變型特點：非選擇性突變突變株和野生型菌株均可生長，但可從形態(tài)特征上進行區(qū)分。舉例：產(chǎn)蛋白酶缺陷突變株的篩選菌落顏色變化β半乳糖苷酶基因的插入失活，使重組子菌落為白色而與蘭色的非重組子分開。第八頁，共三十二頁，2022年，8月28日（5）抗原突變型指由于基因突變引起的細胞抗原結(jié)構(gòu)發(fā)生的變異類型，包括細胞壁缺陷變異、莢膜或鞭毛成分變異等。第九頁，共三十二頁，2022年，8月28日（6）產(chǎn)量突變型通過基因突變而引起的目標代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量發(fā)生變化的變異菌株，其在產(chǎn)量上高于或低于原始出發(fā)菌株。如果產(chǎn)量提高的突變株，被稱為“正突變”（plus-mutant），也稱為“高產(chǎn)突變株”(highproducingmutant)；如果產(chǎn)量低于出發(fā)菌株的突變株，則稱為“負突變”（minus-mutant）。第十頁，共三十二頁，2022年，8月28日2.按照突變所引起的遺傳信息的改變情況可分為三種：同義突變表型不發(fā)生改變（密碼子是簡并的,如CGU變成CGC，但都編碼精氨酸）；錯義突變改變的密碼子編碼的氨基酸改變了；無意義突變終止密碼子（UAA,UAG,UGA）第十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日其它突變類型

毒力、生產(chǎn)某種代謝產(chǎn)物的發(fā)酵能力的變化等在實際應(yīng)用中具有重要意義突變類型,一般都不具有很明顯或可直接檢測到的表型。其突變株的獲得往往需要較大的工作量。

第十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日第四節(jié)基因突變的機制第十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日一、基因突變的分子基礎(chǔ)(一)自發(fā)突變

(二)誘發(fā)突變引起自發(fā)突變的原因主要有以下幾方面：

背景輻射和環(huán)境因素引起；有害代謝產(chǎn)物引起；互變異構(gòu)效應(yīng)引起的堿基配對錯誤；

DNA復(fù)制過程中堿基配對錯誤；轉(zhuǎn)座因子的作用。通過人為的方法，利用物理、化學或生物因素顯著提高自發(fā)突變頻率的手段。生物體在無人工干預(yù)下自然發(fā)生的低頻率突變（10-6-10-10）。它是生物進化的根源。第十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日(二)誘發(fā)突變誘變劑（mutagen）：凡能提高基因突變頻率的因素統(tǒng)稱為誘變劑誘變劑的種類物理誘變劑化學誘變劑生物誘變劑堿基類似物誘變劑；與堿基起化學反應(yīng)的誘變劑；嵌入誘變劑；

：輻射和熱：轉(zhuǎn)座因子第十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日(1)堿基類似物----間接引起置換的誘變劑它們在DNA復(fù)制中能摻入DNA分子中，由于其產(chǎn)生異構(gòu)體的頻率高，因此發(fā)生的錯誤配對可引起堿基的置換。一類與正常堿基結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，稱為堿基類似物。如：5-BU,8-NG,2-AP等。A-TA-TA-BUA-TG-BUG-CA-BU加入5-BU1.化學誘變劑第十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日(2)與堿基起化學反應(yīng)的誘變劑-----直接引起堿基置換該類誘變劑與堿基起化學反應(yīng)，改變堿基的結(jié)構(gòu)，導致錯配。亞硝酸：G-CA-T轉(zhuǎn)換互變各種烷化劑：G-CA-T互變羥胺：只引起G-CA-T轉(zhuǎn)換（專一性與C起反應(yīng)）第十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日亞硝酸：對堿基的主要作用是氧化脫胺作用（使氨基變?yōu)橥淖兣鋵π再|(zhì)，引起堿基轉(zhuǎn)換）。

HNO2

AH（次黃嘌呤）ATGCCUGCATGX（黃嘌呤）不引起突變A-TH-TH-CA-TH-CG-C第十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日烷化劑甲基磺酸乙酯（EMS）甲基磺酸甲酯（MMS）硫酸二乙酯（DES）N-甲基-N’-硝基-N-亞硝基胍

(NTG)

氮芥、硫芥環(huán)氧乙烷NTG：誘變作用強，稱為超強誘變劑（突變率1%）；能誘發(fā)鄰近位置的基因同時發(fā)生突變，即所謂并發(fā)突變。很多烷化劑除了能誘發(fā)點突變外，還能誘發(fā)染色體畸變。由于染色體畸變常為輻射所誘發(fā)，所以這些物質(zhì)又稱為擬輻射物質(zhì)。烷化劑作用的主要機理是引起堿基上某些能形成氫鍵的基團發(fā)生烷基化。烷化位點主要在鳥嘌呤的N‐7位和腺嘌呤的N‐3位上，烷化后的堿基也像堿基結(jié)構(gòu)類似物一樣能引起堿基配對的錯誤。烷化劑的另一作用是使嘌呤整個地從DNA鏈上脫下來，產(chǎn)生一個缺口，在與缺口相對應(yīng)的位點上就能配上任何一個堿基，從而引起轉(zhuǎn)換或顛換。第十九頁，共三十二頁，2022年，8月28日(3)移碼突變的誘變劑－嵌入誘變劑吖啶類染料（如原黃素，吖叮黃（橙），ICR類等）具有類似堿基對的扁平結(jié)構(gòu)，能插入DNA分子的堿基對之間，使DNA結(jié)構(gòu)變形，導致DNA在復(fù)制過程中的滑動，引起DNA鏈中插入或缺失一個或幾個核苷酸，產(chǎn)生移碼突變。ICR：一系列烷化劑和吖啶分子相結(jié)合的化合物第二十頁，共三十二頁，2022年，8月28日2.物理誘變劑及其誘變機制紫外線，x-射線，γ–射線，快中子，熱等(1)紫外線（UV）紫外線是實驗室中常用的非電離輻射誘變因子，其作用機制主要是能引起：DNA鏈的斷裂、DNA分子雙鏈的交聯(lián)、嘧啶的水合作用相鄰堿基形成嘧啶二聚體（TT，TC,CC）等。

其中最主要的效應(yīng)是胸腺嘧啶二聚體的形成。胸腺嘧啶二聚體通常出現(xiàn)在同一DNA單鏈上兩個相鄰的胸腺嘧啶之間，也可出現(xiàn)在兩條DNA單鏈之間。兩種情況導致結(jié)果不同。第二十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日X‐射線、γ‐射線、快中子等屬于電離輻射。以X‐射線為例解釋該類誘變劑誘變機理：X‐射線的誘變作用有直接和間接兩種方式：

(1)直接作用是引起DNA雙鏈間氫鍵的斷裂、DNA單鏈的斷裂、不同DNA分子之間的交聯(lián)等。

(2)間接作用是電離輻射能從水或有機分子中產(chǎn)生自由基，這些自由基作用于DNA分子，引起缺失和損傷。自由基對嘧啶的作用更強烈。此外，X射線還可能使細胞中形成一些堿基類似物，突變由這些堿基類似物所誘發(fā)。與紫外線不同的是，電離輻射可通過玻璃和其他物質(zhì)，穿透力強，能達到生殖細胞，因此常用于動植物的誘變育種。(2)X‐射線、γ‐射線、快中子第二十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日短時間的熱處理也可誘發(fā)突變，熱的作用是使胞嘧啶脫氨基而成為尿嘧啶，從而通過堿基配對錯誤而引起GC→AT的轉(zhuǎn)換；另外，熱也可引起鳥嘌呤‐脫氧核糖鍵的移動，從而在DNA復(fù)制時出現(xiàn)包括兩個鳥嘌呤的堿基對，在下一次的DNA復(fù)制中該堿基對錯配就會引起GC→CG的顛換。(3)熱第二十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日(1)轉(zhuǎn)座因子（transposableelement)定義：位于染色體或質(zhì)粒上的一段能改變自身位置的DNA序列。廣泛分布于原核和真核細胞中。又稱“跳躍基因”(2)轉(zhuǎn)座因子的特點1)在轉(zhuǎn)座時，通過轉(zhuǎn)座因子的復(fù)制，可將新形成的拷貝以非同源重組的方式轉(zhuǎn)移到染色體的新部位上；

2)都攜帶有編碼轉(zhuǎn)座酶的基因，該酶具有轉(zhuǎn)移位置的功能，是轉(zhuǎn)座所必需的;3)兩端都有正向或反向末端重復(fù)序列。

3.生物誘變劑(轉(zhuǎn)座因子)及其誘變機制第二十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日(3)根據(jù)分子結(jié)構(gòu)和遺傳性質(zhì)，轉(zhuǎn)座因子可分為3類：插入序列（Insertionsequence,IS）僅含有編碼轉(zhuǎn)座所必需的轉(zhuǎn)座酶的基因，兩端存在9～41bp的反向重復(fù)序列

。但其插入可干擾基因的正常讀碼序列，導致基因失活或引起突變。轉(zhuǎn)座子（Transposon,Tn）除轉(zhuǎn)座基因外，還有抗藥性基因。分為復(fù)合轉(zhuǎn)座子和復(fù)雜轉(zhuǎn)座子Mu噬菌體是以大腸桿菌為宿主的溫和性噬菌體。它在幾方面不同于另一種溫和噬菌體λ：第一、MuDNA幾乎可以插入到宿主染色體的任何一個位點上；第二、DNA兩端沒有粘性末端；第三、會引起宿主的被插入基因的基因突變。

第二十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日(4)轉(zhuǎn)座的過程：第二十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日插入突變

(基因失活和極性作用)染色體畸變(染色體的缺失\重復(fù)和倒位)

(5)轉(zhuǎn)座的遺傳學效應(yīng)：第二十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日二、誘變及化學致癌物質(zhì)的檢測——Ames試驗“生物化學統(tǒng)一性”法則：

人和細菌在DNA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。Ames試驗的依據(jù)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。第二十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日回復(fù)突變(reversemutation或backmutation)：

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。美國加利福尼亞大學的BruceAmes教授于1966年發(fā)明，因此稱為Ames試驗標準