微生物遺傳學

四、原生質體融合（protoplastfusion）1.定義：經過人為方法，使遺傳性狀不一樣兩個細胞原生質體進行融合，以取得兼有雙親遺傳性狀穩(wěn)定重組子過程。

融合子（fusant）意義：打破了微生物種界界限，可實現(xiàn)遠緣菌株基因重組?？墒惯z傳物質傳遞更為完整、取得更多基因重組機會?？膳c其它育種方法相結合，如把常規(guī)誘變和原生質體誘變所取得優(yōu)良性狀，組合到一個單株中。微生物遺傳學1/32

兩親本菌株選擇和遺傳標識制作（選擇不一樣營養(yǎng)缺點型，

（A:[a+b-],B:[a-b+]）

對藥品抗性差異）

原生質體制備（高滲條件）

原生質體再生（測定再生率）

融合（PEG、離心沉淀、電脈沖等）

融合子檢出（直接檢出法和間接檢出法）

實用性菌株篩選2.操作過程：微生物遺傳學2/32五、微生物基因組結構1.基因組（genome）：

指存在于細胞或病毒中一整套遺傳信息。（一個物種單倍體全部染色體及其所包含遺傳信息總稱）原核生物，多為單倍體（在普通情況下只有一條染色體）真核微生物，通常為雙倍體（多條染色體，啤酒酵母有16條染色體。）微生物遺傳學3/322.微生物與人類基因組計劃人類基因組計劃（HumanGenomeProject）1985年提出；1990年正式開始實施；2月，測序工作完成后基因組時代（PostgenomeEra

）微生物遺傳學4/32微生物基因組測序工作是在人類基因組計劃促進下開始，最開始是作為模式生物，以后不停發(fā)展，已成為研究微生物學最有力伎倆。微生物遺傳學5/32被選擇進行全基因組測序微生物：（1）人類基因組計劃中模式生物主要性a）技術上從低等入手，建立技術、積累經驗。經過對基因組結構相對簡單生物，尤其是微生物基因組測序，對大規(guī)模測序策略及技術進行檢驗，積累經驗；b）理論上利用基因組在進化上連續(xù)性進行比較研究經過對不一樣進化程度基因組分析、比較揭示更多基本生物學信息。經過研究較為簡單基因組而解回復雜人類基因組問題，微生物遺傳學6/32被選擇進行全基因組測序微生物：（2）與人類生活關系親密微生物（1）人類基因組計劃中模式生物主要性醫(yī)療健康:主要致病菌工業(yè)生產:工業(yè)生產菌農業(yè)種植:植物病原菌（3）對說明生物學基本問題有價值微生物一些古生菌：如Methanococcusjannaschii(詹氏甲烷球菌)等，它們是微生物世界多樣性代表，它們序列比較有利于找出其進化關系。微生物遺傳學7/323.微生物基因組結構特點3.1原核生物（細菌、古生菌）基因組（1）染色體為雙鏈環(huán)狀DNA分子（單倍體）；鏈環(huán)狀染色體在細胞中以緊密纏繞成較致密不規(guī)則小體形式存在于細胞中，該小體稱為擬核(nucliod)，其上結合有類組蛋白蛋白質和少許RNA分子，使其壓縮成一個手腳架形致密結構。例外：布氏疏螺旋體(Borreliaburgdorferi)染色體是線狀微生物遺傳學8/323.1原核生物（細菌、古生菌）基因組（1）染色體為雙鏈環(huán)狀DNA分子（單倍體）；（2）基因組上遺傳信息含有連續(xù)性；基因數(shù)基本靠近由它基因組大小所預計基因數(shù)微生物基因組DNA絕大部分用來編碼蛋白質、RNA；用作為復制起點、開啟子、終止子和一些由調整蛋白識別和結合位點等信號序列。普通不含內含子，遺傳信息是連續(xù)而不是中止。真核生物基因組一個主要特點就是含有內含子個別細菌(鼠傷寒沙門氏菌和犬螺桿菌)和古生菌rRNA和tRNA基因中也發(fā)覺有內含子或間插序列微生物遺傳學9/323.1原核生物（細菌、古生菌）基因組（1）染色體為雙鏈環(huán)狀DNA分子（單倍體）；（2）基因組上遺傳信息含有連續(xù)性；（3）功效相關結構基因組成操縱子結構；（4）結構基因單拷貝及rRNA基因多拷貝；（5）基因組重復序列少而短；古生菌基因組在結構上類似于細菌。不過信息傳遞系統(tǒng)(復制、轉錄和翻譯)則與細菌不一樣而類似于真核生物。操縱子（operon）：p195

功效相關幾個基因前后相連，再加上一個共同調整基因和一組共同控制位點（開啟子、操縱基因等）在基因轉錄時協(xié)同動作。微生物遺傳學10/323.2真核微生物（啤酒酵母）基因組（1）經典真核染色體結構；（2）沒有顯著操縱子結構；啤酒酵母基因組大小為13.5×106bp，分布在16條染色體中。（3）有間隔區(qū)（即非編碼區(qū)）和內含子序列；（4）重復序列多；內含子（intron）:真核細胞基因DNA中間插序列，這些序列被轉錄成RNA，但隨即被剪除而不翻譯。外顯子（exon）:

真核細胞基因DNA中編碼序列，這些序列可被轉錄為RNA并進而翻譯為蛋白質。微生物遺傳學11/324.基因組測序方法全基因組鳥槍測序步驟：用超聲波將基因組隨機打斷成相當小片段，這些片段與質粒載體結合，產生質?？寺∥膸?。制備克隆和提純DNA，然后進行測序。用專門計算機程序將已測序DNA片段經過片段之間核苷酸序列重合比較，可裝配成比較長DNA序列。重合大片段按適當次序排隊，得到完整DNA序列。微生物遺傳學12/32DNA自動測序結果注：DNA自動測序是對Sanger方法改進：(1)用不一樣顏色熒光標識ddNTP；(2)4種反應混合進行，并一塊進行電泳；(3)對凝膠上含有不一樣顏色熒光帶(a)進行掃描，可快速確定待測DNA序列(b)。微生物遺傳學13/325.基因組序列注釋和意義基因組序列注釋目標是確定特定基因在基因組圖譜中位置。另外，還能提供一些關于轉座因子、操縱子、重復序列及其它基因組特征一些信息。流感嗜血菌基因組測序結果和注釋見下列圖。外同心圈用不一樣顏色代表不一樣功效編碼區(qū)(比如，氨基酸生物合成、能量代謝、復制、轉錄、翻譯及調整功效等)；外圈周圍顯示NatI、RsrII、SamI等限制性酶切位點；從外數(shù)第二圈顯示高G+C含量和高A+T含量區(qū)域；第三圈顯示由噬菌體克隆所包含片段；第四圈顯示rRNA操縱子、tRNA和類似Mu原噬菌體；第五圈顯示簡單串聯(lián)重復序列和可能復制起點和潛在終止序列。

微生物遺傳學14/32微生物遺傳學15/32第七節(jié)真核微生物基因重組微生物遺傳學16/32真核生物基因重組方式主要有以下四種：

（1）有性雜交（2）準性雜交

（3）原生質體融合（4）轉化微生物遺傳學17/32一

、有性雜交（sexualhybridization）

1.定義：不一樣遺傳型兩性細胞間發(fā)生接合和隨之進行染色體重組，進而產生新遺傳型后代一個育種技術。凡能產有性孢子酵母菌、霉菌和蕈（Xun）菌，標準上都能應用與高等動、植物雜交育種相同有性雜交方法進行育種。微生物遺傳學18/322.酵母菌接合型遺傳單倍體能夠是α或a兩種接合型其中之一，一個單倍體酵母細胞是α型還是a型是由其本身遺傳特征所決定，是一個穩(wěn)定遺傳特征。一個接合型單倍體細胞有時會發(fā)生轉變，即由α型變成a型或再回到α型。微生物遺傳學19/323.釀酒酵母有性雜交育種程序：兩親本菌株選擇單倍體細胞分離與驗證單倍體細胞遺傳標識制作雜交雜合子檢出優(yōu)良性狀個體篩選與性能測試微生物遺傳學20/32二、準性雜交/生殖（parasexualhybridization

/reproduction）1.定義：同種生物兩個不一樣菌株體細胞（即帶有不一樣遺傳性狀兩個單倍體細胞或菌絲）經融合后，不經減數(shù)分裂而造成低頻率基因重組并產生重組子生殖方式。

準性生殖是絲狀真菌，尤其是不產生有性孢子絲狀真菌（半知菌亞門真菌）特有遺傳現(xiàn)象。微生物遺傳學21/322.過程：

1）菌絲聯(lián)結；

2）異核體形成；（同時含有一個以上不一樣遺傳型細胞核細胞）

3）核融合和雜合二倍體形成；（細胞核中含有2個不一樣起源染色體組菌體細胞。發(fā)生機會為百萬分之一。）4）單倍體化

（雜合二倍體極不穩(wěn)定，在其有絲分裂過程中，有極少數(shù)細胞，其同源染色體兩條染色單體之間發(fā)生交換，在體細胞分裂時，產生1個或1個以上標識純合現(xiàn)象，從而形成新性狀單倍體雜合子。其單元化不是一次有絲分裂結果，而要經過若干次有絲分裂過程，每次分裂都有可能從二倍體核中失去部分染色體，最終才回復成單倍體核。）微生物遺傳學22/323.有性生殖與準性生殖比較比較項目準性生殖有性生殖參加接合親本細胞形態(tài)相同體細胞形態(tài)或生理上有分化性細胞獨立生活異核體階段有無接合后雙倍體細胞形態(tài)與單倍體基本相同與單倍體顯著不一樣雙倍體變?yōu)閱伪扼w路徑經過有絲分裂經過減數(shù)分裂接合發(fā)生幾率偶然發(fā)生，幾率低正常出現(xiàn)，幾率低微生物遺傳學23/32三、酵母菌線粒體遺傳線粒體內含1個DNA片段（核外遺傳系統(tǒng)，為線粒體行使功效所需rRNA、tRNA及一些酶如細胞色素、ATP合成酶編碼），是一個細胞質遺傳，也稱非孟德爾遺傳。酵母菌中經典細胞質遺傳現(xiàn)象是小菌落突變型遺傳：在培養(yǎng)酵母群體中，常有1%~2%細胞自發(fā)出現(xiàn)小菌落表型“小菌落”（呼吸缺點型菌落）：

酵母菌因為線粒體DNA嚴重缺損或大部分丟失，缺失細胞色素a、b及細胞色素c氧化酶，即使在通氣條件下，細胞生長也很遲緩，在葡萄糖培養(yǎng)基上只能形成小菌落。功效：細胞呼吸作用場所，為生命活動提供ATP。

真核生物“動力車間”。微生物遺傳學24/32中性小菌落(ρ0)：ρ+×ρ0：野生型:小菌落=4:0抑制性小菌落(ρ-)：ρ+×ρ-：野生型:小菌落=0:4分離型小菌落：野生型:小菌落=2:2

小菌落突變株三種類型：野生型mtDNA：(ρ+)；

中性小菌落(neutralpetite)

(ρ0)：mtDNA全部喪失

抑制性小菌落(suppressivepetite)

(ρ-)：mtDNA部分缺失突變分離型小菌落(segregationalpetite)：染色體基因突變判別方法：微生物遺傳學25/32基因工程定義：利用PCR擴增技術或在體外從某種生物基因組中分離感興趣