第七章微生物的遺傳變異和育種

長春師范學院生物系第七章微生物的遺傳變異和育種微生物是遺傳學研討的最好資料和對象微生物構(gòu)造簡單營養(yǎng)體普通都是單倍體微生物繁衍速度快存在多種方式的繁衍類型環(huán)境條件對微生物作用直接均勻易積累不同的中間及最終代謝產(chǎn)物微生物的變異易被識別參與基因工程的載體供體受體三角色

遺傳的物質(zhì)根底基因突變和誘變育種基因重組和雜交育種基因工程菌種的衰退復壯和保藏內(nèi)容提要

遺傳變異的物質(zhì)根底三個經(jīng)典實驗證明核酸是微生物遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)化實驗噬菌體感染實驗植物病毒的重建實驗遺傳物質(zhì)在微生物細胞內(nèi)的存在部位和方式轉(zhuǎn)化實驗Cncnc-micro資料方法動物實驗細菌培育實驗S型菌無細胞抽提液實驗光滑型〔S〕粗糙型〔R〕有莢膜菌落光滑分泌毒素致病無莢膜菌落粗糙無毒不致病SⅠSⅡSⅢ三個血清型RⅠRⅡRⅢ三個血清型實驗資料：肺炎雙球菌活的S菌加活R菌和熱死S菌抽血分別死加活S菌死加活R菌或死S菌活轉(zhuǎn)化實驗〔1〕動物實驗ＳⅢ〖殺死〗無菌落生長體外培育ＲⅡ〖活菌〗體外培育ＲⅡ菌落ＲⅡ菌落多ＳⅢ菌落少

體外混合培育ＳⅢ〖殺死〗ＲⅡ〖活菌〗轉(zhuǎn)化實驗〔2〕細菌培育實驗大量R菌落活R菌S菌無細胞抽提液+活R菌+S菌DNAS菌落轉(zhuǎn)化實驗〔3〕S型菌無細胞抽提液實驗S菌PrS菌多糖R菌落活R菌+Cncnc-micro噬菌體感染實驗Pr只含S不含PDNA只含P不含S原理步驟1：用含同位素Ｓ35,P32的培育基培育大腸桿菌吸附10分鐘后攪動離心上清液沉淀結(jié)果：上清液中含15%放射擊性；沉淀中含85%放射性2：讓T2感染上述大腸桿菌使其打是S35P32標志3：植物病毒蛋白質(zhì)和RNA可以人為地分開,同時又可把它們重新組合成具感染性的病毒.植物病毒的重建實驗甲ＲＮＡ＋乙Ｐr→感染病癥同甲病毒；分別得到甲病毒乙ＲＮＡ＋甲Ｐr→感染病癥同乙病毒；分別得到乙病毒Cncnc-microTMVHRVHRVTMV原始株拆開重建感染分別純化植物病毒的重建實驗遺傳物質(zhì)類型核染色體核外染色體真核生物細胞器原核生物質(zhì)粒遺傳物質(zhì)在微生物細胞內(nèi)的存在部位和方式染色體基因Ⅱ基因ⅠDNA基因是一段DNADNA就是脫氧核糖核酸〔長鏈〕腺嘌呤〔A〕鳥嘌呤〔G〕胸腺嘧啶〔T〕胞嘧啶〔C〕ATCGAAATTTTTTAAAGGGGGCCCCCGC基因測序就是讀出A-C-G-T-G-G-A-C-G…...基因控制Pr因此控制性狀GATCTAGAUDNAmRNA天冬氨酸基因是什么？基因決議生物體的生、長、病、老死等一切生命景象基因是生命的密碼。。基因記錄和傳送遺傳信息。Cncnc-micro大腸桿菌基因組4100個基因，4.7×106bp遺傳信息的延續(xù)性功能相關(guān)的構(gòu)造基因組成支配子構(gòu)造基因單拷貝及rRNA多拷貝基因的反復序列少而短Cncnc-micro酵母菌基因組Cncnc-micro染色體長度Kb基因數(shù)12345678染色體長度Kb基因數(shù)439745666107892478410929482304231738142925732912313873345504874215714991310271310331110241622211520174原核生物基因調(diào)控系統(tǒng)支配子RPO構(gòu)造基因啟動基因支配基因調(diào)理基因質(zhì)粒核外環(huán)狀小型DNA獨立復制穩(wěn)定遺傳F因子與有性接合有關(guān)種類R因子與抗藥性有關(guān)COL編碼免疫蛋白Ti質(zhì)粒誘癌質(zhì)粒降解散質(zhì)粒：編碼降解有害物質(zhì)的酶用途基因工程中作為目的基因載體質(zhì)粒原核生物遺傳物質(zhì)存在的另一種方式基因突變突變與育種基因突變和誘變育種Cncnc-micro突變的特點Cncnc-micro基因突變誘變機制突變率突變類型條件致死突變型〔株〕突變類型突變株的表型選擇性突變株非選擇性突變株營養(yǎng)缺陷型〔株〕抗性缺陷型〔株〕形狀突變型〔株〕抗原突變型〔株〕產(chǎn)量突變型〔株〕按方法分：按突變株的表型能否能在選擇性培育基上加以鑒別來區(qū)分。Cncnc-micro微生物突變體的主要類型形狀突變型菌落形狀突變型菌體形狀突變型生化突變型營養(yǎng)突變體(營養(yǎng)缺陷型)發(fā)酵突變體抗性突變體條件致死突變體抗原突變型產(chǎn)量突變型按突變本質(zhì)分Cncnc-micro突變率出發(fā)菌株長出突變株含誘變劑的培育基突變的特點〔證明〕不對應(yīng)性自發(fā)性稀有性獨立性誘變性穩(wěn)定性可逆性Cncnc-micro基因突變自發(fā)性和不對應(yīng)性的證明變量試驗涂布試驗影印培育實驗大腸桿菌稀釋培育物10ml10ml(培育前先分成50小管)(在同一個大管中作整體培育)3714435抗噬菌體菌落數(shù)抗噬菌體菌落數(shù)變量實驗涂布實驗涂布敏感菌5×104個共12個平板5×104個菌落5000個細菌/菌落噴入T1保溫重新涂布后噴入T1保溫6個平板共353個菌落6個平板共28個菌落影印培育無藥培育基含藥培育基影印培育實驗原始敏感菌種誘變機制移碼突變?nèi)旧w畸變堿基的置換Cncnc-micro堿基的置換直接引起置換的誘變劑HNO2CNH2腺嘌呤CO次黃嘌呤(Hk)A..THe..THk..THk..CA..THk..CG..CCOH次黃嘌呤(He)間接引起置換的誘變劑堿基的置換COHT：烯醇式CT：酮式OA..TT..AG..CA..T酮式T..G烯醇式COBr5-BU:酮式COHBr5-BU:烯醇式堿基的置換間接引起置換的誘變劑堿基的置換G..CA..BUG..BUA..BUG..CA..TA..TA..TA..TG..CA..BU酮式G..BU烯醇式烯醇式酮式移碼突變ＤＮＡ分子中缺失或添加少數(shù)幾個堿基對而引起呵斥突變點以后全部遺傳密碼轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)釋發(fā)生錯誤ABCABCABCABCABCABCABCABCAB+ABCABCCBACBACBACBACBAABCBCABCABCABCABCABCABCA增添一個堿基短少一個堿基染色體畸變某些理化因子，如Ｘ射線，紫外線，亞硝酸等，除能引起點突變外，還會引起DNA分F子大損傷，包括染色體易位，倒位，缺失，反復等，即為染色體畸變。Cncnc-micro染色體畸變紫外線誘變作用機理可使ＤＮＡ鏈裂斷，破壞核糖和磷酸間的鍵聯(lián)引起胞嘧啶和尿嘧啶產(chǎn)生水協(xié)作用呵斥氫鍵斷裂能使胸腺嘧啶成二聚體，使ＤＮＡ構(gòu)造發(fā)生改動Cncnc-micro突變與育種Cncnc-micro自發(fā)突變與育種從消費中選育定向培育優(yōu)良種類誘變育種從青霉素產(chǎn)量看誘變育種誘變育種的根本環(huán)節(jié)誘變育種的原那么效價：指有效成分的濃度。1ug/ul稱為1單位1945時間1943194319431947195519711977目前發(fā)酵單位(u/ml)100250500～850～850～8000～2萬～5萬5～10萬從青霉素產(chǎn)量看誘變育種誘變育種的根本環(huán)節(jié)大多死亡少數(shù)存活存活率多數(shù)未變少數(shù)突變突變率多數(shù)負變少數(shù)正變正變率多數(shù)幅度小少數(shù)幅度大高產(chǎn)率投產(chǎn)率多數(shù)不宜投產(chǎn)少數(shù)適宜投產(chǎn)出發(fā)菌株計算出誘變Cncnc-micro誘變育種任務(wù)中應(yīng)思索的幾個原那么選優(yōu)良的出發(fā)菌株選擇簡便有效的誘變劑處置單孢子〔或單細胞〕懸液選用最適劑量設(shè)計或采用高效挑選方案或方法Cncnc-micro利用復合處置的協(xié)同效應(yīng)利用和發(fā)明形狀，生理與產(chǎn)量間的相關(guān)目的選擇簡便有效的誘變劑出發(fā)菌株含誘變劑的液體培育基接種培育培育接種分別紫外線選擇優(yōu)良突變株S.t.his回變S.t.his吸入濾紙片保溫可疑“三致〞試樣鼠肝勻漿〔含羥化酶〕陽性陰性利用回變檢測致癌劑——艾姆斯實驗法挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株消費中用過的自發(fā)變異菌株采器具有有力性狀的菌株采用已發(fā)生其他變異的菌株采用前體或最終產(chǎn)物代謝高的菌株采用增變菌株Cncnc-micro處置單孢子〔或單細胞〕懸液芽孢桿菌應(yīng)處置芽孢放線菌，霉菌應(yīng)處置孢子細菌指數(shù)期，放線菌霉菌要稍加萌生后運用出發(fā)菌株應(yīng)制成均勻懸夜Cncnc-micro選用最適劑量劑量以誘變劑濃度和處置時間來表示適宜劑量：能擴展變異幅度又能促使變異移向正變范圍的劑量Cncnc-micro充分利用復合處置的協(xié)同效應(yīng)兩種或多種誘變劑先后運用同種誘變劑反復運用兩種或多種誘變劑同時運用Cncnc-micro利用和發(fā)明形狀，生理與產(chǎn)量間的相關(guān)目的淀粉酶變色圈實驗變色圈大的為淀粉酶高產(chǎn)菌落設(shè)計或采用高效挑選方案或方法一個出發(fā)菌株誘變劑處置選出200個單孢子菌菌株初篩〔每株1瓶〕選出50株復篩〔每株4瓶〕選出5株第一輪第二輪五個出發(fā)菌株初篩〔每株1瓶〕選出50株復篩〔每株4瓶〕選出5株40株40株40株40株40株誘變劑處置突變株的挑選方法高產(chǎn)突變菌株的挑選方法抗性突變體的挑選方法營養(yǎng)缺陷型的的挑選方法Cncnc-micro與突變株的挑選相關(guān)的幾個概念與突變株的挑選相關(guān)的幾個概念相關(guān)培育基根本培育基[-]完全培育基補充培育基三類遺傳型野生型[A+B+]營養(yǎng)缺陷型型[A+B-]原養(yǎng)型[A+B+]Cncnc-micro突變春日霉素產(chǎn)生菌的孢子懸液·高產(chǎn)突變株的挑選瓊脂塊培育法挑選春日霉素高產(chǎn)菌種含供試菌種〔拮抗對象〕的瓊脂平板抗性突變體的挑選方法青霉素濃縮法梯度培育皿法Cncnc-micro青霉素濃縮法培育基(含青霉素)接入敏感菌液〔含抗性突變株〕涂布抗青霉素菌落培育梯度培育皿法強抗性中抗性弱抗性含異煙肼接敏感菌含突變株營養(yǎng)缺陷型的挑選方法誘變劑處置淘汰野生型檢出缺陷型夾層培育法限量補充培育法逐漸檢出法影印接種法鑒定缺陷型Cncnc-micro菌絲過濾法夾層培育法及結(jié)果小菌落是第二次長起來的〔營養(yǎng)缺陷型〕逐個檢出法涂布培育根本培育基上不長菌落完全培育基上長出菌落含誘變劑的液體培育基菌種營養(yǎng)缺陷型影印接種法完全培育基影印接種根本培育基營養(yǎng)缺陷型限量補充培育法微量蛋白質(zhì)的完全培育基上小菌落是營養(yǎng)缺陷型突變株菌絲過濾法挑選營養(yǎng)突變株根本培育基接入微生物孢子〔含營養(yǎng)突變株〕涂布均勻后培育長出菌絲體〔野生型〕菌絲過濾得營養(yǎng)突變株細菌的基因重組真核微生物基因重組在有性繁衍過程中發(fā)生，當合子減數(shù)分裂時，兩染色體發(fā)生交換。原核微生物經(jīng)過轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導等方式進展一部分物質(zhì)轉(zhuǎn)移和基因重組?！残〗Y(jié)〕Cncnc-microCncnc-micro轉(zhuǎn)化(transformation)幾個概念：轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)化因子、感受態(tài)轉(zhuǎn)化過程轉(zhuǎn)化的特點轉(zhuǎn)化(transformation)受體細胞直接吸收了來自供體細胞的DNA片斷，并把它整合到本人的基因組中，細胞部分遺傳性狀發(fā)生變化的現(xiàn)象叫轉(zhuǎn)化。Cncnc-micro轉(zhuǎn)化因子轉(zhuǎn)化是游離的ＤＮＡ片斷的轉(zhuǎn)移和重組游離的ＤＡＮ片斷叫轉(zhuǎn)化因子轉(zhuǎn)化因子由供體提供自然情況下可由細菌細胞自行裂解產(chǎn)生，實驗室里經(jīng)過提取獲得雙鏈ＤＮＡ有轉(zhuǎn)化才干，單鏈沒有，Cncnc-micro受體細胞能接受轉(zhuǎn)化的生理形狀稱為感受態(tài)，只需處于感受態(tài)的細菌才干接受轉(zhuǎn)化因子，從出現(xiàn)到消逝約為４０分鐘(對數(shù)期的中期)Cncnc-micro感受態(tài)覺得態(tài)出現(xiàn)緣由細菌失去部分細胞壁的結(jié)果細菌在細胞外表產(chǎn)生某種Ｅ引起Cncnc-micro感受態(tài)的決議決議要素細胞遺傳性決議和菌齡有關(guān)環(huán)腺苷酸Camp可提高1000倍Ca2+能促使細胞進入感受態(tài)感受態(tài)因子是受體細胞外表上的一種蛋白質(zhì)功能使轉(zhuǎn)化因子結(jié)合在受體細胞外表每個受體細胞外表約有30-80個轉(zhuǎn)化因子結(jié)合點，當轉(zhuǎn)化因子結(jié)合到受體外表結(jié)合點上時，DNA一條鏈被受體細胞膜上的核酸酶分解，另一條鏈進入受體細胞，經(jīng)過整合與受體細胞進展基因重組，有人發(fā)現(xiàn)DNA也可經(jīng)過雙鏈方式進入受體細胞構(gòu)成雙倍體的轉(zhuǎn)化子。Cncnc-micro轉(zhuǎn)化過程轉(zhuǎn)化過程轉(zhuǎn)化中基因交換過程示意圖5∕3∕abc5∕3∕3∕5∕ABCDE5∕3∕3∕5∕abcABCDE5∕3∕3∕5∕ABCDEc5∕3∕3∕5∕cABCDE5∕3∕3∕5∕cABCDE轉(zhuǎn)化的特點不需兩個細胞直接接觸，供體DNA提取出來，注入受體即可。Cncnc-micro轉(zhuǎn)導的種類完全普遍轉(zhuǎn)導流產(chǎn)普遍轉(zhuǎn)導局限轉(zhuǎn)導溶源轉(zhuǎn)變低頻轉(zhuǎn)導高頻轉(zhuǎn)導遺傳物質(zhì)經(jīng)過噬菌體的攜帶而轉(zhuǎn)移的基因重組轉(zhuǎn)導的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)導(transduction)Cncnc-micro轉(zhuǎn)導的特點供體A-B+完全普遍性轉(zhuǎn)導(compietetransduction)A-B+A+B-少數(shù)受體A+B+經(jīng)重組構(gòu)成轉(zhuǎn)導子鼠傷寒沙門氏菌A+B-多數(shù)受體構(gòu)成溶源菌A-B+色氨酸缺陷型A+B-組氨酸缺陷型galbiogalbio宿主基因組整