遗传变异2ppt课件

第二节第二节 基因突变及菌种选育基因突变及菌种选育1一、一、 基因、基因符号以及有关术语1、 基因 是合成一条多肽或 RNA所必需的完整的核酸序列。2 、 基因组、基因型 是指生物单倍体细胞所有基因。基因组侧重 “全部碱基对序列的组成 ”；基因型（ genotype）是生物基因体现的功能、特性，侧重 “某个基因 ”。23 、 基因符号 常以说明某个基因功能特性的英文的前 3个字母表示，一般用小写斜体，该基因的功能特性在右上角以 /、 r / s表示。n 组氨酸基因用 his（ histidine的前 3个字母）表示，his - 表示组氨酸缺陷型；n gal+、 gal-分别表示能发酵半乳糖（ galactose ）和不能发酵半乳糖；n strs、 strr分别表示对链霉素（ streptomucin）敏感和具抗性。基因座位 (gene locus)指各个基因在染色体上特定的位置。34、 性状 是构成一个生物个体的有关结构、形态、物质和功能等各方面特征的总称。5 、 表型 指微生物在特定条件下表现出来的 某种 生物学特性。4二、基因突变二、基因突变（一）基因突变的术语（一）基因突变的术语突变（突变（ mutation）DNA或或 RNA中核苷酸序列发生了稳定可遗传中核苷酸序列发生了稳定可遗传的变化，导致微生物性状发生改变。的变化，导致微生物性状发生改变。基因突变（点突变）基因突变（点突变）DNA链上一对或少数几对碱基发生改变。链上一对或少数几对碱基发生改变。染色体畸变染色体畸变DNA的大片段变化（插入，缺失，重复，易的大片段变化（插入，缺失，重复，易位、倒位等）位、倒位等） 5野生型菌株与突变型菌株野生型菌株 ，从自然界分离到的任何微生物在其发生突变前的原始菌株。突变型菌株 ，野生型菌株经突变后，性状改变的菌株。正向突变与回复突变正向突变 突变型菌株 回复突变 回复突变 ，野生型菌株经突变成为突变型菌株以后，经再一次突变，有时突变型菌株又恢复为野生型菌株 原有的性状 ，则这次的突变被称为回复突变。野生型菌株（或野生型菌株的表型）6自发突变与诱发突变自发突变 ，自然条件下发生的突变。诱发突变 ，用各种人工因素处理细胞，突变率大大增加，这种突变称为诱变。诱变剂，如紫外线、亚硝酸等。突变率 ，在生长的微生物群体中，每一细胞的某一性状在每一世代中独立发生突变的机率。一般也可简单地用每单位群体在繁殖一代过程中所形成的突变细胞平均数来表示。71、形态突变、形态突变（ 1）细胞形态）细胞形态 鞭毛，芽孢，荚膜有无，鞭毛，芽孢，荚膜有无， L型细菌型细菌。（ 2）菌落形态）菌落形态 大小，光滑和粗糙，颜色等，孢子大小，光滑和粗糙，颜色等，孢子颜色。一般为非遗传型的表型变异，颜色。一般为非遗传型的表型变异，肺炎球菌失去荚膜：肺炎球菌失去荚膜： SR 变形杆菌：变形杆菌： 2% 琼脂，长鞭毛，薄膜状菌落；琼脂，长鞭毛，薄膜状菌落；6% 琼脂或琼脂或 0.1% 碳酸形成单个生长的菌落。碳酸形成单个生长的菌落。（二）突变的类型（根据突变体表型来分）82、致死突变、致死突变（ 1）基因突变导致个体死亡）基因突变导致个体死亡（ 2）条件致死型）条件致死型e.g. 温度敏感突变型温度敏感突变型 E.coli 37 生长，生长， 42下不生长，主要是突变引起了某些重要蛋白质下不生长，主要是突变引起了某些重要蛋白质结构和功能的改变。结构和功能的改变。93、抗性突变型、抗性突变型（ 1）抗药性（耐药性），可作为选择性标记。）抗药性（耐药性），可作为选择性标记。（ 2）抗噬菌体。）抗噬菌体。4、抗原突变型、抗原突变型抗原成分（抗原成分（ eg. cell wall，鞭毛，荚膜，病毒表面，鞭毛，荚膜，病毒表面蛋白等）的变异。蛋白等）的变异。5、产量突变型、产量突变型通过基因突变而产生的在代谢产物产量上明显通过基因突变而产生的在代谢产物产量上明显有别于原始菌株的突变株。如产量显著高于原始有别于原始菌株的突变株。如产量显著高于原始菌株者为正变株，反之为负变株。菌株者为正变株，反之为负变株。106、 营养缺陷型营养缺陷型 （ auxotroph）由于基因突变，而丧失合成一种或几种生长因子的由于基因突变，而丧失合成一种或几种生长因子的能力，必须在培养基中添加相应的营养成分才能正能力，必须在培养基中添加相应的营养成分才能正常生长繁殖的突变型。（常生长繁殖的突变型。（ e.g. AA,vitamin）野生型野生型 （ wild type）：从自然界分离到的任何微生物）：从自然界分离到的任何微生物在其发生营养缺陷型突变前的原始菌株。在其发生营养缺陷型突变前的原始菌株。原养型原养型 (prototroph)：一般指营养缺陷型突变株经回：一般指营养缺陷型突变株经回变或重组后产生的菌株，其营养要求在表型上与野变或重组后产生的菌株，其营养要求在表型上与野生型相同。生型相同。11基本培养基（基本培养基（ MM） 能够满足野生型菌株生长能够满足野生型菌株生长最低限度需要的培养基。最低限度需要的培养基。补充培养基（补充培养基（ SM） 凡能满足相应的营养缺陷凡能满足相应的营养缺陷型生长需要的培养基。型生长需要的培养基。在在 MM中加蛋白胨（多种氨基酸中加蛋白胨（多种氨基酸 )便可以用来培便可以用来培养各种氨基酸的缺陷型；加入酵母浸膏养各种氨基酸的缺陷型；加入酵母浸膏 (其中含有其中含有多种多种 B族维生素和核苷酸族维生素和核苷酸 )便可以培养不同的维生便可以培养不同的维生素、嘌呤和嘧啶缺陷型。素、嘌呤和嘧啶缺陷型。完全培养基（完全培养基（ CM） 凡能满足一切营养缺陷型凡能满足一切营养缺陷型生长需要的培养基。生长需要的培养基。1213生物化学统一性法则：人和细菌在 DNA的结构及特性方面是一致的，能使微生物发生突变的诱变剂必然也会作用于人的 DNA，使其发生突变，最后造成癌变或其他不良的后果。化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比。超过 95的致癌物质对微生物有诱变作用 ， 90以上的非致癌物质对微生物没有诱变作用。诱变剂的共性原则：（四）突变株的应用 Ames 试验（遗传毒性试验之一）（遗传毒性试验之一）14美国加利福尼亚大学的 Bruce Ames教授于 1975年发明，因此称为 Ames试验。原理：检测鼠伤寒沙门氏菌（ Salmonella typhmurium）组氨酸营养缺陷型菌株（ his -）的回复突变率。1516证明 Ames试验重要性的应用实例：上世纪 60-70年代，一种降低妇女妊娠反应的药物 “反应停 ” 流行。但随后发现畸形儿的出生率明显增高 (海豹肢症 )，而且生产畸形儿的妇女大多曾服用 “反应停 ”。采用 Ames试验发现这种物质的确具有很强的致突变作用，因此这种药物被禁止使用。药品开发过程中，必须有 “三致 ”实验的数据，才能够获得批准。 目前，在临床医生的严格指导下，我国众多皮肤科、免疫科和肿瘤科的患者正在接受着 “沙利度胺 ”“ 反应停 ”的治疗。17调查显示，孕妇怀孕时末次月经后第 34到 50天是反应停作用的敏感期，在此时间段以外服用反应停，一般不会导致胎儿的出生缺陷。/biology/biomed/400225.shtml18（二）基因突变的主要规律1、自发性和不对应性2、稀有性：环境因素的影响， DNA复制过程的偶然错误等而导致，一般频率较低，通常为 10-610-9 。3、诱发性：某些物理、化学因素对生物体的 DNA进行直接作用，突变以较高的频率产生。（诱变剂仅起着提高诱变率的作用）4、独立性：某个基因的突变是一独立事件，对其他基因的突变几率没有影响。5、稳定性6、可逆性19变量实验（ fluctuation analysis）Salvador Luria & Max Delbrck（ 1943）20影印平板法 常用于营养缺陷型的鉴别、分离。2122若干细菌某一性状的自发突变率若干细菌某一性状的自发突变率菌 名 突变性状 突变率E. coli 抗 T1噬菌体 310 8E. coli 抗 T3噬菌体 110 7 E. coli 不发酵乳糖 110 10E. coli 抗紫外线 110 5Staphylococcus aureus 抗青霉素 110 7S. aureus 抗链霉素 110 9 Salmonella typhi 抗 25g/L链霉素 110 6 Bacillus megaterium 抗异烟肼 510 523三、基因突变的分子机制三、基因突变的分子机制（一）自发突变的分子机制1、低剂量诱变因素的长期综合效应外源性诱变因素：各种辐射、环境中低浓度诱变剂、高温、宇宙射线等 (量效关系 )内源性诱变因素：各种代谢物（如 H2O2、咖啡碱、硫氰化合物）、转座因子2、碱基结构的变化 A