大连海洋大学微生物上课讲义-第七章

1、第七章 微生物的遗传变异和育种 遗传性：指生物体的亲代传递给其子代的一套遗传信息的特性遗传型：基因型，生物体所含有的全部遗传因子所携带的遗传信息表型：某一生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和，是其遗传型在合适环境条件下通过代谢和发育而得到的具体体现变异：指生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变饰变：指外表的修饰性改变，它不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的表型变化微生物的独特生物学特性：物种与代谢类型的多样性；个体的体制极其简单；营养体一般都是单倍体；易于在成分简单的培养基上大量繁殖；繁殖速度快；易于积累不同的中间代谢物或终产物；菌落形态的可见性与多

2、样性；环境条件对微生物群体中各个体作用的直接性和均一性；易于形成营养缺陷型菌株；各种微生物一般都有其相应的病毒；以及多种原始有性生殖方式等第一节：遗传变异的物质基础 一、 3 个经典实验 （一）转化实验 用肺炎链球菌 Streptococcus pneumoniae 进行实验，其中有 致病性，有荚膜，菌落表面光滑的菌株，称为S型；无致病性，无荚膜，菌落表面粗糙的菌株，称为R型11928年， Griffith 的实验 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图images7.1-1Griffith的转化实验.bmp t _blank 图

3、21944年， Avery 等人的实验 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图images7.1-2Avery的转化实验.bmp t _blank 图 （二）噬菌体感染实验 Heishey 和 Chase (1952) 证明T2噬菌体的 DNA 含有整套遗传信息 (包括编码蛋白质外壳的基因在内) 。 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012书中图和表第七章微生物遗传-新.jpg t _blank 图（三）植物病毒的重建实验 Fraenkel-Conrat(1956) 证明RNA是

4、遗传物质 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图images7.1-3烟草花叶病毒(TMV)的拆开和重组实验.bmp t _blank 图阮病毒的发现和思考 亚病毒的一种：具有传染性的蛋白质致病因子，迄今为止尚未发现该蛋白内含有核酸其致病作用是由于动物体内正常的蛋白质 PrP c 改变折叠状态为 PrP sc所致，而这二种蛋白质的一级结构并没有改变蛋白质是否可以作为遗传物质？ prion 是生命的一个特例？还是仅仅为表达调控的一种形式？蛋白质折叠与功能的关系，是否存在折叠密码？ 二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位及方式 （一） 7

5、 个水平 1.细胞水平 真核生物和原核生物的大部分 DNA 都集中在细胞核和核区中。不同种微生物或同种微生物的不同细胞中，细胞核的数目常有不同2.细胞核水平 真核生物的细胞核是有核膜包裹、形态固定的真核，核内的 DNA 与组蛋白结合在一起形成核染色体；原核生物只有原始的、无核膜包裹的呈松散状态存在的核区，其 DNA 呈双链环状基因组：指一个生物体、细胞器或病毒中的一整套基因核外染色体 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012书中图和表第七章遗传物质类型.JPG t _blank 表3. 染色体水平 （1）染色体数 不同生物染色体数差别很大（

6、2）染色体的倍数 同一细胞中相同染色体的套数。如果一个细胞中只有一套染色体，称单倍体；如果一个细胞中含有两套功能相同的染色体，称双倍体4. 核酸水平 （1）核酸种类 DNA、RNA （2）核酸结构 单链、双链，双链 DNA ：环状、线状、超螺旋状 （3） DNA 的长度 即基因组的大小，用 bp、kb、Mb 作单位。不同微生物基因组的大小差别很大。 参见P194195 表 72 5. 基因水平 基因：生物体内一切具有自主复制能力的最小遗传功能单位，其物质基础是一条以直线排列、具有特定核苷酸序列的核酸片段。它能编码功能性蛋白质或 RNA 分子或仅具有调空作用等。每个基因约 10001500bp

7、，分子量在 67 10 5 左右原核生物的基因是通过基因调空系统而发挥作用。基因调空系统是由一个操纵子和它的调节基因组成。每一操纵子又包括结构基因、操纵基因和启动基因6. 密码子水平 遗传密码是指决定 mRNA 链中 4 种核苷酸的线性排列顺序与由它所编码的多肽和蛋白质中20种氨基酸线性排列顺序的特定对应性的一套规则。 密码子是遗传密码的信息单位，每个密码子是由3 个核苷酸组成的序列，构成一个三联体，生物界有64个密码子，决定20种氨基酸，故有多种氨基酸的密码子不止一个，无意义密码子7. 核苷酸水平 核苷酸单位是一个最低突变单位或交换单位。大多数生物的 DNA 含 AMP、TMP、GMP、CM

8、P 。少数例外，如大肠杆菌的 T 偶数噬菌体的 DNA 含 HMC（二）原核生物的质粒 1. 定义和特点 质粒：游离于原核生物核基因组以外，具有独立复制能力的细胞质遗传因子。通常是共价闭合环状的超螺旋 dsDNA 分子，即 cccDNA 型。质粒的大小一般在 1.5300kb, 相对分子质量为 106 108 特点：能自我复制，稳定的遗传；可在不同菌株间转移；质粒消除； 质粒间具有不相容性。2. 质粒在基因工程中的应用 质粒用于基因工程操作的优点： 具有较小的相对分子质量，便于 DNA 的分离和操作 具有独立复制起点 具有较高的拷贝数，使外源 DNA 可大量扩增 具有便于选择的标记，如抗药性基

9、因 易导入细胞 具有安全性现今所用的克隆载体大多数是由质粒改建而成的。如 E.coli 的 pBR322 质粒 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012书中图和表第七章7-3.JPG t _blank 图克隆载体：以扩增外源 DNA 为目的的载体限制性核酸内切酶：指能识别双链 DNA 分子的特定序列，并在其识别位点 或其附近切割 DNA 的一类内切酶3. 质粒的分离与鉴定 质粒的分离一般可包括细胞的裂解、蛋白质和 RNA 的去除以及使质粒 DNA 和染色体 DNA 相分离等步骤。鉴定可用电镜、琼脂糖或聚丙烯酰胺凝胶电泳4. 质粒的种类 大致

10、分5类，见p199 表74 5. 典型质粒简介 （1） F质粒 （F因子），是大肠杆菌等细菌决定性别并具有转移能力的质粒（2） R质粒 携带有分解某种抗生素或药物酶系基因的质粒，可以赋予宿主细胞耐或抗或分解或失活某种抗生素或药物的性能（3） Col质粒 大肠杆菌素质粒，携带有编码大肠杆菌素的基因，大肠杆菌素是一类由大肠杆菌某些菌株所产生的细菌素，具有通过抑制复制、转录、转译和能量代谢等方式而专一性地杀死它种肠道菌或同种其他菌株的能力许多细菌能产生抑制或杀死其他近缘细菌或同种不同菌株的代谢产物，因为它是由质粒编码的蛋白质，不象抗生素那样具有很广的杀菌谱，所以称为细菌素P201 表75 ColE1

11、 已广泛用于重组DNA的研究和体外复制系统上（4）Ti 质粒 诱癌质粒或冠瘿质粒，存在于致病菌根癌土壤杆菌中的携带有可以导致许多双子叶植物根系产生冠瘿瘤基因的质粒（5） Ri 质粒 存在于根癌土壤杆菌中的携带有可以导致许多双子叶植物根系产生毛状根基因的质粒（6） mega 质粒 巨大质粒，存在于根瘤菌中，其上有一系列与共生固氮相关的基因（7）降解性质粒 携带有降解某些复杂有机物的酶的基因的质粒，赋予宿主细胞降解复杂有机物的能力第二节 基因突变和诱变育种 一、基因突变 基因突变：点突变，由于DNA（RNA 病毒和噬菌体的 RNA）链上的一对或少数几对碱基被另一个或少数几个碱基对取代发生改变的突变

12、类型从自然界分离到的菌株一般称为野生型菌株，简称野生型。野生型经突变后变成带有新性状的菌株，称突变株或突变型（一）突变类型 按突变后极少数突变株的表型是否在选择培养基上迅速选出和鉴别来分，可分为选择性突变株和非选择性突变株。前者包括营养缺陷型、抗性突变型和条件致死突变型；后者包括形态突变型，抗原突变型和产量突变型1. 营养缺陷型 某一野生型菌株由于发生基因突变而丧失合成一种或几种生长因子的能力，因而无法在基本培养基上正常生长的变异类型营养缺陷型是微生物遗传学研究中重要的选择标记和育种的重要手段2. 抗性突变型 指野生型菌株因发生基因突变，而产生的对有害理化因素的抗性变异菌株抗药性突变型（res

13、istant mutant） 基因突变使菌株对某种或某几种药物，特别是抗生素，产生抗性特点：正选择标记（突变株可直接从抗性平板上获得 - 在加有相应抗生素的平板上，只有抗性突变能生长。所以很容易分离得到）表示方法：所抗药物的前三个小写斜体英文字母加上 “r” 表示 , str r 和 str s 分别表示对链霉素的抗性和敏感性 3. 条件致死突变型 在某一条件下具有致死效应，而在另一条件下没有致死效应的突变型常用的条件致死突变是温度敏感突变，用ts （ temperature sensitive ）表示，这类突变在高温下（如42 ）是致死的，但可以在低温（如 25 -30 ）下得到这种突变。

14、( 负选择标记 ) 4. 形态突变型 由突变引起的个体或菌落形态改变的突变型5. 抗原突变型 由于基因突变引起的细胞抗原结构发生改变的突变型6. 产量突变型 通过基因突变而产生的在代谢产物上产量有别于原始菌株的突变型（二）突变率 突变率：某一细胞（或病毒粒）在每一世代中发生某一性状突变的几率（三）基因突变的特点 基因突变有以下 7 个特点： 自发性，基因突变可自发产生 不对应性，指突变性状（如抗青霉素）与引起突变的原因无直接对应关系 稀有性，通常自发突变的几率在 10 -610 -9 间 独立性，某基因的突变率不受它种基因突变率的影响 可诱变性，自发突变的频率可因诱变剂的影响而大为提高（提高

15、10-10 5 倍）倍 稳定性，基因突变后的新遗传性状是稳定的 可逆性，野生型菌株某一性状可发生正向突变，也可发生相反的回复突变（四）基因突变的自发性和不对应性的证明 1.Luria 等的变量试验 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012新建文件夹%20(13)zhou-f8变量试验.jpg t _blank 图 2.Newcombe 的涂布试验 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012新建文件夹%20(13)zhou-f8涂布试验.jpg t _blank 图 3.Lederberg

16、的影印平板培养法 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012新建文件夹%20(13)7-5影印培养实验.jpg t _blank 图 证明突变的性状与引起突变的原因间无直接对应关系，突变是自发产生的影印平板培养法： 影印平板培养法不仅在遗传学基础理论的研究中发挥了重要作用，而且在育种实战和其他研究中也具有重要的应用（五）基因突变及其机制 突变机制 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图images7.5-1突变的类型.bmp t _blank 图1. 诱发突变 诱变：指通过认为的方

17、法，利用物理、化学或生物因素显著提高基因自发突变频率的手段。诱发突变并非是用诱变剂产生新的突变，而是通过不同的方式提高突变率诱变剂：具有诱变效应的任何因素，都称诱变剂碱基的置换 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图images7.5-1突变的类型.bmp t _blank 图碱基的置换：是染色体的微小损伤，只涉及一对碱基被另一对碱基所置换转换： DNA 链中一个嘌呤被另一嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换颠换： DNA 链中一个嘌呤被另一嘧啶或是一个嘧啶被另一个嘌呤所置换由碱基置换而引起的密码子突变和多肽链合成的可能影响 HYPE

18、RLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012书中图和表第七章7-10.JPG t _blank 图错义突变：碱基序列的改变引起了产物氨基酸的改变。有些错义突变严重影响蛋白质的活性甚至使之完全无活性，从而影响表型无义突变：某个碱基的改变，使代表某种氨基酸的密码子变成蛋白质合成的终止密码子。蛋白质的合成提前终止，产生不完整蛋白质同义突变：某个碱基的变化没有改变产物氨基酸序列的密码子变化 直接引起置换的诱变剂 可直接与核酸的碱基发生化学反应。 亚硝酸：引起含 NH2 基的碱基 (A.G.C) 产生氧化脱氨反应，造成碱基置换 HYPERLINK file:/D

19、:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图images7.5-3严硝酸引起ATGC转换简图.bmp t _blank 图 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图flash7.5-4.swf t _blank Flash1 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图flash7.5-5.swf t _blank Flash2羟胺: 几乎只和胞嘧啶发生反应，因此只引起 GCAT 的转换 间接引起置换的诱变剂 碱基类似物，通过活细胞的代谢活动掺与到DNA分子

20、中去以 5-溴尿嘧啶为例 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图flash7.5-6.swf t _blank Flash（2）移码突变 移码突变：由于DNA序列中一个或少数几个核苷酸发生增添或缺失，从而使该处后面的全部遗传密码的阅读框架发生改变，并进一步引起转录和转译错误的一类突变能引起移码突变的因素是一些吖啶类染料。 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012书中图和表第七章7-11.JPG t _blank 图 （3）染色体畸变 DNA 链上大段发生变化或损伤，包括染色体结构

21、上的缺失、重复、插入、易位和倒位，也包括染色体数目的变化转座： DNA 序列通过非同源重组的方式，从染色体某一部位转移到同一染色体上另一部位或其他染色体上某一部位的现象转座因子： 位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的 DNA 序列，广泛分布于原核和真核细胞中原核生物的转座因子有三种类型：插入序列、转座子和 E.coli 的 Mu 噬菌体等转座噬菌体转座因子的特点：在转座时，通过转座因子的复制，可将新形成的拷贝以非同源重组的方式转移到染色体的新部位上；在转座因子的两端各有一段一定长度的末端重复序列；每个转座因子带有一个对转座有特异功能的转座酶基因转座因子的插入引起受体 DNA 上靶序列的复制

22、 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012书中图和表第七章7-12.JPG t _blank 图 2. 自发突变 自发突变：指生物体在无人工干预下自然发生的低频率的突变自发突变的原因： 由背景辐射和环境因素引起 由微生物本身有害代谢产物引起 由 DNA 复制过程碱基配对错误引起自发突变的原因：DNA 聚合酶产生的错误；DNA 的物理损伤； 重组 ； 转座等。 由于修复系统使突变率降到最低点 主要原因：碱基的互变异构；移码突变；转座因子插入突变（六）紫外线对 DNA 的损伤及其修复 UV 对 DNA 的损伤 HYPERLINK file:/D

23、:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图flash7.5-2.swf t _blank Flash1. 光复活作用 光解酶在黑暗中专一性识别嘧啶二聚体，并与之结合，形成酶 -DNA 复合物，当有光照时，酶利用光能将二聚体拆开，恢复原状，酶再释放出来 AKelner 1949 年在灰色链霉菌中发现2. 切除修复 内切核酸酶、外切核酸酶、DNA聚合酶和连接酶3. 重组修复越过损伤而进行的修复。4. SOS 修复 DNA 分子受到较大范围的重大损伤时诱导产生的一种应急反应二、突变与育种 （一）自发突变与育种 1. 从生产中育种 2. 定向培育优良菌株 定向培育：是一种利用微

24、生物的自发突变，并采用特定的选择条件，通过对微生物群体不断移植以选育出优良菌株的古老方法（二）诱变育种 诱变育种：利用物理化学因素处理均匀分散的微生物细胞群，在促进其突变率显著提高的基础上，采用简便、快速和高效的筛选方法，从中挑选出少数符合育种目的的突变株在诱变育种过程中，诱变和筛选是两个主要环节，由于诱变是随机的，而筛选是定向的，故相比之下，后者更为重要1. 诱变育种的基本环节 2. 诱变育种中的几个原则 （1）选择简便有效的诱变剂 物理诱变剂：有非电离辐射类的 紫外线 、激光和离子束等，能引起电离辐射的射线、射线和快中子等化学诱变剂：烷化剂、碱基类似物和吖啶类化合物诱变剂与致癌物质Ames

25、 试验（参见 P 212 ） 美国加利福尼亚大学的 Bruce Ames 教授于 1966 年发明，因此称为 Ames 试验 具体操作：检测鼠伤寒沙门氏菌 ( Salmonella typhmurium ) 组氨酸营养缺陷型菌株 (his) 的回复突变率回复突变 (reverse mutation 或 back mutation)： 突变体失去的野生型性状，可以通过第二次突变得到恢复，这种第二次突变称为回复突变由于生物体内、体外可能存在的差异，可在体外加入哺乳动物（如大鼠）微粒体酶系统，使待测物活化，使 Ames 试验的准确率达 8090% HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础

26、课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012书中图和表第七章7-15.JPG t _blank 图物理诱变剂中紫外线最简便，诱变效果也较理想。化学诱变剂中应用较广泛的是“超诱变剂” NTG（ N- 甲基 -N- 硝基 -N- 亚硝基胍），EMS （甲基磺酸乙酯）紫外辐射的诱变剂量和照射方法： （2）挑选优良的出发菌株 出发菌株就是用于育种的原始菌株（3）处理单细胞或单孢子悬液 有些微生物细胞是多核的；表型延迟均可导致不纯菌落的出现，所以诱变育种的菌株，应选用均匀分散的单细胞悬液状态，以便使每个细胞均匀接触诱变剂并防止出现不纯菌落（4）选用最适的剂量 化学诱变剂剂量以在一定条件下诱变剂的浓度和处理

27、时间来表示在产量性状的诱变育种中，凡在提高诱变率的基础上，既能扩大变异幅度，又能促进变异移向正变范围的剂量，就是合适的剂量（5）充分利用复合处理的协同效应 （6）利用和创造形态、生理与产量间相关的指标 利用鉴别性培养基的原理或其他途径，可有效地把原先肉眼无法观察的生理性状或产量性状转化为可见的形态性状。如蛋白酶水解圈大小、抗生素抑菌圈大小等（7）设计高效筛选方案 筛选分初筛和复筛，前者以量为主，后者以质为主。 （8）创造新型筛选方法 初筛以粗测为主，可采用琼脂平板或摇瓶培养后测定。复筛是对突变株的生产性能进行较精确的测定，一般用摇瓶或台式发酵罐进行3. 营养缺陷型突变株的筛选 与筛选营养缺陷型

28、突变株有关的 3 类培养基 基本培养基（ MM ，符号 ）：仅能满足某微生物的野生型菌株生长所需要的最低成分的组合培养基，称基本培养基完全培养基（ CM ，符号 + ）：凡可满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或半组合培养基，称完全培养基补充培养基（ SM ，符号 AB 等）：凡能满足相应的营养缺陷型突变株生长需要的天然或半组合培养基，称补充培养基 与营养缺陷型有关的 3 类遗传型个体 野生型：指从自然界分离到的任何微生物在其发生认为营养缺陷突变前的原始菌株。能在基本培养基上生长。遗传型为 A+B+ 营养缺陷型：野生型菌株经诱变剂处理后，由于发生了丧失某酶合成能力的突变，因而只能在加有该酶合成

29、产物的培养基中才能生长，这类突变菌株称为营养缺陷型突变株，简称营养缺陷型。只能在完全培养基或相应的补充培养基上生长。遗传型为 A-B+ 或 A+B-原养型：一般指营养缺陷型突变株经回复突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，均为 A+B+ 营养缺陷型的筛选方法 营养缺陷型的筛选一般要经过诱变、淘汰野生型、检出和鉴定营养缺陷型4个步骤。 第一步，诱变剂处理：与一般诱变处理相同。 第二步，淘汰野生型：抗生素法 - 青霉素法适用于细菌，制霉菌素法适用于真菌，菌丝过滤法 第三步，检出缺陷型：夹层培养法 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课

30、件2012书中图和表第七章7-19.JPG t _blank 图，限量补充培养法，逐个检出法，影印平板法 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012书中图和表第七章7-20.JPG t _blank 图 第四步，鉴定缺陷型：生长谱法 第三节 基因重组 基因重组：两个独立基因组内的遗传基因，通过一定的途径转移到一起，形成新的稳定基因组的过程一、原核生物的基因重组 特 点： 片段性 单向性 转移机制独特而多样 （一）转 化 概 念：受体菌直接吸收供体菌的 DNA 片段而获得后者部分遗传性状的现象，称为转化。转化后的受体菌称转化子感受态与感受态因子

31、：感受态是指受体菌最易接受外源DNA片段并能实现转化的生理状态。调节感受态的一类特异蛋白称感受态因子，包括膜连DNA结合蛋白、细胞壁自溶素、和几种核酸酶转化因子的本质是离体的DNA片段。不同微生物中转化因子的形式不同，如嗜血杆菌属的细胞吸收dsDNA 形式的转化因子，而链球菌属的细胞只吸收ssDNA 形式的转化因子。质粒也是良好的转化因子，但它们通常不与核染色体组发生重组转化过程：肺炎链球菌 供体菌的dsDNA 片段与感受态受体菌细胞表面的膜连DNA结合蛋白结合，其中一条链被核酸酶降解，另一条进入细胞 来自供体菌的ssDNA 片段被细胞内的特异蛋白结合，并使其与受体菌核染色体上的同源区段配对、

32、重组，形成一小段杂合 DNA 区段 受体菌染色体组复制，杂合区也得到复制 细胞分裂后，形成一个转化子 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图images7.2-1转化过程示意图.bmp t _blank 图转 染：用提纯的噬菌体或其他病毒的DNA（或RNA）去感染其宿主细胞或其原生质体，可增殖出一群正常噬菌体或病毒后代的现象（二）转导 转 导：通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的DNA片段携带到受体细胞中，通过交换与整合，后者获得前者部分遗传性状的现象。由转导而获得部分新性状的重组细胞，称为转导子能将一个细菌宿主的部分染色体或质粒DN

33、A带到另一个细菌的噬菌体称为转导噬菌体 细菌转导的二种类型：普遍转导，局限转导 1. 普遍转导 普遍转导：通过完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上的任何小片段 DNA 进行误包，而将其遗传性状传递给受体菌的现象(1) 意外的发现 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图flash7.2-2.swf t _blank Flash (2) 转导模型 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图flash7.2-3.swf t _blank Flash2. 局限转导 局限转导：通过部分缺陷的

34、温和噬菌体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并与后者的基因组整合，形成转导子的现象特点： 只局限于传递供体菌核染色体上的个别特定基因 该特定基因由部分缺陷的温和噬菌体携带 缺陷噬菌体的形成方式是由于它在脱离宿主染色体过程中，发生立频率的误切或由于双重溶源菌的裂解后形成 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图images7.2-5局限转导澨菌体的形成.bmp t _blank 图 局限转导噬菌体的产生要通过UV等因素对溶源菌的诱导并引起裂解后才产生（1）低频转导（LFT） 通过一般溶源菌释放的噬菌体所进行的转导。因其只能形成极少数

35、的转导子，故称低频转导（2）高频转导（HFT） 在局限转导中，若对双重溶源菌进行诱导，就会产生 50% 左右的局限转导噬菌体的高频转导裂解物，用这种裂解物去转导受体菌，就可获得 50% 左右的转导子，故称高频转导双重溶源菌：同时感染有正常噬菌体和缺陷噬菌体的受体菌3. 溶源转变 当正常的温和噬菌体感染其宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体基因整合到宿主的核基因组上，而使宿主获得了新遗传性状的现象。如白喉棒杆菌只有在被温和噬菌体感染而发生溶源化时才产生白喉毒素（三）接 合 通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程 1.实验证据1946 年，Joshua Lederberg 和 Edw

36、ard L.Tatum 细菌的多重营养缺陷型杂交实验: 中间平板上长出的原养型菌落是两菌株之间发生了遗传交换和重组所致！证实接合过程需要细胞间的直接接触的 “U” 型管实验（ Bernard Davis，1950 ） HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图flash7.2-6.swf t _blank Flash2. 机制 ( 大肠杆菌的接合机制 ) 接合作用是由一种被称为F因子的质粒介导， F因子的分子量通常为 5107( 94.5kb)，上面有编码细菌产生性菌毛（ sex pili ）及控制接合过程进行的 20 多个基因。 F

37、因子是一种属于附加体的质粒，也即它既可脱离核染色体组而在细胞质内游离存在，也可插入即整合在染色体组上；它既可经接合作用而获得，也可通过吖啶类化合物、溴化乙锭等的处理，使其 DNA 的复制受抑制后而从细胞中消除；是合成性菌毛基因的载体，也是决定细菌性别的物质基础F因子的四种细胞形式 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图flash7.2-7.swf t _blank FlashF+菌株：细胞内含有一至几个F因子，游离存在，并在细胞表面着生一至几条性菌F菌株：细胞内不含有F因子，细胞表面没有性菌毛Hfr菌株：细胞内含有整合态的F因子，细

38、胞表面有性菌毛。 F 菌株：细胞内含有游离存在但携带一小段核染色体基因的 F因子（ F 因子），细胞表面有性菌毛（1） F+ F 杂交 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图flash7.2-9.swf t _blank FlashF+ 菌株的 F 因子向 F 细胞转移，但含 F 因子的宿主细胞的染色体 DNA 一般不被转移杂交的结果：给体细胞和受体细胞均成为 F+ 细胞 理化因子的处理可将F因子消除而使 F+ 菌株变成 F菌株 （2） Hfr F 杂交 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微

39、生物课件2012书中图和表第七章7-28.JPG t _blank 图（参见 P 217 ） Hfr 菌株的 F 因子插入到染色体 DNA 上，因此只要发生接合转移过程，就可以把部分甚至全部细菌染色体传递给 F细胞并发生重组，由此而得名为高频重组菌株Hfr菌株仍然保持着 F+ 细胞的特征，具有性菌毛，并象F+ 一样与 F 细胞进行接合。所不同的是，当 OriT 序列被缺刻螺旋酶识别而产生缺口后， F因子的先导区 (leading region) 结合着染色体 DNA 向受体细胞转移， F 因子除先导区以外，其余绝大部分是处于转移染色体的末端，由于转移过程常被中断，因此 F 因子不易转入受体细胞

40、中，故 HfrF 杂交后的受体细胞 ( 或接合子 ) 大多数仍然是 F（3） F F 杂交 Hfr 菌株内的 F 因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游离的但携带一小段染色体基因的 F 因子，特称为 F因子 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图flash7.2-8.swf t _blank FlashF F 与 F+F 的不同：给体的部分染色体基因随 F 一起转入受体细胞 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图flash7.2-10.swf t _blank Flash

41、 与染色体发生重组 继续存在于 F因子上，形成一种部分二倍体细胞基因的这种转移过程又常称为性导 (sexduction），F因子转导（F-duction），F 因子媒介的转导（F-mediated transduction）（四）原生质体融合 两个亲本菌株去除细胞壁后的一种体细胞杂交育种方法 1. 亲本及其遗传标记选择 营养缺陷、抗性标记、荧光染色标记等 2. 原生质体制备 高渗溶液：无机盐（KCl, NaCl, MgSO4）、 有机物 (蔗糖、甘露醇、山梨醇) 水解酶： 溶菌酶、蜗牛酶、纤维素酶、葡聚糖酶） 3. 原生质体融合 化学融合法： 30%50%PEG(10006000) 诱导，渗透

42、压，低速离心 1000-2000g 电融合: 细胞在电场作用下 , 细胞内产生偶极化 , 促使细胞排列成串，外加瞬间高频直流强电压作用，原生质膜穿孔复原 4. 原生质体再生 再生培养基高渗，无机盐 / 有机物，防止机械损伤 5. 融合子选择 营养缺陷型，抗性，荧光染色标记，钝化选择(亲本一方融合前 50 23h)，连续传代几次 HYPERLINK file:/D:曙光计划大学基础课程专业辅助课程微生物学微生物课件2012光盘图flash7.2-12.swf t _blank Flash 第四节 基因工程 一、概 念 是指对遗传信息的分子操作和施工，即把分离到的或合成的基因经过改造，插入载体中，导入宿主细胞内，使其扩增和表达，从而获得大量基