微生物课件微生物遗传

微生物课件微生物遗传第一页，共九十八页，2022年，8月28日第一节遗传的物质基础第二节微生物的基因组结构第四节真核微生物的基因重组

第三节

原核微生物的基因重组第五节

基因突变和诱变育种第六节微生物与基因工程三个经典实验的原理与方法，朊病毒的概念原核及真核微生物基因组的基本特征基因突变的规律三种基因水平转移方式及其应用准性生殖基因工程的基本过程和基本技术第二页，共九十八页，2022年，8月28日遗传：亲代与子代相似变异：亲代与子代、子代间不同个体不完全相同遗传（inheritance）和变异（variation）是生命的最本质特性之一遗传型：(genotype)表型：(phenotype)决定生物表现型的遗传因子具有一定遗传型的个体，在特定环境条件下通过生长发育所表现出来的外表特征和内在特征的总和。表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。遗传型＋环境条件表型第三页，共九十八页，2022年，8月28日表型饰变：同样遗传型的生物在不同外界条件下显现的不同表现型的变异，不涉及遗传物质结构改变特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为遗传型改变引起的表型变化，发生在基因水平上，可以遗传给子代。特点：遗传性、群体中极少数个体的行为（自发突变频率通常为10-6-10-9）遗传型变异（基因突变）：第四页，共九十八页，2022年，8月28日第一节遗传的物质基础★一.证明核酸是遗传物质的经典实验①1928年，F.Griffith；1944年O.T.Avery肺炎链球菌（Streptococcuspneumoniae）转化试验。②1952年，A.D.Hershy、M.Chase的噬菌体感染实验。③1956年，H.Fraenkel-Conrat的TMV拆开和重建实验。第五页，共九十八页，2022年，8月28日1、经典转化实验肺炎链球菌：S型（菌体具荚膜，菌落表面光滑，有致病能力）R型（菌体无荚膜，菌落表面粗糙，无致病能力）第六页，共九十八页，2022年，8月28日①加S菌DNA②加S菌DNA及DNA酶以外的酶③加S菌的DNA和DNA酶④加S菌的RNA⑤加S菌的蛋白质⑥加S菌的荚膜多糖活R菌长出S菌只有R菌1944年Avery、MacLeod和McCarty从热死S型S.pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分，并在离体条件下进行了转化试验：只有S型细菌的DNA才能将S.pneumoniae的R型转化为S型。且DNA纯度越高，转化效率也越高。说明S型菌株转移给R型菌株的，是遗传因子DNA。第七页，共九十八页，2022年，8月28日2、噬菌体感染实验进入细菌细胞内部的物质是DNA。DNA包含有产生完整噬菌体的全部信息。3、植物病毒TMV重建实验TMV的遗传物质是RNA。第八页，共九十八页，2022年，8月28日结论：

证明核酸（DNA或RNA）是遗传的物质基础简单的细菌（或病毒）解决复杂而重大的问题微生物与高等生物具有共同的遗传本质第九页，共九十八页，2022年，8月28日朊病毒的发现和思考:朊病毒一种具有传染性的蛋白质致病因子蛋白质是遗传物质吗蛋白质折叠与功能的关系，是否存在折叠密码？？？？已知的传染性疾病的传播因子必须含有核酸第十页，共九十八页，2022年，8月28日①真核生物DNA分子与组蛋白结合构成染色体，每条染色体有单一线性双链DNA分子。一个真核生物细胞内有多条染色体（脉孢菌7条，人23条）。高等生物中有2至多套染色体（动物2倍，水稻4倍），真菌有双倍体，但多数微生物是单倍体。真核细胞核物质外有核膜包围，形成完整细胞核。②原核生物DNA不与组蛋白结合，染色体仅由一条DNA组成，DNA为共价闭合环状双链，一个细胞内只有一条染色体（单倍体haploid）。无核膜包围，只在细胞中央形成核区。③质粒plasmid和转座因子原核生物中，除染色体以外，能够自主复制的共价闭合环状DNA分子。它们携带少量遗传基因，决定细胞的某些性状，并非细菌生活必需。二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和形式一）遗传物质在微生物细胞中的存在方式第十一页，共九十八页，2022年，8月28日真核微生物：细胞核原核微生物：核区细胞核或核区的数目在不同的微生物中是不同的（二）遗传物质存在的部位第十二页，共九十八页，2022年，8月28日细胞核水平真核生物细胞核核染色体原核生物核区DNA链核基因组在核基因组之外，还存在各种形式的核外遗传物质第十三页，共九十八页，2022年，8月28日核外染色体真核生物的“质粒”原核生物的质粒 线粒体细胞质基因 叶绿体（质体） 中心体 动体共生生物： 卡巴颗粒酵母菌的2m质粒F因子R因子Col质粒Ti质粒巨大质粒降解性质粒核基因组遗传物质类型第十四页，共九十八页，2022年，8月28日（三）转座因子（transposibleelement）细胞中能改变自身位置（例如从染色体或质粒转移到另一个位点，或者在两个复制子之间转移）的一段DNA序列。也称跳跃基因（jumpinggene）或可移动基因（movablegene）。插入序列（insertionsequence,IS)转座子（transposon,Tn)某些病毒（Mu噬菌体）原核生物的转座因子：第十五页，共九十八页，2022年，8月28日转座因子40年代McClintock在玉米中发现了转座子即跳跃基因，自1967年以来，已在微生物和其它生物中得到普遍证实。新发现：有些DNA片段不但可在染色体上移动，还可从一个染色体跳到另一个染色体，从一个质粒跳到另一个质粒或染色体，甚至还从一个细胞转移到另一个细胞。在这些DNA顺序的跳跃过程中，往往导致DNA链的断裂或重接，从而产生重组交换或使某些基因启动或关闭，结果导致突变的发生。第十六页，共九十八页，2022年，8月28日转座因子的种类（1）插入序列（IS，insertionsequence）：分子量最小（仅），只能引起转座（transposition）效应而不含其它基因。可以在染色体、F因子等质粒上发现它们。已知的IS有5种，即IS1、IS2、IS3、IS4和IS5。因IS在染色体上插入的位置和方向的不同，其引起的突变效应也不同。IS引起的突变可回复，其原因可能是IS被切离，如果因切离部位有误而带走IS以外的一部分DNA序列，就会在插入部位造成缺失，从而发生新的突变。第十七页，共九十八页，2022年，8月28日转座因子的种类（2）转座子(Tn，transposon，又称转位子，易位子)与IS和Mu噬菌体相比，Tn的分子量居中（一般为2~25kb）。它含有几个至十几个基因，其中除了与转座有关的基因外，还含有抗药基因或乳糖发酵基因等其它基因。Tn虽能插到受体DNA分子的许多位点上，但这些位点似乎也不完全是随机的，其中某些区域更易插入。第十八页，共九十八页，2022年，8月28日特征：在两端有IR序列，分两类：Ⅰ型Compoundtransposons： 两端为插入序列IS，抗性基因居中。 如Tn5、Tn9、Tn10、Tn4001、Tn4003。Ⅱ型Complextransposons： 两端为IR(30-50bp)，中间为转座基因和抗性基因。 如Tn1、Tn3、Tn21、Tn1721、Tn551。转座子transposon第十九页，共九十八页，2022年，8月28日转座因子的种类（3）Mu噬菌体（即mutatorphage，诱变噬菌体）是E.coli的一种温和噬菌体。与必须整合到宿主染色体特定位置上的一般温和噬菌体不同，Mu噬菌体并没有一定的整合位置。与IS和Tn相比，Mu噬菌体的分子量最大37kb，含有20多个基因。引起的转座可以导致插入突变，其中约有2%是营养缺陷型突变。第二十页，共九十八页，2022年，8月28日转座的遗传学效应：1）插入突变2）产生染色体畸变3）基因的移动和重排第二十一页，共九十八页，2022年，8月28日四）质粒1、致育因子(Fertilityfactor，F因子)3、产细菌素的质粒（Bacteriocinproductionplasmid）2、抗性因子（Resistancefactor，R因子）4、毒性质粒（virulenceplasmid）5、代谢质粒（Metabolicplasmid）6、隐秘质粒（crypticplasmid）第二十二页，共九十八页，2022年，8月28日五）基因的表达以DNA为模板，通过RNA聚合酶转录出mRNA，然后将mRNA包含的碱基顺序在核糖体中翻译成相应氨基酸序列的多肽。①转录（transcription）双链DNA→单链，以其中一条为模板→互补mRNA②翻译(translation)mRNA→多肽第二十三页，共九十八页，2022年，8月28日DNA→RNA→肽链→蛋白质五）基因的表达第二十四页，共九十八页，2022年，8月28日第二节：微生物的基因组结构明确基因组的概念，微生物在人类基因组计划中的独特而重要的地位；人类基因组计划对微生物学发展的影响；三种代表性微生物基因组结构的特点，特别强调古生菌基因组的独特性及双重特征；随着基因组全序列测定微生物的增多所发现的新问题：

水平基因转移现象

Woese系统发育树面临的挑战

第二十五页，共九十八页，2022年，8月28日微生物基因组结构的特点1、原核生物（细菌）的基因组1）染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）；2）基因组上遗传信息具有连续性；基因数基本接近由它的基因组大小所估计的基因数一般不含内含子，遗传信息是连续的而不是中断的。3）功能相关的结构基因组成操纵子结构；4）结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝；5）基因组的重复序列少而短.基因组genome：一种生物的全套基因。第二十六页，共九十八页，2022年，8月28日2、真核微生物（啤酒酵母）的基因组1）典型的真核染色体结构；啤酒酵母基因组大小为13.5×106bp，分布在16条染色体中。2）没有明显的操纵子结构；3）有间隔区（即非编码区）或内含子序列；4）最显著的特点是重复序列多.

第一个完成基因组测序的真核生物基因组第二十七页，共九十八页，2022年，8月28日基因组上有许多较高同源性的DNA重复序列，这是一种进化。即可在少数基因发生突变而失去功能时不会影响生命过程，也可适应复杂多变的环境，丰余的基因可在不同的环境种起用多个功能相同或相似的基因产物，有备无患。酵母菌确实比细菌和病毒进步而富有，而细菌和病毒似乎更聪明，能更经济更有效地利用遗传资源。第二十八页，共九十八页，2022年，8月28日2、古生菌（詹氏甲烷球菌）的基因组第一个完成基因组测序的古生菌只有40％的基因与其他两界的生物有同源性古生菌的基因组在结构上类似于细菌1.66x106bp的环状染色体DNA1682个ORF(OpenReadingFrame)3)负责信息传递功能的基因（复制、转录和翻译）则类似于真核生物第二十九页，共九十八页，2022年，8月28日ORF(Openingreadingframe)任何一种生物的基因组，都是由不编码和编码蛋白质的核苷酸序列（基因）所组成。基因通常只是基因组的一小部分.一个基因组拥有的“基因”数目是由两部分组成的：通过实验证明确有蛋白质产物的真实基因、根据起始密码和终止密码序列所确定的潜在基因。生物学家们把这两类基因都称为“开放阅读框”(ＯＲＦ）。因此，一个基因组内的基因数目通常是指ＯＲＦ的数目。

第三十页，共九十八页，2022年，8月28日克隆clone不经过有性细胞的结合，由体细胞发育成新个体，即无性繁殖。基因重组generecombination两个不同来源的遗传物质进行交换，经过基因的重新组合，形成新的基因型的过程。重组获得的后代具有新的基因组合，表现出不同于亲本的新性状。原核微生物没有有性生殖，其基因重组通过转化、接合、转导方式进行。第三节原核微生物的基因重组第三十一页，共九十八页，2022年，8月28日一、细菌的接合作用(conjugation)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.实验证据第三十二页，共九十八页，2022年，8月28日接合(conjugation)通过供体菌与受体菌间细胞接触而传递大段DNA1946年，JoshuaLederberg和EdwardL.TatumE.colik12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。第三十三页，共九十八页，2022年，8月28日F因子大肠杆菌是有性别分化的。决定它们性别的因子称为F因子(致育因子或称性质粒)，呈超螺旋状态，既可以在细胞内独立存在,

具有自主的与染色体进行同步复制和转移到其他细胞中的能力,也可插入(即整合)到染色体上第三十四页，共九十八页，2022年，8月28日F因子的四种细胞形式：

a）F-菌株(“雌性”菌株)，不含F因子，没有性菌毛，但可以通过接合作用接收F因子而变成F+菌株；b）F+菌株(“雄性”菌株)，

F因子独立存在，细胞表面有性菌毛。c）Hfr菌株，F因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性菌毛。d）F′菌株，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。细胞表面同样有性菌毛。第三十五页，共九十八页，2022年，8月28日F+菌株 含F质粒，细胞表面产生性毛(sexpili)，与F-细胞相连，在接合后转移DNA。F-菌株 无F质粒，不产生性毛，可接受外来F质粒。第三十六页，共九十八页，2022年，8月28日Hfr菌株高频重组菌株（highfrequencyrecombination）。与F-接合后，重组频率比F+高几百倍。在Hfr细胞中，存在与染色体特定位点相整合的F因子(产生频率约10-5)。当它与F-菌株发生接合时，Hfr染色体在F因子处发生断裂，由环状变成线状。整段线状染色体转移至F-细胞的全过程约需100min。在转移时，由于断裂发生在F因子中，所以必然要等Hfr的整条染色体组全部转移完成后，F因子才能完全进入F-细胞。但转移过程中断，所以越在前端的基因，进入的机会就越多，故在F-中出现重组子的时间就越早，频率也高。第三十七页，共九十八页，2022年，8月28日F’菌株当Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离其染色体组时，可形成游离的携带一小段染色体基因的F因子，特称F’因子。携带有F’因子的菌株，其性状介于F+与Hfr之间，这就是初生F’菌株。初生F’菌株与F-菌株接合，可使后者转变成F’菌株，这就是次生F’菌株，它既获得了F因子，又获得了来自初生F’菌株的若干遗传性状。以这种接合来传递供体菌基因的方式，称为F因子转导(F-duction)、性导(sexduction)

。在次生的F’群体中，大约有10%的F’因子重新整合到染色体组上，而恢复成Hfr菌。第三十八页，共九十八页，2022年，8月28日1）F+×F-杂交1）F+细菌通过性毛与F-细菌接触并发生相互作用；2）F因子出现缺口，双链之一被切断，从断端转移F因子的一条链到F-细菌中。3）F因子的一条链一进入F-细菌中，在F-细菌中复制新的F因子从而变成F+

4）原有F+细胞也完成F因子另一条链的复制，所以转移是F+的拷贝。F+＋F+第三十九页，共九十八页，2022年，8月28日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2）Hfr×F-杂交Hfr菌株仍然保持着F+细胞的特征，具有F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(leadingregion)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中。Hfr×F-杂交后的受体细胞(或接合子)大多数仍然是F-。染色体上越靠近F因子的先导区的基因，进入的机会就越多，在F-中出现重组子的的时间就越早，频率也高。Hfr＋F-第四十页，共九十八页，2022年，8月28日3）F′×F-杂交F′×F-与F+×F-的不同：供体的部分染色体基因随F′一起转入受体细胞a）与染色体发生重组；b）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′＋F′第四十一页，共九十八页，2022年，8月28日1、普遍性转导（generalizedtransduction）(1)意外的发现1951年，JoshuaLederberg和NortonZinder为了证实大肠杆菌以外的其它菌种是否也存在接合作用，用二株具不同的多重营养缺陷型的鼠伤寒沙门氏菌进行类似的实验：用“U”型管进行同样的实验时，在给体和受体细胞不接触的情况下，同样出现原养型细菌！二、细菌的转导(transduction)第四十二页，共九十八页，2022年，8月28日1952年Zinder和Lederberg

在验证Salmonellatyphimurium是否也存在接合现象时发现了转导现象。S.typhimurium： LT22A(trp-)； LT2(his-)LT22溶原性→噬菌体P22→感染LT2（非溶原性）→可能释放带trp+的P22→LT22A(trp-)→呈原养型。第四十三页，共九十八页，2022年，8月28日沙门氏菌LT22A是携带P22噬菌体的溶源性细菌,另一株是非溶源性细菌一个表面看起来的常规研究却导致一个惊奇和十分重要发现的重要例证！基因的传递很可能是由可透过“U”型管滤板的P22噬菌体介导的（普遍性转导这一重要的基因转移途径的发现）WhyandHow?第四十四页，共九十八页，2022年，8月28日（二）转导（transduction）转导：由病毒介导的细菌细胞间进行遗传交换的一种方式

一个细胞的DNA或RNA通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中。细菌转导的类型：普遍转导局限转导完全转导流产转导低频转导高频转导转导噬菌体：能将细菌宿主的部分染色体和质粒DNA带到另一个细菌的噬菌体。获得了由噬菌体携带来的供体菌DNA片段的受体细胞称为转导子。在转导中被转移的染色体片段称为转导因子。

第四十五页，共九十八页，2022年，8月28日普遍转导（generalizedtransduction）噬菌体可以转导供体菌染色体的任何部分到受体细胞中普遍性转导的三种后果：外源DNA被降解，转导失败。进入受体的外源DNA通过与细胞染色体的重组交换而形成稳定的转导子流产转导第四十六页，共九十八页，2022年，8月28日完全转导completetransduction

：

形成了遗传性稳定的转导子(transductant)普遍转导(generalizedtransduction)噬菌体可误包供体菌中的任何基因(包括质粒)，并使受体菌实现各种性状的转导第四十七页，共九十八页，2022年，8月28日转导DNA不能进行整合、重组和复制，但其携带的基因可经过转录而得到表达。因此群体中仅一个细胞含有DNA，而其它细胞只能得到其基因产物。流产转导：第四十八页，共九十八页，2022年，8月28日局限转导：温和噬菌体感染整合到细菌染色体的特定位点上宿主细胞发生溶源化溶源菌因诱导而发生裂解时，在前噬菌体二侧的少数宿主基因因偶尔发生的不正常切割而连在噬菌体DNA上部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因转移到受体菌中第四十九页，共九十八页，2022年，8月28日局限转导specialized

transduction当溶原菌群经诱导后，其中极少数前噬菌体从宿主染色体脱落时产生错误切割，从而把宿主的某些基因（λ前噬菌体位点两端是细菌染色体的gal＋和bio＋，故形成的转导噬菌体通常带有ga1＋或bio＋）整合到噬菌体的基因组上，当这样的噬菌体侵染另一宿主菌时，噬菌体DNA与受体菌的DNA同源区段配对，通过双交换而整合到受体菌的染色体组上，使受体菌获得了供体的这部分遗传特性，而形成转导子（缺陷溶源菌）。第五十页，共九十八页，2022年，8月28日局限转导与普遍转导的主要区别：a）局限转导中被转导的基因共价地与噬菌体DNA连接，与噬菌体DNA一起进行复制、包装以及被导入受体细胞中。而普遍性转导包装的可能全部是宿主菌的基因。b）局限性转导颗粒携带特定的染色体片段并将固定的个别基因导入受体，故称为局限性转导。而普遍性转导携带的宿主基因具有随机性。第五十一页，共九十八页，2022年，8月28日溶源转变(lysonenicconversion)当温和噬菌体感染其宿主而使之发生溶源化时，因噬菌体的基因整合到宿主的基因组上，而使后者获得了除免疫性以外的新性状的现象。当宿主丧失这一噬菌体时，通过溶源转变而获得的性状也同时消失。溶源转变与转导有本质上的不同，首先是它的温和噬菌体不携带任何供体菌的基因；其次，这种噬菌体是完整的，而不是缺陷的。典型例子：不产毒素的白喉棒杆菌(Corynebacteriumdiphtheriae)

菌株在被噬菌体感染而发生溶源化时，会变成产白喉毒素的致病菌株。第五十二页，共九十八页，2022年，8月28日低频转导与高频转导低频转导：当用λ噬菌体转导发酵乳糖的基因时，约10-6

被感染的细菌中出现一个转导子。即大约10-6

噬菌体中只有一个带有发酵乳糖的基因。高频转导：当λ噬菌体整合到寄主细胞后，带有发酵乳糖基因的λ噬菌体也整合到寄主染色体上，成为双重溶源化细胞。这种细菌用紫外线诱导时，非转导的和转导的噬菌体同时脱离细胞染色体而复制繁殖，两个噬菌体中就有一个带有发酵乳糖的基因。用这种细胞释放的噬菌体转导发酵乳糖基因，就可以得到50％的转导子。第五十三页，共九十八页，2022年，8月28日供体菌受体菌DNA片段转化：指同源或异源的游离DNA分子（质粒和染色体DNA）被自然或人工感受态细胞提取，并得到表达的水平方向的基因转移过程。这些被转化的游离的DNA片段称为转化因子

。转化后的受体菌，称为转化子。

1928年，Griffith发现肺炎链球菌（Streptococcuspneumoniae）

的转化现象目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力三、细菌的遗传转化（genetictransformation）第五十四页，共九十八页，2022年，8月28日

感受态细胞：受体菌最容易接受外源DNA片段并实现转化的生理状态称为感受态。

转化需要二方面必要条件：1、建立了感受态的受体细胞2、外源游离DNA分子（转化因子）自然感受态是细胞一定生长阶段的生理特性，受细菌自身的基因控制；人工感受态则是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNA的能力，或人为地将DNA导入细胞内转化因子通常是双链DNA。

第五十五页，共九十八页，2022年，8月28日转化过程:

①感受态的出现②转化因子的吸附与掺入③转化因子的整合

第五十六页，共九十八页，2022年，8月28日噬菌体DNA被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒转染(transfection)：转染的特点：提纯的噬菌体DNA以转化的（而非感染）途径进入细胞并表达后产生完整的病毒颗粒。第五十七页，共九十八页，2022年，8月28日人工转化：用CaCl2处理细胞，电穿孔等是常用的人工转化手段。在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组手段，不是由细菌自身的基因所控制，是基因工程的奠基石和基础技术。用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于一种可以摄取外源DNA的“人工感受态”。电穿孔法（electroporation):用高压脉冲电流击破细胞膜形成小孔，使各种大分子（包括DNA)能通过这些小孔进入细胞，所以又称电转化。第五十八页，共九十八页，2022年，8月28日五.原生质体融合将遗传性状不同的两种菌（包括种间、种内及属间）原生质体融合成为一个新的重组子的技术。原生质体融合步骤：1、原生质体制备2、原生质体融合和再生3、融合子的选择第五十九页，共九十八页，2022年，8月28日微生物细胞融合的研究始于1976年。主要过程：先准备两个有选择性遗传标记的突变株，在高渗溶液中，用适当的脱壁酶去除细胞壁，再将形成的原生质体离心聚集，并加入促融合剂PEG(聚乙二醇)促进融合，然后在高渗溶液中稀释，涂在能使其再生细胞壁或进行分裂的培养基上，待形成菌落后，通过影印接种法，将其接种到各种选择性培养基上，最后鉴定它们是否是重组子。第六十页，共九十八页，2022年，8月28日

杂交是在细胞水平上发生的一种遗传重组方式。有性杂交：指性细胞间的接合和随之发生的染色体重组，并产生新遗传型后代的一种方式。

（一）有性杂交第四节真核微生物的基因重组能产生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌都可以进行有性杂交第六十一页，共九十八页，2022年，8月28日（二）准性杂交准性生殖是指真菌中不通过有性生殖的基因重组过程。它类似于有性生殖，但比之更原始的一种生殖方式，它可使同一生物的两个不同来源的体细胞经融合后，不通过减数分裂而导致低频率的基因重组。在半知菌类中最为常见。2、异核体形成1、菌丝联合3、核配4、体细胞交换和单倍体化准性生殖的过程：

杂合二倍体只有相对的稳定性，在其繁殖过程中虽不进行减数分裂，但在有丝分裂中可以发生染色体交换和染色体单倍化，从而形成各种分离子。

第六十二页，共九十八页，2022年，8月28日第五节基因突变和诱变育种

基因突变：一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何可遗传的改变。野生型（原始性状）基因突变突变型（新性状）一、基因突变的定义第六十三页，共九十八页，2022年，8月28日自发突变：在自然条件下发生的基因突变。诱发突变：利用物理化学因子处理微生物使其产生的突变。

回复突变：突变菌株发生突变，回复到出发菌株的状态。

基因突变分为

二、基因突变的类型同义突变：碱基的变化没有改变产物氨基酸序列的变化。错义突变：碱基序列的变化引起产物氨基酸的变化。无义突变：碱基的改变是密码子变为终止密码子。移码突变：碱基的缺失或插入使翻译的阅读框发生改变，从而使氨基酸序列完全变化。不同的碱基变化对遗传信息的改变不同：第六十四页，共九十八页，2022年，8月28日常见的微生物突变类型：1、营养缺陷型（auxotroph）特点：在选择培养基（一般为基本培养基）上不生长负选择标记（突变株不能通过选择平板直接获得）缺乏合成其生存所必需的营养物的突变型。第六十五页，共九十八页，2022年，8月28日2、抗药性突变型（resistantmutant)由于基因突变使菌株对某种或某几种药物，特别是抗生素，产生抗性的突变型。3、条件致死突变型(conditionallethalmutant)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。4、形态突变型(morphologicalmutant)指造成形态改变的突变型。5、其他突变型如毒力、糖发酵能力、代谢产物的种类和产量以及对某种药物的依赖性突变型等。第六十六页，共九十八页，2022年，8月28日

1）自发性2）不对应性3）稀有性4）规律性

三、基因突变的机制

5）独立性6）可诱变性7）遗传性8）可逆性1、基因突变的特点：第六十七页，共九十八页，2022年，8月28日

基因突变的自发性和非对应性的证明一种观点认为，突变的原因和突变的性状间是相对应的，并认为这就是“定向变异”、“驯化”。另一种观点认为，基因突变是自发的。如何证明基因突变的非对应性？ 三个经典实验

变量实验、涂布实验、影印实验1943年S.E.Luria与M.Dlbruck进行了Fluctuationtest1949年H.B.Newcombe的Respredingplatedincubacion1952年J.Lederberg夫妇用Replica-plating结束了争论证明突变的性状与引起突变的原因间无直接对应关系！第六十八页，共九十八页，2022年，8月28日2、自发突变的机制主要的原因是：碱基互变异构体的存在导致形成不同的碱基配对。腺嘌呤氨基式

A－T配对腺嘌呤亚氨基式

A－C配对结果：导致ATGC碱基置换：碱基与碱基之间的交换导致突变的发生

转换：嘌呤到嘌呤或嘧啶到嘧啶的碱基置换。颠换：嘌呤到嘧啶或嘧啶到嘌呤的碱基置换。第六十九页，共九十八页，2022年，8月28日3、诱发突变的机制（1）碱基的置换（转换、颠换）碱基对置换substitution转换transition颠换transversion第七十页，共九十八页，2022年，8月28日（2）移码突变frame-shiftmutant

：添加或缺失核苷酸，引起阅读错误第七十一页，共九十八页，2022年，8月28日（3）染色体畸变chromosomalaberration

：缺失、重复、插入、易位、倒位第七十二页，共九十八页，2022年，8月28日A、碱基类似物-------5-BU尿嘧啶引起碱基的转换5－溴尿嘧啶（胸腺嘧啶结构类似物）4、诱变剂第七十三页，共九十八页，2022年，8月28日B、插入染料第七十四页，共九十八页，2022年，8月28日C、与DNA碱基直接起化学反应的诱变剂亚硝酸引起DNA的碱基转换第七十五页，共九十八页，2022年，8月28日D、辐射和热嘧啶嘧啶二聚体UV第七十六页，共九十八页，2022年，8月28日第七十七页，共九十八页，2022年，8月28日第七十八页，共九十八页，2022年，8月28日“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所有生物的DNA在结构及特性上具有一致性让细菌代人受过！Ames试验：利用细菌模型了解潜在化学致癌物的诱变作用第七十九页，共九十八页，2022年，8月28日美国加利福尼亚大学BruceAmes教授于1966年发明具体操作：检测鼠伤寒沙门氏菌(Salmonellatyphmurium)组氨酸营养缺陷型菌株(his-)的回复突变率回复突变：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Ames试验第八十页，共九十八页，2022年，8月28日Ames试验第八十一页，共九十八页，2022年，8月28日四、DNA损伤的修复1、光复活作用嘧啶二聚体嘧啶光解酶2、切除修复3、重组修复第八十二页，共九十八页，2022年，8月28日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。错误倾向的SOS修复第八十三页，共九十八页，2022年，8月28日第七节微生物与基因工程了解微生物学在基因工程技术的建立与发展中的重要意义，了解并掌握基因工程的基本过程和基本技术。第八十四页，共九十八页，2022年，8月28日1.基因工程概述（微生物学与基因工程的关系）2.微生物与基因工程工具酶（限制性内切酶的基本概念及其在基因操作技术中的最基本应用）

3.微生物与克隆载体（克隆载体的基本要求，了解目前有哪些克隆得到应用，它们各有什么特点和联系（异同点）。重点掌握质粒和λ噬菌体克隆载体）4.微生物作为克隆载体的宿主（为什么微生物通常能成为基因工程的重要宿主，最常用的有哪些？）5.基因工程的常用技术和方法（重点介绍PCR技术，原理与方法）第八十五页，共九十八页，2022年，8月28日第七节微生物与基因工程一、基因工程基因工程：在基因水平上，改造遗传物质，即将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，从而获得大量基因产物，或者令生物表现出新的性状。克隆载体（cloningvector）负责将外源DNA片段运送到细胞中进行复制与扩增。第八十六页，共九十八页，2022年，8月28日微生物学与基因工程的关系微生物学不仅为基因工程提供了理论基础，同时也提供了操作技术。基因工程概述基因工程geneengineering 人工将供体的遗传物质--DNA在离体条件下用适当的工具酶进行切割，把它与载体(vector)的DNA分子连接，然后与载体一起导入某一受体细胞中，让外源遗传物质进行正常的复制和表达，从而获得新物种的一种崭新的育种技术。第八十七页，共九十八页，2022年，8月28日过程①基因分离：②体外重组：外源DNA与载体连接③载体传递：导入受体，使外源DNA在受体中表达④复制、表达⑤筛选、繁殖：对重组后的大量重组子性状进行筛选，从中选出所需性状重组子，并使之稳定繁殖。第八十八页，共九十八页，2022年，8月28日获得目的基因选择基因载体体外重组外源基因导