高中生物竞赛辅导课件：微生物育种

微生物育种微生物育种的目的人为的使某种代谢产物过量积累，把生物合成的代谢途径朝人们所希望的方向引导，或者促使细胞内发生基因的重新组合优化遗传性状，实现人为控制微生物，获得我们所需要的高产、优质和低耗的菌种微生物育种微生物育种的方法解除或突破微生物的代谢调节控制，进行优良性状的组合利用基因工程的方法人为改造或构建菌株微生物育种一、诱变育种二、代谢工程育种三、体内基因重组育种四、DNAShuffling技术微生物育种一、诱变育种利用各种诱变剂处理微生物细胞，提高基因的随机突变频率，通过一定的筛选方法(或特定的筛选子)获得所需要的高质优产菌株微生物育种1、常用诱变剂的使用方法紫外线——物理诱变剂紫外灯预热20min取3~5mL细胞悬浮液置于6cm培养皿中置于诱变箱内的电磁搅拌器上，照射3~5min进行表面杀菌打开培养皿盖，开启电磁搅拌器，边照射边搅拌在红光灯下，取菌悬液稀释、涂布；或暗培养一段时间后涂平板微生物育种一、诱变育种1、常用诱变剂的使用方法5-溴尿嘧啶(5-BU):化学诱变剂无菌生理盐水微热溶解5-BU(2mg/mL)消耗自身营养物质对数期细胞，重悬于缓冲液或生理盐水，过夜5-BU加入培养基，终浓度10~20μg/mL倒平板涂布菌液生长挑单菌落测定孢子悬浮液较高浓度5-BU(100~1000μg/mL)混匀振荡培养一定时间稀释涂布各种诱变剂处理方式大体相同，但浓度、时间、缓冲液等方面有差异微生物育种一、诱变育种1、常用诱变剂的使用方法5-溴尿嘧啶(5-BU):化学诱变剂无菌生理盐水微热溶解5-BU(2mg/mL)消耗自身营养物质对数期细胞，重悬于缓冲液或生理盐水，过夜5-BU加入培养基，终浓度10~20μg/mL倒平板涂布菌液生长挑单菌落测定孢子悬浮液较高浓度5-BU(100~1000μg/mL)混匀振荡培养一定时间稀释涂布各种诱变剂处理方式大体相同，但浓度、时间、缓冲液等方面有差异非定向性、随机性、低效性为了提高诱变率，常用物理和化学诱变剂交替使用，菌悬液充分接触诱变剂，且通常选用对数生长的菌株微生物育种一、诱变育种二、代谢工程育种三、体内基因重组育种四、DNAShuffling技术微生物育种二、代谢工程育种利用基因工程技术对微生物代谢网络中特定代谢途径进行有精确目标的基因操作，改变微生物原有的调节系统，使目的代谢产物的活性或产量得到大幅度提高的一种育种技术微生物育种二、代谢工程育种方法1、改变代谢途径2、扩展代谢途径3、构建新的代谢途径微生物育种二、代谢工程育种1、改变代谢途径天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰半醛二氢吡啶二羟酸高丝氨酸赖氨酸磷酸高丝氨酸苏氨酸异亮氨酸协同反馈抑制天冬氨酸激酶诱变技术选育高丝氨酸缺陷型，使分支代谢流向赖氨酸，获得产赖氨酸的突变株微生物育种二、代谢工程育种1、改变代谢途径天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰半醛二氢吡啶二羟酸高丝氨酸赖氨酸磷酸高丝氨酸苏氨酸异亮氨酸协同反馈抑制天冬氨酸激酶诱变技术选育高丝氨酸缺陷型，使分支代谢流向赖氨酸，获得产赖氨酸的突变株基因工程技术，克隆二氢吡啶二羟酸合成酶基因，所获工程菌可以积累更多的赖氨酸微生物育种二、代谢工程育种1、改变代谢途径天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰半醛二氢吡啶二羟酸高丝氨酸赖氨酸磷酸高丝氨酸苏氨酸异亮氨酸协同反馈抑制天冬氨酸激酶以解除反馈抑制的赖氨酸产生菌棒状杆菌为宿主，转入高丝氨酸脱氢酶基因，使菌株赖氨酸产量下降，而苏氨酸产量增加微生物育种二、代谢工程育种2、扩展代谢途径在引入外源基因后，使原来的代谢途径向后延伸，产生新的末端产物，或使原来的代谢途径向前延伸，可以利用新的原料合成代谢产物微生物育种二、代谢工程育种2、扩展代谢途径草生殴文氏菌缺乏与棒杆菌串联发酵两株菌各自承担一段转化任务。操作繁琐，而且能源消耗也大葡萄糖2,5-二酮基葡糖酸α-酮基古农酸维生素C2,5-二酮基葡糖酸还原酶例子微生物育种二、代谢工程育种2、扩展代谢途径草生殴文氏菌葡萄糖2,5-二酮基葡糖酸α-酮基古农酸维生素C2,5-二酮基葡糖酸还原酶基因工程技术将棒杆菌2,5-二酮基葡糖酸还原酶基因导入草生殴文氏菌√例子微生物育种二、代谢工程育种3、构建新的代谢途径通过基因克隆方法，使细胞中原来无关的两条代谢途径连接起来，形成新的代谢途径，产生新的代谢产物微生物育种二、代谢工程育种3、构建新的代谢途径放线紫红素合成基因曼得霉素产生菌曼得紫红素碳霉素产生菌的异戊酰基转移酶基因螺旋霉素产生菌4”-异戊酰螺旋霉素泰洛菌素产生菌4”-异戊酰泰洛菌素麦迪霉素丙酰基转移酶基因螺旋霉素产生菌4”-丙酰螺旋霉素微生物育种一、诱变育种二、代谢工程育种三、体内基因重组育种四、DNAShuffling技术微生物育种三、体内基因重组育种重组过程发生在细胞内，采用接合、转化、转导和原生质体融合等遗传学方法和技术使微生物细胞内发生基因重组，以增加优良性状的组合，或者导致多倍体的出现，从而获得优良菌株微生物育种三、体内基因重组育种原生质体融合通过人为的方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合，以产生重组子的过程原生质体制备原生质体融合原生质体再生融合子选择酶(溶菌酶，蜗牛酶，纤维素酶)处理消化细胞壁放入高渗缓冲液或培养基中微生物育种三、体内基因重组育种原生质体融合通过人为的方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合，以产生重组子的过程原生质体制备原生质体融合原生质体再生融合子选择化学因子(聚乙二醇)电诱导微生物育种三、体内基因重组育种原生质体融合通过人为的方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合，以产生重组子的过程原生质体制备原生质体融合原生质体再生融合子选择涂布于再生培养基上，恢复细胞原来面貌，以高渗培养基为主，可添加0.3mol/L蔗糖溶液增加再生率微生物育种三、体内基因重组育种原生质体融合通过人为的方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合，以产生重组子的过程原生质体制备原生质体融合原生质体再生融合子选择依赖在选择培养基上的遗传标记，有两个遗传标记互补就可确定其为融合子，常用营养缺陷型标记选择微生物育种四、DNAShuffling技术1)用