第七章微生物的遗传变异和育种

第七章微生物的遗传变异和育种第1页，课件共92页，创作于2023年2月错义突变实例——人类镰形细胞贫血症链第6位氨基酸相对应的密码子由GAG突变成GUG第2页，课件共92页，创作于2023年2月移码突变(frame-shiftmutation)视频第3页，课件共92页，创作于2023年2月移码突变(frame-shiftmutation)某些分子能结合到DNA分子上引起移码突变。如：溴化乙锭和吖啶类染料，分子较扁平，能够插入到DNA双链或单链的两个相邻的碱基之间，下一轮复制时起导插入诱变的作用；可轻微解开双螺旋使相邻碱基对间距扩大，结构不稳。第4页，课件共92页，创作于2023年2月移码突变(frame-shiftmutation)第5页，课件共92页，创作于2023年2月移码突变第6页，课件共92页，创作于2023年2月移码突变(frame-shiftmutation)在DNA复制过程中，“环出效应”可引起移码突变。第7页，课件共92页，创作于2023年2月染色体畸变染色体畸变示意图第8页，课件共92页，创作于2023年2月缺失第9页，课件共92页，创作于2023年2月重复第10页，课件共92页，创作于2023年2月易位第11页，课件共92页，创作于2023年2月倒位第12页，课件共92页，创作于2023年2月染色体畸变转座(transposition)：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的另一部位或其它染色体上的某一部位。第13页，课件共92页，创作于2023年2月转座因子的分类插入序列(insertionsequence,IS)转座子（transposon,Tn）转座噬菌体(transposablephage)第14页，课件共92页，创作于2023年2月插入序列和转座子的比较第15页，课件共92页，创作于2023年2月插入序列和转座子的比较第16页，课件共92页，创作于2023年2月转座子携带piggyBac转座子的老鼠，它们的细胞表达了红色的荧光蛋白第17页，课件共92页，创作于2023年2月自发突变由微生物自身有害代谢产物引起由DNA复制过程中碱基配对错误引起由背景辐射和环境因素引起第18页，课件共92页，创作于2023年2月紫外线对DNA的损伤及其修复紫外线对DNA的损伤光复活作用暗修复第19页，课件共92页，创作于2023年2月紫外线对DNA的损伤第20页，课件共92页，创作于2023年2月光复活作用及切除修复第21页，课件共92页，创作于2023年2月突变与育种自发突变与育种从生产中育种定向培育优良菌株诱变育种提高产量改进产品质量产生新的生物活性物质第22页，课件共92页，创作于2023年2月突变与育种出发菌株—诱变—初筛—复筛—放大—获得优良变异株第23页，课件共92页，创作于2023年2月诱变育种中的几个原则1）诱变剂的选择：简便有效诱变剂的种类物理诱变剂化学诱变剂拟辐射物质（radiomemeticchemical）第24页，课件共92页，创作于2023年2月诱变育种中的几个原则2）诱变剂量的选择存活率或死亡率曲线剂量——诱变率曲线第25页，课件共92页，创作于2023年2月诱变育种中的几个原则3）出发菌株的选择处理细胞所处的状态：一般为单孢子悬液表型延迟（phenotypelag）：遗传型虽已突变，但表型却要经染色体复制、分离和细胞的分裂后才表现出来

4）利用和创造形态、生理和产量之间的相关指标5）设计高效的筛选方法第26页，课件共92页，创作于2023年2月3.突变株的筛选产量突变株的筛选抗药性突变株的筛选营养缺陷型菌株的筛选第27页，课件共92页，创作于2023年2月1）营养缺陷型突变株——几个概念营养缺陷型菌株（auxotroph）野生型菌株（wildtypestrain）原养型（prototroph）基本培养基（minimummedium,MM）完全培养基（completemedium,CM）补充培养基（supplementedmedium,SM）第28页，课件共92页，创作于2023年2月筛选营养缺陷型菌株的四个环节诱变淘汰野生型抗生素法菌丝过滤法检出缺陷型鉴定缺陷型（生长谱法）夹层培养法限量补充培养法影印平板法逐个检出法第29页，课件共92页，创作于2023年2月淘汰野生型抗生素法第30页，课件共92页，创作于2023年2月淘汰野生型菌丝过滤法第31页，课件共92页，创作于2023年2月基本培养基含菌基本培养基完全培养基基本培养基用夹层培养法检出营养缺陷型第32页，课件共92页，创作于2023年2月营养缺陷型突变株的筛选影印平板法第33页，课件共92页，创作于2023年2月营养缺陷型突变株的筛选逐个检出法第34页，课件共92页，创作于2023年2月氨基酸的生长谱第35页，课件共92页，创作于2023年2月氨基酸的生长谱组别氨基酸名称（21种氨基酸）A赖精甲硫半胱亮异亮B缬精苯丙酪色组C苏甲硫苯丙谷脯天冬D丙半胱酪谷甘丝E鸟亮色脯甘谷氨酰胺F瓜异亮组天冬丝谷氨酰胺第36页，课件共92页，创作于2023年2月维生素的生长谱组别维生素名称（15种维生素）甲VAVB1VB2VB6VB12乙VCVB1VD2VE烟酰胺丙叶酸VB2VD2胆碱泛酸钙丁PABAVB6VE胆碱肌醇戊生物素VB12烟酰胺泛酸钙肌醇第37页，课件共92页，创作于2023年2月营养缺陷型菌株的应用研究代谢途径生产氨基酸或核苷酸等检测致癌物质——Ames试验第38页，课件共92页，创作于2023年2月研究代谢途径粗糙链孢霉（Neurosporacrassa）前体鸟氨酸瓜氨酸精氨酸……鸟氨酸瓜氨酸精氨酸突变株I++-突变株II+--突变株III---第39页，课件共92页，创作于2023年2月天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰半醛高丝氨酸O－乙酰高丝氨酸二氨吡啶二羧酸苏氨酸O－磷酸高丝氨酸赖氨酸蛋氨酸异亮氨酸反馈抑制营养缺陷型菌株生产赖氨酸葡萄糖第40页，课件共92页，创作于2023年2月艾姆氏试验(Amestest)原理：生物的遗传物质是核酸。对微生物有效的诱变剂对高等动物同样有效。化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌率成正比。但应注意：凡致癌物质都是诱变剂，但并非所有的诱变剂都能致癌。95％的致癌剂有诱变作用，约90％的非致癌剂就没有诱变剂的作用。第41页，课件共92页，创作于2023年2月艾姆氏试验(Amestest)材料鼠伤寒沙门氏菌组氨酸缺陷型菌株老鼠肝脏抽提液第42页，课件共92页，创作于2023年2月艾姆氏试验(Amestest)第43页，课件共92页，创作于2023年2月空白溶剂待测样品黄曲霉素待测样品His-菌株回复突变株艾姆氏试验(Amestest)第44页，课件共92页，创作于2023年2月艾姆氏试验(Amestest)第45页，课件共92页，创作于2023年2月第三节基因重组和杂交育种基因重组(generecombination)或遗传重组(geneticrecombination)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。第46页，课件共92页，创作于2023年2月原核生物的基因重组转化(transformation)转导(transduction)接合(conjugation,mating)原生质体融合(protoplastfusion)第47页，课件共92页，创作于2023年2月转化转化：受体菌直接吸收来自供体菌的DNA片段，通过交换把它整合到自己的基因组中，从而获得供体菌部分遗传性状的现象。分为：自然转化人工转化第48页，课件共92页，创作于2023年2月供体菌感受态转化因子转化子第49页，课件共92页，创作于2023年2月经典转化实验第50页，课件共92页，创作于2023年2月转化过程感受态细胞吸收DNADNA掺入细胞后的整合核酸酶DNA结合蛋白自溶素第51页，课件共92页，创作于2023年2月转导通过缺陷噬菌体的媒介，将供体细胞的DNA片段携带入受体细胞中，通过交换和整合，使后者获得前者的部分遗传性状，称之为转导子。分为：普遍性转导局限性转导溶源转变第52页，课件共92页，创作于2023年2月普遍性转导完全缺陷噬菌体特点：随机包裹转导子非溶原性第53页，课件共92页，创作于2023年2月完全普遍转导第54页，课件共92页，创作于2023年2月局限性转导部分缺陷的温和噬菌体特点：转导的是特定基因转导子为缺陷溶原性第55页，课件共92页，创作于2023年2月局限性转导过程第56页，课件共92页，创作于2023年2月普遍性转导和局限性转导的比较普遍转导局限转导能转导的基因任何基因特定基因噬菌体类型温和或烈性温和获得转化噬菌体的方式通过敏感菌的裂解通过溶源菌的诱导转导子的区别非溶原性部分溶原性第57页，课件共92页，创作于2023年2月溶源转变（lysogenicconversion）第58页，课件共92页，创作于2023年2月3、接合（conjugation，mating）供体菌（F+菌株，雄性菌株）通过性菌毛与受体菌（F-菌株，雌性菌株）直接接触，把F质粒或其携带的不同长度的核基因组片段传递给后者，使后者获得若干新的遗传性状。特点：两细胞直接接触需要性因子性因子可通过接合获得第59页，课件共92页，创作于2023年2月4种接合型菌株F+菌株F-菌株Hfr菌株F’菌株第60页，课件共92页，创作于2023年2月接合证明结合过程与转化过程区别的U型管实验第61页，课件共92页，创作于2023年2月F+和F-的杂交第62页，课件共92页，创作于2023年2月Hfr(高频重组菌株)何谓高频重组菌株？

A：接合的速度很高

B：将F因子转让给受体的速度高

C：将hfr菌株的染色体基因转入受体的几率高

D:受体变成F＋的几率很高第63页，课件共92页，创作于2023年2月Hfr(高频重组菌株)整合有F质粒的菌株能够高效转移染色体基因至受体菌，因此被称为高频重组菌株（Hfr）。第64页，课件共92页，创作于2023年2月高频重组菌株的应用实例打断结合过程以绘制遗传图谱第65页，课件共92页，创作于2023年2月F’菌株第66页，课件共92页，创作于2023年2月F因子的存在方式及其相互关系第67页，课件共92页，创作于2023年2月4、原生质体融合通过人工的方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体进行融合，从而获得兼有两亲本遗传性状的重组子。第68页，课件共92页，创作于2023年2月1）原生质体融合方法菌体（菌丝）培养细胞壁的去除原生质体的融合（再生）检出重组子第69页，课件共92页，创作于2023年2月原生质体融合的一般方法筛选优良融合子计算再生率第70页，课件共92页，创作于2023年2月再生率的计算

原生质体数H－原生质体数水再生率＝——————————————

原生质体总数（细胞计数）第71页，课件共92页，创作于2023年2月原生质体技术的优越性去掉了细胞壁的障碍，亲株基因组可直接融合、交换，并为链霉菌实现基因转化创造了条件。二亲株的基因组之间可发生多次交换，得到多种类型的重组子，且参与融合的亲株不限于一个，可以多至3、4个。第72页，课件共92页，创作于2023年2月原生质体技术的优越性重组频率高可用诱变的方法直接处理原生质体，提高突变率。再生成细胞壁的过程常伴随质粒的消除，使染色体发生改变。简单，操作方便，不需要贵重药品。第73页，课件共92页，创作于2023年2月原生质体技术的优越性利用再生，得到了产量提高的变异菌株，例如生二素链霉菌（Streptomyteceambofaciens）通过原生质体再生，螺旋霉素的生产能力提高了三倍多。利用原生质体融合获得新的抗生素：Indolizomycin。多样本的融合：泰乐菌素10个菌株原生质体融合，使产量提高9倍。第74页，课件共92页，创作于2023年2月二真核生物的基因重组有性杂交sexualhybridization准性杂交parasexualhybridization第75页，课件共92页，创作于2023年2月准性杂交同种而不同菌株的体细胞间发生的融合。常见于半知菌类第76页，课件共92页，创作于2023年2月准性杂交过程菌丝联结（anastomosis）形成异核体（heterocaryon）核融合（nuclearfusion）体细胞交换（somaticcrossing-over）和单倍化第77页，课件共92页，创作于2023年2月第五节菌种的衰退、复壮和保藏第78页，课件共92页，创作于2023年2月1、菌种的衰退衰退（degeneration）：菌种的特性发生了负变，如生长速度减慢，代谢产物合成能力下降。菌种衰退的原因：自发突变衰退的防止控制传代次数创造良好的培养条件利用不易衰退的细胞传代采用有效的菌种保藏方法第79页，课件共92页，创作于2023年2月2、菌种的复壮复壮：从已衰退的群体中筛选出少数没有退化的个体。菌种复壮的方法：纯种分离法(purecultureisolation)菌落纯（purecultureincolonylevel）菌株纯（purecultureinstrainlevel）通过寄主体复壮第80页，课件共92页，创作于2023年2月3、菌种的保藏菌种保藏的意义菌种保藏的原理：通过保持培养基营养成分在最低水平，缺氧状态，干燥和低温，使菌种处于“休眠”状态，抑制其繁殖能力。菌种保藏的方法斜面冰箱保藏法沙土管保藏法菌丝速冻法石蜡油封存法真空冷冻干燥保藏法液氮超低温保藏法第81页，课件共92页，创作于2023年2月斜面冰箱保藏法斜面保藏是一种短期、过渡的保藏方法，用新鲜斜面接种后，置最适条件下培养到菌体或孢子生长丰满后，放在4℃冰箱保存。一般保存期为三个月到六个月第82页，课件共92页，创作于2023年2月沙土管保藏法适合于产孢子或芽孢的微生物。将斜面孢子制成孢子悬浮液接入沙土管中或将斜面孢子刮下直接与沙土混合，置干燥器中用真空泵抽干，放在冰箱内保存。一般保存期为1年左右。第83页，课件共92页，创作于2023年2月菌体、菌丝速冻法对于不产孢子或芽孢的微生物，一般不能用沙土管保藏。为了方便可以采用甘油速冻法。由于该法的保藏温度为-20℃，为了避免微生物受损伤致死，需要甘油作为保护剂。甘油的最终浓度为25%。第84页，课件共92页，创作于2023年2月石蜡油封存法向培养成熟的菌种斜面上，倒入一层灭过菌的石蜡油，用量要高出斜面一厘米，然后保存在冰箱中。此法可适用于不能利用石蜡油作碳源的细菌、霉菌、酵母等微生物的保存。保存期约一年左右。第85页，课件共92页，创作于2023年2月真空冷冻干燥保藏法目前常用的较理想的一种方法。在真空中使水分升华。微生物的生长和代谢都暂时停止，不易发生变异。菌种保存时间一般５年左右。需要一定的设备。第86页，课件共92页，创作于2023年2月真空冷冻干燥保藏法保护剂一般采用脱脂牛奶或血清等。保护剂的作用可能是在冷冻干燥的脱水过程中代替结合水而稳定细胞成分(细胞膜)的构型，防止细胞膜因为冻结而破坏。保护剂还可以起支持作用，使微生物疏松地固定在上面。第87页，课件共92页，创