微生物遗传变异和育种课件

第七章微生物的遗传变异和育种郑新添2011-5-3第七章微生物的遗传变异和育种郑新添第一节遗传变异的物质基础第二节基因突变和诱变育种★第三节基因重组与杂交育种★第四节基因工程第五节菌种的衰退、复壮和保藏★本章内容第一节遗传变异的物质基础本章内容遗传与变异的概念遗传型（genotype）：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部基因的总和；------是一种内在可能性或潜力。遗传型+环境条件表型代谢发育表型（phenotype）：指生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和;------是一种现实存在，是具一定遗传型的生物在一定条件下所表现出的具体性状。遗传(heredity)：亲代生物的性状在子代得到表现；亲代生物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。

特点：具稳定性。遗传与变异的概念遗传型（genotype）：又称基因型，指某变异(variation):生物体在外因或内因的作用下，遗传物质的结构或数量发生改变。

变异的特点：a.在群体中以极低的几率出现，（一般为10-5～10-10）；b.性状变化的幅度大；

c.变化后形成的新性状是稳定的，可遗传的。遗传与变异的概念饰变（modification）：指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。例：粘质沙雷氏菌

特点是：a.几乎整个群体中的每一个个体都发生同样的变化；b.性状变化的幅度小；c.饰变是不遗传的。引起饰变的因素消失后，

表型即可恢复。变异(variation):生物体在外因或内因的作用下，遗传模式生物（modelorganism）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是单倍体易于在成分简单的组合培养基上大量生长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突变株各种微生物一般都有其相应的病毒存在多种处于进化过程中、富有特色的原始有性生殖方式微生物作为模式生物的特点：模式生物（modelorganism）物种与代谢类型的多样humanArabidopsis拟南芥ThermotogamaritimaEscherichiacoli大肠杆菌Buchnerasp.APSRickettsiaprowazekiiUreaplasmaurealyticumBacillussubtilisDrosophilamelanogasterThermoplasmaacidophilumPlasmodiumfalciparumHelicobacterpylorimouseCaenorhabitiselegansratBorreliaburgorferiBorreliaburgorferiAquifexaeolicusNeisseriameningitidisZ2491Mycobacteriumtuberculosis模式生物humanArabidopsisThermotogamar第一节遗传变异的物质基核酸－－遗传变异的物质基础（3个经典实验）肺炎链球菌的转化试验噬菌体的侵染试验病毒重建实验第一节遗传变异的物质基核酸－－遗传变异的物质基础（3个经(一)肺炎链球菌的转化试验动物试验(一)肺炎链球菌的转化试验动物试验微生物遗传变异和育种课件分离后的S型细胞物质对R型细胞的转化分离后的S型细胞物质对R型细胞的转化热死S菌不生长

活R菌长出R菌

热死S菌长出大量R菌和少量S菌（2）细菌培养实验平皿培养+活R菌热死S菌不生实验说明：加热杀死的S型细菌细胞内可能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入R型细胞并使R型细胞获得稳定的遗传性状，转变为S型细胞。实验说明：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O.T.Avery等从热死S型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:①加S菌DNA活R菌长出S菌只有R菌1944年O.T.AveAvery的实验说明：只有S型细菌的DNA才能将pneumoniae的R型转化为S型DNA纯度越高，转化效率也越高S型菌株转移给R型菌株的决不是遗传性状的本身，而是以DNA为物质基础的遗传信息。Avery的实验说明：（二）噬菌体感染实验1952年Hershey和Chase利用示踪元素，对大肠杆菌T2噬菌体进行了这类实验将E.coli分别培养在以放射性32PO43-或35SO42-作为磷源或硫源的组合培养基中.

让

T2

噬菌体侵染培养后的E.coli

，从而使噬菌体打上标记。这种噬菌体再侵染不含标记元素的E.coli

，并在完成吸附和侵入后，强烈搅拌洗涤，以便使吸附在菌体外表的噬菌体蛋白质外壳脱离细胞并均匀分布，再进行离心沉淀，分别测定沉淀物和上清液中的同位素标记（二）噬菌体感染实验1952年Hershey和Chase利微生物遗传变异和育种课件（1）含32P-DNA的一组：放射性85%在沉淀中10分钟后用捣碎器使空壳脱离吸附离心沉淀细胞进一步培养后，可产生大量完整的子代噬菌体上清液中含15%放射性沉淀中含85%放射性（1）含32P-DNA的一组：放射性85%在沉淀中10分钟后沉淀中含25%放射性以35S标记蛋白质外壳做噬菌体感染实验（2）含35S-蛋白质的一组：放射性75%在上清液中10分钟后用捣碎器使空壳脱离吸附离心沉淀细胞进一步培养后，可产生大量完整的子代噬菌体上清液中含75%放射性沉淀中含以35S标记蛋白质外壳做噬菌体感染实验（2）含35S

实验结果：几乎全部35S都在上清液中，而几乎全部

32P和细菌一起出现在沉淀物中。

实验说明：在其DNA中，含有包括合成蛋白质外壳在内的整套遗传信息。实验结果：几乎全部35S都在上清液中，而几乎全部32微生物遗传变异和育种课件实验结果说明杂种病毒的感染特征和蛋白质的特性是由它的RNA所决定，而不是由蛋白质所决定，遗传物质是RNA。实验结果说明结论只有核酸才是负载遗传信息的真正物质基础结论只有核酸才是负载遗传信息的真正物质基础朊病毒的发现和思考蛋白质是不是遗传物质？蛋白质的折叠与生物功能

“第二遗传密码”－－“折叠密码”？中心法则是否应表述为：DNA→RNA→多肽链→蛋白质呢?朊病毒的发现和思考蛋白质是不是遗传物质？细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式细胞核水平:真核与组蛋白结合，原核不结合蛋白质染色体水平:倍性(真核)和染色体数核酸水平：DNA或RNA，复合或裸露，双链或单链基因水平：具自主复制能力的遗传功能单位密码子水平： 信息单位，起始和终止核苷酸水平： 突变或交换单位，四种碱基（一）七个水平细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核二、遗传物质在细胞微生物遗传变异和育种课件核外DNA的种类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） 共生生物： 卡巴颗粒酵母菌: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外DNA的种类核外染色体真核生物的“质粒” 线粒体F因子（二）、原核生物的质粒（plasmid）定义：是一类小型闭合环状核外双螺旋DNA分子，能独立于细胞核进行自主复制(cccDNA)。大小：约为1.5-300kb，分子量106-108上面携带有数个到数十个甚至上百个基因。E.Coli质粒（二）、原核生物的质粒（plasmid）定义：是一类小型闭合质粒的性质①可在胞质中独立于染色体之外独立存在（游离态），也可以通过交换掺入染色体上，以附加体（episome）的形式存在；②质粒是一种复制子（replicon），根据自我复制能力的不同，分为严紧型和松弛型两种，严紧型质粒的复制受细胞核控制，与染色体DNA复制相伴随,一般一个寄主细胞内只有少数几个（1-5）个拷贝；松弛型质粒的复制不受细胞核控制，在染色体DNA复制停止的情况下仍可以进行复制，在细胞内的数量可以达到10-200个或更多。质粒的性质①可在胞质中独立于染色体之外独立存在（游离态），也③可以通过转化、转导或接合作用而由一个细菌细胞转移到另一个菌细胞中，使两个细胞都成为带有质粒的细胞；质粒转移时，它可以单独转移，也可以携带着染色体（片段）一起进行转移，所以它可成为基因工程的载体。④对于细菌的生存并不是必要的⑤功能多样化质粒的性质③可以通过转化、转导或接合作用而由一个细菌细胞转移到另一个菌功能：细胞间接合，并带有一些基因，如产生毒素、抗药性、固氮、产生酶类、降解功能等。重组：质粒之间、质粒与染色体之间均可发生制备：包括增殖、裂解细胞、分离质粒与染色体和蛋白质等成分、去除RNA和蛋白质等步骤。鉴定：电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶切图谱等方法

原核生物的质粒功能：细胞间接合，并带有一些基因，如产生毒素、抗药性、固氮几种代表性质粒1.F–因子（fertilityfactor）致育因子或性因子与接合作用有关存在于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中，决定性别几种代表性质粒1.F–因子（fertilityfacto存在于痢疾志贺氏菌（Shigelladysenteriae），Salmonella、Vibrio、Bacillus、Pseudomonas和Staphylococcus等。由两个DNA片段组成，即抗性转移因子（RTF）和抗性决定R因子（r-determinant）RTF控制质粒copy数及复制抗性决定因子大小不固定，其上带有其它抗生素的抗性基因。2.R因子（resistencefactor）抗性因子存在于痢疾志贺氏菌（Shigelladysenteriae3.Col质粒（colicinogenicfactor）产大肠杆菌素因子编码大肠杆菌素能专一地杀死其它肠道细菌。Col因子可分为两类，分别以ColE1和ColIb为代表。ColE1，无接合作用；广泛地用于重组DNA的研究和用于体外复制系统上。ColIb，与F因子相似，具有通过接合作用转移的功能，属于严紧型控制，只有1~2个copy。凡带Col因子的菌株，由于质粒本身编码一种免疫蛋白，从而对大肠杆菌素有免疫作用，不受其伤害。3.Col质粒（colicinogenicfactor）4.Ti质粒（tumorinducingplasmid）诱癌质粒）存在于根癌土壤杆菌（Agrobacteriumtumefaciens）中,可引起许多双子叶植物的根癌Ti质粒长200kb，是一个大型质粒植物遗传工程研究中的重要载体4.Ti质粒（tumorinducingplasmid6.巨大质粒（mega质粒）是近年来在Rhizobium（根瘤菌属）中发现的一种质粒，分子量为200~300×106Dalton，比一般质粒大几十倍到几百倍，故称巨大质粒，其上有一系列固氮基因。6.巨大质粒（mega质粒）是近年来在Rhizobium（降解性质粒只在假单胞菌属中发现。降解性质粒可为一系列能降解复杂物质的酶编码，从而能利用一般细菌所难以分解的物质做碳源。以其所分解的底物命名CAM（樟脑）质粒，XYL（二甲苯）质粒，SAL（水杨酸）质粒，MDL（扁桃酸）质粒，，NAP（奈）质粒和TOL（甲苯）质粒等。7.降解