遗传和育种专业知识专家讲座

微生物遗传育种技术遗传和育种专业知识专家讲座第1页理想工业发酵菌种应符合以下要求：①遗传性状稳定；②生长速度快，不易被噬菌体等异种微生物污染；③目标产物产量尽可能靠近理论转化率；④目标产物最好能分泌到细胞外，以降低产物抑制并利于分离；⑤尽可能降低产物类似物产量，以提升目标产物产量并利于分离；⑥培养基成份简单、起源广、价格低廉；⑦对温度、pH、离子强度、剪切力等环境原因不敏感；⑧对溶氧要求低，便于培养及降低能耗。遗传和育种专业知识专家讲座第2页微生物独特生物学特征：（1） 个体体制极其简单；（2） 营养体普通都是单倍体；（3） 易于在成份简单组合培养基上大量生长繁殖；（4） 繁殖速度快；（5） 易于积累不一样中间代谢产物或终产物；（6） 菌落形态特征可见性和多样性；（7） 环境条件对微生物群体中各个个体作用直接性和均一性；（8） 易于形成营养缺点型；（9） 各种微生物普通都有对应病毒；（10） 存在各种处于进化过程中原始有性生殖方式；遗传和育种专业知识专家讲座第3页微生物是研究当代遗传学和其它许多主要生物学基本理论问题中最热衷研究对象。对微生物遗传规律深入研究，不但促进了当代分子生物学和生物工程学发展，而且为育种工作提供了丰富理论基础，促使育种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交方向发展。研究微生物遗传学意义遗传和育种专业知识专家讲座第4页遗传与变异概念遗传和变异是生物体最本质属性之一。遗传(heredity)：亲代生物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遗传信息。特点：具稳定性。遗传型（genotype）：又称基因型，指某一生物个体所含有全部基因总和；------是一个内在可能性或潜力。

遗传型+环境条件表型表型（phenotype）：指生物体所含有一切外表特征和内在特征总和;------是一个现实存在，是具一定遗传型生物在一定条件下所表现出详细性状。代谢发育遗传和育种专业知识专家讲座第5页变异(variation):生物体在外因或内因作用下，遗传物质结构或数量发生改变。变异特点：a.在群体中以极低几率出现，（普通为10-6～10-10）；b.形状改变幅度大；c.改变后形成新性状是稳定，可遗传。饰变（modification）：指不包括遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上表型改变。特点是：a.几乎整个群体中每一个个体都发生一样改变；b.性状改变幅度小；c.因遗传物质不变，故饰变是不遗传。引发饰变原因消失后，表型即可恢复。比如：粘质沙雷氏菌：在25℃下培养，产生深红色灵杆菌素；在37℃下培养，不产生色素；假如重新将温度降到25℃，又恢复产色素能力。遗传与变异概念遗传和育种专业知识专家讲座第6页第一章遗传变异物质基础种质连续理论：1883~1889年间Weissmann提出。认为遗传物质是一个含有特定分子结构化合物。基因学说：1933年摩尔根（ThomasHuntMorgan）发觉了染色体，并证实基因在染色体上呈直线排列，提出了基因学说，使得遗传物质基础范围缩小到染色体上。但染色体是由核酸和蛋白质两种长链高分子组成。20各种氨基酸经过不一样排列组合，能够演变出蛋白质数目几乎能够到达一个天文数字，而核酸组成却简单得多，普通仅由4种不一样核苷酸组成，它们经过排列核组合只能产生较少种类核酸，所以当初认为决定生物遗传型染色体和基因，其活性成份是蛋白质。DNA是遗传变异物质基础证实：1944年以后，先后有利用微生物为试验对象进行三个著名试验论证（肺炎球菌转化试验、噬菌体感染试验、病毒拆开与重建试验），才使人们普遍接收核酸才是真正遗传物质。遗传和育种专业知识专家讲座第7页（一）核酸存在七个水平及质粒细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核细胞核水平:原与真核生物细胞核结构不一样，核外DNA染色体水平:倍性(真核)和染色体数核酸水平：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体 DNA或RNA，复合或裸露，双链或单链基因水平：具自主复制能力遗传功效单位，长度与信息量，转录——翻译密码子水平： 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、遗传物质在细胞内存在部位和方式遗传和育种专业知识专家讲座第8页二、原核生物质粒定义：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。大小：约为2~100×106Dalton，上面携带有数个到数十个甚至上百个基因。性质：①能够在细胞质中独立于染色体之外独立存在（游离态），也能够经过交换掺入染色体上，以附加体（episome）形式存在；②质粒是一个复制子（replicon），依据自我复制能力不一样，可把质粒复制控制形式分为严紧型和松弛型两种，严紧型质粒复制受细胞核控制，与染色体DNA复制相伴随,普通一个寄主细胞内只有少数几个（1~5）个拷贝；松弛型质粒复制不受细胞核控制，在染色体DNA复制停顿情况下仍能够进行复制，在细胞内数量能够到达10~200个或更多。遗传和育种专业知识专家讲座第9页③能够经过转化、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细胞；质粒转移时，它能够单独转移，也能够携带着染色体（片段）一起进行转移，所以它可成为基因工程载体。④对于细菌生存并不是必要⑤功效多样化二、原核生物质粒遗传和育种专业知识专家讲座第10页功效：进行细胞间接合，并带有一些基因，如产生毒素、抗药性、固氮、产生酶类、降解功效等。重组：在质粒之间、质粒与染色体之间均可发生。存在范围：很多细菌如E.coli、Shigella、S.aureus、Streptococcuslactis、根癌土壤杆菌等制备：包含增殖、裂解细胞、去除RNA和蛋白质等成份、分离质粒与染色体DNA等步骤。判定：电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶切图谱等方法二、原核生物质粒遗传和育种专业知识专家讲座第11页几个代表性质粒：1.F–因子（fertilityfactor）：又称致育因子或性因子，62×106Dalton，94.5kb，相当于核染色体DNA2%环状双链DNA，足以编码94个中等大小多肽，其中1/3基因（tra区）与接合作用相关。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。遗传和育种专业知识专家讲座第12页最初发觉于痢疾志贺氏菌（Shigelladysenteriae），以后发觉还存在于Salmonella、Vibrio、Bacillus、Pseudomonas和Staphylococcus中。R因子由相连两个DNA片段组成，即抗性转移因子（resistencetransforfactor，RTF）和抗性决定R因子（r-determinant），RTF为分子量约为11×106Dalton，控制质粒copy数及复制，转移。抗性决定因子大小不固定，从几百万到100×106Dalton以上，其上带有其它抗生素抗性基因。R-因子在细胞内copy数可从1~2个到几十个，分为严紧型和松弛型两种，经氯霉素处理后，松弛型质粒可达~3000个/细胞。2.R因子（resistencefactor）遗传和育种专业知识专家讲座第13页细菌素产大肠杆菌素因子。大肠杆菌素是由E.coli一些菌株所分泌细菌素，能经过抑制复制、转录、转译或能量代谢等而专一地杀死其它肠道细菌。其分子量约4×104~8×104Dalton。大肠杆菌素都是由Col因子编码。Col因子可分为两类，分别以ColE1和ColIb为代表。ColE1分子量约为5×106Dalton，无接合作用，是多copy；ColE1研究得很多，并被广泛地用于重组DNA研究和用于体外复制系统上。ColIb分子量约为80×106Dalton，它与F因子相同，含有经过接合作用转移功效，属于严紧型控制，只有1~2个copy。凡带Col因子菌株，因为质粒本身编码一个免疫蛋白，从而对大肠杆菌素有免疫作用，不受其伤害。3.Col因子（colicinogenicfactor）遗传和育种专业知识专家讲座第14页降解性质粒只在假单胞菌属中发觉。它们降解性质粒可为一系列能降解复杂物质酶编码，从而能利用普通细菌所难以分解物质做碳源。这些质粒以其所分解底物命名，比如有分解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。4.降解性质粒遗传和育种专业知识专家讲座第15页即诱癌质粒。存在于根癌土壤杆菌（Agrobacteriumtumefaciens）中,可引发许多双子叶植物根癌。当细菌侵入植物细胞中后，在其细胞中溶解，把细菌DNA释放到植物细胞中。这时，含有复制基因Ti质粒小片段与植物细胞中核染色体发生整合，破坏控制细胞分裂激素调整系统，从而使它转变成癌细胞。Ti质粒长200kb，是一个大型质粒。当前，Ti质粒已成为植物遗传工程研究中主要载体。一些含有主要性状外源基因可借DNA重组技术设法插入到Ti质粒中，并深入使之整合到植物染色体上，以改变该植物遗传性，到达培育植物优良品种目标。5.Ti质粒（tumorinducingplasmid）遗传和育种专业知识专家讲座第16页是近年来在Rhizobium（根瘤菌属）中发觉一个质粒，分子量为200~300×106Dalton，比普通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）遗传和育种专业知识专家讲座第17页第二章基因突变和诱变育种突变（mutation）：指生物体表型突然发生可遗传改变。

染色体畸变——细胞学上能够看到染色体改变突变

基因突变——细胞学上看不到遗传物质改变突变体（mutant）：发生了突变微生物细胞或菌株野生型（wildtype）：从自然界分离到任何微生物在其发生突变前原始菌株遗传和育种专业知识专家讲座第18页★依表型改变分为：形态突变型——个体和菌落形态变异营养缺点型——因突变而丧失产生某种生物合成酶能力，并因而成为必须在培养基中添加某种物质才能生长突变类型。发酵突变型——丧失产生某种生物合成酶能力突变型抗性突变型——因突变而产生了对某种化学药品或致死物理因子抗性条件致死突变型——突变后在某种条件下可正常生长繁殖，而在另一条件下却无法生长繁殖突变型抗原突变型——因突变而引发抗原结构发生改变产量突变型——

（一）基因突变类型遗传和育种专业知识专家讲座第19页★按是否比较轻易、快速地分离到发生突变细胞来分：选择性突变株（selectivemutant）：含有选择标识（如营养缺点性、抗性突变型、条件致死突变型），只要选择适当环境条件，如培养基、温度、pH值等，就比较轻易检出和分离到。非选择性突变株（non-selectivemutant）：无选择标识（如产量突变型、抗原突变型、形态突变型），能判别这种突变体惟一方法是检验大量菌落并找出差异。遗传和育种专业知识专家讲座第20页遗传和育种专业知识专家讲座第21页定义：每一细胞在每一世代中发生某一性状突变几率。突变率为10–8是指该细胞在一亿次细胞分裂中，会发生一次突变。突变率也能够用每一单位群体在每一世代中产生突变株（mutant，即突变型）数目来表示。如一个含108个细胞群体，当其分裂为2×108个细胞时，即可平均发生一次突变突变率也是10–8。突变率=突变细胞数/分裂前群体细胞数突变是独立。某一基因发生突变不会影响其它基因突变率。在同一个细胞中同时发生两个基因突变几率是极低，因为双重突变型几率只是各个突变几率乘积。因为突变几率普通都极低，所以，必须采取特殊伎俩筛选突变株加以确定。（二）突变率遗传和育种专业知识专家讲座第22页若干细菌某一性状自发突变率菌名 突变性状 突变率E.coli 抗T1噬菌体 3×10–8E.coli 抗T3噬菌体 1×10–7

E.coli 不发酵乳糖 1×10–10E.coli 抗紫外线 1×10–5Staphylococcusaureus 抗青霉素 1×10–7S.aureus 抗链霉素 1×10–9

Salmonellatyphi 抗25g/L链霉素 1×10–6

Bacillusmegaterium 抗异烟肼 5×10–5

遗传和育种专业知识专家讲座第23页（三）突变特点适合用于整个生物界，以细菌抗药性为例。不对应性：突变性状与突变原因之间无直接对应关系。自发性：突变能够在没有些人为诱变原因处理下自发地产生。稀有性：突变率低且稳定。独立性：各种突变独立发生，不会相互影响。可诱发性：诱变剂可提升突变率。稳定性：变异性状稳定可遗传。可逆性：从原始野生型基因到变异株突变称为正向突 变（forwardmutation），从突变株回到野生型 过程则称为回复突变或回变（backmutation或 reversemutation）。遗传和育种专业知识专家讲座第24页（四）基因突变自发性和不对应性证实在各种基因突变中，抗性突变最为常见。但在过去相当长时间内对这种抗性产生原因争论十分激烈。一个观点认为，突变是经过适应而发生，即各种抗性是由其环境（指其中所含抵抗对象）诱发出来，突变原因和突变性状间是相对应，并认为这就是“定向变异”，也有些人称它为“驯化”或“驯养”。另一个看法则认为，基因突变是自发，且与环境是不相正确。因为其中有自发突变、诱发突变、诱变剂与选择条件等各种原因错综在一起，所以难以探究问题实质。从1943年起，经过几个严密而巧妙试验设计，主要攻克了检出在接触抗性因子前已产生自发突变株难题，终于处理了这场纷争。遗传和育种专业知识专家讲座第25页变量试验又称波动试验或彷徨试验。1943年，S.E.Luria和M.Delbrück依据统计学原理，设计了左方试验。1.变量试验fluctuationtest遗传和育种专业知识专家讲座第26页2.涂布试验原理与变量试验相同，方法更为简便，且可计算突变率。遗传和育种专业知识专家讲座第27页涂布试验中突变率计算初始接种量：5×104个/皿培养5小时，繁殖了12.3代，每个微菌落约含5100个细菌这时，每个平皿上细胞数为：5100×5×104≈2.6×108个/皿在6个平板上，比接种时增加细胞数为： 6×（2.6×108

5×104）=15.6×108在未涂布平板上共发觉28个突变，故突变率=28/15.6×108=1.8×108遗传和育种专业知识专家讲座第28页3.平板影印培养试验（replicaplating）1952年，J.Lederberg夫妇论文《平板影印培养法和细菌突变株间接选择》，更加好地证实了微生物抗药性是在未接触药品前自发地产生，这一突变与对应药品环境毫不相干。平板影印培养法，是一个能到达在一系列培养皿相同位置上出现相同遗传型菌落接种培养方法：把长有许多菌落母种培养皿倒置于包有灭菌丝绒布木质圆柱印章上，使其沾上来自平板上菌落。然后可把这一“印章”上菌落一一接种到不一样选择性培养基平板上。待这些平板培养后，对各平板相同位置上菌落作对比后，就可选出适当突变型菌株。据报道，用此法可把母平板上10~20%量细菌转移到丝绒布上，并可利用这一“印章”接种8个子培养皿。所以，经过影印培养法，就能够从在非选择性条件下生长细菌群体中，分离出各种类型突变株。遗传和育种专业知识专家讲座第29页遗传和育种专业知识专家讲座第30页平板影印培养法在根本未接触过任何一点链霉素情况下，就能够筛选到大量抗链霉素突变株，充分说明了突变是自发产生，链霉素只是起到了一个检出作用。平板影印培养不但在微生物遗传理论研究中有主要应用，而且在育种时间和其它研究中都有应用，值得很好地领会。遗传和育种专业知识专家讲座第31页（五）基因突变机制基因突变原因是各种多样，能够是自发或诱发，诱变又可分为点突变和畸变。详细类型可归纳以下：遗传和育种专业知识专家讲座第32页1.诱变机制诱变剂（mutagen）：凡能提升突变率任何理化因子，就称为诱变剂种类：诱变剂种类很多，作用方式多样。即使是同一个诱变剂，也常有几个作用方式。按照遗传物质结构改变特点讨论几个有代表性诱变剂作用机制。遗传和育种专业知识专家讲座第33页（1）碱基置换（substitution）定义：对DNA来说，碱基置换属于一个染色体微小损伤（microlesion），普通也称点突变（pointmutation）。它只包括一对碱基被另一对碱基所置换。分类：转换（transition），即DNA链中一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换；颠换（transversion），即一个嘌呤被一个嘧啶,或是一个嘧啶被一个嘌呤所置换。对某一详细诱变剂来说，即可同时引发转换与颠换，也可只具其中一个功效。依据化学诱变剂是直接还是间接地引发置换，可把置换机制分成以下两类来讨论。遗传和育种专业知识专家讲座第34页遗传和育种专业知识专家讲座第35页★直接引发置换诱变剂定义：一类可直接与核酸碱基发生化学反应诱变剂，不论在机体内或是在离体条件下都有作用。种类：很多。比如亚硝酸、羟胺和各种烷化剂（硫酸二乙酯，甲基磺酸乙酯，N-甲基-N’硝基-N-亚硝基胍，N-甲基-N-亚硝基脲，乙烯亚胺，环氧乙酸，氮芥等）。作用：它们可与一个或几个核苷酸发生化学反应，从而引发DNA复制时碱基配正确转换，并深入使微生物发生变异。羟胺只引发G┇C→A:T，其余都是可使G┇C=A:T发生互变。能引发颠换诱变剂极少，只是部分烷化剂才有.遗传和育种专业知识专家讲座第36页亚硝酸能够使碱基发生氧化脱氨作用。

HNO2胞嘧啶（C）尿嘧啶（U）HNO2腺嘌呤（A）次黄嘌呤（H）HNO2鸟嘌呤（G）黄嘌呤（X）这些反应及形成物均可在DNA复制中产生影响，主要是使碱基对发生转换。碱基转换分子机制——以亚硝酸为例遗传和育种专业知识专家讲座第37页遗传和育种专业知识专家讲座第38页腺嘌呤（A）变成次黄嘌呤（H）后引发转换过程：①腺嘌呤氧化脱氨后形成烯醇式次黄嘌呤（He）②He经过互变异构效应形成酮式次黄嘌呤（HK）③DNA复制时，HK与胞嘧啶（C）配对④DNA第二次复制时，C与G正常配对，实现了转换。遗传和育种专业知识专家讲座第39页亚硝酸引发AT-GC转换细节遗传和育种专业知识专家讲座第40页这类诱变剂主要是一些碱基类似物,如：5-溴尿嘧啶(5-BU)和5-氨基尿嘧啶（5—AU）、叠氮胸腺嘧啶（AIT）等等；

作用方式：经过活细胞代谢活动参入到DNA分子中，主要是在DNA复制时碱基类似物插入DNA中，引发碱基对配对错误，造成碱基置换。以5-溴尿嘧啶(5-BU)为例：5-BU是胸腺嘧啶（T）类似物，酮式5-BU能够和A配对，烯醇式5-BU能够和G配对，在DNA分子复制过程中，因为5-BU插入和互变异构造成碱基置换。★间接引发置换诱变剂遗传和育种专业知识专家讲座第41页遗传和育种专业知识专家讲座第42页5-BU引发转换遗传和育种专业知识专家讲座第43页5-BU引发转换从上图中，还能够看到5-BU掺入引发G┇C回复到A׃T过程。经过这两个图示，就很轻易了解为何同一个诱变剂既可造成正向突变，又可使它产生回复突变原因了。也能够知道，为何像5-BU这类代谢类似物只有对正在进行新陈代谢和繁殖着微生物才起作用，而对休止细胞、游离噬菌体粒子或离体DNA分子却不起作用。遗传和育种专业知识专家讲座第44页遗传和育种专业知识专家讲座第45页（2）移码突变frame-shiftmutation或phase-shiftmutation，指诱变剂使DNA分子中增加（插入）或缺失一个或少数几个核苷酸，从而使该部位后面全部遗传密码发生转录和转译错误一类突变。由移码突变所产生突变株，称为移码突变株（frame-shiftmutant）。与染色体畸变相比，移码突变也只能算是DNA分子微小损伤。丫啶类染料，包含原黄素、丫啶黄、丫啶橙和α-氨基丫啶等，以及一系列称为ICR类化合物，都是移码突变有效诱变剂。遗传和育种专业知识专家讲座第46页图8-14——能诱发移码突变几个代表性化合物引发移码突变诱变剂：主要是吖啶类染料，如吖啶黄、吖啶橙等等。这类化合物都是平面型三环分子，它们结构与一个嘌呤—嘧啶对十分相同。遗传和育种专业知识专家讲座第47页丫啶类化合物诱变机制：至今还不很清楚。有些人认为，因为它们是一个平面型三环分子，结构与一个嘌呤–嘧啶对十分相同，故能嵌入两个相邻DNA碱基对之间，造成双螺旋部分解开（两个碱基对原来相距0.34nm，当嵌入一个丫啶分子时，就变成0.68nm），从而在DNA复制过程中，会使链上增添或缺失一个碱基，结果就引发了移码突变。遗传和育种专业知识专家讲座第48页丫啶类化合物诱发移码突变及其回复突变图示：遗传和育种专业知识专家讲座第49页遗传和育种专业知识专家讲座第50页（3）染色体畸变（chromosomalaberration）一些理化因子，如X射线等辐射及烷化剂、亚硝酸等，除了能引发点突变外，还会引发DNA大损伤（macrolesion）——染色体畸变，它包含：染色体结构上改变：缺失（deletion）重复（duplication）易位（translocation）倒位（inversion）染色体数目标改变遗传和育种专业知识专家讲座第51页★染色体结构上改变分为染色体内畸变和染色体间畸变两类。染色体内畸变：只包括一条染色体上改变，如发生染色体部分缺失或重复时，其结果可造成基因降低或增加；如发生倒位或易位时，则可造成基因排列次序改变，但数目却不改变。倒位--------是指断裂下来一段染色体旋转180

后，重新插入到原来染色体原位置上，从而使其基因次序与其它基因次序相反；易位--------是指断裂下来一小段染色体再顺向或逆向地插入到同一条染色体其它部位上。染色体间畸变：指非同源染色体间易位。遗传和育种专业知识专家讲座第52页染色体畸变遗传和育种专业知识专家讲座第53页转座因子（transposibleelement）由40年代B.McClintock正确遗传研究而发觉染色体易位，自1967年以来，已在微生物和其它生物中得到普遍证实，并已成为分子遗传学研究中一个热点。旧概念：基因是固定在染色体DNA上一些不可移动核苷酸片段。新发觉：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次序跳跃过程中，往往造成DNA链断裂或重接，从而产生重组交换或使一些基因开启或关闭，结果造成突变发生。转座因子（transposibleelement）：在染色体组中或染色体组间能改变本身位置一段DNA次序。也称作跳跃基因（jumpinggene）或可移动基因（movablegene）。遗传和育种专业知识专家讲座第54页转座因子种类（1）插入序列（IS，insertionsequence）：特点是分子量最小（仅0.7~1.4kb），只能引发转座（transposition）效应而不含其它基因。能够在染色体、F因子等质粒上发觉它们。已知IS有5种，即IS1、IS2、IS3、IS4和IS5。E.coliF因子和核染色体组上有一些相同IS（如IS2，IS3等），经过这些同源序列间重组，就可使F因子插入到E.coli核染色体组上，从而使后者成为Hfr菌株。因IS在染色体组上插入位置和方向不一样，其引发突变效应也不一样。IS引发突变能够回复，其原因可能是IS被切离，假如因切离部位有误而带走IS以外一部分DNA序列，就会在插入部位造成缺失，从而发生新突变。遗传和育种专业知识专家讲座第55页转座因子种类（2）转座子（Tn，transposon，又称转位子，易位子）：与IS和Mu噬菌体相比，Tn分子量是居中（普通为2~25kb）。它含有几个至十几个基因，其中除了与转座作用相关基因外，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分子许多位点上，但这些位点似乎也不完全是随机，其中一些区域更易插入。遗传和育种专业知识专家讲座第56页转座因子种类（3）Mu噬菌体（即mutatorphage，诱变噬菌体）：它是E.coli一个温和噬菌体。与必须整合到宿主染色体特定位置上普通温和噬菌体不一样，Mu噬菌体并没有一定整合位置。与以上IS和Tn两种转座因子相比，Mu噬菌体分子量最大（37kb），它含有20多个基因。Mu噬菌体引发转座能够引发插入突变，其中约有2%是营养缺点型突变。遗传和育种专业知识专家讲座第57页若干诱变剂作用机制及诱变功效

诱变原因 在DNA上初级效应 遗传效应碱基类似物 掺入作用 AT=GC双向转换羟胺 与胞嘧啶起反应 GC→AT转换亚硝酸 A、G、C氧化脱氨作用 AT=GC双向转换 交联 缺失 烷化剂 烷化碱基（主要是G） AT=GC双向转换 烷化磷酸基团 AT→TA颠换 丧失烷化嘌呤 GC→CG颠换 糖-磷酸骨架断裂 巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位） 丫啶类 碱基之间相互作用（双链变形） 码组移动（＋或－） 紫外线 形成嘧啶水合物 GC→AT转换 形成嘧啶二聚体 码组移动（＋或－） 交联 电离辐射 碱基羟基化核降解 AT=GC双向转换 DNA降解 码组移动（＋或－） 糖-磷酸骨架断裂 巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位） 丧失嘌呤

加热 C脱氨基 CG→TA转换Mu噬菌体 结合到一个基因中间 码组移动 遗传和育种专业知识专家讲座第58页2.自发突变机制自发突变是指在没有些人工参加下生物体自然发生突变。几个自发突变可能机制★微生物本身有害代谢产物诱变效应：过氧化氢是普遍存在于微生物体内一个代谢产物。它对Neurospora（脉孢菌）有诱变作用，这种作用可因同时加入过氧化氢酶而降低，假如在加入该酶同时又加入酶抑制剂KCN，则又可提升突变率。这就说明，过氧化氢很可能是“自发突变”中一个内源性诱变剂。在许多微生物陈旧培养物中易出现自发突变株，可能也是一样原因。★由背景辐射和环境原因引发：天然宇宙射线遗传和育种专业知识专家讲座第59页★互变异构效应：碱基T、G第六位上是酮基，会以酮式或烯醇式两种互变异构状态出现C、A第六位上是氨基，会以氨基式或亚氨基式两种互变异构状态出现平衡普通趋向于酮式或氨基式，在DNA双链结构中普通总是以A︰T和G┇C碱基配正确形式出现在偶然情况下，在DNA复制抵达这一位置瞬间，在T以稀有烯醇式出现时，其相对位置上就出现G一样，假如C以稀有亚氨基形式出现在DNA复制抵达这一位置瞬间，则在新合成DNA单链中与C相对应位置上就将是A。这可能就是发生对应自发突变原因。要预言在某一时间、某一基因发生自发突变是不可能。在利用数学方法对这些偶然事件做大量统计分析后，能够发觉并掌握其中规律。比如，据统计，碱基对发生自发突变几率约为10–8~10–9。遗传和育种专业知识专家讲座第60页（六）紫外线对DNA损伤及其修复已知DNA损伤类型很多，机体对其修复方式也各异。发觉较早和研究得较深入是紫外线（U.V.，ultravioletray）作用。嘧啶对紫外线敏感性要比嘌呤强得多。嘧啶光化产物主要是二聚体和水合物。其中了解较清楚是胸腺嘧啶二聚体形成和消除。紫外线主要作用是使同链DNA相邻嘧啶间形成共价结合胸腺嘧啶二聚体。二聚体出现会减弱双链间氢键作用，并引发双链结构扭曲变形，妨碍碱基间正常配对，从而有可能引发突变或死亡。在互补双链间形成嘧啶二聚体机会较少。但一旦形成，就会妨碍双链解开，因而影响DNA复制和转录，并使细胞死亡。遗传和育种专业知识专家讲座第61页遗传和育种专业知识专家讲座第62页光复活作用（photoreactivation）定义：经紫外线照射后微生物马上暴露于可见光下时，可显著降低其死亡率现象，称为光复活作用。这一现象最早是A.Kelner（1949）在Strepotomycesgriseus（灰色链霉菌）中发觉。以后，在许多微生物中都得到了证实。最显著是在E.coli试验中：对照：8×106个/mlE.coliU.V. 100个/mlE.coli试验：8×106个/mlE.coliU.V.360~490nm2×106个/mlE.coli

可见光，30分经紫外线照射后形成带有胸腺嘧啶二聚体DNA分子，在黑暗下会被一个光激活酶（photoreactivatingenzyme）即光裂合酶（photolyase）结合，当形成复合物暴露在可见光（300~500nm）下时，此酶会因取得光能而发生解离，从而使二聚体重新分解成单体。与此同时，光激活酶也从复合物中释放出来，方便重新执行功效。每一E.coli细胞中约含有25个光激活酶分子。因为普通微生物中都存在着光复活作用，所以进行紫外线诱变育种时，只能在红光下照射及处理照射后菌液。遗传和育种专业知识专家讲座第63页图:光复活作用遗传和育种专业知识专家讲座第64页暗修复作用（darkrepair）又称切除修复（excisionrepair）。是活细胞内一个用于修复被紫外线等诱变剂（包含烷化剂、X射线和γ射线等）损伤后DNA机制。这种修复作用与光无关。有四种酶参加——①内切核酸酶在胸腺嘧啶二聚体5’一侧切开一个3’-OH和5’-P单链缺口；②外切核酸酶从5’-P至3’-OH方向切除二聚体，并扩大缺口；③DNA聚合酶以DNA另一条互补链为模板，从原有链上暴露3’-OH端起逐一延长，重新合成一段缺失DNA链；④经过连接酶作用，把新合成寡核苷酸3’-OH末端与原链5’-P末端相连接，从而完成了修复作用。遗传和育种专业知识专家讲座第65页暗修复作用（darkrepair）1、由核酸内切酶切开二聚体5’末端，形成3’-OH和5’-P单链缺口2、核酸外切酶从5’-P到3’-OH方向切除二聚体，并扩大缺口。3、DNA聚合酶以另一条互补链为模板，从原有链上暴露3’-OH端起合成缺失片段。4、连接酶将新合成3’-OH与原有5’-P相连接。遗传和育种专业知识专家讲座第66页遗传和育种专业知识专家讲座第67页诱变育种：是用物理或化学诱变剂使诱变对象内遗传物质（DNA）分子结构发生改变，引发性状变异并经过筛选取得符合要求变异菌株一个育种方法。

诱变育种含有极其主要实践意义。当前发酵工业和其它微生物生产部门所使用高产菌株，几乎毫无例外地都是经过诱变育种而显著提升其生产性能。（七）诱变育种遗传和育种专业知识专家讲座第68页诱变育种步骤：原始菌种纯化斜面/肉汤培养单孢子/单细胞悬液诱变剂处理平板分离移至斜面小试中试初筛复筛计算存活率观察形态变异，挑单菌落良种保藏原菌种特征判定遗传和育种专业知识专家讲座第69页1.出发菌株选择：

出发菌株———用来育种处理起始菌株

◆出发菌株应具备：

①对诱变剂敏感性高；

②含有特定生产性状能力或潜力；

◆出发菌株起源；

①自然界直接分离到野生型菌株：

②历经生产考验菌株：

③已经历屡次育种处理菌株：遗传和育种专业知识专家讲座第70页2.制备细胞悬液

要求：

①菌体处于对数生长久，并使细胞处于同时生长；

②细胞分散且为单细胞，以防止表型拖延现象（phenotypiclag）;

方法：

①玻璃珠打散10-15min;

②加０.3%吐温80（表面活性剂）

③用无菌脱脂棉过滤。

浓度：

细菌、放线菌108个/ml

霉菌、酵母菌106个/ml遗传和育种专业知识专家讲座第71页表型拖延现象：指某一突变在DNA复制和细胞分裂后，才在表型上显示出来，造成不纯菌落。产生原因：①分离性拖延现象②生理性拖延现象遗传和育种专业知识专家讲座第72页3.诱变处理：诱变剂作用：①提升突变频率②扩大产量变异幅度③使产量变异朝着正突变或负突变移动剂量表示法：不一样种类和不一样生长阶段微生物对诱变剂敏感程度不一样，所以在诱变处理前，普通应预先作诱变剂用量对菌体死亡数量致死曲线，选择适当处理剂量。—致死率是最好诱变剂相对剂量表示方法。最适剂量选择：产量性状育种中多倾向于低剂量（致死率在70~80%）遗传和育种专业知识专家讲座第73页诱变剂剂量普通指强度与作用时间乘积。各种诱变剂有不一样剂量表示方式，如化学诱变剂以一定温度下诱变剂浓度和处理时间来表示。在育种实践中，常以杀菌率来作诱变剂相对剂量。诱变剂适当剂量：凡在提升诱变率基础上，能扩大变异幅度，促使变异移向正变范围剂量，就是适当剂量。要确定一个适当剂量，经常要经过屡次试验。就普通微生物而言，在一定剂量范围内，突变率往往随剂量增高而提升，但正变较多出现在偏低剂量中，而负变则较多出现在偏高剂量中；还发觉经屡次诱变而提升产量菌株中，更轻易出现负变。所以，在诱变育种工作中，当前大家比较倾向于采取较低剂量。遗传和育种专业知识专家讲座第74页选择诱变剂种类：在选取理化因子作诱变剂时，在一样效果下，应选取最方便原因；而在一样方便情况下，则应选择最高效原因。在物理诱变剂中，尤以紫外线为最方便，而在化学诱变剂中，普通可选取诱变效果最为显著“超诱变剂”，如NTG。遗传和育种专业知识专家讲座第75页诱变处理方式：诱变剂复合处理经常展现一定协同效应，这对育种工作是很有参考价值。

单一因子处理：复合因子处理：两种以上因子先后使用同时使用单一因子重复使用遗传和育种专业知识专家讲座第76页紫外诱变方法:

设备：紫外灯、磁力搅拌器、暗室等，紫外灯：波长为253.7nm,功率是15W处理时照射距离：20cm—30cm样品：要直接暴露在紫外灯下，厚度不能超出3mm照射时，要用磁力搅拌器搅拌。处理剂量：惯用照射时间或死亡率作为相对剂量。遗传和育种专业知识专家讲座第77页因为微生物接收照射剂量与灯功率、照射距离、照射时间、菌液浓度、菌液厚度、细胞本身特征等原因相关，所以单纯用时间表示照射剂量并不完全可靠。一定死亡率必定对应一定照射剂量，所以，在实际应用中，用死亡率表示照射剂量更可靠。通常先绘制照射时间与死亡率关系曲线，然后选择适当剂量。生产上经常采取剂量：死亡率为70%——80%左右。遗传和育种专业知识专家讲座第78页艾姆斯试验测定潜在化学致癌物基本原理艾姆斯试验测定潜在化学致癌物基本原理Salmonellatyphimurium组氨酸缺点型（his―）菌株在[―]平板上不能生长，如发生回复突变则能生长。如将可疑“三致”物黄曲霉毒素，加入鼠肝匀浆，保温一段时间后，吸入滤纸片中，然后将滤纸片放置于[―]平板中央。经培养后，出现三种情况：如在平板上无大量菌落产生，说明试样中不含诱变剂；如在纸片周围有一抑制圈，其外才是大量菌落，说明试样中某诱变剂浓度很高；如在纸片周围即生长大量菌落，说明诱变剂浓度适当。当前，艾姆斯试验法已广泛用于检测食品、饮料、药品核引水等试样中致癌物。它含有快速（仅3天左右）、准确（检测致癌物符合率＞85%）和费用省等优点。遗传和育种专业知识专家讲座第79页Amestest：对化学诱变剂做检测菌种：鼠伤寒沙门氏菌his-；原理：his-在基本培养基上不长；而发生回复突变则长。遗传和育种专业知识专家讲座第80页Amestest方法示意图遗传和育种专业知识专家讲座第81页4.菌种筛选4.1筛选方案：实际工作中，为了提升筛选效率，往往将筛选工作分为初筛和复筛两步进行。初筛目标：删去明确不符合要求大部分菌株，把生产性状类似菌株尽可能保留下来，使优良性状菌株不至于漏网；——所以，初筛工作以量为主，测定准确性还在其次；初筛伎俩应尽可能快速、简单。复筛目标：确认符合要求菌株；——复筛以质为主，应准确测定每个菌株生产指标。筛选是最为艰难也是最为主要步骤.遗传和育种专业知识专家讲座第82页可见，设计和采取效率高筛选方案和方法极其主要。以选育高产突变株为例，诱变育种基本步骤概括以下：遗传和育种专业知识专家讲座第83页4.2变异菌普通筛选方法4.2.1平皿快速检测法变色圈法透明圈法生长圈法抑菌圈法梯度平板法4.2.2摇瓶培养法遗传和育种专业知识专家讲座第84页4.3特殊变异菌筛选方法：遗传和育种专业知识专家讲座第85页以温度敏感突变为例：筛选方法：用途：惯用于提升代谢物产量原因：是因为某一酶蛋白结构改变后，在高温下活力丧失主要性：假如此酶为蛋白质、核酸合成路径中所需酶，则此变异株在高温下表型就是营养缺点型。4.3.1条件抗性突变型筛选遗传和育种专业知识专家讲座第86页举例：由谷氨酸产生菌乳糖发酵短杆菌2256，经诱变处理得到温度敏感变异株Ts88:30℃培养时能正常生长40℃时死亡，但能在富含生物素培养基中积累谷氨酸（而野生型却受生物素反馈抑制）。在富含生物素培养基中进行发酵时：先在30℃（允许条件）中进行培养以得到大量菌细胞，适当初间后提升温度（40℃，非允许条件），即能取得谷氨酸过量生产。遗传和育种专业知识专家讲座第87页方法：梯度平板法（gradientplate）4.3.2抗药性突变株筛选抗药性突变株应用：作为菌株遗传标识作为生产菌种（结构类似物抗性变异株）遗传和育种专业知识专家讲座第88页4.3.3抗生素抗性变异株筛选：遗传和育种专业知识专家讲座第89页★与营养缺点突变相关三类遗传型个体：营养缺点型：经诱变产生一些合成能力出现缺点，而必须在培养基内加入对应有机养分才能正常生长变异菌株。如：lys-，bio-

野生型：自然界分离到任何微生物，在其发生营养缺点突变前原始菌株，为该微生物野生型。

如：lys+;bio+;原养型：指营养缺点型突变菌株回复突变或重组后产生菌株，与野生型表型相同。

4.3.4营养缺点型(auxotroph)筛选遗传和育种专业知识专家讲座第90页★与筛选营养缺点型突变株相关三类培养基基本培养基（MM）[-]：凡是能满足野生型菌株营养要求最低成份合成培养基。完全培养基（CM）[+]：满足一切营养缺点型菌株生长天然或半合成培养基。

补充培养基（SM）[x]：在MM中有针对性地加入一或几个营养成份以满足对应营养缺点型菌株生长合成培养基。遗传和育种专业知识专家讲座第91页★营养缺点型诱变筛选步骤及方法auxo判定

诱变处理auxo浓缩auxo检出遗传和育种专业知识专家讲座第92页缺点型浓缩：①抗生素法原理：青霉素、制霉菌素等抗生素作用于生长着微生物细胞，对休止态细胞无作用。方法：将菌培养在含抗生素MM基中遗传和育种专业知识专家讲座第93页②菌丝过滤法适合用于：丝状（放线菌、霉菌）原理：基本培养基上只有发育成菌丝；auxo孢子可经过滤膜，野生型菌丝不能经过。遗传和育种专业知识专家讲座第94页①逐一检出法：缺点型检出：遗传和育种专业知识专家讲座第95页

②影印平板培养法遗传和育种专业知识专家讲座第96页③夹层培养法遗传和育种专业知识专家讲座第97页①生长谱法方法简便；回变和污染不影响结果测定物质可为粉末或纸片

缺点型判定：测定普通应分两阶段：第一阶段：测定是哪类物质缺点型；第二节段：依据第一阶段确定范围，深入确定是哪种详细化合物缺点型；遗传和育种专业知识专家讲座第98页★缺点型应用作为菌株遗传标识：进行基因工程、诱变育种、研究代谢过程时用作亲本标识；作为生产菌种：aa、核苷酸等生产菌种；作为aa、维生素、碱基测定菌株。遗传和育种专业知识专家讲座第99页第三章基因重组定义：凡把两个不一样性状个体内遗传基因转移到一起，经过遗传分子间重新组合，形成新遗传型个体方式，称为基因重组（generecombination）或遗传重组。作用：重组可使生物体在未发生突变情况下，也能产生新遗传型个体。重组与杂交关系：重组是分子水平上一个概念，能够了解成是遗传物质分子水平上杂交而普通所说杂交（hybridization）则是细胞水平上一个概念。杂交中必定包含着重组，而重组则不限于杂交这一形式。真核微生物中有性杂交、准性杂交（parasexualhybridization）等及原核生物中转化、转导、接合和原生质体融合等都是基因重组在细胞水平上反应。遗传和育种专业知识专家讲座第100页基因重组意义基因重组是杂交育种理论基础。杂交育种优点：①因为杂交育种选取了已知性状供体菌和受体菌作为亲本，所以，不论在方向性还是自觉性方面，均比诱变育种前进了一大步。②利用杂交育种往往还能够消除某一菌株在经过长久诱变处理后所出现产量上升迟缓现象，所以，它是一个主要育种伎俩。杂交育种缺点：因为杂交育种方法较复杂，工作进展较慢，还极难像诱变育种技术那样得到普遍推广和使用，尤其在原核生物领域中，应用转化、转导或接合等重组技术来培育可应用于生产实践上高产菌株例子还不多见。到了70年代后期，因为原生质体融合技术取得巨大成功后，才使重组育种技术取得了飞速发展。遗传和育种专业知识专家讲座第101页甲

生长快、产量低乙生长慢、产量高基因重组如：生长快、产量高遗传和育种专业知识专家讲座第102页一、原核微生物基因重组基因重组方式转化转导接合原生质体融合遗传和育种专业知识专家讲座第103页

R型活菌+S型死菌→→S型活菌定义：受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来自供体菌游离DNA片段，并把它整合到自己基因组中，而取得部分新遗传性状基因转移过程，称为转化。转化后受体菌称为转化子（transformant）。相关名词：受体菌：recipient/receptor，转化基因接收者供体菌：donor，转化基因提供者转化因子：来自供体菌DNA片段转化子：transformant，将转化基因重组进入本身染色体组重组子（一）转化（transformation）1、转化及其发觉：遗传和育种专业知识专家讲座第104页①菌株间亲缘关系亲密②受体细胞要处于感受态.感受态：competence，受体细胞能从环境吸收外源DNA片段并实现其转化一个生理状态供体③DNA片段（转化因子）大小适宜，分子量普通为1×107

D左右2、转化发生条件：3、转化类型：依据感受态建立方式，能够分为：①自然遗传转化naturalgenetictransformation②人工转化artificialtransformation遗传和育种专业知识专家讲座第105页

感受态：出现时间：只在细菌生长某一时期出现；不一样菌种感受态出现在不一样生长时期Streptococcuspneumoniae感受态出现在生长曲线中指数期中期，Bacillus一些种则往往出现在指数期末及稳定时早期。感受态由细胞遗传性决定，但同时也受环境因子影响：cAMP、Ca2+等最显著。如用CaCl2处理E.coli能够诱发其产生感受态。感受态细胞百分比：当处于感受态高峰时，群体中呈感受态细胞因菌种而不一样.Bacillussubtilis不超出10~15%Streptococcuspneumonia和Haemophilusinfluenzae（流感嗜血杆菌）到达100%转化DNA最低浓度：在群体中含有15%感受态细胞时，0.1

gDNA/ml细胞悬液即可有效发生转化遗传和育种专业知识专家讲座第106页转化因子：转化因子：本质是供体DNA片段普通转化因子都是线状双链DNA；也有少数报道认为线状单链DNA也有转化作用。大小：经过屡次提纯操作后，每一转化DNA片段分子量都小于1×107，即约占细菌核染色体组0.3%，其上平均约含15个基因。而粗制DNA则分子量较大。吸收数量：每个感受态细胞约可掺入10个转化因子。转化频率：普通只有0.1~1%，最高时亦达10%左右。据研究，呈质粒形式（双链闭合环状）转化因子，其转化频率最高（因为它进入受体菌中后，可无须与受体染色体进行交换、整合即可进行复制和表示）；。遗传和育种专业知识专家讲座第107页.转化过程以S.Pneumoniastrr（肺炎链球菌抗链霉素菌株）为例，大致可分为六阶段：吸附：双链DNA片段与细胞表面特定位点（主要在新形成细胞壁赤道区）结合，此时，细胞膜上胆碱可促进这一过程。在吸附过程前阶段，如外界加入DNA酶，就会降低转化子产生。稍后，DNA酶即无影响，说明此时该转化因子已进入细胞；切割：在吸附位点上DNA被核酸内切酶分解，形成平均分子量为4~5×106DNA片段；入胞：DNA双链中一条单链被膜上另一个核酸酶切除，另一条单链逐步进入细胞，这是一个耗能过程。分子量小于5×105DNA片段不能进入细胞。这时如用低浓度溶菌酶处理，因它提升了细胞壁通透性，故可提升转化频率；重组：来自供体菌单链DNA片段在细胞内与受体细胞核染色体组上同源区配对，接着受体染色体组上对应单链片段被切除，并被外来单链DNA交换、整合和取代，于是形成了一个杂合DNA区段（heterozygousregion）。在这一过程中，有核酸酶、DNA聚合酶和DNA连接酶参加；复制：受体菌染色体组进行复制，杂合区段分离成两个，其中之一取得了供体菌转化基因，另一个未获供体基因；转化子形成：当细胞发生分裂后，一个子细胞含供体基因，这就是转化子；另一个细胞与原始受体菌一样。自然转化遗传和育种专业知识专家讲座第108页降解吸附切割成4~5×106单链入胞同源部分配对、整合复制分裂，只有一个子代DNA分子取得供体基因非转化子转化子遗传和育种专业知识专家讲座第109页到当前为止，已发觉能发生转化作用菌属主要有：Streptococcuspneumoniae、Haemophilus（嗜血杆菌属）、Bacillus、Neisseria（奈瑟氏球菌属）、Rhizobium（根瘤菌属）、Staphylococcus、Pseudomonas和Xanthomonas中多见。在若干放线菌和蓝细菌以及Saccharomycescerevisiae、Neurosporacrassa（粗糙脉胞菌）和Aspergillusniger中，也有转化现象。两个菌种或菌株之间能否发生转化，与它们在进化过程中亲缘关系有着亲密关系。但即使在转化率极高菌种中，其不一样菌株间也不一定都能发生转化。自然转化普遍性：遗传和育种专业知识专家讲座第110页人工转化人工转化——是经过人为诱导方法，使细胞含有摄取DNA能力，或人工地将DNA导入细胞内。方法：①CaCl2处理细胞，使其成为能摄取外源DNA感受态状态.②电穿孔法electroporation：用高压脉冲电流击破细胞膜，或击成小孔，使各种大分子（包含DNA）能经过这些小孔进入细胞。遗传和育种专业知识专家讲座第111页4.转染（transfection）定义：把噬菌体或其它病毒DNA（或RNA）抽提出来，让它去感染感受态宿主细胞，并进而产生正常噬菌体或病毒后代，这种现象称为转染（transfection）。与转化区分：病毒或噬菌体并非遗传基因供体菌中间不发生任何遗传因子交换或整合最终不产生含有杂种性质转化子遗传和育种专业知识专家讲座第112页二、转导（transduction）J.Lederberg等（1952）在Salmonellatyphimurium（鼠伤寒沙门氏菌）中发觉。1.转导及其发觉遗传和育种专业知识专家讲座第113页AB[-][-]Try+his+Try-his+Try+his-定义：以温和噬菌体为媒介，将供体细胞DNA片段携带到受体细胞中，经过交换与整合，从而使后者取得前者部分遗传性状现象，称为转导。取得新遗传性状受体细胞，称转导子。遗传和育种专业知识专家讲座第114页2.转导种类完全普遍转导普遍转导流产普遍转导转导低频转导局限转导高频转导遗传和育种专业知识专家讲座第115页噬菌体裂解第一个宿主时可能有三种情况：1）包入完全是噬菌体DNA（正常噬菌体）2）包入完全是细菌DNA（完全缺点噬菌体）3）部分带有噬菌体基因DNA（部分缺点噬菌体）转导分别是由后两种噬菌体参加进行。遗传和育种专业知识专家讲座第116页（1）普遍性转导（generalizedtransduction）定义：经过完全缺点噬菌体对供体菌任何DNA小片段“误包”而实现其遗传性状传递至受体菌转导现象，称为普遍性转导。1.1完全(普遍性)转导：completetransduction。1952年发觉，在Salmonellatyphimurium中存在转导现象。在它完全普遍性转导试验中：以其野生型菌株作为供体菌营养缺点型菌株作为受体菌P22噬菌体作为转导媒介，对供体菌是烈性噬菌体，对受体菌是温和噬菌体遗传和育种专业知识专家讲座第117页过程：P22在供体菌内增殖时，宿主核染色体组断裂，待噬菌体成熟与包装之际，极少数（10–6~10–8）噬菌体衣壳将与噬菌体头部关键大小相同一段供体DNA片段误包入其中，形成了一个完全不含噬菌体本身DNA缺点噬菌体。供体菌裂解时，如把少许裂解物与大量受体菌群体相混，使其感染复数（m.o.i）<1，这种完全缺点噬菌体就会将这一外源DNA片段导入受体细胞内。在这种情况下，因为一个受体细胞只感染了一个完全缺点噬菌体，故受体细胞不会发生往常溶原化，也不显示其免疫性，更不会裂解和产生正常噬菌体；而因为导入外源DNA片段可与受体细胞核染色体组上同源区段配对，在经过双交换而整合到受体菌染色体组中，所以使后者成为一个遗传性状稳定转导子。遗传和育种专业知识专家讲座第118页完全普遍转导遗传和育种专业知识专家讲座第119页一个稳定转导子形成第一次交换第二次交换交换完成，外源DNA掺入染色体组中遗传和育种专业知识专家讲座第120页1.2流产普遍性转导（abortivetransduction）概念：受体菌经转导取得供体DNA片段在受体菌中不发生配对、交换和整合，也不快速消失，而只是进行转录和转译（性状表示），这种现象就称为流产转导。现象：发生流产转导细胞在其进行细胞分裂后，只能将这段外源DNA分配给一个子细胞，而另一子细胞仅取得供体基因产物——酶，在表型上表现出轻微供体菌特征，每经过一次分裂，就受到一次稀释，所以，能在选择性培养基平板上形成微小菌落就是流产转导特点。遗传和育种专业知识专家讲座第121页2.不足转导定义：经过部分缺点温和噬菌体把供体菌少数特定基因携带到受体菌中，并取得表示转导现象。特点：噬菌体对供体菌和受体菌都是温和噬菌体只能转导供体菌个别特定基因（普通为噬菌体整合位点两侧基因）该特定基因由部分缺点噬菌体携带缺点噬菌体是因为其在形成过程中所发生低频率（约10–

5）“误切”，或因为双重溶源菌裂解而形成（约形成50%缺点噬菌体）分类：低频转导与高频转导遗传和育种专业知识专家讲座第122页转导过程该溶源菌被诱导裂解时，有极少数（~10–

5）前噬菌体（prophage）发生不正常切离（abnormalexcesion），其结果会将插入位点两侧之一少数宿主基因（如E.coli前噬菌体两侧分别为发酵半乳糖gal基因或合成生物素bio基因）连接到噬菌体DNA上（而噬菌体也将对应一段DNA遗留在宿主染色体组上），经过衣壳“误包”，就形成了一个特殊噬菌体——缺点噬菌体（defectivephage）。它们没有将宿主溶源化能力，而是使宿主成为一个局限转导子，对噬菌体没有免疫性。温和噬菌体感染受体菌后，其DNA会开环，以线状形式整合到宿主染色体特定位点上，从而使宿主细胞发生溶源化，并取得对相同温和噬菌体免疫性。遗传和育种专业知识专家讲座第123页普通转导现象中，从宿主染色体上切离时发生不正常切离频率极低，故这种裂解物中部分缺点噬菌体百分比是极低（10–4~10–6）。把这种裂解物称为LFT（低频转导）裂解物。用LFT裂解物以低m.o.i（感染复数）感染宿主，就可取得极少许局限转导子，即低频转导。2.1低频转导（LFT，lowfrequencytransduction）遗传和育种专业知识专家讲座第124页当用LFT裂解物以高m.o.i感染E.coligal–（不发酵半乳糖营养缺点型）菌株时，凡是感染有λdgal噬菌体任一细胞，几乎都同时感染有正常λ噬菌体。这时λ与λdgal同时整合在一个受体菌核染色体组上，从而使它成为一个双重溶源菌（doublelysogen）。当双重溶源菌被紫外线等诱导时，其中正常λ噬菌体基因可赔偿λdgal缺失部分基因功效，因而两种噬菌体就同时取得复制机会。所以在双重溶源菌中正常λ噬菌体被称为助体（或辅助）噬菌体（helperphage）。双重溶源菌裂解物中含有等量λ和λdgal粒子，称为HFT（高频转导）裂解物。用HFT裂解物以低m.o.I感染另一个E.coligal–（不发酵半乳糖营养缺点型）受体菌，就能够高频率地把它转化为能发酵半乳糖E.coligal+转导子。是为高频转导2.2高频转导（HFT，highfrequencytransduction）遗传和育种专业知识专家讲座第125页E.coli

K12(

)gal+(供体菌)(大量)+dgal+（10-5）E.coliK12Sgal-(受体菌)E.coliK12Sgal-/

dgal+E.coliK12Sgal-/

dgal+/

E.coliK12Sgal-/

dgal+/（双重容源菌供体）(50%)+dgal+（50%）E.coliK12Sgal-(受体菌)E.coliK12Sgal-/

dgal+（转导子）（双重容源转导子）高频转导和低频转导图解低频转导高频转导U.V.U.V.噬菌斑感染遗传和育种专业知识专家讲座第126页3.溶源转变概念：当温和噬菌体感染宿主而使其发生溶源化时，因噬菌体基因整合到宿主核基因组上，而使后者取得了除免疫性以外新性状现象，称为溶源转变。性质：表面上与转导相同，而本质上不一样于转导。区分：当宿主丧失其原噬菌体时，经过溶源转变而取得新性状也随之消失温和噬菌体不携带来自供体菌外源基因，是噬菌体本身基因使宿主取得新性状温和噬菌体是完整，不是缺点取得新性状是溶源化宿主细胞，不是转导子遗传和育种专业知识专家讲座第127页（三）接合（conjugation）定义：供体菌（“雄”）经过其性菌毛与受体菌（“雌”）相接触，前者传递不一样长度DNA给后者，并在后者细胞中进行双链化或深入与核染色体发生交换、整合，从而使后者取得供体菌遗传性状现象，称为接合。经过接合而取得新性状受体细胞就是接合子（conjugant）存在范围：细菌：G–较为多见如E.coli、Salmonella、Shigella、Serratia、Vibrio、Azotobacter、Klebsiella和Pseudomonas等最为常见放线菌：Streptomyces、Nocardia接合还可发生在不一样属菌种之间，如E.coli与Salmonellatyphimurium之间或S.typhimurium与Shigelladysenteriae之间遗传和育种专业知识专家讲座第128页接合——两个亲本细胞经过直接接触来转移遗传物质基因重组方式。经过接合而取得新性状受体细胞就是接合子（conjugant）1946年用E.coli两个营养缺点型所作试验：Met+bio+thr+leu+Met-bio-thr+leu+Met+bio+thr-leu-[Met.bio.thr.leu][-][-][-]混合培养离心洗涤后1、接合及其发觉AB遗传和育种专业知识专家讲座第129页研究细菌接合方法基本原理遗传和育种专业知识专家讲座第130页E.coliF因子：决定性别质粒，属于附加体（episome），能够经过接合作用取得，也能够经过丫啶类化合物、溴化乙锭或丝裂霉素C处理而消除。遗传和育种专业知识专家讲座第131页遗传和育种专业知识专家讲座第132页依据F因子在E.coli中有没有，及与染色体关系，可将E.coli分为四种类型：①F–（“雌性”）菌株：细胞中不含有F因子，细胞表面不含有有性纤毛。能够经过与F+、F’或Hfr菌株接合而接收供体菌F因子、F’因子或Hfr菌株部分或全部遗传信息，对应地能够转变成F+菌株、F’菌株或重组子。据预计，从自然界分离到株E.coli中约有30%是F–菌株。遗传和育种专业知识专家讲座第133页②F+（“雄性”）菌株：细胞内含有（1~4个）游离F因子，细胞表面存在与F因子数目相当性菌毛。与F–相接触时，可经过性菌毛将F因子转移到F–细胞中，使之也变成F+菌株。F因子以很高频率传递，但含F因子宿主细胞染色体DNA普通并不被转移。F+×F–F++F+

遗传和育种专业知识专家讲座第134页接合普通过程：接合时F+细胞与F–细胞相遇，性菌毛与F–细胞表面发生吸附而形成接合管；F+细胞内，F因子一条DNA单链在特定位点上发生断裂；断裂后单链逐步解开，同时以另一条留存环状单链做模板，经过模板滚动，首先把解开单链以5’为先导经过性菌毛推入F–细胞中，另首先，在供体细胞内以滚动环状模板重新合成一条互补环状单链，以取代传递到F–细胞中那条单链。这种DNA复制机制称为滚环模型（rollingcirclemodel）；在F–细胞中，以外来供体DNA线状单链为模板合成一条互补单链，并随之恢复成环状双链F因子。至此，原来F–菌株变成了F+菌株。原来供体仍为F+菌株。遗传和育种专业知识专家讲座第135页③Hfr（高频重组，highfrequencyrecombination）菌株：含有与染色体特定位点整合F因子。因该菌株与F–接合后重组频率比F+菌株高几百倍而得名。Hfr菌株与F–菌株接合时，Hfr染色体双链中一条单链在F因子处发生断裂，F因子位于线状单链DNA两端，整段单链线状染色体从5’端开始等速进入F–细胞，在没有外界干扰情况下，全部转移过程完成需要约120分钟。因为种种原因D