第八章微生物遗传与变异课件.ppt

第八章 微生物的遗传与变异,微生物是遗传学研究的最好材料和对象,微生物结构简单营养体一般都是单倍体微生物繁殖速度快易积累不同的中间及最终代谢产物环境条件对微生物作用直接均匀存在多种方式的繁殖类型微生物的变异易被识别参与基因工程的载体、供体、受体 三角色,内容提要,遗传变异的物质基础细菌的基因转移和重组真菌的基因重组微生物的突变微生物遗传变异的应用菌种退化、复壮和保藏,遗传变异的物质基础,三个经典实验证明核酸是微生物遗传物质,转化实验,噬菌体感染实验,植物病毒的重建实验,遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式,转化实验,材料,实验材料： 肺炎双球菌,转化实验（1）动物实验,转化实验（2）细菌培养实验,转化实验（3）S型菌无细胞抽提液试验,Cncnc-micro,噬菌体感染实验,步骤,1：用含同位素35, P32的培养基培养大肠杆菌,结果：上清液中含15%放射击性；沉淀中含85%放射性,2：让T2感染上述大肠杆菌使其打是S35P32标记,3：,植物病毒蛋白质和RNA可以人为地分开,同时又可把它们重新组合成具感染性的病毒.,植物病毒的重建实验,甲乙r 感染症状同甲病毒；分离得到甲病毒,乙甲r 感染症状同乙病毒；分离得到乙病毒,原始株 拆开 重建 感染 分离纯化,植物病毒的重建实验,遗传物质类型,核染色体,核外染色体,真核生物细胞器,原核生物质粒,遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式,基因是一段DNA,DNA就是脱氧核糖核酸（长链）,腺嘌呤（A）,鸟嘌呤（G）,胸腺嘧啶（T）,胞嘧啶（C）,基因测序就是读出 A-C-G-T-G-G-A-C-G.,基因控制Pr因而控制性状,基因是什么？,Cncnc-micro,基因是生命的密码。基因记录和传递遗传信息。基因决定生物体的生长、病、老死等一切生命现象。,大肠杆菌基因组,4100个基因，4.7106bp遗传信息的连续性功能相关的结构基因组成操纵子结构基因单拷贝及rRNA多拷贝基因的重复序列少而短,酵母菌基因组,Cncnc-micro,染色体,长度Kb,基因数,1,2,3,4,5,6,7,8,染色体,长度Kb,基因数,439,745,666,1078,924,784,1092,948,230,423,173,814,292,136,573,291,231,387,334,550,487,421,571,499,13,10,27,13,10,33,11,10,24,16,22,21,15,20,17,4,原核生物基因调控系统,质粒 核外环状小型DNA独立复制稳定遗传,F因子 与有性接合有关,种类,R因子 与抗药性有关,COL 编码免疫蛋白,Ti质粒 诱癌质粒,降解散质粒：编码降解有害物质的酶,用途 基因工程中作为目的基因载体,质粒,原核生物遗传物质存在的另一种方式,细菌的基因转移和重组,真核微生物基因重组在有性繁殖过程中发生，当合子减数分裂时，两染色体发生交换。,原核微生物 通过接合、转化、转导等形式进行一 部分物质转移和基因重组。（小结）,接 合 及 其 发 现因子和接合雄性菌株与雌性菌株接合结果,接合(conjugation),接 合 及 其 发 现,通过细胞间的直接接触能进行大段的转移的过程，叫接合,因子和接合,雄性菌株与雌性菌株接合结果,转化(transformation),几个概念：转化、转化因子、感受态转化过程转化的特点,转 化 (transformation),受体细胞直接吸收了来自供体细胞的DNA片断，并把它整合到自己的基因组中，细胞部分遗传性状发生变化的现象叫转化。,转化因子,转化是游离的片断的转移和重组游离的片断叫转化因子转化因子由供体提供自然情况下可由细菌细胞自行裂解产生，实验室里通过提取获得双链有转化能力，单链没有,受体细胞能接受转化的生理状态称为感受，只有处于感受态的细菌才能接受转化因子，从出现到消失约为分钟(对数期的中期),感受态,感觉态出现原因,细菌失去部分细胞壁的结果细菌在细胞表面产生某种酶引起,感受态的决定决定因素,感受态因子,是受体细胞表面上的一种蛋白质功能使转化因子结合在受体细胞表面,细胞遗传性决定和菌龄有关环腺苷酸Camp可提高1000 倍Ca2+能促使细胞进入感受态,每个受体细胞表面约有30 -80个转化因子结合点，当转化因子结合到受体表面结合点上时 ，DNA一条链被受体细胞膜上的核酸酶分解，另一条链进入受体细胞，通过整合与受体细胞进行基因重组，有人发现DNA也可通过双链形式进入受体细胞形成双倍体的转化子。,转化过程,转化过程,转化中基因交换过程示意图,转化的特点 不需两个细胞直接接触，供体DNA提取出来，注入受体即可。,转导的种类,遗传物质通过噬菌体的携带而转移的基因重组,转导的发现,转导(transduction),转导的特点,完全普遍性转导(compietetransduction),鼠伤寒沙门氏菌,A-B+色氨酸缺陷型,A+B-组氨酸缺陷型,低频转导（LFT）裂解物的形成,低频转导,高频转导,双重溶源菌E.coli K12(/dg)F,U.V.,转导噬菌体( dg),辅助噬菌体( ),转导子菌落,噬菌斑,转导的特点,需要噬菌体做媒介，不需要细胞间直接接触,噬菌体DNA不接合到寄主染色体,噬菌体蛋白质包裹寄主任何一部分DNA片段,噬菌体DNA整合到寄主染色体上,噬菌体DNA与寄主染色体特定基因发生交换,普遍性转导,局限性转导,溶源转变,温和噬菌体的基因整合到宿主核基因组上的现象,温和噬菌体并不携带外源供体菌的基因这种温和噬菌体是完整的，而不是缺陷的获得新性状的是溶源化的宿主细胞，而不是转导子获得的性状可随噬菌体的消失而同时消失,三者根本区别在于DNA转移的方式不同,转化：供体DNA片断注入受体细胞，通过细胞膜,接合：供体进入受体通过性纤毛,转导：供体DNA片断通过媒介噬菌体携带进入受体,Cncnc-micro,真菌的基因重组,有性生殖异核现象准性生殖染色体外的遗传现象,准性生殖,准性生殖的概念：,不产生有性孢子的丝状真菌，不经过减数分裂就能导致染色体单元化和基因重组的过程。1953年发现,准性生殖与有性生殖的不同,重组体细胞和营养体细胞相同，不产生特殊的囊器染色体的交换及单倍体化过程没有规律,准性生殖的过程,异核体的形成核融合和杂合二倍体的形成单倍体化,Cncnc-micro,微生物的突变,突变类型突变率突变的特点诱变机制,突变类型,突变株的表型,选择性突变株,非选择性突变株,营养缺陷型（株）抗性缺陷型（株）条件致死突变型（株）,形态突变型（株）抗原突变型（株）产量突变型（株）,按方法分：按突变株的表型是否能在选择 性培养基上加以鉴别来区分。,微生物突变体的主要类型,形态突变型,菌落形态突变型菌体形态突变型,生化突变型,营养突变体(营养缺陷型)发酵突变体抗性突变体条件致死突变体抗原突变型产量突变型,按突变实质分,突变率,突变的特点（证明）,不对应性自发性稀有性独立性诱变性稳定性可逆性,基因突变自发性和不对应性的证明,变 量 试 验,涂 布 试 验,影印培养试验,(在同一个大管中作整体培养),3 7 1 4 4 3 5,抗噬菌体菌落数 抗噬菌体菌落数,变量试验,涂布试验,影印培养试验,诱变机制,碱基的置换移码突变染色体畸变,碱基的置 换,碱基的置 换,碱基的置 换,碱基的置换,移码突变,DNA分子中缺失或增加少数几个碱基对而引起,造成突变点以后全部遗传密码转录与转释发生错误,增添一个碱基,缺少一个碱基,染色体畸变,某些理化因子，如射线，紫外线， 亚硝酸等，除能引起点突变外，还会引起DNA分子大损伤，包括染色体易位，倒位，缺失，重复等，即为染色体畸变。,染色体畸变,紫外线诱变作用机理,可使链裂断，破坏核糖和磷酸间的键联引起胞嘧啶和尿嘧啶产生水合作用造成氢键断裂能使胸腺嘧啶成二聚体，使结构发生改变,微生物突变的应用,原生质体融合育种,基因工程,效价：指有效成分的浓度。1ug/ul称为1 单位,从 青 霉 素 产 量 看 诱 变 育 种,诱变育种的基本环节,Cncnc-micro,诱变育种工作中应考虑的几个原则,选择简便有效的诱变剂选优良的出发菌株处理单孢子（或单细胞）悬液选用最适剂量利用复合处理的协同效应利用和创造形态，生理与产量间的相关指标设计或采用高效筛选方案或方法,选择简便有效的诱变剂,利用回变检测致癌剂 艾姆斯试验法,挑选优良的出发菌株,生产中用过的自发变异菌株采用具有有力性状的菌株采用已发生其他变异的菌株采用增变菌株采用前体或最终产物代谢高的菌株,处理单孢子（或单细胞）悬液,芽孢杆菌应处理芽孢放线菌，霉菌应处理孢子细菌指数期，放线菌霉菌要稍加萌发后使用出发菌株应制成均匀悬夜,选用最适剂量,剂量以诱变剂浓度和处理时间来表示,合适剂量：能扩大变异幅度又能促使 变异移向正变范围的剂量,充分利用复合处理的协同效应,两种或多种诱变剂先后使用两种或多种诱变剂同时使用同种诱变剂重复使用,利用和创造形态，生理与产量间的相关指标,淀粉酶变色圈试验,变色圈大的为淀粉酶高产菌落,设计或采用高效筛选方案或方法,第一轮,第二轮,五个出发菌株,突变株的筛选方法,高产突变菌株的筛选方法,抗性突变体的筛选方法,营养缺陷型的的筛选方法,Cncnc-micro,与突变株的筛选相关的几个概念,与突变株的筛选相关的几个概念,相关培养基,基本培养基 -,完全培养基,补充培养基,三类遗传型,野生型 A+B+,营养缺陷型型A+B-,原养型 A+B+,高产突变株的筛选,琼脂块培养法筛选 春日霉素高产菌种,抗性突变体的筛选方法,青霉素浓缩法,梯度培养皿法,青霉素浓缩法,梯度培养皿法,含异烟肼,接敏感菌含突变株,营养缺陷型的筛选办法,诱变剂处理,淘汰野生型,检出缺陷型,夹层培养法,限量补充培养法,逐个检出法,影印接种法,鉴定缺陷型,菌丝过滤法,夹层培养法及结果,逐个检出法,影印接种法,限量补充培养法,微量蛋白质的完全培养基上 小菌落是营养缺陷型突变株,菌丝过滤法筛选营养突变株,原生质体融合育种,概念： 将双亲株的微生物细胞分别通过酶解去壁，形成原生质体，然后在高渗条件下混合，并加入物理的、化学的或生物的助融条件，使双亲株的原生质体间发生相互凝集和融合的过程,原生质体融合技术的理论与应用价值,打破了微生物的种属界限，可以实现远缘菌株的基因重组 用于改良菌种特性、提高目的产物的产量、使菌种获得新的性状、合成新的产物等 可用来探索重大理论问题，原生质体融合技术传、核质关系、噬菌体与宿主关系，研究外源DNA转化、质粒转移以及核与核、核与质之间的关系,原生质体融合技术及育种步骤,原生质体的制备原生质体再生 原生质体融合融合子的检出与鉴定,基因工程,指用人工方法，通过体外基因重组和载体的作用，使新构建的遗传物质组合进入新个体，并稳定地遗传和表达的过程,基因分离与克隆基因工程中的酶学基因工程中的载体系统基因工程的操作步骤,基因分离与克隆,目的基因的获得基因分离基因克隆,基因文库法cDNA文库法,基因工程中的酶学,限制性核酸内切酶 连接酶DNA聚合酶,基因工程中的载体系统,细菌质粒载体噬菌体载体 粘粒载体 植物细胞基因克隆载体Ti质粒动物细胞基因克隆载体SV40病毒载体 穿梭载体,基因工程的操作步骤,菌种退化、复壮和保藏,菌种退化退化菌种的复壮 菌种保藏,