微生物遗传变异和菌种选育课件.ppt

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1、1,第七章 微生物的遗传变异和育种,2,本章重点,基因重组的形式及其异同基因突变与诱变育种菌种保藏方法遗传变异质粒遗传物质基础,原核、真核生物基因重组的方式基因工程及其操作步骤,3,遗传：生物繁衍后代使得子代与亲代相似的现象变异：子代与亲代之间、子代的不同个体间存在不同程度的差异,4,现实生活中有哪些现象与遗传变异有关？遗传和变异现象.flv,5,第一节 遗传变异的物质基础,一、三个证明DNA是遗传物质的经典实验1、经典转化实验肺炎链球菌：S型（菌体具荚膜，菌落表面光滑，有 致病能力） R型（菌体无荚膜，菌落表面粗糙，无 致病能力）,6,1928年，F.Griffth作了3组实验:,7,Gri

2、ffith转化试验示意,混合培养,RII型活菌,SIII型活菌,SIII型热死菌,RII型活菌,SIII型活菌,健康,健康,健康,健康,健康,健康,健康,病死,病死,病死,8,1944年，Avery精确重复了转化实验，确定了转化因子,实验证明， S菌转移给R菌的转化因子是DNA,9,2、噬菌体感染实验,实验证明，进入细菌细胞内部的物质是DNA。DNA包含有产生完整噬菌体的全部信息。,10,（三）原核生物的质粒,1、定义质粒（plasmid）：原核生物（细菌）细胞内、染色体外，具有独立自主复制能力的小型共价闭合环状的DNA分子。主要存在于各种微生物细胞中。严紧型复制控制松弛型复制控制质粒所含的基

3、因对宿主细胞一般是非必需的；在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊的机能，从而使宿主得到生长优势。,11,2、结构特点通常以共价闭合环状的超螺旋双链DNA分子（cccDNA ）存在于细胞中，可游离存在，也可整合到宿主DNA上。质粒分子的大小范围从1kb左右到1000kb (细菌质粒多在10kb以内）,12,4、质粒在基因工程中的应用质粒的优点：（1）体积小，易分离和操作（2）环状，稳定（3）独立复制（4）拷贝数多（5）存在标记位点，易筛选,13,典型质粒,F质粒：E.coli等细菌决定性别并有转移能力的质粒。R质粒：抗药性质粒。Col质粒：大肠杆菌素质粒。能抑制或杀死其它近缘细菌。Ti

4、质粒Ri质粒Mega质粒降解性质粒,第二节 基因突变和诱变育种,15,表型改变：,表型的差异只与环境有关特点：暂时性、不可遗传性,基因型（遗传型）变异：,遗传物质改变（基因重组，基因突变，染色体数目变化），导致表型改变自发突变频率通常为10-6-10-9,粘质沙雷氏菌Serratia arcescens产色素：斜面培养 25C斜面培养 37C液体培养 25C液体培养 37C.,16,基因突变,狭义：点突变广义：基因突变和染色体畸变,野生型（原始性状）,基因突变,突变型（新性状）,现实生活中，你见到过哪些基因突变现象，或是看到过哪些基因突变现象的报导？基因突变.flv,一、基因突变 细胞内遗传物

5、质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化。自发或诱变产生,17,植物形态的变异,18,动物形态的变异,19,白化病,白化病是由于酪氨酸酶缺乏或功能减退引起的一种皮肤及附属器官黑色素缺乏或合成障碍所导致的遗传性白斑病。患者视网膜无色素，虹膜和瞳孔呈现淡粉色，怕光。皮肤、眉毛、头发及其他体毛都呈白色或黄白色。白化病属于家族遗传性疾病，为常染色体隐性遗传，常发生于近亲结婚的人群中。白化病遗传图谱：患者双亲均携带白化病基因，本身不发病。如果夫妇双方同时将所携带的致病基因传给子女，子女就会患病。,20,21,（一）突变类型,22,营养缺陷型: 微生物因发生突变，代谢中缺少酶而不能合成 某种生长因子（维生

6、素或氨基酸），因而无 法在基本培养基上正常生长繁殖的突变类型。（二）突变率 每一世代中发生某一性状突变的几率（一般为10-6-10-9 ）,23,（三）基因突变特点,1、不对应性：突变的性状与突变原因无直接的对应关系2、自发性：各种突变可以在没有人为的诱变因素下自发发生。3、稀有性：自发突变频率较低，一般10-9 10-6 。 4、独立性：不影响其他基因的突变率5、诱变性：人为的物理或化学因素处理提高突变率,24,6、稳定性：遗传物质结构发生的稳定变化，因而产生的新性状也是稳定的，可遗传的。7、可逆性,25,（五）基因突变及其机制,26,1、诱发突变：人为的物理、化学因素处理，提高突变率的方法

7、（紫外线、X射线、激光等）（1）碱基的置换,27,碱基的置换引起的突变,28,（2）移码突变：添加或缺失核苷酸，引起阅读错误,错误+ 错误-+ 正常- 正常+ 正常,29,（3）染色体畸变：缺失、重复、插入、易位、倒位,30,二、突变与育种,菌种工作包括三方面：选种、育种、复壮和保藏。选种从自然界和生产中选择符合需要菌种。育种进一步提高已有菌种某种性能，使更符合要求。,31,（一）自发突变与育种： 从生产中育种 定向培育优良菌种（二）诱变育种1、诱变育种的基本环节,出发菌株 纯化斜面菌悬液诱变处理 平板分离 斜面（初筛） 斜面 （复筛） 保藏及扩大试验（再复筛）,32,2、诱变育种的原则（1）

8、使用简便有效的诱变剂,诱变剂,物理因素,化学因素,紫外线激光离子束X射线r射线快中子,烷化剂碱基类似物吖啶化合物,33,（2）、选用优良的出发菌株用作出发菌株有：野生型菌株；生产菌株；经过诱变的菌株。一般要求生长快，营养要求粗放，发育早，产孢子多，对诱变剂敏感性高，已能积累少量产品或前体物的菌株。,34,（4）选择合适的诱变剂量： 在产量性状的诱变育种中，凡在提高诱变率的基础上，既能扩大变异幅度，又能促使变异移向正变范围的剂量，就是合适的剂量。（5）充分利用复合处理的协同效应采用复合处理，包括诱变剂先后使用，同时使用和重复使用，提高效果。,35,第三节 基因重组和杂交育种,基因重组gene r

9、ecombination：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（带有双亲遗传信息）的过程，称为基因重组。杂交：细胞水平。细胞水平上的杂交包含了分子水平上的重组。我国首个基因重组人源化单克隆抗体药物上市.mp4,36,（三）接合(conjugation),供体菌通过性菌毛与受体菌直接接触把遗传物质传递给受体菌，使受体菌获得新遗传性状的过程转化、转导,37,杂交育种：不同种群、不同基因型个体间进行杂交，并在其杂种后代中通过选择而育成纯合品种的方法。,38,杂交水稻指选用两个在遗传上有一定差异，同时它们的优良性状又能互补的水稻品种，进行杂交，生产具有杂种优势的第一

10、代杂交种，用于生产，这就是杂交水稻。,39,基因工程,定义：又称基因拼接技术和DNA重组技术。所谓基因工程是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术，是将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。基因工程的主要操作步骤.flv操作步骤：目的基因的取得、载体的选择、目的基因与载体的体外连接、重组载体导入受体细胞、筛选与鉴定,40,基因工程的应用,基因工程的应用-乙肝疫苗.flv基因工程的应用与发展前景.flv,41,第五节 菌种的衰退、复壮和保藏,性状稳定的菌种是微生物学工作最重要的基本要求，否则生产或科研都无法正常进行。影响微生物菌种稳定性的因素：a

11、）变异；b）污染； c）死亡。,42,一、菌种的衰退与复壮,菌种衰退的原因：基因突变，培养、保藏条件不适，杂菌污染,纯菌种,自发突变,不纯菌种,突变个体,传代增殖,原始个体,衰退菌种,衰退：由于自发突变而使菌种原有生物学性状发生量变或质变的现象。,衰退表现：产量减少，形态、生长速度、感染力、适应性不典型（衰退）,43,1）从衰退的菌种群体中把少数个体再找出来，重新获得具有原有典型性状的菌种。 a）纯种分离； b）通过寄主体进行复壮（寄生性微生物）,2）有意识地利用微生物会发生自发突变的特性，在日常的菌种维护工作中不断筛选“正变”个体。,菌种的复壮：,3）、淘汰已退化个体,44,二、防止衰退的措

12、施1）减少传代次数；2）创造良好的培养条件；3）利用不易衰退的细胞传代4）采用有效的菌种保藏方法,45,三、菌种保藏,目的：保持菌种生产稳定、不污染杂菌、不死亡以供研究、生产、交换之用,基本原则：1、挑选典型菌种的优良纯种2、尽量使用分生孢子、芽孢等休眠体 3、创造有利于休眠的保藏环境（如干燥、低温） 4、尽可能多的采用不同的手段保藏一些比较重要的微生物菌株,基本原理（方法）：低温保藏，干燥保藏，隔绝空气保藏，活体保藏。,46,47,冷冻干燥保藏法和液氮保藏法,48,液氮：氮气在低温下形成的液体形态。氮的沸点为-196C，皮肤一旦接触会严重冻伤工业上可作制冷剂，用来迅速冷冻生物组织，防止组织被

13、破坏。用于工业制氮肥。保存活体组织，生物样品以及精子和卵子的储存；冷冻手术用以治疗乳腺癌。以色列医疗公司IceCure2012年开发出一种利用冷冻疗法治疗乳腺癌的最新技术，用液氮将乳腺癌细胞冷冻并且杀死外科手术中冷冻皮肤帮助止血。,49,1、细胞水平真核微生物：细胞核原核微生物：核区细胞核或核区的数目在不同的微生物中是不同的,50,2、细胞核水平真核生物 细胞核 核染色体原核生物 核区 DNA链,核基因组,在核基因组之外，还存在各种形式的核外遗传物质,51,3、染色体水平染色体是由组蛋白与DNA构成的线状结构染色体的数目在不同的生物中是不同的染色体的倍数在同一生物的不同生活时期是不同的,52,4、核酸水平核酸种类：DNA，RNA核酸结构：双链、单链； 环状，线状，超螺旋状DNA长度：因种而异,53,5、基因水平,基因：生物体内遗传信息的基本单位，指们于染色体上的一段以直线排列的核苷酸序列，它具有编码一特定功能的多肽、蛋白质或RNA的功能。基因及蛋白表达法,外显子，内含子,54,6、密码子水平,（遗传信息单位）,遗传密码密码子,55,7、核苷酸水平核苷酸是最小突变单位和交换单位. 有用数据,