23 微生物遗传学5
《微生物遗传》课件
04
自然选育
利用自然变异选择有益的变异体，通过遗传稳定性和生产性状的鉴定，培育出新的菌种。
微生物遗传学应用
05
工业发酵是微生物遗传学应用的重要领域之一，通过利用微生物的遗传特性，实现大规模生产各类发酵产品，如酒精、醋酸、酵母、抗生素等。
工业发酵中，通过遗传育种和基因工程手段改良微生物菌种，提高发酵效率和产物质量，降低生产成本。
详细描述
总结词
介绍基因表达的概念、基因表达的调控机制以及基因表达的改变对微生物的影响。
详细描述
基因表达是DNA中的遗传信息转录为RNA并翻译为蛋白质的过程。基因表达受到多种因素的调控，包括DNA的甲基化、染色质构象以及转录和翻译水平的调控。基因表达的改变可能影响微生物的生长、代谢和致病性等方面。
微生物基因突变与重组
19世纪末期
遗传学奠基人摩尔根提出基因概念，为遗传学的发展奠定了基础。
20世纪初期
DNA双螺旋结构发现，开启了分子生物学时代。
20世纪50年代
人类基因组计划启动，推动了基因组学的发展。
20世纪70年代
微生物遗传物质基础
02
介绍DNA的基本结构，包括碱基、磷酸和脱氧核糖，以及DNA的双螺旋结构。
总结词
工业发酵的微生物菌种通常具有特殊生理功能和代谢途径，通过研究其遗传机制，有助于发现新的发酵产品和工艺。
生物制药是利用微生物或其代谢产物作为药物成分，治疗和预防人类疾病的领域。
通过遗传工程手段，可以改良微生物细胞工厂，高效表达具有药效的蛋白质或其他活性分子。
生物制药中，对微生物的遗传特性和表达调控机制的研究，有助于发现和开发新的药物候选分子。
生物环保是利用微生物的降解和转化能力，处理和治理环境污染的领域。
微生物遗传学第五章 放线菌的遗传
The genome sequence will greatly increase our understanding of microbial life in the soil as well as aiding the generation of new drug candidates by genetic engineering.
用此表型特征，可以鉴定链霉菌中的接合质粒。
含 SCP2 质粒
不含 SCP2质
粒
导致受体菌暂时发育迟缓而造成的，这种现象叫致死接合反应
3.2 2种重要的自主转移质粒
链霉菌中的质粒类型： 线状质粒：如SCP1，和链霉菌的线形染色体一样
在DNA两端具有TIR和5’末端蛋白。 环状质粒：如SCP2， 大多数链霉菌都有质粒，几乎都是自主转移质粒
A3(2)的遗传学分析最为深入。
2. 链霉菌的染色体
2.1链霉菌的染色体DNA
链霉菌只有一条染色体
染色体在菌丝中以多拷贝存 在，而在孢子中以单拷贝形 式存在。
几乎所有链霉菌的染色体都 为线性而非环状。
8,000,000个碱基对
2002年天蓝色链霉菌全基因组测序发表 于《Nature》
8,667,507 base pair linear chromosome of this organism
基因组简要分析
线性染色体、基因内部无内含子 两个末端具有长为24-600Kb的反向重复序列，
TIR(terminal inverted repeat) 与5’末端蛋白 7825个基因，仅有55个假基因，编码区占88.9%，
平均基因长度991bp G+C含量高达72.12% 2000个基因用于维持生长与繁殖 其余基因涉及各种次生代谢，用于对付细胞壁外的
第二十三单元--第七章微生物遗传学(五)
第八节 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）变异； b）污染；
c）死亡.
Hale Waihona Puke 一、菌种的衰退(degenration)
1. 衰退的表现
1）原有形态形状变得不典型； 2）生长速度变慢； 3）代谢产物生产能力下降； 4）致病菌对宿主侵袭力下降； 5）对外界不良环境的抵抗力下降。
2. 过程：
1）菌丝联结； 2）异核体的形成；
（同时具有一个以上不同遗传型细胞核的细胞）
3）核融合和杂合二倍体的形成；
（细胞核中含有2个不同来源染色体组的菌体细胞。发生机会为 百万分之一。）
4）单倍体化
（杂合二倍体极不稳定，在其有丝分裂过程中，有极少数细 胞，其同源染色体的两条染色单体之间发生交换，在体细胞分 裂时，产生1个或1个以上标记的纯合现象，从而形成新性状的 单倍体杂合子。其单元化不是一次有丝分裂的结果，而要经过 若干次有丝分裂过程，每次分裂都有可能从二倍体核中失去部 分染色体，最后才回复成单倍体核。）
3. 有性生殖与准性生殖的比较
比较项目
参与接合的亲本细胞 独立生活的异核体阶 段 接合后双倍体的细胞 形态 双倍体变为单倍体的 途径 接合发生的几率
准性生殖
形态相同的体细胞 有 与单倍体基本相同 通过有丝分裂 偶然发生，几率低
有性生殖
形态或生理上有分化 的性细胞 无 与单倍体明显不同 通过减数分裂 正常出现，几率低
“小菌落”（呼吸缺陷型菌落）： 酵母菌由于线粒体DNA严重缺损或大部分丢失，缺失 细胞色素a、b及细胞色素c氧化酶，即使在通气条件下， 细胞生长也很缓慢，在葡萄糖培养基上只能形成小菌落.
微生物的遗传和育种
微生物育种的社会和经济影响
社会影响
随着微生物遗传和育种技术的不 断发展，人们需要关注相关的伦 理、安全和环境问题，以确保技 术的可持续发展和应用。
经济影响
微生物育种技术的发展有望为工 业、农业、医药等领域带来巨大 的经济效益，同时也需要关注技 术的成本和商业化前景。
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土壤修复
微生物育种技术可用于土壤修复领域，通过改良土壤中微生物的种 类和数量，改善土壤质量，提高土壤肥力。
空气净化
某些微生物具有降解空气中有害物质的能力，通过微生物育种技术 可以改良这些微生物的降解能力，用于空气净化。
05
未来展望
基因编辑技术的发展
基因编辑技术
随着CRISPR等基因编辑技术的发展， 科学家们能够更精确、高效地修改微 生物基因，从而改良微生物的性状和 生产性能。
代谢工程育种
代谢途径分析
对微生物的代谢途径进行分析， 了解各代谢途径之间的相互关系 和调控机制。
代谢流量调控
通过调节代谢途径中的关键酶活 性或改变代谢流量的方向，以提 高目标产物的合成效率。
细胞工厂构建
通过基因工程技术对微生物进行 改造，构建具有特定代谢特征的 细胞工厂，实现目标产物的定向 生产。
基因编辑的应用
基因编辑技术有望在医药、农业、工 业等领域发挥重要作用，例如用于生 产新型药物、改良农作物、提高微生 物产物的产量和品质等。
合成生物学在微生物育种中的应用
合成生物学
合成生物学是一门新兴的交叉学科，旨 在通过设计和构建人工生物系统来改良 和优化生物功能。
VS
微生物育种中的应用
合成生物学在微生物育种中具有广阔的应 用前景，例如通过设计和构建人工微生物 来生产燃料、化学品、药物等，同时也有 助于解决环境问题和粮食安全问题。
微生物遗传学课件
基因组学定义
基因组学是研究生物体基因组的学科，包括基因的发现、基因组结构、基因表达调 控以及基因组进化的研究。
基因组学研究旨在揭示生物体的遗传信息，以及这些信息如何影响生物体的表型和 功能。
基因组学研究对于理解生命的本质、疾病的发生和发展机制以及新药的研发等方面 具有重要意义。
基因组学研究方法
基因组测序
生物修复
生物修复
利用微生物对环境污染进行治理和修复的 技术，具有处理效果好、成本低等优点。
生物修复的应用
在土壤、水体、空气等污染治理领域广泛 应用，有效解决了许多环境问题，改善了
人类生存环境。
生物修复的原理
通过微生物对污染物的降解、转化和富集 等作用，将污染物转化为无害或低毒性的 物质，降低其对环境和人体健康的危害。
程，涉及到多种酶的参与。
转座重组
指DNA分子内部的转座元件在不 同位置之间移动的重组过程。转 座重组需要转座酶的催化，实现 DNA片段在不同位置的复制和移
动。
Hale Waihona Puke 突变与重组在微生物遗传学中的应用
基因工程
通过突变和重组技术，可以对微 生物进行基因敲除、敲入和基因 修饰，实现基因表达的调控和代
谢途径的改造。
微生物遗传学课件
目 录
• 微生物遗传学概述 • 微生物基因组学 • 微生物突变与重组 • 微生物基因表达调控 • 微生物进化与系统发育 • 微生物遗传学应用
01 微生物遗传学概述
微生物遗传学定义
微生物遗传学定义
微生物遗传学是一门研究微生物遗传、变异和演化的科学，主要关注微生物的基因组结构 、基因表达调控、基因突变与进化等基本问题。
通过调节翻译起始和翻译过程 来控制蛋白质的合成，如核糖 体结合位点的选择和mRNA的 稳定性等。
微生物遗传育种知识点汇总
微生物遗传育种知识点汇总1.微生物基因组学：微生物基因组学是研究微生物基因组结构、功能和表达的学科。
通过对微生物基因组的测序、比较分析和功能注释，可以了解微生物的遗传特性和功能。
2.微生物突变：微生物突变是指微生物在自然环境或实验室中发生的基因突变。
突变可以是基因变异、插入突变、缺失突变等，这些突变可能会导致微生物表型的变化。
3.微生物选择：微生物选择是通过对微生物的生长条件进行调控，选择出具有其中一种特定性状的菌株。
例如，可以通过对耐盐性的选择培养基进行培养，选择出具有耐盐性的微生物菌株。
5.基因工程微生物：基因工程微生物是指经过人工改造的微生物，具有特定基因表达或基因功能改变的能力。
基因工程微生物可用于生产重要医药、酶类、化学品等。
6.自然变异与人工选择：微生物在自然环境中会发生一定程度的自然变异，这些变异可以通过人工选择进行进一步改良。
例如，选择耐药性菌株进行生产抗生素。
7.反向遗传学：反向遗传学是指通过与传统遗传学相反的方式研究生物体的遗传特性。
利用反向遗传学可以探索微生物基因的功能和作用。
9.高通量筛选技术：高通量筛选技术是指通过自动化设备对大量微生物进行快速筛选和分析的技术。
这些技术可以大大提高筛选效率和准确性，用于微生物遗传育种中。
10.代谢工程：代谢工程是指通过改造微生物的代谢路径和基因表达调控来提高目标产物的产量和选择性。
代谢工程可通过基因工程、突变、选择和培养条件优化等手段实现。
11.微生物系统发育学：微生物系统发育学是研究微生物演化和亲缘关系的学科。
通过比较分析微生物基因组，确定其进化关系和分类地位。
以上是微生物遗传育种的一些基本知识点汇总。
微生物遗传育种是一个综合性学科，涉及到多个学科的知识和技术，对于改良微生物品种和开发新的微生物应用具有重要意义。
微生物学的主要分支
《微生物学的主要分支及其重要意义》微生物学是一门研究微生物的形态、结构、生理、遗传、生态等方面的科学。
随着科学技术的不断发展，微生物学已经形成了多个重要的分支，这些分支在不同领域发挥着至关重要的作用。
一、细菌学细菌学是微生物学的一个重要分支，主要研究细菌的形态、结构、生理、遗传、生态以及与人类和环境的关系。
细菌是一类微小的单细胞生物，具有多种形态，如球状、杆状、螺旋状等。
细菌的结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质、拟核等。
细菌的生理特性包括营养需求、代谢途径、生长繁殖等。
细菌的遗传物质主要是 DNA，通过基因突变、基因重组等方式进行遗传变异。
细菌在自然界中分布广泛，与人类的关系密切。
有些细菌是有益的，如乳酸菌可以发酵乳制品、双歧杆菌可以调节肠道菌群等；而有些细菌则是有害的，如病原菌可以引起人类和动物的疾病。
细菌学的研究对于预防和治疗细菌感染性疾病、开发新型抗生素、保护环境等方面具有重要意义。
二、病毒学病毒学是研究病毒的形态、结构、生理、遗传、生态以及与宿主的相互作用的科学。
病毒是一类非细胞型微生物，由核酸和蛋白质组成。
病毒的形态多种多样，有球状、杆状、蝌蚪状等。
病毒的结构简单，没有细胞结构，必须在活细胞内才能生存和繁殖。
病毒的遗传物质可以是DNA 或 RNA。
病毒可以感染人类、动物、植物等各种生物，引起多种疾病。
例如，流感病毒可以引起流行性感冒、艾滋病病毒可以引起获得性免疫缺陷综合征等。
病毒学的研究对于预防和治疗病毒感染性疾病、开发新型疫苗、了解生命起源等方面具有重要意义。
三、真菌学真菌学是研究真菌的形态、结构、生理、遗传、生态以及与人类和环境的关系的科学。
真菌是一类具有真正细胞核的微生物，包括酵母菌、霉菌和蕈菌等。
真菌的形态多样，有单细胞的酵母菌和多细胞的霉菌、蕈菌等。
真菌的结构包括细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核等。
真菌的生理特性包括营养需求、代谢途径、生长繁殖等。
真菌的遗传物质主要是 DNA。
真菌在自然界中分布广泛，与人类的关系密切。
微生物遗传学专家讲座
产毒素大肠杆菌是引发人类和动物腹泻主要病原菌之一， 其中许多菌株含有为一个或各种肠毒素编码质粒。
苏云金杆菌含有编码δ内毒素(伴孢晶体中)质粒
根癌土壤杆菌所含Ti质粒是引发双子叶植物冠瘿瘤 致病因子
微生物遗传学
第22页
(5) 代谢质粒（Metabolic plasmid）
质粒上携带有有利于微生物生存基因，如能降解一些基质 酶，进行共生固氮，或产生抗生素（一些放线菌）等。
T2噬菌体感染试验
微生物遗传学
第8页
3. 植物病毒重建试验
H. Fraenkel-Conrat (1956年)
证实杂种病毒蛋白质 外壳来自TMV还是HRV, 可用血清学反应判定
微生物遗传学
病斑特征和 病毒核酸一致
血清学反应说明病毒蛋 白质特征由核酸而定
证实核酸（RNA）是遗传物质基础第9页
二、遗传物质在细胞内存在部位和方式
质粒分子量小而轻易复性，并稳定存在于溶液中；染色体DNA分子量 太大，在复性过程中形成DNA之间交联造成其形成更大分子不溶性物 质。
⑤离心分离：经高速离心能够使细胞碎片和已变性菌体蛋白及染色
体DNA一起沉淀，上清液中主要是质粒DNA，经乙醇沉淀后，可取得 质粒DNA。
微生物遗传学
第14页
对于因为三种构型同时存在时造成多带现象（提取质粒时造成
降解质粒
将复杂有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用简单形式， 环境保护方面含有主要意义。
假单胞菌： 含有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物(苯)、农药
(2,4 dichlorophenoxyacetic acid)、辛烷和樟脑等能力。
TOL质粒：含分解甲苯基因；
CAM-OCT质粒：含分解樟脑辛烷基因
现代微生物遗传学
基因表达调控机制
转录水平调节
通过转录因子的作用，调节基因的转录起始 和效率，从而控制基因的表达水平。
转录后水平调节
通过影响mRNA的剪接、编辑、转运和稳定 性等过程，调节基因的表达水平。
翻译水平调节
通过影响蛋白质的合成速度和合成量，调节 基因的表达水平。
翻译后水平调节
通过影响蛋白质的修饰、定位和降解等过程， 调节基因的表达水平。
现代微生物遗传学
目录
• 微生物遗传学概述 • 微生物基因组学 • 微生物基因表达调控 • 微生物进化与物种形成 • 微生物遗传学应用
01 微生物遗传学概述
微生物遗传学定义
微生物遗传学是一门研究微生物基因 组结构、功能和演化的科学，主要关 注微生物的遗传物质、基因表达调控 、基因突变和重组等过程。
与基因组学相互补充，共同揭示微生物的生 物学功能。
基因组学应用
基础研究
生物技术
深入了解微生物的进化、分类和系统发育 等基础生物学问题。
改良微生物菌种，提高发酵产物的产量和 品质，推动工业生物技术的发展。
生物医药
环境科学
发掘新的药物靶点，发现具有生物活性的 小分子化合物，为新药研发提供支持。
研究微生物在生态系统中的作用，了解其 在污染物降解、环境修复等方面的功能。
3
利用现代生物技术，如高通量测序和生物信息学 分析，可以更深入地揭示物种形成的分子机制和 演化过程。
物种形成应用
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物种形成研究在生态保 护和生物多样性保护方 面具有重要意义，有助 于深入了解生物多样性
的形成和演化过程。
物种形成研究还与农业 、林业和渔业等领域密 切相关，有助于培育新 品种和改良现有品种。
微生物遗传学教学大纲
《微生物遗传学》教学大纲课程编码：生-0501-制适用对象：生物工程专业一、前言“微生物遗传学”是以微生物为研究对象，研究微生物遗传和变异的科学。
它是遗传学的分支学科，也是微生物学的分支学科。
它的建立和发展曾促进了遗传学和微生物学中的一些重大基本理论的阐明，也推动了分子生物学的发展。
该学科通过深入探讨微生物遗传与变异的本质，利用微生物遗传学的研究成果，能动地改造生物，为人类服务。
微生物遗传学是现代生命科学的重要理论基础，内容包括从Mendel和Morgan的经典遗传学到现代分子遗传学及遗传工程理论。
本课程要求学生掌握微生物遗传学的基本概念、基本知识和方法。
熟悉生物工程制药的原理与技术及其所涉及的遗传学理论与方法。
了解遗传学发展的最新动态及其应用。
总学时为36，其中讲课34学时，自学2学时。
学分2.0。
教材选用陈三凤、刘德虎编著的《现代微生物遗传学》，化学工业出版社2003年出版。
本课程是生物工程专业的必修课。
二、课程内容与要求第一章绪论（2学时）[基本内容]遗传学的定义、研究内容和任务。
遗传学的发展历史和新进展，遗传学的实践应用。
[基本要求]熟悉遗传、变异及遗传学的概念。
了解遗传学的发展及遗传学的应用。
第二章孟德尔定律（2学时）[基本内容]分离定律：分离定律的实例、分离规律的解释、实验验证方法、分离定律的实质、分离规律的意义与应用。
自由组合定律：自由组合定律的实例、自身组合规律现象的解释、实验验证方法、自由组合规律的实质、自由组合规律的意义与应用。
[基本要求]掌握分离规律和自身组合规律的实质，重要的名词概念。
了解孟德尔分离规律和自身组合规律现象的解释、验证方法、意义与应用。
第三章连锁遗传分析与染色体作图（2学时）[基本内容]连锁遗传现象的发现，连锁遗传的解释，重组频率的测定，交换及交换的细胞学证据，分离、自由组合和连锁定律之间的关系，影响交换的因素，多线交换与最大交换值，基因定位与染色体作图。
[基本要求]掌握与连锁交换有关的主要概念和交换值的测定方法。