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生物基因突变
生物基因突变生物基因突变是指在生物体的基因组中发生的突变现象。
基因突变可以是遗传物质DNA序列的改变，也可以是基因组的结构变异，甚至是染色体级别的变化。
这些突变可以是自发发生的，也可以是由外界因素引起的。
1. 自然发生的基因突变自然发生的基因突变是指在生物体繁殖过程中自然而然地发生的突变。
这些突变可能是由DNA复制过程中的错误导致的，或者是由DNA修复过程中的不完全修复引起的。
此外，环境辐射和化学物质等外界因素也可能导致基因突变的发生。
2. 人工诱导的基因突变人工诱导的基因突变是指通过外界手段有意诱发的基因突变。
科学家们可以利用物理、化学或生物学方法来人为地引起基因突变，从而改变生物体的性状。
例如，利用化学物质诱导植物突变，可以获得新的花色、叶形或者抗病性等特性。
3. 基因突变的影响基因突变可能对生物体的性状和功能产生明显的影响。
一些突变可能导致基因功能的完全丧失或改变，从而引起严重的遗传病变。
然而，有些基因突变可能只对生物体的某个性状产生轻微的改变，甚至毫无影响。
4. 基因突变在进化中的作用基因突变在生物进化中起着重要的作用。
基因突变的累积可以导致新的遗传变异，并为自然选择提供了遗传变异的物质基础。
一些有利的突变可能通过自然选择逐渐在种群中得以传播，并对物种的适应性产生重要影响。
5. 基因突变的应用基因突变在科学研究和应用中具有广泛的用途。
通过人工诱导基因突变，科学家们可以研究基因的功能和调控机制，揭示基因与性状之间的关系。
此外，基因突变还可以被应用于农业育种和基因治疗等领域，为人类社会带来巨大的经济和医疗效益。
总结：生物基因突变是生物体基因组中发生的突变现象。
它既可以是自然发生的，也可以是人工诱导的。
基因突变可以对生物体的性状和功能产生影响，而在进化中起着重要的作用。
此外，基因突变还在科学研究和应用中具有广泛的用途。
对于我们来说，了解基因突变的原因、影响和应用，有助于我们更好地理解生物的进化和生命的奥秘。
微生物基因突变的原理
微生物基因突变的原理微生物基因突变是指微生物基因组中发生的遗传信息的突变。
微生物是一类非常小型的生物，包括细菌、真菌、病毒等，它们的基因组也较小，通常只有几千至几百万个碱基对。
微生物基因突变的原理可以从以下几个方面来解释。
一、自然突变自然突变是指微生物基因组中发生的自然突变，其发生并不依赖外界的干预。
自然突变包括点突变、缺失、插入、倒位等多种类型。
自然突变的原因有多种，其中有些是由于DNA复制或修复过程中出现的错误引起的，例如碱基对替换、插入或缺失等；还有些是由于外界环境的影响，如放射线、化学物质等引起DNA 损伤，从而导致基因突变。
二、诱变剂诱发的突变诱变剂是一类可以增加基因突变发生率的物质，包括化学物质和物理因素。
化学诱变剂主要包括化学物质，例如亚硝酸盐、甲基磺酸甲酯等，它们可以直接引起DNA的损伤或改变DNA复制的准确性；物理诱变剂主要包括放射线、紫外线等，它们能够直接或间接地损伤DNA，引起基因突变。
诱变剂的作用机制是通过干扰DNA的复制、修复过程，引起DNA序列的改变，从而导致基因突变的发生。
三、DNA修复过程中的突变DNA修复过程是一种重要的维持基因组稳定性的机制，它能够修复DNA中的损伤，从而保证基因组的完整性。
然而，DNA修复过程本身也容易出错，导致基因突变的发生。
DNA修复过程中的突变主要包括修复过程的错误切除、错误配对等。
例如，在DNA复制过程中，DNA聚合酶可能会选择错误的核苷酸进行配对，从而引起基因突变。
四、转座子的活动转座子是一类能够在基因组中自由移动的DNA序列。
转座子的活动可以导致基因组中DNA序列的插入、删除或重新排列，从而引起基因突变。
转座子的活动是由转座酶催化的，它们能够识别DNA序列，并将其从一个基因位点转移到另一个位点。
转座子的活动是一个不可逆的过程，一旦发生，就无法恢复。
总而言之，微生物基因突变的原理是多方面的。
自然突变、诱变剂诱发的突变、DNA修复过程中的突变以及转座子的活动等都可以引起微生物基因突变的发生。
微生物的基因突变
微生物的基因突变
易位
易位指同源染色体之间部分连接 而交换。
一种情况是两条同源染色体相互 间进行部分交换，这种染色体交 换节段长短有时可能不等，当长 短不同时，会影响到染色体的外 形；另一种是一条染色体的部分 节段连接到另一非同源染色体上，
微生物的基因突变
碱基置换substitution
对染色体基因组来说，碱基置换仅是DNA结构的小损 伤microlesion与微改变，故称点突变point mutation。
碱基置换只涉及一对碱基被另一对碱基所替代。 以嘌呤类或嘧啶类碱基间的转换可称谓碱基转换与碱基 颠换两类
微生物的基因突变
移码突变frame-shift mutation
微生物的基因突变
3 突变的修复
突变的修复也是遗传信息稳定性的体现。 在诱变剂的作用下基因会发生突变。而突变和
修复形成一对矛盾。 这就象革命过程中传统旧势力和新生势力之间
微生物的基因突变
突变的特点
不对应：致突性状与诱突因子无对应性 自发性：性状突变可与人为诱变无关系 罕见性：突变虽自发，但却突变率极低 独立性：任何性状突变各自独立发生的 稳定性：突变子一旦形成是可以遗传的 可诱性：突变率可加大诱因而得以堤高 可逆性：既可正向突变又能回复变异之
微生物的基因突变
基因突变的具体类型
实验材料是大肠杆 菌和噬菌体
波动试验（fluctuation）
N代
N代
dilution phage
微生物的基因突变
波动试验说明
大肠杆菌对噬菌体的抗性突变体是在接 触噬菌体之前的生长繁殖过程中自发形 成，并稳定地进行传代，随着生长繁殖 到一定的培养阶段，在培养物中就有大 量的抗性个体产生。
微生物遗传育种课件,基因突变
3、一个基因的不同突变位点是在这个突变基因座位符号后，按分离先后次序 用数字来表示，如果不知道这些突变属于哪一个基因座位，则用“—”来代替。
如trp A 23,trp —54
4、表型特性同样用3个字母来表示，但第一个字母大写，以便于基因符号清楚 的区别。
第二章 基因突变和诱变育种
第一节 概述： 突变的定义及其分类
一、突变的定义
突变的概念最早是由荷 兰植物学家 H. de. Vries于 1901年提出的。他在自家的 菜地上找到一种野生型的拉 马月见草（Oenothera lamarckiana）这种植物具 有惊人的产生遗传新类型的 性质， de.Vries把这些新
5、细菌对抗生素和phage的抗性突变表示为r，野生型的菌对抗生素和phage均 为敏感型s，写突变体基因型可以写strr或str-r或strB strA，写表型时，Strr。
6、一般用“＋”表示一个座位野生型等位基因，“—”表示突变型等位基因， 一般不写“—”。
7、菌株用简单的序号表示，不同的实验室采用不同的英文字母作字首，菌株 编号不用斜体。一个菌株第一次在论文中出现时，应详细描述其基因型及相关 表型。
7、从基因突变所带来的表型改变来看分为选择性突变和非选择性突变。
选择性突变
营养缺陷型 抗性突变型 条件致死型
突变株 的表型
非选择性突变
形态突变型 抗原突变型 产量突变型
第二节 基因突变的规律
一、不对应性 即突变的性状与引起突变
的原因无直接对应关系。
第二节 基因突变的规律
1. 波动试验(Fluctuation test) 又称变量 试验或彷徨试验
微生物遗传育种课件,基因突变
基因突变可以增强微生物对恶劣环境条件或抗生素的耐受性。
基因突变在微生物遗传育种中的应用
产物优化
通过基因突变和筛选，可以优 化微生物产物的产量、质量和 稳定性。
药物开发
基因突变在微生物药物开发中 起到关键作用，提高药物的疗 效和稳定性。
环保应用
通过基因突变培养环境友好型 微生物，可以有效降解污染物 和提高废物利用率。
微生物遗传育种可以使用不同 的基因编辑技术，如CRISPRCas9，精确地修改微生物基因 组。
选择和筛选
遗传变异后，通过选择和筛选 优良的表型，可以获得带有所 需性状的微生物菌株。
基因突变定义与分类
点突变
点突变是指某个基因中发生了单个碱基改变 导致氨基酸序列发生变化。
缺失突变
缺失突变是指基因序列中的一部分碱基被删 除，导致氨基酸序列发生改变或缺失。
插入突变
插入突变是指在域。
倒位突变
倒位突变是指基因序列中的一部分碱基的顺 序被颠倒，导致氨基酸序列发生反向改变。
基因突变对微生物的影响
1 影响生长特性
基因突变可以改变微生物的生长速度、温度适应性和产物合成能力。
2 影响代谢途径
基因突变可以调节微生物的代谢途径，增加产物产量或改变产物种类。
常见的微生物遗传育种方法
自然选择
通过观察和选择微生物菌株的适应性变异来进行育种。
诱变育种
通过使用化学物质或辐射等方式诱发突变来获取所需性状。
重组DNA技术
使用重组DNA技术将外源基因导入微生物菌株中，实现目标基因的表达和功能。
微生物遗传育种的前景和意义
1 创新新材料
微生物遗传育种为开发新材料如生物塑料、生物燃料等提供了广阔的创新空间。
微生物的突变和诱变育种
(inversion)，也包括染色体数目的变化。
转座（因）子：在染色体组中或染色体组间能改变自身位置的一段 DNA顺序。 其跳跃过程往往导致DNA链的断裂或重接，产生重组交换、基因 启动或关闭，使突变发生。 转座（因）子主要有三类：IS、Tn、Mu。
2、自发突变
自发突变（spontaneous mutation） 是指生物体在无人工干预下自然发生的低频率 突变。 自发突变的原因:
组成酶变异株的筛选
诱导酶的生产需要诱导物，而且受到 诱导物的种类、数量以及分解产物的 影响。能迅速利用的碳源（如葡萄糖） 会引起酶合成的减少，诱导物有时又 比较昂贵。
生产成本提高
控制酶合成的调节基因发生了变异
诱导酶转变成组成型酶 具体的筛选方法有恒化器法、循环培养法和诱导抑制物法 • 恒化器法：恒化器常被用于微生物的“驯化”，添加不 能起诱导作用的低浓度底物，缓慢生长 • 循环培养法：利用不含诱导物的培养环境和含有诱导物的 培养环境进行交替循环培养待分离的菌悬液，从而使组成酶 变异株得到富集。 •诱导抑制剂法：加入诱导抑制剂如α-硝基苯基-β-岩藻 糖苷阻止某些诱导酶的合成
生长谱法（auxanography）
3）抗药性突变株的筛选
梯度平板法：
如：选育抗异烟肼的吡哆醇高产菌株
突变株：
①产生了可分解异烟肼的酶； ②能合成更高浓度的吡哆醇．（多） 获突变酵母的吡哆醇产量提高７倍．
方法：
10mL普通培养基→斜放→凝固→平放→ 10mL药物培养基 →凝固→涂诱变酵母→选厚药区菌落→检验
常用的浓缩方法有抗生素法、菌丝过滤法、差别杀菌法和饥饿法等。
目的：淘汰大量野生型，使营养缺陷型占的比例增加
• 进一步检出所需缺陷型
微生物基因突变
选择型突变：凡能用选择性培养基（或其他选择性培养条件）快速选择
出来的突变株。
营养缺陷型：丧失某种物质合成能力，无 法在基础培养基上生长。
抗性突变型 ：对化学药物或致死物理因子 产生抗性 条件致死突变型：某条件能正常生长，另 一条件却不能。如Ts突变株。
形态突变型:个体或菌落形态发生变异
丫啶类物质、丫啶氮芥衍生物
原理：插入DNA双螺旋相邻的碱基对之间，引起DNA分子插入或缺失一个或几 个碱基，造成遗传密码转录和翻译的错误。
吖啶类染料（吖啶橙等）和称为ICR的物质 都是有效的移码突变诱变剂。 细菌:ICR－191有效；
酵母菌:溴化乙锭有效
噬菌体:吖啶橙和5-氨基吖啶有效；
紫外线、快中子、X射线、β射线、γ射线、激光 物理因素中目前使用得最方便而且十分有效的是紫外线。
紫外线的作用原理
DNA对紫外线有强烈的吸收，在碱基中嘧啶（T，C）比嘌呤（A， G）更敏感。紫外线的作用机制是主要形成胸腺嘧啶二聚体，以改变DNA 生物活性，造成菌体死亡和变异。
光复活作用
把经 UV 照射后 的M立即暴露于可见
（一）突变类型
转换
置换 基因突变 颠换
移码突变（缺失或添加）
缺失
1、根据DNA 变化的范围分 染色体畸变
染色体结构改变
重复
倒位 易位
整倍性改变
染色体数目改变 非整倍性改变
（1）碱基置换： 一对碱基被另一对碱基所置换
转换：从一种嘌呤变到另一嘌呤 或从一种嘧啶到另 一嘧啶，可称为转换 ； 颠换：从嘌呤到嘧啶（A-C或G-T等）或从嘧啶到嘌 呤（C-G，T-A等），则称它为颠换。
（2）移码突变：DNA分子中一对或少数几对核苷酸增加或缺失而造成的基因突变 。
微生物基因突变
微生物基因突变具有普遍性、随 机性、低频性和不定向性等特点 。
基因突变的类型与频率
类型
微生物基因突变主要包括点突变、插 入突变、删除突变和复制滑动等类型 。
频率
基因突变的频率通常较低，但某些特 定条件下，如辐射、化学诱变剂等处 理，可以诱导基因突变率增加。
基因突变的意义与影响
意义
微生物基因突变在进化、生态、医学等方面具有重要意义。通过基因突变，微生物可以 适应不同的环境条件，增加物种多样性。同时，基因突变也是生物进化的重要驱动力。
03
微生物基因突变的检测 方法
基于表型的检测方法
抗药性筛选
通过在含有不同浓度抗菌药物的平板上培养细菌，观察菌落生长情况，筛选出 具有抗药性突变的菌株。
生长曲线测定
通过测定细菌在不同条件下的生长曲线，观察生长速度、生长量等表型变化， 判断是否存在基因突变。
基于DNA的检测方法
聚合酶链式反应（PCR）
通过特异性扩增目的基因片段，检测是否存在基因突变。
变性梯度凝胶电泳（DGGE）
通过凝胶电泳分离DNA片段，根据DNA片段的解链行为判断是否存在基因突变 。
基于蛋白质的检测方法
质谱分析
通过质谱技术对蛋白质进行定性和定量分析，检测是否存在 蛋白质表达异常或氨基酸序列变化。
免疫印迹法
通过特异性抗体检测蛋白质表达情况，判断是否存在基因突 变引起的蛋白质表达异常。
物理因素
紫外线
紫外线具有高能量，可以引起DNA链的断裂和交联，从而引发基因突变。紫外线还可以 导致DNA分子结构的变化，如形成嘧啶二聚体和嘌呤二聚体等，这些结构变化是导致基 因突变的主要原因之一。
电离辐射
电离辐射可以引起DNA链的断裂和交联，从而引发基因突变。电离辐射还可以导致DNA 分子结构的变化，如形成自由基和氧化物等，这些结构变化是导致基因突变的主要原因之 一。
微生物遗传一章基因突变
n
n
n
AB
Ab
Ab
AB
aB
ab
微生物遗传一章基A因B突变.aB.Ab.ab(T)
a
b
aB
Ab.ab.AB.aB(T)
第18页
假如二个基因同时都与着丝粒发生交换，依据一 样道理就有可能出现三种类型子囊： PD:T:NPD=1:2:1
基因连锁
基因不连锁
交换 四分体类型 不交换 PD
和着丝粒交换 四分体类型
微生物遗传一章基因突变
微生物遗传一章基因突变
第1页
第一节 微生物杂交和遗传体制
一.微生物遗传体制概念 1．杂交：
基因不一样个体或品种间经过接触使染色体重新搭配 （组合）而产生新个体过程叫杂交。而在杂交群体中进行 选育就叫杂交育种。
微生物遗传一章基因突变
第2页
2.微生物遗传体制
基因重组类别
基因重组
第四节 细菌接合作用
一、 细菌基因重组发觉和证实 （一）细菌基因重组发觉
（二）细菌基因重组证实 标识：
以基因发生突变特点来标识某菌株性质，这种突变基 因就称为该菌株标识（简单说突变基因表型就是标识）。
微生物遗传一章基因突变
第27页
A- B+ lac- ST T1S
完全培养基
A+ B- lac+SS T1T
微生物遗传一章基因突变
Ab
aB
Ab.Ab.aB.aB(NPD)
第17页
当二个基因有一个基因在染色体分离时与着丝粒之间发生交换，
而另一个基因未发生交换，则会出现一个类型子囊，即T型。
AB
ab
联会 A B ab
AB ab
微生物基因突变
由 C 变成 U 时，第一次 DNA 复制尿嘧啶不与鸟嘌呤而与腺 嘌呤互配，第二次复制后G:C转换为A:T； 当 G 变成 X 时，与以上两种情况不同，黄嘌呤仍然和胞嘧 啶配对。
1．试剂的配制 （1）1mol/L pH4.5醋酸缓冲液 称取醋酸 6.12g，加蒸馏水定容 100ml。称取醋酸钠 8.2g， 加蒸馏水定容 100ml。将醋酸钠溶液缓缓加入到醋酸溶液中， 搅拌均匀，调节pH至4.5，两者之比大约为1:1。 （2）0.1mol/L亚硝酸钠溶液 称取亚硝酸钠0.69g，加蒸馏水定容100ml。 （3）0.07mol/L pH8.6磷酸氢二钠溶液 称取磷酸氢二钠（Na2HPO4· 2H2O）1.246g，加蒸馏水定容 100ml。 以上试剂使用前均要灭菌。
3. 突变型基因的表示是在基因符号的右上角加“-”，如亮氨 酸缺陷型用leu -表示。抗药性基因是在基因符号的右上角加 上“r”表示抗性，加上“s”表示敏感。如str r表示链霉素抗 性。 4. 某一突变型基因的表型一般也用相应的正体三个字母表示， 不过第一个字母要大写。如乳糖发酵缺陷型基因用lacZ –表 示，其表型则需用LacZ-表示。 5. 当染色体上存在缺失时用“Δ”表示，缺失部分放在Δ符号的 括号中。如Δ（lac-pro）表示乳糖发酵基因到脯氨酸合成基 因这一段染色体发生了缺失。
三、基因的命名规则和符号
1966年，M. Demerec提出了大肠杆菌的基因命名规则，其要 点： 1. 每个基因用斜体小写的三个英文字母来表示，这三个字母 取自表示该基因特性的一个或一组英文单词的前三个字母。 如str 表示streptomycin链霉素抗性基因。
2. 产生同一表型的不同基因，在三个字母后用不同的大写斜 体英文字母表示。如trp 代表色氨酸基因，各个不同的色氨 酸基因分别用trpA、trpB 来表示。
微生物遗传第一章基因突变1
6、染色体上的缺失可以用Δ表示，缺失部位在Δ符号的 小括号中如Δ（lac pro)，质粒上缺失部位写在Δ符号 后面的中括号内Δ[ ] ； 7、质粒上的插入罗马字Ω表示，相互易位用T（1；6） 表示，非相互易位用T（1→ 6）表示； 8、菌株的名称：有些菌株带有多个突变基因，为了便于 管理和书写方便，往往用简单的序列表示，不同实验 采用不同的英文大写字母表示：如FD1004是复旦大学 的代号。 一个菌株在第一次论文中出现时应详细描述其 基因型及有关表型。基因型符号写出时，一般顺序 是先写营养方面的缺陷型，然后写糖发酵标记，抗 性标记，最后写象质粒一类的附加体以及在细菌中 的状态。
e.转座在同一复制子内转座，根据方向可以造成染色体断裂 或是发生染色体畸形； f.Tn被准确切除后使插入位点基因发生回复突变。Tn被非准 确切除后，有可能使近旁的染色体发生倒位，缺失等变异。
IS因子与Tn具有的共同特点：
a.都能在同一细胞从一个基因位点转移到另一个基因位点， 或从一个复制子上跳到另一个复制子上，当它转移到哪 一个基因内就会引起该基因突变。 b.它们不是一个独立从一个的复制单位（只是一个片段） 所以它们自身不能复制，也不能独立从一个细胞转移到 另一个细胞中去，只能在细胞内进行转移，但它可以借 助载体在细胞间进行转移。 C.在进行转移时，本身没有脱离原来的位置，而是在转移前 首先复制。因此，复制后的转座了一般不因发生转移而丢 失。
Mu噬菌体DNA分子结构示意图
IR
tnpA
tnpR
ampR
IR
R
转座子Tn3的基因图
共整合
TnpA
解离
TnpR
+
图 1-8 Tn3的转座过程
当一个细胞带有两个质粒，其中一个带有Tn3（用细线表示复制子，箭头表示 Tn3），另一个质粒不带有Tn3(用粗线表示）