微生物的基因突变
基因突变名词解释微生物
基因突变名词解释微生物
基因突变是指生物体的基因序列发生的改变。
它可以是单个碱基对的改变、插入或删除碱基对，或者是更大范围的基因重排或基因片段的引入。
基因突变可以导致基因功能的改变，进而影响生物体的性状和表现。
微生物是一类极小的生物体，包括细菌、真菌、原生动物和病毒等。
它们广泛存在于自然环境中，有些对人类和其他生物有益，有些则会引起疾病。
微生物具有巨大的生物多样性，对环境的生态系统功能和人类健康具有重要影响。
在微生物中，基因突变可以是自然发生的，也可以是人为引起的。
自然突变是在基因复制和传递过程中发生的错误，包括点突变、插入突变和缺失突变等。
人为引起的基因突变则是通过基因编辑技术，如CRISPR-Cas9，有意识地改变微生物的基因序列，以获得特定的性状或功能。
基因突变在微生物中可以导致各种生物学变化。
例如，细菌的抗生素抗性通常是由基因突变引起的，使它们能够抵抗抗生素的作用。
此外，微生物的代谢能力和病原性等特性也可能因基因突变而发生改变。
因此，研究微生物基因突变对于深入理解微生物的生物学特性和开发新的治疗方法具有重要意义。
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。
微生物的遗传与进化机制
微生物的遗传与进化机制微生物是一类极小的生物，包括细菌、真菌、病毒等多样的生物群体。
它们在地球上存在了数亿年，发挥着极其重要的生态功能。
微生物的遗传与进化机制对于理解生命的起源、生命的多样性以及抗药性等现象具有重要的意义。
本文将探讨微生物的遗传与进化机制的主要特点和重要意义。
微生物的遗传机制是指微生物在繁殖过程中遗传物质的传递和改变方式。
微生物的遗传物质主要是DNA（脱氧核糖核酸），其基本单位是核苷酸。
微生物的遗传机制主要包括基因突变、DNA重组和水平基因转移等。
基因突变是指在微生物细胞的DNA序列中发生的突然和持久的改变。
突变可以发生在基因组水平，即整个染色体的结构或数量发生改变，也可以发生在基因水平，即单个基因序列上的改变。
基因突变是微生物进化的重要因素之一，它们可以产生新的基因型和表型，从而使微生物适应环境的变化。
DNA重组是指微生物通过交换DNA片段来形成新的基因组组合的过程。
DNA重组可由多种机制实现，包括同源重组、非同源重组和转座子等。
同源重组是指在互相相同或相似的DNA序列间的重组，它常发生在染色体上的同源染色单体间。
非同源重组则是指发生在DNA序列间相互不同或不相似的重组事件，它常出现在染色体上的非同源染色体或异染色体间。
转座子是一类可在基因组内移动的DNA片段，其能够遗传和转移基因等功能。
水平基因转移（HGT）指的是微生物之间或微生物与宿主之间通过某些机制传递和交换基因。
HGT是微生物进化中的重要机制之一，它使得微生物之间可以共享和获取新的功能基因。
HGT的主要机制包括转化、转导和共轭。
微生物的进化机制是指微生物在长时间的进化过程中逐渐适应环境和产生新的形态和表型的机制。
进化机制主要包括突变、选择、演化和适应等。
突变是微生物进化的重要驱动力之一，突变可以导致新的基因型和表型的出现。
选择是指根据环境的变化对不同基因型和表型产生选择性贿赏，从而使有利的基因型和表型逐渐积累和扩散。
演化是微生物进化的长期过程，它是通过基因和表型的积累和传递来实现的。
第七章微生物的遗传变异和育种2
10-6~10-9
若干细菌某一性状的突变率
菌名
突变性状
突变率
Escherichia coil （大肠杆菌）
抗T1噬菌体
3×10-8
E．coil
抗T3噬菌体
1×10-7
E．coil
不发酵乳糖
1×10-10
E．coil
Staphylococcus aureus（金黄色葡 萄球菌）
S．aureus
抗紫外线 抗青霉素 抗链霉素
间接引起置换的诱变剂：
引起这类变异的诱变剂都是一些碱基类似物，如5-溴尿嘧 啶（5-BU）、5-氨基尿嘧啶（5-AU）、8-氮鸟嘌呤 （8-NG）、2-氨基嘌呤（2-AP）和6-氯嘌呤（6-CP） 等。它们的作用是通过活细胞的代谢活动掺入到DNA 分子中后而引起的，故是间接的。
（2）移码突变（frame-shift mutation 或phase-shift mutation）
（四） 基因突变的自发性和不对应性的证明
一种观点：突变是“定向变异”，是“驯化”，是由环 境因子诱发出来的；
另一种观点；基因突变是自发的，且与环境因素是不对 应的，后者只不过是选择因素；
1、 变量试验（fluctuation test） 又称波动试验或彷徨试 验。
2、涂布试验（Newcombe experiment） 3、平板影印培养试验（replica plating） 1952年，J．Lederberg夫妇
2、定向培育优良品种：指用某一特定因素长期处理某微生 物的群体，同时不断的对它们进行移种传代，以达到积 累并选择相应的自发突变株的目的。由于自发突变 的 频 率较低，变异程度较轻微，所以培育新种的过程十分缓 慢。与诱变育种、杂交育种和基因 工程技术相比，定向 培育法带有“守株待兔”的性质，除某些抗性突变外， 一般要相当长的时间
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 诱变育种
紫外损伤的光复活作用
DNA损伤的修复
切补修复 切补修复是在内切核酸酶、
外切核酸酶、DNA聚合酶以及 连接酶的协同作用下将嘧啶 二聚体酶切除去，继而重新 合成一段正常的DNA链以填补 酶切所留下的缺口，使损伤 的DNA分子恢复正常的修复方 式。由于整个过程不依赖于 可见光，所以切补修复也称 暗修复。切补修复几乎存在 于所有的微生物中。
也可用长了菌落的平板直接照射。 一般照射剂量4~10万伦琴。
此外还能引起染色体畸变，即因 染色体断裂引起染色体的倒位、 缺损和重组等。但发生了染色体
断裂的细胞常常不稳定。
化学诱变因素
化学诱变剂用量很少，诱变时设
备简单，只要一般实验室的玻璃 器皿就行，所以其应用发展较快。
碱基类似物
碱基类似物是指与DNA结构中的四种碱基 A、T、G、C在化学结构上相似的一类物 质。如5-溴尿嘧啶（BU）和5-溴脱氧尿
紫外损伤的切补修复
紫外线照射的操作方法
在暗室中安装的15瓦紫外线灯管最 好装有稳压装置，以求剂量稳定。
处理时，可将5毫升菌悬液放在直径 5厘米的培养皿中，置磁力搅拌器上， 使培养皿底部离灯管30厘米左右， 培养皿底要放平，处理前应先开灯 20~30分钟预热稳定。照射时启动磁 力搅拌器，以求照射均匀。
诱变育种
第一节基因突变
突变泛指细胞内（或病毒颗粒 内）的遗传物质的分子结构或 数量突然发生的可遗传的变化。
突变往往导致产生新的等位基 因及新的表现型。狭义的突变 专指基因突变，也称点突变， 而广义的突变则包括基因突变 和染色体畸变。
突变的几率一般很低，约为106~10-9。
突变是工业微生物产生变种 的根源，是育种的基础，但 也是菌种发生退化的主要原 因。
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。
基因突变在微生物研究中的应用
Tn10及mini-Tn10 Tn10为复合性转座子：长 9.3kb；中央区编码四环素 抗性基因；两侧为两个IS10。 转座频率为10-8 IS10两端有反向重复序列，是转座酶识别位点，中间编码转座酶，其中 IS10L中的转座酶无活性。 mini-Tn10：由IS10两端反向重复序列和中间的抗性基因组成，不编码转 座酶，转座需要有其它元件提供转座酶，转座后稳定，不再次发生转座。
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基因突变可引入生化阻断，利于阐明物质代谢途径
许多细菌的代谢途径是通过筛选突变菌株阐明的
基因突变是研究基因表达调控的主要手段之一
典型的例子就是大肠杆菌乳糖操纵子的发现和阐明
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酶的体内功能需要用突变菌株来鉴定
大肠杆菌DNA复制中有三种DNA聚合酶：I，II和III。体外检测发现
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设计高效的筛选方案
根据研究目的设计筛选方案。
化学诱变剂诱变的简便方法
在平板涂布初发菌株； 将诱变剂颗粒或沾有诱变剂 溶液的滤纸片放在平板中 央； 适合温度，保温培养一定 时间； 收集抑菌圈周围的菌体； 筛选目的突变株。
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采用转座子获得基因突变
总之，基因的功能研究离不开对突变菌株的研究，同突变菌 株的研究也同样需要体外酶学分析。
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基因突变可用于蛋白质与蛋白质的相互作用
有两个基因a，b，分别编 码：A蛋白与B蛋白。 基因a突变造成细胞丧失某 一功能。 如果A和B是完成这一功能 所必须的，也就是说如果A 和B之间存在相互作用，那 么就有可能在a基因的突变 体中筛选到b基因的突变， 并由于这一突变的出现，使 菌体恢复某一功能。 通过研究两者的突变位点，了解这两种蛋白的相互作用机制。
遗传学知识：微生物的遗传和抗生素
遗传学知识：微生物的遗传和抗生素微生物的遗传和抗生素随着人类对微生物的研究逐渐深入，我们发现了微生物在遗传学和抗生素方面的独特性。
这对于我们深入了解微生物，并在医学、农业等方面应用微生物具有重要的意义。
在本文中，我们将探讨微生物的遗传和抗生素。
微生物的遗传微生物的遗传是指微生物在自然条件下传递和维持遗传物质，包括基因突变、水平基因转移、嵌合病毒等多种遗传方式。
1.基因突变基因突变是微生物进化中最常见的遗传方式之一。
期间发生的单个核苷酸的改变，如碱基替换、插入、缺失等会影响基因表达和蛋白质编码，可能会导致微生物的繁殖不佳，或是让微生物对一些农药以及抗生素产生抗药性。
基因突变研究帮助人们理解抗生素抗药性的发生和发展，这种现象对医学卫生工作产生了重要的影响。
2.水平基因转移水平基因转移是指把遗传物质从一个细胞移动到另一个细胞的过程，是微生物进化和适应环境的最主要途径之一。
它包括转化、转导、共轭等多种方式，其中共轭是最普遍的水平基因转移方式。
共轭是常见的细菌间基因转移方式，它利用细菌质粒（plasmid）在不同菌株间进行基因信息交换，导致的结果是很多细菌耐受抗生素、产生致病因子等进行进化适应。
3.嵌合病毒嵌合病毒是一种在病原微生物中广泛存在的一种DNA或RNA分子。
它们可以在物种间传递，几个病毒或细菌之间产生“重组”现象，就像人类DNA产生突变一样。
而这种嵌合可以导致一些病原微生物对抗生素的抗药性。
微生物遗传学的研究有助于人们更深入地了解微生物在抗药性和感染等方面的演变历程，以便更好地对抗它们。
抗生素抗生素是指一类具有抑制、破坏或杀死细菌、真菌、原虫等微生物的药物。
抗生素的发现和使用已经对人类健康产生了深远的影响。
但是抗生素不是万能药，其中一个重要的原因就是因为微生物抗药性的发展和加强。
现在的医学专家都强调过度使用抗生素可能会带来严重的后果，例如一些菌株的抗药性会逐渐增强，这种情况可能导致严重的流行病而无法治愈。
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 。
基因突变对病原微生物传染性与耐药性的影响
基因突变对病原微生物传染性与耐药性的影响基因突变是指DNA序列发生一定的突变或改变，这可能导致基因编码的蛋白质结构或功能的改变。
在病原微生物中，基因突变可以对传染性和耐药性产生重要影响。
本文将讨论基因突变对病原微生物传染性和耐药性的影响。
在传染性方面，基因突变可以影响病原微生物的生长、复制和传播。
突变可能导致病原微生物的形态学特征、毒力因子的表达和细胞凋亡调节的改变。
例如，HIV突变可能导致病毒的外膜蛋白GP120结构发生变化，从而改变病毒与宿主细胞受体CD4的结合能力，影响其传染性。
此外，基因突变也可能导致病原微生物屏蔽免疫系统的能力改变，使得它们更容易逃避宿主免疫系统的攻击，从而增加传染性。
对于耐药性来说，基因突变是病原微生物抗药的重要因素之一。
突变可能会影响病原微生物对抗生素和其他药物的敏感性。
例如，细菌的突变可能导致其对特定抗生素的靶标蛋白结构发生改变，使得抗生素无法结合并发挥作用。
此外，基因突变还可能影响病原微生物对抗生素的摄取、外排机制以及修复与保护机制。
基因突变对传染性和耐药性的影响可以通过以下途径实现：1. 突变导致蛋白质功能或结构的改变：病原微生物的蛋白质编码基因突变可能导致蛋白质结构或功能的改变，进而影响病原微生物的传染性和耐药性。
例如，细菌突变可能导致酶的结构变化，从而使其在抗生素的作用下产生耐药性。
2. 突变改变基因表达水平：病原微生物的基因突变可能导致基因表达水平发生变化。
这可能会影响病原微生物的传染性和耐药性。
例如，病毒突变可能导致其转录因子结合位点的改变，进而影响病毒的基因表达，从而影响其传染性和耐药性。
3. 突变引起抗药基因的出现：病原微生物的基因突变可能导致新的抗药基因的产生。
这些抗药基因可能会导致病原微生物对抗生素和其他药物的耐药性增加。
例如，细菌突变可能导致抗生素降解酶的产生，使细菌获得对抗生素的抵抗能力。
虽然基因突变对病原微生物传染性和耐药性具有重要影响，但我们应该认识到基因突变并不是病原微生物传染性和耐药性的唯一因素。
微生物变异
微生物的基因组小（DNA链短），而且大多处于活动状态。
基因突变一般是单个DNA分子发生变化。
基因组小的话单个分子变化对基因组的影响就大。
而且细菌是单细胞生物，靠分裂繁殖，一旦突变必然会遗传给子代。
相对而言高等动物的基因组比较大，而且大部分不活动，还有很多非功能区，单个分子变化对基因组的影响就小。
而且高等动物靠生殖细胞繁殖，只有生殖细胞发生突变，变异才会遗传。
其他细胞发生突变不会遗传到子代。
达尔文的《物种起源》一书中提出：任何生物都是在不断进化的，都存在着变异。
然而微生物的变异在自然界中可以说是独树一帜，没谁能比得上。
在自然条件下或人为因素的影响下，“儿子”会变得比“老子”更加历害，本领更为强大，而且这些本事还会一代一代往下传。
并且说变就变，又迅速又彻底。
这一切均与微生物的构造有关。
微生物的结构十分简单，没有植物那样的根、茎、叶，也不像动物有各种复杂的系统，微生物多是单细胞或是由单细胞构成的群体，变异相对简单得多。
微生物的变异对人类来说有利也有害。
比如抗药性的产生对人类就十分有害，致病菌产生抗药性，我们就不得不研制新药来对付它们，这样就会消耗掉人类宝贵的资源和财富。
当然，有些微生物的变异对人类还是有利的。
比如各种为人类服务的微生物们在产生变异后，能加大微生物工业品的产量和质量，在单位时间内的原料利用率增加，会给人类带来更多更好的食品。
了解了变异的双重性后，人们就可以人为地控制微生物的变异，让微生物们更好的为人类工作。
2023年微生物的突变和诱变育种题库
单项选择题1.知识点：1(微生物的突变) 难易度：容易认知度：识记下列选项中不属于微生物基因突变的特性的是 ( )。
选项A）自发性选项B）非相应性选项C）稀有性选项D）不可逆性答案：D2.知识点：1(微生物的突变) 难易度：容易认知度：识记基因突变的种类有很多，下面有哪一项不属于基因突变 ( )。
选项A）营养缺陷选项B）抗性突变选项C）产量突变选项D）饰边答案：D3.知识点：1(微生物的突变) 难易度：较难认知度：认知不能在基本培养基上正常生长繁殖的变异类型为（）。
选项A）野生型选项B）营养缺陷型选项C）条件致死突变型选项D）R因子答案：B4.知识点：1(微生物的突变) 难易度：容易认知度：认知营养缺陷型菌株是指 ( )。
选项A）有营养不良症的菌株选项B）培养基中缺少某种成分才干生长良好的菌株选项C）培养基中营养成分缺少时获得的菌株选项D）丧失了合成某种营养成分能力的菌株答案：D5.知识点：1(微生物的突变) 难易度：容易认知度：认知已知DNA的碱基序列为CATCATCAT，经突变改变为CAACATCAT：该突变属于（）选项A）缺失选项B）插入选项C）颠换选项D）转换答案：D6.知识点：1(微生物的突变) 难易度：容易认知度：认知已知DNA的碱基序列为CATCATCAT，经突变改变为CATACATCAT：该突变属于（）选项A）缺失选项B）插入选项C）颠换选项D）转换答案：B7.知识点：1(微生物的突变) 难易度：容易认知度：认知切除修复过程的酶为（）选项A）核酸内切酶和核酸外切酶选项B）核酸内切酶、核酸外切酶、DNA连接酶和DNA聚合酶选项C）核酸外切酶和DNA连接酶选项D）阻遏蛋白酶、核酸内切酶、核酸外切酶和DNA连接酶答案：B8.知识点：1(微生物的突变) 难易度：容易认知度：认知SOS过程涉及到基因是（）选项A）recA选项B）nosZ选项C）nirS选项D）nifH答案：A9.知识点：1(微生物的突变) 难易度：容易认知度：认知下列属于染色体畸变的是（）选项A）染色体缺失选项B）染色体置换选项C）染色体转换选项D）染色体颠换答案：A10.知识点：1(微生物的突变) 难易度：适中认知度：应用筛选细菌营养缺陷型时，为了提高筛选工作效率，经常在培养基中加入一定量的青霉素，以浓缩营养缺陷型，这一实验所用的培养基必须是 ( )。
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。
微生物基因突变在环境变迁中的作用
微生物基因突变在环境变迁中的作用随着人类社会的不断发展，环境的变迁成为了一个不可避免的问题。
这些变化可以是气候的变化、环境的污染以及生态系统的破坏等等，这些都会对生物的生存产生影响。
微生物基因突变则是在这些变化中扮演着一个重要的角色。
在这篇文章中，我将会讲述微生物基因突变在环境变迁中的作用。
1. 微生物基因突变的意义在生物世界中，每个物种都有着自己独特的基因组，这些基因组决定了生物在环境中的生存能力以及传递遗传信息。
然而，由于环境的不断变迁，生物需要适应这些变化才能够生存下去。
微生物基因突变的出现就是一个响应环境变化的生物进化策略。
微生物的基因突变使得生物可以适应一些新的环境变化，例如适应新气候条件、抗生素的表达变化、对新营养物的利用能力等等。
2. 微生物基因突变的类型微生物基因突变通常可以分为以下几个类型：(1)点突变。
这是一种最常见的突变类型。
点突变可以是多种形式，例如碱基替换、插入和缺失等。
(2)插入突变。
插入突变是指在基因位置中插入一个新的碱基，从而改变基因序列。
(3)缺失突变。
缺失突变是指基因中一个或多个碱基序列删除，从而导致基因表达的改变。
(4)倒位突变。
倒位突变是指基因序列中的DNA片段倒置，从而改变基因的结构。
通过这些基因突变方式，微生物能够适应环境变迁的需要，并且提高其在环境中的生存能力。
3. 微生物基因突变在抗药性中的作用近年来，抗药性的问题已经变得越来越严重。
传统的抗生素使用已经不能解决这些问题，因为微生物对抗生素产生了抗性。
针对这些问题，微生物基因突变已经成为了一种战胜抗生素抗性的方法。
当微生物暴露在抗生素环境中时，会产生一些抗生素代谢产物，这些代谢产物可以通过如质粒转移等途径导致其他微生物获得抗性。
如果微生物发生了突变，其细胞壁、酶、膜等等都可能发生变化。
通过这些变化，微生物可以对抗生素产生抗性。
例如，由于青霉素对革兰氏阳性细菌有着很强的杀伤作用，因此这些细菌就会突变产生酶，以摆脱青霉素对其的杀伤性影响。
微生物复习
第一章绪论一、概念微生物育种：根据微生物遗传学原理，采用人工方法引起微生物变异或形成新的杂种，从中选育出符合要求的优良变种。
RNA种类：信使RNA（mRNA）\核糖体RNA（rRNA）、转运RNA（tRNA）DNA体外复制所需成分：DNA模板、4种Dntp、引物、聚合酶、缓冲液。
终止密码子有3种，分别是：UAA UGA UAG. 。
其中UAA是绝对终止密码子。
第二章：微生物基因突变突变是指生物的遗传物质-DNA的分子结构发生改变而产生遗传性变异。
一、基因的命名规则和符号（会认，会写）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stroptomycin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。
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表示链霉素抗牲。
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。
二、基因突变的类型1 形态突变型：指细胞形态发生变化或引起菌落形态改变的突变型。
如：失去产生孢子、荚膜和鞭毛的能力。
2 生化突变型：没有任何形态效应的突变体。
常见的是营养缺陷型，由于代谢过程的缺陷，其生长必需在培养基中加入某种物质。
抗药性突变也是这种类型。
营养缺陷型：野生型菌株由于基因突变而丧失合成一种或几种生长因子的能力的突变株。
3 致死突变型：由于基因突变而造成个体死亡或生活能力下降的突变型。
微生物课件(周德庆)第七章Part 2 基因突变和诱变育种
一、基因突变l基因突变l突变率l突变的类型l突变的特性l基因突变自发性和不对应性的证明l基因突变的机制l紫外线对DNA的损伤和修复（一）基因突变：简称突变，是指生物体的遗传l基因突变（mutation ）：简称突变，是物质的分子结构突然发生的可遗传的变化。
染色体畸变——细胞学上可以看到染色体的变化l突变点突变——细胞学上看不到遗传物质的变化l突变株（mutant）：发生了突变的微生物细胞或菌株。
l野生型（wild type）：从自然界分离到的任何微生物在其发生突变前的原始菌株。
（二）突变率u每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率，称突变率。
如突变率为10-8指该细胞在1亿次分裂过程中，会发生一次突变。
u为了方便常用每一单位群体在每一世代中产生突变株的数目来表示。
u自然界中微生物发生自发突变的频率很低，约10-6-10-9范围内。
其它基因的突变率。
在同u突变是独立的。
某一基因发生突变不会影响基因一个细胞中同时发生两个基因突变的几率是极低的，因为双重突变型的几率只是各个突变几率的乘积。
（三）突变类型l突变的类型很多，从实用的目的出发，按突变后极少数突变株的表型是否能在选择性培养基上加以鉴别来区分。
突变株的表型选择性突变型（株）非选择性突变型（株）营养缺陷型（株）抗性突变型（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）选择性突变株（selective mutant）：具有选择标记（如营养缺陷性、抗性突变型、条件致死突变型），只要选择适当的环境条件，如培养基、温度、pH值等，就比较容易检出和分离到。
非选择性突变株（non-selective mutant）：无选择标记（如产量突变型、抗原突变型、形态突变型），能鉴别这种突变体的唯一方法是检查大量菌落并找出差异。
主要突变型u营养缺陷型（auxotroph）：某一野生型菌株由于发生基因突变而丧失一种或几种生长因子的合成能力，因而无法在基本培养基上正常生长繁殖的变异类型。
微生物菌种的选育和保藏--基因突变
三、基因突变
2 基因突变类型-按表型分类 ➢ 营养缺陷型：因突变而丧失产生某种生物合成酶的能力，并因而成为必须在培养基中添 加某种物质才能生长的突变类型； ➢ 抗性突变型：因突变而产生了对某种化学药物或致死物理因子的抗性； ➢ 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 繁殖的突变型；如E.coli的某些菌株37℃下生长，42℃不能正常 生长；
三、基因突变
4 基因突变的特点-自发性和不对应性的证明 ➢ 涂布试验：12只平板上各涂数目 相等的敏感于噬菌体T1的E.coli， 培养5h后6皿直接喷上T1，另6皿 涂布混匀后再喷T1，培养过夜后 发现重新涂布后的6皿上长出的抗 性菌落数比未经涂布的平皿上高得 多； ➢ 试验结果：如果是接触T1后才产 生抗性菌落，涂布与未涂布的平板 上抗性菌落数应该一样多；故 E.coli在接触噬菌体之前某次细胞 分裂过程中已自发产生突变；
微生物学基础
单元八 微生物菌种的 选育和保藏
项目一 微生物菌种的选育
三、基因突变
１
基因突变概述
➢ 基因：是一段具有特定功能和结构的连续DNA片段，是编码蛋白质或RNA分子遗传信息
的基本遗传单位；它能控制遗传性状的发育，也是突变、重组、交换的基本单位；
➢ 突变：指生物体的表型突然发生的可遗传的变化；
三、基因突变
5 基因突变的机制 ➢ 基因突变的原因多样，可以是自发的或诱发的，诱变又可分为点突变和畸变，归纳如下：
三、基因突变
5 基因突变的机制-诱发突变 ➢ 诱发突变中的诱变剂：凡能提高突变率的任何理化因子，称为诱变剂；种类多，作用方 式多； ➢ 碱基置换：✔属于一种染色体的微小损伤，一般也称点突变；它只涉及一对碱基被另 一对碱基所置换；分为转换和颠换； ✔转换：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：一个嘌呤被一个嘧啶,或是一个嘧啶被一个嘌呤所置换；
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35
五）诱变和致癌作用
1. 诱变剂的作用： Mutagenesis and carcinogenesis 2. 诱变剂的检测： Ames test 通过鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）
组氨酸缺陷型（his -）的回复突变来确定
36
Ames test
37
二. 物理诱变剂 非离子辐射：如紫外线
插入碱基 缺失碱基
新合成链环出
亲本链环出
增加碱基
减少碱基
16
移码突变产生的效应： 编码区 改变蛋白的阅读框 非编码区 改变蛋白的数量
17
二. 碱基的脱嘌呤或脱氨基作用
脱嘌呤：空位随机插入碱基，引起突变。 脱氨基：如5mC → T
5mC : G T:A
18
突变数 10 20 30 40
突变热点
50 100 150 200 250
41
第五节 DNA损伤的修复
42
光复活修复 错配修复 无碱基修复 核苷酸和碱基切除修复 复制后修复
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一. 光复活修复（photoreactivation）
经紫外线照射后的微生物若立即暴露于可见光下时， 可明显降低其死亡率。
光复活修复：
光解酶 可见光 打开T=T，恢复单体
44
二. 错配修复（ mismatch repair ）
6
第二节 突变体的类型和分离方法
7
一. 突变体的类型
1. 形态结构突变体 2. 生理生化突变体 3. 抗性突变体 4. 其他突变体
8
二. 突变体的分离和检测方法
1. 筛选（screen） 2. 选择（selection） 3. 富集（enrichment） （反选择）
9
灭菌丝绒 覆盖的圆盘
主平板
变异（variation）：由基因控制的、对环境具有适 应性的表型差异。
突变体（mutant）：携带某一突变基因，并表现出 相应表型的细胞或个体及其后代。
4
二. 基因突变的特点
1. 随机性 2. 稀有性 3. 可逆性 4. 可诱发性 5. 有突变热点
5
三. 研究基因突变的意义
认识基因的存在和功能 研究复制、表达、基因表达调控 生物育种
影印平板筛选技术
影印平板 （完全培养基）
Lys-
有菌落
无菌落
使用某种诱变 剂处理的细胞
影印平板 （无赖氨酸培养基）
10
抗性选择技术
含药物的培养基
11
第三节 自发突变的分子机制
12
Байду номын сангаас
• DNA复制错误 • 碱基的脱嘌呤或脱氨基作用 • 转座因子 • 重组错误
突变
点突变
碱基置换（转换 颠换） 移码突变（缺失 插入）
染色体畸变：缺失、重复、倒位、易位
13
一. DNA复制错误
一）碱基互变异构体导致碱基置换 酮式→烯醇式，氨基式→亚氨基式
14
碱基置换产生的效应： 沉默突变 UAC→ UAU （Try ） 无义突变 UAC→ UAG 错义突变 UAC→ AAC （Try → Asn）
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二） DNA环出或跳格导致移码突变
基因型
蛋白质相互作用
表型
A+B+
野生型
A-B+
突变型
A- B-
互作抑制突变
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第四节 诱发突变的分子机制
28
诱变剂（mutagen）
化学～ 物理～ 生物～
29
一. 化学诱变剂 一）碱基类似物 如5-BrU，类似T
5-BrU : A 5-BrU : G 结果：在复制中引入突变，AT→ GC 原因：通过酮式和烯纯式转变而诱发突变
21
五. 突变的回复和抑制
同位回复突变
回复突变
基因内抑制
异位回复突变
（抑制突变） 基因间抑制
置换抑制 移码抑制
信息抑制 互作抑制
22
一）基因内抑制 1. 置换抑制
第一位置突变导致一氨基酸替换 第二位置突变改变另一氨基酸，回复了蛋白质的构
像、稳定性和活性 如 色氨酸合成酶TyrA蛋白
23
210位突变
第十章 微生物的基因突变 （Microbial Mutation）
1
内容
• 突变的概念 • 突变的类型和分离方法* • 自发突变的分子机制*＃ • 诱发突变的分子机制*＃ • DNA损伤的修复#
2
第一节 突变的概念
3
一. 突变和变异
突变（mutation）：可以通过复制而遗传的DNA结 构的任何改变。
174位突变
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2. 移码抑制 在移码突变的附近增加（删除）碱基， 恢复蛋白质阅读框
25
二）基因间抑制 1. 信息抑制
由于翻译信息的改变，而 将正常氨基酸插入到突 变位置，恢复蛋白功能 如 tRNA基因突变
tRNATry
GUA
3’-GAU-5’ 3’-CAU-5’ mRNA
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2. 互作抑制
多亚基蛋白质的活性取决于：各亚基的一级结构； 各亚基之间相互作用形成的高级结构
30
31
二）碱基修饰剂
烷化剂：如甲基磺酸乙酯 脱氨基诱变剂：如亚硝酸 其他：如羟胺 修饰碱基，强力诱变剂 在复制中和静止中都可引入突变
32
三）插入诱变剂
吖啶橙类： 溴化乙锭：
片状分子，插入到两碱基对之间，引起移码 突变
33
四）体外定点诱变 （in vitro site-specific mutagenesis ） Oligonucleotide mismatch mutagenesis
辐射 离子辐射：如X-射线， -射线
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紫外线诱变： 碱基吸收峰 260nm 1. 相邻的T交联，形成T=T
2. DNA聚合酶不能识别T=T，将导致错误碱 基的插入而引起突变
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三. 生物诱变剂 参与诱变的生物大分子
DNA分子：转座因子、病毒DNA等 DNA重组酶 修饰酶
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转座因子诱变： 如转座子 Tn5和Tn10 转座子标签技术（transposon tagging） 1）诱变，初筛突变体 2）分离不同表型的突变体 3）分离插入突变的基因
在DNA复制后清除错配碱基，受甲基化调控 1. 甲基化酶（亲代链GATC甲基化） 2. mutH、mutL、mutS （未甲基化链上的错配碱基，
切开一缺口） 3. 外切核酸酶（切除） 4. DNA聚合酶 5. 连接酶
45
错配修复
46
三. 无碱基修复（ AP repair ） 作用于DNA链上失去碱基的位置 AP内切核酸酶（切除糖基） 其他酶
与某一基因的核苷酸序列有关 基因上的距离
如5mC含量较多
5mC : G
脱氨基
300 bp
T:A
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三. 转座因子
转座导致基因改变
Tn 插入
gene
基因序列被破坏
mRNA
活性肽 无活性的肽
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四. RNA基因组的突变
许多病毒：RNA基因组 突变速率是DNA基因组的1000倍以上 除RNA复制酶的校正外，无过多修复机制