第五章 微生物基因工程育种
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高二生物下册：第五章第三节知能过关演练
1．发酵工程中选育优良品种的方法有多种，其中能定向培育新品种的方法是()①人工诱变②基因移植③细胞杂交④杂交育种A．①②B．②③C．③④D．①④解析：选B。
选育优良品种的方法有多种，人工诱变的特点是不定向，有利的突变少，需大量处理供试材料。
基因移植、细胞杂交(细胞融合)可定向改良品种，杂交育种的基本原理是基因重组，变异也是不定向的。
2．下面对发酵工程中灭菌的理解不．正确的是()A．防止杂菌污染B．消灭杂菌C．培养基和发酵设备都必须灭菌D．灭菌必须在接种前解析：选B。
灭菌是微生物发酵过程的一个重要环节。
A项说的是灭菌的目的，因为发酵所用的菌种大多是单一纯种，整个发酵过程不能混入其他微生物(杂菌)，所以是正确的；B项是错误的，因为灭菌的目的是防止杂菌污染，但实验操作中不可能只消灭杂菌，而是消灭全部微生物。
C项是正确的，因为与发酵有关的所有设备和物质都要灭菌；发酵所用的微生物是灭菌后专门接种的。
D项也是正确的，灭菌必须在接种前，如果接种后再灭菌就会把接种菌也杀死。
3．关于单细胞蛋白叙述正确的是()A．是从微生物细胞中提取的蛋白质B．通过发酵生产的微生物菌体C．是微生物细胞分泌的抗生素D．单细胞蛋白不能作为食品解析：选B。
解答此题需从如下两方面入手分析：第一，单细胞蛋白是利用淀粉或维生素的水解液、制糖工业的废液、石化产品等为原料，通过发酵获得大量的微生物菌体，所以不是特指微生物的某种蛋白质或抗生素；第二，单细胞蛋白含有丰富的蛋白质，如真菌蛋白可作为食品。
4．(2011年四川达州高二检测)基因工程培育的“工程菌”通过发酵工程生产的产品有() ①石油②人生长激素③紫草素④聚乙二醇⑤胰岛素⑥重组乙肝疫苗A．①③⑥B．②⑤⑥C．③⑤⑥D．②③⑤解析：选B。
工程菌或工程细胞是利用基因工程技术或细胞工程技术培育出的能生产人类所需产品的细胞株系，而正常条件下这些微生物或细胞是不能直接产生这些产物的。
5．(2010年北京东城区抽查)下列各曲线表示在发酵罐中培养酵母菌时，各种环境因素对酵母菌繁殖速率的影响，其中不．正确的是()解析：选C。
食品微生物 第5章 微生物遗传变异与菌种选育第二节
携带供体部分遗传物质（DNA片段）的噬菌体称为 转导噬菌体。
普遍性转导
细菌转导的二种类型：
特异性转导
1、普遍性转导（generalized transduction）
通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段 DNA进行误包，而将其遗传性状传递给受体菌的现象，称普遍 性转导。 (1) 意外的发现
保藏期 3-6 月
1-2 年 1-10 年 5-15 年
菌种保藏机构
ATCC采用的菌种保藏法：
（ American Type Culture Collection ，美国典型菌种保藏中心）
冷冻干燥保藏法 液氮保藏法 CCCCM采用的菌种保藏法：
（ China Committee for Culture Collections of Microorganism， 中国微生物菌种保藏委员会）
转化（transformation）
转化：受体细胞直接吸收供体细胞的DNA片段, 并与其染色 体同源片段进行遗传物质交换，使受体细胞获得新的遗传性 状的现象。
转化因子
吸附吸收
受体细胞 高1000倍 感受态
整合
转化子
(2) 转化过程
供体(strR)
ds DNA
感受态受体(strS) 酶解与吸收单链
将遗传性状不同的两种菌（种内、间、属间）融合 为一个新细胞的技术。
五、基因工程技术用于工业菌种改良
基因工程技术：基因操作、基因克隆、DNA重组。将含 目的基因DNA片段经体外操作与载体连接，转入一个受 体细胞并使之扩增、表达的过程。
•目的基因 •载体选择 •体外重组 •导入细胞 •筛选 •鉴定
分离、合成、逆转为cDNA、PCR扩增等 质粒、噬菌体、病毒
微生物育种ppt课件
出发菌株的纯化
纯种分离方法，常用划线分离法和稀释平板法。
在诱变育种中，出发菌株的纯化虽然是辅助手段，但 它是不可缺少的技术步骤，例如前面的例子中，灰黄 霉素变种B-53，经自然分离，获得的变株C-04的产 量比前者显著提高。 ▲
组织松,生长速度快
C-2 UV
C-3 NM C-4 X射线 C-7 UV+Lф C-8 UV C-15 NTG C-17 EMS C-19 NS C-20 EMS
213
548 829 1120 1610 2630 3028 3223 4000 8-11.5 7-8 6-8 4-5 4.5-5.2 8-9 8-9 乳白 柠檬黄 柠檬黄 柠檬黄 鹅黄 (边缘柠檬黄) 乳黄 粉玉色
一代诱变约需2～3个月
突变的机制
碱基置换（转换 颠换）
点突变 移码突位、倒位 突 变
自发突变
第一节 诱变育种
诱变育种：是以人工手段诱发微生物基因突变，改变其遗传 结构和功能，从中筛选出产量高、性状优良的突变株， 并 设计出适合该突变株最佳的培养基和条件，使其在最适的工 艺条件下最有效地合成产物。
当的知识和全面的了解。
2.
诱变育种工作量大，周期长，对一般周期为7～
10天的抗生素菌种来说，一代诱变需2～3月，因此 事先需作好充分准备，如全面了解菌种培养特征 和生化特征，以及有关培养条件对其影响等，最 后再进行严密设计，确定正确的选育程序和方法。
诱变育种的步骤 •出发菌株的选择与纯化 •单孢子（单细胞）悬液的制备 •诱变剂及诱变剂量的选择 •诱变处理方法 •高产菌株的分离
4、能诱变产生遗传性变异 5、产量高、收得率高
高产突变是一种数量遗传，是由多基因决定的，产量的提 高，需要通过多代诱发突变逐渐积累 诱变是不定向的，会产生各种突变体，从中筛选出复合要 求的菌种是诱变育种中一项重要而艰苦的工作
第五章基因工程育种-微生物遗传育种PPT课件
1、优点
➢ 遗传学背景十分清楚
➢ 载体容量大，~23kb
➢ 具有较高的感染效率
2、类型
➢ 插入型载体:较小片段DNA的插入（10kb以内）；
➢ 取代型载体：较大片段DNA的插入；
➢ 重组DNA分子大小为l噬菌体DNA的75～105％； 野生型λDNA为 48kb，λ噬菌体的包装上限是 51kb。编码必要基因的DNA区段占28kb，因此λ 载体克隆外源DNA的理论极限值应是23kb。
限制酶识别序列的特定碱基，使之甲基化。
-
5
2、限制性核酸内切酶的类型
特性
Ⅰ型
Ⅱ型
Ⅲ型
功能
限制、修饰
限制
限制、修饰
蛋白质结构 3种不同亚基 单一成分
2种不同亚基
所需辅助因 ATP, Mg2+, SAM 子
识别序列 切割位点
EcoB: TGA(N)8TGCT
距识别位点至少 1000kb处随机 切割
Mg2+
-
8
（2） 切割： 产生平末端：SmaI
5’-CCC↓GGG-3’ 3’-GGG↑CCC-5’
5’-C TGCA ↓ G -3’
产生3’-OH单链粘性末端: PstI
3’-G ↑ ACGT C-5’
产生5’-P单链粘性末端: EcoRI 5’-G↓AATT C -3’
3’-C TTAA ↑G-5’
HindI，HindII，HindIII：从Haemophilus influenzae d菌株获得
-
7
4、Ⅱ型限制性核酸内切酶的基本特征
（1）识别序列：一般4~8bp，具有二重旋转 对称轴，序列呈回文结构 ( palindromic structure )
➢ 遗传学背景十分清楚
➢ 载体容量大，~23kb
➢ 具有较高的感染效率
2、类型
➢ 插入型载体:较小片段DNA的插入（10kb以内）；
➢ 取代型载体：较大片段DNA的插入；
➢ 重组DNA分子大小为l噬菌体DNA的75～105％； 野生型λDNA为 48kb，λ噬菌体的包装上限是 51kb。编码必要基因的DNA区段占28kb，因此λ 载体克隆外源DNA的理论极限值应是23kb。
限制酶识别序列的特定碱基，使之甲基化。
-
5
2、限制性核酸内切酶的类型
特性
Ⅰ型
Ⅱ型
Ⅲ型
功能
限制、修饰
限制
限制、修饰
蛋白质结构 3种不同亚基 单一成分
2种不同亚基
所需辅助因 ATP, Mg2+, SAM 子
识别序列 切割位点
EcoB: TGA(N)8TGCT
距识别位点至少 1000kb处随机 切割
Mg2+
-
8
（2） 切割： 产生平末端：SmaI
5’-CCC↓GGG-3’ 3’-GGG↑CCC-5’
5’-C TGCA ↓ G -3’
产生3’-OH单链粘性末端: PstI
3’-G ↑ ACGT C-5’
产生5’-P单链粘性末端: EcoRI 5’-G↓AATT C -3’
3’-C TTAA ↑G-5’
HindI，HindII，HindIII：从Haemophilus influenzae d菌株获得
-
7
4、Ⅱ型限制性核酸内切酶的基本特征
（1）识别序列：一般4~8bp，具有二重旋转 对称轴，序列呈回文结构 ( palindromic structure )
八年级生物下册-第5单元基因工程(课件)济南版
数据库与数据分析在基因工程中的应用
通过利用数据库资源和数据分析方法，可以更加高效地进行基因克隆、基因表达、基因突变等实 验设计，提高实验的成功率和效率。
05
转基因技术与安全
性评价
转基因技术原理及操作方法
转基因技术原理
通过基因工程技术手段，将外源基因导入到目标生物体中，使其表达出特定的性 状或产生特定的产物。
筛选方法
根据选择标记对转化细胞进行筛选，如抗生素抗性筛选、营 养缺陷型筛选等。同时，还可以通过PCR扩增、Southern杂 交等方法对转化细胞中的重组DNA进行检测和鉴定。
03
基因表达与调控
基因表达产物类型及功能
蛋白质
作为生物体内最重要的功能分子之 一，蛋白质在细胞结构、代谢、信
号传导等方面发挥着关键作用。
THANKS
感谢您的观看
基因工程发展
自20世纪70年代基因工程技术诞生以 来，随着DNA重组技术、基因编辑技 术等的发展，基因工程在农业、医学 、工业等领域的应用不断拓展。
基因工程应用领域
农业领域
工业领域
通过基因工程改良作物性状，提高作物产 量和品质，增强作物抗逆性；培育转基因 动物，提高动物生长速度和产品品质。
利用基因工程生产工业用酶、生物燃 料、生物塑料等；改造微生物，用于 废水处理、重金属吸附等环保领域。
06
人类基因组计划与
精准医学发展前景
人类基因组计划背景和意义
人类基因组计划的启动
1990年，人类基因组计划正式启动，旨在破译人类全部遗传信息， 揭示生命的奥秘。
遗传信息的破译
人类基因组计划通过测序技术，逐步揭示了人类基因组的组成和结 构，为后续的精准医学发展奠定了基础。
基因组学在医学中的应用
通过利用数据库资源和数据分析方法，可以更加高效地进行基因克隆、基因表达、基因突变等实 验设计，提高实验的成功率和效率。
05
转基因技术与安全
性评价
转基因技术原理及操作方法
转基因技术原理
通过基因工程技术手段，将外源基因导入到目标生物体中，使其表达出特定的性 状或产生特定的产物。
筛选方法
根据选择标记对转化细胞进行筛选，如抗生素抗性筛选、营 养缺陷型筛选等。同时，还可以通过PCR扩增、Southern杂 交等方法对转化细胞中的重组DNA进行检测和鉴定。
03
基因表达与调控
基因表达产物类型及功能
蛋白质
作为生物体内最重要的功能分子之 一，蛋白质在细胞结构、代谢、信
号传导等方面发挥着关键作用。
THANKS
感谢您的观看
基因工程发展
自20世纪70年代基因工程技术诞生以 来，随着DNA重组技术、基因编辑技 术等的发展，基因工程在农业、医学 、工业等领域的应用不断拓展。
基因工程应用领域
农业领域
工业领域
通过基因工程改良作物性状，提高作物产 量和品质，增强作物抗逆性；培育转基因 动物，提高动物生长速度和产品品质。
利用基因工程生产工业用酶、生物燃 料、生物塑料等；改造微生物，用于 废水处理、重金属吸附等环保领域。
06
人类基因组计划与
精准医学发展前景
人类基因组计划背景和意义
人类基因组计划的启动
1990年，人类基因组计划正式启动，旨在破译人类全部遗传信息， 揭示生命的奥秘。
遗传信息的破译
人类基因组计划通过测序技术，逐步揭示了人类基因组的组成和结 构，为后续的精准医学发展奠定了基础。
基因组学在医学中的应用
微生物的遗传变异与育种优秀课件
❖将TMV在一定浓度的苯酚溶液中振荡，就 能将其蛋白质外壳与RNA核心相分离。分 离后的RNA在没有蛋白质包裹的情况下， 也能感染烟草并使其患典型症状，而且 在病斑中还能分离出正常病毒粒子。
❖ 选用TMV和霍氏车前花叶病毒（HRV），分别 拆分取得各自的RNA和蛋白质，将两种RNA分 别与对方的蛋白质外壳重建形成两种杂合病毒：
活R菌
❖①加S菌DNA ❖②加S菌DNA及DNA酶以
外的酶 ❖③加S菌的DNA和DNA酶 ❖④加S菌的RNA ❖⑤加S菌的蛋白质 ❖⑥加S菌的荚膜多糖
长出S菌 只有R菌
只有S型细菌的DNA才能将S. Pneumoniae的R型转 化为S型。且DNA纯度越高，转化效率也越高。说 明S型菌株转移给R型菌株的，是遗传因子。
1928年，Griffith进行了以下几组实验： （1）动物实验
对小鼠注射活R菌或死S菌 ————小鼠存活 对小鼠注射活S菌————————小鼠死亡 对小鼠注射活R菌和热死S菌 ———小鼠死亡
抽取心血分离活的S菌
（2）细菌培养实验 热死S菌—————不生长 活R 菌—————长出R菌 热死S菌+活R 菌—————长出大量R菌和10-6S菌
遗传与变异的概念
❖ 遗传型（genotype）：一个生物体所含有的基 因的总和。
❖ 表型（phenotype）：一个生物体所具有的一切 外表特征和内在特性的总和。
❖ 饰变（modification）：指生物体由于非遗传因 素引起的表型改变，变化发生在转录、转译水 平，特点是几乎整个群体中的每一个个体都发 生同样的变化，性状变化的幅度小，不遗传， 引起饰变的因素消失后，表型即可恢复。
❖ 对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了现 代分子生物学和生物工程学的发展，而且为育 种工作提供了丰富的理论基础，促使育种工作 从不自觉到自觉、从低效到高效、从随机到定 向、从近缘杂交到远缘杂交的方向发展。
❖ 选用TMV和霍氏车前花叶病毒（HRV），分别 拆分取得各自的RNA和蛋白质，将两种RNA分 别与对方的蛋白质外壳重建形成两种杂合病毒：
活R菌
❖①加S菌DNA ❖②加S菌DNA及DNA酶以
外的酶 ❖③加S菌的DNA和DNA酶 ❖④加S菌的RNA ❖⑤加S菌的蛋白质 ❖⑥加S菌的荚膜多糖
长出S菌 只有R菌
只有S型细菌的DNA才能将S. Pneumoniae的R型转 化为S型。且DNA纯度越高，转化效率也越高。说 明S型菌株转移给R型菌株的，是遗传因子。
1928年，Griffith进行了以下几组实验： （1）动物实验
对小鼠注射活R菌或死S菌 ————小鼠存活 对小鼠注射活S菌————————小鼠死亡 对小鼠注射活R菌和热死S菌 ———小鼠死亡
抽取心血分离活的S菌
（2）细菌培养实验 热死S菌—————不生长 活R 菌—————长出R菌 热死S菌+活R 菌—————长出大量R菌和10-6S菌
遗传与变异的概念
❖ 遗传型（genotype）：一个生物体所含有的基 因的总和。
❖ 表型（phenotype）：一个生物体所具有的一切 外表特征和内在特性的总和。
❖ 饰变（modification）：指生物体由于非遗传因 素引起的表型改变，变化发生在转录、转译水 平，特点是几乎整个群体中的每一个个体都发 生同样的变化，性状变化的幅度小，不遗传， 引起饰变的因素消失后，表型即可恢复。
❖ 对微生物遗传规律的深入研究，不仅促进了现 代分子生物学和生物工程学的发展，而且为育 种工作提供了丰富的理论基础，促使育种工作 从不自觉到自觉、从低效到高效、从随机到定 向、从近缘杂交到远缘杂交的方向发展。
第五章 微生物基因工程育种
1960年，F.Jacob和J.Monmd提出了操纵元 （操纵子）的概念，揭示了原核生物基因表达 调控的重要规律。
基因的现代概念
移动基因（movable gene） 断裂基因（split gene） 假基因（pseudogene） 重复基因（repeated genes） 重叠基因（overlapping genes） 或嵌套基因（nested genes）
基 因 工 程 流 程 示 意 图
基因工程的应用
基因工程技术已经在医学、工业、 农业等各个领域得到了广泛的应用。
在医学上的应用
基因工程被用于大量生产过
去难以得到或几乎不可能得到的
蛋白质－肽类药物。
转基因动物和植物
转基因动物首先在小鼠获得成功。现在
转基因动物技术已用于牛、羊，使得从 牛/
第五章 工业微生物基因育种
王陶 2012年2月
目的与要求
了解和掌握基因工程育种的原理与方法； 了解基因工程的主要载体与基因定位诱变的 原理与方法。
教学重点：质粒的特性与基因工程操作原理 教学难点：基因定位诱变的原理
教学内容
1、概述 基因工程在微生物育种中的地位和作用，原理 2、基因工程载体 几种常见的载体 3、基因工程所用的酶 限制性内切酶，核酸酶，连接酶，聚合酶等 4、基因工程的主要步骤 5、基因定位诱变
孟 德 尔 研 究 的 七 对 性 状
豌豆杂交操作
孟 德 尔 分 离 律
孟 德 尔 自 由 组 合 律
黄圆 绿圆 黄皱 绿皱
1909年，丹麦的遗传学家W.
Johanssen 根据希腊语“给予生命”之义，创造了 “gene‖一词。但它只是一个抽象的单 位，并不代表物质实体。
《微生物基因工程》课件
02
微生物基因工程的基本技 术
基因克隆技术基ຫໍສະໝຸດ 克隆技术定义基因克隆技术是一种将特定基因或基因片段分离出来，并在体外进行复制、剪切、拼接等 操作，最终将重组的基因或基因片段导入受体细胞，实现基因的体外操作和扩增的技术。
基因克隆技术原理
基因克隆技术的核心原理是DNA的半保留复制。通过将外源DNA片段插入到载体DNA中 ，形成重组DNA，然后将重组DNA导入到宿主细胞中，实现外源DNA的扩增。
利用基因工程改造微生物，提高生物 燃料的产量和效率，降低生产成本。
药物生产
通过基因工程手段改良微生物，实现 高效的药物生产，降低生产成本。
环境保护
利用基因工程改造微生物，提高污染 物的降解效率和速度，降低环境污染 。
农业领域
通过基因工程手段改良农作物，提高 农作物的抗逆性和产量，改善农业生 产效益。
改良农作物优点
通过基因工程技术，可以提高农作物的抗逆性、产量和品 质，为农业生产的发展做出贡献。
改良农作物挑战
改良农作物需要经过严格的试验和审批，确保安全性、有效性和 可持续性。同时需要加强农业技术的推广和应用，提高农民的素
质和能力。
04
微生物基因工程的前景与 挑战
微生物基因工程的发展前景
生物燃料
基因操作技术
包括基因克隆、转化、表达等关键技 术，是实现基因工程应用的基础。
微生物基因工程的历史与发展
起源
20世纪70年代，随着DNA双螺旋结构的发现和分子生物学的兴起 ，基因工程技术开始起步。
发展历程
经历了从简单到复杂、从单一到多基因的转化，技术不断进步，应 用领域不断扩大。
未来展望
随着基因编辑技术的发展，微生物基因工程将更加精准、高效，有 望在生物医药、生物能源等领域发挥更大作用。
基因工程及其应用(公开课)
我国研究人员正在制备用于基因治疗的基因工程细胞
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四、基因工程的应用
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⑵ 基因诊断与基因治疗
四、基因工程的应用
基因诊断——DNA探针
概念：是用已知序列的DNA或RNA片段作为探针与待测样品的DNA或RNA序列进行核酸分子杂交，用于对待测核酸样品中特定基因顺序的探测，是基因诊断最基本的技术之一。 条件：（1）必须是单链； 带有容易被检测出来的标记物。 原理：DNA分子杂交（碱基互补配对）
目的基因的检测和表达
检测：通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入。
表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。
三、基因操作的基本步骤
三、基因操作的基本步骤
受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？
四、基因工程的应用
基因工程与作物育种 转入苏云金杆菌的一个抗虫基因， 是中国目前最主要的转基因作物 转基因抗虫棉花
G A A T T C
C T T A A G
G A A T T C
C T T A A G
G
C T T A A
A A T T C
G
G
C T T A A
A A T T C
G
G
C T T A A
A A T T C
目的基因与运载体结合
三、基因操作的基本步骤
01
02
常用的受体细胞：
大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。
导入方式：
主要借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径
目的基因导入受体细胞
三、基因操作的基本步骤
1）将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞壁的通透性。 2）使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。 3）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。
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四、基因工程的应用
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⑵ 基因诊断与基因治疗
四、基因工程的应用
基因诊断——DNA探针
概念：是用已知序列的DNA或RNA片段作为探针与待测样品的DNA或RNA序列进行核酸分子杂交，用于对待测核酸样品中特定基因顺序的探测，是基因诊断最基本的技术之一。 条件：（1）必须是单链； 带有容易被检测出来的标记物。 原理：DNA分子杂交（碱基互补配对）
目的基因的检测和表达
检测：通过检测标记基因的有无，来判断目的基因是否导入。
表达：通过特定性状的产生与否来确定目的基因是否表达。
三、基因操作的基本步骤
三、基因操作的基本步骤
受体细胞摄入DNA分子后就说明目的基因完成了表达吗？
四、基因工程的应用
基因工程与作物育种 转入苏云金杆菌的一个抗虫基因， 是中国目前最主要的转基因作物 转基因抗虫棉花
G A A T T C
C T T A A G
G A A T T C
C T T A A G
G
C T T A A
A A T T C
G
G
C T T A A
A A T T C
G
G
C T T A A
A A T T C
目的基因与运载体结合
三、基因操作的基本步骤
01
02
常用的受体细胞：
大肠杆菌、枯草杆菌、土壤农杆菌、酵母菌和动植物细胞等。
导入方式：
主要借鉴细菌或病毒侵染细胞的途径
目的基因导入受体细胞
三、基因操作的基本步骤
1）将细菌用CaCl2处理，以增大细菌细胞壁的通透性。 2）使含有目的基因的重组质粒进入受体细胞。 3）目的基因在受体细胞内，随其繁殖而复制，由于细菌繁殖的速度非常快，在很短的时间内就能获得大量的目的基因。
微生物遗传与育种精美课件
突变的概念
变异的一种，指生物体内遗传物质的分子结构 或数量突然发生的可遗传性变化。突变率常在 10-8~10-9范围内。
按突变涉及的范围分
基因突变 染色体畸变
基因突变的类型
从突变的效应来分
原序列 5‘-AUG CCU UCA AGA UGU GGG Met Pro Ser Arg Cys Gly
IS与Tn主要区别
Tn携带有与转座无关的抗性基因或其它特性基因
细菌抗药性转座子的两种类型
复合转座子
由两个完全相同或类似的插入序列IS和某种抗药性 基因组成的复合因子。
复杂转座子
两端具有IR或DR，而不是IS，中部的编码区不仅编 码抗性标记，还编码转座酶和解离酶。
两个IR中任一个缺乏都会阻遏转座
序列变成了不连续的外显子。
二、基因组
基因组（genome）
单倍体细胞中所含的全套遗传物质 大多数细菌和噬菌体基因组是指单个染色体 上所含的全部基因 二倍体真核生物基因组是指单倍体细胞核内 整套染色体所含的DNA分子及其所携带的全 部基因
原核生物与真核生物基因组比较
比较项目 基因组大小 复制起始点数目 染色体数目 染色体组形状 染色体与组蛋白结合
核小体 基因连续性
重复序列 不编码序列 操纵子结构 转录、转译部位
原核生物 小
一般1个 一般1个
环状 无 无 强 少 少 普遍存在 同在细胞质中进行
真核生物 大
多个 多个 线状 有稳定的结合
有 差（被许多内含子分隔）
多 多 一般没有 在核中转录、在细胞质中转译
第三节
质粒和转座子
Plasmid and Transposon
特殊病毒（Mu噬菌体）
与其他温和性噬菌体的差别：其基因组不论在 进入裂解周期或处于溶源状态都可随机整合到 宿主染色体的任何位置，且游离的和已整合的 基因次序是相同的。
变异的一种，指生物体内遗传物质的分子结构 或数量突然发生的可遗传性变化。突变率常在 10-8~10-9范围内。
按突变涉及的范围分
基因突变 染色体畸变
基因突变的类型
从突变的效应来分
原序列 5‘-AUG CCU UCA AGA UGU GGG Met Pro Ser Arg Cys Gly
IS与Tn主要区别
Tn携带有与转座无关的抗性基因或其它特性基因
细菌抗药性转座子的两种类型
复合转座子
由两个完全相同或类似的插入序列IS和某种抗药性 基因组成的复合因子。
复杂转座子
两端具有IR或DR，而不是IS，中部的编码区不仅编 码抗性标记，还编码转座酶和解离酶。
两个IR中任一个缺乏都会阻遏转座
序列变成了不连续的外显子。
二、基因组
基因组（genome）
单倍体细胞中所含的全套遗传物质 大多数细菌和噬菌体基因组是指单个染色体 上所含的全部基因 二倍体真核生物基因组是指单倍体细胞核内 整套染色体所含的DNA分子及其所携带的全 部基因
原核生物与真核生物基因组比较
比较项目 基因组大小 复制起始点数目 染色体数目 染色体组形状 染色体与组蛋白结合
核小体 基因连续性
重复序列 不编码序列 操纵子结构 转录、转译部位
原核生物 小
一般1个 一般1个
环状 无 无 强 少 少 普遍存在 同在细胞质中进行
真核生物 大
多个 多个 线状 有稳定的结合
有 差（被许多内含子分隔）
多 多 一般没有 在核中转录、在细胞质中转译
第三节
质粒和转座子
Plasmid and Transposon
特殊病毒（Mu噬菌体）
与其他温和性噬菌体的差别：其基因组不论在 进入裂解周期或处于溶源状态都可随机整合到 宿主染色体的任何位置，且游离的和已整合的 基因次序是相同的。
工业微生物育种复习题解析
工业微生物育种复习题解析第一章绪论1.什么是工业微生物？作为工业微生物应具备哪些特征？答：工业微生物：对自然环境中的微生物经过改造，用于发酵工业生产的微生物。
具备特征：(1)菌种要纯(2)遗传稳定且对诱变剂敏感(3)成长快，易繁殖(4)抗杂菌和噬菌体的能力强(5)生产目的产物的时间短且产量高(6)目的产物易分离提纯2.工业微生物育种的基础是什么？答：工业微生物育种的基础是遗传和变异。
3.常用的工业微生物育种技术有哪些？答：常用技术：(1)自然选育【选择育种】(2)诱变育种(3)代谢控制育种(4)杂交育种(5)基因工程育种第二章微生物育种的遗传基础1.基因突变的类型有哪些？答：有碱基突变，染色体畸变2.叙述紫外线诱变的原理？答：原理：紫外线对微生物诱变作用，主要引起DNA的分子结构发生改变（同链DNA的相邻嘧啶间形成共价结合的胸腺嘧啶二聚体），从而引起菌体遗传性变异。
3.基因修复的种类有哪些？答：种类：(1)光复活修复(2)切除修复(3)重组修复(4)SOS修复4.真核微生物基因重组的方式有哪些？答：方式：(1)有性杂交(2)准性生殖(3)原生质体融合第三章出发菌株的分离与筛选1.什么是富集培养？答：富集培养：指在目的微生物含量较少时，根据微生物的生理特点，设计一种选择性培养基，创造有利的生长条件，使目的微生物在最适的环境下迅速地生长繁殖，数量增加，由原来自然条件下的劣势种变成人工环境中的优势种，以利于分离到所需要的菌株。
2.哪些分离方法能达到“菌落纯”？哪些分离方法能达到“细胞纯（菌株纯）”？答：菌落纯：稀释分离法、划线法、组织法细胞纯：单细胞或单孢子的分离法3.分离好氧微生物常用的方法有哪些？答：(1)稀释涂布法(2)划线分离法(3)平皿生化反应分离法4.平皿生化反应分离法有哪些？分别用来筛选哪些菌？各自原理如何？答：(1)透明圈法原理：在平板培养基中加入溶解性较差的底物，使培养基混浊，能分解底物的微生物便会在菌落周围产生透明圈，圈的大小可以放映该菌株利用底物的能力。
微生物育种[整理]
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工业微生物育种第一章绪论1.工业微生物菌种具备特征：1）菌种要纯2）目的产物的产量较高且稳定3）生长快，易繁殖4）抗杂菌和噬菌体的能力强5）微生物的发酵培养基来源广，价格低6）生产目的产物的时间短7）目的产物易分离纯化。
2.工业微生物育种的基础及作用：遗传与变异改良微生物并培育出各种有娘的工业微生物菌种。
3.工业微生物育种在发酵工业中的作用：不仅可以为发酵工业提供合适的菌种，还可不断提高发酵产品的产量和质量，甚至可培育出全新的菌种以生产新的发酵产品。
4.工业微生物育种的方法：1）自然选育（选择育种，通过改变群体的遗传结构，去掉不良细胞，使优良基因不断增加）2）右边育种（通过人工诱变剂）3）代谢控制育种（先诱变破坏微生物正常代谢）4）杂交育种（通过基因重组）5）基因工程育种第二章微生物育种的遗传基础1.原核微生物产生变异的方式：转化，转导，结合，原生质体融合。
2.真核微生物产生变异的方式：有性杂交，准性生殖，原生质体融合。
3.核基因：细胞核内的DNA即染色体上的DNA，是微生物生长繁殖的必需基因，直接控制初级代谢产物的合成，间接控制次级代谢产物的合成。
4.核外基因：是细胞质中的DNA，是微生物的非必需基因，与次级代谢产物的合成有关。
5.表型延迟：有些基因发生突变后，要经两代以上的繁殖复制，表型才能相应的改变。
6.基因突变的类型：1）碱基的变化（碱基置换，移码突变）2）染色体畸变（缺失，重复，倒位，易位等结构变化）3）染色体数目变异（包括染色体单条的变化和整倍的改变）4）遗传信息的变化（同义突变，中性突变，错义突变，无义突变）7.基因突变的修复机制：光复活修复，切除修复，重组修复，SOS修复。
8.基因突变与表型的关系：基因突变指生物体的遗传物质发生改变，从而引起表型的变异。
同义突变与中性突变表型不变，错义突变与无义突变表型改变。
9.原核生物基因重组的特点：通常只有部分遗传物质的转移和重组，形成部分二倍体再进行重组。
基因工程育种ppt
基因工程育种
基因工程育种
基因工程育种包括所有利用DNA重组技术 将外源基因导入到微生物细胞，使后者获得 前者的某些优良性状或者利用后者作为表达 场所来生产目的产物。
目的基因（DNA）
载体
DNA连接酶 DNA重组体
转化、转导或转染
受体细胞
筛选 具表达目的基因功能的重组体
基因工程的主要过程
目的基因的制取
个BgⅠ位点（A↓GATCT），5个EcoRⅠ位点 （G↓AATTC）。 ⑶ 野生型只能接纳一定长度的DNA。若相当于λ噬菌体的 75-105%，那么只能接纳49kb×5%=2.45kb的DNA。
λ噬菌体的改造 (1)切去非必须区段，在切去的同时，加载目的基因
（2.5kb或更大）； (2)去除太多的酶位点，每种酶只留1-2个切口； (3)增加标记基因（remarke gene）。 (4)引入无义突变．
3. λ噬菌体的主要类型
（1）插入型载体 只有1～2种限制性核酸内切酶的单一切割位点 免疫功能失活
大肠杆菌β-半乳糖苷酶失活
ห้องสมุดไป่ตู้
（2）替换型载体
在其中央部位有一个可以被外源插入的DNA分子取 代的DNA片段的克隆载体 。这是由于构建此载体时， 安排在中央可取代片段两侧的多克隆位点是反向重复序 列，因此，当外源DNA插入时，一对克隆位点之间的 DNA片段便会被置换掉，从而有效提高了克隆外源 DNA片段的能力。
▪ 分类：限制性内切酶I、限制性内切酶II、限制性内切 酶III
▪ 每一种限制酶，都有自己特定的作用位点
黏性末端 平末端
目的基因的制取的主要方法
（1）直接分离法 （2）反转录法 （3）聚合酶链式反应（PCR)
“鸟枪法”的一般步骤 （散弹法）
基因工程育种
基因工程育种包括所有利用DNA重组技术 将外源基因导入到微生物细胞，使后者获得 前者的某些优良性状或者利用后者作为表达 场所来生产目的产物。
目的基因（DNA）
载体
DNA连接酶 DNA重组体
转化、转导或转染
受体细胞
筛选 具表达目的基因功能的重组体
基因工程的主要过程
目的基因的制取
个BgⅠ位点（A↓GATCT），5个EcoRⅠ位点 （G↓AATTC）。 ⑶ 野生型只能接纳一定长度的DNA。若相当于λ噬菌体的 75-105%，那么只能接纳49kb×5%=2.45kb的DNA。
λ噬菌体的改造 (1)切去非必须区段，在切去的同时，加载目的基因
（2.5kb或更大）； (2)去除太多的酶位点，每种酶只留1-2个切口； (3)增加标记基因（remarke gene）。 (4)引入无义突变．
3. λ噬菌体的主要类型
（1）插入型载体 只有1～2种限制性核酸内切酶的单一切割位点 免疫功能失活
大肠杆菌β-半乳糖苷酶失活
ห้องสมุดไป่ตู้
（2）替换型载体
在其中央部位有一个可以被外源插入的DNA分子取 代的DNA片段的克隆载体 。这是由于构建此载体时， 安排在中央可取代片段两侧的多克隆位点是反向重复序 列，因此，当外源DNA插入时，一对克隆位点之间的 DNA片段便会被置换掉，从而有效提高了克隆外源 DNA片段的能力。
▪ 分类：限制性内切酶I、限制性内切酶II、限制性内切 酶III
▪ 每一种限制酶，都有自己特定的作用位点
黏性末端 平末端
目的基因的制取的主要方法
（1）直接分离法 （2）反转录法 （3）聚合酶链式反应（PCR)
“鸟枪法”的一般步骤 （散弹法）
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四、基因工程载体 载体（vector）是由在细胞中能 够自主复制的ＤＮＡ分子构成的一种 遗传成分，通过实验手段可使其它的 ＤＮＡ片段连接在它的上面，而进行 复制，作为基因工程的载体，必须具 备以下几个性能：
1、分子较小，可携带比较大的ＤＮＡ片段。
2、能独立于染色体而进行自主复制并且是高效的复制。 3、要有尽可能多种限制酶的切割位点，但每一种限制 酶又要最少的切割位点（多克隆位点 multiple cloning sites ，MCS） 。
身体 灰/黑
眼睛 红/紫 翅 长/短
在 2# 染 色 体 上 的 位 臵
野生果蝇没有现成的成对性状 摩根在长期饲养中找到各个性状的突变株。
控 制 不 同 性 状 的 等 位 基 因
1944年，美国微生物学家O.T.Avery首
次证实遗传物质的基础是DNA，基因 位于DNA上。
DNA is the genetic material
一、基因工程概述
多 利 和 它 的 孩 子
沃 尔 小 组 成 功 克 隆 两 只 恒 河
猴
吴明杰小组：5只克 隆猪
基因工程与基因
基因操作，是在分子生物学和分子遗传学等 学科综合发展的基础上、于本世纪70年代诞生 的一门崭新的生物技术科学。它的创立和发展， 直接依赖于基因工程或称分子生物学的进步， 两者之间有着密不可分的联系。基因的研究为 基因工程的创立奠定了坚实的理论基础，基因 工程的诞生是基因研究发展的必然结果；而基 因工程技术的发展和应用，又深刻并有力地影 响着基因的研究，使我们对基因的研究提到了 空前的高度。因此，对基因研究发展的过程， 以及基因的现代概念进行一下回顾是十分必要 的。
4、有适合的标记，易于选择。
5、有时还要求载体要能启动外源基因进行转录及表达， 并且尽可能是高效的表达。 6、从安全角度考虑，要求载体不能随便转移，仅限于 在某些实验室内特殊菌种内才可复制等等。
载体
功能 克隆载体（cloning vector） : 克隆一个基因或DNA片断 表达载体（expression vector）: 用于一个基因的蛋白表达 整合载体: 把一个基因插入到染色体组中
The transforming principle is DNA.
35S
标记外壳蛋白质,感染后放射标记不进入大肠杆菌细胞
32P
标记 DNA ,感染后放射标记进入大肠杆菌细胞
1953年，J.Watson和F.Crike创立 DNA双螺旋模型，证实基因是具有 一定遗传效应的DNA片段。
1955年，Benzer在T4噬菌体的顺反互 补实验中，正式使用 “顺反子（ cristron）”这个术语，并将顺反子与 基因在意义上和功能上统一起来。 同时证实了基因不是最小单位。它仍 然是可分的；并非所有的DNA序列都 是基因，只有其中某一特定的核苷酸区 段才是基因的编码区。
多肽与基因之间存在对应关系 现在普遍认为，一种多肽就有一 种相对应的基因。因此，基因的转 移或重组可以根据其表达产物多肽 的性质来检查。
多肽与基因之间存在对应关系 现在普遍认为，一种多肽就有一 种相对应的基因。因此，基因的转 移或重组可以根据其表达产物多肽 的性质来检查。
基因可以通过复制把遗传信息传 递给下一代
第五章 工业微生物基因育种
王陶 2012年2月
目的与要求
了解和掌握基因工程育种的原理与方法； 了解基因工程的主要载体与基因定位诱变的 原理与方法。
教学重点：质粒的特性与基因工程操作原理 教学难点：基因定位诱变的原理
教学内容
1、概述 基因工程在微生物育种中的地位和作用，原理 2、基因工程载体 几种常见的载体 3、基因工程所用的酶 限制性内切酶，核酸酶，连接酶，聚合酶等 4、基因工程的主要步骤 5、基因定位诱变
四),重组载体引入受体细胞: 微生物,动物或植物细胞.使用最广泛的是 E.coli.其次为枯草杆菌和酿酒酵母. 以重组质粒作载体,用转化方法; 以病毒DNA 作重组载体,用感染方法. 理想情况,重组载体进入受体细胞,通过自 主复制而大量扩增,使受体细胞表达出供体基 因所提供的部分遗传性状,受体细胞就成为工 程菌.
三、基因工程原理和步骤
一),目的基因的取得: ①选择适宜的给体细胞,从中采集分离有生产 意义的目的基因; ②通过反转录酶的作用由mRNA合成cDNA( 互补DNA); ③用化学方法合成特定功能的基因.
二),选择载体: 原核受体细胞的载体,主要是细菌质粒(松 弛型)和λ噬菌体.动物细胞,主要是SV40病毒 .植物细胞主要是TI质粒
基因工程研究的主要 内容或步骤
从复杂的生物有机体基因组中，经过酶切消化或PCR扩增 等步骤，分离出带有目的基因的DNA片段； 在体外，将带有目的基因的外源DNA片段连接到能够自我 复制的并具有选择记号的载体分子上，形成重组DNA分子 ； 将重组DNA分子转移到适当的受体细胞（寄主细胞），并 与之一起增殖； 从大量的细胞繁殖群体中，筛选出获得了细胞重组DNA分 子的受体细胞克隆； 从这些筛选出来的受体细胞克隆，提取出已经得到扩增的 目的基因，供进一步分析研究使用； 将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新 的遗传背景下实现功能表达，产生出人类所需要的物质。
1960年，F.Jacob和J.Monmd提出了操纵元 （操纵子）的概念，揭示了原核生物基因表达 调控的重要规律。
基因的现代概念
移动基因（movable gene） 断裂基因（split gene） 假基因（pseudogene） 重复基因（repeated genes） 重叠基因（overlapping genes） 或嵌套基因（nested genes）
三),目的基因与载体DNA的体外重组:采用限制性 内切酶处理目的基因与载体DNA,获得互补粘性末 端或人工合成粘性末端.把两者放在较低的温度(5 ～6℃)下混合\"退火\".由于每一种限制性内切酶所 切断的双链DNA片段和粘性未端有相同的核苷酸 组分,所以当两者相混时,凡粘性末端上碱基互补的 片段,就会因氢键的作用而彼此吸引,重新形成双链, 这时,在外加连接酶的作用下,供体的DNA片段与质 粒DNA片段的裂口处被\"缝合\",形成一个完整的有 复制能力的环状重组体——嵌合体.
羊 奶中可以生产蛋白质药物。称为“乳腺反 应器”工程。 转基因植物亦已在大田中广为播
工程菌在环境工程中应用 美国 GE 公司构造成功具有巨大烃类分 解能力的工程菌，并获专利，用于清除石油
污染。
喷洒工程菌清除石油污染
二、基因工程在微生物育种中的应用
1,提高代谢产物产量:例如所有的氨基酸合成酶基因都 可以在不同系统中克隆与表达.其中苏氨酸,色氨酸,脯 氨酸和组氨酸等工程菌已达到工业化生产水平.苏氨酸 工程菌在前苏联和日本都已用于工业生产,苏氨酸产量 可达60g/L以上,我国苏氨酸产量可达20g/L . 2,生产新的抗菌素 天蓝链霉菌合成蓝色的多酮肽抗 菌素-放线紫红素,麦迪霉素产生菌合成褐色的麦迪霉 素.经过两级克隆,麦迪霉素产生菌产生一种新的紫色 化合物,是麦迪霉素与放线紫红素的杂种化合物,为一 种新的抗菌素,命名为MederhodinA.
基因是可以切割的
基因在染色体上的存在形式是 直线排列。大多数基因彼此之间 存在这间隔，少数基因是重叠排 列的。
基因是可以转移的
生物体内有的基因是可以在染色 体上移动的，甚至可以在不同的染 色体上跳跃，插入到靶DNA分子中 。基因在转移的过程中就完成了基 因间的重组。（转座子、反转座子 ）
基 因（gene）
一段可以编码具有某种生物学功能物 质的核苷酸序列。
A brief history of genetics.
1866年，孟德尔（G.J.Mendel）提
出了遗传因子（hereditary factor） 的概念。他将控制豌豆性状的遗传 因素称之为遗传因子形成了基因的 雏形。
3,改良工业酶生产菌株:蛋白酶,木糖异构酶,纤维素 酶,葡萄糖淀粉酶以及凝乳酶等均进行了研究.研究 较多的是α-淀粉酶和青霉素酰化酶. 1981年起,在枯草杆菌或大肠杆菌中克隆和表达 了来自枯草杆菌,淀粉液化芽孢杆菌,凝结芽孢杆菌, 嗜热脂肪芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌等菌种的α-淀 粉酶基因,比野生株最高的可达30倍.目前美国已用 基因工程菌生产. 德国首先克隆大肠杆菌青霉素G酰化酶基因.我 国青霉素G酰化酶的产量可达3000单位/L以上.
基因的特点 :
不同基因具有相同的物质基础
在原则上，所有生物的DNA都是可以重组 互换的，因为地球上的一切生物，无论是高等 还是低等，他们的基因都是一个具有遗传功能 的特定核苷酸序列的DNA片断，而所有生物的 DNA结构都是一样的。 有些病毒的基因定位在RNA上，但这些病毒 RNA可以通过反转录产生CDNA，并不影响不 同基因的重组互换。
E.coli E.coli E.coli
λ 噬菌体 丝状噬菌体及噬菌粒
粘粒载体
BAC (Bacterial Artificial Chromosome) PAC (P1-derived Artificial chromosome) YAC (Yeast Artificial chromosome ) MAC (Mammalian Artificial Chromosome)
显性等位基因 纯合子
同 源 染 色 体 分 别 带 着 控 制
隐性等位基因 纯合子
杂合子
1910年，美国遗传学家摩尔根
（an）以果蝇为研究材料，发现了 连锁交换定律并提出遗传粒子学说，第一次 将代表某一特定性状的基因与某一特定的染 色体联系起来，即基因位于染色体上。
触须 长/短