详细版微生物分子育种技术.ppt
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《分子育种》课件
基因编辑技术为农作物和动物的遗传改良提供了强有力的工具，可以实现对特定基因的敲除、敲入和敲减等操作，从而达到改良品种和提高生产性能的目的。
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历史回顾
自20世纪50年代以来，分子育种经历了从传统育种到基因工程育种的发展历程，技术手段不断更新和完善。
02
分子育种技术
基因克隆技术是一种通过无性繁殖的方式，将一个DNA片段复制出多个相同片段的技术。
该技术包括限制性内切酶、DNA连接酶和质粒等关键酶和元件，通过限制性内切酶将DNA双链切开，再利用DNA连接酶将切开后的DNA片段与质粒连接，最后将连接产物导入宿主细胞中，实现基因的克隆。
特点
提高育种效率
分子育种能够大幅度缩短育种周期，提高育种效率，加速新品种的培育进程。
优化品种性状
通过精确地定向改良，分子育种能够显著改善品种的性状，提高农作物的产量、品质和抗逆性。
促进农业可持续发展
分子育种有助于培育抗病虫害、抗除草剂等新品种，减少化学农药的使用，降低环境污染，促进农业可持续发展。
提高玉米的抗逆性和产量，减少农药使用，降低生产成本，对保障全球粮食安全具有重要意义。
转基因玉米的争议
关于转基因食品的安全性、对环境和生态的影响等方面存在争议，需要进一步研究和评估。
转基因玉米的研发过程
利用转基因技术将抗虫、抗病、抗旱等外源基因导入玉米细胞，经过组织培养获得转基因植株，再经过多代选育和试验，最终获得具有优良性状的转基因玉米品种。
通过基因工程技术，研发新型疫苗，预防传染病。
疫苗研发
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
《微生物杂交育种》课件
CHAPTER 02
微生物杂交育种的方法与技术
微生物的分类与特点
微生物的分类
微生物是生物界中最小的一类生物，主要分为原核微生物和 真核微生物两大类。原核微生物包括细菌、放线菌、蓝细菌 等，真核微生物包括真菌、原生动物和显微藻类等。
微生物的特点
微生物具有体积小、比表面积大、繁殖快、代谢能力强等特 点，因此在工业、农业、医药等领域具有广泛的应用价值。
在工业生产中的应用
生物能源生产
通过杂交育种技术，可以培育出具有 高效产油能力的微生物，用于生物柴 油和生物汽油的生产，减少对化石燃 料的依赖。
化学品生产
微生物杂交育种技术在化学品生产中 也有广泛应用，如氨基酸、抗生素、 维生素等的生产，可以通过优化微生 物菌种来提高生产效率和降低成本。
在环境保护中的应用
《微生物杂交育种》 ppt课件
CONTENTS 目录
• 微生物杂交育种概述 • 微生物杂交育种的方法与技术 • 微生物杂交育种的优缺点 • 微生物杂交育种的应用前景 • 微生物杂交育种的挑战与展望
CHAPTER 01
微生物杂交育种概述
定义与特点
定义
微生物杂交育种是指通过有性杂 交或准性杂交，将两个或多个微 生物的遗传物质重新组合，以产 生具有新性状的后代。
特点
具有高效、快速、定向育种的特 点，能够创造新的基因型和表型 ，为微生物育种提供丰富的遗传 资源。
杂交育种的历史与发展
历史
微生物杂交育种的历史可以追溯到20世纪50年代，当时科学家开始探索不同微 生物之间的基因交流。随着技术的不断进步，微生物杂交育种逐渐成为一种有 效的育种手段。
发展
近年来，随着基因编辑技术的发展，微生物杂交育种与基因编辑技术相结合， 使得定向改造和优化微生物成为可能，为工业生产和环境保护等领域提供了更 多选择。
工业微生物育种学3PPT课件
毕赤酵母
通过基因工程手段提高赖 氨酸产量，满足饲料和食 品行业需求。
大肠杆菌育种实例
高表达蛋白生产
通过基因工程技术提高大肠杆菌表达外源蛋白的能力，如胰岛素、 抗体片段等。
代谢工程
对大肠杆菌的代谢途径进行改造，提高目标产物的产量，如1,3-丙 二醇、丁醇等。
耐盐、耐碱大肠杆菌的培育
在极端环境下提高大肠杆菌的适应性，拓展其在工业上的应用范围。
霉菌育种实例
青霉菌
木霉菌
通过诱变和基因工程手段改良青霉素 产量，提高生产效益。
通过基因工程手段改良纤维素酶和漆 酶的活性，促进生物降解和生物防腐。
黑曲霉菌
通过基因工程手段改良柠檬酸产量， 降低生产成本。
04
工业微生物育种前景与挑 战
工业微生物育种前景
高效生物催化剂
随着基因组学和代谢组学的发展， 利用基因工程技术构建高效生物 催化剂成为可能，这将为化工、 制药、环保等领域提供新的解决
工业微生物育种学3
目录
• 微生物育种学概述 • 工业微生物育种技术 • 工业微生物育种实例 • 工业微生物育种前景与挑战
01
微生物育种学概述
微生物育种学定义
微生物育种学是一门研究利用遗传变异，以改良微生物生理 特征和代谢产物的科学。它涉及到微生物的遗传学、生物化 学、分子生物学等多个领域。
微生物育种学的主要任务是通过人工诱变、基因工程等手段 ，创造具有优良性状的突变菌株，并对其进行筛选和培育， 以获得满足工业生产需求的微生物。
量和效率。然而，这一过程技术难度大，需要深入的基因组学和代谢组
学知识。
02
产物分离与纯化
工业微生物产生的目标产物往往与其他代谢产物混合在一起，分离与纯
微生物遗传与育种实验PPT课件
3. 杂交：分别取200 μl根瘤菌和E.coli菌悬液混合，加
1000 μl TY培养基，静置24 h后涂布选择性平板筛选 杂交子。 4. 选择性平板：无氮培养基（Kn 50 μg/ml，Rif 50 μg/ml） 5. 挑取杂交子在双抗无氮培养基上划线纯化。
11
四、电转化
实验步骤 准备工作：①制备选择性平板TY培养基（Kn 100 μg/ml，Rif 100
清洗电转化样品槽。先用自来水吸瓶冲洗十多次，之后加 入酒精，放置1 h，之后用蒸馏水冲洗数次，甩干后，水平 放置在滤纸上晾干。
13
五、杂交子鉴定
实验步骤： 挑取在选择性平板上生长的菌落，划线纯
化，观察菌落特征和多糖产量。 挑取纯化后的杂交子接种于蔗糖培养基，
振荡培养36 h后观察并测定多糖产量。
蔗糖酵母膏培养基（培养根瘤菌）：蔗糖10.0 g，酵母膏 4.0 g，磷酸氢二钾0.5 g，硫酸镁0.2 g，氯化钠0.2 g，钼 酸钠（0.5%溶液）4.0 ml，硼酸（0.5%溶液）4.0 ml，碳 酸钙5.0 g，水1000.0 ml，pH 7.2-7.4。多糖测定用， 250ml/500ml三角瓶，每组4瓶。
14
培养基
TY培养基（培养根瘤菌）：胰蛋白胨5.0 g， 酵母粉3.0 g，CaCl2 0.3 g，水1000 ml， pH7.0
蔗糖酵母膏培养基（培养根瘤菌）：蔗糖 10.0 g，酵母膏4.0 g，磷酸氢二钾0.5 g， 硫酸镁0.2 g，氯化钠0.2 g，钼酸钠（0.5% 溶液）4.0 ml，硼酸（0.5%溶液）4.0 ml ，碳酸钙5.0 g，水1000.0 ml，pH7.2-7.4
μg/ml）。②提取要转化的质粒DNA，miniTn5。③制备根瘤菌菌悬 液。 转化：在电转化用的石英样品杯、质粒DNA、TY培养基、根瘤菌菌 悬液50 μl按顺序对应置于冰上预冷。将冰桶移置超净工作台上，取 200-1000 µl、20-100 µl、0.5-10 µl 移液器到超净工作台上。先用0.510 µl移液器取2 µl质粒DNA到根瘤菌细胞内，再用调节到50 µl 的（ 20-100 µl移液器）上下吹吸数次。在冰上放置2 min。用调节到50 µl 的（20-100 µl移液器）将质粒DNA和细胞混合液转移到电转化石英 样品槽底凹槽的中央，在桌面上轻击数次使之分散。在冰上放置1-2 min。先用纸将样品槽擦拭一下，移到2 kV电脉冲发生器上，同时用 1000 µl移液器吸好TY培养基1 ml，约4.5-5 sec后鸣叫声停后，立即加 入样品槽内（吹吸一次或不吹吸）。
1000 μl TY培养基，静置24 h后涂布选择性平板筛选 杂交子。 4. 选择性平板：无氮培养基（Kn 50 μg/ml，Rif 50 μg/ml） 5. 挑取杂交子在双抗无氮培养基上划线纯化。
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四、电转化
实验步骤 准备工作：①制备选择性平板TY培养基（Kn 100 μg/ml，Rif 100
清洗电转化样品槽。先用自来水吸瓶冲洗十多次，之后加 入酒精，放置1 h，之后用蒸馏水冲洗数次，甩干后，水平 放置在滤纸上晾干。
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五、杂交子鉴定
实验步骤： 挑取在选择性平板上生长的菌落，划线纯
化，观察菌落特征和多糖产量。 挑取纯化后的杂交子接种于蔗糖培养基，
振荡培养36 h后观察并测定多糖产量。
蔗糖酵母膏培养基（培养根瘤菌）：蔗糖10.0 g，酵母膏 4.0 g，磷酸氢二钾0.5 g，硫酸镁0.2 g，氯化钠0.2 g，钼 酸钠（0.5%溶液）4.0 ml，硼酸（0.5%溶液）4.0 ml，碳 酸钙5.0 g，水1000.0 ml，pH 7.2-7.4。多糖测定用， 250ml/500ml三角瓶，每组4瓶。
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培养基
TY培养基（培养根瘤菌）：胰蛋白胨5.0 g， 酵母粉3.0 g，CaCl2 0.3 g，水1000 ml， pH7.0
蔗糖酵母膏培养基（培养根瘤菌）：蔗糖 10.0 g，酵母膏4.0 g，磷酸氢二钾0.5 g， 硫酸镁0.2 g，氯化钠0.2 g，钼酸钠（0.5% 溶液）4.0 ml，硼酸（0.5%溶液）4.0 ml ，碳酸钙5.0 g，水1000.0 ml，pH7.2-7.4
μg/ml）。②提取要转化的质粒DNA，miniTn5。③制备根瘤菌菌悬 液。 转化：在电转化用的石英样品杯、质粒DNA、TY培养基、根瘤菌菌 悬液50 μl按顺序对应置于冰上预冷。将冰桶移置超净工作台上，取 200-1000 µl、20-100 µl、0.5-10 µl 移液器到超净工作台上。先用0.510 µl移液器取2 µl质粒DNA到根瘤菌细胞内，再用调节到50 µl 的（ 20-100 µl移液器）上下吹吸数次。在冰上放置2 min。用调节到50 µl 的（20-100 µl移液器）将质粒DNA和细胞混合液转移到电转化石英 样品槽底凹槽的中央，在桌面上轻击数次使之分散。在冰上放置1-2 min。先用纸将样品槽擦拭一下，移到2 kV电脉冲发生器上，同时用 1000 µl移液器吸好TY培养基1 ml，约4.5-5 sec后鸣叫声停后，立即加 入样品槽内（吹吸一次或不吹吸）。
《分子育种》PPT课件(2024)
2024/1/30
导入高产相关基因， 如提高作物氮素利用 效率、增加作物分蘖 数等。
17
改善作物品质
2024/1/30
01
导入优质基因，如提高作物蛋白质含量、改善油脂 组成等。
02
通过基因编辑技术，降低作物中有害成分含量，如 减少农药残留、降低重金属含量等。
03
利用分子标记辅助选择，选育出符合市场需求的高 品质作物品种。
意义
分子育种可实现基因水平的精准 改良，提高作物产量、品质和抗 逆性，对保障粮食安全具有重要 意义。
4
分子育种的发展历程
01
02
03
初期探索
20世纪80年代，随着分子 生物学技术的兴起，分子 育种开始萌芽。
2024/1/30
技术突破
90年代，转基因技术、基 因编辑技术等取得重大突 破，为分子育种提供了有 力工具。
2024/1/30
利用分子标记辅助选择，快速 筛选具有优良生产性能的畜禽 品种。
通过全基因组关联分析，挖掘 影响畜禽生产性能的遗传变异 ，为育种提供科学依据。
22
改善畜禽产品品质
通过分子育种技术改良畜禽产品 的营养成分、风味、口感等品质
特性，满足消费者需求。
利用基因工程技术培育具有特定 功能基因的畜禽品种，生产功能 性畜产品，如低胆固醇鸡蛋、高
通过分子育种技术，可以培育出高产、优 质、抗逆性强的农作物新品种，提高农业 生产效益。
利用分子育种技术，可以培育出生长快、 抗病力强、肉质好的新品种动物，满足人 类对高品质肉类的需求。
生物制药与工业应用
推动精准农业与智慧农业发展
分子育种技术还可以应用于生物制药和工 业领域，如生产药用蛋白、工业酶等。
《微生物杂交育种》ppt课件
接合孢子形成过程:
43
二、霉菌杂交的原理和杂交技术
霉菌杂交育种是利用准性生殖过 程中的基因重组和分离现象,将不同菌 株的优良特性集合到一个新菌株中,然 后通过筛选出具有新遗传结构和优良 遗传特性的新菌种 .
44
(一)异核体的形成与获得方法
同核体:同一种基因型的细胞核 异核体:是指两个基因型不同细胞核处在同一个
和呈微碱性的土壤中。
•
约70%抗生素由放线菌产生（细菌抗生素大
多对寄主有毒，真菌抗生素比较少） ；
•
近年来筛选到许多抗癌剂、酶抑制剂、抗寄
生虫剂、免疫抑制剂和农用杀虫剂、杀菌剂等。
酶类（葡萄糖异构酶，蛋白酶等）和维生素B12
的产生菌。
•
有固氮能力的非豆科植物根瘤中，共生的固
氮菌是弗兰克菌属放线菌。
•
基中,适温培养1-2d,待长出菌丝后,用生理盐水洗 涤,离心数次, 把菌丝撕碎, 于基本培养基平板上, 培养7-8d后,长出异核体的菌丝丛,挑取其上孢子 于基本培养基斜面保存。适合于两个直接亲本的 分生孢子不易融合的情况下,易获得异核体 (2)基本培养基衔接法
制成高浓度的孢子悬液，涂接到基本培养基斜 面上，适温培养后,衔接部分长出异核体菌丝丛 .
14
2、原生质体融合育种
通过酶解破除细胞壁后制备微生物原生 质体,然后诱导原生质体融合杂交,双亲本不受 亲合力限制,甚至可打破种属间遗传障碍,获得 远缘杂交重组体,这种特殊的杂交方式称为原 生质体融合育种。
15
(一)细菌接合与F性因子 机制
(大肠杆菌的接合机制)
接合作用是由一种被称为 F因子的质粒介导
33
实验室子囊孢子的获得条件： 杂交配对的菌株必须是单倍体的,所以首先要
43
二、霉菌杂交的原理和杂交技术
霉菌杂交育种是利用准性生殖过 程中的基因重组和分离现象,将不同菌 株的优良特性集合到一个新菌株中,然 后通过筛选出具有新遗传结构和优良 遗传特性的新菌种 .
44
(一)异核体的形成与获得方法
同核体:同一种基因型的细胞核 异核体:是指两个基因型不同细胞核处在同一个
和呈微碱性的土壤中。
•
约70%抗生素由放线菌产生（细菌抗生素大
多对寄主有毒，真菌抗生素比较少） ；
•
近年来筛选到许多抗癌剂、酶抑制剂、抗寄
生虫剂、免疫抑制剂和农用杀虫剂、杀菌剂等。
酶类（葡萄糖异构酶，蛋白酶等）和维生素B12
的产生菌。
•
有固氮能力的非豆科植物根瘤中，共生的固
氮菌是弗兰克菌属放线菌。
•
基中,适温培养1-2d,待长出菌丝后,用生理盐水洗 涤,离心数次, 把菌丝撕碎, 于基本培养基平板上, 培养7-8d后,长出异核体的菌丝丛,挑取其上孢子 于基本培养基斜面保存。适合于两个直接亲本的 分生孢子不易融合的情况下,易获得异核体 (2)基本培养基衔接法
制成高浓度的孢子悬液，涂接到基本培养基斜 面上，适温培养后,衔接部分长出异核体菌丝丛 .
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2、原生质体融合育种
通过酶解破除细胞壁后制备微生物原生 质体,然后诱导原生质体融合杂交,双亲本不受 亲合力限制,甚至可打破种属间遗传障碍,获得 远缘杂交重组体,这种特殊的杂交方式称为原 生质体融合育种。
15
(一)细菌接合与F性因子 机制
(大肠杆菌的接合机制)
接合作用是由一种被称为 F因子的质粒介导
33
实验室子囊孢子的获得条件： 杂交配对的菌株必须是单倍体的,所以首先要
第七章微生物的遗传变异和育种_微生物学_PPT幻灯片
遗传物质是核酸（RNA）而非蛋白质
二、朊病的发现与思考
亚病毒的一种：具有传染性的蛋白质致病因子，迄今为止 尚为发现该蛋白内含有核酸。
其致病作用是由于动物体内正常的蛋白质PrP c改变折叠 状态为PrP sc所致，而这二种蛋白质的一级结构并没有改 变。
思考
1）蛋白质是否可以作为遗传物质？ prion是生命的一个特例？还是仅仅为表达调控的一种形式？
Ti质粒是一种200kb的环状质粒，包括毒性区（vir）、 接合转移（con）、复制起始区（ori）和T-DNA区4部分。
T-DNA区可携带任何外源基因整合到植物基因组中， Ti质粒是植物基因工程中使用最广、效果最佳的克隆载体。
Agrobacterium tumefaciens（根癌土壤杆菌或 根癌农杆菌）释放出的Ti质粒上的T-DNA片断与植 物细胞的核基因组整合，合成冠瘿碱类（opines）, 破坏控制细胞分裂的激素调节系统，使之变成癌 细胞。
1. 定义和特点
质粒：
一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质 遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。
ocDNA lDNA cccDNA
质粒是一种独立存在于细胞内的复制子（replicon）。
严紧型复制控制（stringent replication control）
质粒的复制与核染色体的复制同步， 在这类细胞中，一般只含1～2个质粒；
抗性决定因子（r-determinant）
大小不很固定，相对分子量从几百万至11×108以上， 无转移功能，含各种抗性基因，如抗青霉素、氨苄青 霉素、氯霉素、链霉素、卡那霉素和磺胺等基因。
由RTF和r决定子结合而形成R质粒的过程：
抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性 的重要原因之一。
二、朊病的发现与思考
亚病毒的一种：具有传染性的蛋白质致病因子，迄今为止 尚为发现该蛋白内含有核酸。
其致病作用是由于动物体内正常的蛋白质PrP c改变折叠 状态为PrP sc所致，而这二种蛋白质的一级结构并没有改 变。
思考
1）蛋白质是否可以作为遗传物质？ prion是生命的一个特例？还是仅仅为表达调控的一种形式？
Ti质粒是一种200kb的环状质粒，包括毒性区（vir）、 接合转移（con）、复制起始区（ori）和T-DNA区4部分。
T-DNA区可携带任何外源基因整合到植物基因组中， Ti质粒是植物基因工程中使用最广、效果最佳的克隆载体。
Agrobacterium tumefaciens（根癌土壤杆菌或 根癌农杆菌）释放出的Ti质粒上的T-DNA片断与植 物细胞的核基因组整合，合成冠瘿碱类（opines）, 破坏控制细胞分裂的激素调节系统，使之变成癌 细胞。
1. 定义和特点
质粒：
一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质 遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。
ocDNA lDNA cccDNA
质粒是一种独立存在于细胞内的复制子（replicon）。
严紧型复制控制（stringent replication control）
质粒的复制与核染色体的复制同步， 在这类细胞中，一般只含1～2个质粒；
抗性决定因子（r-determinant）
大小不很固定，相对分子量从几百万至11×108以上， 无转移功能，含各种抗性基因，如抗青霉素、氨苄青 霉素、氯霉素、链霉素、卡那霉素和磺胺等基因。
由RTF和r决定子结合而形成R质粒的过程：
抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性 的重要原因之一。
微生物的诱变育种25页PPT
风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
微生物的诱变育种
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
微生物的诱变育种
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
Thank you
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
第八章微生物的遗传变异与育种ppt课件
（8） 易于形成营养缺陷型；
（9） 各种微生物一般都有相应的病毒；
（10） 存在多种处于进化过程中的原始有性 其它许多主要的生物学基本理 论问题中最热衷的研究对象。
❖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。
（movable gene）。
转座因子
定义：可在DNA链上改变自身位置的一段DNA序列。
原核生物中的转座子类型 转座的遗传效应
插入（IS）序列
转座子(Tn)
特殊病毒（Mu噬 菌体）
插入序列（IS，insertion sequence)
分子量最小（仅0.7~1.4kb），只有引起转座的转座酶基 因而不含其它基因，具有反向末端重复序列。已在染色体、 F因子等质粒上发现IS序列。E . coli的F因子和核染色体组 上有一些相同的IS，通过这些同源序列间的重组，就可使 F因子插入到E . coli的核染色体组上，形成Hfr菌株。因IS 在染色体组上插入的位置和方向的不同，其引起的突变效 应也不同。IS被切离时引起的突变可以回复，如果因切离 部位有误而带走IS以外的一部分DNA序列，就会在插入部 位造成缺失，从而发生新的突变。
第八章 微生物的遗传变异与育种
➢ 第一节 遗传变异的物质基础 ➢ 第二节 微生物的基因组结构 ➢ 第三节 质粒和转座因子 ➢ 第四节 基因突变及修复 ➢ 第五节 基因重组 ➢ 第六节 微生物育种 ➢ 第七节 菌种的衰退、复壮与保藏
遗传与变异的概念
遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。
❖ 遗传：亲代将自身一整套遗传因子传递给下一代的行为和 功能，
微生物遗传育种绪论上(共110张PPT)
（三）协调表达
在一定机制控制下，功能上相关的一组基因，无论其为 何种表达方式，均需协调一致、相互配合、共同表达，即
为协调表达 （coordinate expression）
这种调节称为协调调节
（coordinate regulation）
二、基因表达的多级调控
基因 激活
转录起始
转录后加工 mRNA降解
存在于真核生物细胞核内，由DNA、蛋 白质及少量RNA组成的嗜碱性丝状或杆
状小体。在细胞分裂间期时又称染色质
（chromatin）。 1）染色体的形态与构造
细胞分裂中期的染色体具有典型的形态结
构，一般包括着丝粒、臂和端粒等结构。
随体
染色单体
染色体
2）染色体的特点：
各条染色体的长度、着丝粒位置， 随体及次级溢痕数目、大小、位置
多糖 + RⅡ活菌 → 无SⅢ活菌
RNA + RⅡ活菌 → 无SⅢ活菌 DNA +RⅡ活菌 → 有SⅢ活菌 SⅢ DNA → 蛋白酶处理 → 具转化能力
SⅢ DNA → DNase处理→无转化能力
结论：转化因子的化学本质为DNA。
体外转化实验－DNA是遗传物质的证明
1944年 Avery.O 、 、 McCarty.M.J 揭开了转化因子 的化学本质。
底物或环境物料的微生物菌株。
工业微生物菌种基本特征
非致病性；
适合大规模培养工艺要求； 利于规模化产品加工工艺；
具有相对稳定的遗传性能和生产性状； 形成具有商业价值的产品或具有商业应用 价值。
工业微生物菌种的来源
选种（自然选育）：从自然样本中通过筛 选与分离获得；
育种（遗传育种）：在实验室中对保藏的 微生物菌株进行遗传改良获得
完整版分子育种PPT课件
39
因此，利用dut – ung -菌株制备的M13载体中， 大约1%的T被U取代。
以这样制备的M13(+)链为模板进行寡核苷酸介 导的定点突变，然后将得到的双链DNA转化到 dut+ung+菌株中，最初的含UU的模板会被降解， 而突变链则因不含U被复制。
利用不完全配对的低聚核苷酸介导法可以克服 上述局限性。
33
这种方法的具体操作是：在进行DNA处理前，先测定 DNA的序列，根据诱变点附近的碱基排列顺序合成一段 13个碱基左右的低聚核苷酸片段，低聚核苷酸与待诱变 位点不配对但与诱变点两侧完全配对。
将DNA分子克隆在噬菌体M13载体上变为单链后，与低 聚核苷酸片段相混合，使该片段与DNA的相应部分发生 “退火粘合”。
“Kazlauskas’ Rules”
H OH ML
H O H
ML
H O 2CH LM
M e
C 6H 13 C O O R C 6H 5
O H
M e
R = C20H42, C12H26 45 % Conversion,
42 % Conversion,
97 % ee
97 % ee
Industrial Applications L-menthol
28
(1)开创DNA单链区
点诱变要在DNA单链上进行。 首先在双链的目的DNA分子上某个限制酶切点附近开创
出一小段单链区域。 常用的方法有两种：
一是先用溴化乙锭与DNA结合，再用限制酶切开一个裂口 （gap），双链DNA中一条链仍保持完整。而后可用核酸酶Exo III来开创出一个单链区域。
13
定向进化技术包括：
定点突变（定点的） 易错PCR（随机的） DNA重排（重组的） ……
因此，利用dut – ung -菌株制备的M13载体中， 大约1%的T被U取代。
以这样制备的M13(+)链为模板进行寡核苷酸介 导的定点突变，然后将得到的双链DNA转化到 dut+ung+菌株中，最初的含UU的模板会被降解， 而突变链则因不含U被复制。
利用不完全配对的低聚核苷酸介导法可以克服 上述局限性。
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这种方法的具体操作是：在进行DNA处理前，先测定 DNA的序列，根据诱变点附近的碱基排列顺序合成一段 13个碱基左右的低聚核苷酸片段，低聚核苷酸与待诱变 位点不配对但与诱变点两侧完全配对。
将DNA分子克隆在噬菌体M13载体上变为单链后，与低 聚核苷酸片段相混合，使该片段与DNA的相应部分发生 “退火粘合”。
“Kazlauskas’ Rules”
H OH ML
H O H
ML
H O 2CH LM
M e
C 6H 13 C O O R C 6H 5
O H
M e
R = C20H42, C12H26 45 % Conversion,
42 % Conversion,
97 % ee
97 % ee
Industrial Applications L-menthol
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(1)开创DNA单链区
点诱变要在DNA单链上进行。 首先在双链的目的DNA分子上某个限制酶切点附近开创
出一小段单链区域。 常用的方法有两种：
一是先用溴化乙锭与DNA结合，再用限制酶切开一个裂口 （gap），双链DNA中一条链仍保持完整。而后可用核酸酶Exo III来开创出一个单链区域。
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定向进化技术包括：
定点突变（定点的） 易错PCR（随机的） DNA重排（重组的） ……
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8
第十章 第一节 重组DNA技术
2 工具酶与相关技术
2 DNA连接酶 与 DNA分子的体外连接 带有非互补戮性末端的片段（找相应的酶） 带有相同薪性末端的片段（防止自环化） 带有平末端的片段（效率不高）
......
9
第十章 第一节 重组DNA技术
2 工具酶与相关技术
3 DNA 聚合酶与 PCR 技术 DNA连接酶的作用是体外实现DNA的“复制”过程。
1 重组 DNA 技术的基本过程
重组DNA技术：
第一节
是将一个含有目的基因的DNA片段经体外操作与载体连接， 并转入到受体细胞，使之在受体细胞内扩增、表达的操作过 程。
......
4
第十章 第一节 重组DNA技术
1 重组 DNA 技术的基本过程
重组 DNA 技术的基本过程： ① 含目的基因的 DNA 片段的分离与制备； ② 载体的构建； ③ 含目的基因的 DNA 片段与载体相连接； ④ 将重组分子送人受体细胞，并在其中复制、扩增； ⑤ 筛选带有重组 DNA 分子的转化细胞； ⑥ 鉴定外源基因的表达产物。
PCR 是聚合酶链式反应的简称，是一种体外决速扩增特定 DNA 片段的技术。
......
10
第十章 第一节 重组DNA技术
2 工具酶与相关技术
4 其他工具酶
重组 DNA 技术中还经常用到反转录酶、末端脱氧核昔酸 转移酶、 T 4多核昔酸酶、碱性磷酸酶、核酸外切酶和单链核 酸内切酶等。
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11
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16
第十章 第四节 代谢工程
第四节
代谢工程： 又称为途径工程，或代谢设计，是利用DNA重组技术修饰
细胞中特定的生化反应或引入新的生化反应，以提高特定 代谢物的产量或改善细胞的其他性能的方法。
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17
思考题： 1、重组DNA技术？ 2、定向进化技术？ 3、DNA重排技术？ 4、基因组重排技术？ 5、代谢工程？
......
1
第十章 微生物分子育种技术
重组 DNA 技术的发展从根本上改变了生物技术的研究 和开发模式。
可以直接地、有针对性地在 DNA 分子水平上改造生物 的遗传性状。
通过转人外源基因，微生物和动植物细胞可以产生出自 身原来没有的蛋白质。
其他略 DNA克隆
DNA测序
......
13
第十章 第二节 酶的定向进化
定向进化技术：
第二节 通过DNA重排技术等人为方法制造大量变异体，施加以确
定的选择压，让目标生物向着确定的方向加速进化的育种 方法。
......
14
第十章 第二节 酶的定向进化
定向进化的方法：
1、定点突变，指定位点上引人特定的碱基对变化的技术（已 知序列）。
同样，利用重组 DNA 技术，也可以使一些原来存在量 极低的、但有重要工业或医学用途的小分子或蛋白质之外的 大分子物质得以大量生产。
微生物生长迅速、培养成本低成为理想宿主。
......
2
第十章 微生物分子育种技术
1. 重组DNA技目术录
2．酶的定向进化 3．基因重排 4．代谢工程
......
3
第十章 第一节 重组DNA技术
第十章 第一节 重组DNA技术
3 外源基因的获得1、DNA或cDNA（真核的mRNA逆转录得到），需要筛 选确定； 2、DNA的人工合成（引物或者大片段的不连续合成） 3、PCR扩增（目标DNA两端设计引物扩增出来）
......
12
第十章 第一节 重组DNA技术
4 载体-宿主系统
获得的DNA需要与媒介（类似噬菌体、质粒）“重组” （人工拼接）后，进入“宿主”（生物反应器或目标微生物） 表达。
......
6
第十章 第一节 重组DNA技术
2 工具酶与相关技术
1 限制性内切酶
识别和切割双链 DNA 分子内特殊核昔酸顺序的酶统称为 限制性内切酶，简称限制酶。
限制酶分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ 型。只有 Ⅱ型酶被广泛应 用于 DNA 分子的体外重组。
Ⅱ 型酶特点： ① 识别特定的核昔酸序列；② 具有特 定的酶切位点，切割后形成黏性末端（或平末端）；③ 没有 甲基化修饰酶功能，条件简单。
四个必要条件：工具酶，基因，载体和受体细胞。
......
5
第十章 第一节 重组DNA技术
2 工具酶与相关技术
为了在分子水平上对 DNA 进行人工切割和拼接等操作， 需要采用一系列重要的酶作为工具。
一般把这些用以进行 DNA 分子切割、片段修饰和连接等 重组操作的酶称为工具酶。
重组 DNA 技术涉及的工具酶种类繁多、功能各异。限制 性核酸内切酶、 DNA连接酶、反转录酶、 DNA聚合酶等
2、易错 PCR，PCR时会以一定的频率发生碱基错配，可进行 随机诱变。
3、DNA重排，将同源DNA随机切成小片段后用PCR进行重聚以 得到大量重组DNA的育种方法。 （随机）
......
15
第十章 第三节 基因组重排
第三节
基因组重排技术： 利用多亲本同时进行原生质体融合产生大量随机融合子，
从融合子中挑选需要方向特性的育种方法。
......
7
第十章 第一节 重组DNA技术
2 工具酶与相关技术
2 DNA连接酶 与 DNA分子的体外连接 DNA连接酶的作用是催化双链 DNA 缺口处相邻的两个脱
氧核昔酸残基连接。 常用的 DNA 连接酶有两种：
大肠杆菌编码的 DNA连接酶（黏性末端） 大肠杆菌T4噬菌体编码的 T4DNA连接酶（黏性、平末端）