微生物遗传育种74页PPT
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微生物的遗传变异与育种 PPT
雄性菌株与雌性菌株接合结果
三者根本区别在于DNA转移的方式不同
转化： 供体DNA片断→注入受体细胞，通过细胞膜 接合： 供体进入受体通过性纤毛 转导： 供体DNA片断通过媒介－噬菌体携带进入受体
物理诱变因素 化学诱变因素 生物诱变因素
• 由40年代B、 McClintock对得遗传研究而发现染 色体易位,自1967年以来,已在微生物和其她生物中 得到普遍证实,并已成为分子遗传学研究中得一个热 点。
转化(transformation)
几个概念:转化、转化因子、感受态 转化过程 转化得特点
转 化 (transformation)
受体细胞直接吸收了来自供体细胞得 DNA片断,并把她整合到自己得基因组 中,细胞部分遗传性状发生变化得现 象叫转化。
转化因子
转化就是游离得ＤＮＡ片断得转移和重 组游离得ＤＡＮ片断叫转化因子 转化因子由供体提供 自然情况下可由细菌细胞自行裂解产生,
• 转座因子
• Transposible Element:
• 在染色体组中或染色体组间能改变自身位置得一 段DNA顺序。也称作跳跃基因(jumping gene)或 可移动基因(movable gene)。
转座因子
• 插入序列 (IS,insertion sequence)
• 转座子 (Tn,transposon,又称转位子,易位子)
ATC ATC ATG CTA CTA CTA CTA CTA 缺少一个碱基
ABC BCA BCA BCA BCA BCA BCA BCA
造成突变点以后全部遗传密码转录与转释发生错误
染色体畸变
某些理化因子,如Ｘ射线,紫外线, 亚硝酸等,除 能引起点突变外,还会引起DNA分子大损伤,包 括染色体易位,倒位,缺失,重复等,即为染色体畸 变。
微生物遗传与育种精美课件
• 原核生物基因的结构
2020/6/3
• 真核生物基因的结构
– 一般无操纵子结构 – 存在大量不编码序列和重复序列 – 转录和转译在细胞中有空间间隔 – 基因被许多无编码功能的内含子阻隔，使编码
序列变成了不连续的外显子。
2020/6/3
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
• H. Fraenkel-Conrat，1956 • 实验材料
– 烟草花叶病毒（TMV） – 霍氏车前花叶病毒（HRV）
• 处理
– 在一定浓度的苯酚溶液中振荡，分离蛋白质外 壳与RNA核心
2020/6/3
2、DNA的结构
• DNA的结构
– 基本单位是脱氧核苷 酸
– 反向平行、右手螺旋 – 碱基A、T、C、G有
序排列 – 碱基之间由氢键连接
2020/6/3
3、DNA的复制
• 半保留复制
2020/6/3
• 复制起点、复制方向、复制单位
2020/6/3
• DNA的半不连续复制
3
5 3
2020/6/3
领头链 (leading strand)
解链方向
随从链 (lagging strand)
5
• 复制的几种主要方式
• S型菌的无细胞抽提液培试养验皿培养
活R菌+ S菌无细胞抽提液――→长出大量R菌和 少量S菌
2020/6/3
• 1944年Avery等对热死S型菌中可能的转化 因子在离体条件下进行了转化试验：
2020/6/3
• 真核生物基因的结构
– 一般无操纵子结构 – 存在大量不编码序列和重复序列 – 转录和转译在细胞中有空间间隔 – 基因被许多无编码功能的内含子阻隔，使编码
序列变成了不连续的外显子。
2020/6/3
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
• H. Fraenkel-Conrat，1956 • 实验材料
– 烟草花叶病毒（TMV） – 霍氏车前花叶病毒（HRV）
• 处理
– 在一定浓度的苯酚溶液中振荡，分离蛋白质外 壳与RNA核心
2020/6/3
2、DNA的结构
• DNA的结构
– 基本单位是脱氧核苷 酸
– 反向平行、右手螺旋 – 碱基A、T、C、G有
序排列 – 碱基之间由氢键连接
2020/6/3
3、DNA的复制
• 半保留复制
2020/6/3
• 复制起点、复制方向、复制单位
2020/6/3
• DNA的半不连续复制
3
5 3
2020/6/3
领头链 (leading strand)
解链方向
随从链 (lagging strand)
5
• 复制的几种主要方式
• S型菌的无细胞抽提液培试养验皿培养
活R菌+ S菌无细胞抽提液――→长出大量R菌和 少量S菌
2020/6/3
• 1944年Avery等对热死S型菌中可能的转化 因子在离体条件下进行了转化试验：
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。
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。
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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。
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）。
微生物遗传育种课件,基因重组与育种
性菌毛的功能：A. 是两性细胞接合时转移 DNA的通道，又叫性纤毛桥（sex pili bridge）； B. 又是特异phage吸附的部位。
2020/4/1
4、接合时DNA转移的机制 接合时DNA转移的机制目前不详，但可以确定
的是：在接合时，性菌毛的存在是必需的。
2020/4/1
（四）F因子的三种存在形式
1、 F＋：F因子在细胞中以游离状态存在。 2、Hfr（high frequency of recombination）: F因 子在细胞中以整合状态存在。
Hfr与F＋的异同： （1） F＋与Hfr均能与F－菌株杂交； （2） F＋与Hfr均能合成细胞表面附属物—性菌毛； （3）Hfr菌株总是从F＋菌株中得到，而F＋却从未在Hfr菌株 中得到过； （4）Hfr经吖啶橙处理后性质不变，而F＋经吖啶橙处理后失 去F因子； （5）Hfr与F－杂交后， F－性质一般不会变；而F＋与F－杂交 后， F－变为F＋。
（二）放线菌的性别
1、三种性别 原始致育型（IF，initial fertility）：相当于E.coli的F＋ 正常致育型（NF，normal fertility）：相当于E.coli的Hfr 超致育型（UF，ultra fertility）：相当于E.coli的F－
2020/4/1
2、认为IF相当于E.coli的F＋、UF相当于E.coli的F－ 的理由
2020/4/1
3、F ′ ×F－
2F ′
Hfr菌株的F因子的反常切除所形成的F因子有两种类型：
I 型：包含了染色体一个区域和不完全的F ′因子。 II型：带有完整的F因子DNA和位于F因子插入两端 的染色体基因。
2020/4/1
2020/4/1
2020/4/1
4、接合时DNA转移的机制 接合时DNA转移的机制目前不详，但可以确定
的是：在接合时，性菌毛的存在是必需的。
2020/4/1
（四）F因子的三种存在形式
1、 F＋：F因子在细胞中以游离状态存在。 2、Hfr（high frequency of recombination）: F因 子在细胞中以整合状态存在。
Hfr与F＋的异同： （1） F＋与Hfr均能与F－菌株杂交； （2） F＋与Hfr均能合成细胞表面附属物—性菌毛； （3）Hfr菌株总是从F＋菌株中得到，而F＋却从未在Hfr菌株 中得到过； （4）Hfr经吖啶橙处理后性质不变，而F＋经吖啶橙处理后失 去F因子； （5）Hfr与F－杂交后， F－性质一般不会变；而F＋与F－杂交 后， F－变为F＋。
（二）放线菌的性别
1、三种性别 原始致育型（IF，initial fertility）：相当于E.coli的F＋ 正常致育型（NF，normal fertility）：相当于E.coli的Hfr 超致育型（UF，ultra fertility）：相当于E.coli的F－
2020/4/1
2、认为IF相当于E.coli的F＋、UF相当于E.coli的F－ 的理由
2020/4/1
3、F ′ ×F－
2F ′
Hfr菌株的F因子的反常切除所形成的F因子有两种类型：
I 型：包含了染色体一个区域和不完全的F ′因子。 II型：带有完整的F因子DNA和位于F因子插入两端 的染色体基因。
2020/4/1
2020/4/1
第八章微生物遗传变异与育种ppt课件
子，主要存在于各种微生物细胞中。
(1)质粒的分子结构
●通常以共价闭合环状(covalently closed circle，简 称CCC)的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中；
●也发现有线型双链DNA质粒和RNA质粒; ●质粒分子的大小范围从1kb左右到1000kb； （细菌质粒多在10kb以内）
质粒的检测
变异(variation):生物体在外因或内因的作用下,遗 传物质的结构或数量发生改变.变异的特点:a.在群 体中以极低的几率出现,(一般为10-6～10-10); b. 形状变化的幅度大;c. 变化后形成的新性状是稳定 的,可遗传的.
饰变(modification):指不涉及遗传物质结构改变
而只发生在转录、转译水平上的表型变化.
决定细胞衰老的“生物钟”就是染色体末端的端粒DNA， 它可随着年龄的增长而缩短。
●原核微生物拟核体
与真核生物相比，原核微生物的染色体通常 只有一个核酸分子(DNA或RNA)，其遗传信 息的含量比真核生物少得多。病毒染色体只 含一个DNA或者RNA分子，可以是单链也 可以是双链；大多呈环状，少数呈线性分子。 细菌染色体均为环状双链DNA分子。
●产毒素E.coli是引起人类和动物腹泻的主要病原菌之一, 其中许多菌株含有编码一种或多种肠毒素基因的质粒。
●苏云金杆菌含有编码δ内毒素(伴孢晶体中)的质粒 ●根癌土壤杆菌所含Ti质粒是引起双子叶植物冠瘿瘤的致
病因子
Ti质粒的结构及特点
1)致育因子(F因子)
能于染色体外独立增殖的环状DNA分子，其大小约 100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖 现 象有关的质粒。由于这种质粒还可以整合到细菌染色 体上，成为染色体的一部分，又叫作附加体。F质粒整 合到宿主细胞染色体上的菌株叫Hfr.
(1)质粒的分子结构
●通常以共价闭合环状(covalently closed circle，简 称CCC)的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中；
●也发现有线型双链DNA质粒和RNA质粒; ●质粒分子的大小范围从1kb左右到1000kb； （细菌质粒多在10kb以内）
质粒的检测
变异(variation):生物体在外因或内因的作用下,遗 传物质的结构或数量发生改变.变异的特点:a.在群 体中以极低的几率出现,(一般为10-6～10-10); b. 形状变化的幅度大;c. 变化后形成的新性状是稳定 的,可遗传的.
饰变(modification):指不涉及遗传物质结构改变
而只发生在转录、转译水平上的表型变化.
决定细胞衰老的“生物钟”就是染色体末端的端粒DNA， 它可随着年龄的增长而缩短。
●原核微生物拟核体
与真核生物相比，原核微生物的染色体通常 只有一个核酸分子(DNA或RNA)，其遗传信 息的含量比真核生物少得多。病毒染色体只 含一个DNA或者RNA分子，可以是单链也 可以是双链；大多呈环状，少数呈线性分子。 细菌染色体均为环状双链DNA分子。
●产毒素E.coli是引起人类和动物腹泻的主要病原菌之一, 其中许多菌株含有编码一种或多种肠毒素基因的质粒。
●苏云金杆菌含有编码δ内毒素(伴孢晶体中)的质粒 ●根癌土壤杆菌所含Ti质粒是引起双子叶植物冠瘿瘤的致
病因子
Ti质粒的结构及特点
1)致育因子(F因子)
能于染色体外独立增殖的环状DNA分子，其大小约 100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖 现 象有关的质粒。由于这种质粒还可以整合到细菌染色 体上，成为染色体的一部分，又叫作附加体。F质粒整 合到宿主细胞染色体上的菌株叫Hfr.
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
微生物的遗传变异和育种 PPT课件
著名的肺炎球菌实验
结果说明：加热杀死的S型肺炎球菌中一定有某种 特殊的生物分子或遗传物质，可以使无害的R型肺 炎球菌转化为有害的S型肺炎球菌。 这种生物分子或遗传物质是什么呢？
纽约洛克非勒研究所
Avery
从加热杀死的 S 型肺炎球菌将蛋白质、核酸、 多糖、脂类分离出来，分别加入到无害的 R 型 肺炎球菌中， 结果发现，惟独只有核酸可以使无害的 R 型肺 炎球菌转化为有害的S型肺炎球菌。 1944年 结论：DNA是生命的遗传物质
3、植物病毒的拆分和重建试验
烟 草 花 叶 病 毒 感 染 试 验
二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式
（一）、七个水平
（1）细胞水平
（2）细胞核水平
（3）染色体水平
（4）核酸水平
（5）基因水平 （6）密码子水平 （7）核苷酸水平
（二）、原核生物的质粒
1. 定义和特点： 定义：游离并独立存在于染色体以外的能进行自主复制的细胞质 遗传因子，通常以小型共价闭合环状的超螺旋双链DNA分 子，即cccDNA 存在于各种微生物细胞中。 大小：1～1000kb 构型：超螺旋、线状、环状 特点：（1）质粒携带某些核基因组中所缺少的对宿主生存不必需基因，
其中研究较多的细菌质粒有：F质粒决定大肠杆菌的致 育性；抗性因子决定细菌的耐药性；Col质粒决定产生 大肠杆菌素。
第一节 微生物遗传变异的物质基础 第六章微生物的遗传变异和育种 二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式 2、原核生物的质粒
（2）质粒的种类
①F质粒（接合质粒、F因子、致育因子或性因子） 大小：仅100kb，为cccDNA。 功能：决定细菌的性别和转移能力。 F质粒在大肠杆菌的有性接合作用中起主要作用。