第七章 微生物的遗传(笔记)

诱变育种工作中应考虑的几个原则
选择简便有效的诱变剂 选优良的出发菌株 处理单孢子（或单细胞）悬液 选用最适剂量 利用复合处理的协同效应 利用和创造形态，生理与产量间的相关指标 设计或采用高效筛选方案或方法
利用回变检测致癌剂 ——艾姆斯试验法
S.t.his
可疑“致癌”试样 鼠肝匀浆 （含羟化酶） 保温 吸入 滤纸片 回 变
剂量以诱变剂浓度和处理时间来表示
合适剂量：能扩大变异幅度又能促使 变异移向正变范围的剂量
充分利用复合处理的协同效应
两种或多种诱变剂先后使用
两种或多种诱变剂同时使用
同种诱变剂重复使用
利用和创造形态，生理与产量间的相关指标
淀粉酶变色圈试验
变色圈大的为淀粉酶高产菌落
突变株的筛选方法
与突变株的筛选相关的几个概念 高产突变菌株的筛选方法 抗性突变体的筛选方法 营养缺陷型的的筛选方法
含异烟肼
接敏感菌 含突变株
弱抗性 强抗性 中抗性
营养缺陷型的筛选办法
诱变剂处理 淘汰野生型 检出缺陷型 鉴定缺陷型 夹层培养法 逐个检出法 影印接种法 限量补充培养法 菌丝过滤法
夹层培养法及结果
小菌落是第二次长起 来的（营养缺陷型）
逐个检出法
菌种
涂布 培养
含诱变剂的液体培养基
完全培养基上长出菌落
转导： 供体DNA片断通过媒介－噬菌体携带进入受体
沉 淀
结果：上清液中含15%放射性；沉淀中含85%放射性
植物病毒的重建实验
植物病毒蛋白质和RNA可以人为地分开, 同时又可把它们重新组合成具感染性的病毒.
甲ＲＮＡ＋乙Ｐr → 感染症状同甲病毒；分离得到甲病毒 乙ＲＮＡ＋甲Ｐr → 感染症状同乙病毒；分离得到乙病毒
质粒
质粒
原核生物遗传物质 存在的另一种方式
+
A+B+C+D+
Ｆ因子和接合
Ｆ－ 菌株 （雌株）
F+ 菌株 雄性菌株
Hfr菌株 F ́ 菌株
雄性菌株与雌性菌株接合结果 F+ × F F
×
F+ F
+ +
F+ F
（多数情况下） （少数情况下）
F
Hfr× F
Hfr× F
Hfr + F Hfr + Hfr
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
转导的特点
需要噬菌体做媒介，不需要细胞间直接接触 普遍性转导 噬菌体DNA不接合到寄主染色体 噬菌体蛋白质包裹寄主任何一部分DNA片段 局限性转导 噬菌体DNA整合到寄主染色体上 噬菌体DNA与寄主染色体特定基因发生交换
溶源转变
温和噬菌体的基因整合到宿主核基因组上的现象
温和噬菌体并不携带外源供体菌的基因
与突变株的筛选相关的几个概念
基本培养基 [-] 完全培养基 补充培养基 野生型 [A+B+] 营养缺陷型 [A+B-] 原养型 [A+B+]
相关培养基
三类遗传型
抗性突变体的筛选方法
青霉素浓缩法 梯度培养皿法
青霉素浓缩法
培养基(含青霉素)
接入敏感菌液
（含抗性突变株）
涂布
抗青霉素菌落
培养
梯度培养皿法
A-B+
A+B-
少数受体 A+B+ 经重组形成转导子
流产转导
低频转导
正常
λ
λ
正常切离
gal
bio
整合
gal
bio
宿主基因组
不正常切离 （10-4—10-6）
低频转导（LFT）裂解物的形成
λ dgal
λ dbio
高频转导
用高频转导裂解物去转导受体菌，可以 获得高达50％左右的转导子，这种转导被称 为高频转导。
变量试验
大肠杆菌稀释培养物
10 ml
(培养前先分成50小管)
10 ml
(在同一个大管中作整体培养)
2
3
7
1
4
4
3
5
抗噬菌体菌落数
抗噬菌体菌落数
涂布试验
涂布敏感菌5×104个 共12个平板 5×104个菌落 5000个细菌/菌落 重新涂布后 喷入T1保温 喷入T1保温
6个平板共353个菌落
6个平板共28个菌落
真核微生物基因重组在有性繁殖过程中发生， 当合子减数分裂时，两染色体发生交换。
原核微生物 通过转化、接合、转导等形式进行 一 部分物质转移和基因重组。（小结）
转化(transformation)
几个概念：转化、转化因子、感受态
转化过程
转化的特点
转 化 (transformation)
受体细胞直接吸收了来自供体细胞的 DNA片断，并把它整合到自己的基因组 中，细胞部分遗传性状发生变化的现 象叫转化。
微生物突变体的主要类型
形态突变型
按突变 实质分
生化突变型
菌落形态突变型 菌体形态突变型 营养突变体(营养缺陷型) 发酵突变体 抗性突变体 条件致死突变体 抗原突变型 产量突变型
突变的特点（证明）
不对应性 自发性 稀有性 独立性 诱变性 稳定性 可逆性
基因突变自发性和不对应性的证明
变 量 试 验 涂 布 试 验 影印培养试验
遗传变异的物质基础
三个经典实验证明核 酸是微生物遗传物质 转化实验 噬菌体感染实验 植物病毒的重建实验
遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式
转化实验
材料
动物实验
方法
细菌培养实验 S型菌无细胞抽提液试验
实验材料： 肺炎双球菌
光滑型（S）
有 荚 膜 菌落光滑 分泌毒素 致 病
粗糙型（R）
无 荚 膜 菌落粗糙 无 毒 不 致 病
S.t.his
阳性
阴性
挑选优良的出发菌株
生产中用过的自发变异菌株 采用具有有力性状的菌株 采用已发生其他变异的菌株 采用增变菌株 采用前体或最终产物代谢高的菌株
处理单孢子（或单细胞）悬液
芽孢杆菌应处理芽孢 放线菌，霉菌应处理孢子 细菌对数期，放线菌霉菌要稍 加萌发后使用 出发菌株应制成均匀悬液
选用最适剂量
第七章 微生物的遗传 变异和育种
微生物是遗传学研究的最好材料和对象
微生物结构简单 营养体一般都是单倍体 微生物繁殖速度快 易积累不同的中间及最终代谢产物 环境条件对微生物作用直接均匀 存在多种方式的繁殖类型 微生物的变异易被识别 参与基因工程的载体供体受体三角色
内容提要

遗传的物质基础 基因突变和诱变育种 基因重组和杂交育种 基因工程
SⅠSⅡSⅢ三个血清型
RⅠRⅡRⅢ三个血清型
转化实验（1）动物实验 活
加活R菌或死S菌
加活S菌
死
加活R菌和热死S菌
死
活的S菌
抽血分离
噬菌体感染实验
原理
步骤
DNA只含P不含S
Pr
只含S不含P
1：用含同位素Ｓ35, P32的培养基培养大肠杆菌 2：让T2感染上述大肠杆菌使其打上S35P32标记
3： 吸附 10分钟后 搅动 离心 上清液
核外环状小型DNA独立复制稳定遗传
F因子 与有性接合有关
R因子
种类
与抗药性有关
Col 编码免疫蛋白 Ti质粒 诱癌质粒 降解质粒：编码降解有害物质的酶
用途
基因工程中作为目的基因载体
突变类型
按方法分：按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 突变株
非选择性 突变株
营养缺陷型（株） 抗性缺陷型（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）
转化因子
转化是游离的ＤＮＡ片断的转移和重组 游离的ＤＮＡ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， 实验室里通过提取获得 双链ＤＮＡ有转化能力，单链没有，
感受态
受体细胞能接受转化的生理状态称为感受态， 只有处于感受态的细菌才能接受转化因子， 从出现到消失约为４０分钟(对数期的中期)
这种温和噬菌体是完整的，而不是缺陷的
获得新性状的是溶源化的宿主细胞，而不是转导子
获得的性状可随噬菌体的消失而同时消失
接合(conjugation)(
接 合 及 其 发 现 Ｆ因子和接合 雄性菌株与雌性菌株接合结果
接合及其发现
段 Ｄ Ｎ Ａ 的 转 移 的 过 程 ， 叫 接 合 通 过 细 胞 间 的 直 接 接 触 能 进 行 大 A+B+C-DA-B-C+D+
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 F 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。
染色体畸变
紫外线诱变作用机理
可使ＤＮＡ链裂断，破坏核糖和磷酸间的键联
引起胞嘧啶和尿嘧啶产生水合作用造成氢键断裂 能使胸腺嘧啶成二聚体，使ＤＮＡ结构发生改变
转导(transduction)
遗传物质通过噬菌体的携带而转移的基因重组
转导的发现
转导的种类
转导的特点
完全普遍转导 流产普遍转导 低频转导 局 限 转 导 高频转导 溶 源 转 变
完全普遍性转导(compietetransduction)
供体
形成溶源菌
A-B+ A+B多数受体 鼠伤寒沙门氏菌 A-B+色氨酸缺陷型 A+B-组氨酸缺陷型
营养缺陷型 基本培养基上不长菌落
影印接种法
完全培养基
影印接种
营养缺陷型
基本培养基
限量补充培养法
微量(0.01%）蛋白胨的基本培养基上 小菌落是营养缺陷型突变株
菌丝 过滤法
筛选营养突变株
基本培养基
菌丝过滤得 营养突变株
接入微生物孢子
（含营养突变株）
涂布均匀后培养
长出菌丝体 （野生型）
细菌的基因重组
碱基的置换
间接引起置换的诱变剂
C O
T ： 酮式
C O H
T：烯醇式
酮式
A .. T
A .. T 烯醇式 T .. G
T .. A G .. C
碱基的置换 间接引起置换的诱变剂
C O Br
5-BU:酮式
C O H Br
5-BU:烯醇式
碱基的置换
A .. T
G .. C A .. BU
A .. T A .. BU
影印培养试验
原始敏 感菌种
影 印 培 养
无药 培养基
含药 培养基
诱变机制 碱基的置换 移码突变
染色体畸变
碱基的置换
NH2 C HNO2
直接引起置换的诱变剂
OH
C
O
C
腺嘌呤
次黄嘌呤(He)
次黄嘌呤(Hk)
A .. T
He .. T
Hk .. T
Hk .. C A .. T
Hk .. C G .. C
转化 过程
3∕
a
b
c
转 化 中 基 因 交 换 过 程 示 意 图
5∕ 5∕ 3∕
3∕ 5∕
A
B b
C c C c
D
E
a
3∕ 5∕ 5∕ 3∕
A
B
D
E
3∕ 5∕
A
B
C c
D
E
5∕ 3∕
3∕ 5∕ 3∕ 5∕
A A
B B
C c C
D D
E E
5∕ 3∕ 5∕ 3∕
转化的特点 不需两个细胞直接接触，供体 DNA提取出来，注入受体即可。
感觉态出现原因
细菌失去部分细胞壁的结果 细菌在细胞表面产生某种Ｅ引起
感受态的决定决定因素
细胞遗传性决定 和菌龄有关
Ca2+能促使细胞进入感受态
感受态因子
是受体细胞表面上的一种蛋白质 功能使转化因子结合在受体细胞表面
转化过程
每个受体细胞表面约有30 -80个转化因子 结合点，当转化因子结合到受体表面结合 点上时 ，DNA一条链被受体细胞膜上的核 酸酶分解，另一条链进入受体细胞，通过 整合与受体细胞进行基因重组，有人发现 DNA也可通过双链形式进入受体细胞形成 双倍体的转化子。
酮式
A .. T
G .. BU
烯醇式
G .. C
G .. BU
烯醇式
ຫໍສະໝຸດ Baidu
酮式
A .. BU A .. T
G .. C
移码突变
ＤＮＡ分子中缺失或增加少数几个碱基对而引起
ABC ABC ABC ABC ABC ABC ABC ABC 增添一个碱基 ABC ABC AB+ CAB CAB CAB CAB CAB 缺少一个碱基 ABC BCA BCA BCA BCA BCA BCA BCA