第10章 微生物的基因重组

2 接合
• 通过细胞的接触进行基因的转移，叫接 合。受体菌叫接合子。接合是借 F 因子 （致育因子）实现的。 F 因子是一种小 分子的双链环状DNA，约有40个基因。
• 带有F因子的细胞叫F+细胞，
• 无F因子的叫F-细胞。 • 每个F+细胞带有1～多个性丝。

不同类型细胞接合的结果表
第10章 微生物的基因重组
第1节 原核生物的基因重组 第2节 真核生物的基因重组
第3节 微生物菌种保藏
基因突变增加了遗传多样性，以适应环
境的变化。但基因突变的概率一般较低，因
此在亿万年的进化过程生物主要通过基因重 组的方式保持物种遗传多样性。来自两个 （两个以上）不同亲本的遗传物质在同一细 胞内经过交换、重新组合而产生具有新性状 子代个体的过程叫基因重组，由此产生的重 组子代可以将重组DNA分子遗传给后代。
分，所以重组以后的细胞称为局部合子，以
区别典型的有性生殖中细胞融合以后形成的
合子。
• 两个不同生物个体交换遗传物质并进 行重新组合，以产生具有新基因型和 表型个体的过程叫基因重组。 • 原核生物缺乏有性系统，进行基因重 组时，2个亲本细胞并不提供整套或 等量的遗传物质，而只交换小部分遗 传物质，并且是单向的，提供DNA的 为供体，接受DNA的为受体。
世界各国菌种保藏机构简表
保藏机构名称 缩写
中国普通微生物保藏管理中心
中国农业微生物菌种保藏管理中心 中国工业微生物菌种保藏管理中心
CGMCC
ACCC CICC
美国典型菌种保藏中心
美国农业研究菌种保藏中心 法国巴斯德研究所菌物保藏中心 荷兰细菌保藏中心 英国的国家典型菌种保藏所 全俄微生物菌种保藏中心 俄国国家工业微生物保藏中心
2 菌种的复壮
• 淘汰已衰退的细胞
• 纯系分离 • 重新寄生宿主体进行复壮
3 保藏菌种的方法
和动植物资源一样，菌种也是一个国家 所拥有的重要生物资源。积累这些资源耗费 了大量的人力、物力和财力，是反映一个国 家生物技术水平的标志之一，因此世界上主 要发达国家都设有专门的菌种保藏机构。菌 种保藏机构的任务是广泛收集各类试验和生 产菌种、菌株(包括病毒株、动植物细胞株 和质粒等)，将这些材料长期保藏，便于进 行研究、交换和使用。
专性转导
原噬菌体受诱导从寄主DNA上脱离
下来时，因不正常切割，会偶尔把其整 合位点两侧的寄主基因切下并包装进壳 体，进而带进下一个受感染的细胞，并 可能通过整合带进受体染色体。
细菌基因重组3种方式的比较
细胞接触 接合
转导 转化
DNA载体 F因子 噬菌体 －
涉及DNA片断 部分染色体 1个/少数基因 1个/少数基因
＋ － －
第2节 真核生物的基因重组
1 有性生殖
2 准性生殖
1 有性生殖
真菌有性生殖的过程、结合方式、特 点、类型等参见真核微生物。
2 准性生殖
(1)异核体 (2)二倍体化 (3)有丝分裂交换 （体细胞交换）
(4)单元化
(1)异核体
真菌一个细胞内含有两个不同的核。
(2)二倍体化
异核体中的两个核一般不融合， 只以10－6概率发生融合，形成杂合 二倍体。这种二倍体形成后，相当 稳定，可以进行有丝分裂。
c C
D d
2 3
(4)单元化
在有丝分裂中,姐妹染色体的着丝粒可
能以极小的概率不分裂，形成2n+1或2n-1
的非整倍体核，2n+1可能失去一条染色体
再次成2n，但是也可能使杂合基因纯合化。
2n-1不稳定，将会逐步失去其他染色体成
为n，也可导致基因重组。
2n
2n+1
a a a A b B c C A b c
常用的菌种保藏方法
DNA的结合和吸收
• 细胞壁上的受体蛋白与DNA片断相互作用，
吸附DNA。 • 结合的DNA双链被核酸内切酶切成约14kb 大小的片断，然后再被分解成单链，一条 单链被降解，另一条单链进入细胞。
整 合
• 进入细胞的DNA单链取代受体菌染色体 上的同源片断的一条单链，被取代的那 条单链被降解。 • 这样形成的杂合双链经修复后将成为含 有供体基因的转化子或正常的受体DNA。
a
a a
b
B b
c
C c
A
B
b B
C
c C
A
B
C
c
A
b
C
2n-1
Abc 或 AbC
第3节 微生物菌种保藏
1 菌种的衰退 2 菌种的复壮 3 保藏菌种的方法
1 菌种的衰退
(1)菌种衰退的表现 (2)衰退的原因 (3)衰退的防止
(1)菌种衰退的表现
• 生长速度缓慢，产孢子越来越少。 • 生产能力下降。
第1节 原核生物的基因重组
1 转化
2 接合 3 转导
1 转化
来自供体DNA片断或质粒DNA转移到受
体菌并整合进染色体的过程叫转化。转化后
Байду номын сангаас
的受体菌叫转化子。转化可分为3个阶段： • 感受态阶段
• DNA的结合和吸收
• 整合
感受态阶段
• 受体菌细胞容易接收 DNA 片断的生理状
态叫感受态。
• 感受态是细菌的一种遗传特性，并且受 培养条件的影响，感受态一般在对数中 期或后期出现，因菌种而异。
真核生物一般采用有性生殖进行基因重 组，涉及两个性细胞的融合，整个染色体组 参与基因重组；在低等的真核生物中，两个 体细胞的结合也可完成基因重组；真菌还可 以借助准性过程进行基因重组。
原核细胞没有明显的性别分化，没有典
型的有性过程，但原核细胞可以通过细胞间
的暂时沟通，供体细菌只提供部分染色体进
行基因重组。这种重组只涉及染色体的一部
(3)有丝分裂交换（体细胞交换）
杂合的二倍体核有丝分裂时，一般 不交换，但是也可以很低的频率发生同 源染色体交换，产生各种重组子。
A a A
b B b
C C c
d d D
1
3
2
A 1 2 A a 3 4 a
b
C
d
a
b B C c d D A a B c D
B
c
D
4
b B
C c
d D
1 4
A a
b B
普遍性转导
• 噬菌体在装配时，会错把大小与其DNA相似的细 菌染色体片断包装进壳体中，形成转导噬菌体。 当这种噬菌体侵染下一个寄主细胞后，就把供体 的DNA片断带进受体细胞。 • 供体片断可与受体染色体上同源片断配对，通过 双交换整合进受体染色体，形成稳定的转导子。 • 约有90％的供体DNA片断并不能整合进受体染色 体上，能表达却不能复制，只能传递给一个子细 胞，形成微小的菌落，叫流产转导。
• 对宿主的毒力减弱，寄生能力下降。
• 生活力下降，抵抗不良环境条件能力减弱。
(2)衰退的原因
从遗传角度分析菌种衰退主要由以下原因造成： 自发突变 杂交重组 异核现象 从环境条件分析菌种衰退主要有以下原因造成： 培养条件 培养基组成
(3)衰退的防止
• 控制传代的次数 • 创造良好的培养条件 • 利用不宜衰退的细胞传代 • 采用有效的菌种保藏办法
ATCC
NRRL CIP NCCB NCTC VKM VKPM
日本生物技术研究所微生物菌种保藏中心
日本技术评价研究所生物资源中心
MBIC
NBRC
保藏菌种的主要技术措施
菌种保藏的基本原则是要根据微生物代谢特 征，提供适合的条件和保护剂，抑制细胞的代谢 水平，使之保持最低活性、处于休眠状态，达到 长期保存的目的。 ① 适宜的保藏材料。 ② 适合的保藏条件。 ③ 采用适合的保护剂。
接合类型 受体菌变化 染色体基因重组 F因子转移
F+×F－
F－ →F+ F－→F－ F－ →F’
10－4～10－5 10－1～10－2 10－1
100％ 极少 100％
Hfr×F－
F’×F－
3 转导
供体基因通过噬菌体作为中间载体 转移至受体的过程叫转导。转导后的受 体菌叫转导子。转导分为两种： • 普遍性转导 • 专性转导