第二章-工业微生物育种的遗传学基础教学文案
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DNA双螺旋结构
第一节 染色体
☺染色体 ☺原核生物和病毒染色体结构和数目 ☺真核生物染色体结构和数目
一、染色体
染色体指携带细胞功能所必备的基因的结构 （遗传单元）。
病毒是非细胞生物，它们的全套遗传基 因称为基因组，但不足以形成染色体。
原核生物染色体常为一个环状DNA分子。 真核生物的细胞有几条至几十条染色体， 各含一个线状的DNA分子。
不 同 生 物 的 端 粒 序 列 都 很 相 似
荧光原位杂交显示端粒和端粒序列
四膜虫 拟南芥
Hale Waihona Puke Baidu
二、原核生物和病毒染色体结构
(a)大肠杆菌细胞大小和染色体DNA长度的比较；(b)细菌细胞中的拟核；(c)大肠杆菌 染色体结构电镜图。
细胞宽1.1~1.5 m、长2~6 m：双链环状DNA分子的长 度达1 mm；
研究微生物遗传学的意义
微生物是现代遗传学、分子生物学和其它 许多重要的生物学基础研究中最热衷选用 的模式生物。
为什么？
35亿年前单细胞生物 25亿年进化成多细胞生物 10亿年发展成了植物、哺乳动物、昆虫、鸟 类等各种各样的地球物种。
• Rice大学科学家认为生物进化速度的加 快是因为细菌和病毒不断在不同物种之间传 递DNA的结果。
为什么染色体能在遗传上起作用？
染色体的化学成分主要是蛋白 质和 DNA，其中 DNA含量稳定， 是主要的遗传物质。
由于细胞中的DNA大部分在染 色体上，所以说遗传物质的主要载 体是染色体。
DNA的分布
主要在染色体上
（染色体是 DNA的主要载 体）
细胞核遗传
细胞质内
例：紫茉莉 叶色的遗传
细胞质遗传
生物的遗传
染色体的形态
根据着丝粒位置进行的染色体分类图示
中期染色体形态 1.长臂 2．主缢痕 3.着丝粒 4·短臂 5·次缢痕 6·随体
后期染色体形态 1．V 形染色体 2．L 形染色体 3.棒状染色体 4.粒状染色体
1、着丝粒与动粒（也称着丝点,kenetoche）
着丝粒和动粒（着丝点）是两个不同的概念，前者 指中期染色单体相互联系在一起的特殊部位；后者指 主缢痕处两个染色单体外侧表层部位的特殊结构，它 与仿锤丝微管相接触。
4、染色体数目
➢一套基本的染色体数目称为一倍体数(x)。带 有多个一倍体染色体数的生物称为整倍体 (euploid)。整倍体可分为一倍体、二倍体、 多倍体。 如:人的染色体数目为23条，那么二倍体细胞 为46条染色体。
➢原核生物大多为单倍体生物。 ➢大多数真核生物是二倍体(diploid)。
第二章-工业微生物育种的遗传 学基础
分子遗传学 近代遗传学,分子水平上研究基因的构成、复制、 表达、突变和修复等。
微生物遗传学
介绍微生物的遗传物质的结构特点、遗传信息 的表达与调控、遗传变异的基本规律；通过 基因操作改变微生物的遗传信息从而有效地 控制或利用微生物的基本策略。
涉及部分真核生物，所有的原核生物，以及病 毒的遗传；
1、染色质（体）结构
染色体（染色质）：真核生物体内高度有序的DNA-蛋 白质复合体构成。
核小体：是染色质基本结构亚基，大约由200bp的 DNA和一个组蛋白八聚体组成
每条染色体中含有一个线状DNA分子，它以左手螺旋 方向围着一个个组蛋白八聚体绕圈1.8周，形成串珠状 的核小体，染色质进一步卷曲形成每圈6个核小体、直 径30 nm的染色质丝，它折叠成许多超螺旋环附着在 中央骨架上。
4）非组蛋白（序列特异性DNA结合蛋 白），有以下特性： a，多样性和组织特异性； b，结合特异性DNA； c，功能多样性，与染色质及DNA高级结 构形成有关系。
3、染色质的类型
根据形态特征和染色性能分为常染色质和异染 色质。 常染色质：在间期细胞核中，对碱性染料着色 浅、染色体纤维折叠压缩程度低、处于较为伸 展状态的染色质，多存在于核质中,具有基因转 录活性。 异染色质：在间期细胞核中，对碱性染料着色 深、染色体纤维折叠压缩程度高、处于聚缩状 态的染色质，不具有转录活性,具有卫星DNA。
• 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。
• 孟德尔的遗传因子阶段 • 摩尔根的基因阶段 • 三个经典实验证明DNA是遗传物质 • 现代基因阶段:Watson和Crick提出
原核生物染色体
形态大小：双链环状DNA，4.6×106bp
位置：拟核内
化学组成：80%DNA、RNA和蛋白质；
结构：在染色体的中心有一个由DNA结合蛋白和 膜组成的骨架，DNA分子附着在骨架上形成 50~100个超螺旋的环，每个环中含碱基对约 50~100 kb. 微量DNA酶
类组蛋白：染色体环状DNA功能域进一步与DNA结合蛋白
链接区的DNA长度为55bp,不同物种变化范围0-100bp.
2、染色质（体）的化学组成
1）染色质（体）=DNA+组蛋白+RNA；
2）各成分含量不同；
3）组蛋白包括核心组蛋白（H2A、H2B、H3、 H4）和非核心组蛋白（H1）；MW分别为 10000-20000和23000；前者与DNA结合，稳 定核小体结构；后者与其他类型蛋白质作用， 促使染色质超螺旋化；
• 病毒没有典型的染色体结构。习惯 上把病毒含有的DNA 或RNA也称为染 色体。
• DNA:单链、双链或环状、线状 • RNA：线状，单链或双链。
三、真核生物的染色体结构
染色体主轴两侧有侧环，状如灯刷，故名灯刷染色体。由两条同 源染色体组成，在交叉处结合，每条同源染色体含2条染色单体。 同时两条染色单体向两边伸出许多侧环，一个平均大小的环约含 100 bp DNA。
着丝粒含3个结构域，即：动粒结构域、中央结构域、 配对结构域。
2、端粒（telomere）
染色体端部的特化部分，作用是维持染色 体的完整性和个体性（用X射线将染色体打 断，不具端粒的染色体末端有粘性，会与 其它片段相连或两端相连而成环状）。端 粒由高度重复的短序列串联而成，在进化 上高度保守，不同生物的端粒序列都很相 似，哺乳类的序列为TTAGGG，500-3000 次重复。与端粒酶有关。
第一节 染色体
☺染色体 ☺原核生物和病毒染色体结构和数目 ☺真核生物染色体结构和数目
一、染色体
染色体指携带细胞功能所必备的基因的结构 （遗传单元）。
病毒是非细胞生物，它们的全套遗传基 因称为基因组，但不足以形成染色体。
原核生物染色体常为一个环状DNA分子。 真核生物的细胞有几条至几十条染色体， 各含一个线状的DNA分子。
不 同 生 物 的 端 粒 序 列 都 很 相 似
荧光原位杂交显示端粒和端粒序列
四膜虫 拟南芥
Hale Waihona Puke Baidu
二、原核生物和病毒染色体结构
(a)大肠杆菌细胞大小和染色体DNA长度的比较；(b)细菌细胞中的拟核；(c)大肠杆菌 染色体结构电镜图。
细胞宽1.1~1.5 m、长2~6 m：双链环状DNA分子的长 度达1 mm；
研究微生物遗传学的意义
微生物是现代遗传学、分子生物学和其它 许多重要的生物学基础研究中最热衷选用 的模式生物。
为什么？
35亿年前单细胞生物 25亿年进化成多细胞生物 10亿年发展成了植物、哺乳动物、昆虫、鸟 类等各种各样的地球物种。
• Rice大学科学家认为生物进化速度的加 快是因为细菌和病毒不断在不同物种之间传 递DNA的结果。
为什么染色体能在遗传上起作用？
染色体的化学成分主要是蛋白 质和 DNA，其中 DNA含量稳定， 是主要的遗传物质。
由于细胞中的DNA大部分在染 色体上，所以说遗传物质的主要载 体是染色体。
DNA的分布
主要在染色体上
（染色体是 DNA的主要载 体）
细胞核遗传
细胞质内
例：紫茉莉 叶色的遗传
细胞质遗传
生物的遗传
染色体的形态
根据着丝粒位置进行的染色体分类图示
中期染色体形态 1.长臂 2．主缢痕 3.着丝粒 4·短臂 5·次缢痕 6·随体
后期染色体形态 1．V 形染色体 2．L 形染色体 3.棒状染色体 4.粒状染色体
1、着丝粒与动粒（也称着丝点,kenetoche）
着丝粒和动粒（着丝点）是两个不同的概念，前者 指中期染色单体相互联系在一起的特殊部位；后者指 主缢痕处两个染色单体外侧表层部位的特殊结构，它 与仿锤丝微管相接触。
4、染色体数目
➢一套基本的染色体数目称为一倍体数(x)。带 有多个一倍体染色体数的生物称为整倍体 (euploid)。整倍体可分为一倍体、二倍体、 多倍体。 如:人的染色体数目为23条，那么二倍体细胞 为46条染色体。
➢原核生物大多为单倍体生物。 ➢大多数真核生物是二倍体(diploid)。
第二章-工业微生物育种的遗传 学基础
分子遗传学 近代遗传学,分子水平上研究基因的构成、复制、 表达、突变和修复等。
微生物遗传学
介绍微生物的遗传物质的结构特点、遗传信息 的表达与调控、遗传变异的基本规律；通过 基因操作改变微生物的遗传信息从而有效地 控制或利用微生物的基本策略。
涉及部分真核生物，所有的原核生物，以及病 毒的遗传；
1、染色质（体）结构
染色体（染色质）：真核生物体内高度有序的DNA-蛋 白质复合体构成。
核小体：是染色质基本结构亚基，大约由200bp的 DNA和一个组蛋白八聚体组成
每条染色体中含有一个线状DNA分子，它以左手螺旋 方向围着一个个组蛋白八聚体绕圈1.8周，形成串珠状 的核小体，染色质进一步卷曲形成每圈6个核小体、直 径30 nm的染色质丝，它折叠成许多超螺旋环附着在 中央骨架上。
4）非组蛋白（序列特异性DNA结合蛋 白），有以下特性： a，多样性和组织特异性； b，结合特异性DNA； c，功能多样性，与染色质及DNA高级结 构形成有关系。
3、染色质的类型
根据形态特征和染色性能分为常染色质和异染 色质。 常染色质：在间期细胞核中，对碱性染料着色 浅、染色体纤维折叠压缩程度低、处于较为伸 展状态的染色质，多存在于核质中,具有基因转 录活性。 异染色质：在间期细胞核中，对碱性染料着色 深、染色体纤维折叠压缩程度高、处于聚缩状 态的染色质，不具有转录活性,具有卫星DNA。
• 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。
• 孟德尔的遗传因子阶段 • 摩尔根的基因阶段 • 三个经典实验证明DNA是遗传物质 • 现代基因阶段:Watson和Crick提出
原核生物染色体
形态大小：双链环状DNA，4.6×106bp
位置：拟核内
化学组成：80%DNA、RNA和蛋白质；
结构：在染色体的中心有一个由DNA结合蛋白和 膜组成的骨架，DNA分子附着在骨架上形成 50~100个超螺旋的环，每个环中含碱基对约 50~100 kb. 微量DNA酶
类组蛋白：染色体环状DNA功能域进一步与DNA结合蛋白
链接区的DNA长度为55bp,不同物种变化范围0-100bp.
2、染色质（体）的化学组成
1）染色质（体）=DNA+组蛋白+RNA；
2）各成分含量不同；
3）组蛋白包括核心组蛋白（H2A、H2B、H3、 H4）和非核心组蛋白（H1）；MW分别为 10000-20000和23000；前者与DNA结合，稳 定核小体结构；后者与其他类型蛋白质作用， 促使染色质超螺旋化；
• 病毒没有典型的染色体结构。习惯 上把病毒含有的DNA 或RNA也称为染 色体。
• DNA:单链、双链或环状、线状 • RNA：线状，单链或双链。
三、真核生物的染色体结构
染色体主轴两侧有侧环，状如灯刷，故名灯刷染色体。由两条同 源染色体组成，在交叉处结合，每条同源染色体含2条染色单体。 同时两条染色单体向两边伸出许多侧环，一个平均大小的环约含 100 bp DNA。
着丝粒含3个结构域，即：动粒结构域、中央结构域、 配对结构域。
2、端粒（telomere）
染色体端部的特化部分，作用是维持染色 体的完整性和个体性（用X射线将染色体打 断，不具端粒的染色体末端有粘性，会与 其它片段相连或两端相连而成环状）。端 粒由高度重复的短序列串联而成，在进化 上高度保守，不同生物的端粒序列都很相 似，哺乳类的序列为TTAGGG，500-3000 次重复。与端粒酶有关。