微生物遗传-9-丝状真菌的遗传.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,4.丝状真菌的遗传,主要讲授内容,4.1 真菌的分类,4.2 丝状真菌的生活史及繁殖方式,4.3 丝状真菌的遗传物质和基因调控表达,4.4 丝状真菌的质粒,4.5 丝状真菌的转化及其特点,4.1.1 分类等级与命名,真菌的分类是按如下等级依次排列的：界、门、纲、目、科、属、种。,种是真菌分类的基本单位，许多种归为属。,种以下设亚种、变种、变型各级。,还可根据对寄主的适应性分为专化型、生理小种。,书写各分类等级的学名时，都有标准化的字尾,门Mycota,纲Mycetes,目ales,科aceae,属和种的名称没有标准字尾。,4.1.2 真菌,全世界有真菌,150,万种，已被描述的约,7,万种。已报道的属达,1,万以上，种超过,10,万个。,其营养体除少数低等类型为单细胞外，大多是由纤细管状菌丝构成的菌丝体。,低等真菌的菌丝无隔膜，高等真菌的菌丝都有隔膜，前者称为无隔菌丝，后者称有隔菌丝。,子囊菌门（Ascomycota）,外囊菌亚门,、,酵母亚门,(,Saccharomycotina,),、,盘菌亚门,是真菌界中种类最多的一个门，其中除酵母亚门为单细胞，其余种类都是多细胞的，有分枝、有隔的菌丝组成的；在无性繁殖时，会出芽或分生孢子；在有性繁殖时都能形成子囊，子囊内进行减数分裂生成孢子。,子囊菌门的真菌都是寄生或腐生，对人类生活非常重要的有,酵母菌,、,冬虫夏草,、,青霉菌,等，也有很多种为,植物,致病菌。,担子菌门,是一类高等,真菌,，包含,2,万多种，包括蘑菇、木耳等主要食用菌。主要特征是由多细胞，有横隔膜的菌丝体组成，有担子（,basidium,），上生担孢子（,basidiospores,）。,4.1.3 霉菌与酵母菌的异同,特征,酵母菌,霉菌,菌体形态,一般为单细胞的球形、卵形、椭圆形，也有腊肠形。有的有假菌丝或真菌丝,为菌丝体，有气生菌丝和营养菌丝之分，体积远较酵母为大,菌落形态,一般为奶油状的单细胞集群，有光泽或光滑，黏稠状，易挑起,一般为绒状、毡状或网状的菌丝，集群不光滑，不黏稠，孢子易蘸取,繁殖方式,主要为芽殖，少量裂殖，有的具有性繁殖，产生子囊孢子等,有的为无性繁殖，有的为有性繁殖，具有多种孢子,细胞壁组成,主要由葡聚糖和甘露聚糖等组成，几丁质含量极少,一般为几丁质组成，有的含有纤维素,对氧的要求,好氧或兼性好氧,专性好氧,4.1.4 丝状真菌与放线菌的异同,特征,放线菌,霉菌,菌体形态,为菌丝体，有气生菌丝和营养,菌丝之分，菌丝宽度为0.31.0m,与放线菌同，但菌丝宽度远,较放线菌大，为310m,细胞器,有核质体，无核膜，无线粒体,有完整的核、线粒体等,细胞壁组成,含肽聚糖，为革兰氏阳性菌,一般为几丁质，有的含有纤,维素,菌落形态,表面呈绒毛状、粉状或颗粒状。,菌落一般紧密，有皱褶，不易,挑起,一般为绒状、毡状或网状的,菌丝，孢子易沾起,繁殖方式,只有无性繁殖，有菌丝断裂、,游动孢子和孢囊孢子等,有的为无性繁殖，有的为有,性繁殖，具有多种孢子,三个主要菌株,黑曲霉粗糙脉孢霉构巢曲霉,粗糙脉孢霉（,Neurospora crassa,）,属子囊菌纲，又称红色面包霉。,有的表现出单一型无性世代。菌丝多核，附有桔色分生孢子。,是,20,世纪现代遗传学和分子生物学研究的模式物种。,粗糙脉孢菌基因组约有,38 Mb,，有,7,条染色体，可能含有,10082,个蛋白质编码基因，已注释,1100,个基因,脉孢霉子囊孢子的形成,脉孢霉子囊孢子的形成,脉孢霉子囊孢子的形成,构巢曲霉（,Aspergillus nidulans,）,半知菌纲,、,壳霉目,、,杯霉科,构巢曲霉通常为单倍体，但能诱导为异核体或二倍体，产生有性和无性孢子，而其他大部分曲霉是无性的。沟巢曲霉是遗传学和生物化学研究得最广泛的生物之一。,构巢曲霉是黑曲霉、米曲霉、黄曲霉和烟曲霉等的近缘种。研究沟巢曲霉基因组具有重要意义，因为这将有助于了解沟巢曲霉的生物学特性，了解曲霉菌与寄主的相互作用以及曲霉菌的致病性，还能促进疫苗和药物的研制开发。,构巢曲霉基因组约31 Mb，分布于8条染色体，含11 00012 000基因。,4.2 丝状真菌的繁殖及生活史,无性繁殖,有性繁殖,准性生殖,丝状真菌的繁殖体,真菌营养生长阶段的结构称为营养体。绝大多数真菌的营养体都是可分枝的丝状体，单根丝状体称为菌丝,(hypha),。许多菌丝在一起统称菌丝体,(mycelium),。,当营养生活进行到一定时期时，真菌就开始转入繁殖阶段，形成各种繁殖体即,子实体,(fruitingbody),。真菌的繁殖体包括无性繁殖形成的无性孢子和有性生殖产生的有性孢子。,4.2.1 丝状真菌的无性繁殖,无性繁殖以无配合繁殖即营养繁殖为特征，指不经过有性生殖，营养体直接以裂殖、,断裂,或芽殖的方式繁殖,或从营养体上产生,孢子繁殖,。,断裂：有三种形式,菌丝体长到一定时期，菌丝细胞与细胞脱离，形成许多长形，单细胞的小段。,菌丝的长形细胞分隔成较短的近方形的细胞，成串或相互脱离，也可稍微膨大呈椭圆形。,以上两种方式产生的孢子为,节孢子,。,菌丝体中个别细胞膨大，细胞内壁次生增厚，原生质集中，形成,厚垣孢子,。,产生无性孢子,由一定分化的产孢菌丝上产生孢子。这是真菌无性繁殖的主要形式。,这种方式产生的孢子有：,游动孢子囊和游动孢子,孢子囊和孢囊孢子,分生孢子,名词术语,孢子囊即产生内生无性孢子的器官，有的生于特殊分化的孢囊梗上，有的不产生特殊分化的孢囊梗。,孢囊孢子孢子囊内产生的孢子为孢囊孢子。,分生孢子是产生于菌丝或分生孢子梗上的外生无性孢子。,分生孢子梗 由菌丝分化而来。有单生的，散生的，成丛的，成束的，分枝的，不分枝的。,无性繁殖产生孢子的类型,（1）节孢子：由菌丝断裂成长方形细胞，细胞互相脱离而形成成串的孢子，称为节孢子。,（2）厚垣孢子：菌丝顶端或中间细胞膨大，细胞壁变厚，细胞质浓缩，形成的孢子，称为厚垣孢子。,（3）芽孢子：营养的细胞芽殖产生的孢子。,（4）游动子孢子囊和游动孢子,（5）孢子囊和孢囊孢子,（6）分生孢子,曲霉菌分生孢子形成的过程,无性繁殖的分生孢子,4.2.2 丝状真菌的有性生殖,是经过性器官和性细胞的细胞核结合和减数分裂产生孢子的方式。,性细胞,即配子,性器官,即配子囊,真菌的有性繁殖包括：,质配、核配和减数分裂三个阶段。,（1）质配,是指两个性细胞或性器官带着细胞核的原生质进行融合（配合）。,质配后，细胞中出现了成对的细胞核称作,双核,，每个细胞核的染色体数是,“,N,（单倍体）”,（,2,）核配,质配后的双核结合成一个二倍体的细胞核即为,核配,，这时染色体的数目加倍，称为,“,2N”,（二倍体）。,（3）减数分裂,减数分裂是核配后的二倍体细胞核，两次连续的细胞核和相应的细胞分裂，形成四个细胞，每个细胞中细胞核的染色体数目减半，,2N,细胞核又恢复到了原来的单倍体,-“N”,。,真菌一般在核配后立即进行减数分裂，没明显的,2N,阶段。,有性生殖过程中，核相的变化,N+N2NN,有性孢子的类型,卵孢子：由异型配偶囊交配形成。,接合孢子：由同型配偶囊交配形成。,子囊孢子：由异型配子囊交配产生，着生于子囊内。,担孢子：担子菌的有性孢子。由“,+”,、“,-”,菌丝结合形成双核菌丝并膨大成棒状的担子,(basidium),。在担子内的双核经过核配和减数分裂，最后在担子上产生,4,个外生的单倍体的担孢子。,4.2.3 丝状真菌的准性生殖,不经过减数分裂而导致基因重组的一种生殖方式,是指异核体真菌菌丝细胞中两个遗传物质不同的细胞核可以结合成杂合二倍体的细胞核，这种二倍体细胞核在有丝分裂过程中可以发生,染色体交换,和,单倍体化,，最后形成遗传物质重组的单倍体的过程。,准性生殖的过程,（1）形成异核体,（2）形成杂合二倍体,（3）有丝分裂交换与单倍体化,（1）形成异核体,是进行准性生殖的必需条件,异核体,同一营养体中出现两种或两种以上遗传物质不同的细胞核。,同核体,同一真菌营养体内不同细胞核的遗传物质是相同的。,异核现象产生的原因：营养体内的某些细胞核发生突变菌丝的融合,（2）形成杂合二倍体,异核细胞内的两个细胞核可以,通过双核分裂形成异核菌丝体,两个核融合，形成含有两个不同来源染色体组的杂合二倍体细胞核。,异核菌丝的形成。,两核之间的融合，包括相同核和相异核的融合。,双倍体核与单倍体核同时繁殖，至少包括,5,种类型的核：两个类型的单倍体核、两个类型的纯合双倍体核、一个杂合双倍体核。,双倍体核繁殖期内偶然发生有丝分裂交换（概率,1/1000,）。,双倍体核的分出。,双倍体核偶然单倍体化（概率,1/1000,）。,新单倍体菌株的分出。,（3）有丝分裂交换与单倍体化,4.4 丝状真菌的遗传物质及表达调控,遗传物质,染色体基因、线粒体基因、质粒、转座子和病毒基因,基因组结构特点,6-8个染色体，20-40 M bp；内含子：50-200 bp，大于5000个基因,基因结构：启动子、上游激活序列和增强子,真菌基因组的测序进展,1997,年，由欧洲、美国、加拿大和日本共,96,个实验室的,633,位科学家通力协作下，第一个真核生物酿酒酵母的基因组测序完成。,2002,年粟酒裂殖酵母基因组测序完成，,2004,年第一个丝状真菌粗糙脉孢菌基因组测序完成。,截至目前，已公开发布了,48,种真菌的基因组序列，包括子囊菌门（,Ascomycota,）,41,种，酵母亚门,21,种；担子菌门（,Basidiomycota,）,5,种。,基因组大小为,2.5,81.5Mb,。,4.5 丝状真菌中的质粒,许多丝状真菌中都发现了一种以上的质粒，曲霉中还未发现。,大多数质粒位于线粒体中，母本的质粒大多数或全部遗传给子代,丝状真菌的质粒有环状和线形两种形式，环形主要存在于脉孢菌中,4.6 丝状真菌的转化,CaCl,2,/PEG介导的原生质体转化,基因枪转化,电转化,转化子的稳定性,有丝分裂中稳定，减数分裂后易丢失,4.7 丝状真菌基因工程的应用展望,农业上的应用,探讨病原真菌对植物的致病机理,并为最终控制病害提供强有力的手段,为提高杀虫真菌的应用潜力提供了广阔的前景,抗逆植物品种的选育,在工业上的应用,为商品化生产酶或其它蛋白质提供了新的途径：纤维素酶,由黑曲霉等转基因工业丝状真菌生产的产品可认为是安全产品,