第七章-微生物的遗传变异和育种.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,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,*,*,*,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,*,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,遗传,：,指上一代生物如何将自身的一整套遗传基因稳定地传递给下一代的行为或功能，它具有极其稳定,(,保守,),的特性。,遗传型,：,表型,：,生物体所具有的全部遗传因子即基因组所携带的,遗传因子，又称基因型。,指某一生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和，是遗传型在合适环境条件下通过代谢和发育而得到的具体表现,.(,现实性,),表型是由遗传型所决定，但也和环境有关（中心法则解释）。,1,变异,：,生物体在某种外因或内因作用下引起的遗传物质,结构或数量的改变。几率低,亲代与子代、子代间不同个体不完全相同,饰变：外表的修饰性改变。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。,特点：整个群体中，几乎每一个都发生同样的变化,2,表型饰变：,表型的差异只与环境有关,特点：暂时性、不可遗传性,遗传型变异,：,遗传物质改变（基因重组，基因突变，染色体数目变化），导致表型改变,自发突变频率通常为10,-6,-10,-9,粘质沙雷氏菌,Serratia arcescens,产色素：,斜面培养,25C,斜面培养,37C,液体培养,25C,液体培养,37C.,3,1928年，,F.Griffth,作了3组实验:,6,1944年，,Avery,精确重复了转化实验，确定了转化因子,实验证明，将,R,菌转化为,S,菌的转化因子是,DNA,7,2、噬菌体感染实验,实验证明，进入细菌细胞内部的物质是,DNA。,DNA,包含有产生完整噬菌体的全部信息。,8,3、植物病毒重建实验,实验证明，说明遗传信息在,RNA,中。,9,二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式,（一）遗传物质在7个水平上的形式,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,10,原核生物和真核生物的基因组比较,11,（三）原核生物的质粒,1、定义,质粒（,plasmid）：,游离于原核生物核基因组外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。即,cccDNA,质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的；,在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊的机能，从而使宿主得到生长优势。,12,2、结构特点,通常以共价闭合环状的超螺旋双链,DNA,分子（,cccDNA,）存在于细胞中，可游离存在，也可整合到宿主,DNA,上。,质粒分子的大小范围从1,kb,左右到1000,kb,(细菌质粒多在10,kb,以内）,13,4、质粒在基因工程中的应用,质粒的优点：,（1）体积小，易分离和操作,（2）环状，稳定,（3）独立复制,（4）拷贝数多,（5）存在标记位点，易筛选,E.coli,的,pBR322,质粒是一个常用的克隆载体,14,15,5、质粒的检测,提取所有胞内,DNA,后电镜观察；,超速离心或琼脂糖凝胶电泳后观察；,对于实验室常用菌，可用质粒所带的某些特点，,如抗药性初步判断。,16,6、质粒的主要种类,质粒所编码,的功能和赋,予宿主的表,型效应,1,、,F,质粒,（致育因子）：大肠杆菌中发现，含质粒为,F,+,（,）；无质粒为,F,-,（,）；质粒,DNA,整合到染色体上为,Hfr.2,、,R,质粒,（,R,因子）：痢疾杆菌耐药信息携带在质粒上。,3,、,Col,质粒,（大肠杆菌素产生因子）,4,、,Ti,质粒（诱癌质粒）,5,、,降解质粒,：,Pseudomonas,Ri,质粒、青霉素酶质粒，隐蔽质粒、表达质粒、分泌质粒等。,第二节 基因突变和诱变育种,一、基因突变,细胞内遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化。自发或诱变产生,基因突变,狭义：点突变,广义：基因突变和染色体畸变,野生型（原始性状）,基因突变,突变型（新性状）,（一）突变类型,18,营养缺陷型,抗性突变型,Ts,突变株,（二）突变率,每一世代中发生某一性状突变的几率（一般为,106,-10,-9,）,19,（三）基因突变特点,1,、不对应性：,2,、自发性：各种突变可以在没有人为的诱变因素下自发发生。,3,、稀有性：自发突变频率较低，一般,10,-9,10,-6,。,4,、独立性：,5,、诱变性：,20,6,、稳定性：遗传物质结构发生的稳定变化，因而产生的新性状也是稳定的，可遗传的。,7,、可逆性突变型，为正向突变突变型，为回复突变（回变）。（野生型,/,突变型）,8,、多方向性,21,（五）基因突变及其机制,22,1、诱发突变：物理、化学和生物的因素，提高突,变率的人为的作法,（1）碱基的置换,23,碱基的置换引起的突变,24,（2）移码突变：添加或缺失核苷酸，引起阅读错误,错误,+错误,-+正常,-正常,+正常,25,（3）染色体畸变：缺失、重复、插入、易位、倒位,26,2、自发突变：,自发突变：指微生物在没有人工参与下发生的突变。,1,）背景辐射和环境因素的诱变：低剂量长期效应。辐射、高温、低浓度诱变剂。,2,）自身代谢产物的诱变：,H,2,O,2,内源诱变剂。,3,）碱基配对错误（概率,10,-7,10,-11,）。,27,二、突变与育种,菌种工作包括三方面：选种、育种、复壮和保藏。,选种,从自然界和生产中选择符合需要菌种。育种,进一步提高已有菌种某种性能，使更符合要求。,28,（一）自发突变与育种,：,选育,定向培育,（二）诱变育种,1、诱变育种的基本环节,出发菌株,纯化,斜面,菌悬液,诱变处理,平板分离,斜面（初筛）,斜面（复筛）,保藏及扩大试验（再复筛）,29,2、诱变育种的原则,（1）使用简便有效的诱变剂,诱变剂,物理因素,化学因素,紫外线,激光,离子束,X,射线,r,射线,快中子,烷化剂,碱基类似物,吖啶化合物,30,Ames,试验：,利用细菌模型了解潜在化学致癌物的诱变作用,“生物化学统一性”法则：,人和细菌在,DNA,的结构及特性方面是一致的，能使微生物发生突变的诱变剂必然也会作用于人的,DNA，,使其发生突变，最后造成癌变或其他不良的后果。,31,美国加利福尼亚大学的,Bruce Ames,教授于1966年发明，因此称为,Ames,试验,具体操作：检测,鼠伤寒沙门氏菌(,Salmonella typhmurium,),组氨酸营养缺陷型菌株,(,his-),的回复突变率,32,33,34,（,2,）、,选用优良的出发菌株,用作出发菌株有：野生型菌株；生产菌株；经过诱变的菌株。一般要求生长快，营养要求粗放，发育早，产孢子多，对诱变剂敏感性高，已能积累少量产品或前体物的菌株。,（3）,处理单细胞或单孢子悬浮液,35,（,4,）选择合适的诱变剂量：,（,5,）,充分利用复合处理的协同效应,采用复合处理，包括诱变剂先后使用，同时使用和重复使用，提高效果。,36,（,6,）,利用和创造形态、生理与生产性状间的相关指标7）设计高效率筛选方案,（8）根据具体情况创造新型筛选方案,37,第三节 基因重组和杂交育种,基因重组,gene recombination,：两个独立基因组内的遗传基因，通过一定的途径转移到一起，形成新的稳定基因组的,过程，称为基因重组（重组）,杂交：细胞水平。细胞水平上的杂交包含了分子水平上的重组。,38,一、原核生物的基因重组,（一）转化,概念：受体菌直接吸收了来自供体菌的,DNA,片段，通过交换，把它组合到自己的基因组中，从而获得供体菌部分遗传性状的现象。转化后的受体菌，称转化子,transformant,来自供体的,DNA,片段称为转化因子,。,供体菌,受体菌,DNA,片段,391928年，,Griffith,发现肺炎链球菌（,Streptococcus pneumoniae,）,的转化现象,目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力；真菌有酿酒酵母等,40,1、能进行转化的细胞必须是感受态的。即受体菌最易接收外源,DNA,片段并实现转化的生理状态。,感受态：受体细胞最易于接受外源,DNA,片段并能实现转化的一种生理状态,.,2、外源游离,DNA,分子（转化因子）,进行自然转化，需要二方面必要的条件：,41,转染(,transfection)：,病毒核酸被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒,42,（二）转导,transduction,概念：通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的,DNA,片段携带到受体细胞中，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象。,普遍转导,局限转导,43,（三）接合(,conjugation),通过细胞与细胞的直接接触而,产生的遗传信息的转移和重组,过程,44,45,（四）原生质体融合,通过人为方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合，并产生重组子的过程，又称细胞融合。,46,二、真核微生物的基因重组,方式多：主要有：有性杂交、准性杂交、原生质体融合、遗传转化,（一）有性杂交,一般指不同遗传型的两性细胞间发生的接合和随之进行的染色体重组，进而产生新遗传型后代的一种育种技术。,47,类似于有性生殖，但比它更为原始的两性生殖方式，这是一种在同种而不同菌株的体细胞间发生的融合，它可不借减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子。,在自然条件下,真核微生物体细胞间的一种自发性的原生质体融合现象.,（二）准性杂交,48,第五节 菌种的衰退、复壮和保藏,性状稳定的菌种是微生物学工作最重要的基本要求，否则生产或科研都无法正常进行。,影响微生物菌种稳定性的因素：,a）,变异；,b）,污染；,c）,死亡。,49,一、菌种的衰退与复壮,菌种衰退的原因,：,基因突变，培养、保藏条件不适，杂菌污染,纯菌种,自发突变,不纯菌种,突变个体,传代增殖,原始个体,衰退,菌种,衰退：由于自发突变而使菌种原有生物学性状发生量变或质变的现象。,衰退表现：产量减少，形态、生长速度、感染力、适应性不典型（衰退）,50,1）,从衰退的菌种群体中把少数个体再找出来，重新获得具有原有典型性状的菌种。,a）,纯种分离；,b）,通过寄主体进行复壮（寄生性微生物）,2）有意识地利用微生物会发生自发突变的特性，在日常的菌种维护工作中不断筛选“正变”个体。,菌种的复壮：,3,）、淘汰已退化个体,51,二、防止衰退的措施,1）,减少传代次数；,2）创造良好的培养条件；,3）利用单核体传代,4）经常进行纯种分离，并对相应的性状指标进行检查；,5）采用有效的菌种保藏方法,52,三、菌种保藏,目的：,在一定时间内使菌种不死、不变、不乱，以供研究、生产、交换之用,基本原则：,1、挑选典型菌种的优良纯种,2、尽量使用分生孢子、芽孢等休眠体 3、创造有利于休眠的保藏环境（如干燥、低温）4、尽可能多的采用不同的手段保藏一些比较重要的微生物菌株,基本原理（方法）：,低温保藏，干燥保藏，隔绝空气保藏，活体保藏。,53,54,国家级菌种保藏机构,55,冷冻干燥保藏法和液氮保藏法,56,1、细胞水平,真核微生物：细胞核,原核微生物：核区,细胞核或核区的数目在不同的微生物中是不同的,57,2、细胞核水平,真核生物 细胞核 核染色体,原核生物 核区,DNA,链,核基因组,在核基因组之外，还存在各种形式的核外遗传物质,58,3、染色体水平,染色体是由组蛋白与,DNA,构成的线状结构,染色体的数目在不同的生物中是不同的,染色体的倍数在同一生物的不同生活时期是不同的,59,4、核酸水平,核酸种类：,DNA，RNA,核酸结构：双链、单链；,环状，线状，超螺旋状,DNA,长度：因种而异,60,5、基因水平,（遗传功能单位）,外显子，内含子,61,6、密码子水平,（遗传信息单位）,62,7、核苷酸水平,核苷酸是最小突变单位和交换单位,63,本章重点,基因重组的形式及其异同,基因突变与诱变育种,菌种保藏方法,遗传变异,遗传物质基础,64,