微生物遗传变异与育种

根据感受态建立的方式，可以分为： ①自然遗传转化 ②人工转化
（二）转导（transduction）
1.转导
➢细菌细胞间进行遗传交换的另一种方式，指通过缺陷噬菌 体的媒介，将供体细胞的小片段DNA携带到受体细胞中，通 过交换与整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象。
➢转导子：由转导作用获得部分新性状的重组细胞。 ➢转导噬菌体：能将一个宿主（细菌）的部分染色体或质粒 DNA带到另一个宿主（细菌）的噬菌体。
（一）转化（transformation）
1、转化
R型活菌+S型死菌→ →S型活菌 ➢定义：受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来自供体菌 的游离DNA片段，并把它整合到自己的基因组中，而获得部 分新的遗传性状的基因转移过程，称为转化。转化后的的受 体菌称为转化子（transformant）。 ➢有关名词：
2.转导的种类
➢普遍转导（generalized transduction）：通过少数完全缺陷 噬菌体对供体菌基因组上任何小片段进行“误包”而将其遗 传性状转移给受体菌的现象。 ➢局限性转导：也称局限转导，指通过部分缺陷的温和噬菌 体把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并与后者的基 因整合、重组形成转导子的现象。 ➢溶源转变：当温和噬菌体感染宿主而使其发生溶源化时， 因噬菌体的基因整合到宿主的核基因组上，而使后者获得了 除免疫性以外的新性状的现象，称为溶源转变。
原生质体融合的优点： ➢ 可以提高重组率 ➢ 双亲可以少带标记或不带标记 ➢ 可进行多亲本融合 ➢ 有利于不同种间、属间微生物的杂交 ➢ 通过原生质体融合提高产量 发展点：有关原生质体融合的遗传机制，尚未研究清楚， 目前还在探索中。
➢细菌：G – 较为多见如E. coli等最为常见。 ➢放线菌：Streptomyces 、Nocardia。 ➢接合还可发生在不同属的菌种之间。 ➢E. coli的F因子：决定性别的质粒，属于附加体（episome）， 可以通过接合作用获得，也可以通过丫啶类化合物、溴化乙锭 或丝裂霉素C的处理而消除。
（三）接合（conjugation）
➢定义：供体菌（“雄”）通过其性菌毛与受体菌（“雌”）相 接触，前者传递不同长度的DNA给后者，并在后者细胞中进行 双链化或进一步与核染色体发生交换、整合，从而使后者获得 供体菌的遗传性状的现象，称为接合。 ➢通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合子（conjugant） ➢存在范围：
（6）巨大质粒：是近年来在根瘤菌属）中发现的一 种质粒，分子量为200-300×106Dalton，比一般 质粒大几十倍到几百倍，故称巨大质粒，其上有一 系列固氮基因。
第二节 基因突变
突变（mutation）：指生物体表型突然发生的可遗传变化。
染色体畸变——细胞学上可以看到染色体的变化。
突变
包括：①缺失②添加（重复、插入）③易位④倒位 。
等方法
2、几种代表性质粒
（1）F-因子：又称致育因子或性因子。存在于肠细 菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、奈瑟氏球菌、链球 菌等细菌中，决定性别。
（2）R因子：即抗性转移因子和抗性决定R因子。其 上带有其它抗生素的抗性基因，也称耐药性质粒。 该因子首先是在志贺氏菌中发现。
（3）Ti质粒：即诱癌质粒。存在于根癌土壤杆菌中, 可引起许多双子叶植物的根癌。当前，Ti质粒已 成为植物遗传工程研究中的重要载体。
重组可使生物体在未发生突变的情况下，也能产 生新遗传型的个体。
重组与杂交的关系：
重组是分子水平上的一个概念，可以理解成是遗传物质分 子水平上的杂交。
而一般所说的杂交则是细胞水平上的一个概念。 杂交中必然包含着重组，而重组则不限于杂交这一形式。
一、原核微生物的基因重组
基因重组的方式
转化 转导 接合 原生质体融合
第七章 微生物的遗传变 异与育种
学习目标：
1.掌握生物体的遗传物质及存在水平； 2.理解质粒的概念，了解常见的质粒； 3.理解基因突变的概念、类型与特点； 4.了解菌种衰退的防止方法与复壮方法； 5.了解菌种保藏的原理与常见保藏方法。
1、理想的工业发酵菌种应符合以下要求：
①遗传性状稳定； ②生长速度快，不易被噬菌体等异种微生物污染； ③目标产物的产量尽可能接近理论转化率； ④目标产物最好能分泌到细胞外，以降低产物抑制并利于分 离； ⑤尽可能减少产物类似物的产量，以提高目标产物的产量并 利于分离； ⑥培养基成分简单、来源广、价格低廉； ⑦对温度、pH、离子强度、剪切力等环境因素不敏感； ⑧对溶氧的要求低，便于培养及降低能耗。
第一节 遗传变异的物质基础
一、证明核酸是遗传物质基础的三个经典实验
（一）经典转化实验（transformation） F.Griffith，肺炎双球菌转化实验。
（二）噬菌体感染实验 （三）植物病毒的重建实验
二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式
核酸存在的七个水平
➢细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核 ➢细胞核水平: 原与真核生物的细胞核结构不同，核外DNA ➢染色体水平: 倍性(真核)和染色体数。 ➢核酸水平：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体 DNA或RNA，复合或裸露，双链或单链。 ➢基因水平：具自主复制能力的遗传功能单位，长度与信息 量，转录——翻译 ➢密码子水平：信息单位,起始和终止, ➢核苷酸水平：突变或交换单位，四种碱基。
b.形状变化的幅度大；
c. 变化后形成的新性状是稳定的，可遗传的。
饰变（modification）：指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。特点是：a.几乎整个 群体中的每一个个体都发生同样的变化；b.性状变化的幅 度小；c.因遗传物质不变，故饰变是不遗传的。引起饰变 的因素消失后，表型即可恢复。
功能：进行细胞间接合，并带有一些基因，如产生毒素、 抗药性、固氮、产生酶类、降解功能等。
重组：在质粒之间、质粒与染色体之间菌可发生。 存在范围：很多细菌如E.coli、lactis、根癌土壤杆菌等。 制备：包括增殖、裂解细胞、分离质粒与染色体和蛋白质
等成分、去除RNA和蛋白质等步骤。 鉴定：电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶切图谱
（4） Col因子：产大肠杆菌素因子。大肠杆菌素是 由E.coli的某些菌株所分泌的细菌素，能通过抑制 复制、转录、转译或能量代谢等而专一地杀死其 它肠道细菌。
凡带Col因子的菌株，由于质粒本身编码一种免疫蛋白， 从而对大肠杆菌素有免疫作用，不受其伤害。
（5）降解性质粒：只在假单胞菌属中发现。它们的 降解性质粒可为一系列能降解复杂物质的酶编码， 从而能利用一般细菌所难以分解的物质做碳源。这 些质粒以其所分解的底物命名。
变，从突变株回到野生型的过程则称为回复突变 或回变。
三、基因突变的机制
本部分内容课内不进行介绍，有兴趣可以自学。P111.
第三节 基因重组
凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移到一起， 经过遗传分子间的重新组合，形成新遗传型个体的 方式，称为基因重组（gene recombination）或遗传 重组，简称重组。
并因而成为必须在培养基中添加某种物质才能生长的突变 类型。 发酵突变型——丧失产生某种生物合成酶能力的突变型。 抗性突变型——因突变而产生了对某种化学药物或致死物 理因子的抗性。 条件致死突变型——突变后在某种条件下可正常生长繁殖， 而在另一条件下却无法生长繁殖的突变型。 抗原突变型——因突变而引起的抗原结构发生改变。 产量突变型——
三、原核生物的质粒
1、质粒基础知识 定义：是一类小型闭合环状核外双螺旋DNA分子，
能独立于细胞核进行自主复制。 大小：约为2-100×106Dalton，上面携带有数
个到数十个甚至上百个基因。
性质：
①可以在细胞质中独立于染色体之外独立存在（游离态），也可 以通过交换掺入染色体上，以附加体的形式存在；
★依突变发生方式分为：
1、自发突变：环境因素的影响，DNA复制过程的
偶然错误等而导致。一般频率较低，通常为106109 。
2、诱变：某些物理、化学因素对生物体的DNA进 行直接作用，突变以较高的频率产生。这些理化 因素称为诱变剂。
★按是否比较容易、迅速地分离到发生突变的细胞来分：
选择性突变株（selective mutant）：具有选择标记（如营 养缺陷性、抗性突变型、条件致死突变型），只要选择适当 的环境条件，如培养基、温度、pH值等，就比较容易检出和 分离到。
3、遗传与变异的概念
遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。
遗传(heredity)：亲代生物的性状在子代得到表现；亲 代生物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。 特点：具稳定性。
遗传型（genotype）：又称基因型，指某一生物个体所含有的
全部基因的总和；是一种内在可能性或潜力。
遗传型 + 环境条件 代谢
2、研究微生物遗传学的意义
微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的 生物学基本理论问题中最热衷的研究对象。
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。
非选择性突变株（non-selective mutant）：无选择标记 （如产量突变型、抗原突变型、形态突变型），能鉴别这种 突变体的惟一方法是检查大量菌落并找出差异。
二、突变的特点
适用于整个生物界，以细菌的抗药性为例。 ➢不对应性：突变的性状与突变原因之间无直接的对应关系。 ➢自发性：突变可以在没有人为诱变因素处理下自发地产生。 ➢稀有性：突变率低且稳定。 ➢独立性：各种突变独立发生，不会互相影响。 ➢可诱发性：诱变剂可提高突变率。 ➢稳定性：变异性状稳定可遗传。 ➢可逆性：从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突
（四）原生质体融合——protoplast fusion