第八章基因重组和杂交育种.ppt

第三节 基因重组和 杂交育种
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（genetic recombination），简称重 组。
重组
杂交（hybridization）
遗传物质 分子水平上的杂交
5. 转化过程
（1）自然遗传转化（简称自然转化）
1928年，Griffith发现肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）的转化现象，转化过程研究得较深入的就 是这种G＋细菌。
目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力
进行自然转化，需要二方面必要的条件： ①建立了感受态的受体细胞 ②外源游离DNA分子
真核微生物 Saccharomy cescerevisiae（酿酒酵母）、 Neu-rosporacrassa（粗糙脉孢菌）、 Aspergillusniger（黑曲霉）等。
3. 感受态（competence）
研究发现，能发生转化的受体细胞都处于感受态。
感受态是指受体细胞最易接受外源DNA片段
并能实现转化的一种生理状态。
不是由细菌自身的基因所控制；
用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处 于一种可以摄取外源DNA的“人工感受态”。
用CaCl2处理细胞，电穿孔等是常用的人工转化手段。 质粒的转化效率高；
6. 转染（transfection）
指用提纯的病毒核酸（DNA或RNA）去感染其 宿主细胞或其原生质体，可增殖出一群正常病毒 后代的现象。
能将一个细菌宿主的部分染色体或质粒DNA
带到另一个细菌的噬菌体称为转导噬菌体。
细菌转导的二种类型： 完全普遍转导
2. 转化微生物的种类
原核生物 Streptococcus pneumoniae（肺炎链球菌）、 Haemophilus（嗜血杆菌属）、 Bacillus（芽孢杆菌属）、 Neisseria（奈瑟氏球菌属）、 Rhizobium（根瘤菌属）、 Staphylococcus（葡萄球菌属）、 Pseudomonas（假单胞菌属）、 Xanthomonas（黄单胞菌属）等。
枯草芽孢杆菌的自然转化过程（革兰氏阳性菌的转化模型）
strS，有链霉素敏感型基因标记 strR，存在抗链霉素的基因标记
自然转化过程的特点：
a）对核酸酶敏感； b）不需要活的DNA给体细胞； c）转化是否成功及转化效率的高低主要取决于转化 （DNA）供体菌和受体菌之间的亲源关系； d）通常情况下质粒的自然转化效率要低得多；
噬菌体DNA被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒
现在把DNA转移至动物细胞的过程也称转染
特点：
提纯的噬菌体DNA以转化的（而非感染）途径 进入细胞并表达后产生完整的病毒颗粒。
转染
转化
把重组噬菌体或重组病 以质粒为载体的重组DNA
毒DNA引入受体细胞
分子引入受体细胞
（二）转导（transduction）
在不同的微生物中，转化因子的形式不同。 良好的转化因子有dsDNA（最宜于细胞表面结合）、 ssDNA和质粒DNA，通常不能与核染色体组发生重组。
转化的频率通常为0.1％～1.0％，最高为20％。 能发生转化的最低DNA浓度极低，为化学方法无法 测出的1×10－5mg／mL（即1×10－11g／mL ）。
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调节感受态的一类特异蛋白称感受态因子。
膜相关DNA结合蛋白（membrane-
associated DNA binding protein）
细胞壁自溶素（autolysin）
几个核酸酶
4. 转化因子（transforming principle）
转化因子的本质是离体的DNA片段。一般只有
15kb左右。
通过缺陷噬菌体（defective phage）的媒介，
把供体细胞的小片段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，称为转导。获得新遗传性状的受体细胞，就 称转导子（transductant）。
由噬菌体介导的细菌细胞间进行遗传交换的一种方式：
一个细胞的DNA 通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中
提高质粒的自然转化效率的二种方法：
1）使质粒形成多聚体，这样进入细胞后重新组合成有 活性的质粒的几率大大提高；
2）在质粒上插入受体菌染色体的部分片段，或将质粒 转化进含有与该质粒具有同源区段的质粒的受体菌—
—重组获救。
（2）人工转化 在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重 组手段，是基因工程的奠基石和基础技术。
细胞水平
细胞水平的杂交包含分子水平上的重组。
基因重组是杂交育种的理论基础。在方向性 还是自觉性方面，比诱变育种前进了一大步。且 可消除某一菌株在经过长期诱变处理后所出现的 产量上升缓慢的现象，因此，它是一种重要的育 种手段。
一、原核生物的基因重组
原核生物的基因重组形式很多，机制较原始。
特点：
① 片段性，仅一小段DNA序列参与重组； ② 单向性，即从供体菌向受体菌（或从供体基因组 向受体基因组）作单方向转移； ③ 转移机制独特而多样，如接合、转化和转导等。
（一）转化（transformation）
1. 定义
受体菌（recipient cell，receptor）直接吸收 供体菌（donor cell）的DNA片段而获得后者部分 遗传性状的现象，称为转化或转化作用。
通过转化方式而形成的杂种后代，称转化子（transformant）。
自然遗传转化（natural genetic transformation） 人工转化（artificial transformation）
感受态细胞（competent cell）具有摄取外源
DNA能力的细胞。
自然感受态
是细胞一定生长阶段的生理特性，受细菌自身的基因控制；
人工感受态
则是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNA的能力， 或人为地将DNA导入细胞内。 （该过程与细菌自身的遗传控制无关！）
感受态受遗传控制，但也存在个体差异。 感受态出现的时间不同； 感受态细胞所占比例和维持时间不同； 外界环境因子如腺苷酸（cAMP）及Ca2＋等对 感受态也有重要影响。