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1、第第 三三 节节基因重组杂交育种基因重组杂交育种基基 因因 重重 组组 凡把两个不同性状个体内的遗传凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移在一起重新组合，形成新基因转移在一起重新组合，形成新遗传型个体的方式，称基因重组遗传型个体的方式，称基因重组一、原核微生物的基因重组一、原核微生物的基因重组（一）转化（一）转化（Transformation)（二）转导（二）转导(Transduction)（三）接合（三）接合(Conjugation)（四）原生质体融合（四）原生质体融合（一）转化一）转化（Transformation)1、定义：、定义：受体菌直接吸收供体菌的受体菌直接吸收供体菌的 DNA 片段
2、而获得后者部分遗传片段而获得后者部分遗传性状的现象，称为转化或转化性状的现象，称为转化或转化作用。作用。2、转化过程、转化过程 以革兰氏阳性的肺炎双球菌为材料，转以革兰氏阳性的肺炎双球菌为材料，转化过程大体是：化过程大体是：A、双链双链DNA片段与感受态受体菌的细胞表片段与感受态受体菌的细胞表面特定位点结合。面特定位点结合。B、在位点上的在位点上的DNA发生酶促分解，形成平发生酶促分解，形成平均分子量为（均分子量为（45)x x 106D的的DNA片段。片段。C、DNA双链中的一条单链逐步降解，同时，双链中的一条单链逐步降解，同时，另一条单链逐步进入细胞。另一条单链逐步进入细胞。D、转化转化D
3、NA单链与受体菌染色体组上的同源单链与受体菌染色体组上的同源区段配对，接着受体染色体组的相应单链片段区段配对，接着受体染色体组的相应单链片段被切除，并被外来的单链被切除，并被外来的单链DNA所交换和取代，所交换和取代，于是形成了杂种于是形成了杂种DNA区段。区段。E、受体菌染色体组进行复制，杂合区段分离成受体菌染色体组进行复制，杂合区段分离成两个，其中之一类似供体菌，另一类似受体菌。两个，其中之一类似供体菌，另一类似受体菌。当细胞分裂后，此染色体分离形成了一个转化当细胞分裂后，此染色体分离形成了一个转化子。子。转化全过程转化全过程转化的分子机理转化的分子机理是指细胞最易接受外源是指细胞最易接受
4、外源DNADNA片段并能实现转化的一片段并能实现转化的一种生理状态。种生理状态。只有处于感受态的细菌才能接受转化只有处于感受态的细菌才能接受转化因子，从出现到消失约为分钟因子，从出现到消失约为分钟(对数期的中期对数期的中期)3 3、感受态、感受态感觉态出现原因感觉态出现原因细菌失去部分细胞壁的结果细菌失去部分细胞壁的结果细菌在细胞表面产生某种引起细菌在细胞表面产生某种引起4、转化因子、转化因子转化是游离的片断的转移和重组转化是游离的片断的转移和重组游离的片断叫转化因子游离的片断叫转化因子转化因子由供体提供转化因子由供体提供自然情况下可由细菌细胞自行裂解产生，自然情况下可由细菌细胞自行裂解产生，
5、实验室里通过提取获得实验室里通过提取获得（二）转导（二）转导(Transduction)通过缺陷噬菌体的媒介，把供体细胞的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，通过交换和整片段携带到受体细胞中，通过交换和整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象，合，使后者获得前者部分遗传性状的现象，称转导。称转导。转导又分为转导又分为:普遍性转导普遍性转导 局限性转导，两类。局限性转导，两类。1、普遍性转导、普遍性转导(Generalized transduction)噬菌体可误包供体菌中的任何基因，噬菌体可误包供体菌中的任何基因，并使受体菌实现各种性状的转导，称为并使受体菌实现各种性状
6、的转导，称为普遍性转导。普遍性转导。分两种：分两种：1）完全转导）完全转导 2）流产转导）流产转导1）完全普遍转导）完全普遍转导(Complete transduction)在鼠伤寒沙门氏菌的完全转导实验中转导媒介在鼠伤寒沙门氏菌的完全转导实验中转导媒介P22噬菌体在野生型菌株供体菌内发育时，极少数噬菌体在野生型菌株供体菌内发育时，极少数（10-610-8）噬菌体将与噬菌体头部）噬菌体将与噬菌体头部DNA芯子相仿芯子相仿的供体菌的供体菌DNA片段误包入其中，因此形成了片段误包入其中，因此形成了完全不完全不含噬菌体本身含噬菌体本身DNA的假噬菌体，的假噬菌体，当假噬菌体将外源当假噬菌体将外源DN
7、A片段导入营养缺陷型菌株受体菌内时，由于导片段导入营养缺陷型菌株受体菌内时，由于导入的供体入的供体DNA片段可与受体染色体组上的同源区段片段可与受体染色体组上的同源区段配对，再通过双交换而重组到受体菌染色体上，形配对，再通过双交换而重组到受体菌染色体上，形成了遗传性稳定的转导子。成了遗传性稳定的转导子。供体A-B+完全普遍性转导完全普遍性转导(compietetransduction)A-B+A+B-少数受体A+B+经重组形成转导子鼠伤寒沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌A+B-多数受体形成溶源菌2）流产普遍转导）流产普遍转导(Abortive transduction)由于转导噬菌体所引入的野生型基因由
8、于转导噬菌体所引入的野生型基因并没有整合到受体菌的染色体上，因而不并没有整合到受体菌的染色体上，因而不能复制，当受体菌分裂为两个时，只有一能复制，当受体菌分裂为两个时，只有一个细菌获得了这一基因，而另一个细菌未个细菌获得了这一基因，而另一个细菌未获得，从而还是营养缺陷型细菌。获得，从而还是营养缺陷型细菌。表现为基本培养基上除了正常大小的表现为基本培养基上除了正常大小的菌落外，还有一些微小菌落。菌落外，还有一些微小菌落。流产转导流产转导2、局限转导、局限转导(Restricted transduction)局限转导：局限转导：通过某些部分缺陷的温和噬菌体把通过某些部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少
9、数特定基因转移到受体菌中供体菌的少数特定基因转移到受体菌中的转导现象。的转导现象。据转导频率的高低分为据转导频率的高低分为低频转导低频转导和和高频转导高频转导。galbiogalbio宿主基因组整合不正常切离（10-410-6）正常切离正常dgaldbio低频转导（LFT）裂解物的形成低频转导低频转导：指通过一般溶源菌释放的噬菌体所进行的转导，因其只指通过一般溶源菌释放的噬菌体所进行的转导，因其只能形成极少数转导子，故称低频转导。能形成极少数转导子，故称低频转导。高频转导高频转导 dgal正常双重溶源菌双重溶源菌UV高频转导裂解物高频转导裂解物3、转导的特点 需要噬菌体做媒介，不需要细胞间直接
10、接触 噬菌体DNA不接合到寄主染色体（供体的DNA整合）噬菌体蛋白质包裹寄主任何一部分DNA片段噬菌体DNA整合到寄主染色体上 噬菌体DNA与寄主染色体特定基因发生交换 普遍性转导 局限性转导Cncnc-micro4、溶源转变溶源转变温和噬菌体的基因整合到宿主核基因组上的现象温和噬菌体并不携带外源供体菌的基因这种温和噬菌体是完整的，而不是缺陷的获得新性状的是溶源化的宿主细胞，而不是转导子获得的性状可随噬菌体的消失而同时消失（三）接合（三）接合(Conjugation)通过供体菌和受体菌完整细胞间的通过供体菌和受体菌完整细胞间的直接接触而传递大段直接接触而传递大段DNA的过程，称为的过程，称为接
11、合。接合。在细菌中，接合现象研究得最清楚在细菌中，接合现象研究得最清楚的是大肠杆菌。发现大肠杆菌有性别分的是大肠杆菌。发现大肠杆菌有性别分化，化，决定它们性别的因子称为决定它们性别的因子称为F因子因子（致育因子（致育因子）。）。+A+B+C-D-维甲缺陷型A-B-C+D+苏缺赖陷型接 合 及 其 发 现A+B+C+D+通通过过细细胞胞间间的的直直接接接接触触能能进进行行大大段段的的转转移移的的过过程程，叫叫接接合合 F 因因 子子(Fertility factor)一种在染色体外的小型独立的环状一种在染色体外的小型独立的环状DNA，一般呈超螺旋状，具有自主的与，一般呈超螺旋状，具有自主的与染色
12、体进行同步复制和转移到其他细胞染色体进行同步复制和转移到其他细胞中去的能力，此外，其中还带有一些对中去的能力，此外，其中还带有一些对其生命活动关系较小的基因。其生命活动关系较小的基因。F因子的分子量为因子的分子量为5 x 10 107 7Da Da。雄性菌株 Hfr菌株 F 菌株 菌株 （雌株）因子和接合因子和接合 F+菌株 接合过程 F因子转移和复制的细节 原核生物三种基因重组方式的比较原核生物三种基因重组方式的比较接合过程接合过程 转化转化 转导转导（四）原生质体融合（四）原生质体融合(Cytoplasmic fusion)通过通过人为方法人为方法，使遗传性状不，使遗传性状不同的两个细胞的
13、原生质体发生融合，同的两个细胞的原生质体发生融合，并发生重组子的过程，称为原生质并发生重组子的过程，称为原生质体融合或细胞融合。体融合或细胞融合。二、真核微生物的基因重组二、真核微生物的基因重组 1、有性杂交、有性杂交 2、准性杂交、准性杂交 真核微生物的基因重组真核微生物的基因重组1、有性杂交、有性杂交(Sexual Hybridization)有性杂交，一般指性细胞间的有性杂交，一般指性细胞间的接合和随之发生的染色体重组，并接合和随之发生的染色体重组，并产生新遗传型后代的一种育种技术。产生新遗传型后代的一种育种技术。2、准性杂交、准性杂交（Parasexual hybridization)
14、准性生殖是一种类似于有性生殖准性生殖是一种类似于有性生殖,但更为原始的一种生殖方式，它可使同但更为原始的一种生殖方式，它可使同种生物种生物两个不同菌株的体细胞发生融合两个不同菌株的体细胞发生融合，且不以减数分裂的方式而导致低频率的且不以减数分裂的方式而导致低频率的基因重组并产生基因重组并产生 重组子。重组子。准性杂交的步骤准性杂交的步骤1）菌丝联结（菌丝联结（amastomosis)：发生在形状相同而遗传性有异的同一发生在形状相同而遗传性有异的同一菌种两个不同菌株间。频率极低。菌种两个不同菌株间。频率极低。2）形成异核体形成异核体(heterocaryon)：体细胞联结，原有的单倍体核形成了体细胞联结，原有的单倍体核形成了双相异核体。双相异核体。3）核融合核融合(nuclear fusion)：异核体中的双核偶尔可以发生核融合，异核体中的双核偶尔可以发生核融合，产生双倍体杂合子核。产生双倍体杂合子核。4）体细胞交换体细胞交换(somatic crossing-over)和单倍体化：和单倍体化：体细胞交换即体细胞中染色体间的交体细胞交换即体细胞中染色体间的交换。换。准性杂交示意图准性杂交示意图