遗传与变异 (2)幻灯片.ppt

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1、遗传与变异第1页，共85页，编辑于2022年，星期三 遗传遗传：亲代与子代相似。：亲代与子代相似。变异变异：亲代与子代、子代间不同个体不完全相：亲代与子代、子代间不同个体不完全相同。同。遗传（遗传（inheritance）和变异（）和变异（variation）是）是生命的最本质特性之一。生命的最本质特性之一。表现型表现型（phenotype）：生物可见的或可测定）：生物可见的或可测定的性状。的性状。遗传型遗传型（genotype）：决定生物表现型的遗传）：决定生物表现型的遗传因子。因子。几个概念：几个概念：第2页，共85页，编辑于2022年，星期三 表型是由遗传型所决定，但也和环境有关。表型是

2、由遗传型所决定，但也和环境有关。适应适应或或饰变饰变(modification)(modification)：相同遗传型相同遗传型的生物在不同的外界条件下呈现出的不同表型。的生物在不同的外界条件下呈现出的不同表型。特点特点：暂时性、不可遗传性、表现为全部：暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为。个体的行为。第3页，共85页，编辑于2022年，星期三 Serretia marcescens25下培养时，产生深红色下培养时，产生深红色的灵杆菌素，的灵杆菌素，37下时，群体中所有细胞都不产色素。下时，群体中所有细胞都不产色素。重新降温至重新降温至25，产色素能力又得到恢复。，产色素能力又得到恢复。

3、第4页，共85页，编辑于2022年，星期三 一、证明核酸是遗传变异的物质基础的经典一、证明核酸是遗传变异的物质基础的经典一、证明核酸是遗传变异的物质基础的经典一、证明核酸是遗传变异的物质基础的经典 实验实验实验实验 （一）转化实验（一）转化实验 肺炎球菌的肺炎球菌的转化现象转化现象（英国（英国Griffich1928年首次发现），年首次发现），19441944年美国年美国AveryAvery等人进等人进一步阐明了一步阐明了转化因子的本质。转化因子的本质。（二）噬菌体的感染实验（二）噬菌体的感染实验（Hershey和和Chase 1952年用大肠杆菌进行了这类实验）年用大肠杆菌进行了这类实验）（

4、三）病毒的拆开与重建实验（三）病毒的拆开与重建实验（美国法朗克（美国法朗克-康勒特康勒特1956年发表了这方面的年发表了这方面的结果结果）。）。第一节第一节遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础第5页，共85页，编辑于2022年，星期三RSSSR肺炎球菌的转化试验（一）肺炎球菌的转化试验（一）加热杀死加热杀死第6页，共85页，编辑于2022年，星期三加热杀死加热杀死转化试验（二）转化试验（二）第一节第一节SR第7页，共85页，编辑于2022年，星期三转转化化因因子子本本质质的的阐阐明明第8页，共85页，编辑于2022年，星期三噬菌体感染实验噬菌体感染实验10分钟后分钟后用捣碎器用捣碎器使空壳脱离

5、使空壳脱离吸附吸附离心离心沉淀细胞进一步培沉淀细胞进一步培养后，可产生大量养后，可产生大量完整的子代噬菌体完整的子代噬菌体 放射性放射性3232P85%P85%在沉淀中，放射性在沉淀中，放射性3535S75%S75%在上清液中在上清液中第9页，共85页，编辑于2022年，星期三病毒的拆开与重建实验病毒的拆开与重建实验第10页，共85页，编辑于2022年，星期三真核生物真核生物 DNA分子与组蛋白结合构成染色体，每分子与组蛋白结合构成染色体，每条染色体有单一线性双链条染色体有单一线性双链DNA分子。一个真分子。一个真核生物细胞内有多条染色体（脉孢菌核生物细胞内有多条染色体（脉孢菌7条，条，人人2

6、3条）。高等生物中有条）。高等生物中有2至多套染色体至多套染色体（动物（动物2倍，水稻倍，水稻4倍），真菌有双倍体，但倍），真菌有双倍体，但多数微生物是单倍体。真核细胞核物质外有多数微生物是单倍体。真核细胞核物质外有核膜包围，形成完整细胞核。核膜包围，形成完整细胞核。二、遗传物质在细胞中的存在方式二、遗传物质在细胞中的存在方式第11页，共85页，编辑于2022年，星期三 原核生物原核生物 DNA不与组蛋白结合，染色体仅由一条不与组蛋白结合，染色体仅由一条DNA组组成，成，DNA为共价闭合环状双链，一个细胞内只有一为共价闭合环状双链，一个细胞内只有一条染色体（单倍体条染色体（单倍体haploid

7、）。无核膜包围，只在细）。无核膜包围，只在细胞中央形成核区。胞中央形成核区。质粒（质粒（plasmid）原原核核生生物物中中，除除染染色色体体以以外外，能能够够自自主主复复制制的的共共价价闭闭合合环环状状DNA分分子子。它它们们携携带带少少量量遗遗传传基基因因，决决定定细细胞胞的的某某些些性性状状，并并非非细细菌菌生生活活必需。必需。第12页，共85页，编辑于2022年，星期三 细胞水平：细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核存在于细胞核或核质体，单核或多核 细胞核水平细胞核水平:原核与真核生物的细胞核结构不同；核外原核与真核生物的细胞核结构不同；核外DNA 染色体水平染色体水平:倍性倍性

8、(真核真核)和染色体数和染色体数 核酸水平：核酸水平：存在部分二倍体存在部分二倍体DNA或或RNA，复合或裸露，复合或裸露，双链或单链双链或单链 基因水平：基因水平：具自主复制能力的遗传功能单位，分结构基具自主复制能力的遗传功能单位，分结构基因和调节基因因和调节基因 密码子水平：密码子水平：信息单位信息单位,起始和终止起始和终止 核苷酸水平：核苷酸水平：突变或交换单位，四种碱基突变或交换单位，四种碱基核酸存在的七个水平及质粒核酸存在的七个水平及质粒第13页，共85页，编辑于2022年，星期三微生物的独特生物学特性：微生物的独特生物学特性：（1）个体的体制极其简单；个体的体制极其简单；（2）营养

9、体一般都是单倍体；营养体一般都是单倍体；（3）易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁殖；易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁殖；（4）繁殖速度快；繁殖速度快；（5）易于积累不同的中间代谢产物或终产物；易于积累不同的中间代谢产物或终产物；（6）菌落形态特征的可见性和多样性；菌落形态特征的可见性和多样性；（7）环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和均环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和均一性；一性；（8）易于形成营养缺陷型；易于形成营养缺陷型；（9）各种微生物一般都有相应的病毒；各种微生物一般都有相应的病毒；（10）存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式。存在多种处于进化过程中的

10、原始有性生殖方式。第14页，共85页，编辑于2022年，星期三第二节第二节微生物的基因突变微生物的基因突变 基因突变是重要的生物学现象，它是一切基因突变是重要的生物学现象，它是一切生物变化的根源，连同基因转移、重组一起提生物变化的根源，连同基因转移、重组一起提供了推动生物进化的遗传多变性。供了推动生物进化的遗传多变性。突变：突变：指指DNADNA顺序上核苷酸发生置换或其它顺序上核苷酸发生置换或其它顺序上的改变。顺序上的改变。第15页，共85页，编辑于2022年，星期三 突变突变自发突变自发突变 环境因素的影响，环境因素的影响，DNADNA复制过复制过 程的偶然错误等而导致，一般程的偶然错误等而

11、导致，一般 频率较低，通常为频率较低，通常为1010-6-61010-9-9 。诱变诱变 某些物理、化学因素对生物体某些物理、化学因素对生物体 的的DNADNA进行直接作用，突变以进行直接作用，突变以 较高的频率产生。较高的频率产生。第16页，共85页，编辑于2022年，星期三 （一）形态突变型（一）形态突变型 （二）营养缺陷型（二）营养缺陷型 （三）条件致死突变型（三）条件致死突变型 （四）抗性突变型（四）抗性突变型 （五）其他突变型（五）其他突变型一、基因突变的类型（表现形式）一、基因突变的类型（表现形式）第17页，共85页，编辑于2022年，星期三形态突变型（形态突变型（morpholo

12、gical mutantmorphological mutant）造成形态改变的突变型。造成形态改变的突变型。突变株和野生型菌突变株和野生型菌株均可生长，但可从形态特征上进行区分。株均可生长，但可从形态特征上进行区分。非非选择性突变选择性突变。如：菌落颜色变化、形成芽孢缺陷菌。如：菌落颜色变化、形成芽孢缺陷菌株等。株等。细胞水平上的形态突变，突变株的检出更加困细胞水平上的形态突变，突变株的检出更加困难。难。第18页，共85页，编辑于2022年，星期三营养缺陷型（营养缺陷型（auxotrophauxotroph）特点：特点：在选择培养基（一般为基本培养基）上不在选择培养基（一般为基本培养基）上不

13、生长，生长，负选择标记负选择标记。表示方法：表示方法：基因型基因型，所需营养物的前三个英文，所需营养物的前三个英文小写斜体字母表示：小写斜体字母表示：hishisC C（组氨酸缺陷型，其中的（组氨酸缺陷型，其中的大写字母大写字母C C同一表型中不同基因的突变），在具体同一表型中不同基因的突变），在具体使用时多用使用时多用hishisC C-和和hishisC C+，分别表示缺陷型和野生，分别表示缺陷型和野生型。型。表型表型，同上，但第一个字母大写，且不用斜体：，同上，但第一个字母大写，且不用斜体：HisCHisC第19页，共85页，编辑于2022年，星期三影印平板（影印平板（Replica p

14、lating）法是）法是LederbergLederberg夫妇在夫妇在19521952年建立年建立第20页，共85页，编辑于2022年，星期三条件致死突变型（条件致死突变型（conditional lethal mutantconditional lethal mutant）在某一条件下具有致死效应，而在另一条件下没在某一条件下具有致死效应，而在另一条件下没有致死效应的突变型。常用的条件致死突变是温度有致死效应的突变型。常用的条件致死突变是温度敏感突变，用敏感突变，用tsts（temperature sensi-tivetemperature sensi-tive）表示，）表示，这类突变在高

15、温下（如这类突变在高温下（如4242）是致死的，但可以在）是致死的，但可以在低温（如低温（如25302530）下得到这种突变。）下得到这种突变。负选择标记。负选择标记。第21页，共85页，编辑于2022年，星期三抗性突变型（抗性突变型（resistant mutantresistant mutant）基因突变使菌株对某种或某几种药物，特别是基因突变使菌株对某种或某几种药物，特别是抗生素，产生抗性。突变株可直接从抗性平板上获抗生素，产生抗性。突变株可直接从抗性平板上获得得-在加有相应抗生素的平板上，只有抗性突变能在加有相应抗生素的平板上，只有抗性突变能生长。所以很容易分离得到，生长。所以很容易分

16、离得到，正选择标记正选择标记。表示方法：表示方法：所抗药物的前三个小写斜体英文字所抗药物的前三个小写斜体英文字母加上母加上“r”“r”表示表示。strstrr r 和和 strstrs s 分别表示对链霉分别表示对链霉素的抗性和敏感性素的抗性和敏感性第22页，共85页，编辑于2022年，星期三其它突变类型其它突变类型 毒力、生产某种代谢产物的发酵能力的变毒力、生产某种代谢产物的发酵能力的变化等在实际应用中具有重要意义。突变类型一化等在实际应用中具有重要意义。突变类型一般都不具有很明显或可直接检测到的表型，其般都不具有很明显或可直接检测到的表型，其突变株的获得往往需要较大的工作量。突变株的获得往

17、往需要较大的工作量。第23页，共85页，编辑于2022年，星期三 （一）不对应性（一）不对应性 （二）稀有性（二）稀有性 （三）独立性（三）独立性 （四）诱变性（四）诱变性 （五）稳定性（五）稳定性 （六）可逆行（六）可逆行 自发突变：自发突变：环境因素的影响，环境因素的影响，DNA复制过程的偶然复制过程的偶然错误等而导致，一般频率较低，通常为错误等而导致，一般频率较低，通常为10-6-10-9。诱变：某些物理、化学因素对生物体的诱变：某些物理、化学因素对生物体的DNA进行直接进行直接作用，突变以较高的频率产生。作用，突变以较高的频率产生。二、基因突变的规律（自发突变特点）二、基因突变的规律（

18、自发突变特点）第24页，共85页，编辑于2022年，星期三三、基因突变的三经典实验（不对应性和三、基因突变的三经典实验（不对应性和自发性的证明）自发性的证明）1943 1943年年S.E.LuriaS.E.Luria与与M.DlbruckM.Dlbruck进行了进行了Fluctuation testFluctuation test。1949 1949年年H.B.NewcombeH.B.Newcombe的的Respreding plated Respreding plated incubacionincubacion。1952 1952年年J.LederbergJ.Lederberg夫妇用夫妇用

19、Replica-platingReplica-plating结束结束了争论。了争论。第25页，共85页，编辑于2022年，星期三甲甲10ml乙乙10ml大肠杆菌0.2ml培养2436h涂有噬菌体涂有噬菌体涂有噬菌体涂有噬菌体变量试验变量试验第26页，共85页，编辑于2022年，星期三大肠杆菌大肠杆菌 1 2 11 12培养培养5h 12.3代代直接喷直接喷T4培养培养过夜过夜重新涂布重新涂布喷喷T4培养培养过夜过夜抗性菌落抗性菌落 共共28个菌落个菌落 共共353个菌落个菌落各皿菌数相同各皿菌数相同5 1045100个菌落个菌落涂布试验涂布试验第27页，共85页，编辑于2022年，星期三第28

20、页，共85页，编辑于2022年，星期三 （一）诱变（一）诱变 很多种化学物质能以各种机制导致很多种化学物质能以各种机制导致DNADNA的突的突变，这类化学物质称变，这类化学物质称“诱变剂诱变剂”。DNA DNA突变的利弊：突变的利弊：a a）利用各种诱变剂获得各类遗传突变，进）利用各种诱变剂获得各类遗传突变，进行诱变育种；行诱变育种；b b）对有害微生物进行控制；）对有害微生物进行控制；c c）危害人类自身的健康。）危害人类自身的健康。四、突变的机制四、突变的机制第29页，共85页，编辑于2022年，星期三 人和细菌在人和细菌在DNA的结构及特性方面是一致的，的结构及特性方面是一致的，能使微生

21、物发生突变的诱变剂必然也会作用于人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，使其发生突变，最后造成癌变或其他不良的后果。的后果。“生物化学统一性生物化学统一性”法则：法则：第30页，共85页，编辑于2022年，星期三诱变剂的共性原则：诱变剂的共性原则：化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比。成正比。超过超过95%95%的致癌物质对微生物有诱变作用。的致癌物质对微生物有诱变作用。90%90%以上的非致癌物质对微生物没有诱变作用。以上的非致癌物质对微生物没有诱变作用。第31页，共85页，编辑于2022

22、年，星期三 1.1.点突变点突变（指（指DNADNA顺序上核苷酸发生置换或其它顺序上核苷酸发生置换或其它顺序上的改变顺序上的改变)的机制的机制：碱基对置换碱基对置换。包括：包括：转换：转换：DNADNA链中链中嘌呤嘌呤被被嘌呤嘌呤、嘧啶嘧啶被被嘧啶嘧啶所置所置换。换。颠换：颠换：嘌呤嘌呤被被嘧啶嘧啶或或嘧啶嘧啶被被嘌呤嘌呤所置换。所置换。发生的原因主要是互变异构。对一种诱变剂来发生的原因主要是互变异构。对一种诱变剂来说，可同时产生转换和颠换，或只产生一种。说，可同时产生转换和颠换，或只产生一种。第32页，共85页，编辑于2022年，星期三 四种碱基的配对原则（华生四种碱基的配对原则（华生Waf

23、son和克里克和克里克Crick提出）：提出）：A一条单链上的嘌呤必须和另一条单链上一条单链上的嘌呤必须和另一条单链上的嘧啶相配对；的嘧啶相配对；B一个一个6位上是氨基的嘌呤必须和位上是氨基的嘌呤必须和4位上是位上是酮基的嘧啶配对，酮基的嘧啶配对，6位上是酮基的嘌呤必须和位上是酮基的嘌呤必须和4位上是氨基的嘧啶配对，因此位上是氨基的嘧啶配对，因此AT、GC。第33页，共85页，编辑于2022年，星期三AT(酮式酮式)第34页，共85页，编辑于2022年，星期三T(烯醇式烯醇式)第35页，共85页，编辑于2022年，星期三A:TT:AC:GG:CATCG双链双链DNA单链单链DNA碱基对的置换碱

24、基对的置换实线代表转换实线代表转换虚线代表颠换虚线代表颠换第36页，共85页，编辑于2022年，星期三转换示意图转换示意图嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶嘧啶嘧啶嘌呤嘌呤嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶第37页，共85页，编辑于2022年，星期三 直接与核酸碱基发生化学变化的诱变剂直接与核酸碱基发生化学变化的诱变剂 如硝酸、羟胺和各种烷化剂。以如硝酸、羟胺和各种烷化剂。以亚硝酸亚硝酸为例：为例：亚硝酸诱变机制亚硝酸诱变机制第38页，共85页，编辑于2022年，星期三 通过代谢掺入到通过代谢掺入到DNA分子中，间接引起碱基分子中，间接引起碱基对转换的诱变剂对转换的诱变剂 这是一些碱基类似物，如这是一些碱基类似物，如5-溴尿嘧溴

25、尿嘧啶（啶（5-BU）、）、5-氨基尿嘧啶（氨基尿嘧啶（5-AU）、）、8-氮鸟嘧啶氮鸟嘧啶（8-NG）和）和2-氨基嘌呤（氨基嘌呤（2-AP）等。）等。以以5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-BU）为例，它是胸腺嘧啶的代谢类）为例，它是胸腺嘧啶的代谢类似物。似物。第39页，共85页，编辑于2022年，星期三 同理，同理，5-BU5-BU的掺入也可引起的掺入也可引起GCGC回复到回复到ATAT（回复突回复突变变），而且只对正在代谢和繁殖的微生物起作用，而对），而且只对正在代谢和繁殖的微生物起作用，而对休止细胞游离的噬菌体或离体的休止细胞游离的噬菌体或离体的DNADNA分子不起作用。分子不起作用。第40

26、页，共85页，编辑于2022年，星期三 2.移码突变移码突变 少数核苷酸的增加或缺失，造成突变少数核苷酸的增加或缺失，造成突变点以后的全部遗传密码的转录和翻译发生错误。点以后的全部遗传密码的转录和翻译发生错误。丫啶类染料和一类称为丫啶类染料和一类称为ICR（美国肿瘤研究所）类化（美国肿瘤研究所）类化合物是有效的移码突变的诱变剂。合物是有效的移码突变的诱变剂。正常正常DNA链上的三联密码链上的三联密码:|ABC|ABC|ABC|ABC|ABC|插入一个碱基：插入一个碱基：|ABC|AB+|CAB|CAB|CAB|缺失一个碱基：缺失一个碱基：|ABC|BCA|BCA|BCA|BCA|插入一个缺失一

27、个碱基：插入一个缺失一个碱基：|ABC|AB+|CAB|CAC|ABC|加进三个碱基：加进三个碱基：|ABC|+AB|CAB|+CA|BC+|ABC|ABC|第41页，共85页，编辑于2022年，星期三 3.染色体畸变染色体畸变 某些理化因子如某些理化因子如X射线和亚硝酸等射线和亚硝酸等除了引起点突变外，还会产生除了引起点突变外，还会产生DNA的大损伤，即染的大损伤，即染色体的色体的倒位倒位、易位易位、缺失缺失和和重复重复。使遗传信息发生改。使遗传信息发生改变：变：CGG精氨酸精氨酸同义突变同义突变CGA CAA谷氨酸谷氨酸错义突变错义突变精氨酸精氨酸GGA甘氨酸甘氨酸错义突变错义突变 UGA

28、终止终止无义突变无义突变第42页，共85页，编辑于2022年，星期三 自发突变是指某些微生物在没有人工参与下所发生的那自发突变是指某些微生物在没有人工参与下所发生的那些突变。些突变。1.多因素低剂量的诱变效应多因素低剂量的诱变效应 如宇宙间的短波辐射、如宇宙间的短波辐射、自然界中普遍存在的一些低浓度诱变物质的作用等。自然界中普遍存在的一些低浓度诱变物质的作用等。2.微生物自身代谢产物的诱变微生物自身代谢产物的诱变 过氧化氢是微生物的过氧化氢是微生物的一种正常代谢产物。它对脉胞霉具诱变作用。一种正常代谢产物。它对脉胞霉具诱变作用。3.互变异构效应互变异构效应 4.环出效应环出效应（二）自发突变的

29、机制（二）自发突变的机制第43页，共85页，编辑于2022年，星期三 基因重组基因重组gene recombinationgene recombination 两两个个不不同同来来源源的的遗遗传传物物质质进进行行交交换换，经经过过基因重新组合，形成新的基因型的过程。基因重新组合，形成新的基因型的过程。原原核核微微生生物物没没有有有有性性生生殖殖，其其基基因因重重组组通通过过转化转化、接合接合、转导转导方式进行。方式进行。第三节第三节 细菌基因转移和重组细菌基因转移和重组第44页，共85页，编辑于2022年，星期三 接合作用：接合作用：指供体菌和受体菌的完整细胞指供体菌和受体菌的完整细胞经直接接

30、触而传递大段经直接接触而传递大段DNA（包括质粒）遗传（包括质粒）遗传信息的现象（美国科学工作者莱德伯格和塔图信息的现象（美国科学工作者莱德伯格和塔图姆姆1946年发现）。年发现）。一、细菌的接合作用一、细菌的接合作用第45页，共85页，编辑于2022年，星期三1.实验证据实验证据 1946年，年，Joshua Lederberg 和和Edward L.Taturm细菌的多重营养缺陷型杂交实验细菌的多重营养缺陷型杂交实验 中间平板上长出的中间平板上长出的原原养型养型菌落是两菌株之间发菌落是两菌株之间发生了遗传交换和重组所致！生了遗传交换和重组所致！第46页，共85页，编辑于2022年，星期三证

31、实接合过程需要细胞间的直接接触的证实接合过程需要细胞间的直接接触的“U”型管实验（型管实验（Bernard Davis，1950）第47页，共85页，编辑于2022年，星期三 大肠杆菌的接合机制大肠杆菌的接合机制:接合作用是由一种被称接合作用是由一种被称为为F F因子的质粒介导。因子的质粒介导。F因子的分子量通常为因子的分子量通常为5107，上面有编码细菌产生性菌毛，上面有编码细菌产生性菌毛(sex pili)及控制接合过及控制接合过程进行的程进行的20多个基因。多个基因。2.机制机制第48页，共85页，编辑于2022年，星期三 F+菌株菌株:含含F质粒，质粒，细细胞表面胞表面产产生性毛生性毛

32、sex pili，与，与F细细胞相胞相连连，在接合后，在接合后转转移移DNA。F菌菌株株:无无F质质粒粒，不不产产生生性性毛毛，可可接接受受外来外来F质粒。质粒。第49页，共85页，编辑于2022年，星期三 F F（雄性）菌株（雄性）菌株：细胞有细胞有F因子，表面具因子，表面具性伞毛。性伞毛。F（雌性）菌株（雌性）菌株：HfrHfr（高频重组）菌株：（高频重组）菌株：在在HfrHfr细胞中，细胞中，F F因子整合在染色体的特定位点，因子整合在染色体的特定位点，因此只要发生接因此只要发生接合转移过程，就可以把部分甚至全部细菌染色体合转移过程，就可以把部分甚至全部细菌染色体传递给传递给F-细胞并发

33、生重组，由此而得名为高频重细胞并发生重组，由此而得名为高频重组菌株。但组菌株。但F因子进入因子进入F细胞的机会很少。细胞的机会很少。在大肠杆菌中，存在着四种接合类型：在大肠杆菌中，存在着四种接合类型：第50页，共85页，编辑于2022年，星期三F FFFF FF F F菌株菌株：是一种介于是一种介于F与与Hfr之间的菌之间的菌株。细胞中有游离的但带有一小段染色体基因的株。细胞中有游离的但带有一小段染色体基因的环状环状F因子。因子。FFF。第51页，共85页，编辑于2022年，星期三 HfrFHfrFHfrHfrF F（多数情况下）（多数情况下）HfrF HfrFHfrHfrHfrHfr（极少情

34、况下）（极少情况下）第52页，共85页，编辑于2022年，星期三 转导转导transductiontransduction：遗传物质通过噬菌体：遗传物质通过噬菌体的携带而转移的基因重组称转导。的携带而转移的基因重组称转导。通过转导获得供体细胞部分遗传性状的重组通过转导获得供体细胞部分遗传性状的重组受体细胞，称为受体细胞，称为转导子转导子（trans-ductant）。携）。携带供体部分遗传物质（带供体部分遗传物质（DNA 片段）的噬菌体片段）的噬菌体称为称为转导噬菌体转导噬菌体或或转导颗粒转导颗粒。二、细菌的转导二、细菌的转导第53页，共85页，编辑于2022年，星期三 1952 1952年年

35、Zinder Zinder 和和LederbergLederberg在验证在验证鼠伤寒沙门鼠伤寒沙门氏菌氏菌是否也存在接合现象时是否也存在接合现象时发现了转导现象。发现了转导现象。S.typhimurium：LT2LT22A；LT22A溶溶原原性性噬噬菌菌体体P22感感染染LT2（非非溶溶原原性性）可可 能能 释释 放放 带带 AB+的的P22LT22A呈呈原养型原养型。1.意外的发现意外的发现第54页，共85页，编辑于2022年，星期三2.转导模型转导模型第55页，共85页，编辑于2022年，星期三子代病毒子代病毒 普遍性转导普遍性转导 结果结果：形成转导子；形成转导子；流产转导；流产转导；

36、DNA降解。降解。3.转导的类型转导的类型第56页，共85页，编辑于2022年，星期三温和噬菌体温和噬菌体溶源性细菌溶源性细菌被诱导而发被诱导而发生裂解生裂解受体细菌受体细菌局限性转导局限性转导第57页，共85页，编辑于2022年，星期三 溶源转变（一个与转导相似又不同的现溶源转变（一个与转导相似又不同的现象）：象）：当温和噬菌体感染其寄主而使之发生溶当温和噬菌体感染其寄主而使之发生溶源化时，因噬菌体的基因加入寄主的基因组而源化时，因噬菌体的基因加入寄主的基因组而使后者获得除免疫性以外的新性状的现象，称使后者获得除免疫性以外的新性状的现象，称为为溶源转变溶源转变。第58页，共85页，编辑于20

37、22年，星期三溶源转变与局限性转导的不同：溶源转变与局限性转导的不同：首先首先，在溶源转变中，噬菌体不携带供体菌在溶源转变中，噬菌体不携带供体菌的任何基因；的任何基因；其次，其次，在溶源转变中的噬菌体都是正常的温在溶源转变中的噬菌体都是正常的温和噬菌体，而在局限性转导中，具转导能力的噬和噬菌体，而在局限性转导中，具转导能力的噬菌体却是缺陷噬菌体，它的一部分基因因与寄主菌体却是缺陷噬菌体，它的一部分基因因与寄主基因发生重组而丧失，同时却获得了寄主的部分基因发生重组而丧失，同时却获得了寄主的部分基因。基因。第59页，共85页，编辑于2022年，星期三三、细菌的遗传转三、细菌的遗传转化化 转化转化：

38、是游离：是游离DNA片段的转移和重组。游片段的转移和重组。游离的离的DNA片段称为片段称为转化因子转化因子。两个菌株间是否可以进行转化，这与它们两个菌株间是否可以进行转化，这与它们的亲缘关系有关。能进行转化的细胞必须是的亲缘关系有关。能进行转化的细胞必须是感受态细胞感受态细胞（凡能吸收外来凡能吸收外来DNA片段，并能把它片段，并能把它整合到自己的染色体组上以实现转化的受体细胞，整合到自己的染色体组上以实现转化的受体细胞，叫感受态细胞，它由遗传性和生理状态所决定叫感受态细胞，它由遗传性和生理状态所决定）。）。第60页，共85页，编辑于2022年，星期三 自然感受态与人工感受态的不同？自然感受态与

39、人工感受态的不同？自然感受态自然感受态的出现是细胞一定生长阶段的生的出现是细胞一定生长阶段的生理特性，受细菌自身的基因控制；理特性，受细菌自身的基因控制；人工感受态人工感受态则是通过人为诱导的方法，使细则是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取胞具有摄取DNA的能力，或人为地将的能力，或人为地将DNA导入细导入细胞内胞内。（该过程与细菌自身的遗传控制无关！）。（该过程与细菌自身的遗传控制无关！）第61页，共85页，编辑于2022年，星期三 1928年，年，Griffith发现肺炎链球菌发现肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）的转化现象的转化现象 目前已知有二十多个种的细菌

40、具有自然转化的目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力。能力。进行自然转化，需要二方面必要的条件：进行自然转化，需要二方面必要的条件：建立了感受态的受体细胞建立了感受态的受体细胞 外源游离外源游离DNA分子分子 1.1.自然遗传转化（简称自然转化）自然遗传转化（简称自然转化）第62页，共85页，编辑于2022年，星期三 自然遗传转化被认为是自然遗传转化被认为是名副其实名副其实 的细胞水平基因转移的细胞水平基因转移途径。途径。目前的研究热点：目前的研究热点：1）细菌为什么要耗费如此多的染色体遗传资源来进行自）细菌为什么要耗费如此多的染色体遗传资源来进行自然转化，即该过程的生物学意义到底何在？

41、它对细菌自身有什然转化，即该过程的生物学意义到底何在？它对细菌自身有什么好处？么好处？2）自然转化过程的很多细节仍不清楚，包括细菌如何）自然转化过程的很多细节仍不清楚，包括细菌如何协调感受态的建立，外源协调感受态的建立，外源DNA进入和重组的具体过程等等。进入和重组的具体过程等等。3）细菌中具有自然转化能力的范围，到底有哪些菌）细菌中具有自然转化能力的范围，到底有哪些菌具有自然转化能力？具有自然转化能力？4）转化）转化DNA的来源和在自然环境中发生的自然转化。的来源和在自然环境中发生的自然转化。第63页，共85页，编辑于2022年，星期三接合接合(conjugation)：细胞与细胞的直接接触

42、细胞与细胞的直接接触（由（由F因子介导）因子介导）转导转导(transduction)：由噬菌体介导由噬菌体介导自然遗传转化自然遗传转化(natural genetic transfor-mation)：游离游离DNA分子分子+感受态细胞感受态细胞第64页，共85页，编辑于2022年，星期三 “接合接合”“转导转导”及及“自然转化自然转化”这三种在自然这三种在自然界中存在的细菌遗传重组过程各自的特点：界中存在的细菌遗传重组过程各自的特点：a）外源）外源DNA的来源及进入途径有差异；的来源及进入途径有差异；b）决定因素也各有不同；）决定因素也各有不同；如何设计实验对三种途径进行区分？如何设计实验

43、对三种途径进行区分？第65页，共85页，编辑于2022年，星期三2.人工转化人工转化 在自然转化的基础上发展和建立的一项细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菌基因重组手段，是基因工程的奠基石和基础技术。其技术。其“感受态感受态”不是由细菌自身的基因所不是由细菌自身的基因所控制；而是用多种不同的技术处理受体细胞，控制；而是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使其人为地处于一种可以摄取外源DNA的的“人人工感受态工感受态”。用用CaCl2处理细胞，电穿孔等是常处理细胞，电穿孔等是常用的人工转化手段。用的人工转化手段。质粒的转化效率高

44、；质粒的转化效率高；第66页，共85页，编辑于2022年，星期三 1.有性杂交有性杂交：即性细胞间的接合和重组过程。：即性细胞间的接合和重组过程。凡能产生有性孢子的酵母和霉菌，一般都可用有凡能产生有性孢子的酵母和霉菌，一般都可用有性杂交育种。性杂交育种。2.准性生殖准性生殖：通过同一物种两个不同菌株的体细通过同一物种两个不同菌株的体细胞发生融合，不经过减数分裂而导致低频率基因重组胞发生融合，不经过减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子。并产生重组子。为半知菌育种提供了一个重要手段。为半知菌育种提供了一个重要手段。真核微生物的基因重组真核微生物的基因重组第67页，共85页，编辑于2022年，星

45、期三菌菌丝联结 异核体形成（异核体形成（质配）配）核配形成核配形成杂合二合二倍体倍体体体细胞交胞交换和和单倍体化倍体化。准性生殖的过程：准性生殖的过程：第68页，共85页，编辑于2022年，星期三项 目准性生殖有性生殖参与接合的亲本细胞形态相同的体细胞形态或生理上有分化的性细胞独立生活的异核体阶段有无接合后双倍体细胞形态与单倍体基本相同与单倍体明显不同双倍体变单倍体的途径通过有丝分裂通过减数分裂接合发生的几率偶然发现，几率低正常出现，几率高准性生殖与有性生殖的比较准性生殖与有性生殖的比较第69页，共85页，编辑于2022年，星期三 微生物育种早先所利用的原理是微生物的微生物育种早先所利用的原理

46、是微生物的自发突变，变异过程十分缓慢。随着科学技术自发突变，变异过程十分缓慢。随着科学技术的进步，微生物育种趋向于采用更快、更有效的进步，微生物育种趋向于采用更快、更有效的方法。的方法。四、微生物育种四、微生物育种第70页，共85页，编辑于2022年，星期三含抗生素的营养含抗生素的营养琼脂琼脂不含抗生素的不含抗生素的营养琼脂营养琼脂高高 浓度梯度浓度梯度 低低强抗性突变体强抗性突变体中等程度抗性突变中等程度抗性突变体体弱抗性突弱抗性突变体变体筛选抗性突变体的梯度筛选抗性突变体的梯度 培养皿法培养皿法第71页，共85页，编辑于2022年，星期三 诱变育种就是利用理化因素处理微生物诱变育种就是利用

47、理化因素处理微生物细胞群体，促使其中少数细胞的遗传物质的细胞群体，促使其中少数细胞的遗传物质的分子结构发生改变，从而引起微生物的遗传分子结构发生改变，从而引起微生物的遗传性发生变异，然后设法从群体中选出少数优性发生变异，然后设法从群体中选出少数优良性状的菌株。良性状的菌株。（一）诱变育种（一）诱变育种第72页，共85页，编辑于2022年，星期三 诱诱变变育育种种具具有有极极其其重重要要的的实实践践意意义义:当当前前发发酵酵工工业业和和其其他他微微生生物物生生产产部部门门所所使使用用的的高高产产菌菌株株，几几乎乎毫毫无例外地都是通过诱变育种而明显提高其生产性能的。无例外地都是通过诱变育种而明显提

48、高其生产性能的。第73页，共85页，编辑于2022年，星期三原始菌种原始菌种纯化化斜面斜面/肉肉汤培养培养单孢子子/单细胞胞悬液液诱变剂处理诱变剂处理平板分离平板分离移至斜面移至斜面小试小试中试中试初筛初筛复筛复筛计算存活率算存活率观察形察形态变异，异，挑挑单菌落菌落良种保藏良种保藏原菌种特性原菌种特性鉴定定诱变育种的步骤：诱变育种的步骤：第74页，共85页，编辑于2022年，星期三诱变育种的主要环节：诱变育种的主要环节：以选育高产突变株为例，诱变育种的基本环以选育高产突变株为例，诱变育种的基本环节概括如下：节概括如下：第75页，共85页，编辑于2022年，星期三变异菌的一般筛选方法变异菌的一

49、般筛选方法1.平皿快速检测法平皿快速检测法l变色圈法变色圈法l透明圈法透明圈法l生长圈法生长圈法l抑菌圈法抑菌圈法l梯度平板法梯度平板法2.摇瓶培养法摇瓶培养法第76页，共85页，编辑于2022年，星期三 体内基因重组：体内基因重组：指采用接合、转化、转导和指采用接合、转化、转导和原生质体融合等遗传学方法和技术使生物细胞内原生质体融合等遗传学方法和技术使生物细胞内发生基因重组。发生基因重组。1.原生质体融合原生质体融合 2.杂交育种杂交育种（二）体内基因重组（二）体内基因重组第77页，共85页，编辑于2022年，星期三苏氨酸缺陷型苏氨酸缺陷型原生质体的制原生质体的制备备原生质体的融原生质体的融

50、合合原生质体再生原生质体再生融合子选择融合子选择丙氨酸缺陷型丙氨酸缺陷型聚乙二醇聚乙二醇不含苏氨酸不含苏氨酸不含丙氨酸不含丙氨酸两者都不含两者都不含溶壁酶溶壁酶原养型菌株原养型菌株第78页，共85页，编辑于2022年，星期三基因工程的基本过程：基因工程的基本过程：1 1、基因的分离与切割、基因的分离与切割 2 2、体外重组、体外重组 3 3、载体传递，导入受体、载体传递，导入受体 4 4、复制表达、复制表达 5 5、筛选繁殖、筛选繁殖（三）基因工程（三）基因工程第79页，共85页，编辑于2022年，星期三基因的分离与切割基因的分离与切割体外重组体外重组载体传递，导入受体载体传递，导入受体复制表