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1、会计学1微生物遗传微生物遗传(ychun)复旦大学普通微生物复旦大学普通微生物学件学件第一页，共132页。基本概念种瓜得瓜，种豆得豆遗传（heredity)：生物的亲代传递给其子代(zdi)一 套遗传信息的特性。遗传型（genotype)：又称基因型，指某一生物个体所含有的全部遗传因子即基因组所携带的遗传信息。遗传型是一种内在可能性或潜力，其实质是遗传物质上所负载的特定遗传信息。第第3页页/共共132页页第2页/共132页第二页，共132页。表型（表型（phenotypephenotype）：又称表现型，具有一定遗传型的个）：又称表现型，具有一定遗传型的个体，在特定环境条件下通过生长发育所表现
2、出来的形态等体，在特定环境条件下通过生长发育所表现出来的形态等生物学特征的总和生物学特征的总和(zngh)(zngh)。表型是一种现实性。表型是一种现实性。第第4页页/共共132页页第3页/共132页第三页，共132页。变异：指生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量(shling)的改变，亦即遗传型的改变。饰变：是指外表的修饰性改变，意即一种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。变异特点：在群体中以极低几率变异特点：在群体中以极低几率变异特点：在群体中以极低几率变异特点：在群体中以极低几率(一般为一般为一般为一般为10-510-510-510-510-1
3、0)10-10)10-10)10-10)出现；性状变出现；性状变出现；性状变出现；性状变化的幅度大；变化后的新性状是稳定化的幅度大；变化后的新性状是稳定化的幅度大；变化后的新性状是稳定化的幅度大；变化后的新性状是稳定(wndng)(wndng)(wndng)(wndng)和可遗传的。和可遗传的。和可遗传的。和可遗传的。饰变特点：整个群体中每一个体都发生同样变化；性状变化的幅度饰变特点：整个群体中每一个体都发生同样变化；性状变化的幅度饰变特点：整个群体中每一个体都发生同样变化；性状变化的幅度饰变特点：整个群体中每一个体都发生同样变化；性状变化的幅度小；饰变性状不遗传。小；饰变性状不遗传。小；饰变
4、性状不遗传。小；饰变性状不遗传。橘生淮南(Huinn)则为橘，生于淮北则为枳。第第5页页/共共132页页第4页/共132页第四页，共132页。遗传的物质基础遗传的物质基础基因突变基因突变(j yn t bin)和和诱变育种诱变育种基因重组和杂交育种基因重组和杂交育种基因工程基因工程内容提要内容提要(ni rn t yo)第第6页页/共共132页页第5页/共132页第五页，共132页。第一节第一节 遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础三个经典实验三个经典实验(shyn)证明核证明核酸是微生物遗传物质酸是微生物遗传物质转化转化(zhunhu)实验实验噬菌体感染噬菌体感染(gnrn)实验实验植物病毒
5、的重建实验植物病毒的重建实验遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式朊病毒的发现与思考朊病毒的发现与思考第第7页页/共共132页页第6页/共132页第六页，共132页。亚病毒的一种：具有传染性的蛋白亚病毒的一种：具有传染性的蛋白(dnbi)质致病因子，质致病因子，迄今为止尚为发现该蛋白迄今为止尚为发现该蛋白(dnbi)内含有核酸。内含有核酸。其致病作用是由于动物体内其致病作用是由于动物体内(t ni)正常的蛋白质正常的蛋白质PrP c改变折改变折叠状态为叠状态为PrP sc所致，而这二种蛋白质的一级结构并没有改变。所致，而这二种蛋白质的一级结构并没有改变。朊
6、病毒的发现(fxin)与思考第第8页页/共共132页页第7页/共132页第七页，共132页。思考思考(sko)1）蛋白质是否可以作为遗传物质？）蛋白质是否可以作为遗传物质？prion是生命的一个特例？还是仅仅为表达调控的一种是生命的一个特例？还是仅仅为表达调控的一种(y zhn)形式？形式？2）蛋白质折叠与功能的关系，是否）蛋白质折叠与功能的关系，是否(sh fu)存在折叠密存在折叠密码？码？DNARNARNA肽链肽链蛋白质蛋白质复制转录翻译第第9页页/共共132页页第8页/共132页第八页，共132页。遗传(ychun)物质类型核染色体：核外染色体真核生物(shngw)细胞器(线粒体、叶绿体
7、等）共生生物(shngw)（卡巴颗粒）2um质粒原核(yun h)生物质粒遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式遗传物质在微生物细胞内的存在部位和方式 细胞水平细胞水平（细胞核或核区，核（区）的数目如单核、多核）；（细胞核或核区，核（区）的数目如单核、多核）；核水平；染色体水核水平；染色体水平（平（数量、倍数数量、倍数dsds、ssss）；）；核酸水平核酸水平（种类、结构、长度、大小）；（种类、结构、长度、大小）；基因水平；密码基因水平；密码子水平子水平（4 4种核苷酸按三联体排列有种核苷酸按三联体排列有6464个，决定个，决定2020种氨基酸）；种氨基酸）；核苷酸水平核苷酸水平(A(A、G
8、G、T T、C C；A A、G G、U U、C C）。第第10页页/共共132页页第9页/共132页第九页，共132页。染色体染色体基因基因基因基因DNA基因是一段基因是一段DNA，具有，具有(jyu)自主复制能力的最小遗传单自主复制能力的最小遗传单位位第第11页页/共共132页页第10页/共132页第十页，共132页。DNADNA就是就是(jish)(jish)脱氧核糖核酸（长脱氧核糖核酸（长链）链）腺嘌呤（A）鸟嘌呤（G）胸腺嘧啶(m dn)（T）胞嘧啶（C）ATCGAAATTTTTTAAAGGGGGCCCCCGC基因基因(jyn)(jyn)测序就是读出测序就是读出 A-C-G-T-G-G
9、-A-C-G-T-G-G-A-C-G.A-C-G.第第12页页/共共132页页第11页/共132页第十一页，共132页。基因控制基因控制(kngzh)Pr因而控制因而控制(kngzh)性状性状G A TC T AG A UDNAmRNA天冬天冬氨酸氨酸 第第13页页/共共132页页第12页/共132页第十二页，共132页。基因(jyn)是什么？基因(jyn)决定生物体的生、长、病、老死等一切生命现象 基因(jyn)是生命的密码。基因记录和传递遗传信息。原核生物的基因调控系统是由一个操纵子和它的调节基因所组成。原核生物的基因调控系统是由一个操纵子和它的调节基因所组成。每个操纵子包括每个操纵子包括
10、3 3种功能上密切相关的基因：结构基因、操纵种功能上密切相关的基因：结构基因、操纵基因、启动基因。基因、启动基因。真核生物一般无操纵基因真核生物一般无操纵基因第第14页页/共共132页页第13页/共132页第十三页，共132页。基因基因(jyn)调调控系统控系统操纵子操纵子结构结构(jigu)基因基因调节调节(tioji)基基因因启动基因（启动子）启动基因（启动子）操纵基因操纵基因结构基因：决定某一多肽链结构的结构基因：决定某一多肽链结构的DNA模板，通过转录和模板，通过转录和翻译来执行多肽链合成任务；翻译来执行多肽链合成任务；操纵基因：位于启动基因和结构基因之间的一段核苷酸序列，通操纵基因：
11、位于启动基因和结构基因之间的一段核苷酸序列，通过与阻遏物的结合与否，控制结构基因是否转录；过与阻遏物的结合与否，控制结构基因是否转录；启动基因；一种依赖于启动基因；一种依赖于DNA的的RNA多聚酶所识别的核苷酸序多聚酶所识别的核苷酸序列，既是列，既是DNA多聚酶的结合部位，优势转录的起始点。多聚酶的结合部位，优势转录的起始点。真核生物的基因一般无操纵子结构。真核生物的基因一般无操纵子结构。第第15页页/共共132页页第14页/共132页第十四页，共132页。大肠杆菌(d chn n jn)基因组 4100个基因(jyn)，4.7106bp遗传信息的连续性,共价(n ji)、闭合、环状功能相关的
12、结构基因组成操纵子结构基因单拷贝及rRNA多拷贝 基因的重复序列少而短第第16页页/共共132页页第15页/共132页第十五页，共132页。质粒原核生物遗传物质存在(cnzi)的一种方式质粒：一种独立于染色体外，能进行自主复制的细质粒：一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在胞质遗传因子，主要存在(cnzi)于各种微生物于各种微生物细胞中。细胞中。质粒不同于病毒质粒不同于病毒不具有胞外形态，而仅以核酸的简单方式存在不具有胞外形态，而仅以核酸的简单方式存在(cnzi)于细胞中于细胞中质粒上携带某些核基因组上所缺少的基因，使细菌等原核生物获质粒上携带某些核基因组上所缺少的基因，
13、使细菌等原核生物获得某些对其生存并非必不可少的得某些对其生存并非必不可少的特殊功能特殊功能：如接合、产毒、产特殊酶、降解环境毒物等如接合、产毒、产特殊酶、降解环境毒物等第第17页页/共共132页页第16页/共132页第十六页，共132页。cccDNAocDNAlDNA第第18页页/共共132页页第17页/共132页第十七页，共132页。质粒的复制与核染色体的复制不同步(tngb)，在这类细胞中，一般含1015个或更多质粒。严紧型复制(fzh)控制（stringent replication control）松弛(sn ch)型复制控制（relaxed replication control）质
14、粒的复制与核染色体的复制同步，在这类细胞中，一般只含12个质粒；质粒是一种独立存在于细胞内的复制子（replicon）第第19页页/共共132页页第18页/共132页第十八页，共132页。通常通常(tngchng)(tngchng)以共价闭合环状（以共价闭合环状（covalently closed circlecovalently closed circle，简称，简称CCCCCC）的超螺旋双链）的超螺旋双链DNADNA分子存在于细胞中；分子存在于细胞中；也发现也发现(fxin)(fxin)有线型双链有线型双链DNADNA质粒和质粒和RNARNA质粒；质粒；质粒分子的大小质粒分子的大小(dxi
15、o)(dxio)范围从范围从1kb1kb左右到左右到1000kb1000kb；（细菌质粒多在（细菌质粒多在10kb10kb以内）以内）质粒的分子结构第第20页页/共共132页页第19页/共132页第十九页，共132页。t 提取提取(tq)所有胞内所有胞内DNA后电镜观察；后电镜观察；t 超速离心或琼脂糖凝胶电泳后观察超速离心或琼脂糖凝胶电泳后观察(gunch)；t 对于实验室常用菌，可用质粒所带的某些对于实验室常用菌，可用质粒所带的某些(mu xi)特点，特点，t 如抗药性初步判断。如抗药性初步判断。特定的质粒提取方法和后处特定的质粒提取方法和后处理使染色体和理使染色体和RNA均被除均被除掉。
16、掉。质粒的检测第第21页页/共共132页页第20页/共132页第二十页，共132页。质粒的主要质粒的主要(zhyo)功能功能在某些特殊条件下，质粒有时在某些特殊条件下，质粒有时(yush)能赋予宿主细胞以特殊的机能，能赋予宿主细胞以特殊的机能，从而使宿主得到生长优势。从而使宿主得到生长优势。质粒所含的基因对宿主细胞(xbo)一般是非必需的；第第22页页/共共132页页第21页/共132页第二十一页，共132页。质粒所编码质粒所编码的功能的功能(gngnng)和赋和赋予宿主的表予宿主的表型效应型效应致育因子（致育因子（Fertility factor，F因子）因子）抗性因子（抗性因子（Resis
17、tance factor，R因子）因子）产细菌产细菌(xjn)素的质粒（素的质粒（Bacteriocin production plasmid）毒性质粒（毒性质粒（virulence plasmid）代谢质粒（代谢质粒（Metabolic plasmid）隐秘质粒（隐秘质粒（cryptic plasmid）质粒的主要(zhyo)类型第第23页页/共共132页页第22页/共132页第二十二页，共132页。（1）F质粒（质粒（F plasmid）又称又称F因子、致育因子（因子、致育因子（fertility factor）或性）或性因子（因子（sex factor），其大小），其大小(dxio)约约
18、100kb，为，为cccDNA，这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性，这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒。生殖现象（接合作用）有关的质粒。携带携带(xidi)F质粒的菌株称为质粒的菌株称为F+菌株（相当于雄性），菌株（相当于雄性），无无F质粒的菌株称为质粒的菌株称为F-菌株（相当于雌性）。菌株（相当于雌性）。携带(xidi)F质粒菌株第第24页页/共共132页页第23页/共132页第二十三页，共132页。含调节含调节DNA复制和拷贝数的基因以及转移基因，相对分子量约复制和拷贝数的基因以及转移基因，相对分子量约11107，具有，具有(jyu)转移功能；转移功能；抗性转
19、移因子（resistance transfer factor，RTF）抗性决定(judng)因子（r-determinant）大小不固定，相对分子量从几百万至11108以上，无转移功能(gngnng)，含各种抗性基因，如抗青霉素、氨苄青霉素、氯霉素、链霉素和磺胺等基因。R质粒一般由两个相连的DNA片段组成（2）R质粒（质粒（R plasmid）称称R因子因子（R factor）、）、抗性因子抗性因子（resisitrance plasmid），包括抗药性），包括抗药性和抗重金属二大类和抗重金属二大类第第25页页/共共132页页第24页/共132页第二十四页，共132页。（3）Col质粒（质粒（
20、colicin plasmid，col plasmid）又称大肠杆菌素质又称大肠杆菌素质(szh)粒或产大肠杆菌素粒或产大肠杆菌素因子（因子（colicinogenic factor，col factor）。）。细菌素（细菌素（bacteriocin）是质粒编码的蛋白质，）是质粒编码的蛋白质，一般由细菌产生，可抑制或杀死其他近缘细一般由细菌产生，可抑制或杀死其他近缘细菌或同种不同菌株的代谢菌或同种不同菌株的代谢(dixi)产物，产物，但不具有很广的杀菌谱。但不具有很广的杀菌谱。第第26页页/共共132页页第25页/共132页第二十五页，共132页。细菌素结构细菌素结构(jigu)基因、基因、涉
21、及细菌素运输及发挥作用（涉及细菌素运输及发挥作用（processing）的蛋白质）的蛋白质的基因、的基因、赋予宿主对该细菌素具有赋予宿主对该细菌素具有“免疫力免疫力”的相关产物的基因的相关产物的基因一般一般(ybn)都位于质粒或转座子上，细菌素可以杀死同种都位于质粒或转座子上，细菌素可以杀死同种但不携带该质粒的菌株。但不携带该质粒的菌株。第第27页页/共共132页页第26页/共132页第二十六页，共132页。细菌素一般根据细菌素一般根据(gnj)产生菌的种类进行命名：产生菌的种类进行命名：大肠杆菌（大肠杆菌（E.coli）产生）产生(chnshng)的细菌素为的细菌素为colicins（大肠杆
22、菌素），（大肠杆菌素），而质粒被称为而质粒被称为Col质粒。质粒。Col E1Col E1质粒：相对分子量小（质粒：相对分子量小（9kb9kb，约，约51065106），无接合作用，是），无接合作用，是松弛性控制、多拷贝的；松弛性控制、多拷贝的；ColbColb质粒：相对分子量大（质粒：相对分子量大（94kb94kb，约，约8107 8107），具有通过接合），具有通过接合而转移的功能，属严紧而转移的功能，属严紧(yn jn)(yn jn)型控制，只有型控制，只有1 12 2个拷贝。个拷贝。第第28页页/共共132页页第27页/共132页第二十七页，共132页。（4）Ti质粒（质粒（tumor
23、 inducing plasmid）即诱癌质粒或冠瘿质粒（即诱癌质粒或冠瘿质粒（crown gall plasmidcrown gall plasmid）。）。Ti Ti质粒是一种质粒是一种200kb200kb的环状质粒，包括毒性区（的环状质粒，包括毒性区（virvir）、接合）、接合转移（转移（concon）、复制）、复制(fzh)(fzh)起始区（起始区（oriori）和）和T-DNAT-DNA区区4 4部分。部分。T-DNA区可携带任何外源基因整合到植物基因组中，Ti质粒是植物基因工程中使用(shyng)最广、效果最佳的克隆载体。第第29页页/共共132页页第28页/共132页第二十八页
24、，共132页。（5）mega质粒（质粒（megaplasmid）即巨大质粒，其相对分子量比一般即巨大质粒，其相对分子量比一般(ybn)质粒大质粒大几十倍至几百倍，存在于几十倍至几百倍，存在于Rhizobium（根瘤菌属）中，（根瘤菌属）中，其上有一系列与共生固氮相关的基因。其上有一系列与共生固氮相关的基因。第第30页页/共共132页页第29页/共132页第二十九页，共132页。（6）降解）降解(jin ji)质粒质粒 这类质粒是由降解一系列复杂有机物的酶编码，所以这类质粒是由降解一系列复杂有机物的酶编码，所以(suy)在污水处理、环境在污水处理、环境保护等方面发挥作用。保护等方面发挥作用。只在
25、假单胞菌属（只在假单胞菌属（Pseudomonas）中发现）中发现(fxin)降解质粒。降解质粒。降解质粒以其所分解的底物命名，例如，降解质粒以其所分解的底物命名，例如，CAM（樟脑）质粒，（樟脑）质粒，OCT（辛烷）质粒，（辛烷）质粒，XYL（二甲苯）质粒，（二甲苯）质粒，SAL（水杨酸）质粒，（水杨酸）质粒，MDL（扁桃酸）质粒，（扁桃酸）质粒，NAP（萘）质粒，（萘）质粒，TOL（甲苯）质粒等（甲苯）质粒等 “超级菌超级菌”通过遗传工程手段构建具有数通过遗传工程手段构建具有数种降解质粒的菌株，具有广谱种降解质粒的菌株，具有广谱降解能力的工程菌。降解能力的工程菌。第第31页页/共共132页
26、页第30页/共132页第三十页，共132页。（一）转化(zhunhu)实验光滑型（光滑型（S）粗糙型（粗糙型（R）有有 荚荚 膜膜菌落光滑菌落光滑分泌分泌(fnm)毒素毒素致致 病病无无 荚荚 膜膜菌落菌落(jnlu)粗粗糙糙无无 毒毒不不 致致 病病实验材料：实验材料：肺炎链球菌肺炎链球菌 最早进行转化（transformation）实验的是F.Griffith（1928 年），他以Streptococcus pneumoniae（肺炎链球菌，旧称“肺炎双球菌”）作为研究对象。厚壁菌门-芽孢杆菌纲-乳杆菌目-乳杆菌科-链球菌属第第32页页/共共132页页第31页/共132页第三十一页，共13
27、2页。R型活菌S型活菌加热杀死S型菌1 1、动物、动物(dngw)(dngw)实验实验第第33页页/共共132页页第32页/共132页第三十二页，共132页。R R型活菌型活菌+加热杀死加热杀死S S型型+怎么来的呢？怎么来的呢？活的无毒（活的无毒（活的无毒（活的无毒（R R R R）型细菌受到了）型细菌受到了）型细菌受到了）型细菌受到了死的有毒（死的有毒（死的有毒（死的有毒（S S S S）型细菌的影响）型细菌的影响）型细菌的影响）型细菌的影响(yngxing)(yngxing)(yngxing)(yngxing)，转化为有毒，转化为有毒，转化为有毒，转化为有毒（S S S S）型）型）型）
28、型合理合理(hl)(hl)的解释：的解释：第第34页页/共共132页页第33页/共132页第三十三页，共132页。（2 2）细菌培养）细菌培养）细菌培养）细菌培养(piy(piy ng)ng)实验实验实验实验（3）S型菌的无细胞型菌的无细胞(xbo)抽提液试验抽提液试验以上实验说明：加热杀死的以上实验说明：加热杀死的S S型细菌细胞内可能存在一种转化物型细菌细胞内可能存在一种转化物质质(wzh)(wzh)，它能通过某种方式进入，它能通过某种方式进入R R型细胞并使型细胞并使R R型细胞获得稳定的型细胞获得稳定的遗传性状，转变为遗传性状，转变为S S型细胞。型细胞。热死热死S菌菌不生长不生长活活
29、 R 菌菌长出长出RII菌菌热死热死S菌菌长出大量长出大量R菌和菌和10-6S菌菌活活R菌菌+S菌无细胞抽提液菌无细胞抽提液长出大量长出大量R菌和少量菌和少量S菌菌+活活R菌菌平皿培养平皿培养第第35页页/共共132页页第34页/共132页第三十四页，共132页。加热杀死的加热杀死的S S型细菌，在其细胞内可能存在一种具有遗传型细菌，在其细胞内可能存在一种具有遗传(ychun)(ychun)转化能力的物质，能通过某种方式进入转化能力的物质，能通过某种方式进入R R型型细胞，并使细胞，并使R R型细菌获得表达型细菌获得表达S S型细菌荚膜性状的遗传型细菌荚膜性状的遗传(ychun)(ychun)
30、特性。特性。以上实验(shyn)说明：（1）从活的S菌中抽提各种细胞成分（DNA，蛋白质，荚膜多糖等）（2）对各组分(zfn)进行转化试验AveryAvery在四十年代以更精密的实验设计重复在四十年代以更精密的实验设计重复了以上实验了以上实验第第36页页/共共132页页第35页/共132页第三十五页，共132页。19531953年美国人年美国人HersheyHershey和和ChaseChase用放射性同位素方法，提供了用放射性同位素方法，提供了DNADNA是噬菌体遗传物质的直接证据。是噬菌体遗传物质的直接证据。用含用含32P32P和和35S35S的培养基培养大肠杆菌的培养基培养大肠杆菌H H
31、，再用被标记的大肠，再用被标记的大肠杆菌培养杆菌培养2 2噬菌体，直至完全标记上噬菌体，直至完全标记上32P32P和和35S35S的的T2T2噬菌体为噬菌体为止止(wizh)(wizh)。用标记的。用标记的T2T2噬菌体侵染没有标记的大肠杆菌，结噬菌体侵染没有标记的大肠杆菌，结果表明，果表明，2 2噬菌体外壳蛋白中有噬菌体外壳蛋白中有35S35S放射性并与细菌的细胞壁连放射性并与细菌的细胞壁连接，而接，而DNADNA部分则有部分则有32P32P放射性并进如细菌的细胞质中。这一事实放射性并进如细菌的细胞质中。这一事实说明，在噬菌体侵染细菌过程中蛋白质外壳留在细菌细胞外，只说明，在噬菌体侵染细菌过
32、程中蛋白质外壳留在细菌细胞外，只有有DNADNA进入了细胞，又一次证明遗传物质是进入了细胞，又一次证明遗传物质是DNADNA，而不是蛋白质。，而不是蛋白质。（二）噬菌体的感染(gnrn)实验第第37页页/共共132页页第36页/共132页第三十六页，共132页。32P标记(bioj)核酸35S标记(bioj)蛋白32P32PDNADNA核心核心(hxn)(hxn)的噬菌体的噬菌体第第38页页/共共132页页第37页/共132页第三十七页，共132页。35S35S蛋白质外壳蛋白质外壳(wi k)(wi k)的噬菌体的噬菌体在DNA中存在着包括合成蛋白质外壳(wi k)在内的整套遗传信息。第第39
33、页页/共共132页页第38页/共132页第三十八页，共132页。（三）病毒拆开和重建（三）病毒拆开和重建(zhn jin)(zhn jin)实验实验 烟草烟草(ynco)花叶病毒的核酸花叶病毒的核酸抗血清处理抗血清处理(chl)，证明杂种，证明杂种病毒的蛋白质外壳来自病毒病毒的蛋白质外壳来自病毒1，而非病毒而非病毒2杂种病毒的后代的蛋白质外壳杂种病毒的后代的蛋白质外壳表现为表现为病毒病毒2，而非病毒，而非病毒1遗传物质是核酸（遗传物质是核酸（RNA）而非蛋白质）而非蛋白质霍氏车前病毒的蛋白质外壳HRVTMV霍氏车前病毒烟草花叶病毒第第40页页/共共132页页第39页/共132页第三十九页，共1
34、32页。(1)(1)用表面活性剂处理标准用表面活性剂处理标准TMVTMV，得到它的蛋白质；，得到它的蛋白质；(2)(2)从从TMVTMV的变种的变种HRVHRV通过弱碱处理得到它的通过弱碱处理得到它的RNARNA；(3)(3)通过重建获得杂种病毒；通过重建获得杂种病毒；(4)(4)证实杂种病毒的蛋白质外壳是来自证实杂种病毒的蛋白质外壳是来自TMVTMV标准株。标准株。(5)(5)杂杂种种病病毒毒感感染染烟烟草草产产生生HRHR所所特特有有的的病病斑斑，说说明明杂杂种种病病毒毒的的感感染染特特性性(txng)(txng)是由是由HRHR的的RNA RNA 所决定，而不是二者的融合特征所决定，而不
35、是二者的融合特征(6)(6)从从病病斑斑中中一一再再分分离离得得到到的的子子病病毒毒的的蛋蛋白白质质外外壳壳是是HRHR蛋蛋白白质质，而而不不是是标标准准株株的的蛋蛋白白质质外外壳壳。以以上上实实验验结结果果说说明明杂杂种种病病毒毒的的感感染染特特征征和和蛋蛋白白质质的的特特性性(txng)(txng)是是由由它它的的RNARNA所所决决定定，而而不不是是由由蛋蛋白白质质所所决决定，遗传物质是定，遗传物质是RNARNA。病毒拆开和重建实验(shyn)证明了RNA是遗传物质第第41页页/共共132页页第40页/共132页第四十页，共132页。基因突变(j yn t bin)突变(tbin)与育种
36、第二节基因突变(j yn t bin)和诱变育种第第42页页/共共132页页第41页/共132页第四十一页，共132页。基因突变：又称点突变，DNA链上的一对 突变 或少数几对碱基发生改变。(碱基置换、移码突变)染色体畸变：DNA的大段变化(损伤)现象 (添加、缺失、易位、倒位)基因重组：把两个不同性状个体内的遗传(ychun)基因转移 到一起，经过遗传(ychun)分子的重新组合后，形成新遗传(ychun)型个体的方式，称为基因重 组(原核生物、真核生物)遗传性变异遗传性变异(biny)(biny)第第43页页/共共132页页第42页/共132页第四十二页，共132页。一、基因突变一、基因突
37、变一、基因突变一、基因突变(j yn t bin)(j yn t bin)基因突变：指细胞内（或病毒粒内）遗传物质的分子结构基因突变：指细胞内（或病毒粒内）遗传物质的分子结构基因突变：指细胞内（或病毒粒内）遗传物质的分子结构基因突变：指细胞内（或病毒粒内）遗传物质的分子结构(fn(fn z z ji ji u)u)或数量突然发生的可遗传的变化，简称突变，狭或数量突然发生的可遗传的变化，简称突变，狭或数量突然发生的可遗传的变化，简称突变，狭或数量突然发生的可遗传的变化，简称突变，狭义的突变专指基因突变，广义的突变包括基因突变和染色体义的突变专指基因突变，广义的突变包括基因突变和染色体义的突变专指
38、基因突变，广义的突变包括基因突变和染色体义的突变专指基因突变，广义的突变包括基因突变和染色体畸变。畸变。畸变。畸变。野生型菌株：从自然界分离(fnl)到的菌株。突变株：突变体、突变型。野生型经突变后形成的带有新性状的菌株。第第44页页/共共132页页第43页/共132页第四十三页，共132页。（一）微生物突变体的主要(zhyo)类型形态(xngti)突变型 菌落(jnlu)形态突变型菌体形态突变型生化突变型营养突变体(营养缺陷型)发酵突变体抗性突变体条件致死突变体抗原突变型产量突变型按突变按突变实质分实质分第第45页页/共共132页页第44页/共132页第四十四页，共132页。条件(tioji
39、n)致死突变型（株）按突变(tbin)株的表型选择性突变(tbin)株非选择性突变株营养缺陷型（株）抗性缺陷型（株）形态突变型（株）抗原突变型（株）产量突变型（株）按方法分按突变株的表型是否能在选按突变株的表型是否能在选择性培养基上加以鉴别来分择性培养基上加以鉴别来分第第46页页/共共132页页第45页/共132页第四十五页，共132页。（1 1 1 1）营养缺陷型：某一野生菌株因发生基因突变而丧失合成一种或几）营养缺陷型：某一野生菌株因发生基因突变而丧失合成一种或几）营养缺陷型：某一野生菌株因发生基因突变而丧失合成一种或几）营养缺陷型：某一野生菌株因发生基因突变而丧失合成一种或几种生长因子、
40、碱基或氨基酸的能力，因而无法种生长因子、碱基或氨基酸的能力，因而无法种生长因子、碱基或氨基酸的能力，因而无法种生长因子、碱基或氨基酸的能力，因而无法(wf)(wf)(wf)(wf)再在基本培养再在基本培养再在基本培养再在基本培养基上正常生长繁殖的变异类型。基上正常生长繁殖的变异类型。基上正常生长繁殖的变异类型。基上正常生长繁殖的变异类型。（2 2 2 2）抗性突变型：指野生型菌株因发生基因突变，而产生的对某化学）抗性突变型：指野生型菌株因发生基因突变，而产生的对某化学）抗性突变型：指野生型菌株因发生基因突变，而产生的对某化学）抗性突变型：指野生型菌株因发生基因突变，而产生的对某化学药物或致死物
41、理因子的抗性变异类型。药物或致死物理因子的抗性变异类型。药物或致死物理因子的抗性变异类型。药物或致死物理因子的抗性变异类型。（3 3 3 3）条件致死突变型：某菌株或病毒经基因突变后，在某种条件下可）条件致死突变型：某菌株或病毒经基因突变后，在某种条件下可）条件致死突变型：某菌株或病毒经基因突变后，在某种条件下可）条件致死突变型：某菌株或病毒经基因突变后，在某种条件下可正常地生长、繁殖并呈现其固有的表型，而在另一条件下却无法正常地生长、繁殖并呈现其固有的表型，而在另一条件下却无法正常地生长、繁殖并呈现其固有的表型，而在另一条件下却无法正常地生长、繁殖并呈现其固有的表型，而在另一条件下却无法(w
42、f)(wf)(wf)(wf)生长、繁殖，这种突变类型称为生长、繁殖，这种突变类型称为生长、繁殖，这种突变类型称为生长、繁殖，这种突变类型称为 第第47页页/共共132页页第46页/共132页第四十六页，共132页。（4 4）形态突变型：指由突变引起的个体或菌落形态的变异，形态突变型：指由突变引起的个体或菌落形态的变异，形态突变型：指由突变引起的个体或菌落形态的变异，形态突变型：指由突变引起的个体或菌落形态的变异，一般属非选择性突变。一般属非选择性突变。一般属非选择性突变。一般属非选择性突变。（5 5）抗原）抗原）抗原）抗原(kngyun)(kngyun)突变型：指由于基因突变引起的细胞突变型：
43、指由于基因突变引起的细胞突变型：指由于基因突变引起的细胞突变型：指由于基因突变引起的细胞抗原抗原抗原抗原(kngyun)(kngyun)结构发生的变异类型，包括细胞壁缺陷结构发生的变异类型，包括细胞壁缺陷结构发生的变异类型，包括细胞壁缺陷结构发生的变异类型，包括细胞壁缺陷变异、荚膜或鞭毛成分变异等。变异、荚膜或鞭毛成分变异等。变异、荚膜或鞭毛成分变异等。变异、荚膜或鞭毛成分变异等。（6 6）产量突变型：通过基因突变而产生的在代谢产物产量）产量突变型：通过基因突变而产生的在代谢产物产量）产量突变型：通过基因突变而产生的在代谢产物产量）产量突变型：通过基因突变而产生的在代谢产物产量上明显有别于原始
44、菌株的突变株，称产量突变型。上明显有别于原始菌株的突变株，称产量突变型。上明显有别于原始菌株的突变株，称产量突变型。上明显有别于原始菌株的突变株，称产量突变型。第第48页页/共共132页页第47页/共132页第四十七页，共132页。（二）突变率（二）突变率出发菌株出发菌株 长出突变株长出突变株含诱变剂的培养基含诱变剂的培养基突变突变(tbin)率：某一细胞（或病毒粒）在每一世代中发生某一性状突变率：某一细胞（或病毒粒）在每一世代中发生某一性状突变(tbin)的几率。一般为的几率。一般为10-610-9，转座突变，转座突变(tbin)率为率为10-4。第第49页页/共共132页页第48页/共13
45、2页第四十八页，共132页。(三三)突变突变(tbin)的特点的特点 不对应性不对应性 ：突变形状与引起：突变形状与引起(ynq)(ynq)突变原因之间无对应关系；突变原因之间无对应关系；自发性：可以自发性：可以(ky)(ky)自发产生突变；自发产生突变；稀有性稀有性 ：自发突变几率极低，在：自发突变几率极低，在1010-6-61010-9-9之间；之间；独立性：某基因的突变率不受其它基因突变率的影响；独立性：某基因的突变率不受其它基因突变率的影响；可诱变性：（提高可诱变性：（提高101010105 5倍）倍）稳定性稳定性 ：新遗传性状的稳定性；：新遗传性状的稳定性；可逆性：回复突变可逆性：回
46、复突变 第第50页页/共共132页页第49页/共132页第四十九页，共132页。变 量 试 验 涂 布 试 验 影印(yngyn)培养试验（四）基因突变（四）基因突变(j yn t bin)自发性和不对应性自发性和不对应性的证明的证明第第51页页/共共132页页第50页/共132页第五十页，共132页。指数增殖期指数增殖期大肠杆菌稀释培养物大肠杆菌稀释培养物10ml10ml(培养前先分成50小管)(在同一个大管(d un)中作整体培养)2 10 107 .15 4 4 3 .5 抗噬菌体菌落抗噬菌体菌落(jnlu)数数 抗噬菌体菌落抗噬菌体菌落(jnlu)数数变量试验(shyn)根据统计学原理
47、设计（1943年）涂涂T1噬菌体噬菌体平板平板涂涂T1噬菌噬菌体平板体平板第第52页页/共共132页页第51页/共132页第五十一页，共132页。结果表明：来自甲管的50皿中,各皿间抗性菌落数相差极大(图左),而来自乙管的则各 皿数目基本相同(图右)。原因分析：E.coli抗噬菌体性状的突变,不是由所抗的环境 因素噬菌体诱导出来的,而是在它接触到噬菌体前,在某一次细胞分裂过程中随机地自发(zf)产生的。这一自发(zf)突变发生得越早,则抗性菌落出现得越多,反之则越少,噬菌体在这里仅起着淘汰原始的未突变的敏感菌和鉴别抗噬菌体突变型的作用。The Nobel Prize in Physiology
48、 or Medicine 1969第第53页页/共共132页页第52页/共132页第五十二页，共132页。涂布试验(shyn)(Newcombe,1949)涂布敏感菌5104个共12个平板5104个菌落5000个细菌/菌落喷入T1保温重新涂布后 喷入T1保温6个平板共353个菌落 6个平板共28个菌落第第54页页/共共132页页第53页/共132页第五十三页，共132页。实验结果：在涂布过的一组中,共有抗性菌落353个,要比未经涂布过的(仅28个菌落)高得多。原因分析：该抗性突变发生在未接触噬菌体前。噬菌体的加入只起甄别这类突变是否发生的作用，而不是诱导(yudo)突变的因素。第第55页页/共
49、共132页页第54页/共132页第五十四页，共132页。影印培养无链霉素无链霉素培养基培养基含链霉素含链霉素培养基培养基影印培养(piyng)试验(J.Lederberg,1952)原始敏感菌种123456789101112第第56页页/共共132页页第55页/共132页第五十五页，共132页。由此可知：原始的链霉素敏感(mngn)菌株只通过(1)(2)(4)(5)(6)(8)(9)(10)(12)的移种和选择序列,就可在根本未接触链霉素的情况下,筛选出大量的抗链霉素的菌株。J.Lederberg is awarded the Noble Prize in Medicine and Physi
50、ology in 1958第第57页页/共共132页页第56页/共132页第五十六页，共132页。（五）基因突变(j yn t bin)及机制 基因突变机制多种，可是自发的或诱发的。诱发突变包括影响一对(y du)基因的点突变和影响一段染色体的畸变。1、诱发突变 ：通过人为的方法，利用物理、化学(huxu)或生物因素显著提高基因突变频率的手段。第第58页页/共共132页页第57页/共132页第五十七页，共132页。2）诱发突变）诱发突变(tbin)机机制制n n（1）碱基置换（）碱基置换（substitution)n n（2）移码突变）移码突变(tbin)(frame-shift mutati