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1、遗传与育种第1页，此课件共122页哦遗传遗传(heredity)：l亲代生物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。亲代生物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。l特点：具稳定性。特点：具稳定性。遗传型（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。是一种内在可能性或潜力。第2页，此课件共122页哦表型（表型（phenotype）：）：指生物体所具有的一切外表特征指生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和和内在特性的总和;是具一定遗传型的生物在一定是具一定遗传型的生物在一定条件下所
2、表现出的具体性状。条件下所表现出的具体性状。第3页，此课件共122页哦遗传型（遗传型（可能性可能性）+环境条件环境条件表型（表型（现实性现实性）代谢、发育代谢、发育第4页，此课件共122页哦变异变异(variation):生生物物体体在在外外因因或或内内因因的的作作用用下下，遗遗传传物物质质的结构或数量发生改变而导致表型改变。的结构或数量发生改变而导致表型改变。变异的特点：变异的特点：a.a.群体一般为群体一般为1010-6-61010-10-10；b.b.形状变化的幅度大；形状变化的幅度大；c.c.变化后形成的新性状是稳定遗传的。变化后形成的新性状是稳定遗传的。第5页，此课件共122页哦饰变
3、（饰变（modification）：指指不不涉涉及及遗遗传传物物质质结结构构改改变变而而只只发发生生在在转转录录、转转译水平上的表型变化。译水平上的表型变化。特点：特点：a.几几乎乎整整个个群群体体中中的的每每一一个个个个体体都都发发生生同同样样的的变变化；化；b.性状变化的幅度小；性状变化的幅度小；c.因因遗遗传传物物质质不不变变，故故饰饰变变是是不不遗遗传传的的。引引起起饰饰变变的因素消失后，表型即可恢复的因素消失后，表型即可恢复。第6页，此课件共122页哦微生物遗传的特点微生物遗传的特点A A、一般为极少分化的单细胞或多细胞，、一般为极少分化的单细胞或多细胞，受环境影响较大。受环境影响较
4、大。B B、繁殖快，易于发生变异。、繁殖快，易于发生变异。C C、以无性繁殖为主，营养体多为单倍体，、以无性繁殖为主，营养体多为单倍体，不存在显隐性问题。不存在显隐性问题。第7页，此课件共122页哦第一节第一节遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础 遗传性：遗传性：亲代将自身一整套遗传因子传亲代将自身一整套遗传因子传递给下一代的行为和功能。递给下一代的行为和功能。变异性：变异性：是遗传物质发生改变而引进某是遗传物质发生改变而引进某些性状的改变。些性状的改变。遗传和变异是生物界最基本的属性，遗传遗传和变异是生物界最基本的属性，遗传具有相对的稳定性，但也不是一成不变的。具有相对的稳定性，但也不是一成
5、不变的。遗传是相对的，变异是绝对的，遗传中有变遗传是相对的，变异是绝对的，遗传中有变异，变异中有遗传，遗传和变异的辩证关系异，变异中有遗传，遗传和变异的辩证关系使微生物不断进化。使微生物不断进化。第8页，此课件共122页哦一、经典转化实验一、经典转化实验 1928F.Griffith1928F.Griffith进行转化实验：进行转化实验：对象：肺炎链球菌对象：肺炎链球菌 特点：肺炎链球菌是一种球菌细菌，常成特点：肺炎链球菌是一种球菌细菌，常成双或成链排列，可使人患肺炎，也可使小鼠双或成链排列，可使人患肺炎，也可使小鼠患败血症而死亡。患败血症而死亡。第9页，此课件共122页哦 种类：种类：S S
6、型：菌落表面光滑，有荚膜，型：菌落表面光滑，有荚膜，有致病性。有致病性。R R型：菌落表面粗糙，无荚膜，型：菌落表面粗糙，无荚膜，无致病性。无致病性。第10页，此课件共122页哦 F.GriffithF.Griffith进行了三组实验：进行了三组实验：1 1、动物试验、动物试验对小鼠注射活对小鼠注射活R R菌或死菌或死S S菌菌 小鼠存活小鼠存活 对小鼠注射活对小鼠注射活S S菌菌 小鼠死亡小鼠死亡对小鼠注射活对小鼠注射活R R菌和热死菌和热死S S菌菌 小鼠死亡小鼠死亡 抽取心血分离抽取心血分离 活的活的S菌菌第11页，此课件共122页哦第12页，此课件共122页哦2 2、细菌培养试验、细菌
7、培养试验肺炎链球菌肺炎链球菌活活R菌菌热死热死S菌菌培培养养皿皿培培养养培养皿培养培养皿培养培养皿培养培养皿培养不生长不生长长出长出R菌菌长出大量长出大量R菌菌+10-6S菌菌热死热死S菌菌+活活R菌菌第13页，此课件共122页哦3 3、S S型菌的无细胞抽提液试验型菌的无细胞抽提液试验 活活R R菌菌+S+S菌无细胞抽提液菌无细胞抽提液 长出大量长出大量R R菌和少量菌和少量S S菌菌培养皿培养培养皿培养第14页，此课件共122页哦以上实验说明：加热杀死的以上实验说明：加热杀死的S型细菌在其细胞内可能存在一种具型细菌在其细胞内可能存在一种具有遗传转化能力的物质，它能通过有遗传转化能力的物质，
8、它能通过某种方式进入某种方式进入R型细胞，并使型细胞，并使R型细型细胞获得表达胞获得表达S型荚膜性状的遗传特型荚膜性状的遗传特性。性。第15页，此课件共122页哦 加加S S菌菌DNA DNA 加加S S菌菌DNADNA及及DNADNA酶酶 以外的酶以外的酶 加加S S菌的菌的DNADNA和和DNADNA酶酶 活活R R菌菌 加加S S菌的菌的RNA RNA 加加S S菌的蛋白质菌的蛋白质 加加S S菌的荚膜多糖菌的荚膜多糖 对各种生化组分进行转化试验：对各种生化组分进行转化试验：只长只长R菌菌长出长出S菌菌第16页，此课件共122页哦 只有只有S S型细菌的型细菌的DNADNA才能将肺炎链才
9、能将肺炎链球菌的球菌的R R型转化为型转化为S S型。而型。而DNADNA纯度纯度越高，转化效率也越高，这就说明，越高，转化效率也越高，这就说明，S S型菌株转移给型菌株转移给R R型菌株的绝不是某型菌株的绝不是某一遗传性状的本身，而是以一遗传性状的本身，而是以DNADNA为为物质基础的遗传因子。物质基础的遗传因子。第17页，此课件共122页哦10分钟后分钟后用捣碎器用捣碎器使空壳脱离使空壳脱离吸附吸附离心离心沉淀细胞进一步培养后，沉淀细胞进一步培养后，可产生大量完整的子代噬可产生大量完整的子代噬菌体菌体二二、噬菌体感染实验、噬菌体感染实验含含32P-DNA的一组：放射性的一组：放射性85%在
10、沉淀中在沉淀中1952年年A.D.Hershey和和M.Chase发表了证明发表了证明DNA是噬菌体的遗传物质基础的著是噬菌体的遗传物质基础的著名实验名实验噬菌体感染实验室。实验过程如下：噬菌体感染实验室。实验过程如下：第18页，此课件共122页哦第19页，此课件共122页哦 在噬菌体的感染过程中，其蛋白质外壳未在噬菌体的感染过程中，其蛋白质外壳未进入宿主细胞。进入宿主细胞的虽只有进入宿主细胞。进入宿主细胞的虽只有DNADNA，但经增殖、装配后，却能产生一大群既有，但经增殖、装配后，却能产生一大群既有DNADNA核心又有蛋白质外壳的完整噬菌体颗粒。核心又有蛋白质外壳的完整噬菌体颗粒。第20页，
11、此课件共122页哦三、植物病毒的重建实验三、植物病毒的重建实验 为了说明核酸是遗传物质，为了说明核酸是遗传物质，H.Fraenkel-H.Fraenkel-ConratConrat（19561956年）进一步用含年）进一步用含RNARNA的烟草花叶的烟草花叶病毒（病毒（TMVTMV）进行了植物病毒重建实验。）进行了植物病毒重建实验。TMVTMV放在一定浓度的苯酚溶液中振荡，将它的蛋白放在一定浓度的苯酚溶液中振荡，将它的蛋白质外壳与质外壳与RNARNA核心相分离，结果发现裸露的核心相分离，结果发现裸露的RNARNA也能也能感染烟草，并使其患典型症状，而且在病斑中还能分感染烟草，并使其患典型症状，
12、而且在病斑中还能分离到完整的离到完整的TMVTMV粒子。粒子。第21页，此课件共122页哦TMVTMV重建实验示意图重建实验示意图 三个实验的结论三个实验的结论:只有核酸才是负载遗传信只有核酸才是负载遗传信息的真正物质基础息的真正物质基础第22页，此课件共122页哦四、朊病毒的发现和思考四、朊病毒的发现和思考A A、蛋白质的折叠与生物功能之间关系。、蛋白质的折叠与生物功能之间关系。B B、第二遗传密码：折叠密码。一级结构如何、第二遗传密码：折叠密码。一级结构如何决定高级结构，多肽链中氨基酸序列如何决定决定高级结构，多肽链中氨基酸序列如何决定蛋白质的空间结构。蛋白质的空间结构。第23页，此课件共
13、122页哦五、微生物的基因组结构五、微生物的基因组结构细菌一般是单倍体，真核微生物通细菌一般是单倍体，真核微生物通常是二倍体。常是二倍体。基因组相对较小，最小的只有基因组相对较小，最小的只有3 3上基上基因（一种噬菌体）；因（一种噬菌体）；256256个基因可能是维持细胞生命活个基因可能是维持细胞生命活动所必需的最低数量的假说。动所必需的最低数量的假说。第24页，此课件共122页哦生物生物基因数基因数基组大小基组大小MS2MS2噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体T4T4噬菌体噬菌体流感嗜血菌流感嗜血菌枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌大肠杆菌大肠杆菌啤酒酵母啤酒酵母果蝇果蝇拟南芥拟南芥人人3 3505015015
14、01760176037003700410041005800580012000120001600016000330003300050000500001000001000003 310103 35 510104 42 210105 51.831.8310106 64.24.210106 64.74.710106 613.513.510106 616516510106 6707010106 61451451010303010109 9微生物与几种代表生物的基因组微生物与几种代表生物的基因组第25页，此课件共122页哦六、遗传物质在微生物细胞内六、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式存在的部位和方式
15、（一）核酸存在的七个水平及质粒（一）核酸存在的七个水平及质粒细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核细胞水平：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:原与真核生物的细胞核结构不同，核外原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(真核真核)和染色体数和染色体数核酸水平：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体核酸水平：在原核中同染色体水平、存在部分二倍体 DNA或或RNA，复合或裸露，双链或单链，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，转录量，转录翻译翻译密码子水平：信息
16、单位密码子水平：信息单位,起始和终止起始和终止,核苷酸水平：突变或交换单位，四种碱基核苷酸水平：突变或交换单位，四种碱基第26页，此课件共122页哦DNA的三种存在形式的三种存在形式 第27页，此课件共122页哦第二节第二节基因突变和诱变育种基因突变和诱变育种第28页，此课件共122页哦一、基因突变一、基因突变 基因：基因：是一段具有特定功能和结构是一段具有特定功能和结构的连续的的连续的DNADNA片断，是编码蛋白质或片断，是编码蛋白质或RNARNA分子遗传信息的基本遗传单位。分子遗传信息的基本遗传单位。1 1、与基因突变有关的定义、与基因突变有关的定义第29页，此课件共122页哦 基因突变：
17、基因突变：简称突变，是变简称突变，是变异的一类，泛指细胞内（或病毒异的一类，泛指细胞内（或病毒颗粒内）遗传物质的分子结构或颗粒内）遗传物质的分子结构或数量突然发生的可遗传的变化，数量突然发生的可遗传的变化，可自发或诱导产生。可自发或诱导产生。第30页，此课件共122页哦 突变株：突变株：野生型经突变后野生型经突变后形成的带有新性状的菌株。形成的带有新性状的菌株。野生型菌株：野生型菌株：从自然界分从自然界分离的菌株离的菌株。第31页，此课件共122页哦2 2、突变的类型：、突变的类型：选择性突变株选择性突变株营养缺陷型（株）营养缺陷型（株）抗性突变型（株）抗性突变型（株）条件致死突变型条件致死突
18、变型非选择性突变株非选择性突变株抗原突变型（株）抗原突变型（株）产量突变型（株）产量突变型（株）突变株的类型突变株的类型形态突变型（株）形态突变型（株）第32页，此课件共122页哦3 3、基因突变的特点、基因突变的特点 自发性：自发性：在没有有为诱发因素的情况下，各种遗在没有有为诱发因素的情况下，各种遗传性状的改变可以自发地产生。传性状的改变可以自发地产生。不对应性：不对应性：指突变性状与引起突变的原因间无直接对指突变性状与引起突变的原因间无直接对应关系。应关系。稀有性：稀有性：发突变虽然不可避免，但是突变的频率发突变虽然不可避免，但是突变的频率极低，一般在极低，一般在1010-6-61010
19、-9-9。独立性：独立性：各种性状都可能发生突变，但彼此之间独各种性状都可能发生突变，但彼此之间独立进行。立进行。第33页，此课件共122页哦 可诱变性：可诱变性：通过各种物理、化学诱发因素的作通过各种物理、化学诱发因素的作用，可以提高突变率。用，可以提高突变率。稳定性：稳定性：基因突变后的新遗传性状是稳定的。基因突变后的新遗传性状是稳定的。可逆性：可逆性：原始的野生型基因可以通过变异成原始的野生型基因可以通过变异成为突变型基因，此过程为正向突变；相反突变型为突变型基因，此过程为正向突变；相反突变型的基因也可以恢复到原来的野生型基因，称为回的基因也可以恢复到原来的野生型基因，称为回复突变。任何
20、突变既有可能正向突变，也可能发复突变。任何突变既有可能正向突变，也可能发生回复突变，两者发生的频率基本相同。生回复突变，两者发生的频率基本相同。第34页，此课件共122页哦4 4、突变自发性的证实、突变自发性的证实波动实验波动实验 涂布实验涂布实验 影印培养影印培养第35页，此课件共122页哦（1 1）、变量实验（）、变量实验（波动实验波动实验）第36页，此课件共122页哦（2 2）、涂布实验）、涂布实验第37页，此课件共122页哦3 3、影印平板培养法、影印平板培养法第38页，此课件共122页哦第39页，此课件共122页哦5 5、自发突变的机制、自发突变的机制从本质上讲，突变是理化因子从本质
21、上讲，突变是理化因子作用于作用于DNADNA，使其结构发生变，使其结构发生变化并最终改变遗传性状的过程。化并最终改变遗传性状的过程。第40页，此课件共122页哦引引起起自自发发突突变变的的原原因因 DNA DNA分子内部运动分子内部运动 缺失突变缺失突变 自身代谢产物的诱变自身代谢产物的诱变环境因素引起的诱变环境因素引起的诱变第41页，此课件共122页哦6 6、基因突变及其机制、基因突变及其机制基基因因突突变变诱变诱变点突变点突变移码突变移码突变碱基置换碱基置换畸变畸变自发突变自发突变缺失缺失颠换颠换转换转换添加添加添加添加缺失缺失易位（转座易位（转座？）倒位倒位重复重复插入插入第42页，此课
22、件共122页哦缺失缺失重复重复倒位倒位相互易位相互易位染色体结构变异（畸变）的主要类型染色体结构变异（畸变）的主要类型第43页，此课件共122页哦染色体数目的变化染色体数目的变化 n-2n-3n-4n 整倍变化整倍变化 n-n+1、n-1，2n-2n+1、2n-1、2n-2 非非整整倍倍变化变化 原核生物只有一条染色体，但可成为部分二倍体。原核生物只有一条染色体，但可成为部分二倍体。第44页，此课件共122页哦7 7、紫外线对、紫外线对DNADNA的损伤的损伤及其修复及其修复第45页，此课件共122页哦（1 1）光修复光修复也称光复合作用，也称光复合作用，只作用于紫外线引起只作用于紫外线引起的
23、的DNADNA嘧啶二聚体的修复嘧啶二聚体的修复。由光复合酶来完成修复，发生在由光复合酶来完成修复，发生在DNADNA复复制之前。制之前。光复合酶存在细菌低等真核生物，鸟类光复合酶存在细菌低等真核生物，鸟类甚至人类白细胞中。此酶在甚至人类白细胞中。此酶在暗处不起作暗处不起作用用。大肠杆菌的光复合酶由大肠杆菌的光复合酶由471471个氨基酸组成，个氨基酸组成，分子量为分子量为35kD35kD，是由，是由phrphr基因编码。基因编码。第46页，此课件共122页哦第47页，此课件共122页哦（2 2）、切除修复（）、切除修复（暗修复暗修复）机制：机制：特异性酶识别特异性酶识别DNADNA链中的链中的
24、损伤部位；损伤部位；DNADNA损伤部分被切除；损伤部分被切除；在在DNADNA聚合酶聚合酶和连接酶的作用和连接酶的作用下完成修复。发生在下完成修复。发生在DNADNA复制之前。复制之前。第48页，此课件共122页哦有四种酶参与有四种酶参与 内切核酸酶：切开内切核酸酶：切开 外切核酸酶外切核酸酶：扩大：扩大 DNA聚合酶：复制聚合酶：复制 通过通过连接酶：连接连接酶：连接 完成了修复作用。完成了修复作用。第49页，此课件共122页哦第50页，此课件共122页哦二、突变与育种二、突变与育种第51页，此课件共122页哦1 1、从自然界中分离筛选、从自然界中分离筛选菌种的方法步骤菌种的方法步骤采采采
25、采 样样 增殖培养增殖培养增殖培养增殖培养 纯纯纯纯种分离种分离种分离种分离 纯纯纯纯培养培养培养培养 生生生生产产产产性能性能性能性能测测测测定定定定 方法、地点、方法、地点、时间和周和周围环境境记录纯种分离的原种分离的原则就是使培养物就是使培养物获得得单个菌落：个菌落：1稀稀释分离法分离法 2平板划平板划线线分离法分离法 涂菌涂菌：划划线线分离分离：分步划分步划线线法法；一次划一次划线线法：法：3组织组织分离法分离法 测测定代定代定代定代谢产谢产物或其它目的性状物或其它目的性状物或其它目的性状物或其它目的性状第52页，此课件共122页哦确定出确定出发菌株菌株 菌种的菌种的纯化化选优 出出发
26、菌株的性能菌株的性能鉴定定 同步培养同步培养 制制备单细胞（或胞（或单孢子）子）悬液液 悬浮液活菌数浮液活菌数计数数 诱变剂的的选择与确定与确定诱变剂量的量的预试验 诱变处理理 处理液活菌理液活菌计数数 平板分离平板分离 形形态变异的菌落异的菌落计数，数，计算突算突变率率 挑取疑似突挑取疑似突变菌落菌落纯培养培养 突突变体的初步体的初步筛选 用用简单快捷的方法快捷的方法 重复重复筛选 摇瓶瓶发酵酵试验 选出出突突变体体（根根据据情情况况进行行生生产试验或或重重复复诱变处理）理）2 2 2 2、微生物、微生物、微生物、微生物的诱变育种的诱变育种的诱变育种的诱变育种一般步骤一般步骤一般步骤一般步骤
27、第53页，此课件共122页哦出发菌株同步培养出发菌株同步培养 ：使菌细胞处于相同或接使菌细胞处于相同或接近的生理状态。近的生理状态。单细胞（或单孢子）菌悬液的制备：单细胞（或单孢子）菌悬液的制备：单细单细胞或单孢子的意义。胞或单孢子的意义。酵母或霉菌孢子酵母或霉菌孢子10106 6/ml /ml、细菌、细菌10108 8/ml/ml 。诱诱变剂的选择及其剂量的确定：变剂的选择及其剂量的确定：以致死率为以致死率为90909999 为宜。为宜。诱变处理：诱变处理：物理诱变剂物理诱变剂 化学诱变剂化学诱变剂第54页，此课件共122页哦3 3、诱变育种的基本环节、诱变育种的基本环节出发菌株出发菌株诱变
28、绝大多数个体死亡绝大多数个体死亡少数存活少数存活多数未变多数未变少数突变少数突变多数负变多数负变少数正变少数正变多数变辐小多数变辐小少数变辐大少数变辐大多数不宜生产多数不宜生产少数宜生产少数宜生产投产率投产率高产率高产率存活率存活率突变率突变率正变率正变率第55页，此课件共122页哦 变变异异异异菌菌菌菌株株株株的的的的初初初初步步步步筛筛选选 纸纸片培养片培养片培养片培养显显色法色法色法色法 透明圈法透明圈法琼琼脂脂脂脂块块培养法培养法培养法培养法 梯度平板法梯度平板法第56页，此课件共122页哦夹层培养法培养法 检出营养缺陷型检出营养缺陷型检出营养缺陷型检出营养缺陷型第57页，此课件共12
29、2页哦限量补给法限量补给法在在含含少少量量的的（0.01%）蛋蛋白白胨胨的的MM上上培养培养,大菌落为野生型大菌落为野生型;小菌落的为缺陷型。小菌落的为缺陷型。第58页，此课件共122页哦影印检出法影印检出法 第59页，此课件共122页哦逐个检出法逐个检出法 第60页，此课件共122页哦鉴定缺陷型鉴定缺陷型生长谱法生长谱法组合合营养物法养物法组合补充培养基法组合补充培养基法 第61页，此课件共122页哦生长谱法生长谱法 斜面菌种斜面菌种-生理盐水洗下细胞生理盐水洗下细胞-洗涤洗涤-涂布涂布（105个个/皿）皿）第62页，此课件共122页哦纸片纸片1:氨基酸混合液氨基酸混合液;纸片纸片2:维生素
30、混合液维生素混合液;纸片纸片3:核酸水解液核酸水解液;纸片纸片4:酵母水解液酵母水解液 第63页，此课件共122页哦组合合营养物法：养物法：A将多种将多种营养因子养因子编组；b.将将组合液的合液的纸片放在涂菌的基本培养基上培养；片放在涂菌的基本培养基上培养；c.结果分析；果分析；一一组：12345二二组：26789三三组：37101112四四组：4811131314五五组：59121415第64页，此课件共122页哦组合合营养物法：养物法：第65页，此课件共122页哦组合补充培养基法组合补充培养基法如是多个缺陷型菌株，如是多个缺陷型菌株，则则制制成成各各营营养养组组合合平平板板，将将带带测测菌
31、菌株株依依次次点点接接到到这这一一组组平板的对应位置上，平板的对应位置上，根根据据在在各各平平板板上上的的生生长长情情况况逐逐个个分分析析各各菌菌株株的的缺缺陷型陷型MM+A+B+C+A+B+A+C 第66页，此课件共122页哦4 4、诱变育种中的几个原则、诱变育种中的几个原则（1 1）选择简便有效的诱变剂：艾姆）选择简便有效的诱变剂：艾姆氏试验：化学致癌剂氏试验：化学致癌剂 的简便检测方法。的简便检测方法。（2 2）挑选优良的出发菌株）挑选优良的出发菌株（3 3）处理单细胞或单胞子悬液）处理单细胞或单胞子悬液（4 4）选用最适的诱变剂量）选用最适的诱变剂量第67页，此课件共122页哦（5 5
32、）充分利用复合处理的协同效应）充分利用复合处理的协同效应（6 6）利用和创造形态、生理与产量间的）利用和创造形态、生理与产量间的相关指标相关指标（7 7）设计高效筛选方案）设计高效筛选方案（8 8）创造新型筛选方法）创造新型筛选方法第68页，此课件共122页哦 Ames testAmes test：对化学诱变剂做检测对化学诱变剂做检测第69页，此课件共122页哦原理：原理：his-在基本培养基在基本培养基上不上不长；而；而发生回复突生回复突变则长。菌种：鼠菌种：鼠伤寒沙寒沙门氏菌氏菌his-；第70页，此课件共122页哦第三节第三节 基因重组和杂交育种基因重组和杂交育种第71页，此课件共122
33、页哦1 1、原核生物的基因重组、原核生物的基因重组转化转化转导转导接合接合第72页，此课件共122页哦（1 1）转化）转化定义：给体细胞的研碎物中的定义：给体细胞的研碎物中的DNADNA片段直接吸收进活的受体片段直接吸收进活的受体细胞的基因重组方式。细胞的基因重组方式。首先在肺炎双球菌中发现。首先在肺炎双球菌中发现。第73页，此课件共122页哦第74页，此课件共122页哦质粒的转化第75页，此课件共122页哦第76页，此课件共122页哦第77页，此课件共122页哦自然转化自然转化定义：不经特殊处理的细菌细胞从其环境定义：不经特殊处理的细菌细胞从其环境中吸收外来中吸收外来DNADNA的过程称为自
34、然转化。的过程称为自然转化。革兰氏阳性细菌和阴性细菌都能进行自然革兰氏阳性细菌和阴性细菌都能进行自然转化。转化。自然转化可分为三个阶段：自然转化可分为三个阶段：感受态的出现、感受态的出现、DNADNA的结合与进入、的结合与进入、DNADNA的整合。的整合。第78页，此课件共122页哦感受态因子感受态因子DNA结合蛋白结合蛋白核酸酶核酸酶肺炎链球菌的转化肺炎链球菌的转化第79页，此课件共122页哦流感嗜血菌的转化流感嗜血菌的转化转化小体转化小体膜受体膜受体第80页，此课件共122页哦转化模型：转化模型：特定时期细菌产生的感受态因子与膜上的受特定时期细菌产生的感受态因子与膜上的受体结合特异蛋白的表
35、达，从而使细胞表面的体结合特异蛋白的表达，从而使细胞表面的DNADNA结合蛋白及核酸酶裸露出来，具有与结合蛋白及核酸酶裸露出来，具有与DNADNA结合的活性。结合的活性。转化需要双链转化需要双链DNADNA，与双链，与双链DNADNA结合，不与单结合，不与单链链DNADNA结合。但结合。但DNADNA进入细胞和整合均呈单链状进入细胞和整合均呈单链状态。态。第81页，此课件共122页哦 如肺炎链球菌的转化因子在如肺炎链球菌的转化因子在100100下逐渐失去活下逐渐失去活性，在冷却过程中逐渐恢复活性。因性，在冷却过程中逐渐恢复活性。因DNADNA在高温下在高温下变性，双链拆开成为单链，而在冷却过程
36、中又复性。变性，双链拆开成为单链，而在冷却过程中又复性。这表明完整的这表明完整的DNADNA双链结构对转化活性是必要的。双链结构对转化活性是必要的。感受态的形成是受基因控制的。感受态的形成是受基因控制的。第82页，此课件共122页哦决定转化效率的内在因素决定转化效率的内在因素受体细胞的感受态受体细胞的感受态受体细胞的限制系统受体细胞的限制系统供体与受体DNA的同源性第83页，此课件共122页哦人工转化人工转化通过二价阳离子处理，大肠杆通过二价阳离子处理，大肠杆菌和许多菌和许多G G-细菌能产生感受态；细菌能产生感受态；可通过制备原生质体对可通过制备原生质体对G G+实现实现DNADNA转化。转
37、化。第84页，此课件共122页哦n大肠杆菌的转化：大肠杆菌的转化：独立独立DNADNA复制子在高浓度复制子在高浓度CaCa2+2+的条件下能够被受体细胞摄入和转化。的条件下能够被受体细胞摄入和转化。方法：将大肠杆菌培养至方法：将大肠杆菌培养至ODOD600600=0.5=0.51 1，用用5050100 mmol/L CaCl100 mmol/L CaCl2 2处理制备成感受态处理制备成感受态细胞细胞 。将。将DNADNA与感受态细胞混合，在冰浴与感受态细胞混合，在冰浴中反应中反应202040min40min以后以后4242热击可增加热击可增加DNADNA的吸收。每微克质粒的吸收。每微克质粒D
38、NADNA可获得可获得10107 7个个转化子。转化子。第85页，此课件共122页哦电穿孔法：电穿孔法：用高压脉冲电流击破细胞用高压脉冲电流击破细胞膜或将膜击成小孔，使各种大分子通过膜或将膜击成小孔，使各种大分子通过小孔进入细胞。此方法对原核和真核生小孔进入细胞。此方法对原核和真核生物均适用。在大肠杆菌中，优化各种参物均适用。在大肠杆菌中，优化各种参数（包括电场强度、电脉冲的长度和数（包括电场强度、电脉冲的长度和DNADNA浓度），每微克浓度），每微克DNADNA可以得到可以得到10109 910101010转化子。转化子。第86页，此课件共122页哦PEGPEG介导的转化介导的转化：PEGP
39、EG可实现可实现G G+细菌如细菌如枯草芽孢杆菌（每微克质粒枯草芽孢杆菌（每微克质粒DNADNA可获得可获得10107 7个转化子）和放线菌的转化。先用个转化子）和放线菌的转化。先用降解酶除去细胞壁中的肽聚糖层，在等降解酶除去细胞壁中的肽聚糖层，在等渗培养基中，渗培养基中，PEGPEG可使质粒或噬菌体可使质粒或噬菌体DNADNA高效地导入原生质体。支原体和高效地导入原生质体。支原体和L-L-型细菌也可用型细菌也可用PEGPEG进行转化。进行转化。第87页，此课件共122页哦基因枪法：基因枪法：将包裹有将包裹有DNADNA的钨颗粒像子的钨颗粒像子弹一样用高压射进细胞并使弹一样用高压射进细胞并使D
40、NADNA留在细留在细胞内，甚至细胞器中。首次产将胞内，甚至细胞器中。首次产将DNADNA导导入酵母线粒体并引起线粒体遗传变化。现入酵母线粒体并引起线粒体遗传变化。现已广泛用于植物的转化。已广泛用于植物的转化。第88页，此课件共122页哦（2 2）转导）转导定义：定义：通过缺陷噬菌体为媒介，通过缺陷噬菌体为媒介，把供体细胞的小片段把供体细胞的小片段DNADNA携带到携带到受体细胞中，通过交换与整合，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使后者获得前者部分遗传性状的现象。现象。第89页，此课件共122页哦转导现象的发现：转导现象的发现：鼠伤寒沙门菌鼠伤寒沙门菌的两个突变株的两个
41、突变株LT22(trpLT22(trp-)和和LT2(hisLT2(his-)混合，在混合，在10107 7细胞中得到约细胞中得到约100100个原个原养型菌落。养型菌落。U U形管实验表明这两个形管实验表明这两个菌通过过滤因子产生了基因重组。菌通过过滤因子产生了基因重组。第90页，此课件共122页哦普遍性转导噬菌体普遍性转导噬菌体许多温和噬菌体和烈性噬菌体可许多温和噬菌体和烈性噬菌体可作为普遍性转导噬菌体。作为普遍性转导噬菌体。鼠伤寒沙门菌鼠伤寒沙门菌P22P22和大肠杆菌和大肠杆菌P1P1是是普遍性转导噬菌体，这两种噬菌普遍性转导噬菌体，这两种噬菌体既能溶源又能裂解。体既能溶源又能裂解。第
42、91页，此课件共122页哦完全普遍转导第92页，此课件共122页哦局限性转导局限性转导只能使供体的一个或少数几个只能使供体的一个或少数几个基因转移到受体的转导作用称基因转移到受体的转导作用称为局限性转导。为局限性转导。温和噬菌体参加局限性转导：温和噬菌体参加局限性转导：噬菌体、噬菌体、8080噬菌体和噬菌体和P2P2噬菌噬菌体。体。第93页，此课件共122页哦（3 3）接合作用）接合作用定义：定义：是供体和受体细胞直接接是供体和受体细胞直接接触后，质粒（称接合质粒、自主触后，质粒（称接合质粒、自主转移质粒或性质粒）从供体向受转移质粒或性质粒）从供体向受体细胞转移的过程。体细胞转移的过程。第94
43、页，此课件共122页哦n接合作用的特征：接合作用的特征：需供体和受体细胞的直接接触，需供体和受体细胞的直接接触，G G-由由性菌毛介导；性菌毛介导；G G+由受体细胞分泌类似于性激由受体细胞分泌类似于性激素的短肽而刺激细胞接合。素的短肽而刺激细胞接合。G G-自主转移质粒分子量较大，有几十个自主转移质粒分子量较大，有几十个tratra基因参与基因参与DNADNA的转移；的转移；G G+自主转移质粒自主转移质粒分子量较小，有几个分子量较小，有几个tratra基因参与基因参与DNADNA的转移。的转移。G G-和和G G+还可带动染色体向受体转移。还可带动染色体向受体转移。第95页，此课件共122
44、页哦接合现象的发现与证实接合现象的发现与证实19461946年，年，LederbergTatumLederbergTatum用大肠杆菌用大肠杆菌中中K12K12的两个缺陷型菌株的两个缺陷型菌株A A（biobio-metmet-thrthr+leuleu+）和）和B B（biobio+metmet+thrthr-leuleu-）在）在完全培养基上混合过夜，涂布于基本完全培养基上混合过夜，涂布于基本培养基上出现重组体原养型菌落，出培养基上出现重组体原养型菌落，出现的频率为现的频率为1010-5-51010-6-6，其基因为，其基因为 biobio+metmet+thrthr+leuleu+。第9
45、6页，此课件共122页哦n遗传物质是单向转移的：遗传物质是单向转移的：用正反杂交实验说明两菌株所起用正反杂交实验说明两菌株所起的作用不同，的作用不同，大肠杆菌的遗传重大肠杆菌的遗传重组是一种单向过程组是一种单向过程。其中供体菌。其中供体菌株又称为雄性细胞；受体菌株又株又称为雄性细胞；受体菌株又称为雌性细胞。称为雌性细胞。第97页，此课件共122页哦F F质粒质粒F F质粒发现：质粒发现：HayesHayes发现失去可育发现失去可育性的性的A A菌株若与可育的菌株若与可育的A A菌株一起菌株一起繁殖，分离后与繁殖，分离后与B B菌株杂交，结果菌株杂交，结果不育的变种恢复了可育性。不育的变种恢复了
46、可育性。第98页，此课件共122页哦 F F因子是染色体外的一种遗传结因子是染色体外的一种遗传结构，可自我复制。构，可自我复制。F F因子的存在使因子的存在使细菌成为细菌成为F F+，细菌分裂得到细胞。，细菌分裂得到细胞。F F因子的丧失使细菌成为因子的丧失使细菌成为F F-。F F质粒在细胞内的存在状态分质粒在细胞内的存在状态分4 4种类型：种类型：F F+、F F-、HfrHfr及及FF。第99页，此课件共122页哦F F质粒的遗传结构：质粒的遗传结构：双链环状双链环状DNADNA分子，为分子，为99159bp99159bp。三分之一的。三分之一的基因与接合有关。基因与接合有关。整个基因分
47、转移区、复制区和插入区。其中整个基因分转移区、复制区和插入区。其中转移区构成一个转移区构成一个tratra操纵子，与性菌毛的形成、操纵子，与性菌毛的形成、F F因子的转移及杂交对的配对形成与否等有关。因子的转移及杂交对的配对形成与否等有关。复制区负责复制区负责F F质粒的自我复制。按质粒的自我复制。按型方式进型方式进行复制，有自主复制区行复制，有自主复制区oriVoriV和转移复制区和转移复制区oriToriT。还含有还含有FrpFrp和和IncInc基因。插入区包含基因。插入区包含4 4个插入顺个插入顺序，与序，与F F质粒的整合、切除和易位有关。质粒的整合、切除和易位有关。第100页，此课
48、件共122页哦n大肠杆菌可育性的解释：大肠杆菌可育性的解释：带有性因子带有性因子F F的供体或雄性细胞记的供体或雄性细胞记为为F F+，不带性因子，不带性因子F F的受体或雌性细胞记的受体或雌性细胞记为为F F-。杂交杂交F F+F F-是可育的，杂交是可育的，杂交F F-F F-是不育的。是不育的。通过细胞接触通过细胞接触F F因子因子可以从可以从F F+到到F F-细菌传递。细菌传递。F F因子可自发因子可自发丧失，不再恢复。但可从其他细胞传递过丧失，不再恢复。但可从其他细胞传递过来。来。F F+经低浓度的吖啶橙或紫外线处理经低浓度的吖啶橙或紫外线处理后变为后变为F F-。第101页，此课
49、件共122页哦 F F质粒与接合作用质粒与接合作用F F+F F-杂交：其结果是受体和供体都成杂交：其结果是受体和供体都成为为F F+细胞。细胞。Hfr FHfr F-杂交：其结果仍是杂交：其结果仍是HfrHfr和和 F F-细胞。细胞。转移的顺序是转移的顺序是F F因子的因子的oriToriT和小部分和小部分FDNAFDNA先进入受体，然后是染色体先进入受体，然后是染色体DNADNA，最后是剩下的大部分，最后是剩下的大部分F F因子因子DNADNA。F F F F-杂交：能专一性向杂交：能专一性向F F-转移转移F F质粒质粒携带的供体基因。通过携带的供体基因。通过F F因子转移而使因子转移
50、而使受体改变其遗传性状的现象称为受体改变其遗传性状的现象称为F F遗传转遗传转导或性因子转导导或性因子转导。第102页，此课件共122页哦 F+F-Hfr 大肠杆菌的大肠杆菌的F F因子杂交示意图因子杂交示意图第103页，此课件共122页哦2、真核微生物的基因重组、真核微生物的基因重组有性杂交有性杂交准性杂交准性杂交第104页，此课件共122页哦（1）、有性杂交）、有性杂交指不同遗传型的指不同遗传型的两性细胞两性细胞间发生的接合和随之进行的间发生的接合和随之进行的染色体重组，进而产生新遗染色体重组，进而产生新遗传型后代的一种育种技术。传型后代的一种育种技术。第105页，此课件共122页哦测定项