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1、第七章 微生物的遗传变异与育种p188，(6学时)基本概念v遗传型(genotype):v表型(phenotype):遗传型（可能性）+环境条件表型（现实性）基本概念v什么叫变异(variation)？粘质沙雷氏菌：在25下培养，产生深红色的灵杆菌素；在37下培养，不产生色素；如果重新将温度降到25，又恢复产色素的能力。v饰变（modification）：指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。v不稳定的，不可遗传的；v几乎整个群体中的每一个个体都发生同样的变化；v性状变化的幅度小；。遗传和变异的生物学意义v相互依存，二者均不可缺少v通过变异，导致新性状的产生v通过遗传，
2、产生的新性状才能稳定，物种才能进化v对微生物遗传变异规律的深入研究，有助于研究和了解生物的生命活动规律。v对微生物遗传变异规律的深入研究可为微生物育种工作提供丰富的理论基础。研究微生物遗传变异规律的意义本章安排第一节 遗传变异的物质基础第二节 基因突变和诱变育种第三节 基因重组和杂交育种第四节 基因工程第五节 菌种保藏第一节 遗传变异的物质基础一、证明核酸(DNA or RNA)是遗传物质的三个经典实验v肺炎双球菌(Diplococcus pneumoniae)的转化实验（1928-1944年）v噬菌体的感染实验（1953年）v烟草花叶病毒（TMV）的染色体重建实验（1956年）实验材料：肺炎
3、双球菌 S型(S 型)：具荚膜,光滑（Smooth)型菌落，有致病性；不具荚膜，粗糙（Rough)型菌落，无致病性；R 型(R 型:S 突变)1.肺炎双球菌(Diplococcus pneumoniae)的转化实验v（1）动物转化实验v（2）细菌培养实验v（3）S型菌的无细胞抽提液试验v（4）S菌中各组分的转化实验1.肺炎双球菌(Diplococcus pneumoniae)的转化实验（19281944）活S 菌注射活R 菌注射死S 菌注射死S 菌活R 菌注射抽心血分离活S 菌+活R 菌（1）动物转化实验(griffith,1928)S 菌培养动物转化实验结论 S 菌中的某种物质通过一定的方式
4、转化到活的R菌中，使R 菌具有了稳定地产生荚膜的遗传性状。（2）细菌体外培养实验（3）S型菌的无细胞抽提液试验以上实验说明：加热杀死的S型细菌细胞内可能存在一种转化物质，它能通过某种方式进入R型细胞并使RII型细胞获得稳定的遗传性状，转变为S型细胞。热死S菌不生长活 R 菌长出R菌热死S菌长出大量R菌和10-6S菌活R菌+S菌无细胞抽提液长出大量R菌和少量S菌+活R菌平皿培养平皿培养4.S菌中各组分的转化实验(1944,Avery等）死 S 菌抽提荚膜多糖分别与活的R菌共培养脂类RNADNA+DNA酶以外的酶DNA+DNA酶DNA蛋白质结论：DNA 是遗传物质R菌 R菌 R菌 R菌 S菌R菌D
5、NA R菌 S菌R菌2.噬菌体感染实验A.D.Hershey和M.Chase，1952年（1）含32P-DNA的一组：10分钟后用捣碎器使空壳脱离吸附 离心沉淀细胞进一步培养后，可产生大量完整的子代噬菌体上清液中含15%放射性沉淀中含85%放射性沉淀中含25%放射性以32S标记蛋白质外壳做噬菌体感染实验（2）含35S-蛋白质的一组：放射性75%在上清液中10分钟后用捣碎器使空壳脱离吸附 离心沉淀细胞进一步培养后，可产生大量完整的子代噬菌体上清液中含75%放射性（三）植物病毒的拆开和重建实验 H.Fraenkel-Conrat（1956）（1）TMV的拆开实验苯酚感染烟草病斑烟叶正常烟叶HRVH
6、RV MTVMTV病毒的拆开和重建实验二、遗传物质在细胞内的存在部位和方式v真核微生物v原核微生物v核区：核基因组v核外遗传物质质粒三、原核生物的质粒质粒(plasmid)：是一类小型核外双螺旋DNA分子，能独立于细胞核进行自主复制。（一）质粒(plasmid)的性质v1.形状：共价闭合环状（少数线状），具超螺旋结构；（circular covalently closed DNA,cccDNA)v2.大小：约为1kb300kb，数个到数十个甚至上百个基因。v3.质粒的存在形式-游离态-附加体：整合到核基因组上v4.质粒的功能：多样化，正常生长非必须的，但赋予细菌某些性状特征v5.质粒具有自我复
7、制的能力v6.可以自我转移（一）质粒(plasmid)的性质质粒可成为基因工程的载体（二）质粒的类型按照拷贝数低拷贝数质粒或严谨型质粒，高拷贝数质粒或松弛型质粒按照宿主范围窄宿主范围质粒广宿主范围质粒按照编码的功能质粒的类型v 1)致育质粒（F因子）：与细菌有性生殖有关v 2)抗性质粒（R因子）：与细菌对抗菌药物或重金属盐类抗性有关v 3)细菌素质粒（Col因子）：产生细菌素v 4)毒力质粒（Vi质粒）：编码与该菌致病性有关的毒力因子v 5)降解性质粒：编码降解有毒物质酶的质粒v 6）Ti质粒：诱癌质粒，合成冠瘿碱类v 7）Ri质粒：诱发植物产生毛状根v 8）巨大质粒（mega质粒）v 9)酵
8、母的2质粒（三）质粒的分离制备和鉴定v制备：包括增殖、裂解细胞、分离质粒与染色体和蛋白质等成分、去除RNA和蛋白质等步骤。v鉴定：电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶切图谱等方法第二节 基因突变与育种突变（mutation）：遗传物质突然发生可遗传的变化。染色体畸变（chromosomal aberration)基因突变（gene mutation）：由于一对或少数几对碱基的缺失、插入或置换而导致的遗传变化，又称点突变（point mutation）。第七章 微生物的遗传变异与育种v突变体（mutant）：发生了突变的微生物细胞或菌株v野生型（wild type）：从自然界分离到的任何微生物
9、在其发生突变前的原始菌株一、基因突变的类型1、碱基变化与遗传信息的改变同义突变（same-sense mutation）错义突变（mis-sense mutation）无义突变（nonsense mutation）移码突变（frameshift mutation）碱基变化与遗传信息的改变原序列：5-AUG CCU UCA AGA UGU GGG CAA-3多肽 Met Pro Ser Arg Cys Gly Gln 5-AUG CCU UCA AGA UGU GGA CAA-3多肽 Met Pro Ser Arg Cys Gly Gln 5-AUG CCU UCA GGA UGU GGG CA
10、A-3多肽 Met Pro Ser Gly Cys Gly Gln 5-AUG CCU UCA AGA UGA GGG CAA-3多肽 Met Pro Ser Arg Stop Gly Gln 5-AUG CCU UCA AG UGU GGG CAA-3 5-AUG CCU UCA AGU GUG GGC AA-3多肽 Met Pro Ser Ser Val Gly etc同义突变错义突变无义突变移码突变2、表型变化营养缺陷型一种缺乏合成其生存所必须的营养物的突变型,必须从周围环境或培养基中获得这些营养物 或其前体才能生长.抗性突变型因突变而产生了对某种化学药物或致死物理因子的抗性的突变类型。
11、条件致死突变型突变后在某种条件下可正常生长繁殖，而在另一条件下却无法生长繁殖的突变型形态突变型大小、形态、产孢能力、孢子多少和颜色、菌落特征等抗原突变型因突变而引起的抗原结构发生改变产量突变型增加或减少毒力变异毒力增强、毒力减弱二、基因突变的特点v不对应性：突变的性状与突变原因之间无直接的对应关系。v自发性：突变可以在没有人为诱变因素处理下自发地产生。v稀有性：突变率低且稳定。v独立性：各种突变独立发生，不会互相影响。v可诱发性：诱变剂可提高突变率。v稳定性：变异性状稳定可遗传。v可逆性：正向突变：从原始的野生型基因到变异株的突变回复突变：从突变株回到野生型的过程突变率v突变率：每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率。v突变率也可以用每一单位群体在每一世代中产生突变株（mutant，即突变型）的数目来表示。v突变率=突变细胞数/分裂前群体细胞数