微生物学 第八章遗传变异和育种.ppt

第八章 微生物的遗传变异和育种 遗传(heredity) 第一节 遗传变异的物质基础 一 遗传的物质基础 二 证明DNA为遗传物质的三个经典实验 七个水平 细胞水平 细胞核水平 染色体水平 核酸水平 基因水平 密码子水平 核苷酸水平 1 细胞核水平 原核生物的质粒 质粒：游离于原核生物染色体外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状DNA分子，即cccDNA(circular,covalently closed DNA)。质粒具有超螺旋结构，分子量一般在106~108Da间，大小约为1%核基因组。携带有某些染色体上所没有的基因，赋予细胞某些特殊功能。 严紧型复制控制：质粒的复制与核染色体复制同步。 松弛型复制控制：质粒的复制与核染色体复制不同步。 质粒消除(curing或elinination)：含质粒的细胞在正常培养基上遇化学、物理因素处理时，质粒的复制受到抑制而核染色体的复制继续进行，子代细胞中质粒消除。 附加体(episome)：某些质粒具有与核染色体整合、脱离的功能，这类质粒称附加体。 F因子 制育因子，性因子，约2%核染色体，94.5kb，编码的基因约1/3与接合有关 2 基因水平 第二节 基因突变和诱变育种 一 基因突变 生物体内遗传物质的分子结构突然发生可遗传的变化。 (一)突变类型 选择性突变 (三)突变的特点 1 不对应性：引起突变的因素和突变出的性状没有对应关系。 2 自发性：自然状况下也可发生。 3 稀有性：10-6~10-9间。 4 独立性：突变的发生一般是独立的。 5 诱变性：采用某种方法、药品可使突变率增加。 6 稳定性：新产生的性状是稳定的、可遗传的。 7 可逆性：既可发生正向突变，也可发生回复突变。 (四)基因突变的自发性和不对应性的证明 变量实验(fluctuation test) 涂布实验(Newcombe experiment) 影印实验(replica plating) (五)基因突变的机制 一对碱基被另外的一对碱基置换。 转换(transition)：即DNA链中的一个嘌呤被嘌呤或嘧啶被嘧啶所置换。 颠换(transversion)：即一个嘌呤被嘧啶或嘧啶被嘌呤所置换。 转座因子(transposible element),跳跃基因(jumping gene)在染色体组中或染色体组间能改变自身位置的一段DNA顺序。 (六)紫外线对DNA的损伤及修复 二 突变与育种 (一)自发突变与育种 生产中选育 定向培育 1 基本环节 选择简便有效的诱变剂： 选择优良的出发菌株： 处理单孢子悬液： 选择最适剂量： 利用复合处理的协同效应： 利用和创造与形态、生理、产量等相关的指标。 姬姆萨实验 鼠伤寒沙门氏菌的组氨酸缺陷型 (1)与缺陷型筛选有关的三类培养基： [-]基本培养基(MM) 野生型 营养缺陷型 原养型 * * 遗传型(genotype) 表型(phenotype) 变异(variation) 饰变(modification) 1 DNA复制 2转录 3 转译 原核生物只有一种RNA多聚酶 转录后不需加工，直接作为mRNA mRNA只能存活几分钟、几小时 转录和转移可同时进行，是偶联的 原核生物的mRNA是多基因的(polycistronic)，即它们编码几个多肽 1转化实验 2噬菌体感染实验 3 病毒的拆开和重组实验 三 遗传物质在细胞内的存在部位和方式 质粒(plasmid)：细胞质内能自主复制的核外染色体 R因子 抗药性因子，其基因编码的物质对抗生素有抗性 Ti因子 诱癌质粒，可同植物细胞中的核染色体整合，破坏控制细胞分裂的激素调节系统，从而使其变成癌细胞。 巨大质粒 分子量200~300×106Da，比一般质粒大几十到几百倍，上面有固氮基因。 降解性质粒 可以编码许多降解性酶类，使细菌降解特殊物质。 Col因子 大肠杆菌素因子，即使大肠杆菌分泌大肠杆菌素 调节基因也有转录和转译作用，以其模板生成的蛋白质称为阻遏蛋白或变构蛋白。 阻遏蛋白的作用是能与操纵基因结合，阻止了RNA聚合酶向结构基因滑动，既使结构基因失去了合成mRNA的能力。 基因控制系统 操纵子 调节基因 启动基因 操纵基因 结构基因 阻遏蛋白也能与培养基中的底物(由结构基因转录、转译的酶催化分解的底物)相结合，当阻遏蛋白与底物结合后，阻遏蛋白从操纵基因分离，从而开放了RNA聚合酶通向结构基因的通道，便能转录成mRNA，并转译成蛋白质(酶)。 变异 基因突变 基因重组 诱变 自发突变 点突变 染色体畸变 碱基置换 移码突变 转换 颠换 缺失 添加 缺失 添加 易位 倒位 形态突变型 抗原突变型 产量突变型 营养缺陷型 抗性突变型 条件致死突变型 非选择性突变 (死活突变) (非死