微生物学8微生物的遗传变异课件

,微生物学,第七章微生物的遗伟和变异,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,微生物学,微生物的遗传和变异,生命科学与技术学院,细胞水平,核酸水平,微生物的遗传变异,第一节 遗传变异的物质基础,一、证明是遗传变异物质基础的经典实验,三,个,经,典,实,验,二、遗传物质在细胞中的存在方式,一般,DNA,在核内或质粒,RNA,在质中,噬菌体感染实验,病毒拆开与重建实验,转化实验,细胞核水平,染色体水平,基因水平,密码子水平,核苷酸水平,第二节 微生物的基因组,基因组：,指单倍体细胞中所含的全套遗传物质。包括细胞中的基因及非基因的,DNA,序列,一、大肠杆菌的基因组,大肠杆菌的基因组,新基因的发现,大肠杆菌基因组的结构特点,1,、基因组上的遗传信息具有连续性,2,、功能相关的结构基因组成操纵子结构,3,、结构基因的单拷贝及,rRNA,基因的多拷贝,4,、基因组的重复序列少而短,二、酿酒酵母的基因组,三、詹氏甲烷球菌的基因组,毒性质粒：,Col,因子：,代谢质粒：,第三节 微生物的染色体外遗传因子,一、质粒,（一）质粒的主要类型,（二）质粒的特性与应用,1,、质粒的特性,质粒的复制：依赖于寄主细胞的复制酶系,质粒的不亲和性：不同质粒不能共存于同一细胞中,质粒的稳定性：,质粒的转移：,2,、质粒的应用,广泛应用于基因工程,3,、质粒的命名,隐秘质粒：,F,因子：致育因子,R,因子：抗性质粒,抗药性、抗重金属,产大肠杆菌素因子,二、可移动遗传因子,转座因子，细胞中可改变自身位置的一段,DNA,序列,插入序列,转座子,转座噬菌体,第四节 微生物的突变,微生物在生长发育过程中由于,DNA,或,RNA,中的核苷酸的顺序的改变而引起的遗传性状的改变。称为,微生物的突变,。,一、微生物突变体的主要类型,主,要,类,型,细胞或菌落形态，孢子，荚膜，菌毛等。,营养缺陷型、抗性突变型，抗原突变型、抗药物、辐射等。,如温度致死,发酵突变型：,如发酵乳糖。,毒力突变型：,毒力增强或减弱；,产量突变型：,提高或降低。,生化突变型,条件致死突变型,其它突变型,形态突变型,二、基因突变的特点,基,因,突,变,的,特,点,变量试验,涂布试验,影印培养试验,稀有性,突变率低，反映了物种和基因的相对稳定性,独立性,一般是独立的，如抗青霉素株和抗链霉素菌株。,可逆性,一般可逆只是回复突变亦很低。,稳定性,即突变的发生和引起突变的条件没有直接的对应性。,随机性,遗传物质结构是稳定的，变遗的性状是稳定的、可遗传的。,三、基因突变的机制,自发突变,：自然条件下引起的突变,诱发突变,：人为诱发,DNA,分子中有碱基对置换引起是染色体的微小损伤。,转换,颠换,（,T、G,均能以酮式、烯醇式出现）碱基类似物。,互变异构,化学诱变引起,碱基对的置换,碱基类似物,亚硝酸,点突变,染色体畸变,移码突变,指,DNA,分子中多了或少了少数几个碱基对而造成的基因突变,。,由于某些理化因素（紫外线、,X,射线、,射线、快中子、热、生物诱变因子等）的作用造成,DNA,分子中碱基对的大损伤，包括染色体的缺失、重复、易位和倒位等。,突,变,类,型,碱基对置换,四、诱变剂与致癌物质,如：烷化剂、亚硝酸、紫外线、,射线等,五、,DNA,损伤的修复,DNA,损,伤,的,修,复,差错倾向修复,无差错修复,光复活作用,暗修复作用,重组修复,SOS,修复,第五节 细菌的基因重组,基因重组,：就是两个不同性状的个体细胞，将其中一个细胞内的遗传基因转移到另一个个体细胞并使之发生遗传变异的过程。,真核微生物：,在有性繁殖过程中发生在减数分裂时交换。,原核微生物：,只是部分遗传物质的转移和重组。,一、转化,转,化,发现,实质,受体菌直接吸收自供体菌的,DNA,片段，通过转换将其整合到自己的基因组中，从而获得供体菌部分遗传性状的现象。,游离的,DNA,片段的转移和重组,吸附,侵入,同源区配对,概念,转化过程,转化条件,感受态,决定转化因子能否进入,限制切割酶系统,核苷酸顺序的相似程度,转化现像是由转化因子引起的,.,常用,CaCl,2,、,cAMP,等处理菌体细胞和电击孔等方法提高感受态水平并进行人工转化。,二、转导,转,导,概念,实质,类型,通过缺陷噬菌体将供体菌的,DNA,片段携带到受体菌中，使后者获得前者部分遗传性状的现象。,发现,过程,普遍性转导,完全转导,流产转导,局限性转导,1952,年辛德和莱德伯格在试验伤寒沙门氏杆菌是否进行接合时发现。,通过,缺陷噬菌体的吸附携带而产生的,重组，使原来的营养缺陷型转变为原养型,普遍性转与,局限性转导,的区别：,三、接合,接,合,实质,遗传物质通过细胞间的直接接触而进行的转移和重组。,概念,发现,过程,F,菌体，不含,F,因子。,通过细胞与细胞的直接接触而进行,DNA,的转移和重组。,1946,年莱德伯格和塔图姆采用大肠杆菌的两株营养缺陷型进行实验证实。,雌性,雄性,F,菌株,Hfr,菌株,F,菌株,含游离的,F,因子,F,因子整合在细胞核的,DNA,上,含游离的但带有一小段细胞核,DNA,的,F,因子,通过性纤毛与雌性,菌株结合将会产生,不同的结果,四、细菌基因重组方式的比较,本质(共同点)：,遗传物质从供体细胞向受体细胞转移。,五、原生质体融合,1、概念：,2、步骤：,3、意义：,通过人工方法使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合，并产生重组子的过程。,选择亲本-除去细胞核-原生质体离心聚集-融合-稀释-培养-鉴定是否有重组子。,生产性状优良的新物种。,第六节 真菌的基因重组,一、有性生殖,二、准性生殖,第七节 微生物遗传变异知识的应用,一、诱变育种,一,般,方,法,突变体的筛,选,出发菌株的,诱变处理,利高诱变效率.,紫外线、氮芥、硫酸二乙酵、亚硝酸、甲基碳酸乙酵、,NTG、NMU,等。,诱变剂的选择,选择最适诱变剂量,出发菌株的选择,剂量=强度时间，杀菌率表还相对剂量。,初选,复筛,平板稀释法,在单个菌落,对初筛选出的进行性状测定进行投产试验。,营养缺陷型的筛选,营养缺陷型,筛选步骤,指通过诱变产生的，在某些营养物质（如氨基酸,维生素,和碱基等）的合成能力上出现缺陷，必须在基本营养基中加入相应的有机营养成分才能生长的变异菌株。,中间培养,淘汰野生型：,浓缩突变体,检出营养缺陷型,鉴定缺陷型,二、原生质体融合育种,原生质体融合也能实现基因重组，获得具有新有遗传性状的菌株。,三、基因工程,基因工程,-用人工方法通过体外基因重组和载体的作用，把目的基因导入受体细胞并在其中复制和表达，从而形成新物种的育种新技术。,(一)主要操作步骤,基因分离,体外重组,载体传递,复制表达,筛选繁殖,步,骤,（二）现状与发展前景,第五节 菌种的衰退、复壮和保藏,一、菌种的衰退和复壮,1、菌种的衰退,：-因外界环境条件与菌种内在因素的矛盾，引起某些形态和生理性能逐渐向不利于生产方面发展的变化。,衰退的原因,表现,防止衰退,外界环境条件的影响，接种传代次数过多，污染。,形态观察，代谢产物产生能力低，寄生能力降低，生长缓慢，产孢子越来越少，抗不良环境条件能力减弱。,减少传代次数，创造优良环境条件，利用不同类型细胞进行接种(孢子)，采取有效的保藏方法。,2、菌种复壮,菌,种,的,衰,退,纯种分离,通过寄主进行复壮,淘汰已衰退的个体,菌种复壮,二、菌种保藏,原理：,选择优良菌株(芽孢、孢子等）；创造有利于休眠的环境：低温、干燥、缺,O,2,、,缺养等，降低代谢，休眠。,保,藏,干燥保藏法,隔绝空气保藏法,低温保藏法,冰箱4-5度斜面菌种3个月,干冰(液态氮)195度，效果好。,砂土管、真空冷冻干燥法,液体石蜡，橡皮塞密封、琼脂柱穿刺封口等。结合低温采取综合方法。,谢谢观赏,转化实验:1928年格里菲斯：有荚膜的肺炎球菌,S,3,、,无荚膜的肺炎双球菌,R,2,1944,年戈弗里对转化的本质研究证明转化时产生了荚膜多糖，并且只有,DNA,才能将之转化。,1952年候喜、蔡斯实验有,EcoliT,2,感染细菌，标记发现只有核酸侵入蛋白质留在外，证明,DNA,是噬菌体遗传信息的载体。,噬菌体感染实验,(三)病毒拆开和重建实验：,1956年法朗克-康勒特，将烟草花叶病毒拆开，分别将甲病毒的,RNA,与乙病毒的尾蛋白质结合，乙的,RNA,与甲的蛋白质结合然后分别感染，结果：从感染的寄主中分离到的病毒蛋白都取决于相应的病毒的,RNA。,