微生物的遺傳變異和育種(I)

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1、第七章微生物的遺傳變異和育種遺傳：親代與子代相似變異：親代與子代、子代間不同個體不完全相同遺傳（inheritance）和變異（variation）是生命的最本質(zhì)特性之一遺傳型：表型：生物的全部遺傳因子所攜帶的遺傳信息具有一定遺傳型的個體，在特定環(huán)境條件下通過生長發(fā)育所表現(xiàn)出來的外表特征和內(nèi)在特征的總和。表型是由遺傳型所決定，但也和環(huán)境有關(guān)。表型飾變：表型的差異只與環(huán)境有關(guān)特點：暫時性、不可遺傳性、表現(xiàn)為全部個體的行為遺傳型變異（基因變異、基因突變）：遺傳物質(zhì)改變，導(dǎo)致表型改變特點：遺傳性、群體中極少數(shù)個體的行為（自發(fā)突變頻率通常為10-6-10-9）Productionofared

2、pigment（色素）(prodigiosin)bySerratiamarcescens.Fromlefttoright:slant(斜面)culturegrownat25°C,slantculturegrownat37°C,brothculturegrownat25°C,brothculturegrownat37°C.(肉湯培養(yǎng)基)微生物是遺傳學(xué)研究中的明星：微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)簡單，營養(yǎng)體一般為單倍體，方便建立純系。很多常見微生物都易于人工培養(yǎng)，快速、大量生長繁殖。物種和代謝類型多樣對環(huán)境因素的作用敏感，易于獲得各類突變株，操作性強。第一節(jié)遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)一、三個證明DNA是遺傳物質(zhì)

3、的經(jīng)典實驗1、經(jīng)典轉(zhuǎn)化實驗肺炎鏈球菌：S型（菌體具莢膜，菌落表面光滑，有致病能力）R型（菌體無莢膜，菌落表面粗糙，無致病能力）1928年，F(xiàn).Griffth作了3組實驗:1944年，Avery精確重復(fù)了轉(zhuǎn)化實驗，確定了轉(zhuǎn)化因子實驗證明，將R菌轉(zhuǎn)化為S菌的轉(zhuǎn)化因子是DNA2、噬菌體感染實驗實驗證明，進入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部的物質(zhì)是DNA。DNA包含有產(chǎn)生完整噬菌體的全部信息。3、植物病毒重建實驗實驗證明，遺傳信息的流向與DNA的傳遞是一致的。二、遺傳物質(zhì)在微生物細(xì)胞內(nèi)存在的部位和方式（一）遺傳物質(zhì)在7個水平上的形式1、細(xì)胞水平2、細(xì)胞核水平3、染色體水平4、核酸水平5、基因水平6、密碼子水平7

4、、核苷酸水平（二）微生物基因組結(jié)構(gòu)的特點1、原核生物（細(xì)菌、古生菌）的基因組1）染色體為雙鏈環(huán)狀的DNA分子（單倍體）；2）基因組上遺傳信息具有連續(xù)性；基因數(shù)基本接近由它的基因組大小所估計的基因數(shù)一般不含內(nèi)含子，遺傳信息是連續(xù)的而不是中斷的。3）功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成操縱子結(jié)構(gòu)；4）結(jié)構(gòu)基因的單拷貝及rRNA基因的多拷貝；5）基因組的重復(fù)序列少而短；個別細(xì)菌(鼠傷寒沙門氏菌和犬螺桿菌)和古生菌的rRNA和tRNA中也發(fā)現(xiàn)有內(nèi)含子或間插序列2、真核微生物（啤酒酵母）的基因組1）典型的真核染色體結(jié)構(gòu)；啤酒酵母基因組大小為13.5×106bp，分布在16條染色體中。2）沒有明顯的操縱子結(jié)構(gòu)

5、；3）有間隔區(qū)（即非編碼區(qū)）和內(nèi)含子序列；4）重復(fù)序列多；3、原核生物和真核生物的基因組比較（三）原核生物的質(zhì)粒1、定義質(zhì)粒（plasmid）：一種獨立于染色體外，能進行自主復(fù)制的細(xì)胞質(zhì)遺傳因子，主要存在于各種微生物細(xì)胞中。質(zhì)粒所含的基因?qū)λ拗骷?xì)胞一般是非必需的；在某些特殊條件下，質(zhì)粒有時能賦予宿主細(xì)胞以特殊的機能，從而使宿主得到生長優(yōu)勢。2、結(jié)構(gòu)特點通常以共價閉合環(huán)狀(covalentlyclosedcircle，簡稱CCC)的超螺旋雙鏈DNA分子存在于細(xì)胞中；也發(fā)現(xiàn)有線型雙鏈DNA質(zhì)粒和RNA質(zhì)粒；質(zhì)粒分子的大小范圍從1kb左右到1000kb；細(xì)菌質(zhì)粒多在10kb以內(nèi)）3、質(zhì)粒的

6、類型嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒(stringentplasmid)：復(fù)制行為與核染色體的復(fù)制同步，低拷貝數(shù)松弛型質(zhì)粒(relaxedplasmid)：復(fù)制行為與核染色體的復(fù)制不同步，高拷貝數(shù)窄宿主范圍質(zhì)粒(narrowhostrangeplasmid)（只能在一種特定的宿主細(xì)胞中復(fù)制）廣宿主范圍質(zhì)粒(broadhostrangeplasmid)（可以在許多種細(xì)菌中復(fù)制）4、質(zhì)粒在基因工程中的應(yīng)用質(zhì)粒的優(yōu)點：（1）體積小，易分離和操作（2）環(huán)狀，穩(wěn)定（3）獨立復(fù)制（4）拷貝數(shù)多（5）存在標(biāo)記位點，易篩選E.coli的pBR322質(zhì)粒是一個常用的克隆載體5、質(zhì)粒的檢測提取所有胞內(nèi)DNA后電鏡觀察；超速離

7、心或瓊脂糖凝膠電泳后觀察；對于實驗室常用菌，可用質(zhì)粒所帶的某些特點，如抗藥性初步判斷。6、質(zhì)粒的主要種類質(zhì)粒所編碼的功能和賦予宿主的表型效應(yīng)致育因子（Fertilityfactor，F(xiàn)因子）抗性因子（Resistancefactor，R因子）產(chǎn)細(xì)菌素的質(zhì)粒（Bacteriocinproductionplasmid）毒性質(zhì)粒（virulenceplasmid）代謝質(zhì)粒（Metabolicplasmid）隱秘質(zhì)粒（crypticplasmid）第二節(jié)基因突變和