普通微生物第八章微生物遗传.ppt

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1、第八章微生物遗传一切生命体最基本的属性之一,1遗传(heredity,inheritance)的物质基础,一、遗传物质化学本质的确认肺炎链球菌的转化实验(Transformation experiment of S.pneumoniae)-F.Griffith 1928；Avery等19441949年T2噬菌体的感染实验TMV(Tobacco Mosaic Virus)拆分与重建实验,1.Griffith的转化实验,转化实验分析小鼠是由S型菌的毒性作用致死的，S型菌？不是S型的残留者 不是R型的回复突变合理解释：活的非致病性的R型从已被杀死的S型中获得了遗传物质，使其产生荚膜转化为致病性的S型

2、。以上这种现象称为转化(transformation)引起转化的物质称为转化因子(transforming factor),2.DNA作为遗传物质的第一个实验证据,Avery等证明DNA为转化因子,3.T2噬菌体的感染实验,1952年Hershy等实验证明，进入细菌细胞内部的物质是DNA。DNA包含有产生完整噬菌体的全部信息。,二、RNA作为遗传物质TMV(Tobacco Mosaic Virus)拆分与重建实验,*杂种病毒的感染特征和蛋白质的特性是由它的RNA决定的，而不是蛋白质决定的，遗传物质是RNA,1956年F.Fraenkel-Conrat,结 论,核酸是负荷遗传信息的物质基础,三、

3、朊病毒(prion)的发现和思考亚病毒的一种：具有传染性的蛋白致病因子其致病作用是动物体内正常的prpc改变折叠状态为prpsc蛋白质是否可作为遗传物质？Prion是生命的一个特例？还是仅仅为表达调控的一种形式？蛋白质折叠与功能的关系，是否存在折叠密码？,2微生物的基因组结构,基因组(genome)一个物种的单倍体所包含的遗传信息的总称。细胞或病毒中的所有基因和非基因的DNA序列的总称，包括结构基因、调控序列、功能目前尚不清楚的DNA序列。,一、大肠杆菌(Escherichia coli)的基因组1997年Wisconsin 大学的Blattner等完成4.7Mbp 4,100个基因；代表原核

4、生物基因组染色体为双链环状DNA分子（单倍体）例外：布氏疏螺旋体(Borrelia burgdorferi)的染色体是线状遗传信息的连续性个别细菌（鼠伤寒沙门氏菌和犬螺菌）和古生菌的rRNA和tRNA含有内含子和间隔序列,功能相关的结构基因组成操纵子操纵子(operon)：功能相关的几个结构基因前后相连，再加上一共同的调节基因和一组共同的控制位点（启动子、操作子等）在基因转录时协同动作原核基因表达多采用转录调控组成核糖体的16S rRNA-23S rRNA-5S rRNA在同一转录产物中,结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝E.coli有7个rRNA(rrn)操纵子，6个在DNA的双向复制起

5、点。基因组的结构经济而有效基因组的重复序列少而短 4-40bp;10-1000次,二、啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的基因组-1996年13.5Mbp 5,800个基因；代表真核微生物的基因组没有明显的操纵子结构典型的真核染色体结构：16条染色体，四种主要组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)有间隔区和内含子高度重复（最显著的特点）遗传丰余(genetic redundancy)？,原核生物和真核生物的基因组比较,比较项目原核生物真核生物基因组大小 小 大复制起始点数目一般1个 多个染色体数目一般1个 多个染色体形态 环状 线性染色体与组蛋白结合 无稳定结合核小体

6、无 有基因连续性 强差（被许多内含子分割）重复序列 少 多非编码序列 少 多操纵子结构普遍存在一般没有转录、翻译部位 同在细胞质中核中转录、胞质中翻译,三、詹氏甲烷球菌(Methanococcus jannaschii)的基因组1996美国基因组研究所(The Institute for Genomic Research,TIGR)古生菌是真细菌与真核生物特征的一种奇异结合体基因组结构上类似细菌：1682个ORF，1.66Mbp，环型染色体DNA、无核膜、基本无内含子具有操纵子,负责信息传递功能的基因（复制、转录、翻译）则类似真核生物，特别是转录起始系统基本与真核生物一样，与细菌的截然不同RN

7、A聚合酶在亚基组成和序列上类似真核生物的RNA聚合酶 和RNA聚合酶启动子位于-25-30而非-10和-35延伸因子、氨酰tRNA合成酶基因、起始因子等都与真核生物相似5个组蛋白基因,古生菌基因组的意义,对研究生命的起源和进化具有重要意义特有基因的研究为开发新药物、生物活性物质以及在工业中实施新技术开拓了广阔前景,3质粒和转座因子,质粒（plasmid）：一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。对宿主细胞一般是非必须的持(管)家基因(housekeeping gene)转座因子（trasposable element）：一种位于染色体或质粒上的一段能改变

8、自身位置的DNA序列，广泛分布于原核和真核细胞中,通常以共价闭合环状(covalently closed circle，简称CCC)的超螺旋双链DNA分子存在于细胞中；也发现有线型（L型,linear form)双链DNA质粒和RNA质粒（疏螺旋体、链霉菌和酵母）；质粒分子的大小范围从1kb左右到1000kb；细菌质粒多在10kb以内OC型(open circular form),一、质粒的分子结构,二、质粒的类型,三、质粒的主要种类质粒所编码的功能和赋予宿主的表型效应,致育因子(fertility factor,F质粒),与有性生殖有关带有F质粒的为雄性(F+)菌，能长出性菌毛；无F质粒的为

9、雌性(F-)菌，无性菌毛F质粒整合到宿主染色体上的菌株称为高频重组菌株(high frequence recombination,Hfr)附加体(episome)F/因子,F质粒的接合,抗性因子(resistance factor,R因子),编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐受性。可通过细菌间接合进行传递的称接合性耐药质粒，又称R质粒不能通过接合传递的非接合性耐药质粒，但可通过噬菌体传递。,R质粒的接合,R质粒的组成,耐药性传递因子（RTF）：与F质粒相似，编码性菌毛,耐药（r）决定因子：编码对抗菌药物的耐药性,细菌素质粒,编码各种细菌产生的细菌素。Col质粒编码大肠埃希菌产生大肠菌素乳酸细菌

10、的Ni-sinA能强烈抑制某些G+菌的生长，用于食品工业,细菌素与抗生素的比较,毒性质粒（Vi质粒）,编码与该菌致病性有关的毒力因子。许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒引起的，这些质粒具有编码毒素的基因，其产物对宿主（动物、植物）造成伤害。如致病性的大肠埃希菌产生的耐热性肠毒素是由ST质粒编码的。细菌粘附定植在肠粘膜表面是由K质粒决定的。,苏云金杆菌含有编码内毒素(伴孢晶体中)的质粒,根癌土壤杆菌所含Ti质粒是引起双子叶植物冠瘿瘤的致病因子,Ti质粒中的T-DNA可携带任何外源基因整合到植物基因组中，是植物基因工程中有效的克隆载体,代谢质粒,编码产生相关的代谢酶。质粒上携带有有利于微生物生存

11、的基因，如能降解某些基质的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放线菌）等。降解质粒：将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单形式，环境保护方面具有重要的意义。,假单胞菌：具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物(苯)、农药(2,4dichlorophenoxya-cetic acid)、辛烷和樟脑等的能力。,沙门菌发酵乳糖的能力通常是由质粒决定的,隐蔽型质粒,隐秘质粒不显示任何表型效应，它们的存在只有通过物理的方法，例如用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才能发现。它们存在的生物学意义，目前几乎不了解。在应用上，很多隐秘质粒被加以改造作为基因工程的载体（一般加上抗性基因）,质粒的特征,自

12、我复制能力，为复制子，单拷贝或多拷贝紧密型质粒和松弛型质粒编码产物赋予细菌某些性状特征可自行丢失与消除消除：细胞中由于质粒的复制受到抑制而染色体的复制并未受到明显影响，细胞在继续分裂的情况下质粒被稀释掉(diluted out),有转移性可分为相容性和不相容性亲和性(compatibility)与不亲和性(incompatibility)共同的复制因子或相同的分配系统不亲和群(incompatibility group),四、转座因子的类型和分子结构1983年诺贝尔奖，Barbarra MeClintock在玉米中发现插入顺序（insertion sequence,IS）转座子（transpo

13、son,Tn）转座噬菌体或前噬菌体(Mu、D108)IS和Tn的共同特征：-转座酶（transposase)基因-反向末端重复序列(inverted terminal repeat,ITR),美国女遗传学家 Barbura McClintock,插入序列（insertion sequence,IS）是最小的转座因子，长度不超过2kb，不携带任何已知与插入功能无关的基因区域，往往是插入后与插入点附近的序列共同起作用，可能是原细胞正常代谢的调节开关之一。,在插入位点,IS 两侧总有短的正向重复(Direct repeat),转座子（transposon,Tn）长度一般超过2kb，除携带与转位有关的

14、基因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因等。因此当Tn插入某一基因时，一方面可引起插入基因失活产生基因突变，另一方面可因带入耐药性基因而使细菌获得耐药性。转座子可能与细菌的多重耐药性有关。,复合转座子(compound transposon)/类型转座子,复杂转座子(complex transposon)/类型转座子,整合子,它是E.coli的一种温和噬菌体。与必须整合到宿主染色体特定位置上的一般温和噬菌体不同，Mu噬菌体并没有一定的整合位置。与其他温和性噬菌体的差别：其基因组不论在进入裂解周期或处于溶源状态都可随机整合到宿主染色体的任何位置，且游离的和已整合的基因次序是相

15、同的.与IS和Tn两种转座因子相比，Mu噬菌体的分子量最大（38kb），它含有20多个基因。Mu噬菌体引起的转座可以引起插入突变，其中约有2是营养缺陷型突变。,Mu 噬菌体(mutator phage),转座噬菌体或前噬菌体是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，当整合到细菌染色体上，能改变溶原性细菌的某些生物学性状，如白喉棒状杆菌、肉毒梭菌等的外毒素就是由转座噬菌体的有关基因所编码的。另外，转座噬菌体从细菌染色体分离脱落时，可能连带有细菌的DNA片段，故它还可能在遗传物质转移过程中起载体作用。,转座噬菌体,棒状噬菌体白喉棒状杆菌 获得白喉毒素,3类转座因子及其特点比较,比较项目IS Tn 转座噬菌

16、体种类单一 复合型和复杂型 Mu、D108等大小/kbp 0.71.7225 39基因数12 几个10余个20余个末端序列 反向重复（941）反向或正向重复 反向重复抗性基因无有无宿主 原核生物 原核、真核生物E.coli等肠杆菌,转座机制,Replicative transposition(复制性转座),Non-replicative transposition(非复制性转座),五、转座的遗传学效应插入突变插入失活、新基因的获得产生染色体畸变复制性转座 同源重组 缺失和倒位基因的转移和重排新的操纵子或表达单元、新基因,4基因突变及修复-突变是进化的源泉,基因突变(gene mutation)

17、变异的一种，遗传物质的分子结构或数量发生突然而稳定的可遗传的变化，可自发或诱变产生,一、基因突变的类型及其分离1.碱基变化与遗传信息的改变碱基的置换引起的突变：,移码突变：添加或缺失核苷酸，引起阅读错误,2.表型(phenotype)突变可观察或可检测到的个体性状或特征，是特定的基因型(genotype)在一定环境条件下的表现。除同义突变外，其它突变都可能导致表型的变化。,几种常用的表型变化,（1）营养缺陷型(auxotroph)缺乏合成其生存所必须的营养物的突变型，只有从环境或培养基中获得这种营养或其前体物才能生长。hisCHisC hisC-和hisC+,营养缺陷型的分离,夹层培养法限量补

18、充培养法逐个检出法影印法,夹层培养法,限量补充培养法,将诱变处理后的细菌接种在含有微量（0.01%）蛋白胨的基础培养基平板上，挑小菌落欲获得某一特定的营养缺陷型菌株，只要在相应的基础培养基中添加微量的相应物质,逐个检出法,细菌诱变处理完全培养基平板涂布单菌落转种基础培养基培养观察,影印法,几种常用的表型变化,（2）抗药性突变(resistant mutant)strrstrs（3）条件致死突变(conditional lethal mutant)温度敏感突变(temperature-sensitive,ts)（4）形态突变(morphological mutant),二、基因突变的分子基础1.

19、自发突变自发突变的特性1、非对应性突变的发生与环境因子无对应性2、稀有性一般为10-1010-63、规律性金葡以10-7产生抗青霉素的突变4、独立性5、遗传和回复性6、可诱变性,分子基础1、复制错误DNA聚合酶2、DNA的物理3、自发突变的一个最主要的原因是碱基能以互变异构体(taumer)的不同形式存在4、DNA链的滑动(slippage)5、脱碱基作用：C脱氨基变为U6、转座子、同源重组,腺嘌呤碱基互变异构导致的自发突变(AT-CG),胸腺嘧啶也可以由酮式到烯醇式的异构作用发生AT变成GT，经复制后导致AT GC的变化,RNA基因组的突变 RNA基因组的突变率比DNA基因组高1000倍RN

20、A酶无纠错活性无修复机制,2.诱发突变能使突变率提高到自发突变水平以上的物理、化学和生物因子称为诱变剂(mutage),常用诱变剂,1、碱基类似物(base analog)5-溴尿嘧啶（胸腺嘧啶结构类似物）2-氨基嘌呤（腺嘌呤结构类似物）,2、插入染料溴化乙锭、吖啶橙平面型三个苯环的化合物，结构类似嘌呤或嘧啶可以嵌入相邻的两个碱基之间，造成DNA双链双螺旋部分解开（两个碱基对之间为0.34nm，嵌入一个吖啶分子后变为0.68nm，DNA复制过程中，使链上增添或减少一个碱基）,3、直接与DNA碱基起化学反应的诱变剂亚硝酸,羟胺几乎只与C反应，引起GC AT烷化剂甲磺酸乙酯（ethyl metha

21、ne sulfonate,EMS)和亚硝基胍(nitrosoguanidine,NTG)-烷化位点主要在鸟嘌呤的N-7位和腺嘌呤N-3位上，烷化后的碱基引起碱基错配。NTG超诱变剂-主要在复制叉附近,4、辐射和热非电离辐射：紫外线(ultraviolet,UV)嘧啶比嘌呤敏感的多：TT TC CC二聚体电离辐射：X-射线，-射线，快中子、激光、离子束等热：使C脱氨基 U 导致GC AT引起G-脱氧核糖键的移动，造成GC到 CG的颠换,5、生物诱变因子转座子 Tn5随机失活突变,Ames实验利用细菌模型了解潜在化学致癌物的诱变作用“生物化学统一性”法则：人和细菌在DNA的结构及特性方面是一致的，

22、能使微生物发生突变的诱变剂必然也会作用于人的DNA，使其发生突变，最后造成癌变或其他不良的后果。诱变剂的共性原则：化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比超过95%的致癌物质对微生物有诱变作用90%以上的非致癌物质对微生物没有诱变作用,美国加利福尼亚大学的Bruce Ames教授于1966年发明，因此称为Ames试验 具体操作：检测鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhmurium)组氨酸营养缺陷型菌株(his-)的回复突变率 回复突变(reverse/back mutation)：突变体失去的野生型性状，可以通过第二次突变得到恢复，这种第二次突变称为回复突变,Ames实验检测致

23、癌物示意图,证明Ames试验重要性的应用实例：国外曾开发了一种降低妇女妊娠反应的药物“反应停”，由于其药效显著，在60-70年代十分流行，但随后人们就发现畸形儿的出生率明显增高，而且生产畸形儿的妇女大多曾服用“反应停”，后来采用Ames试验发现这种物质的确具有很强的致突变作用，因此这种药物被禁止使用但如果能在这种药物上市之前就进行Ames试验检测，那么这种大量出生畸形儿的悲剧完全可以避免,DNA损伤的修复,1、DNA聚合酶的纠错功能2、光复活作用(photoreactivation,photorestoration)光解酶Phr在暗处专一识别嘧啶二聚体 酶-DNA复合物 二聚体拆开,3、切除修

24、复(excision repair)暗修复,4、其他修复重组修复：不将损伤碱基除去，而是通过复制后，经染色体交换而进行修复,SOS修复：lexA阻遏蛋白recA、uvrA、uvrB、uvrC,5细菌基因转移和重组生物进化的主要动力之一,一、细菌的接合作用通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程,1.实验证据,1946年，Joshua Lederberg 和Edward L.Taturm细菌的多重营养缺陷型杂交实验,中间平板上长出的原养型菌落是两菌株之间发生了遗传交换和重组所致。,证实接合过程需要细胞间的直接接触的“U”型管实验（Bernard Davis，1950）,接合机制(

25、大肠杆菌的接合机制),接合作用是由F因子介导。F因子的分子量通常为5107，上面有编码细菌产生性菌毛及控制接合过程进行的20多个基因。,F因子为附加体质粒既可以脱离染色体在细胞内独立存在，也可插入（整合）到染色体上,F因子的四种细胞形式,a）F-菌株(“雌性”菌株)，不含F因子，没有性菌毛，但可以通过接合作用接收F因子而变成F+菌株；b）F+菌株(“雄性”菌株)，F因子独立存在，细胞表面有性菌毛。c）Hfr菌株，F因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性菌毛。d）F菌株，Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游离的但携带一小段染色体基因的F因子，特称为F因 子。细胞表面同样有性菌毛

26、。,2.F+F-杂交 F+菌株的F因子向F-细胞转移，但含F因子的宿主细胞的染色体DNA一般不被转移。,所以最终杂交的结果是F-细菌变成F+细菌，而原有的F+细菌则不变。,理化因子的处理可将F因子消除而使F+菌株变成F-菌株,F DNA接合转移模型,3.Hfr F-杂交 Hfr菌株的F因子插入到染色体DNA上，因此只要发生接合转移过程，就可以把部分甚至全部细菌染色体传递给F-细胞并发生重组，由此而得名为高频重组菌株(high frequence recombination,Hfr)。,Hfr菌株仍然保持着F+细胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一样与F-细胞进行接合。所不同的是，当OriT序列被

27、缺口酶-螺旋酶(nickase-helicase)识别而产生缺口后，F因子的先导区(leading region)结合着染色体DNA向受体细胞转移。F因子除先导区以外，其余绝大部分是处于转移染色体的末端，由于转移过程常被中断，因此F因子不易转入受体细胞中。HfrF-杂交后的受体细胞(或接合子)大多数仍然是F-。,染色体上越靠近F因子的先导区的基因，进入的机会就越多，在F-中出现重组子的的时间就越早，频率也高。,4.FF-杂交,Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游离的但携带一小段染色体基因的F因子，特称为F因子。,FF-与F+F-的不同：供体的部分染色体基因随F一起转入受体细胞

28、a）与染色体发生重组；b）继续存在于F因子上，形成一种部分二倍体；,细胞基因的这种转移过程又常称为性导（sexduction）、F因子转导（F-duction），或F因子媒介的转导（F-mediated transduction）。,二、细菌的转导,由噬菌体介导的细菌细胞间进行遗传交换的一种方式 一个细胞的DNA或RNA通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中,细菌转导的类型,普遍转导,局限转导,完全普遍转导流产普遍转导,低频转导高频转导,普遍转导（generalized transduction）噬菌体可以转导供体菌染色体的任何部分到受体细胞中的转导过程,意外发现:1951年Lederberg和

29、Zinder等用多重营养缺陷型的鼠伤寒沙门氏菌,LT22A为携带P22噬菌体的溶源性细菌，LT2为非溶源性细菌。,普遍性转导的三种后果：,完全普遍转导,流产普遍转导,转导DNA不能进行整合、重组和复制，但其携带的基因可经过转录而得到表达。因此群体中仅一个细胞含有DNA，而其它细胞只能得到其基因产物，在选择培养基平板上形成微小菌落,局限转导(specialized transduction),普遍性转导与局限性转导的区别,溶源转变(lysogenic conversion)是一个与转导相似又不同的现象,温和噬菌体感染细胞后使之发生溶源化，因噬菌体的基因整合到宿主染色体上，而使后者获得了新性状的现

30、象。,溶源转变的特点：1、噬菌体不携带任何供体菌的基因；2、噬菌体是完整的，而不是缺陷的；3、噬菌体基因的整合到宿主染色体上导致宿主获得新性状，无通过基因重组而形成的稳定转导子；4、宿主获得新性状具有不稳定性,三、细菌的遗传转化(transformation),1928年，Griffith发现肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）的转化现象,目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力,进行自然转化，需要二方面必要的条件：1、建立了感受态的受体细胞感受态细胞：具有摄取外源DNA能力的细胞 自然感受态的出现是细胞一定生长阶段的生理特 性，受细菌自身的基因控制；人工感受态则

31、是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNA的能力，或人为地将DNA导入细胞内2、外源游离DNA分子（转化因子）,转化过程（革兰氏阳性菌的转化模型）,转化过程的特点,a）对核酸酶敏感；b）不需要活的DNA供体细胞；c）转化是否成功及转化效率的高低主要取决于转化供体菌株和转化受体菌株之间的亲源关系；d）通常情况下质粒的自然转化效率要低得多,转染(transfection)：,噬菌体DNA被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒转染的特点：提纯的噬菌体DNA以转化的（而非感染）途径进入细胞并表达后产生完整的病毒颗粒。,人工转化,在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组手段，是基因工程的奠基石和基

32、础技术。不是由细菌自身的基因所控制；用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于一种可以摄取外源DNA的“人工感受态”。用CaCl2处理细胞，电穿孔等是常用的人工转化手段。,四、基因定位和基因组测序,1.中断杂交（interrupted mating）技术利用HfrF-的接合过程，在不同时间取样，并把样品猛烈搅拌以分散接合中的细菌，然后分析受体细菌基因型，以时间(分钟)为单位绘制遗传图谱，该图谱是细菌染色体上基因顺序的直接反映。,大肠杆菌基因组很大（全部转移需要100分钟），其遗传图谱须用多株F因子整合在不同位置的Hfr菌才能完成,2.基因连锁如果两个基因在染色体上是紧密连锁的，那么它们可以同

33、时被转化，也称共转化(cotransformation)，连锁的两个基因基因越近，其共转化频率越高。两个处在同一转导片段上的基因通过普遍性转导一起整合进受体染色体中称共转导(cotransduction)。共转导和共转化都是基因定位的重要技术,3.基因组测序,1995年第一个自由生活的生物流感嗜血杆菌的全基因组测序由J.Craig Venter和Hamilton Smith完成。,全基因组鸟枪测序(whole-genome shotgun sequencing),1.克隆文库的构建2.DNA片段自动测序3.计算机拼接4.缺口(gap)的填补,基因组序列测定的意义,通过对病原微生物基因组序列的分

34、析，可以使我们更好地了解其致病机制及其与宿主相互关系，发展特异、灵敏的诊断、分型技术；并对新药物的临床筛选和设计具有指导意义提供新药靶,微生物作为一种结构简单的模式生物，其基因组信息也将有利于人类基因组计划的完成不同细菌基因组的比较研究对理解进化、遗传调节和基因组组织结构，发现特殊基因以充分利用微生物资源具有重要意义,6真核微生物的遗传学特性,一、酵母菌的接合型遗传酵母菌一般泛指能发酵糖类的各种单细胞真菌a和接合型受MAT活性区的调控,酵母双倍体和单倍体的比较,比较项目双倍体单倍体细胞 大，椭圆形 小，球形菌落 大，形态均一 小，形态变化较大液体培养繁殖较快，较分散繁殖较慢，聚集成团产孢子培养

35、基形成子囊不形成子囊,二、酵母菌的质粒2m质粒闭环双链DNA，高拷贝含600bp的反向重复序列以A和B两种异构体形式存在属隐蔽型质粒,三、酵母菌的线粒体四、丝状真菌的准性生殖(parasexal reproduction),不经过减数分裂就能导致基因重组的生殖过程,准性生殖与有性生殖的比较,比较项目准性生殖有性生殖参与接合的亲本细胞 形态相同的体细胞 形态或生理上有分化的性细胞独立生活的异核体阶段 有无接合后双倍体的细胞形态与单倍体基本相同 与单倍体明显不同双倍体变为单倍体的途径 有丝分裂减数分裂接合发生的概率偶然发生，概率低正常出现，概率高,7微生物育种(Breeding),微生物育种的目的

36、：人为使某种代谢产物过量积累，把生物合成的代谢途径朝我们希望的方向引导，或者促使细胞内发生基因重组以优化性状，实现人为控制微生物，获得我们所需要的高产、优质、低耗的生产菌种。,一、诱变育种,诱变育种的原则：出发菌株优良单细胞或单孢子悬液选用简便有效的诱变方法及试剂（量）充分利用复合处理的协同效应设计（创新）高效的筛选方案,1.常用诱变剂的使用方法紫外线紫外灯预热20min；表面杀菌35min；紫外线照射一定时间；红光灯下取菌液做平板涂布；暗培养；再涂布。,5-BU,2.筛选策略营养缺陷型突变株,反馈抑制,钝齿棒状杆菌L-赖氨酸生物合成途径及调节,抗阻遏和抗反馈突变型 结构类似物：一些和细菌体内

37、氨基酸、嘌呤、维生素等代谢产物结构相似的物质对氟苯丙氨酸苯丙氨酸筛选结构类似物抗性突变株不能与阻遏蛋白或变构酶结合,3.抗性突变型抗生素抗性突变型氯霉素和棒杆菌素为结构类似物抗氯霉素的解烃棒状菌(C.hydrocarbaclastus)的产量可提高4倍枯草杆菌的衣霉素抗性突变株的-淀粉酶的产量提高5倍分泌机制改变抗利福平的蜡状芽孢杆菌的无芽孢突变株-淀粉酶的产量提高7倍抗利福平突变株往往失去形成芽孢的能力而有利于-淀粉酶的形成,条件抗性突变乳糖发酵短杆菌2256的温度敏感突变株Ts88在30正常生长，40 时死亡，但能在富含生物素的培养基中积累谷氨酸,二、体内基因重组育种,1.原生质体融合,原

38、生质体融合操作示意图,2.杂交育种酵母及其他真菌,三、DNA Shuffling技术,Stemmer于1994年提出，体外同源重组技术 原理是先将来源不同但功能相同的一组同源基因用DNA核酸酶消化产生随机小片段，而组成一个文库，使之互为引物和模板进行PCR扩增，当一个基因拷贝片段作为另一个基因拷贝的引物时，引起模板转换，发生重组，导入细胞内后，选择正突变体作新一轮的体外重组,DNA Shuffling技术,1988年Andreas等用4个不同来源的先锋霉素基因混合进行DNA Shuffling，仅1个循环获得的该抗生素，最低抑制活性(MIC)就提高了270540倍,通过育种等措施青霉素产量的提高比较,10月3日，瑞典卡罗林斯卡医学院宣布，把2005年诺贝尔生理学或医学奖授予澳大利亚科学家Barry J.Marshall和J.Robin Warren，以表彰他们发现了导致胃炎和胃溃疡的细菌-幽门螺杆菌。诺贝尔奖委员会在授奖词中说，由于Barry J.Marshall和J.Robin Warren的发现，使得原本慢性的、经常无药可救的胃溃疡变成了只需抗生素和一些其他药物短期就可治愈的疾病。,