微生物学第10章-微生物的遗传与变异2-第11章-菌种选育与保藏课件.ppt

第二节第二节基因突变及菌种选育基因突变及菌种选育 一、一、基因、基因符号以及有关术语基因、基因符号以及有关术语1、基因基因是合成多肽或是合成多肽或RNA所必需的完整的核所必需的完整的核苷酸序列。苷酸序列。2、基因组、基因型基因组、基因型是指生物单倍体细胞所有是指生物单倍体细胞所有基因。基因。基因组侧重基因组侧重“全部碱基对序列的组成全部碱基对序列的组成”；基因型是生物基因体现的功能、特性，侧重基因型是生物基因体现的功能、特性，侧重“某个基因某个基因”。基因座位(gene locus)指各个基因在染色体上所占的位置。3、性状性状是构成一个生物个体的有关结构、是构成一个生物个体的有关结构、形态、物质和功能等各方面特征的总称。形态、物质和功能等各方面特征的总称。4、基因符号基因符号常以说明某个基因功能特性的英常以说明某个基因功能特性的英文词的前文词的前3个字母表示（小写），一般用斜体，个字母表示（小写），一般用斜体，该基因的功能特性在右上角以该基因的功能特性在右上角以/、r/s表表示。示。n组氨酸基因用组氨酸基因用his（histidine的前的前3个字母）表示，个字母）表示，his-表示组氨酸缺陷型；表示组氨酸缺陷型；ngal+、gal-分别表示能发酵半乳糖和不能发酵半乳分别表示能发酵半乳糖和不能发酵半乳糖；糖；nstrs、strr分别表示对链霉素敏感和具抗性。分别表示对链霉素敏感和具抗性。二、基因突变二、基因突变（一）基因突变的术语（一）基因突变的术语突变（突变（突变（突变（mutationmutation）DNADNA或或或或RNARNA中核苷酸序列发生了稳定可遗传中核苷酸序列发生了稳定可遗传中核苷酸序列发生了稳定可遗传中核苷酸序列发生了稳定可遗传的变化，导致微生物性状发生改变。的变化，导致微生物性状发生改变。的变化，导致微生物性状发生改变。的变化，导致微生物性状发生改变。基因突变（点突变）基因突变（点突变）基因突变（点突变）基因突变（点突变）DNADNA链上一对或少数几对碱基发生改变。链上一对或少数几对碱基发生改变。链上一对或少数几对碱基发生改变。链上一对或少数几对碱基发生改变。染色体畸变染色体畸变染色体畸变染色体畸变DNADNA的大片段变化（插入，缺失，重复，易的大片段变化（插入，缺失，重复，易的大片段变化（插入，缺失，重复，易的大片段变化（插入，缺失，重复，易位、倒位等）位、倒位等）位、倒位等）位、倒位等）野生型菌株与突变型菌株野生型菌株与突变型菌株野野生生型型菌菌株株，从从自自然然界界分分离离到到的的任任何何微微生生物物在在其其发生突变前的原始菌株。发生突变前的原始菌株。突突变变型型菌菌株株，野野生生型型菌菌株株经经突突变变后后，性性状状改改变变的的菌株。菌株。正向突变与回复突变正向突变与回复突变正向突变正向突变突变型菌株突变型菌株回复突变回复突变回回复复突突变变，野野生生型型菌菌株株经经突突变变成成为为突突变变型型菌菌株株以以后后，经经再再一一次次突突变变，有有时时突突变变型型菌菌株株又又恢恢复复为为野野生生型菌株原有的性状，则这次的突变被称为回复突变。型菌株原有的性状，则这次的突变被称为回复突变。野生型菌株野生型菌株（或野生型菌株的表型）（或野生型菌株的表型）自发突变与诱发突变自发突变与诱发突变自发突变自发突变，自然条件下发生的突变。，自然条件下发生的突变。诱诱发发突突变变，用用各各种种人人工工因因素素处处理理细细胞胞，突突变变率率大大大大增增加，这种突变称为诱变。加，这种突变称为诱变。诱变剂，如紫外线、亚硝酸等。诱变剂，如紫外线、亚硝酸等。突突变变率率，在在生生长长的的微微生生物物群群体体中中，每每一一细细胞胞的的某某一一性性状状在在每每一一世世代代中中独独立立发发生生突突变变的的机机率率。一一般般也也可可简简单单地地用用每每单单位位群群体体在在繁繁殖殖一一代代过过程程中中所所形形成成的的突突变变细细胞胞平均数来表示。平均数来表示。（二）基因突变的主要规律（二）基因突变的主要规律1、自发性和非对应性、自发性和非对应性2、稀有性：环境因素的影响，、稀有性：环境因素的影响，DNA复制过程的偶然复制过程的偶然错误等而导致，一般频率较低，通常为错误等而导致，一般频率较低，通常为10-610-9。3、诱发性：某些物理、化学因素对生物体的、诱发性：某些物理、化学因素对生物体的DNA进进行直接作用，突变以较高的频率产生。（诱变剂仅行直接作用，突变以较高的频率产生。（诱变剂仅起着提高诱变率的作用）起着提高诱变率的作用）4、独立性：某个基因的突变是一独立事件，对其他、独立性：某个基因的突变是一独立事件，对其他基因的突变几率没有影响。基因的突变几率没有影响。5、稳定可遗传性、稳定可遗传性6、可逆性、可逆性变量实验（变量实验（fluctuationanalysis）SalvadorLuria&MaxDelbrck（1943）影印平板法影印平板法常用于营养缺陷型的鉴别、分离。常用于营养缺陷型的鉴别、分离。若干细菌某一性状的自发突变率若干细菌某一性状的自发突变率菌菌 名名 突变性状突变性状 突变率突变率E.coliE.coli 抗抗T1T1噬菌体噬菌体 3 310108 8E.coliE.coli 抗抗T3T3噬菌体噬菌体 1 110107 7 E.coliE.coli 不发酵乳糖不发酵乳糖 1 110101010E.coliE.coli 抗紫外线抗紫外线 1 110105 5Staphylococcus aureus Staphylococcus aureus 抗青霉素抗青霉素 1 110107 7S.aureusS.aureus 抗链霉素抗链霉素 1 110109 9 Salmonella typhiSalmonella typhi 抗抗2525 g/Lg/L链霉素链霉素 1 110106 6 Bacillus megaterium Bacillus megaterium 抗异烟肼抗异烟肼 5 510105 51 1、形态突变、形态突变、形态突变、形态突变（1 1）细胞形态）细胞形态）细胞形态）细胞形态鞭毛，芽孢，荚膜有无，鞭毛，芽孢，荚膜有无，鞭毛，芽孢，荚膜有无，鞭毛，芽孢，荚膜有无，L L型细菌。型细菌。型细菌。型细菌。（2 2）菌落形态）菌落形态）菌落形态）菌落形态大小，光滑和粗糙，颜色等，孢子大小，光滑和粗糙，颜色等，孢子大小，光滑和粗糙，颜色等，孢子大小，光滑和粗糙，颜色等，孢子颜色。一般为非遗传型的表型变异，颜色。一般为非遗传型的表型变异，颜色。一般为非遗传型的表型变异，颜色。一般为非遗传型的表型变异，肺炎球菌失去荚膜：肺炎球菌失去荚膜：肺炎球菌失去荚膜：肺炎球菌失去荚膜：SRSR变形杆菌：变形杆菌：变形杆菌：变形杆菌：2%2%琼脂，长鞭毛，薄膜状菌落；琼脂，长鞭毛，薄膜状菌落；琼脂，长鞭毛，薄膜状菌落；琼脂，长鞭毛，薄膜状菌落；6%6%琼脂或琼脂或琼脂或琼脂或0.1%0.1%碳酸形成单个生长的菌落。碳酸形成单个生长的菌落。碳酸形成单个生长的菌落。碳酸形成单个生长的菌落。（三）突变的类型（根据突变体表型来分）（三）突变的类型（根据突变体表型来分）2 2、营养缺陷型营养缺陷型营养缺陷型营养缺陷型（auxotrophauxotroph）由于基因突变，而丧失合成一种或几种生长因子的由于基因突变，而丧失合成一种或几种生长因子的由于基因突变，而丧失合成一种或几种生长因子的由于基因突变，而丧失合成一种或几种生长因子的能力，必须在培养基中添加相应的营养成分才能正能力，必须在培养基中添加相应的营养成分才能正能力，必须在培养基中添加相应的营养成分才能正能力，必须在培养基中添加相应的营养成分才能正常生长的突变型。（常生长的突变型。（常生长的突变型。（常生长的突变型。（eg.AA,vitamineg.AA,vitamin）野生型野生型野生型野生型（wildtypewildtype）：从自然界分离到的任何微生物）：从自然界分离到的任何微生物）：从自然界分离到的任何微生物）：从自然界分离到的任何微生物在其发生营养缺陷型突变前的原始菌株。在其发生营养缺陷型突变前的原始菌株。在其发生营养缺陷型突变前的原始菌株。在其发生营养缺陷型突变前的原始菌株。原养型原养型原养型原养型(prototroph)(prototroph)：一般指营养缺陷型突变株经回：一般指营养缺陷型突变株经回：一般指营养缺陷型突变株经回：一般指营养缺陷型突变株经回变或重组后产生的菌株，其营养要求在表型上与野变或重组后产生的菌株，其营养要求在表型上与野变或重组后产生的菌株，其营养要求在表型上与野变或重组后产生的菌株，其营养要求在表型上与野生型相同。生型相同。生型相同。生型相同。基本培养基（基本培养基（基本培养基（基本培养基（MMMM）能够满足野生型菌株生长最能够满足野生型菌株生长最能够满足野生型菌株生长最能够满足野生型菌株生长最低限度需要的培养基。低限度需要的培养基。低限度需要的培养基。低限度需要的培养基。补充培养基（补充培养基（补充培养基（补充培养基（SMSM）凡能满足相应的营养缺陷型凡能满足相应的营养缺陷型凡能满足相应的营养缺陷型凡能满足相应的营养缺陷型生长需要的培养基。在生长需要的培养基。在生长需要的培养基。在生长需要的培养基。在MMMM中加蛋白胨（多种氨中加蛋白胨（多种氨中加蛋白胨（多种氨中加蛋白胨（多种氨基酸基酸基酸基酸)便可以用来培养各种氨基酸的缺陷型；加入便可以用来培养各种氨基酸的缺陷型；加入便可以用来培养各种氨基酸的缺陷型；加入便可以用来培养各种氨基酸的缺陷型；加入酵母浸膏酵母浸膏酵母浸膏酵母浸膏(其中含有多种其中含有多种其中含有多种其中含有多种B B族维生素和核苷酸族维生素和核苷酸族维生素和核苷酸族维生素和核苷酸)便可便可便可便可以培养不同的维生素、嘌呤和嘧啶缺陷型。以培养不同的维生素、嘌呤和嘧啶缺陷型。以培养不同的维生素、嘌呤和嘧啶缺陷型。以培养不同的维生素、嘌呤和嘧啶缺陷型。完全培养基（完全培养基（完全培养基（完全培养基（CMCM）凡能满足一切营养缺陷型生凡能满足一切营养缺陷型生凡能满足一切营养缺陷型生凡能满足一切营养缺陷型生长需要的培养基。长需要的培养基。长需要的培养基。长需要的培养基。3 3、致死突变、致死突变、致死突变、致死突变（1 1）基因突变导致个体死亡）基因突变导致个体死亡）基因突变导致个体死亡）基因突变导致个体死亡（2 2）条件致死型）条件致死型）条件致死型）条件致死型eg.eg.温度敏感突变型温度敏感突变型温度敏感突变型温度敏感突变型E.coliE.coli3737生长，生长，生长，生长，4242度度度度下不生长，主要是突变引起了某些重要蛋白质下不生长，主要是突变引起了某些重要蛋白质下不生长，主要是突变引起了某些重要蛋白质下不生长，主要是突变引起了某些重要蛋白质结构和功能的改变。结构和功能的改变。结构和功能的改变。结构和功能的改变。4 4、抗性突变型、抗性突变型、抗性突变型、抗性突变型（1 1）抗药性（耐药性），可作为选择性标记。）抗药性（耐药性），可作为选择性标记。）抗药性（耐药性），可作为选择性标记。）抗药性（耐药性），可作为选择性标记。（2 2）抗噬菌体。）抗噬菌体。）抗噬菌体。）抗噬菌体。5 5、抗原突变型、抗原突变型、抗原突变型、抗原突变型抗原成分（抗原成分（抗原成分（抗原成分（eg.cellwalleg.cellwall，鞭毛，荚膜等）的变异，鞭毛，荚膜等）的变异，鞭毛，荚膜等）的变异，鞭毛，荚膜等）的变异，eg.Leg.L型细菌，型细菌，型细菌，型细菌，cellwallcellwall缺陷导致抗原性改变。缺陷导致抗原性改变。缺陷导致抗原性改变。缺陷导致抗原性改变。6 6、产量突变型、产量突变型、产量突变型、产量突变型通过基因突变而产生的在代谢产物产量上明显通过基因突变而产生的在代谢产物产量上明显通过基因突变而产生的在代谢产物产量上明显通过基因突变而产生的在代谢产物产量上明显有别于原始菌株的突变株。如产量显著高于原始有别于原始菌株的突变株。如产量显著高于原始有别于原始菌株的突变株。如产量显著高于原始有别于原始菌株的突变株。如产量显著高于原始菌株者为正变株，反之为负变株。菌株者为正变株，反之为负变株。菌株者为正变株，反之为负变株。菌株者为正变株，反之为负变株。生物化学统一性法则：生物化学统一性法则：人和细菌在人和细菌在DNA的结构及特性方面是一致的，能使微生物的结构及特性方面是一致的，能使微生物发生突变的诱变剂必然也会作用于人的发生突变的诱变剂必然也会作用于人的DNA，使其发生突，使其发生突变，最后造成癌变或其他不良的后果。变，最后造成癌变或其他不良的后果。化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比。超化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比。超过过95的致癌物质对微生物有诱变作用的致癌物质对微生物有诱变作用，90以上的非致以上的非致癌物质对微生物没有诱变作用。癌物质对微生物没有诱变作用。诱变剂的共性原则：诱变剂的共性原则：（四）突变株的应用（四）突变株的应用Ames试验试验美国加利福尼亚大学的美国加利福尼亚大学的BruceAmes教授于教授于1966年发明，因年发明，因此称为此称为Ames试验。试验。原理：原理：检测鼠伤寒沙门氏菌（检测鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhmurium）组氨酸营养）组氨酸营养缺陷型菌株（缺陷型菌株（his-）的回复突变率。）的回复突变率。证明证明Ames试验重要性的应用实例：试验重要性的应用实例：60-70年代，一种降低妇女妊娠反应的药物年代，一种降低妇女妊娠反应的药物“反应停反应停”十十分流行。分流行。但随后发现畸形儿的出生率明显增高但随后发现畸形儿的出生率明显增高(海豹肢症海豹肢症)，而且生，而且生产畸形儿的妇女大多曾服用产畸形儿的妇女大多曾服用“反应停反应停”。采用采用Ames试验发现这种物质的确具有很强的致突变作用，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。因此这种药物被禁止使用。药品开发过程中，必须有药品开发过程中，必须有“三致三致”实验的数据，才能够实验的数据，才能够获得批准。获得批准。目前，在临床医生的严格指导下，我国众多皮肤科、免目前，在临床医生的严格指导下，我国众多皮肤科、免疫科和肿瘤科的患者正在接受着疫科和肿瘤科的患者正在接受着“沙利度胺沙利度胺”“反应停反应停”的治疗。的治疗。调查显示，孕妇怀孕时末次月经后第调查显示，孕妇怀孕时末次月经后第3434到到5050天是反应停作用的敏天是反应停作用的敏感期，在此时间段以外服用反应停，一般不会导致胎儿的出生缺陷。感期，在此时间段以外服用反应停，一般不会导致胎儿的出生缺陷。二、基因突变的机制二、基因突变的机制（一）自发突变的分子机制（一）自发突变的分子机制1、低剂量诱变因素的长期综合效应、低剂量诱变因素的长期综合效应外源性诱变因素：各种辐射、环境中低浓度诱变外源性诱变因素：各种辐射、环境中低浓度诱变剂、高温、宇宙射线等剂、高温、宇宙射线等内源性诱变因素：各种代谢物（如内源性诱变因素：各种代谢物（如H2O2、咖啡碱、咖啡碱、硫氰化合物）、转座因子硫氰化合物）、转座因子2、碱基结构的变化、碱基结构的变化AT；GC。据统计，碱基对发生自发突变的几率约为据统计，碱基对发生自发突变的几率约为10-810-9。T（酮式）变为（酮式）变为T（烯醇式），则（烯醇式），则TG。酮式酮式烯醇式互变异构烯醇式互变异构胺式胺式亚胺式互变异构亚胺式互变异构3、环出效应、环出效应DNA1023456789110234567891102891102345 67891序列序列3 3和序列和序列7 7配对成环配对成环碱碱基基结结构构的的变变化化（二）诱发变异的机制（二）诱发变异的机制1 1、化学诱变剂引起的突变、化学诱变剂引起的突变、化学诱变剂引起的突变、化学诱变剂引起的突变（1 1）碱基对）碱基对）碱基对）碱基对直接置换（即一对碱基被另一对碱基所直接置换（即一对碱基被另一对碱基所直接置换（即一对碱基被另一对碱基所直接置换（即一对碱基被另一对碱基所置换置换置换置换,分为转换和颠换。）分为转换和颠换。）分为转换和颠换。）分为转换和颠换。）如：如：如：如：常用的常用的常用的常用的亚硝酸、羟胺和各种烷化剂（硫酸二乙酯，甲亚硝酸、羟胺和各种烷化剂（硫酸二乙酯，甲基磺酸乙酯，基磺酸乙酯，N-甲基甲基-N硝基硝基-N-亚硝基胍，亚硝基胍，N-甲基甲基-N-亚亚硝基脲，乙烯亚胺，环氧乙酸，氮芥等）。硝基脲，乙烯亚胺，环氧乙酸，氮芥等）。亚硝酸的诱变机制亚硝酸的诱变机制亚硝酸的诱变机制亚硝酸的诱变机制,使碱基发生氧化脱氨，腺使碱基发生氧化脱氨，腺嘌呤嘌呤嘌呤嘌呤A A变成次黄嘌呤变成次黄嘌呤变成次黄嘌呤变成次黄嘌呤HH，胞嘧啶，胞嘧啶，胞嘧啶，胞嘧啶C C变成尿嘧啶变成尿嘧啶变成尿嘧啶变成尿嘧啶U U。能引起颠换的诱变剂很少，只是部分烷化剂才有。能引起颠换的诱变剂很少，只是部分烷化剂才有。腺嘌呤经氧化脱氨后变成烯醇式次黄嘌呤（腺嘌呤经氧化脱氨后变成烯醇式次黄嘌呤（腺嘌呤经氧化脱氨后变成烯醇式次黄嘌呤（腺嘌呤经氧化脱氨后变成烯醇式次黄嘌呤（HeHe），），），），HeHe通过互变异构效应形成酮式次黄嘌呤（通过互变异构效应形成酮式次黄嘌呤（通过互变异构效应形成酮式次黄嘌呤（通过互变异构效应形成酮式次黄嘌呤（HKHK）。DNADNA双链第一次复制，结果双链第一次复制，结果双链第一次复制，结果双链第一次复制，结果HkHk在在在在6 6位上含有酮基，故位上含有酮基，故位上含有酮基，故位上含有酮基，故只能与只能与只能与只能与6 6位上含有氨基的胞嘧啶位上含有氨基的胞嘧啶位上含有氨基的胞嘧啶位上含有氨基的胞嘧啶C C配对。配对。配对。配对。DNADNA双链第二次复制，其中胞嘧啶（双链第二次复制，其中胞嘧啶（双链第二次复制，其中胞嘧啶（双链第二次复制，其中胞嘧啶（C C）正常与鸟嘌）正常与鸟嘌）正常与鸟嘌）正常与鸟嘌呤（呤（呤（呤（G G）配对，使）配对，使）配对，使）配对，使A-T G-C A-T G-C，从而实现转换。，从而实现转换。，从而实现转换。，从而实现转换。当胞嘧啶被氧化成尿嘧啶（当胞嘧啶被氧化成尿嘧啶（当胞嘧啶被氧化成尿嘧啶（当胞嘧啶被氧化成尿嘧啶（U U）时，也可实现）时，也可实现）时，也可实现）时，也可实现G-C G-C A-T A-T。ATGCATGCGCATGCAT碱基置换在编码蛋白的基因中的可能作用：碱基置换在编码蛋白的基因中的可能作用：DNA单一单一密码子的改变产生不同的蛋白。密码子的改变产生不同的蛋白。（2 2）碱）碱）碱）碱基类似物引起的间接置换（基类似物引起的间接置换（基类似物引起的间接置换（基类似物引起的间接置换（5-BU5-BU，5-AU5-AU，8-NG8-NG）5-BU5-BU是是是是T T的结构的结构的结构的结构类似物，类似物，类似物，类似物，一般以酮式状态一般以酮式状态一般以酮式状态一般以酮式状态存在，可与存在，可与存在，可与存在，可与A A配对；配对；配对；配对；有时以烯醇式状态有时以烯醇式状态有时以烯醇式状态有时以烯醇式状态存在，当存在，当存在，当存在，当DNADNA进进进进行复制时，就只能行复制时，就只能行复制时，就只能行复制时，就只能与与与与GG配对。配对。配对。配对。GG再正常的与再正常的与再正常的与再正常的与C C配对，完成配对，完成配对，完成配对，完成A-TA-T转转转转换成换成换成换成G-CG-C。硝酸与硝酸与5-BU的诱变机制异同的诱变机制异同亚硝酸亚硝酸5-BU直接作用于原有碱基，改变其结构直接作用于原有碱基，改变其结构掺入掺入DNA代谢，替代正常碱基代谢，替代正常碱基对繁殖细胞、休止细胞都有作用对繁殖细胞、休止细胞都有作用仅对繁殖细胞有作用仅对繁殖细胞有作用子二代出现转换子二代出现转换子三代出现转换子三代出现转换可发生回复突变可发生回复突变可发生回复突变可发生回复突变（2）移码突变（）移码突变（frame-shiftmutation）一种诱变剂引起一种诱变剂引起一种诱变剂引起一种诱变剂引起DNADNA分子中一个或几个核苷酸分子中一个或几个核苷酸分子中一个或几个核苷酸分子中一个或几个核苷酸的增加或缺失，从而造成突变点以后的全部遗传的增加或缺失，从而造成突变点以后的全部遗传的增加或缺失，从而造成突变点以后的全部遗传的增加或缺失，从而造成突变点以后的全部遗传密码的转录和翻译都发生错误。密码的转录和翻译都发生错误。密码的转录和翻译都发生错误。密码的转录和翻译都发生错误。例，原黄素、吖啶黄等吖啶类染料均可引起移例，原黄素、吖啶黄等吖啶类染料均可引起移例，原黄素、吖啶黄等吖啶类染料均可引起移例，原黄素、吖啶黄等吖啶类染料均可引起移码突变，增加一个碱基的距离，码突变，增加一个碱基的距离，码突变，增加一个碱基的距离，码突变，增加一个碱基的距离，3.43.4。（3）染色体畸变）染色体畸变某些理化因子，引起某些理化因子，引起某些理化因子，引起某些理化因子，引起DNADNADNADNA的大损伤。包括染色体结构的大损伤。包括染色体结构的大损伤。包括染色体结构的大损伤。包括染色体结构上的缺失、重复、插入、易位和倒位，也包括染色体上的缺失、重复、插入、易位和倒位，也包括染色体上的缺失、重复、插入、易位和倒位，也包括染色体上的缺失、重复、插入、易位和倒位，也包括染色体数目的变化。数目的变化。数目的变化。数目的变化。缺失缺失缺失缺失 是指染色体丢掉了某一区段。因而会失去是指染色体丢掉了某一区段。因而会失去是指染色体丢掉了某一区段。因而会失去是指染色体丢掉了某一区段。因而会失去某些基因，并直接影响到基因的排列顺序、基因间的某些基因，并直接影响到基因的排列顺序、基因间的某些基因，并直接影响到基因的排列顺序、基因间的某些基因，并直接影响到基因的排列顺序、基因间的相互关系。相互关系。相互关系。相互关系。重复重复重复重复 是指染色体上个别区段的增加。是指染色体上个别区段的增加。是指染色体上个别区段的增加。是指染色体上个别区段的增加。倒位倒位倒位倒位 是指正常染色体的某区段断裂后，断裂的是指正常染色体的某区段断裂后，断裂的是指正常染色体的某区段断裂后，断裂的是指正常染色体的某区段断裂后，断裂的片段倒转片段倒转片段倒转片段倒转180180180180度又重新连接愈合。度又重新连接愈合。度又重新连接愈合。度又重新连接愈合。易位易位易位易位 是染色体上一区段断裂后再顺向或逆向地是染色体上一区段断裂后再顺向或逆向地是染色体上一区段断裂后再顺向或逆向地是染色体上一区段断裂后再顺向或逆向地插入到同一条染色体的其他部位上。对于染色体间畸插入到同一条染色体的其他部位上。对于染色体间畸插入到同一条染色体的其他部位上。对于染色体间畸插入到同一条染色体的其他部位上。对于染色体间畸变，则指非同源染色体间的易位。变，则指非同源染色体间的易位。变，则指非同源染色体间的易位。变，则指非同源染色体间的易位。诱变因素诱变因素诱变因素诱变因素在在在在DNADNA上的初级效应上的初级效应上的初级效应上的初级效应 遗传效应遗传效应遗传效应遗传效应碱基类似物碱基类似物碱基类似物碱基类似物 掺入作用掺入作用掺入作用掺入作用 AT=GCAT=GC双向转换双向转换双向转换双向转换 羟羟羟羟 胺胺胺胺 与胞嘧啶起反应与胞嘧啶起反应与胞嘧啶起反应与胞嘧啶起反应GCATGCAT的转换的转换的转换的转换 亚硝酸亚硝酸亚硝酸亚硝酸 A A、G G、C C的氧化脱氨作用的氧化脱氨作用的氧化脱氨作用的氧化脱氨作用AT=GCAT=GC双向转换双向转换双向转换双向转换 交交交交 联联联联 缺失缺失缺失缺失 烷化剂烷化剂烷化剂烷化剂 烷化碱基（主要是烷化碱基（主要是烷化碱基（主要是烷化碱基（主要是G G）AT=GCAT=GC双向转换双向转换双向转换双向转换 烷化磷酸基团烷化磷酸基团烷化磷酸基团烷化磷酸基团 ATTAATTA的颠换的颠换的颠换的颠换 丧失烷化的嘌呤丧失烷化的嘌呤丧失烷化的嘌呤丧失烷化的嘌呤 GCCGGCCG的颠换的颠换的颠换的颠换糖糖糖糖-磷酸骨架的断裂磷酸骨架的断裂磷酸骨架的断裂磷酸骨架的断裂巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）丫啶类丫啶类丫啶类丫啶类 碱基之间的相互作用（双链变形）碱基之间的相互作用（双链变形）碱基之间的相互作用（双链变形）碱基之间的相互作用（双链变形）码组移动（或）码组移动（或）码组移动（或）码组移动（或）紫外线紫外线紫外线紫外线 形成嘧啶的水合物形成嘧啶的水合物形成嘧啶的水合物形成嘧啶的水合物 GCATGCAT转换转换转换转换 形成嘧啶的二聚体形成嘧啶的二聚体形成嘧啶的二聚体形成嘧啶的二聚体码组移动（或）码组移动（或）码组移动（或）码组移动（或）交交交交 联联联联 电离辐射电离辐射电离辐射电离辐射 碱基的羟基化核降解碱基的羟基化核降解碱基的羟基化核降解碱基的羟基化核降解 AT=GCAT=GC双向转换双向转换双向转换双向转换 DNADNA降解降解降解降解 码组移动（或）码组移动（或）码组移动（或）码组移动（或）糖糖糖糖-磷酸骨架的断裂磷酸骨架的断裂磷酸骨架的断裂磷酸骨架的断裂巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）丧失嘌呤丧失嘌呤丧失嘌呤丧失嘌呤 加热加热加热加热 C C脱氨基脱氨基脱氨基脱氨基 CGTACGTA转换转换转换转换 MuMu噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体 结合到一个基因中间结合到一个基因中间结合到一个基因中间结合到一个基因中间 码组移动码组移动码组移动码组移动若干诱变剂的作用机制及诱变功能（往往不止单种功能）若干诱变剂的作用机制及诱变功能（往往不止单种功能）（四）突变的修复（四）突变的修复*以紫外线照射形成的胸腺嘧啶二聚体的修复为例以紫外线照射形成的胸腺嘧啶二聚体的修复为例1.1.光复活光复活 经紫外线照射后的微经紫外线照射后的微生物立即暴露于可见光生物立即暴露于可见光下时，可明显降低其死下时，可明显降低其死亡率的现象，称为光复亡率的现象，称为光复活作用。活作用。光复活酶，又称光裂光复活酶，又称光裂解酶解酶2.2.暗修复暗修复 主要指切除修复。主要指切除修复。是是细胞内的主要修细胞内的主要修复系统。复系统。3、重组修复、重组修复这是在这是在DNA复制复制时进行的一种越过时进行的一种越过损伤的修复。损伤的修复。一般认为，一般认为，SOS修复系统是紫外线诱发突变的主要原因修复系统是紫外线诱发突变的主要原因。4、SOS修复修复指指DNA受到严重受到严重损伤、细胞处于危损伤、细胞处于危急状态时所诱导的急状态时所诱导的一种一种DNA修复方式。修复方式。修复结果只是能修复结果只是能维持基因组的完整维持基因组的完整性性,提高细胞的生成提高细胞的生成率率,但留下的错误较但留下的错误较多多,使细胞有较高的使细胞有较高的突变率。突变率。三、菌种选育三、菌种选育（一）自发突变与育种（一）自发突变与育种从生产中选育、定向培养优良菌种从生产中选育、定向培养优良菌种（卡介苗（卡介苗（卡介苗（卡介苗(BCG)(BCG)是法国科学家是法国科学家是法国科学家是法国科学家CalmetteCalmette和和和和C CGuerinGuerin经历了经历了经历了经历了l3l3年时间，把牛型结核分支杆菌接在牛胆汁、甘油、马铃薯培年时间，把牛型结核分支杆菌接在牛胆汁、甘油、马铃薯培年时间，把牛型结核分支杆菌接在牛胆汁、甘油、马铃薯培年时间，把牛型结核分支杆菌接在牛胆汁、甘油、马铃薯培养基上，连续转接了养基上，连续转接了养基上，连续转接了养基上，连续转接了230230代，才在代，才在代，才在代，才在19231923年成功地获得。）年成功地获得。）年成功地获得。）年成功地获得。）特点：自发突变频率很低，培育新种的过特点：自发突变频率很低，培育新种的过程十分缓慢程十分缓慢（二）诱变育种（二）诱变育种1挑选优良的出发菌株，挑选优良的出发菌株，2选择简便有效的诱变剂，选择简便有效的诱变剂，3处理单孢子（细胞）菌悬液，处理单孢子（细胞）菌悬液，4选用最适剂量，选用最适剂量，5充分利用复合处理的协同效应，充分利用复合处理的协同效应，6设计或采用高效筛选方案或方法设计或采用高效筛选方案或方法（三）杂交育种（三）杂交育种（细胞水平）（细胞水平）（四）基因工程（四）基因工程第三节第三节基因的转移和重组基因的转移和重组基因重组基因重组基因重组基因重组（generecombinantgenerecombinant）两个不同个体内的遗传基因转移到一起，经过遗传两个不同个体内的遗传基因转移到一起，经过遗传两个不同个体内的遗传基因转移到一起，经过遗传两个不同个体内的遗传基因转移到一起，经过遗传分子间的重新组合，形成新遗传型个体的方法。分子间的重新组合，形成新遗传型个体的方法。分子间的重新组合，形成新遗传型个体的方法。分子间的重新组合，形成新遗传型个体的方法。原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组转化（转化（转化（转化（transformationtransformation）游离）游离）游离）游离DNADNA分子分子分子分子+感受态细胞感受态细胞感受态细胞感受态细胞接合（接合（接合（接合（conjugationconjugation）细胞与细胞的直接接触）细胞与细胞的直接接触）细胞与细胞的直接接触）细胞与细胞的直接接触转导（转导（转导（转导（transductiontransduction）由噬菌体介导）由噬菌体介导）由噬菌体介导）由噬菌体介导原生质体融合原生质体融合原生质体融合原生质体融合（protoplastfusionprotoplastfusion）一、转化（一、转化（transformation）受体菌（受体菌（recipient）接受供体菌（）接受供体菌（donor）裸露的）裸露的DNA片段，从而获得供体菌部分遗传性状的现象。片段，从而获得供体菌部分遗传性状的现象。范围：范围：转化现象最早发现于肺炎链球菌，目前转化现象最早发现于肺炎链球菌，目前了解，了解，许多革兰氏阳性菌和阴性菌均能进许多革兰氏阳性菌和阴性菌均能进行转化，行转化，如嗜血杆菌、芽胞杆菌等。大肠如嗜血杆菌、芽胞杆菌等。大肠杆菌、葡萄球菌、假单胞菌及链霉菌等需杆菌、葡萄球菌、假单胞菌及链霉菌等需经人工处理后才能进行转化。经人工处理后才能进行转化。1 1、转化的条件、转化的条件（1）供体）供体DNA片段的大小，片段的大小，MW为为106-108，同源，同源（一般（一般30%以上即认为同源性较高）、未变性。以上即认为同源性较高）、未变性。（2）受体菌的生理状态）受体菌的生理状态感受态感受态受体菌能吸收外源裸露受体菌能吸收外源裸露DNA片段的暂时片段的暂时性生理状态性生理状态n与菌的特异性、生理状态、菌龄及培养条件等有关；与菌的特异性、生理状态、菌龄及培养条件等有关；nCa2+、Mg2+；冷热激处理；冷热激处理2 2 2 2、转化过程、转化过程、转化过程、转化过程-肺炎链球菌为例肺炎链球菌为例肺炎链球菌为例肺炎链球菌为例（1 1）吸附）吸附）吸附）吸附双链双链双链双链DNADNA与感受态细胞表面受体结合与感受态细胞表面受体结合与感受态细胞表面受体结合与感受态细胞表面受体结合（数分钟）。（数分钟）。（数分钟）。（数分钟）。（2 2）吸收）吸收）吸收）吸收转化转化转化转化DNADNA双链经核酸酶作用，其中一双链经核酸酶作用，其中一双链经核酸酶作用，其中一双链经核酸酶作用，其中一条链降解，另一条链进入细胞。低浓度溶菌酶可条链降解，另一条链进入细胞。低浓度溶菌酶可条链降解，另一条链进入细胞。低浓度溶菌酶可条链降解，另一条链进入细胞。低浓度溶菌酶可提高细胞壁的通透性，从而提高转化率。提高细胞壁的通透性，从而提高转化率。提高细胞壁的通透性，从而提高转化率。提高细胞壁的通透性，从而提高转化率。（3 3）重组）重组）重组）重组供体菌单链供体菌单链供体菌单链供体菌单链DNADNA片段片段片段片段受体菌染色体组的同源受体菌染色体组的同源受体菌染色体组的同源受体菌染色体组的同源区段配对区段配对区段配对区段配对受体菌原相应单链被切除受体菌原相应单链被切除受体菌原相应单链被切除受体菌原相应单链被切除整合、整合、整合、整合、取代、连链（取代、连链（取代、连链（取代、连链（DNADNA连接酶）连接酶）连接酶）连接酶）杂合杂合杂合杂合DNADNA区段区段区段区段复复复复制制制制重组子重组子重组子重组子（4 4）DNADNA复制与细胞分裂复制与细胞分裂复制与细胞分裂复制与细胞分裂供体菌部分遗传性状延供体菌部分遗传性状延供体菌部分遗传性状延供体菌部分遗传性状延续。续。续。续。同源区段配对同源区段配对复制与分离复制与分离n n 3 3 3 3、转化的类型、转化的类型、转化的类型、转化的类型（1）自然遗传转化自然遗传转化自然感受态的出现是细胞一定生长阶段的生理特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。是自然界基因交换的性，受细菌自身的基因控制。是自然界基因交换的重要方式。重要方式。（2）人工转化人工转化人工感受态则是通过人为诱导的方法，使细胞具人工感受态则是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取有摄取DNA的能力，或人为地将的能力，或人为地将DNA导入细胞内。导入细胞内。（3）原生质体转化原生质体转化 特殊的转化特殊的转化转染（转染（transfection）提取噬菌体或病毒的提取噬菌体或病毒的DNA/RNA来转化感来转化感受态的受体菌，并产生正常子代病毒或噬受态的受体菌，并产生正常子代病毒或噬菌体。菌体。(区别于真核生物的转染区别于真核生物的转染)二、接合（二、接合（conjugation）通过供体菌与受体菌细胞之间的直接接触，通过供体菌与受体菌细胞之间的直接接触，遗传物质自供体菌转移入受体菌（原核微生遗传物质自供体菌转移入受体菌（原核微生物遗传物质转移方式，较广泛）。物遗传物质转移方式，较广泛）。范围：范围：革兰氏阴性菌中几乎所有的肠道菌科革兰氏阴性菌中几乎所有的肠道菌科的细菌，革兰氏阳性菌中的链球菌、枯的细菌，革兰氏阳性菌中的链球菌、枯草杆菌、葡萄球菌、厌氧菌以及链霉菌草杆菌、葡萄球菌、厌氧菌以及链霉菌等。等。“U”型管实验型管实验（BernardDavis，1950）证实接合过程需要细胞间的直接接触证实接合过程需要细胞间的直接接触 U形管中间形管中间的滤板，允许的滤板，允许培养基的营养培养基的营养物质通过，但物质通过，但细菌无法通过。细菌无法通过。F因子（因子（F质粒质粒/致育因子）致育因子）1、性状、性状含含F质粒菌株，有质粒菌株，有1-4根性菌毛；根性菌毛；2、特点、特点F因子可游离于细胞内，也可插入因子可游离于细胞内，也可插入或整合到染色体上（附加体）；或整合到染色体上（附加体）；3、F因子的分子量通常为因子的分子量通常为5107，上面有编码，上面有编码细菌产生性菌毛（细菌产生性菌毛（sexpili）及控制接合过程）及控制接合过程进行的进行的20多个基因。多个基因。4、F因子的四种细胞形式因子的四种细胞形式n n根据细胞中是否存在根据细胞中是否存在根据细胞中是否存在根据细胞中是否存在F F因子以及其存在方式的不因子以及其存在方式的不因子以及其存在方式的不因子以及其存在方式的不同，把同，把同，把同，把E.coliE.coli分成四种菌株。分成四种菌株。分成四种菌株。分成四种菌株。F F菌株：不含菌株：不含菌株：不含菌株：不含F F因子，没有性菌毛，但可以通过因子，没有性菌毛，但可以通过因子，没有性菌毛，但可以通过因子，没有性菌毛，但可以通过接合作用接收接合作用接收接合作用接收接合作用接收F F因子而变成雄性菌株（因子而变成雄性菌株（因子而变成雄性菌株（因子而变成雄性菌株（F F+）；）；）；）；F F菌株：菌株：菌株：菌株：F F因子独立