微生物的遗传和育种.ppt

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1、第七章第七章 微生物的遗传变异和育种微生物的遗传变异和育种(Microbial genetics and breeding)遗传变异的物质基础遗传变异的物质基础基因突变和微生物育种基因突变和微生物育种基因重组和杂交育种基因重组和杂交育种基因工程基因工程菌种的衰退、复壮和保藏菌种的衰退、复壮和保藏内内容容第一节第一节第一节第一节 微生物遗传变异的物质基础微生物遗传变异的物质基础微生物遗传变异的物质基础微生物遗传变异的物质基础 一、证明核酸是遗传变异物质基础的经典实验一、证明核酸是遗传变异物质基础的经典实验一、证明核酸是遗传变异物质基础的经典实验一、证明核酸是遗传变异物质基础的经典实验 vv（一）

2、肺炎双球菌的转化实验（一）肺炎双球菌的转化实验vv（二）噬菌体的感染实验（二）噬菌体的感染实验vv（三）烟草花叶病毒的拆开与重（三）烟草花叶病毒的拆开与重组实验组实验 遗传物质类型遗传物质类型遗传物质类型遗传物质类型核基因组核基因组核基因组核基因组核外染色体核外染色体核外染色体核外染色体真核生物真核生物真核生物真核生物细胞质基因细胞质基因细胞质基因细胞质基因线粒体线粒体线粒体线粒体叶绿体等叶绿体等叶绿体等叶绿体等共生生物共生生物共生生物共生生物2 2 mm质粒等质粒等质粒等质粒等原核生物原核生物原核生物原核生物F F因子（因子（因子（因子（F F质粒）质粒）质粒）质粒）R R因子（因子（因子（

3、因子（R R质粒）质粒）质粒）质粒）ColCol质粒质粒质粒质粒TiTi质粒质粒质粒质粒巨大质粒巨大质粒巨大质粒巨大质粒降解性质粒等降解性质粒等降解性质粒等降解性质粒等二、遗传物质在细胞中的存在方式二、遗传物质在细胞中的存在方式l l核基因组：又称染色体基因组或基因组，核基因组：又称染色体基因组或基因组，是一个物种的单倍体是一个物种的单倍体细胞核细胞核内的全部内的全部 DNA分子。分子。l l基因：编码蛋白质或基因：编码蛋白质或RNA等具有特定功等具有特定功能产物的遗传信息的基本单位，是染色体能产物的遗传信息的基本单位，是染色体或基因组的一段或基因组的一段DNA序列序列。（一）（一）核基因组和

4、基因核基因组和基因1、原核生物的基因组原核生物的基因组vv(1)(1)小，为双链的小，为双链的小，为双链的小，为双链的DNADNA分子，一般具有单一的复制起点；分子，一般具有单一的复制起点；分子，一般具有单一的复制起点；分子，一般具有单一的复制起点；vv(2)(2)基因组上遗传信息具有连续性；基因组上遗传信息具有连续性；基因组上遗传信息具有连续性；基因组上遗传信息具有连续性；vv(3)(3)功能相关的基因构成操纵子或形成重叠基因，且常转录功能相关的基因构成操纵子或形成重叠基因，且常转录功能相关的基因构成操纵子或形成重叠基因，且常转录功能相关的基因构成操纵子或形成重叠基因，且常转录为多顺反子为多

5、顺反子为多顺反子为多顺反子mRNA(mRNA(一个顺反子决定一条多肽链一个顺反子决定一条多肽链一个顺反子决定一条多肽链一个顺反子决定一条多肽链 )。vv(4)(4)基因组的重复序列少而短；基因组的重复序列少而短；基因组的重复序列少而短；基因组的重复序列少而短；vv(5)(5)结构基因的单拷贝及结构基因的单拷贝及结构基因的单拷贝及结构基因的单拷贝及rRNArRNA基因的多拷贝。基因的多拷贝。基因的多拷贝。基因的多拷贝。细菌染色体细菌染色体DNA的大小和结构的大小和结构乳糖操纵子乳糖操纵子 一半乳糖苷透性酶一半乳糖苷透性酶一半乳糖苷透性酶一半乳糖苷透性酶-半乳糖苷乙酰转移酶半乳糖苷乙酰转移酶半乳糖

6、苷乙酰转移酶半乳糖苷乙酰转移酶-半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶（1 1）典型的染色体结构典型的染色体结构典型的染色体结构典型的染色体结构，大，具有许多复制起点；，大，具有许多复制起点；，大，具有许多复制起点；，大，具有许多复制起点；（2 2）一个基因组包含若干染色体，一般不呈环状；）一个基因组包含若干染色体，一般不呈环状；）一个基因组包含若干染色体，一般不呈环状；）一个基因组包含若干染色体，一般不呈环状；（3 3）功能上密切相关的基因集中程度不如原核生物，很少有）功能上密切相关的基因集中程度不如原核生物，很少有）功能上密切相关的基因集中程度不如原核生物，很少有）功能上密切相关的基因集

7、中程度不如原核生物，很少有关于操纵子的报道，一般为单顺反子；关于操纵子的报道，一般为单顺反子；关于操纵子的报道，一般为单顺反子；关于操纵子的报道，一般为单顺反子；（4 4）基因不连续，分外显子和内含子；）基因不连续，分外显子和内含子；）基因不连续，分外显子和内含子；）基因不连续，分外显子和内含子；（5 5）有大量重复序列，有很多是不编码序列。）有大量重复序列，有很多是不编码序列。）有大量重复序列，有很多是不编码序列。）有大量重复序列，有很多是不编码序列。2、真核微生物的基因组、真核微生物的基因组真核生物细胞中的DNA中只有不到5的DNA用于所需蛋白质的基因表达，其余的DNA起“结构”作用或“调

8、节”作用。DNA被紧密地包装在多条染色体中，每条染色体中含有一个线状DNA分子，它以左手螺旋方向围着一个个组蛋白八聚体绕圈1.8周，形成串珠状的染色质，被串在一起的小颗粒称为核小体，染色质进一步卷曲形成每圈6个核小体、直径30 nm的染色质丝，它折叠成许多超螺旋环附着在中央骨架上。真核生物的染色体结构真核生物的染色体结构 真核生物基因结构真核生物基因结构3 3、基因的命名、基因的命名、基因的命名、基因的命名三字命名法三字命名法三字命名法三字命名法（1 1）基因名称一般用三个小写字母表示，且排成斜体；）基因名称一般用三个小写字母表示，且排成斜体；）基因名称一般用三个小写字母表示，且排成斜体；）基

9、因名称一般用三个小写字母表示，且排成斜体；例：赖氨酸基因：例：赖氨酸基因：例：赖氨酸基因：例：赖氨酸基因：lysinelysinelyslysLysLys （基因）（基因）（基因）（基因）（基因产物）（基因产物）（基因产物）（基因产物）（2 2）产生同一突变型表型的不同基因，用三个字母后面所加）产生同一突变型表型的不同基因，用三个字母后面所加）产生同一突变型表型的不同基因，用三个字母后面所加）产生同一突变型表型的不同基因，用三个字母后面所加的斜体大写字母表示；的斜体大写字母表示；的斜体大写字母表示；的斜体大写字母表示；例：组氨酸基因例：组氨酸基因例：组氨酸基因例：组氨酸基因hishis;各组氨

10、酸基因各组氨酸基因各组氨酸基因各组氨酸基因hisAhisA；hisBhisB（3 3）抗性基因，一般把）抗性基因，一般把）抗性基因，一般把）抗性基因，一般把“抗抗抗抗”用大写用大写用大写用大写R R注在基因符号右上角。注在基因符号右上角。注在基因符号右上角。注在基因符号右上角。如抗链霉素的基因为如抗链霉素的基因为如抗链霉素的基因为如抗链霉素的基因为strstrR R。（二）原核生物的质粒（二）原核生物的质粒定定定定义义义义：是是是是一一一一类类类类小小小小型型型型共共共共价价价价闭闭闭闭合合合合环环环环状状状状的的的的超超超超螺螺螺螺旋旋旋旋dsDNAdsDNA分子分子分子分子(circula

11、r(circular covalentlycovalently closed DNA,closed DNA,cccDNAcccDNA)。大大大大小小小小：大大大大小小小小为为为为1.5-300kb1.5-300kb，相相相相对对对对分分分分子子子子量量量量10106 610108 8DaDa，携带有，携带有，携带有，携带有数个到数十个甚至上百个基因数个到数十个甚至上百个基因数个到数十个甚至上百个基因数个到数十个甚至上百个基因。性质：性质：质质质质粒粒粒粒是是是是一一一一种种种种复复复复制制制制子子子子，根根根根据据据据自自自自我我我我复复复复制制制制能能能能力力力力的的的的不不不不同同同同，分

12、为严紧型复制控制和松弛型复制控制两种。分为严紧型复制控制和松弛型复制控制两种。分为严紧型复制控制和松弛型复制控制两种。分为严紧型复制控制和松弛型复制控制两种。在在在在细细细细胞胞胞胞质质质质中中中中独独独独立立立立存存存存在在在在，也也也也可可可可以以以以整整整整合合合合入入入入染染染染色色色色体体体体上上上上，以附加体的形式存在；以附加体的形式存在；以附加体的形式存在；以附加体的形式存在；对于细菌的生存并不是必要的。对于细菌的生存并不是必要的。对于细菌的生存并不是必要的。对于细菌的生存并不是必要的。受理化因素影响，可消除。受理化因素影响，可消除。受理化因素影响，可消除。受理化因素影响，可消除

13、。功功能能：进进行行细细胞胞间间接接合合，并并带带有有一一些些基基因因，如如产产生生毒毒素素、抗抗药药性性、固固氮氮、产产生生酶酶类类、降降解功能等。解功能等。存在范围：很多细菌等。存在范围：很多细菌等。制备和鉴定：本质是制备和鉴定：本质是DNA应用：基因工程中的载体。应用：基因工程中的载体。（一）（一）基因工程中应用的质粒基因工程中应用的质粒 作为克隆载体的质粒应具备以下特点：作为克隆载体的质粒应具备以下特点：作为克隆载体的质粒应具备以下特点：作为克隆载体的质粒应具备以下特点：1 1、体积小，便于、体积小，便于、体积小，便于、体积小，便于DNADNA的分离和培养；的分离和培养；的分离和培养；

14、的分离和培养；2 2、分子量相对较小，呈环状，化学分离过程中保持、分子量相对较小，呈环状，化学分离过程中保持、分子量相对较小，呈环状，化学分离过程中保持、分子量相对较小，呈环状，化学分离过程中保持性能稳定；性能稳定；性能稳定；性能稳定；3 3、有不受核基因组独立的复制起始点；、有不受核基因组独立的复制起始点；、有不受核基因组独立的复制起始点；、有不受核基因组独立的复制起始点；4 4、能稳定存在于细菌体内，有较高的拷贝数；、能稳定存在于细菌体内，有较高的拷贝数；、能稳定存在于细菌体内，有较高的拷贝数；、能稳定存在于细菌体内，有较高的拷贝数；5 5、具有、具有、具有、具有1 1个以上的遗传标志，便

15、于筛选；个以上的遗传标志，便于筛选；个以上的遗传标志，便于筛选；个以上的遗传标志，便于筛选；（1）pBR322质粒质粒（2）pUC质粒质粒2674bp2674bp（1）F质粒质粒100Kb100Kb转移区：负责合成和装配转移区：负责合成和装配转移区：负责合成和装配转移区：负责合成和装配性菌毛（约性菌毛（约性菌毛（约性菌毛（约2828个基因）个基因）个基因）个基因）重组区：含有多个插入顺重组区：含有多个插入顺重组区：含有多个插入顺重组区：含有多个插入顺序，通过这些插入顺序进序，通过这些插入顺序进序，通过这些插入顺序进序，通过这些插入顺序进行同源重组行同源重组行同源重组行同源重组 复制区：两个复制

16、起始复制区：两个复制起始复制区：两个复制起始复制区：两个复制起始点：一个是点：一个是点：一个是点：一个是OriSOriS，供给，供给，供给，供给F F因因因因子在宿主中自主复制时使子在宿主中自主复制时使子在宿主中自主复制时使子在宿主中自主复制时使用；另一个是用；另一个是用；另一个是用；另一个是OriTOriT，供接，供接，供接，供接合时进行滚环复制的起始合时进行滚环复制的起始合时进行滚环复制的起始合时进行滚环复制的起始点。点。点。点。（二）（二）几种典型的质粒几种典型的质粒R100抗性转移因子抗性转移因子抗性转移因子抗性转移因子抗性决定抗性决定抗性决定抗性决定R R因子因子因子因子抗抗抗抗性性

17、性性转转转转移移移移因因因因子子子子：控控控控制质粒制质粒制质粒制质粒copycopy数及复制数及复制数及复制数及复制抗抗抗抗性性性性决决决决定定定定R R因因因因子子子子含含含含有各种抗性基因。有各种抗性基因。有各种抗性基因。有各种抗性基因。（2）R质粒质粒又称大肠杆菌素质粒或产大肠杆菌素因子。又称大肠杆菌素质粒或产大肠杆菌素因子。大肠杆菌素大肠杆菌素是由是由E.coli的某些菌株所分泌的的某些菌株所分泌的细菌素，能通过抑制复制、转录、转译或细菌素，能通过抑制复制、转录、转译或能量代谢等而专一地杀死其它肠道细菌。能量代谢等而专一地杀死其它肠道细菌。大肠杆菌素都是由大肠杆菌素都是由Col质粒质

18、粒编码的。编码的。（3）Col质粒质粒200Kb200Kb(4)Ti质粒质粒T-DNA的染色体的染色体整合机制整合机制乙酰丁香酸乙酰丁香酸乙酰丁香酸乙酰丁香酸羟基乙酰丁香酸羟基乙酰丁香酸羟基乙酰丁香酸羟基乙酰丁香酸只在只在只在只在假单胞菌属假单胞菌属假单胞菌属假单胞菌属中发现。中发现。中发现。中发现。降降降降解解解解性性性性质质质质粒粒粒粒是是是是一一一一系系系系列列列列能能能能降降降降解解解解复复复复杂杂杂杂物物物物质质质质的的的的酶酶酶酶编编编编码码码码，从而能利用一般细菌所难以分解的物质做碳源。从而能利用一般细菌所难以分解的物质做碳源。从而能利用一般细菌所难以分解的物质做碳源。从而能利用

19、一般细菌所难以分解的物质做碳源。这这这这些些些些质质质质粒粒粒粒以以以以其其其其所所所所分分分分解解解解的的的的底底底底物物物物命命命命名名名名，例例例例如如如如有有有有分分分分解解解解CAMCAM（樟樟樟樟 脑脑脑脑）质质质质 粒粒粒粒，XYLXYL（二二二二 甲甲甲甲 苯苯苯苯）质质质质 粒粒粒粒，SALSAL（水水水水杨杨杨杨酸酸酸酸）质质质质粒粒粒粒，MDLMDL（扁扁扁扁桃桃桃桃酸酸酸酸）质质质质粒粒粒粒，NAPNAP（奈）质粒和奈）质粒和奈）质粒和奈）质粒和TOLTOL（甲苯）质粒等。甲苯）质粒等。甲苯）质粒等。甲苯）质粒等。（5 5）降解性质粒）降解性质粒近年来在根瘤菌属中发现的

20、一种质粒，近年来在根瘤菌属中发现的一种质粒，分子量为分子量为200300106Da，比一般质粒大几，比一般质粒大几十倍到几百倍，其上有一系列固氮基因。十倍到几百倍，其上有一系列固氮基因。(6)巨大质粒巨大质粒第二节第二节 基因突变和诱变育种基因突变和诱变育种一、基因突变一、基因突变一、基因突变一、基因突变vv突突突突变变变变：指指指指细细细细胞胞胞胞内内内内（病病病病毒毒毒毒内内内内）遗遗遗遗传传传传物物物物质质质质的的的的分分分分子子子子结构或数量突然发生的可遗传的变化。结构或数量突然发生的可遗传的变化。结构或数量突然发生的可遗传的变化。结构或数量突然发生的可遗传的变化。vv野野野野生生生生

21、型型型型：从从从从自自自自然然然然界界界界分分分分离离离离到到到到的的的的任任任任何何何何微微微微生生生生物物物物在在在在其其其其发生突变前的原始菌株。发生突变前的原始菌株。发生突变前的原始菌株。发生突变前的原始菌株。vv突变体：发生了突变的微生物细胞或菌株。突变体：发生了突变的微生物细胞或菌株。突变体：发生了突变的微生物细胞或菌株。突变体：发生了突变的微生物细胞或菌株。按是否容易、迅速地分离到发生突变的细胞来分：按是否容易、迅速地分离到发生突变的细胞来分：按是否容易、迅速地分离到发生突变的细胞来分：按是否容易、迅速地分离到发生突变的细胞来分：选择性突变株：选择性突变株：选择性突变株：选择性突

22、变株：具有选择标记具有选择标记具有选择标记具有选择标记（如营养缺陷性、抗（如营养缺陷性、抗（如营养缺陷性、抗（如营养缺陷性、抗性突变型、条件致死突变型），只要选择适当的环境性突变型、条件致死突变型），只要选择适当的环境性突变型、条件致死突变型），只要选择适当的环境性突变型、条件致死突变型），只要选择适当的环境条件，如培养基、温度、条件，如培养基、温度、条件，如培养基、温度、条件，如培养基、温度、pHpH值等，就比较容易检出和值等，就比较容易检出和值等，就比较容易检出和值等，就比较容易检出和分离到。分离到。分离到。分离到。非选择性突变株：非选择性突变株：非选择性突变株：非选择性突变株：无选择标记

23、无选择标记无选择标记无选择标记（如产量突变型、抗（如产量突变型、抗（如产量突变型、抗（如产量突变型、抗原突变型、形态突变型），检查大量菌落并找出差异。原突变型、形态突变型），检查大量菌落并找出差异。原突变型、形态突变型），检查大量菌落并找出差异。原突变型、形态突变型），检查大量菌落并找出差异。（一）基因突变的类型（一）基因突变的类型依表型的改变分为：依表型的改变分为：vv营养缺陷型营养缺陷型vv抗性突变型抗性突变型vv条件致死突变型条件致死突变型vv形态突变型形态突变型vv抗原突变型抗原突变型vv产量突变型产量突变型vv定定义义：某某一一细细胞胞在在每每一一世世代代中中发发生生某某一一性性状突

24、变的几率。状突变的几率。（二）突变率（二）突变率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vv菌菌菌菌 名名名名 突变性状突变性状突变性状突变性状突变率突变率突变率突变率vvE.coliE.coli抗抗抗抗T1T1噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体3 103 1088vvE.coliE.coli抗抗抗抗T3T3噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体1 101 1077 vvE.coliE.coli不发酵乳糖不发酵乳糖不发酵乳糖不发酵乳糖1 101 101010vvE.coliE.coli 抗紫外线抗紫外线抗紫外线抗紫外线1 101 1055vvS.S.aureusaureus 抗青霉素抗青霉素抗青霉素抗

25、青霉素1 101 1077vvS.aureusS.aureus 抗链霉素抗链霉素抗链霉素抗链霉素1 101 1099 vvSalmonella typhiSalmonella typhi抗抗抗抗2525 g/Lg/L链霉素链霉素链霉素链霉素1 101 1066 vvBacillus megateriumBacillus megaterium 抗异烟肼抗异烟肼抗异烟肼抗异烟肼5 105 1055（三）突变的特点（三）突变的特点不不对对应应性性：突突变变的的性性状状与与突突变变原原因因之之间间无无直直接的对应关系。接的对应关系。自自发发性性：突突变变可可以以在在没没有有人人为为诱诱变变因因素素处处

26、理理下自发地产生。下自发地产生。稀有性：突变率低且稳定。稀有性：突变率低且稳定。独立性：各种突变独立发生，不会互相影响。独立性：各种突变独立发生，不会互相影响。可诱发性：诱变剂可提高突变率。可诱发性：诱变剂可提高突变率。稳定性：变异性状稳定可遗传。稳定性：变异性状稳定可遗传。可逆性：从原始的野生型基因到变异株的可逆性：从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突变，从突变株回到野生型的突变称为正向突变，从突变株回到野生型的过程则称为回复突变或回变。过程则称为回复突变或回变。（四）基因突变的自发性和不对应性的证明（四）基因突变的自发性和不对应性的证明 在各种基因突变中，抗性突变最为常见。在各种基因

27、突变中，抗性突变最为常见。在各种基因突变中，抗性突变最为常见。在各种基因突变中，抗性突变最为常见。一种观点认为，突变是通过适应而发生的，即各种一种观点认为，突变是通过适应而发生的，即各种一种观点认为，突变是通过适应而发生的，即各种一种观点认为，突变是通过适应而发生的，即各种抗性是由其环境诱发出来的，突变的原因和突变的抗性是由其环境诱发出来的，突变的原因和突变的抗性是由其环境诱发出来的，突变的原因和突变的抗性是由其环境诱发出来的，突变的原因和突变的性状间是相对应的，并认为这就是性状间是相对应的，并认为这就是性状间是相对应的，并认为这就是性状间是相对应的，并认为这就是“定向变异定向变异定向变异定向

28、变异”，也有人称它为也有人称它为也有人称它为也有人称它为“驯化驯化驯化驯化”或或或或“驯养驯养驯养驯养”。另一种看法则认为，基因突变是自发的，且与环境另一种看法则认为，基因突变是自发的，且与环境另一种看法则认为，基因突变是自发的，且与环境另一种看法则认为，基因突变是自发的，且与环境是不相对的。由于其中有自发突变、诱发突变、诱是不相对的。由于其中有自发突变、诱发突变、诱是不相对的。由于其中有自发突变、诱发突变、诱是不相对的。由于其中有自发突变、诱发突变、诱变剂与选择条件等多种因素错综在一起，所以难以变剂与选择条件等多种因素错综在一起，所以难以变剂与选择条件等多种因素错综在一起，所以难以变剂与选择

29、条件等多种因素错综在一起，所以难以探究问题的实质。探究问题的实质。探究问题的实质。探究问题的实质。1.变量试验变量试验-统计学原理统计学原理 抗抗T1噬菌体的大肠杆菌的波动试验噬菌体的大肠杆菌的波动试验2.2.涂布试验涂布试验-突变率突变率突变率的计算突变率的计算初始接种量：初始接种量：初始接种量：初始接种量：5 105 104 4 个个个个/皿；皿；皿；皿；培养培养培养培养5 5小时，繁殖了小时，繁殖了小时，繁殖了小时，繁殖了12.312.3代，每个菌落约含代，每个菌落约含代，每个菌落约含代，每个菌落约含51005100个个个个细菌，这时每个平皿上的细胞数为：细菌，这时每个平皿上的细胞数为：

30、细菌，这时每个平皿上的细胞数为：细菌，这时每个平皿上的细胞数为：5100 5 105100 5 104 4 2.6 10 2.6 108 8个个个个/皿皿皿皿在在在在6 6个平板上，比接种时增加的细胞数为：个平板上，比接种时增加的细胞数为：个平板上，比接种时增加的细胞数为：个平板上，比接种时增加的细胞数为：6 6（2.6 102.6 108 8 5 5 10 104 4）=15.6 10=15.6 108 8在未涂布的平板上共发现在未涂布的平板上共发现在未涂布的平板上共发现在未涂布的平板上共发现2828个突变，故个突变，故个突变，故个突变，故突变率突变率突变率突变率 =28/15.6 10=2

31、8/15.6 108 8=1.8 10=1.8 10 8 83.3.平板影印培养试验平板影印培养试验vv19521952年，年，年，年，J.LederbergJ.Lederberg夫妇的论文夫妇的论文夫妇的论文夫妇的论文影印平板影印平板影印平板影印平板培养法和细菌突变株的直接选择培养法和细菌突变株的直接选择培养法和细菌突变株的直接选择培养法和细菌突变株的直接选择，更好地，更好地，更好地，更好地证明了微生物的抗药性是在未接触药物前自证明了微生物的抗药性是在未接触药物前自证明了微生物的抗药性是在未接触药物前自证明了微生物的抗药性是在未接触药物前自发地产生的，这一突变与相应药物环境毫不发地产生的，这

32、一突变与相应药物环境毫不发地产生的，这一突变与相应药物环境毫不发地产生的，这一突变与相应药物环境毫不相干。相干。相干。相干。AAA平板影印培养法平板影印培养法（五）基因突变的机制（五）基因突变的机制1.诱发突变诱发突变vv诱变剂：凡能提高突变率的任何理化因子。诱变剂：凡能提高突变率的任何理化因子。vv种种类类：诱诱变变剂剂的的种种类类很很多多，作作用用方方式式多多样样。即即使使是是同同一一种种诱诱变变剂剂，也也常常有有几几种种作作用用方方式。式。（1）碱基置换）碱基置换vv定义：只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。定义：只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。vv分类：分类：转换：转换：DNA链中的一

33、个链中的一个嘌呤嘌呤被另一个被另一个嘌呤嘌呤或或是一个是一个嘧啶嘧啶被另一个被另一个嘧啶嘧啶所置换；所置换；颠换：颠换：DNA链中的一个链中的一个嘌呤嘌呤被一个被一个嘧啶嘧啶,或或是一个是一个嘧啶嘧啶被一个被一个嘌呤嘌呤所置换。所置换。直接引起置换的诱变剂直接引起置换的诱变剂vv定定义义：可可直直接接与与核核酸酸的的碱碱基基发发生生化化学学反反应应的诱变剂。（在体或离体都起作用）的诱变剂。（在体或离体都起作用）vv种种类类：很很多多。如如亚亚硝硝酸酸、羟羟胺胺和和各各种种烷烷化化剂剂（硫硫酸酸二二乙乙酯酯，甲甲基基磺磺酸酸乙乙酯酯，N-甲甲基基-N硝硝基基-N-亚亚硝硝基基胍胍，N-甲甲基基-

34、N-亚亚硝硝基脲，乙烯亚胺，环氧乙酸，氮芥等）。基脲，乙烯亚胺，环氧乙酸，氮芥等）。以亚硝酸为例：使碱基发生氧化脱氨作用。以亚硝酸为例：使碱基发生氧化脱氨作用。以亚硝酸为例：使碱基发生氧化脱氨作用。以亚硝酸为例：使碱基发生氧化脱氨作用。HNOHNO2 2胞嘧啶（胞嘧啶（胞嘧啶（胞嘧啶（C C）尿嘧啶（尿嘧啶（尿嘧啶（尿嘧啶（U U）HNO HNO2 2腺嘌呤（腺嘌呤（腺嘌呤（腺嘌呤（A A）次黄嘌呤（次黄嘌呤（次黄嘌呤（次黄嘌呤（HH）HNO HNO2 2鸟嘌呤（鸟嘌呤（鸟嘌呤（鸟嘌呤（GG）黄嘌呤（黄嘌呤（黄嘌呤（黄嘌呤（X X）碱基转换的分子机制碱基转换的分子机制 腺嘌呤（腺嘌呤（A）变成

35、次黄嘌呤（）变成次黄嘌呤（H）后）后引起的转换过程引起的转换过程烯醇式次黄嘌呤烯醇式次黄嘌呤烯醇式次黄嘌呤烯醇式次黄嘌呤酮式次黄嘌呤酮式次黄嘌呤酮式次黄嘌呤酮式次黄嘌呤这这这这类类类类诱诱诱诱变变变变剂剂剂剂主主主主要要要要是是是是一一一一些些些些碱碱碱碱基基基基类类似似似似物物物物 ,如如如如：5-5-溴溴溴溴尿尿尿尿嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶（5-BU5-BU）和和和和5-5-氨氨氨氨基基基基尿尿尿尿嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶（5-5-AUAU）、叠叠叠叠氮氮氮氮胸胸胸胸腺腺腺腺嘧嘧啶啶（AITAIT）等等等等等等等等；作作作作用用用用：通通通通过过过过活活活活细细细细胞胞胞胞的的的的代代代代谢谢谢谢活活活活

36、动动动动参参参参入入入入到到到到DNADNA分分分分子子子子中中中中，主主主主要要要要是是是是在在在在DNADNA复复复复制制制制时时碱碱碱碱基基基基类类似似似似物物物物插插插插入入入入DNADNA中中中中，引引引引起起起起碱碱碱碱基对配对错误，造成碱基置换。基对配对错误，造成碱基置换。基对配对错误，造成碱基置换。基对配对错误，造成碱基置换。间接引起置换的诱变剂间接引起置换的诱变剂5-BU引起的转换引起的转换1 13 32 2同一种诱变剂既可造成正向突变，又可产生回复突变。同一种诱变剂既可造成正向突变，又可产生回复突变。同一种诱变剂既可造成正向突变，又可产生回复突变。同一种诱变剂既可造成正向突

37、变，又可产生回复突变。代谢类似物只对正在进行新陈代谢和繁殖着的微生物才起代谢类似物只对正在进行新陈代谢和繁殖着的微生物才起代谢类似物只对正在进行新陈代谢和繁殖着的微生物才起代谢类似物只对正在进行新陈代谢和繁殖着的微生物才起作用，而对休止细胞、游离的噬菌体粒子或离体的作用，而对休止细胞、游离的噬菌体粒子或离体的作用，而对休止细胞、游离的噬菌体粒子或离体的作用，而对休止细胞、游离的噬菌体粒子或离体的DNADNA分子分子分子分子不起作用。不起作用。不起作用。不起作用。（2）移码突变）移码突变vv诱诱诱诱变变变变剂剂剂剂使使使使DNADNA分分分分子子子子中中中中增增增增加加加加或或或或缺缺缺缺失失失

38、失一一一一个个个个或或或或少少少少数数数数几几几几个个个个核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸，从从从从而而而而使使使使该该该该部部部部位位位位后后后后面面面面的的的的全全全全部部部部遗遗遗遗传传传传密密密密码码码码发发发发生生生生转录和转译错误的一类突变。转录和转译错误的一类突变。转录和转译错误的一类突变。转录和转译错误的一类突变。vv由移码突变所产生的突变株，称为移码突变株。由移码突变所产生的突变株，称为移码突变株。由移码突变所产生的突变株，称为移码突变株。由移码突变所产生的突变株，称为移码突变株。vv诱变剂诱变剂诱变剂诱变剂:丫啶类染料和丫啶类染料和丫啶类染料和丫啶类染料和ICRICR类的化合物。类

39、的化合物。类的化合物。类的化合物。丫啶类化合物的诱变机制丫啶类化合物的诱变机制vv至今还不很清楚。至今还不很清楚。至今还不很清楚。至今还不很清楚。vv有有有有人人人人认认认认为为为为，由由由由于于于于它它它它们们们们是是是是一一一一种种种种平平平平面面面面型型型型三三三三环环环环分分分分子子子子，结结结结构构构构与与与与一一一一个个个个嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤 嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶对对对对十十十十分分分分相相相相似似似似，故故故故能能能能嵌嵌嵌嵌入入入入两两两两个个个个相相相相邻邻邻邻DNADNA碱碱碱碱基基基基对对对对之之之之间间间间，造造造造成成成成双双双双螺螺螺螺旋旋旋旋的的的的部部部部分分分分解解

40、解解开开开开（两两两两个个个个碱碱碱碱基基基基对对对对原原原原来来来来相相相相距距距距0.34nm0.34nm，当当当当嵌嵌嵌嵌入入入入一一一一个个个个丫丫丫丫啶啶啶啶分分分分子子子子时时时时，就就就就变变变变成成成成0.68nm0.68nm），从从从从而而而而在在在在DNADNA复复复复制制制制过过过过程程程程中中中中，会会会会使使使使链链链链上上上上增增增增添添添添或或或或缺缺缺缺失失失失一一一一个个个个碱碱碱碱基基基基，结结结结果果果果就就就就引引引引起起起起了了了了移移移移码突变。码突变。码突变。码突变。丫啶类化合物诱发的移码突变及其回复突变丫啶类化合物诱发的移码突变及其回复突变（3

41、3）染色体畸变）染色体畸变vv某些理化因子，除了能引起点突变外，某些理化因子，除了能引起点突变外，还会引起还会引起DNA的大损伤的大损伤-染色体畸变。染色体畸变。vv包括：包括：缺失、重复、易位、倒位、染缺失、重复、易位、倒位、染色体数目的变化色体数目的变化在在在在染染染染色色色色体体体体组组组组中中中中或或或或染染染染色色色色体体体体组组组组间间间间能能能能改改改改变变变变自自自自身身身身位位位位置置置置的的的的一一一一段段段段DNADNA顺顺顺顺序序序序称称称称转转转转座座座座因因因因子子子子，也也也也称称称称作作作作跳跳跳跳跃跃跃跃基基基基因因因因或或或或可可可可移移移移动动动动基基基基

42、因因因因。包包包包括括括括插插插插入入入入序序序序列列列列，转转转转座座座座子子子子和和和和转转转转座座座座噬噬噬噬菌体菌体菌体菌体。DNADNA序序序序列列列列通通通通过过过过非非非非同同同同源源源源重重重重组组组组的的的的方方方方式式式式，从从从从染染染染色色色色体体体体某某某某一一一一部部部部位位位位转转转转移移移移到到到到同同同同一一一一染染染染色色色色体体体体上上上上另另另另一一一一部部部部位位位位或或或或者者者者其其其其他他他他染色体上某一部位的现象称为转座。染色体上某一部位的现象称为转座。染色体上某一部位的现象称为转座。染色体上某一部位的现象称为转座。转座因子转座因子和转座和转座

43、转座因子的特点转座因子的特点vv通过转座因子的复制，可将新形成的拷贝以非通过转座因子的复制，可将新形成的拷贝以非通过转座因子的复制，可将新形成的拷贝以非通过转座因子的复制，可将新形成的拷贝以非同源重组的方式转移到染色体的新部位上；同源重组的方式转移到染色体的新部位上；同源重组的方式转移到染色体的新部位上；同源重组的方式转移到染色体的新部位上；vv携带有编码转座酶的基因，该酶是转移位置，携带有编码转座酶的基因，该酶是转移位置，携带有编码转座酶的基因，该酶是转移位置，携带有编码转座酶的基因，该酶是转移位置，是转座所必须的；是转座所必须的；是转座所必须的；是转座所必须的；vv两端各有一段一定长度的末

44、端重复序列，既可两端各有一段一定长度的末端重复序列，既可两端各有一段一定长度的末端重复序列，既可两端各有一段一定长度的末端重复序列，既可以是正向重复，也可以是反向重复。以是正向重复，也可以是反向重复。以是正向重复，也可以是反向重复。以是正向重复，也可以是反向重复。插入序列（插入序列（insertion sequence，IS）vv分分子子量量最最小小（仅仅0.71.7kb），只只能能引引起起转转座效应几乎不含其它基因。座效应几乎不含其它基因。vv已已知知的的IS有有5种种，即即 IS1、IS2、IS3、IS4和和IS5。E.coli的的F因因子子和和核核染染色色体体组组上上有有一一些些相相同同

45、的的IS（如如IS2，IS3等等），通通过过这这些些同同源源序序列列间间的的重重组组，就就可可使使 F因因子子插插入入到到E.coli的核染色体组上，从而使后者成为的核染色体组上，从而使后者成为Hfr菌株。菌株。vv因因IS在染色体组上插入的位置和方向的不同，在染色体组上插入的位置和方向的不同，其引起的突变效应也不同。其引起的突变效应也不同。IS引起的突变可引起的突变可以回复，其原因可能是以回复，其原因可能是IS被切离，如果因切被切离，如果因切离部位有误而带走离部位有误而带走IS以外的一部分以外的一部分DNA序列，序列，就会在插入部位造成缺失，从而发生新的突就会在插入部位造成缺失，从而发生新的

46、突变。变。转座子转座子（transposon，Tn）vvTnTn的的的的分分分分子子子子量量量量是是是是居居居居中中中中的的的的（一一一一般般般般为为为为225kb225kb）。它它它它含含含含有有有有几几几几个个个个至至至至十十十十几几几几个个个个基基基基因因因因，其其其其中中中中除除除除了了了了与与与与转转转转座座座座作作作作用用用用有有有有关关关关的的的的基基基基因因因因外外外外，还还还还含含含含有有有有抗抗抗抗药药药药基基基基因因因因或或或或乳乳乳乳糖糖糖糖发发发发酵酵酵酵基基基基因因因因等等等等其其其其它基因。它基因。它基因。它基因。vvTnTn虽虽虽虽能能能能插插插插到到到到受受受

47、受体体体体DNADNA分分分分子子子子的的的的许许许许多多多多位位位位点点点点上上上上，但但但但这这这这些些些些位位位位点点点点似似似似乎乎乎乎也也也也不不不不完完完完全全全全是是是是随随随随机机机机的的的的，其其其其中中中中某某某某些些些些区区区区域域域域更更更更易插入。易插入。易插入。易插入。Mu噬菌体（噬菌体（mutator phage）vv是是是是E.coliE.coli的一种温和噬菌体。的一种温和噬菌体。的一种温和噬菌体。的一种温和噬菌体。vv与与与与必必必必须须须须整整整整合合合合到到到到宿宿宿宿主主主主染染染染色色色色体体体体特特特特定定定定位位位位置置置置上上上上的的的的一一一

48、一般般般般温温温温和和和和噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体不不不不同同同同，MuMu噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体并并并并没没没没有有有有一一一一定定定定的的的的整整整整合合合合位置。位置。位置。位置。vv分分分分子子子子量量量量最最最最大大大大（37kb37kb），它它它它含含含含有有有有2020多多多多个个个个基基基基因因因因。MuMu噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体引引引引起起起起的的的的转转转转座座座座可可可可以以以以引引引引起起起起插插插插入入入入突突突突变变变变，其其其其中约有中约有中约有中约有2%2%是营养缺陷型突变。是营养缺陷型突变。是营养缺陷型突变。是营养缺陷型突变。转座子荣居自然界最丰富基因榜首

49、位转座子荣居自然界最丰富基因榜首位转座子荣居自然界最丰富基因榜首位转座子荣居自然界最丰富基因榜首位在进化和生物多样性中扮演了关键角色在进化和生物多样性中扮演了关键角色在进化和生物多样性中扮演了关键角色在进化和生物多样性中扮演了关键角色 vv自然界中的基因有千万种，哪类基因最为常见和最为丰富？由美国南佛罗里达州自然界中的基因有千万种，哪类基因最为常见和最为丰富？由美国南佛罗里达州自然界中的基因有千万种，哪类基因最为常见和最为丰富？由美国南佛罗里达州自然界中的基因有千万种，哪类基因最为常见和最为丰富？由美国南佛罗里达州立大学、圣迭戈州立大学和芝加哥大学科学家组成的研究小组在对大量基因组进立大学、圣

50、迭戈州立大学和芝加哥大学科学家组成的研究小组在对大量基因组进立大学、圣迭戈州立大学和芝加哥大学科学家组成的研究小组在对大量基因组进立大学、圣迭戈州立大学和芝加哥大学科学家组成的研究小组在对大量基因组进行成功解码后找到了答案，那就是有行成功解码后找到了答案，那就是有行成功解码后找到了答案，那就是有行成功解码后找到了答案，那就是有“自私自私自私自私DNADNA（脱氧核糖核酸）（脱氧核糖核酸）（脱氧核糖核酸）（脱氧核糖核酸）”之称的转之称的转之称的转之称的转座子。转座子基因的丰度和广度表明，它们在进化和生物多样性的保持中发挥了座子。转座子基因的丰度和广度表明，它们在进化和生物多样性的保持中发挥了座子