微生物的遗传变异与菌种选育课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《微生物的遗传变异与菌种选育课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 微生物 遗传 变异 菌种 选育 课件
- 资源描述:
-
1、微生物的遗传变异微生物的遗传变异与菌种选育与菌种选育了解微生物遗传变异的物质基础。了解微生物遗传变异的物质基础。掌握基因突变的实质、类型、特点和机制。掌握基因突变的实质、类型、特点和机制。了解不同类型微生物的基因重组。了解不同类型微生物的基因重组。学会依据微生物的遗传特性设计工业微生物学会依据微生物的遗传特性设计工业微生物菌种的筛选程序,并能合理保藏所得菌种。菌种的筛选程序,并能合理保藏所得菌种。目的要求目的要求主要内容主要内容1、微生物遗传变异的物质基础、微生物遗传变异的物质基础2、微生物的基因突变、微生物的基因突变3、微生物的基因重组、微生物的基因重组4、微生物的菌种选育、微生物的菌种选育
2、5、微生物菌种保藏及复壮、微生物菌种保藏及复壮遗传(遗传(heredity):上一代生物将自身的一整套遗传基因稳定地上一代生物将自身的一整套遗传基因稳定地传递给下一代的特性传递给下一代的特性。变异(变异(variation):):生物体在某种外因或内因的作用下,发生遗生物体在某种外因或内因的作用下,发生遗传物质结构或数量的改变,而且这种改变稳传物质结构或数量的改变,而且这种改变稳定,具有可遗传性定,具有可遗传性。几个概念几个概念1.遗传与变异遗传与变异遗传保证了微生物种的相对稳定性、种的存在和延续,遗传保证了微生物种的相对稳定性、种的存在和延续,而变异则推动了种的进化和发展。而变异则推动了种的
3、进化和发展。2.遗传型和表型遗传型和表型遗传型(遗传型(genotype)表型表型(phenotype)某一生物体个体所含有的全部遗传因子,某一生物体个体所含有的全部遗传因子,即基因的总和即基因的总和,又称为基因型。又称为基因型。某一生物体所具有的一切外表特征及内某一生物体所具有的一切外表特征及内在特性的总和在特性的总和。遗传型遗传型表型表型环境条件环境条件代谢、发育代谢、发育饰变(饰变(modification)表型的差异只与环境有关。不涉及遗传物质结构改变而只发生表型的差异只与环境有关。不涉及遗传物质结构改变而只发生在转录、转译水平上的表型改变。在转录、转译水平上的表型改变。谷氨酸发酵的温
4、度敏感菌株在谷氨酸发酵的温度敏感菌株在3030时菌体生长而不产生氨基时菌体生长而不产生氨基酸,但是当温度提高到酸,但是当温度提高到3737时,菌体大量合成谷氨酸。时,菌体大量合成谷氨酸。3.饰变饰变特点:暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为。特点:暂时性、不可遗传性、表现为全部个体的行为。比表面积大;比表面积大;个体易变异;个体易变异;便于建立纯系;便于建立纯系;作为遗传研究材料作为遗传研究材料4、微生物是遗传学研究中的明星一、证明核酸是遗传物质基础的三个经典实验一、证明核酸是遗传物质基础的三个经典实验二、遗传物质在细胞内存在部位和方式二、遗传物质在细胞内存在部位和方式肺炎双球菌转化实验(
5、讲)肺炎双球菌转化实验(讲)-遗传物质是遗传物质是DNA噬菌体的感染实验噬菌体的感染实验-病毒重建实验病毒重建实验遗传物质是遗传物质是RNA1928年年F.Griffith,1944年年Avery,肺炎双球菌的转化实验,肺炎双球菌的转化实验1)动物实验)动物实验活的活的S菌菌抽心血分离证明:DNA是转化所必需的转化因子2)细菌培养实验)细菌培养实验热死热死S菌菌不生长不生长3)S菌的无细胞抽提液实验菌的无细胞抽提液实验活活R菌菌+S菌的无细胞抽提液菌的无细胞抽提液长出大量长出大量R菌和少量菌和少量S菌菌Avery抽提细胞抽提细胞DNA、RNA、蛋白质、荚膜多糖、蛋白质、荚膜多糖活R菌加加S菌的
6、菌的DNA加加S菌的菌的DNA+DNA酶以外的酶酶以外的酶加加S菌的菌的DNA+DNA酶酶分别加分别加S菌的菌的RNA、蛋白质、荚膜多糖、蛋白质、荚膜多糖长出S菌只长出R菌肺炎双球菌肺炎双球菌活活R菌菌热死热死S菌菌+活活R菌菌长出长出R菌菌长出大量长出大量R菌菌+极少极少S菌菌培养培养培养培养1952年年Hershey,Chase,噬菌体感噬菌体感染实验染实验T2噬菌体感染试验示意图噬菌体感染试验示意图 植物病毒的重建实验证明杂种病毒的蛋白质外壳来自TMV还是HRV,可用血清学反应鉴定证明核酸(证明核酸(RNA)是遗传的物质基础)是遗传的物质基础血清学反应说明病毒蛋白质的特性由核酸而定H.F
7、raenkel-Conrat(1956年)病斑的特性和病毒核酸一致二、遗传物质在细胞内存在的部位和方式二、遗传物质在细胞内存在的部位和方式(一)七个水平(一)七个水平细胞水平细胞水平(单核,多核)(单核,多核)细胞核水平细胞核水平(真核,拟核,(真核,拟核,质粒质粒)染色体水平染色体水平核酸水平核酸水平(DNA,部分病毒为,部分病毒为RNA;双链,少数病毒为单链);双链,少数病毒为单链)基因水平基因水平(遗传功能单位)(遗传功能单位)密码子水平密码子水平(遗传信息单位)(遗传信息单位)核苷酸水平核苷酸水平(最低突变单位和交换单位)(最低突变单位和交换单位)(一套,两套)(一套,两套)是实体,其
8、物质基础是是实体,其物质基础是DNA(或(或RNA););是一个含有特定遗传信息的是一个含有特定遗传信息的DNA分子区段;分子区段;是遗传信息传递和性状分化发育的依据;是遗传信息传递和性状分化发育的依据;基因是可分的,根据功能不同,分为:基因是可分的,根据功能不同,分为:编码蛋白质的基因编码蛋白质的基因 结构基因(结构蛋白,酶)结构基因(结构蛋白,酶)调节基因(阻遏蛋白或激活蛋白)调节基因(阻遏蛋白或激活蛋白)无翻译产物的基因无翻译产物的基因 tRNA基因(简称基因(简称 tDNA)rRNA基因(简称基因(简称rDNA)不转录的不转录的DNA区段区段 启动子(启动子(promotor)操纵基因
9、(操纵基因(operator)基因是一个含有特定遗传信息的核苷酸序列,它基因是一个含有特定遗传信息的核苷酸序列,它是遗传的功能单位。是遗传的功能单位。微生物的微生物的 质粒和转座因子质粒和转座因子质粒(质粒(plasmid):):一种独立于染色体外,能进行自主复制的细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。胞质遗传因子,主要存在于各种微生物细胞中。转座因子(转座因子(transposable element):位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的的DNA序列,广泛分布于原核和真核细胞中。序列,广泛分布于原核和真核
10、细胞中。质粒分子的大小范围从质粒分子的大小范围从1kb左右到左右到1000kb;质粒性质:质粒性质:自主复制;自主复制;转移性;转移性;质粒的不亲和性;质粒的不亲和性;质粒可消除性;质粒可消除性;包括插入序列包括插入序列IS、转座子、转座子Tn和某些特殊病毒和某些特殊病毒Mu。效应:插入突变、染色体畸变、基因移动和重排。效应:插入突变、染色体畸变、基因移动和重排。质粒的主要类型质粒的主要类型根据质粒所根据质粒所编码的功能编码的功能和赋予宿主和赋予宿主的表型效应的表型效应分类分类:致育因子(致育因子(Fertility factor,F因子)因子)抗性质粒(抗性质粒(Resistance fac
11、tor,R因子)因子)产细菌素的质粒(产细菌素的质粒(Bacteriocin production plasmid)毒性质粒(毒性质粒(virulence plasmid)代谢质粒(代谢质粒(Metabolic plasmid)隐秘质粒(隐秘质粒(cryptic plasmid)2m质粒质粒根据拷贝数或复制特点,质粒可分为:根据拷贝数或复制特点,质粒可分为:高拷贝数高拷贝数(high copy number)质粒质粒(每个细胞中可以有10100个拷贝,其复制和染色体的复制不同步)如ColE1、ColE2等 松弛型质粒松弛型质粒(relaxed plasmid)低拷贝数低拷贝数(low copy
12、 number)质粒质粒(每个细胞中只有12个拷贝,其复制行为与染色体的复制同步)如F因子,R100 严谨型质粒严谨型质粒(stringent plasmid)窄宿主范围质粒窄宿主范围质粒(narrow host range plasmid)(只能在一种特定的宿主细胞中复制)(只能在一种特定的宿主细胞中复制)广宿主范围质粒广宿主范围质粒(broad host range plasmid)(可以在许多种细菌中复制)5.2 5.2 微生物的基因突变微生物的基因突变1、突变的类型、突变的类型2、突变的特点、突变的特点3、突变的机制、突变的机制野生型野生型:-从自然界分离到的菌株一般称野生型菌株从自然
13、界分离到的菌株一般称野生型菌株(wild type strain),简称野生型。),简称野生型。突变株突变株:-野生型经突变后形成的带有新性状的菌株,野生型经突变后形成的带有新性状的菌株,称为突变株(称为突变株(mutant)。)。染色体畸变:染色体畸变:是指染色体较大范围内结构的变化,如缺失、是指染色体较大范围内结构的变化,如缺失、重复、倒位、易位等以及染色体数目的变化。重复、倒位、易位等以及染色体数目的变化。1 1、突变的类型、突变的类型突变突变:指遗传物质突然发生稳定的可遗传的变化,影:指遗传物质突然发生稳定的可遗传的变化,影响生物正常遗传的表型和性能的现象。响生物正常遗传的表型和性能的
14、现象。1)突变涉及的范围,可分为)突变涉及的范围,可分为:基因基因(点点)突变:是指一个基因内部遗传结构或突变:是指一个基因内部遗传结构或DNA序列的序列的任何改变,涉及一对或少数几对碱基的置换、缺失或插入任何改变,涉及一对或少数几对碱基的置换、缺失或插入碱基置换:各种类型的转换和颠换碱基置换:各种类型的转换和颠换移码突变:碱基对的增减则造成增减变异点以后全部密移码突变:碱基对的增减则造成增减变异点以后全部密码及其编码的氨基酸改变。码及其编码的氨基酸改变。?1.营养缺陷突变型营养缺陷突变型:2.抗性突变型:抗性突变型:抗药抗药、紫外线、噬菌体;、紫外线、噬菌体;3.条件致死突变型:条件致死突变
15、型:4.形态突变型:形态突变型:5.抗原突变型:抗原突变型:6.产量突变型:产量突变型:2)突变的表型可分为:)突变的表型可分为:(1)营养缺陷型()营养缺陷型(auxotroph)一种缺乏合成其生存所必须的营养物(包括氨基酸、维生素一种缺乏合成其生存所必须的营养物(包括氨基酸、维生素、碱基等)的突变型。、碱基等)的突变型。营养缺陷型是微生物遗传学研究中重要的选择标记和育种的重要手段表型判断的标准:表型判断的标准:在在基本培养基基本培养基上能否生长上能否生长特点:特点:在选择培养基(一般为基本培养基)上不生长负选择标记负选择标记突变株不能通过选择平板直接获得营养缺陷型的表示方法:营养缺陷型的表
16、示方法:基因型:基因型:所需营养物的前三个英文小写斜体字母小写斜体字母表示:hisC(组氨酸缺陷型,其中的大写字母C同一表型中不同基因的突变)表型:表型:同上,但第一个字母大写,且不用斜体:第一个字母大写,且不用斜体:HisC在具体使用时多用hisC-和hisC+,分别表示缺陷型和野生型。(2)抗药性突变型()抗药性突变型(resistant mutant)使菌株对某种或某几种药物(如抗生素),产生抗性。使菌株对某种或某几种药物(如抗生素),产生抗性。特点:特点:正选择标记正选择标记(突变株可直接从抗性平板上获得(突变株可直接从抗性平板上获得-在加有相应抗生素的平板上,只有抗性突变能生长。)表
17、示方法:表示方法:所抗药物的前三个小写斜体英文字母加上所抗药物的前三个小写斜体英文字母加上“r”表示表示strr 和 strs 分别表示对链霉素的抗性和敏感性(3)条件致死突变型()条件致死突变型(conditional lethal mutant)在某一条件下具有致死效应,而在另一条件下能正常在某一条件下具有致死效应,而在另一条件下能正常生长、繁殖的突变型。生长、繁殖的突变型。常用的条件致死突变是温度敏感突变温度敏感突变,用ts(temperature sensitive)表示,这类突变在高温下(如42)是致死的,但可以在低温(如25-30)下得到这种突变。特点:特点:负选择标记负选择标记这
18、类突变型常被用来分离生长繁殖必需的突变基因(4)形态突变型()形态突变型(morphological mutant)造成形态改变的突变型造成形态改变的突变型特点:特点:非选择性突变非选择性突变突变株和野生型菌株均可生长,但可从形态特征上进行区分。举例:产蛋白酶缺陷突变株的筛选菌落颜色变化半乳糖苷酶基因的插入失活,使重组子菌落为白色而与兰色的非重组子分开。形成芽孢缺陷菌株(5)抗原突变型)抗原突变型 由于突变引起的细胞抗原结构发生由于突变引起的细胞抗原结构发生变异的类型。变异的类型。细胞壁缺陷变异细胞壁缺陷变异荚膜、鞭毛成分变异荚膜、鞭毛成分变异(6)产量突变型)产量突变型 通过基因突变而产生的
19、在代谢产物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。产量上明显有别于原始菌株的突变。正突变(正突变(plus mutant)负突变(负突变(minus mutant)3)突变的条件和原因)突变的条件和原因自发突变:在自然条件下微生物发生的基因自发突变:在自然条件下微生物发生的基因突变。突变率为突变。突变率为10-8个左右。个左右。诱发突变:人工理化因素处理微生物引起的诱发突变:人工理化因素处理微生物引起的突变。突变。物理诱变:物理诱变:化学诱变:化学诱变:复合诱变:复合诱变:定向培育和驯化:定向培育和驯化:1)自发性)自发性2)非对应性非对应性3)稀有性)稀有性4)独立性)
20、独立性5)可诱变性)可诱变性6)稳定性)稳定性7)可逆性)可逆性2、基因突变的特点、基因突变的特点突变性状与突变原因不对应突变性状与突变原因不对应(如何证明如何证明)突变基因的性状是稳定的突变基因的性状是稳定的诱变剂可提高突变率,诱变剂可提高突变率,10-106倍倍不同基因的突变互不影响不同基因的突变互不影响自发突变几率低,自发突变几率低,10-6-10-9回复突变回复突变证明突变的性状与引起突变的原因间无直接对应关系!证明突变的性状与引起突变的原因间无直接对应关系!三个经典实验三个经典实验变量实验(讲)变量实验(讲)、涂布实验、影印实验、涂布实验、影印实验基因突变自发性和非对应性的证明基因突
21、变自发性和非对应性的证明驯养论?驯养论?变量实验(fluctuation analysis)Salvador Luria and Max Delbruck(1943)The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969对噬菌体对噬菌体T1敏感的敏感的E.coli 对数期培养物对数期培养物,稀释至,稀释至103/mL,分装两试管,各分装两试管,各10 mL 与甲管分装的各小管与甲管分装的各小管同时保温同时保温2436h甲管 乙管 Newcombe的涂布实验(的涂布实验(1949)在涂布过的一组中,在涂布过的一组中,共长出抗性菌落共长出抗性菌落353个,比未
22、经涂布过的个,比未经涂布过的(28个菌落)高得多个菌落)高得多约繁殖了约繁殖了12.3代代选用对选用对T1 噬菌体敏感的噬菌体敏感的E.coli,以相等数目涂布于,以相等数目涂布于12个平板上个平板上影印实验(影印实验(replica plating)Joshua Lederberg and Esther Lederberg(1952)通过使菌不接触抗性环境而检查其抗性菌落的方法J.Lederberg is awarded the Noble Prize in Medicine and Physiology in 19583、基因突变的机制、基因突变的机制3.1自发突变的机制自发突变的机制3.
23、2诱发突变的机制诱发突变的机制突变真的与选择压力无关吗突变真的与选择压力无关吗?3.1自发突变的机制自发突变的机制1)多因素低剂量的诱变效应:)多因素低剂量的诱变效应:2)微生物自身代谢产物的诱变效应)微生物自身代谢产物的诱变效应:咖啡碱、硫氰:咖啡碱、硫氰化合物、二硫化二丙烯、重氮丝氨酸化合物、二硫化二丙烯、重氮丝氨酸;H2O23)互变异构效应:)互变异构效应:正正-反的互变:碱基反的互变:碱基-脱氧核糖键旋转造成。脱氧核糖键旋转造成。4)环状突变效应)环状突变效应:向外环出:向外环出 恢复正常恢复正常 错配错配 3.2诱发突变的机制诱发突变的机制碱基对的置换碱基对的置换移码突变移码突变染色
24、体畸变染色体畸变直接直接间接间接该类诱变剂与碱基起化学反应,改变碱基的结构,导致错配。该类诱变剂与碱基起化学反应,改变碱基的结构,导致错配。亚硝酸:亚硝酸:G-C A-T 转换互变转换互变 各种烷化剂各种烷化剂:G-C A-T 互变互变羟胺:只引起羟胺:只引起G-C A-T 转换(专一性与转换(专一性与C起反应)起反应)1)碱基置换)碱基置换1)直接)直接讲讲1次2次烷化剂烷化剂甲基磺酸乙酯(甲基磺酸乙酯(EMS)甲基磺酸甲酯(甲基磺酸甲酯(MMS)硫酸二乙酯(硫酸二乙酯(DES)N-甲基甲基-N-硝基硝基-N-亚硝基胍亚硝基胍(NTG)氮芥、硫芥氮芥、硫芥环氧乙烷环氧乙烷亚硝基胍:亚硝基胍:
25、诱变作用强,称为诱变作用强,称为超强诱变剂超强诱变剂(突变率(突变率1%););能诱发邻近位置的基因同时发生突变,即所谓能诱发邻近位置的基因同时发生突变,即所谓并发突变并发突变。很多烷化剂除了能诱发点突变外,还能诱发染色体畸变除了能诱发点突变外,还能诱发染色体畸变。由于染色体畸变常为辐射所诱发,所以这些物质又称为拟辐射物质拟辐射物质。烷化剂作用的主要机理是引起碱基上某些能形成氢键的基团发生烷基化。烷化位点主要在鸟嘌呤的N 7位和腺嘌呤的N 3位上,烷化后的碱基也像碱基结构类似物一样能引起碱基配对的错误。烷化剂的另一作用是使嘌呤整个地从DNA链上脱下来,产生一个缺口,在与缺口相对应的位点上就能配
展开阅读全文