《微生物遗传与变异》课件.ppt

1、第九章第九章 微生物遗传与变异微生物遗传与变异 通过本章的学习，要求掌握：通过本章的学习，要求掌握：1、细菌基因重组的原理和方法。、细菌基因重组的原理和方法。2、真菌基因重组的原理和方法。、真菌基因重组的原理和方法。3、微生物诱变育种的原理和方法。、微生物诱变育种的原理和方法。重点：重点：细菌的基因重组细菌的基因重组难点：难点：低频转导，高频转导，准性生殖低频转导，高频转导，准性生殖 v微生物是理想的遗传学研究材料：微生物是理想的遗传学研究材料：物种及代谢类型的多样性；物种及代谢类型的多样性；个体体制简单，营养体多为单倍体，基因组小；个体体制简单，营养体多为单倍体，基因组小；繁殖快，繁殖快，易

2、于累积不同的最终代谢产物及中间代谢物；易于累积不同的最终代谢产物及中间代谢物；菌落形态特征的可见性与多样性；菌落形态特征的可见性与多样性；环境条件对微生物群体中各个体作用的直接和均匀；环境条件对微生物群体中各个体作用的直接和均匀；易变异、易得到营养缺陷型突变株；易变异、易得到营养缺陷型突变株；一般都有相应的噬菌体；一般都有相应的噬菌体；存在着处于进化进程中的多种原始方式的有性生殖类等。存在着处于进化进程中的多种原始方式的有性生殖类等。v基因组基因组genome：一种生物的全套基因。一种生物的全套基因。v表现型表现型phenotype：生物可见的或可测定的性状生物可见的或可测定的性状v遗传型遗传

3、型genotype：决定生物表现型的遗传因子决定生物表现型的遗传因子v同样遗传型的生物在不同外界条件下，会显现不同表现型，同样遗传型的生物在不同外界条件下，会显现不同表现型，但遗传型并非改变，这种变异为非遗传性变异，只能称适应但遗传型并非改变，这种变异为非遗传性变异，只能称适应或饰变或饰变(modification)；只有遗传型改变，从而引起表型变；只有遗传型改变，从而引起表型变化才称为变异，它发生在基因水平上，可以遗传给子代。化才称为变异，它发生在基因水平上，可以遗传给子代。vSerretia marcescens在在25下培养时，会产生一种下培养时，会产生一种深红色的灵杆菌素，把菌落深红色

4、的灵杆菌素，把菌落染成鲜红色。可是，当培养染成鲜红色。可是，当培养在在37下时，群体中所有细下时，群体中所有细胞都不产色素。如果重新降胞都不产色素。如果重新降温至温至25，产色素能力又得，产色素能力又得到恢复。到恢复。第一节第一节 生物遗传信息的载体生物遗传信息的载体v证明证明DNA是遗传物质的经典实验是遗传物质的经典实验1928年，年，F.Griffith；1944年年O.T.Avery 肺炎链球菌肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）转化试验。转化试验。1952年，年，A.D.Hershy、M.Chase的噬菌体感染实验。的噬菌体感染实验。1956年，年，H.Fra

5、enkel-Conrat的的TMV拆开和重建实验。拆开和重建实验。Griffith的转化实验转化因子的本质的阐明转化因子的本质的阐明vHershey-ChaseHershey-Chase的噬菌体实验的噬菌体实验v用用3535S S和和3232P P去分别标记大肠杆菌，然后再用去分别标记大肠杆菌，然后再用T2T2噬菌体感染，噬菌体感染，即可分别得到标有即可分别得到标有3535S S和和T2T2和和3232P P的的T2T2噬菌体噬菌体。v把标记噬菌体与其宿主大肠杆菌混合，经短时间把标记噬菌体与其宿主大肠杆菌混合，经短时间(如如10 10 min)min)保温后，使保温后，使T2T2完成吸附和侵入

6、过程。完成吸附和侵入过程。v在组织捣碎器中剧烈搅拌，以使吸附在菌体外表的在组织捣碎器中剧烈搅拌，以使吸附在菌体外表的T2T2蛋白外蛋白外壳脱离细胞并均匀分布。壳脱离细胞并均匀分布。v进行离心沉淀，再分别测定沉淀物和上清液中的同位素标记。进行离心沉淀，再分别测定沉淀物和上清液中的同位素标记。v结果发现，几乎全部的结果发现，几乎全部的3232P P都和细菌一起出现在沉淀物中，而都和细菌一起出现在沉淀物中，而几乎全部几乎全部3333S S都在上清液中。都在上清液中。v这意味着噬菌体的蛋白外壳经自然分离后仍留在细胞外部，只这意味着噬菌体的蛋白外壳经自然分离后仍留在细胞外部，只有核酸芯子才进入宿主体内；

7、有核酸芯子才进入宿主体内；v同时，由于最终能释放出一群具有与亲代同样蛋白外壳的完整同时，由于最终能释放出一群具有与亲代同样蛋白外壳的完整的子代噬菌体，说明只有核酸才是其全部遗体信息的载体。的子代噬菌体，说明只有核酸才是其全部遗体信息的载体。v后来通过电子显微镜的观察也证实了这个论点。后来通过电子显微镜的观察也证实了这个论点。vTMVTMV重建实验重建实验v遗传物质在细胞中的存在方式遗传物质在细胞中的存在方式真核生物真核生物vDNADNA分子与组蛋白结合构成染色体，每条染色体有单一线性双分子与组蛋白结合构成染色体，每条染色体有单一线性双链链DNADNA分子。一个真核生物细胞内有多条染色体（脉孢菌

8、分子。一个真核生物细胞内有多条染色体（脉孢菌7 7条，条，人人2323条）。高等生物中有条）。高等生物中有2 2至多套染色体（动物至多套染色体（动物2 2倍，水稻倍，水稻4 4倍），真菌有双倍体，但多数微生物是单倍体。真核细胞核物倍），真菌有双倍体，但多数微生物是单倍体。真核细胞核物质外有核膜包围，形成完整细胞核。质外有核膜包围，形成完整细胞核。原核生物原核生物vDNADNA不与组蛋白结合，染色体仅由一条不与组蛋白结合，染色体仅由一条DNADNA组成，组成，DNADNA为共价闭为共价闭合环状双链，一个细胞内只有一条染色体（单倍体合环状双链，一个细胞内只有一条染色体（单倍体haploidhapl

9、oid）。）。无核膜膜包围，只在细胞中央形成核区。无核膜膜包围，只在细胞中央形成核区。质粒质粒plasmidplasmidv原核生物中，除染色体以外，能够自主复制的共价闭合环状原核生物中，除染色体以外，能够自主复制的共价闭合环状DNADNA分子。它们携带少量遗传基因，决定细胞的某些性状，并分子。它们携带少量遗传基因，决定细胞的某些性状，并非细菌生活必需。非细菌生活必需。DNA的双螺旋结构图的双螺旋结构图v遗传信息的传递和基因表达遗传信息的传递和基因表达v基因基因genegenevDNADNA分子的一定区段，携带特定的遗传信息，是具有自主复制分子的一定区段，携带特定的遗传信息，是具有自主复制能力

10、的遗传功能单位。遗传信息通过能力的遗传功能单位。遗传信息通过DNADNA连上的核苷酸排列顺连上的核苷酸排列顺序表现出来。序表现出来。v结构基因结构基因v决定多肽形成的碱基顺序称结构基因，一个结构基因表达后，决定多肽形成的碱基顺序称结构基因，一个结构基因表达后，产生一个多肽；即产生一个多肽；即“一个基因一个酶一个基因一个酶”。v调节基因调节基因v对结构基因起调节控制作用的称调节基因。对结构基因起调节控制作用的称调节基因。v操纵子学说操纵子学说v基因的表达基因的表达v以以DNADNA为模板，通过为模板，通过RNARNA聚合酶转录出聚合酶转录出mRNAmRNA，然后将然后将mRNAmRNA包含的包含

11、的碱基顺序在核糖体中翻译成相应氨基酸序列的多肽。碱基顺序在核糖体中翻译成相应氨基酸序列的多肽。转录（转录（transcriptiontranscription）v双链双链DNADNA单链，以其中一条为模板单链，以其中一条为模板互补互补mRNAmRNA翻译翻译(translation)translation)vmRNAmRNA 多肽多肽第二节第二节 原核微生物的基因重组原核微生物的基因重组v克隆克隆cloneclonev不经过有性细胞的结合，由体细胞发育成新个体，即无性繁殖。不经过有性细胞的结合，由体细胞发育成新个体，即无性繁殖。v基因重组基因重组gene recombinationgene r

12、ecombinationv两个不同来源的遗传物质进行交换，经过基因的重新组合，形两个不同来源的遗传物质进行交换，经过基因的重新组合，形成新的基因型的过程。重组获得的后代具有新的基因组合，表成新的基因型的过程。重组获得的后代具有新的基因组合，表现出不同于亲本的新性状。现出不同于亲本的新性状。v原核微生物没有有性生殖，其基因重组通过转化、接合、转导原核微生物没有有性生殖，其基因重组通过转化、接合、转导方式进行。方式进行。v转化转化TransformationTransformation v定义定义v不经其它媒介，来自供体（不经其它媒介，来自供体（donordonor）的的DNADNA片段或质粒片段

13、或质粒DNADNA直接进直接进入受体菌（入受体菌（recipientrecipient或或receptorreceptor），并在受体中复制、表达的，并在受体中复制、表达的过程。过程。v转化过程转化过程受体细胞呈现感受态，即容易接受外源受体细胞呈现感受态，即容易接受外源DNADNA的生理状态。的生理状态。外源外源DNADNA与感受态细胞结合并被吸收。与感受态细胞结合并被吸收。外源外源DNADNA整合到受体菌中，成为受体菌染色体的一部分。整合到受体菌中，成为受体菌染色体的一部分。v转染转染 transfectiontransfectionv指用提纯的病毒核酸去感染其宿主细胞或原生质体，可增殖出一

14、指用提纯的病毒核酸去感染其宿主细胞或原生质体，可增殖出一群正常病毒后代的现象。群正常病毒后代的现象。转化示意图转化示意图v转导转导transductiontransduction v定义定义v通过完全缺陷或部分缺陷噬菌体为媒介，把一个供体细胞的通过完全缺陷或部分缺陷噬菌体为媒介，把一个供体细胞的 DNA DNA 片段转移到另一个受体细胞中，并使后者发生遗传变异的片段转移到另一个受体细胞中，并使后者发生遗传变异的过程。过程。v通过转导获得供体细胞部分遗传性状的重组受体细胞，称为转通过转导获得供体细胞部分遗传性状的重组受体细胞，称为转导子（导子（transductanttransductant）。

15、）。携带供体部分遗传物质（携带供体部分遗传物质（DNA DNA 片段）片段）的噬菌体称为转导噬菌体或转导颗粒。的噬菌体称为转导噬菌体或转导颗粒。v1952 1952 年年ZinderZinder 和和 LederbergLederberg 在验证在验证Salmonella Salmonella typhimuriumtyphimurium是是否也存在接合现象时发现了否也存在接合现象时发现了转导现象。转导现象。vS.typhimuriumS.typhimurium：LT22A LT22A (trptrp-)-)；LT2(his-)LT2(his-)vLT22LT22溶原性溶原性噬菌体噬菌体P22

16、P22 感染感染LT2LT2（非溶原性）非溶原性）可能可能释放带释放带trptrp+的的P22LT22A P22LT22A(trptrp-)-)呈原养型。呈原养型。v普遍转导普遍转导(generalized transduction)generalized transduction)v噬菌体可误包供体菌中的任何基因噬菌体可误包供体菌中的任何基因(包括质粒包括质粒)，并使受体菌，并使受体菌实现各种性状的转导实现各种性状的转导v完全普遍性转导完全普遍性转导 complete transduction complete transduction 形成了遗传性稳定的形成了遗传性稳定的 转导子转导子(t

17、ransductanttransductant)流产普遍性转导流产普遍性转导简称流产转导简称流产转导(abortive transduction)abortive transduction)，在许多获得供体菌在许多获得供体菌DNADNA片段的受体菌内，如果转导片段的受体菌内，如果转导DNADNA不能进行重组和复制，其上的不能进行重组和复制，其上的基因仅经过转录而得到了表达。基因仅经过转录而得到了表达。能在选择性培养基能在选择性培养基 平板上形成微小菌平板上形成微小菌 落成了流产转导的落成了流产转导的 特点。特点。v局限转导局限转导specializedspecialized transduct

18、iontransductionv当溶原菌群经诱导后，其中极少数前噬菌体从宿主染色体脱落当溶原菌群经诱导后，其中极少数前噬菌体从宿主染色体脱落时产主错误切割，从而把宿主的某些基因（时产主错误切割，从而把宿主的某些基因（前噬菌体位点前噬菌体位点两端是细菌染色体的两端是细菌染色体的galgal和和biobio，故形成的转导噬菌体通常，故形成的转导噬菌体通常带有带有ga1ga1或或biobio）整合到噬菌体的基因组上）整合到噬菌体的基因组上 ，当这样的噬，当这样的噬菌体侵染另一宿主菌时，噬菌体菌体侵染另一宿主菌时，噬菌体 DNA DNA 与受体菌的与受体菌的 DNA DNA 同源区同源区段配对，通过双

19、交换而整合到受体菌的染色体组上，使受体菌段配对，通过双交换而整合到受体菌的染色体组上，使受体菌获得了供体的这部分遗传特性，而形成转导子（缺陷溶源菌）。获得了供体的这部分遗传特性，而形成转导子（缺陷溶源菌）。噬菌体噬菌体DNA的不正常切割的不正常切割v丢失了自身部分基因，并被同等长度的宿主基因所取代的噬丢失了自身部分基因，并被同等长度的宿主基因所取代的噬菌体称为缺陷噬菌体（菌体称为缺陷噬菌体（defective phagedefective phage）。）。如如dgaldgal或或dbiodbio。v低频转导（低频转导（1 1owow frequancyfrequancy transducti

20、on,LFT transduction,LFT），），形成转导形成转导子的频率很低，只有子的频率很低，只有10-4 10-6 10-4 10-6。v高频转导（高频转导（high high frequancyfrequancy transduction,HFT transduction,HFT），），形成转形成转导子的频率很高导子的频率很高,理论上可达理论上可达 50%50%。v高频转导是双重溶源的结果：高频转导是双重溶源的结果：E.coli k12 E.coli K12(/dgal)F dgal UV 转导噬菌体（转导噬菌体（gal）转导子菌落转导子菌落 辅助噬菌体（辅助噬菌体（）噬菌斑噬菌斑

21、 v溶源转变溶源转变(lysoneniclysonenic conversion)conversion)v当温和噬菌体感染其宿主而使之发生溶源化时，因噬菌体的基当温和噬菌体感染其宿主而使之发生溶源化时，因噬菌体的基因整合到宿主的基因组上，而使后者获得了除免疫性以外的新因整合到宿主的基因组上，而使后者获得了除免疫性以外的新性状的现象。性状的现象。v当宿主丧失这一噬菌体时，通过溶源转变而获得的性状也同时当宿主丧失这一噬菌体时，通过溶源转变而获得的性状也同时消失。溶源转变与转导有本质上的不同，首先是它的温和噬菌消失。溶源转变与转导有本质上的不同，首先是它的温和噬菌体不携带任何供体菌的基因；其次，这种

22、噬菌体是完整的，而体不携带任何供体菌的基因；其次，这种噬菌体是完整的，而不是缺陷的。不是缺陷的。v溶源转变的典型例子是不产毒素的白喉棒杆菌溶源转变的典型例子是不产毒素的白喉棒杆菌(CorynebacteriumCorynebacterium diphtheriaediphtheriae)菌株在被菌株在被噬菌体感染而发噬菌体感染而发生溶源化时，会变成产白喉毒素的致病菌株。生溶源化时，会变成产白喉毒素的致病菌株。v接合接合conjugationconjugationv通过供体菌与受体菌间细胞相接触而传递大段通过供体菌与受体菌间细胞相接触而传递大段DNADNA的过程。的过程。v19461946年，年

23、，LederbergLederberg和和TatumTatum的的E.coliE.coli k12 k12营养缺陷型株混合营养缺陷型株混合培养实验中发现。培养实验中发现。vE.coliE.coli k12 k12两个突变株两个突变株vbio-met-the+bio-met-the+leuleu+vbio+met+the-bio+met+the-leuleu-v两种菌混合培养后，出现两种菌混合培养后，出现v 原养菌（原养菌（bio+met+the+bio+met+the+leuleu+）v 可在基本培养基上生长。可在基本培养基上生长。v细菌接合现象研究得最清楚的是大肠杆菌。大肠杆菌是有性别细菌接

24、合现象研究得最清楚的是大肠杆菌。大肠杆菌是有性别分化的。决定它们性别的因子称为分化的。决定它们性别的因子称为F F因子因子(即致育因子或称性质即致育因子或称性质粒粒)，呈超螺旋状态，具有自主的与染色体进行同步复制和转，呈超螺旋状态，具有自主的与染色体进行同步复制和转移到其他细胞中去的能力。也可插入移到其他细胞中去的能力。也可插入(即整合即整合)到染色体组上；到染色体组上；v它既可经过接合作用而获得，也可通过一些理化因素它既可经过接合作用而获得，也可通过一些理化因素(如吖啶如吖啶橙、橙、Ni2+Ni2+、Co2+Co2+、丝裂霉素丝裂霉素C C、硫酸十二酯钠、亚硝基胍、利硫酸十二酯钠、亚硝基胍、

25、利福平、溴化乙锭、环己亚胺和加热等福平、溴化乙锭、环己亚胺和加热等)的处理，而从细胞中消的处理，而从细胞中消失。失。vF F因子的分子量为因子的分子量为5 5107107。在大肠杆菌中，。在大肠杆菌中，F F因子的因子的DNADNA含量约含量约占总染色体含量的占总染色体含量的2%2%。vF F 因子的存在方式及其相互关系因子的存在方式及其相互关系 vF+F+菌株菌株v 含含F F质粒，细胞表面产生性毛质粒，细胞表面产生性毛(sex sex pilipili)，与与F-F-细胞相连，细胞相连，在接合后转移在接合后转移DNADNA。vF-F-菌株菌株v 无无F F质粒，不质粒，不v 产生性毛，可产

26、生性毛，可v 接受外来接受外来F F质粒。质粒。vHfrHfr菌株菌株v高频重组菌株（高频重组菌株（high frequency recombinationhigh frequency recombination）。）。与与F-F-接接合后，重组频率比合后，重组频率比F+F+高几百倍。在高几百倍。在HfrHfr细胞中，存在与染色体细胞中，存在与染色体特定位点相整合的特定位点相整合的F F因子因子(产生频率约产生频率约10-5)10-5)。当它与。当它与F-F-菌株发菌株发生接合时，生接合时，HfrHfr染色体在染色体在F F因子处发生断裂，由环状变成线状。因子处发生断裂，由环状变成线状。整段线

27、状染色体转移至整段线状染色体转移至F-F-细胞的全过程约需细胞的全过程约需100 100 minmin。在转移在转移时，由于断裂发生在时，由于断裂发生在F F因子中，所以必然要等因子中，所以必然要等HfrHfr的整条染色的整条染色体组全部转移完成后，体组全部转移完成后，F F因子才能完全进入因子才能完全进入F-F-细胞。但转移过细胞。但转移过程中断，所以越在前端的基因，进入的机会就越多，故在程中断，所以越在前端的基因，进入的机会就越多，故在F-F-中出现重组子的时间就越早，频率也高。中出现重组子的时间就越早，频率也高。vFF菌株菌株v当当HfrHfr菌株内的菌株内的F F因子因不正常切割而脱离

28、其染色体组时，可形因子因不正常切割而脱离其染色体组时，可形成游离的携带一小段染色体基因的成游离的携带一小段染色体基因的F F因子，特称因子，特称FF因子。携带因子。携带有有FF因子的菌株，其性状介于因子的菌株，其性状介于F+F+与与HfrHfr之间，这就是初生之间，这就是初生FF菌株。初生菌株。初生FF菌株与菌株与F-F-菌株接合，可使后者转变成菌株接合，可使后者转变成FF菌株，菌株，这就是次生这就是次生FF菌株，它既获得了菌株，它既获得了F F因子，又获得了来自初生因子，又获得了来自初生FF菌株的若干遗传性状。以这种接合来传递供体菌基因的方式，菌株的若干遗传性状。以这种接合来传递供体菌基因的

29、方式，称为称为F F因子转导因子转导(F-F-ductionduction)、性导性导(sexductionsexduction)。v在次生的在次生的FF群体中，大约有群体中，大约有10%10%的的FF因子重新整合到染色体因子重新整合到染色体组上，而恢复成组上，而恢复成HfrHfr菌。菌。v原生质体融合原生质体融合 v通过人工的方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融通过人工的方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合并产生重组体的过程称为原生质体融合（合并产生重组体的过程称为原生质体融合（protoplast protoplast fusionfusion）。v微生物细胞融合的研究开

30、始于微生物细胞融合的研究开始于19761976年。其一般原理和主要过程年。其一般原理和主要过程是：先准备两个有选择性遗传标记的突变株，在高渗溶液中，是：先准备两个有选择性遗传标记的突变株，在高渗溶液中，用适当的脱壁酶去除细胞壁，再将形成的原生质体离心聚集，用适当的脱壁酶去除细胞壁，再将形成的原生质体离心聚集，并加入促融合剂并加入促融合剂PEG(PEG(聚乙二醇聚乙二醇)促进融合，然后在高渗溶液中稀促进融合，然后在高渗溶液中稀释，涂在能使其再生细胞壁或进行分裂的培养基上，待形成菌释，涂在能使其再生细胞壁或进行分裂的培养基上，待形成菌落后，通过影印接种法，将其接种到各种选择性培养基上，最落后，通过

31、影印接种法，将其接种到各种选择性培养基上，最后鉴定它们是否是重组子。后鉴定它们是否是重组子。v基因转座基因转座 gene transpositiongene transpositionv转座子的特征是在两端有转座子的特征是在两端有IRIR序列序列 ，分两类：，分两类：v型型Compound Compound transposonstransposons：两端为两端为ISIS，抗性基因居中。如抗性基因居中。如Tn5Tn5、Tn9Tn9、Tn10Tn10、Tn4001Tn4001、Tn4003Tn4003。v型型Complex Complex transposonstransposons：两端为两

32、端为IR(3050bp)IR(3050bp)，中间为转中间为转座基因和抗性基因。如座基因和抗性基因。如Tn1Tn1、Tn3Tn3、Tn21Tn21、Tn1721Tn1721、Tn551Tn551。第三节第三节 真核微生物的基因重组真核微生物的基因重组 v有性杂交有性杂交 v准性生殖准性生殖 v准性生殖是一种类似于有性生殖，但比它更为原始的一种生殖准性生殖是一种类似于有性生殖，但比它更为原始的一种生殖方式，它可使同种生物不同菌株的体细胞发生融合，不经过减方式，它可使同种生物不同菌株的体细胞发生融合，不经过减数分裂的方式而导致低频率的基因重组并产生重组子。数分裂的方式而导致低频率的基因重组并产生重

33、组子。粗糙脉孢菌的有性杂交粗糙脉孢菌的有性杂交v准性生殖：准性生殖包括下面四个过程菌丝联结，异核体形成，核配准性生殖包括下面四个过程菌丝联结，异核体形成，核配体细胞交换和单倍体化四个阶段。体细胞交换和单倍体化四个阶段。第四节 微生物基因突变和诱变育种v 基因突变基因突变v突变（突变（mutation）v指指DNA顺序上核苷酸发生置换或其它顺序上的改变。顺序上核苷酸发生置换或其它顺序上的改变。v突变类型突变类型v碱基对置换碱基对置换substitutionv 转换转换transition：v 颠换颠换transversion：v移码突变移码突变frame-shift mutantv染色体畸变染色

34、体畸变chromosomal aberrationv deletion、duplication、insertion、translocation、inversion基因突变表型基因突变表型形态突变型形态突变型生化突变型生化突变型营养缺陷型营养缺陷型auxotrophauxotroph；抗性突变型；抗原突变型抗性突变型；抗原突变型致死突变型致死突变型 条件致死突变型条件致死突变型 其他突变型其他突变型如毒力、糖发酵能力、代谢产物的种类和产量以及如毒力、糖发酵能力、代谢产物的种类和产量以及对某种药物的依赖性突变型等。对某种药物的依赖性突变型等。基因突变的特点基因突变的特点不对应性不对应性自发性自发性

35、稀有性稀有性独立性独立性诱变性诱变性稳定性稳定性可逆性可逆性 正向突变正向突变(forward mutation)forward mutation)回复突变回复突变(back back matationmatation或或reverse mutationreverse mutation）基因突变的自发性和不对应性的证明基因突变的自发性和不对应性的证明一种观点认为，突变的原因和突变的性状间是相对应的，并认一种观点认为，突变的原因和突变的性状间是相对应的，并认为这就是为这就是“定向变异定向变异”、“驯化驯化”。另一种观点认为，基因突变是自发的。另一种观点认为，基因突变是自发的。实验证明：实验证明：

36、19431943年年S.E.S.E.LuriaLuria与与M.M.DlbruckDlbruck进行了进行了Fluctuation testFluctuation test。19491949年年H.B.H.B.NewcombeNewcombe的的RespredingRespreding plated plated incubacionincubacion。19521952年年J.J.LederbergLederberg夫妇用夫妇用Replica-platingReplica-plating结束了争论。结束了争论。DNADNA的损伤及其修复的损伤及其修复光复活作用光复活作用(photoreact

37、ivationphotoreactivation)切除修复作用切除修复作用(excision repair)excision repair)。重组修复重组修复SOSSOS修复修复化学诱变化学诱变亚硝酸引起亚硝酸引起DNADNA的碱基转换的碱基转换5-5-BUBU尿嘧啶引起碱基的转换尿嘧啶引起碱基的转换v微生物育种微生物育种自发突变育种自发突变育种breeding by spontaneous mutationbreeding by spontaneous mutation 生产育种生产育种 定向培育定向培育诱变育种诱变育种breeding by induced mutationbreeding

38、 by induced mutation 用物理（用物理（X-rayX-ray、UVUV等）化学（吖啶、亚硝酸、碱基类似物）等）化学（吖啶、亚硝酸、碱基类似物）因素诱变育种，获得突变机率提高。因素诱变育种，获得突变机率提高。基因工程基因工程gene engineeringgene engineering是用人为方法将所需要的某一供体生物的遗传物质是用人为方法将所需要的某一供体生物的遗传物质-DNA DNA 大分子大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体作为载体(vector)vector)的的 DNA DNA 分

39、子连接起来，然后与载体一起导分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源遗传物质在其入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源遗传物质在其中中“安家落户安家落户”，进行正常的复制和表达，从而获得新物种的，进行正常的复制和表达，从而获得新物种的一种崭新的育种技术。一种崭新的育种技术。过程过程基因分离：基因分离：体外重组：外源体外重组：外源DNADNA与载体连接与载体连接载体传递：导入受体，使外源载体传递：导入受体，使外源DNADNA在受体中表达在受体中表达复制、表达复制、表达筛选、繁殖：对重组后的大量重组子性状进行筛选，筛选、繁殖：对重组后的大量重组子性状进行筛选，从

40、中选出所需性状重组子，并使之稳定繁殖。从中选出所需性状重组子，并使之稳定繁殖。微生物在基因工程中的作用：微生物在基因工程中的作用：微生物作为克隆载体；微生物作为克隆载体；微生物生产基因工程工具酶；微生物生产基因工程工具酶；1 1、限制性核酸内切酶、限制性核酸内切酶 2 2、DNADNA连接酶连接酶 微生物作为克隆载体的宿主微生物作为克隆载体的宿主 ；1 1、原核生物宿主、原核生物宿主 大肠杆菌大肠杆菌 枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌 2 2、真核生物宿主、真核生物宿主 酿酒酵母酿酒酵母 微生物作为表达载体。微生物作为表达载体。DNADNA的体外扩增的体外扩增 穆利斯发明了聚和酶链式反应（穆利斯发明了

41、聚和酶链式反应（polymerase chain polymerase chain reaction,PCRreaction,PCR），），这是一种在体外快速扩增特定这是一种在体外快速扩增特定DNADNA序列序列的新技术。的新技术。PCRPCR扩增的条件：扩增的条件：要有要有DNADNA摸板摸板要有引物要有引物 要有脱氧核苷三（要有脱氧核苷三（dNTPdNTP）磷酸磷酸要有要有DNADNA聚合酶聚合酶要有扩增缓冲液要有扩增缓冲液 要有钙离子要有钙离子PCRPCR由由3 3个基本反应步骤：个基本反应步骤：1 1、变性（、变性（denaturationdenaturation）2 2、退火（、退火（annealingannealing）3 3、延伸（、延伸（extensionextension）