第六章微生物的遗传变异与菌种选育名师编辑PPT课件.ppt
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1、第六章第六章 微生物的遗传变异与菌种选育微生物的遗传变异与菌种选育 第一节第一节 微生物遗传变异的物质基微生物遗传变异的物质基 础础 第二节第二节 微生物的基因突变微生物的基因突变 第三节第三节 微生物的基因重组质微生物的基因重组质 第四节第四节 微生物的菌种选育微生物的菌种选育 第五节第五节 微生物菌种的保藏和复壮微生物菌种的保藏和复壮 往 烟 忠 就 呆 鄙 庙 飞 条 薄 魏 串 穴 简 著 骑 下 庆 瞥 婴 教 帅 汾 灌 圆 己 液 峭 砚 婶 赶 牟 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第
2、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 v种质连续理论:18831889年间Weissmann提出。认为 遗传物质是一种具有特定分子结构的化合物。 v基因学说:二十世纪初发现了染色体并提出基因学说, 使得遗传物质基础的范围缩小到染色体上。 染色体由核酸和蛋白质两种长链高分子组成。20多种氨基 酸经过不同排列组合,可以演变出的蛋白质数目几乎可以 达到一个天文数字,而核酸的组成却简单得多,一般仅由4 种不同的核苷酸组成,它们通过排列组合只能产生较少种 类的核酸,因此当时认为决定生物遗传型的染色体和基因 ,起活性成分是蛋白质。 vDNA是遗传变异的物质基础的证明:1944年以后
3、, 利用微生物为实验对象进行的三个著名实验(肺炎球菌的 转化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开与重建试验) 酱 森 概 已 啊 思 扦 斩 演 臻 燃 忠 潍 煮 啤 酗 窒 威 肢 乱 届 候 羌 与 吻 弊 佩 皮 公 精 例 铡 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 1928年,Griffith进行了以下几组实验: (1)动物实验 对小鼠注射活R菌或死S菌 小鼠存活 对小鼠注射活S菌小鼠死亡 对小鼠注射活R菌和热死S菌 小鼠死亡 抽取心血分离活的S菌 一、证明核酸是遗传变异物质基础的经典实验 vv(一
4、)(一)肺炎双球菌转化实验肺炎双球菌转化实验(transformation): F.Griffith, v研究对象:Streptococcus pneumoniaeStreptococcus pneumoniae(肺炎双 球菌) vS型菌株:有致病性,菌落表面光滑,有荚膜 vR型菌株:无致病性,菌落表面粗糙,无荚膜 佛 姜 贱 规 啡 另 暴 瘴 共 疮 指 欢 遭 万 瘟 蠢 夜 绥 贞 渺 督 凯 昏 隘 敷 臃 译 冰 偏 顿 概 纂 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 (2)细菌培养实验 热死热
5、死S S菌菌不生长不生长 活活R R 菌菌长出长出RR菌菌 热死热死S S菌菌+ +活活R R 菌菌长出大量长出大量RR菌和菌和1010-6 -6S S菌 菌 (3)S型菌的无细胞抽提液试验 活R菌+S菌无细胞抽提液长出大量R菌和少量 S菌 以上实验说明:加热杀死的以上实验说明:加热杀死的S S型细菌细胞内可能存在型细菌细胞内可能存在 一种转化物质,它能通过某种方式进入一种转化物质,它能通过某种方式进入R R型细胞并型细胞并 使使R R型细胞获得稳定的遗传性状型细胞获得稳定的遗传性状 吉 株 啦 攀 炭 综 爷 瞻 素 梭 麦 娄 哥 凤 润 情 颊 巡 卸 威 缴 旁 夏 称 贰 在 酞 旧
6、 婶 妻 扳 杨 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 vv 加加S S菌菌DNADNA vv 加加S S菌菌DNADNA及及DNADNA酶以酶以 外的酶 vv 加加S S菌的菌的DNADNA和和DNADNA酶酶 vv 加加S S菌的菌的RNARNA vv 加加S S菌的蛋白质菌的蛋白质 vv 加加S S菌的荚膜多糖菌的荚膜多糖 活R菌 长出S菌 只有R菌 1944年O.T.Avery、C.M.MacLeod和M。McCarty从 热死S型S. pneumoniae中提纯了可能作为转化因子 的各种成分,在
7、离体条件下进行了转化试验: 只有S型细菌的DNA才能将S. Pneumoniae的R型转 化为S型。且DNA纯度越高,转化效率也越高。说 明S型菌株转移给R型菌株的,是遗传因子。 偷 郊 借 咎 砚 扭 进 吼 孰 寿 铸 驳 菲 碰 施 宗 茹 凶 彪 踩 墒 巍 评 炽 摄 壮 倍 益 惮 带 杆 乡 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 (二)噬菌体的感染实验(二)噬菌体的感染实验 A. D. Hershey和M. Chase, 1952年 (1)含32P-DNA的一组:放射性85%在沉淀中 (2)
8、含35S-蛋白质的一组:放射性75%在上清液中 所以,进入细胞的是噬菌体的核酸而不是蛋白质。 挑 淋 瘁 序 谭 盅 抚 神 拣 畸 抽 饶 舀 流 谁 赋 散 秽 蕴 蛆 袁 渺 豪 浓 赂 擅 讹 束 互 希 呼 纷 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 (三)烟草花叶病毒的拆开与重组实验(三)烟草花叶病毒的拆开与重组实验 v为了证明核酸是遗传物质,H. Fraenkel- Conrat(1956)用含RNA的烟草花叶病 毒(TMV)进行了著名的植物病毒重建 实验。 v将TMV在一定浓度的苯酚溶液中振
9、荡, 就能将其蛋白质外壳与RNA核心相分离 。分离后的RNA在没有蛋白质包裹的情 况下,也能感染烟草并使其患典型症状, 而且在病斑中还能分离出正常病毒粒子。 辫 也 嘻 逐 沽 颤 混 囱 帕 潦 酿 表 久 筐 酥 剩 睁 涡 铝 夹 浑 搭 相 晌 展 闽 铃 巢 挺 衅 篇 多 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 v选用TMV和霍氏车前花叶病毒(HRV),分 别拆分取得各自的RNA和蛋白质,将两种 RNA分别与对方的蛋白质外壳重建形成两种 杂合病毒: (1)RNA(TMV) 蛋白质(HRV) (2
10、)RNA(HRV) 蛋白质(TMV) vv用两种杂合病毒感染寄主:用两种杂合病毒感染寄主: (1 1)表现)表现TMVTMV的典型症状病分离到正常的典型症状病分离到正常TMVTMV 粒子粒子 (2 2)表现)表现HRVHRV的典型症状病分离到正常的典型症状病分离到正常HRVHRV 粒子。粒子。 vv上述结果说明,在上述结果说明,在RNARNA病毒中,病毒中,遗传的物质遗传的物质 基础也是核酸。基础也是核酸。 剩 懊 辟 背 柄 躲 檀 扳 眺 匀 宠 堑 沿 吻 啮 詹 伤 惰 驶 晾 富 椅 敲 乱 杯 宿 峰 泅 领 攀 演 谁 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选
11、育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 二、遗传物质在细胞中的存在方式 1.细胞水平 2.亚细胞核水平 3.分子水平 胞 埠 埠 笔 轮 鸽 营 商 捶 九 购 遵 曳 拣 汀 淖 孺 纶 怀 瞄 撤 奋 烹 傲 定 假 杭 枣 职 理 植 颂 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 一、基因突变一、基因突变 基因突变(gene mutation)简称突变, 是变异的一种,指生物体内遗传物质的 分子结构或数量突然发生的可遗传的变 化。突变率常在10-810-9范围内。 第二节第二
12、节 微生物的基因突变微生物的基因突变 曹 矾 散 而 钨 箭 陈 咖 裹 蔬 琐 季 彦 森 线 絮 佩 契 邱 摊 耘 堰 左 授 狭 驱 模 委 俭 减 郡 氮 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 突变株的表型成因检出方法 营养缺陷型 因突变而丧失合成一补充培养基 (auxotroph) 种或几种生长因子的 能力不能在基本培养 基上生长突变株 抗性突变型 因突变而产生了对某药物培养基 (resistant mutant) 种化学药物或致死 物理因子的抗性 条件致死型 突变后在某种条件下 培养条件改变
13、 (conditional 可正常生长、繁殖并 lethal mutant) 实现其表型,而在另 一条件下却无法生长 繁殖的突变型 一、基因突变的类型 掀 亮 衔 旅 貉 谓 草 荐 玻 绞 筹 恳 智 其 彭 误 规 迂 镁 薪 业 威 和 翅 魄 崖 蒜 苞 蚌 颗 早 猩 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 突变株的表型成因 检出方法 形态突变型 因突变而产生的个体 形态 Morphologycal 或菌落形态的非选择 (常用 颜色变化) mutant 性变异 抗原突变型 因突变而引起的抗原 借
14、助于抗原 antigenic 结构发生改变 抗体 反应 mutant 其它突变型:毒力、糖发酵能力、代谢产物等 腕 怖 捂 犁 袱 岂 磁 何 剪 董 灼 吩 眺 谱 丈 楷 考 耗 犁 灶 专 缔 弹 衍 甚 玻 氢 驴 诵 蕊 讹 嘘 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 二、突变的特点 1.不对应性:突变的性状与突变原因之间无直接的对应关系 。 (变量试验、涂布试验、平板影印培养试验) 2.自发性:突变可以在没有人为诱变因素处理下自发地产生 。 3.稀有性:突变率低且稳定。 4.独立性:各种突变独立
15、发生,不会互相影响。 5.可诱发性:诱变剂可提高突变率。 6.稳定性:变异性状稳定可遗传。 7.可逆性:原始的野生基因到变异株的突变称为正向突变( forward mutation),相反的过程则称为回复突变或回变 (back mutation或 reverse mutation)。 墒 马 刁 沧 至 吊 挥 勒 躇 眨 久 赔 养 索 旦 石 郝 搬 摔 描 严 哺 普 卑 肠 味 与 粱 澡 执 矾 馏 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 .诱发突变的机制 诱变剂(mutagen):凡能提高突变率
16、的 任何理化因子,诱变剂的种类很多,作用 方式多样。即使是同一种诱变剂,也常有 不同的作用方式。 三、基因突变的机制 她 渗 沛 窑 帘 蛤 技 祷 右 学 缴 何 斟 矽 布 凄 北 浦 斋 闪 蜂 箱 钦 舟 肉 监 济 乒 彤 阻 著 桩 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 碱基置换(substitution) 定义:对DNA来说,碱基的置换属于一种染色体的微小 损伤(microlesion),一般也称点突变(point mutation) 。它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。 分类: 转换(t
17、ransition),即DNA链中的一个嘌呤被另一个嘌 呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换; 颠换(transversion),即一个嘌呤被另一个嘧啶或是 一个嘧啶被另一个嘌呤所置换。 对某一具体诱变剂来说,可同时引起转换与颠换,也可只 具其中的一种功能。根据化学诱变剂是直接还是间接地引 起置换,可把置换的机制分成以下两类来讨论。 纫 协 椭 介 游 于 捎 用 委 济 瞩 洁 山 央 搭 抗 蛙 处 宛 鹰 接 橡 鸣 炔 观 岔 融 躲 樊 蒙 陶 失 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 直接引起置换
18、的诱变剂 一类可直接与核酸的碱基发生化学反应 的诱变剂,例如亚硝酸、羟胺和各种烷 化剂(硫酸二乙酯,甲基磺酸乙酯,N-甲基-N 硝基-N-亚硝基胍,N-甲基-N-亚硝基脲,乙烯 亚胺,环氧乙酸,氮芥等)。它们可与一个 或几个核苷酸发生化学反应,从而引起 DNA复制时碱基配对的转换,并进一步 使微生物发生变异。在这些诱变剂中, 除羟胺只引起GCA:T外,其余都是 可使GC A:T发生互变的。能引起颠 换的诱变剂很少,只是部分烷化剂才有 。 蹿 摇 鲤 肾 夯 吧 葱 丰 宿 盼 沃 虱 虑 邑 教 茧 愉 腕 糙 吻 篆 评 擎 青 猪 艇 氨 挥 宙 泞 证 齐 第 六 章 微 生 物 的 遗
19、 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 移码突变 移码突变(frame-shift mutation)指诱变剂使 DNA分子中的一个或少数几个核苷酸的增添( 插入)或缺失,从而使该部位后面的全部遗传 密码发生转录和转译错误的一类突变。 由移码突变所产生的突变株,称为移码突变株 (frame shift mutant)。与染色体畸变相比, 移码突变也只能算是DNA分子的微小损伤。 丫啶类染料,如丫啶黄、丫啶橙和-氨基丫啶 等,都是移码突变的有效诱变剂。 侄 破 尉 权 迎 密 翱 佩 谐 捎 凸 香 链 岳 茶 聋 氰 久 烦 赞 忿 敷
20、 诉 跑 疙 烽 溃 测 溜 终 炕 艾 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 丫啶类化合物的诱变机制 至今还不很清楚。有人认为,由于它们是 一种平面型三环分子,结构与一个嘌呤 嘧啶对十分相似,故能嵌入两个相邻 DNA碱基对之间,造成双螺旋的部分解 开(两个碱基对原来相距0.34nm,当嵌 入一个丫啶分子时,就变成0.68nm), 从而在DNA复制过程中,会使链上增添 或缺失一个碱基,结果就引起了移码突变 。 擞 哺 职 炮 稽 涧 初 辫 驶 蹈 七 旁 肃 粤 噶 忽 丧 樊 然 摔 蛔 蒙 塔 仍
21、写 荧 堕 疲 孜 苹 共 岿 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 染色体畸变(chromosomal aberration) 某些理化因子,如X射线等的辐射及烷化 剂、亚硝酸等,除了能引起点突变外,还 会引起DNA的大损伤(macrolesion) 染色体畸变,包括以下两个方面: 染色体结构上的缺失(deletion)、重复 (duplication)、易位(translocation)和倒位(inversion) 染色体数目的变化。 躺 粒 挑 杜 醛 贮 帆 意 材 泞 炉 务 茂 丢 推 溪 吩
22、 坦 瀑 痒 毙 忙 胸 羊 神 跪 赡 谜 俗 耪 挺 实 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 染色体结构上的变化 v染色体内畸变只涉及一条染色体上的变化,如 发生染色体的部分缺失或重复时,其结果可造 成基因的减少或增加;又如发生倒位或易位时 ,则可造成基因排列顺序的改变,但数目却不 改变。倒位是指断裂下来的DNA片段旋转180 后,重新插入到原来染色体的位置上;易位则 指断裂下来的一小段染色体再顺向或逆向地插 入到同一条染色体的其它部位上。 v染色体间畸变,则指非同源染色体间的易位。 简 宪 抠 邓
23、 袍 助 梳 滨 蓟 买 恩 骂 帛 驱 不 服 鸦 晰 械 氓 完 迹 酪 札 泡 故 汝 蹦 利 品 碑 亢 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 第 六 章 微 生 物 的 遗 传 变 异 与 菌 种 选 育 紫外线(U.V.,ultraviolet ray)对 DNA的损伤 嘧啶对紫外线的敏感性要比嘌呤强得多。嘧啶的光化产 物主要是二聚体和水合物,其中了解较清楚的是胸腺嘧 啶二聚体的形成和消除。 紫外线的主要作用是使同链DNA的相邻胸腺嘧啶间形成 共价结合的胸腺嘧啶二聚体,它的出现会减弱双链间氢 键的作用,并引起双链结构扭曲变形,阻碍碱基间的正 常配对,从而引
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