1、會計學1教材和主要參考書教材：1.陳三鳳.現代微生物遺傳學.化學工業出版社，2003主要參考書1.盛祖嘉. 微生物遺傳學（三版）.科學出版社，20072.沈萍、陳向東，微生物學，高等教育出版社，20063.陶文沂. 工業微生物生理與遺傳育種學. 中國輕工業出版社，1997第1頁/共44頁第2頁/共44頁第二章第二章 微生物遺傳物質微生物遺傳物質n第一節第一節 DNA結構和復結構和復制制第3頁/共44頁第4頁/共44頁第一節 微生物遺傳學的發展簡史 微生物遺傳學是一門以病毒、細菌、放線菌、小型真菌及單細胞藻類、原生動物為研究對象的遺傳學的分支學科。40年代以前：微生物遺傳學的研究是不系統的、局限

2、的，遺傳學基本研究只限于動物和植物。 研究對象：只限于進行有性生殖，特別是產生有性孢子 微生物（酵母菌、草履蟲、脈孢菌）；研究內容：只限于形式遺傳學分析 （基因重組和定位）第5頁/共44頁一. 脈孢菌營養缺陷型的發現和基因原初功能的研究二. 細菌抗藥性突變的研究三. 細菌接合和基因重組的發現四. 細菌遺傳因子化學本質的鑒定 -細菌經典轉化實驗五. 噬菌體遺傳學研究第6頁/共44頁一. 脈孢菌營養缺陷型的發現和基因原初功能的研究1941年， G. Beadle 和E. Tatum 用脈孢菌為材料，用X-射線處理脈孢菌的分生孢子得到預期的營養缺陷型，證明了某些代謝途徑的阻斷與某些突變基因之間的對應

3、關系。對基因功能實質做了進一步的研究，提出一個基因一種酶學說（第7頁/共44頁過過程通過異宗接合產生子囊和子囊孢子，程通過異宗接合產生子囊和子囊孢子，子囊黑色、棒狀，內生子囊黑色、棒狀，內生8枚長圓形子枚長圓形子囊囊孢子，孢子在子囊中順序排列，一般孢子，孢子在子囊中順序排列，一般無無性繁殖，很少有性繁殖。性繁殖，很少有性繁殖。（圖：粗糙脈孢菌）第8頁/共44頁Beadle and Tatum: 一個基因 - 一種酶 One Gene - One EnzymeX raysMMCMMMVitaminsAmino acids Purines and pyrimidines 用X射線誘導處理紅色面包霉

4、，篩選出被誘導的突變體來進行實驗。根據遺傳分析和大量研究 ，他們認為基因發生突變，就可能導致酶活性的喪失。 利用生長譜法進一步驗證哪一種氨基酸缺陷 第9頁/共44頁第10頁/共44頁第11頁/共44頁重要意義開辟了生化遺傳學研究的廣闊領域，為基因作用機制的研究確立了基礎，為闡明代謝途徑提供了有效的方法； 提出一個基因一種酶學說，可認為是分子遺傳學的前奏； 利用營養缺陷型探索代謝途徑這一思想方法，在微生物遺傳學得到廣泛的應用，包括基因重組、發育、分化、形態建成等；由于營養缺陷型的發現，使得細菌的基因重組得以發現.第12頁/共44頁二.細菌抗藥性突變的研究細菌的抗性是基因突變的結果，還是適應的結果

5、？1943年， Salvador Luria & Max Delbruck用嚴密的實驗證實細菌的抗性是基因突變的結果重要意義： 使人們認識到，可能所有的生物都有著相同的遺傳變異規律； 嚴密的實驗方法，開始被應用到微生物遺傳學領域，特別是細菌的變異的研究中去。第13頁/共44頁變量實驗（fluctuation analysis）：波動實驗、彷徨實驗對噬菌體T1敏感的E.coli 對數期培養物，稀釋至103/mL,分裝兩試管，各10 mL 與甲管分裝的各小管同時保溫2436h甲管 乙管 第14頁/共44頁變量實驗（fluctuation analysis）Salvador Luria &a

6、mp; Max Delbruck(1943)Salvador LuriaMax DelbruckThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969第15頁/共44頁三. 細菌接合和基因重組的發現1946年，Joshua Lederberg 和Edward L.Taturm報道了大腸桿菌中的基因重組接合 (conjugation)重要意義：1）使人們更為明確地認識到微生物和高等動物和植物遺傳規律上的一致性；即細菌中也有類似于性過程的現象，以及基因連鎖和重組。如有兩個不同遺傳型的細菌突變株在一起混合培養，可分離到具有雙親基因的新個體，從而認為細菌也存在性別

7、；2）通過基本相同的方法，為在霉菌、放線菌等各種微生物中發現基因重組奠定了實驗方法；3）促使50年代發現了轉導。第16頁/共44頁中間平板上長出的原養型菌落是兩菌株之間發生了遺傳交換和重組所致！ 為了減少所培養的結果是回復突變的機會，采用了雙重或三重營養缺陷型。該實驗是建立在不大可能同時發生兩種或三種回復突變的設想上的。第17頁/共44頁第18頁/共44頁證實接合過程需要細胞間的直接接觸的“U”型管實驗（ Bernard Davis，1950 ）第19頁/共44頁本培養基上生長，證明是轉化。第20頁/共44頁四. 細菌遺傳因子化學本質的鑒定 -細菌經典轉化實驗1928年 F.Griffith在

8、肺炎鏈球菌中發現轉化現象1944年 Avery 在離體條件下完成轉化過程 確定遺傳物質為DNA（第一個實驗證據）它的發現，是1953年DNA分子雙螺旋模型提出和分子遺傳學發展的前奏。第21頁/共44頁第22頁/共44頁第23頁/共44頁 S S 殺死細菌殺死細菌 分離提取分離提取 多糖多糖 脂類脂類 RNA RNA 蛋白質蛋白質 DNA DNA+DNase DNA DNA+DNase R R R R R R 不殺死不殺死 不殺死不殺死 不殺死不殺死 不殺死不殺死 可殺死可殺死 不殺死不殺死 小鼠小鼠 小鼠小鼠 小鼠小鼠 小鼠小鼠 小鼠小鼠 小鼠小鼠 R R R R R+S+S R 圖圖 9-2

9、 O.Avery9-2 O.Avery 等的體外轉化實驗等的體外轉化實驗第24頁/共44頁五. 噬菌體遺傳學研究 1946年， Delbruck證實了噬菌體也存在遺傳重組現象； 1955年， Benzer研究了E.coliT4噬菌體遺傳物質的精細 結構，提出了“順反子”的概念； 1961年， Benzer發表了T4r突變位點的經典研究表明： 所有位點不是有同等的突變頻率， 提出了基因突變的熱點的理論。1）把遺傳規律推廣到最簡單的生物噬菌體；2）溫和噬菌體以及轉導作用的發現，成為微生物遺傳學、分子遺傳學研究的有效手段。第25頁/共44頁第26頁/共44頁PrPsc并不是遺傳信息的攜帶者。n因此，

10、由引起的疾病又被稱為構象病。第27頁/共44頁第三節 微生物作為遺傳學材料的優越性 果蠅復眼色素的合成復雜，每一步都需要一種酶。當某一基因發生了突變，相應的一個酶促反應便不能進行。 怎樣進一步研究基因的作用呢？要得到足夠量的復眼色素，必須飼養成百萬頭果蠅。能否用別的便于大量培養的生物來代替果蠅？ 復眼色素是十分復雜的物質，能否采用便于分析的性狀進行基因作用的研究呢？如氨基酸、維生素等。 二倍體中，生物有顯性關系，使隱性突變掩蓋（微生物一般是單倍體，便于建立純系，便于觀察基因分離）第28頁/共44頁微生物的優越性： 獨特的生物學特性： 單細胞，單倍體，易培養，無性系，繁殖迅速； 便于獲得營養缺陷

11、型：脈孢菌VB6缺陷型； 能被用作研究復雜體制生物的簡單的遺傳學模型第29頁/共44頁第四節 微生物遺傳控制與發酵工業 育種：通過 系統選擇、 誘變、 雜交、 原生質體融合 體外基因重組 等技術培育具有人們所需要遺傳性質的生物的過程第30頁/共44頁應根據代謝調節理論，改變微生物的遺傳特性： 營養缺陷型突變株： 某種酶的合成缺陷，途徑被切斷，使代謝流 匯向目的產物， 同時也能解除反饋調節作用； 抗代謝類似物突變株： 某些受反饋調節的酶的結構改變，不再受相 應的代謝產物的反饋調節； 滲漏突變型：改變細胞膜的通透性；也能通過引入不同菌株的特定結構基因、啟動基因、或增加基因的數量和轉錄翻譯活性等，以改變微生物的遺傳特性。第31頁/共44頁第32頁/共44頁第33頁/共44頁第34頁/共44頁第35頁/共44頁雙向復制不久后的圖象