微生物課件微生物遺傳第一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六第一節遺傳的物質基礎第二節微生物的基因組結構第四節真核微生物的基因重組

第三節

原核微生物的基因重組第五節

基因突變和誘變育種第六節微生物與基因工程三個經典實驗的原理與方法，朊病毒的概念原核及真核微生物基因組的基本特征基因突變的規律三種基因水平轉移方式及其應用準性生殖基因工程的基本過程和基本技術第二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六遺傳：親代與子代相似變異：親代與子代、子代間不同個體不完全相同遺傳（inheritance）和變異（variation）是生命的最本質特性之一遺傳型：(genotype)表型：(phenotype)決定生物表現型的遺傳因子具有一定遺傳型的個體，在特定環境條件下通過生長發育所表現出來的外表特征和內在特征的總和。表型是由遺傳型所決定，但也和環境有關。遺傳型＋環境條件表型第三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六表型飾變：同樣遺傳型的生物在不同外界條件下顯現的不同表現型的變異，不涉及遺傳物質結構改變特點：暫時性、不可遺傳性、表現為全部個體的行為遺傳型改變引起的表型變化，發生在基因水平上，可以遺傳給子代。特點：遺傳性、群體中極少數個體的行為（自發突變頻率通常為10-6-10-9）遺傳型變異（基因突變）：第四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六第一節遺傳的物質基礎★一.證明核酸是遺傳物質的經典實驗①1928年，F.Griffith；1944年O.T.Avery肺炎鏈球菌（Streptococcuspneumoniae）轉化試驗。②1952年，A.D.Hershy、M.Chase的噬菌體感染實驗。③1956年，H.Fraenkel-Conrat的TMV拆開和重建實驗。第五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六1、經典轉化實驗肺炎鏈球菌：S型（菌體具莢膜，菌落表面光滑，有致病能力）R型（菌體無莢膜，菌落表面粗糙，無致病能力）第六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六①加S菌DNA②加S菌DNA及DNA酶以外的酶③加S菌的DNA和DNA酶④加S菌的RNA⑤加S菌的蛋白質⑥加S菌的莢膜多糖活R菌長出S菌只有R菌1944年Avery、MacLeod和McCarty從熱死S型S.pneumoniae中提純了可能作為轉化因子的各種成分，并在離體條件下進行了轉化試驗：只有S型細菌的DNA才能將S.pneumoniae的R型轉化為S型。且DNA純度越高，轉化效率也越高。說明S型菌株轉移給R型菌株的，是遺傳因子DNA。第七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六2、噬菌體感染實驗進入細菌細胞內部的物質是DNA。DNA包含有產生完整噬菌體的全部信息。3、植物病毒TMV重建實驗TMV的遺傳物質是RNA。第八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六結論：

證明核酸（DNA或RNA）是遺傳的物質基礎簡單的細菌（或病毒）解決復雜而重大的問題微生物與高等生物具有共同的遺傳本質第九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六朊病毒的發現和思考:朊病毒一種具有傳染性的蛋白質致病因子蛋白質是遺傳物質嗎蛋白質折疊與功能的關系，是否存在折疊密碼？？？？已知的傳染性疾病的傳播因子必須含有核酸第十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六①真核生物DNA分子與組蛋白結合構成染色體，每條染色體有單一線性雙鏈DNA分子。一個真核生物細胞內有多條染色體（脈孢菌7條，人23條）。高等生物中有2至多套染色體（動物2倍，水稻4倍），真菌有雙倍體，但多數微生物是單倍體。真核細胞核物質外有核膜包圍，形成完整細胞核。②原核生物DNA不與組蛋白結合，染色體僅由一條DNA組成，DNA為共價閉合環狀雙鏈，一個細胞內只有一條染色體（單倍體haploid）。無核膜包圍，只在細胞中央形成核區。③質粒plasmid和轉座因子原核生物中，除染色體以外，能夠自主復制的共價閉合環狀DNA分子。它們攜帶少量遺傳基因，決定細胞的某些性狀，并非細菌生活必需。二、遺傳物質在微生物細胞內存在的部位和形式一）遺傳物質在微生物細胞中的存在方式第十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六真核微生物：細胞核原核微生物：核區細胞核或核區的數目在不同的微生物中是不同的（二）遺傳物質存在的部位第十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六細胞核水平真核生物細胞核核染色體原核生物核區DNA鏈核基因組在核基因組之外，還存在各種形式的核外遺傳物質第十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六核外染色體真核生物的“質?！痹松锏馁|粒 線粒體細胞質基因 葉綠體（質體） 中心體 動體共生生物： 卡巴顆粒酵母菌的2m質粒F因子R因子Col質粒Ti質粒巨大質粒降解性質粒核基因組遺傳物質類型第十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六（三）轉座因子（transposibleelement）細胞中能改變自身位置（例如從染色體或質粒轉移到另一個位點，或者在兩個復制子之間轉移）的一段DNA序列。也稱跳躍基因（jumpinggene）或可移動基因（movablegene）。插入序列（insertionsequence,IS)轉座子（transposon,Tn)某些病毒（Mu噬菌體）原核生物的轉座因子：第十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六轉座因子40年代McClintock在玉米中發現了轉座子即跳躍基因，自1967年以來，已在微生物和其它生物中得到普遍證實。新發現：有些DNA片段不但可在染色體上移動，還可從一個染色體跳到另一個染色體，從一個質粒跳到另一個質?；蛉旧w，甚至還從一個細胞轉移到另一個細胞。在這些DNA順序的跳躍過程中，往往導致DNA鏈的斷裂或重接，從而產生重組交換或使某些基因啟動或關閉，結果導致突變的發生。第十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六轉座因子的種類（1）插入序列（IS，insertionsequence）：分子量最?。▋H0.7-1.4kb），只能引起轉座（transposition）效應而不含其它基因?？梢栽谌旧w、F因子等質粒上發現它們。已知的IS有5種，即IS1、IS2、IS3、IS4和IS5。因IS在染色體上插入的位置和方向的不同，其引起的突變效應也不同。IS引起的突變可回復，其原因可能是IS被切離，如果因切離部位有誤而帶走IS以外的一部分DNA序列，就會在插入部位造成缺失，從而發生新的突變。第十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六轉座因子的種類（2）轉座子(Tn，transposon，又稱轉位子，易位子)與IS和Mu噬菌體相比，Tn的分子量居中（一般為2~25kb）。它含有幾個至十幾個基因，其中除了與轉座有關的基因外，還含有抗藥基因或乳糖發酵基因等其它基因。Tn雖能插到受體DNA分子的許多位點上，但這些位點似乎也不完全是隨機的，其中某些區域更易插入。第十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六特征：在兩端有IR序列，分兩類：Ⅰ型Compoundtransposons： 兩端為插入序列IS，抗性基因居中。 如Tn5、Tn9、Tn10、Tn4001、Tn4003。Ⅱ型Complextransposons： 兩端為IR(30-50bp)，中間為轉座基因和抗性基因。 如Tn1、Tn3、Tn21、Tn1721、Tn551。轉座子transposon第十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六轉座因子的種類（3）Mu噬菌體（即mutatorphage，誘變噬菌體）是E.coli的一種溫和噬菌體。與必須整合到宿主染色體特定位置上的一般溫和噬菌體不同，Mu噬菌體并沒有一定的整合位置。與IS和Tn相比，Mu噬菌體的分子量最大37kb，含有20多個基因。引起的轉座可以導致插入突變，其中約有2%是營養缺陷型突變。第二十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六轉座的遺傳學效應：1）插入突變2）產生染色體畸變3）基因的移動和重排第二十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六四）質粒1、致育因子(Fertilityfactor，F因子)3、產細菌素的質粒（Bacteriocinproductionplasmid）2、抗性因子（Resistancefactor，R因子）4、毒性質粒（virulenceplasmid）5、代謝質粒（Metabolicplasmid）6、隱秘質粒（crypticplasmid）第二十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六五）基因的表達以DNA為模板，通過RNA聚合酶轉錄出mRNA，然后將mRNA包含的堿基順序在核糖體中翻譯成相應氨基酸序列的多肽。①轉錄（transcription）雙鏈DNA→單鏈，以其中一條為模板→互補mRNA②翻譯(translation)mRNA→多肽第二十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六DNA→RNA→肽鏈→蛋白質五）基因的表達第二十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六第二節：微生物的基因組結構明確基因組的概念，微生物在人類基因組計劃中的獨特而重要的地位；人類基因組計劃對微生物學發展的影響；三種代表性微生物基因組結構的特點，特別強調古生菌基因組的獨特性及雙重特征；隨著基因組全序列測定微生物的增多所發現的新問題：

水平基因轉移現象

Woese系統發育樹面臨的挑戰

第二十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六微生物基因組結構的特點1、原核生物（細菌）的基因組1）染色體為雙鏈環狀的DNA分子（單倍體）；2）基因組上遺傳信息具有連續性；基因數基本接近由它的基因組大小所估計的基因數一般不含內含子，遺傳信息是連續的而不是中斷的。3）功能相關的結構基因組成操縱子結構；4）結構基因的單拷貝及rRNA基因的多拷貝；5）基因組的重復序列少而短.基因組genome：一種生物的全套基因。第二十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六2、真核微生物（啤酒酵母）的基因組1）典型的真核染色體結構；啤酒酵母基因組大小為13.5×106bp，分布在16條染色體中。2）沒有明顯的操縱子結構；3）有間隔區（即非編碼區）或內含子序列；4）最顯著的特點是重復序列多.

第一個完成基因組測序的真核生物基因組第二十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六基因組上有許多較高同源性的DNA重復序列，這是一種進化。即可在少數基因發生突變而失去功能時不會影響生命過程，也可適應復雜多變的環境，豐余的基因可在不同的環境種起用多個功能相同或相似的基因產物，有備無患。酵母菌確實比細菌和病毒進步而富有，而細菌和病毒似乎更聰明，能更經濟更有效地利用遺傳資源。第二十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六2、古生菌（詹氏甲烷球菌）的基因組第一個完成基因組測序的古生菌只有40％的基因與其他兩界的生物有同源性古生菌的基因組在結構上類似于細菌1.66x106bp的環狀染色體DNA1682個ORF(OpenReadingFrame)3)負責信息傳遞功能的基因（復制、轉錄和翻譯）則類似于真核生物第二十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六ORF(Openingreadingframe)任何一種生物的基因組，都是由不編碼和編碼蛋白質的核苷酸序列（基因）所組成?；蛲ǔＶ皇腔蚪M的一小部分.一個基因組擁有的“基因”數目是由兩部分組成的：通過實驗證明確有蛋白質產物的真實基因、根據起始密碼和終止密碼序列所確定的潛在基因。生物學家們把這兩類基因都稱為“開放閱讀框”(ＯＲＦ）。因此，一個基因組內的基因數目通常是指ＯＲＦ的數目。

第三十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六克隆clone不經過有性細胞的結合，由體細胞發育成新個體，即無性繁殖。基因重組generecombination兩個不同來源的遺傳物質進行交換，經過基因的重新組合，形成新的基因型的過程。重組獲得的后代具有新的基因組合，表現出不同于親本的新性狀。原核微生物沒有有性生殖，其基因重組通過轉化、接合、轉導方式進行。第三節原核微生物的基因重組第三十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六一、細菌的接合作用(conjugation)通過細胞與細胞的直接接觸而產生的遺傳信息的轉移和重組過程1.實驗證據第三十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六接合(conjugation)通過供體菌與受體菌間細胞接觸而傳遞大段DNA1946年，JoshuaLederberg和EdwardL.TatumE.colik12的多重營養缺陷型雜交實驗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。第三十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六F因子大腸桿菌是有性別分化的。決定它們性別的因子稱為F因子(致育因子或稱性質粒)，呈超螺旋狀態，既可以在細胞內獨立存在,

具有自主的與染色體進行同步復制和轉移到其他細胞中的能力,也可插入(即整合)到染色體上第三十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六F因子的四種細胞形式：

a）F-菌株(“雌性”菌株)，不含F因子，沒有性菌毛，但可以通過接合作用接收F因子而變成F+菌株；b）F+菌株(“雄性”菌株)，

F因子獨立存在，細胞表面有性菌毛。c）Hfr菌株，F因子插入到染色體DNA上，細胞表面有性菌毛。d）F′菌株，Hfr菌株內的F因子因不正常切割而脫離染色體時，形成游離的但攜帶一小段染色體基因的F因子，特稱為F′因子。細胞表面同樣有性菌毛。第三十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六F+菌株 含F質粒，細胞表面產生性毛(sexpili)，與F-細胞相連，在接合后轉移DNA。F-菌株 無F質粒，不產生性毛，可接受外來F質粒。第三十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六Hfr菌株高頻重組菌株（highfrequencyrecombination）。與F-接合后，重組頻率比F+高幾百倍。在Hfr細胞中，存在與染色體特定位點相整合的F因子(產生頻率約10-5)。當它與F-菌株發生接合時，Hfr染色體在F因子處發生斷裂，由環狀變成線狀。整段線狀染色體轉移至F-細胞的全過程約需100min。在轉移時，由于斷裂發生在F因子中，所以必然要等Hfr的整條染色體組全部轉移完成后，F因子才能完全進入F-細胞。但轉移過程中斷，所以越在前端的基因，進入的機會就越多，故在F-中出現重組子的時間就越早，頻率也高。第三十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六F’菌株當Hfr菌株內的F因子因不正常切割而脫離其染色體組時，可形成游離的攜帶一小段染色體基因的F因子，特稱F’因子。攜帶有F’因子的菌株，其性狀介于F+與Hfr之間，這就是初生F’菌株。初生F’菌株與F-菌株接合，可使后者轉變成F’菌株，這就是次生F’菌株，它既獲得了F因子，又獲得了來自初生F’菌株的若干遺傳性狀。以這種接合來傳遞供體菌基因的方式，稱為F因子轉導(F-duction)、性導(sexduction)

。在次生的F’群體中，大約有10%的F’因子重新整合到染色體組上，而恢復成Hfr菌。第三十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六1）F+×F-雜交1）F+細菌通過性毛與F-細菌接觸并發生相互作用；2）F因子出現缺口，雙鏈之一被切斷，從斷端轉移F因子的一條鏈到F-細菌中。3）F因子的一條鏈一進入F-細菌中，在F-細菌中復制新的F因子從而變成F+

4）原有F+細胞也完成F因子另一條鏈的復制，所以轉移是F+的拷貝。F+＋F+第三十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六Hfr菌株的F因子插入到染色體DNA上，因此只要發生接合轉移過程，就可以把部分甚至全部細菌染色體傳遞給F-細胞并發生重組，由此而得名為高頻重組菌株2）Hfr×F-雜交Hfr菌株仍然保持著F+細胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一樣與F-細胞進行接合。所不同的是，當OriT序列被缺刻螺旋酶識別而產生缺口后，F因子的先導區(leadingregion)結合著染色體DNA向受體細胞轉移。F因子除先導區以外，其余絕大部分是處于轉移染色體的末端，由于轉移過程常被中斷，因此F因子不易轉入受體細胞中。Hfr×F-雜交后的受體細胞(或接合子)大多數仍然是F-。染色體上越靠近F因子的先導區的基因，進入的機會就越多，在F-中出現重組子的的時間就越早，頻率也高。Hfr＋F-第四十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六3）F′×F-雜交F′×F-與F+×F-的不同：供體的部分染色體基因隨F′一起轉入受體細胞a）與染色體發生重組；b）繼續存在于F′因子上，形成一種部分二倍體細胞基因的這種轉移過程又常稱為性導（sexduction）。F′＋F′第四十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六1、普遍性轉導（generalizedtransduction）(1)意外的發現1951年，JoshuaLederberg和NortonZinder為了證實大腸桿菌以外的其它菌種是否也存在接合作用，用二株具不同的多重營養缺陷型的鼠傷寒沙門氏菌進行類似的實驗：用“U”型管進行同樣的實驗時，在給體和受體細胞不接觸的情況下，同樣出現原養型細菌！二、細菌的轉導(transduction)第四十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六1952年Zinder和Lederberg

在驗證Salmonellatyphimurium是否也存在接合現象時發現了轉導現象。S.typhimurium： LT22A(trp-)； LT2(his-)LT22溶原性→噬菌體P22→感染LT2（非溶原性）→可能釋放帶trp+的P22→LT22A(trp-)→呈原養型。第四十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六沙門氏菌LT22A是攜帶P22噬菌體的溶源性細菌,另一株是非溶源性細菌一個表面看起來的常規研究卻導致一個驚奇和十分重要發現的重要例證！基因的傳遞很可能是由可透過“U”型管濾板的P22噬菌體介導的（普遍性轉導這一重要的基因轉移途徑的發現）WhyandHow?第四十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六（二）轉導（transduction）轉導：由病毒介導的細菌細胞間進行遺傳交換的一種方式

一個細胞的DNA或RNA通過病毒載體的感染轉移到另一個細胞中。細菌轉導的類型：普遍轉導局限轉導完全轉導流產轉導低頻轉導高頻轉導轉導噬菌體：能將細菌宿主的部分染色體和質粒DNA帶到另一個細菌的噬菌體。獲得了由噬菌體攜帶來的供體菌DNA片段的受體細胞稱為轉導子。在轉導中被轉移的染色體片段稱為轉導因子。

第四十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六普遍轉導（generalizedtransduction）噬菌體可以轉導供體菌染色體的任何部分到受體細胞中普遍性轉導的三種后果：外源DNA被降解，轉導失敗。進入受體的外源DNA通過與細胞染色體的重組交換而形成穩定的轉導子流產轉導第四十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六完全轉導completetransduction

：

形成了遺傳性穩定的轉導子(transductant)普遍轉導(generalizedtransduction)噬菌體可誤包供體菌中的任何基因(包括質粒)，并使受體菌實現各種性狀的轉導第四十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六轉導DNA不能進行整合、重組和復制，但其攜帶的基因可經過轉錄而得到表達。因此群體中僅一個細胞含有DNA，而其它細胞只能得到其基因產物。流產轉導：第四十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六局限轉導：溫和噬菌體感染整合到細菌染色體的特定位點上宿主細胞發生溶源化溶源菌因誘導而發生裂解時，在前噬菌體二側的少數宿主基因因偶爾發生的不正常切割而連在噬菌體DNA上部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數特定基因轉移到受體菌中第四十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六局限轉導specialized

transduction當溶原菌群經誘導后，其中極少數前噬菌體從宿主染色體脫落時產生錯誤切割，從而把宿主的某些基因（λ前噬菌體位點兩端是細菌染色體的gal＋和bio＋，故形成的轉導噬菌體通常帶有ga1＋或bio＋）整合到噬菌體的基因組上，當這樣的噬菌體侵染另一宿主菌時，噬菌體DNA與受體菌的DNA同源區段配對，通過雙交換而整合到受體菌的染色體組上，使受體菌獲得了供體的這部分遺傳特性，而形成轉導子（缺陷溶源菌）。第五十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六局限轉導與普遍轉導的主要區別：a）局限轉導中被轉導的基因共價地與噬菌體DNA連接，與噬菌體DNA一起進行復制、包裝以及被導入受體細胞中。而普遍性轉導包裝的可能全部是宿主菌的基因。b）局限性轉導顆粒攜帶特定的染色體片段并將固定的個別基因導入受體，故稱為局限性轉導。而普遍性轉導攜帶的宿主基因具有隨機性。第五十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六溶源轉變(lysonenicconversion)當溫和噬菌體感染其宿主而使之發生溶源化時，因噬菌體的基因整合到宿主的基因組上，而使后者獲得了除免疫性以外的新性狀的現象。當宿主喪失這一噬菌體時，通過溶源轉變而獲得的性狀也同時消失。溶源轉變與轉導有本質上的不同，首先是它的溫和噬菌體不攜帶任何供體菌的基因；其次，這種噬菌體是完整的，而不是缺陷的。典型例子：不產毒素的白喉棒桿菌(Corynebacteriumdiphtheriae)

菌株在被噬菌體感染而發生溶源化時，會變成產白喉毒素的致病菌株。第五十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六低頻轉導與高頻轉導低頻轉導：當用λ噬菌體轉導發酵乳糖的基因時，約10-6

被感染的細菌中出現一個轉導子。即大約10-6

噬菌體中只有一個帶有發酵乳糖的基因。高頻轉導：當λ噬菌體整合到寄主細胞后，帶有發酵乳糖基因的λ噬菌體也整合到寄主染色體上，成為雙重溶源化細胞。這種細菌用紫外線誘導時，非轉導的和轉導的噬菌體同時脫離細胞染色體而復制繁殖，兩個噬菌體中就有一個帶有發酵乳糖的基因。用這種細胞釋放的噬菌體轉導發酵乳糖基因，就可以得到50％的轉導子。第五十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六供體菌受體菌DNA片段轉化：指同源或異源的游離DNA分子（質粒和染色體DNA）被自然或人工感受態細胞提取，并得到表達的水平方向的基因轉移過程。這些被轉化的游離的DNA片段稱為轉化因子

。轉化后的受體菌，稱為轉化子。

1928年，Griffith發現肺炎鏈球菌（Streptococcuspneumoniae）

的轉化現象目前已知有二十多個種的細菌具有自然轉化的能力三、細菌的遺傳轉化（genetictransformation）第五十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六

感受態細胞：受體菌最容易接受外源DNA片段并實現轉化的生理狀態稱為感受態。

轉化需要二方面必要條件：1、建立了感受態的受體細胞2、外源游離DNA分子（轉化因子）自然感受態是細胞一定生長階段的生理特性，受細菌自身的基因控制；人工感受態則是通過人為誘導的方法，使細胞具有攝取DNA的能力，或人為地將DNA導入細胞內轉化因子通常是雙鏈DNA。

第五十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六轉化過程:

①感受態的出現②轉化因子的吸附與摻入③轉化因子的整合

第五十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六噬菌體DNA被感受態細胞攝取并產生有活性的病毒顆粒轉染(transfection)：轉染的特點：提純的噬菌體DNA以轉化的（而非感染）途徑進入細胞并表達后產生完整的病毒顆粒。第五十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六人工轉化：用CaCl2處理細胞，電穿孔等是常用的人工轉化手段。在自然轉化的基礎上發展和建立的一項細菌基因重組手段，不是由細菌自身的基因所控制，是基因工程的奠基石和基礎技術。用多種不同的技術處理受體細胞，使其人為地處于一種可以攝取外源DNA的“人工感受態”。電穿孔法（electroporation):用高壓脈沖電流擊破細胞膜形成小孔，使各種大分子（包括DNA)能通過這些小孔進入細胞，所以又稱電轉化。第五十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六五.原生質體融合將遺傳性狀不同的兩種菌（包括種間、種內及屬間）原生質體融合成為一個新的重組子的技術。原生質體融合步驟：1、原生質體制備2、原生質體融合和再生3、融合子的選擇第五十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六微生物細胞融合的研究始于1976年。主要過程：先準備兩個有選擇性遺傳標記的突變株，在高滲溶液中，用適當的脫壁酶去除細胞壁，再將形成的原生質體離心聚集，并加入促融合劑PEG(聚乙二醇)促進融合，然后在高滲溶液中稀釋，涂在能使其再生細胞壁或進行分裂的培養基上，待形成菌落后，通過影印接種法，將其接種到各種選擇性培養基上，最后鑒定它們是否是重組子。第六十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六

雜交是在細胞水平上發生的一種遺傳重組方式。有性雜交：指性細胞間的接合和隨之發生的染色體重組，并產生新遺傳型后代的一種方式。

（一）有性雜交第四節真核微生物的基因重組能產生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌都可以進行有性雜交第六十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六（二）準性雜交準性生殖是指真菌中不通過有性生殖的基因重組過程。它類似于有性生殖，但比之更原始的一種生殖方式，它可使同一生物的兩個不同來源的體細胞經融合后，不通過減數分裂而導致低頻率的基因重組。在半知菌類中最為常見。2、異核體形成1、菌絲聯合3、核配4、體細胞交換和單倍體化準性生殖的過程：

雜合二倍體只有相對的穩定性，在其繁殖過程中雖不進行減數分裂，但在有絲分裂中可以發生染色體交換和染色體單倍化，從而形成各種分離子。

第六十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六第五節基因突變和誘變育種

基因突變：一個基因內部遺傳結構或DNA序列的任何可遺傳的改變。野生型（原始性狀）基因突變突變型（新性狀）一、基因突變的定義第六十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六自發突變：在自然條件下發生的基因突變。誘發突變：利用物理化學因子處理微生物使其產生的突變。

回復突變：突變菌株發生突變，回復到出發菌株的狀態。

基因突變分為

二、基因突變的類型同義突變：堿基的變化沒有改變產物氨基酸序列的變化。錯義突變：堿基序列的變化引起產物氨基酸的變化。無義突變：堿基的改變是密碼子變為終止密碼子。移碼突變：堿基的缺失或插入使翻譯的閱讀框發生改變，從而使氨基酸序列完全變化。不同的堿基變化對遺傳信息的改變不同：第六十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六常見的微生物突變類型：1、營養缺陷型（auxotroph）特點：在選擇培養基（一般為基本培養基）上不生長負選擇標記（突變株不能通過選擇平板直接獲得）缺乏合成其生存所必需的營養物的突變型。第六十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六2、抗藥性突變型（resistantmutant)由于基因突變使菌株對某種或某幾種藥物，特別是抗生素，產生抗性的突變型。3、條件致死突變型(conditionallethalmutant)在某一條件下具有致死效應，而在另一條件下沒有致死效應的突變型。4、形態突變型(morphologicalmutant)指造成形態改變的突變型。5、其他突變型如毒力、糖發酵能力、代謝產物的種類和產量以及對某種藥物的依賴性突變型等。第六十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六

1）自發性2）不對應性3）稀有性4）規律性

三、基因突變的機制

5）獨立性6）可誘變性7）遺傳性8）可逆性1、基因突變的特點：第六十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六

基因突變的自發性和非對應性的證明一種觀點認為，突變的原因和突變的性狀間是相對應的，并認為這就是“定向變異”、“馴化”。另一種觀點認為，基因突變是自發的。如何證明基因突變的非對應性？ 三個經典實驗

變量實驗、涂布實驗、影印實驗1943年S.E.Luria與M.Dlbruck進行了Fluctuationtest1949年H.B.Newcombe的Respredingplatedincubacion1952年J.Lederberg夫婦用Replica-plating結束了爭論證明突變的性狀與引起突變的原因間無直接對應關系！第六十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六2、自發突變的機制主要的原因是：堿基互變異構體的存在導致形成不同的堿基配對。腺嘌呤氨基式

A－T配對腺嘌呤亞氨基式

A－C配對結果：導致ATGC堿基置換：堿基與堿基之間的交換導致突變的發生

轉換：嘌呤到嘌呤或嘧啶到嘧啶的堿基置換。顛換：嘌呤到嘧啶或嘧啶到嘌呤的堿基置換。第六十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六3、誘發突變的機制（1）堿基的置換（轉換、顛換）堿基對置換substitution轉換transition顛換transversion第七十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六（2）移碼突變frame-shiftmutant

：添加或缺失核苷酸，引起閱讀錯誤第七十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六（3）染色體畸變chromosomalaberration

：缺失、重復、插入、易位、倒位第七十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六A、堿基類似物-------5-BU尿嘧啶引起堿基的轉換5－溴尿嘧啶（胸腺嘧啶結構類似物）4、誘變劑第七十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六B、插入染料第七十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六C、與DNA堿基直接起化學反應的誘變劑亞硝酸引起DNA的堿基轉換第七十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六D、輻射和熱嘧啶嘧啶二聚體UV第七十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六第七十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六第七十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六“生物化學統一性”法則：人和細菌在DNA的結構及特性方面是一致的，能使微生物發生突變的誘變劑必然也會作用于人的DNA，使其發生突變，最后造成癌變或其他不良的后果所有生物的DNA在結構及特性上具有一致性讓細菌代人受過！Ames試驗：利用細菌模型了解潛在化學致癌物的誘變作用第七十九頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六美國加利福尼亞大學BruceAmes教授于1966年發明具體操作：檢測鼠傷寒沙門氏菌(Salmonellatyphmurium)組氨酸營養缺陷型菌株(his-)的回復突變率回復突變：突變體失去的野生型性狀，可以通過第二次突變得到恢復，這種第二次突變稱為回復突變Ames試驗第八十頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六Ames試驗第八十一頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六四、DNA損傷的修復1、光復活作用嘧啶二聚體嘧啶光解酶2、切除修復3、重組修復第八十二頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六4、SOS修復DNA分子受到較大范圍的重大損傷時誘導產生的一種應急反應。錯誤傾向的SOS修復第八十三頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六第七節微生物與基因工程了解微生物學在基因工程技術的建立與發展中的重要意義，了解并掌握基因工程的基本過程和基本技術。第八十四頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六1.基因工程概述（微生物學與基因工程的關系）2.微生物與基因工程工具酶（限制性內切酶的基本概念及其在基因操作技術中的最基本應用）

3.微生物與克隆載體（克隆載體的基本要求，了解目前有哪些克隆得到應用，它們各有什么特點和聯系（異同點）。重點掌握質粒和λ噬菌體克隆載體）4.微生物作為克隆載體的宿主（為什么微生物通常能成為基因工程的重要宿主，最常用的有哪些？）5.基因工程的常用技術和方法（重點介紹PCR技術，原理與方法）第八十五頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六第七節微生物與基因工程一、基因工程基因工程：在基因水平上，改造遺傳物質，即將分離到的或合成的基因經過改造，插入載體中，導入宿主細胞內，使其擴增和表達，從而獲得大量基因產物，或者令生物表現出新的性狀?？寺≥d體（cloningvector）負責將外源DNA片段運送到細胞中進行復制與擴增。第八十六頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六微生物學與基因工程的關系微生物學不僅為基因工程提供了理論基礎，同時也提供了操作技術。基因工程概述基因工程geneengineering 人工將供體的遺傳物質--DNA在離體條件下用適當的工具酶進行切割，把它與載體(vector)的DNA分子連接，然后與載體一起導入某一受體細胞中，讓外源遺傳物質進行正常的復制和表達，從而獲得新物種的一種嶄新的育種技術。第八十七頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六過程①基因分離：②體外重組：外源DNA與載體連接③載體傳遞：導入受體，使外源DNA在受體中表達④復制、表達⑤篩選、繁殖：對重組后的大量重組子性狀進行篩選，從中選出所需性狀重組子，并使之穩定繁殖。第八十八頁，共九十八頁，編輯于2023年，星期六獲得目的基因選擇基因載體體外重組外源基因