微生物的遺傳變異和菌種選育孟德爾豌豆試驗2微生物的遺傳變異和菌種選育摩爾根果蠅試驗3微生物的遺傳變異和菌種選育微生物遺傳學涉及所有的原核生物，部分真核生物，以及病毒的遺傳；介紹微生物的遺傳物質的結構特點、遺傳信息的表達與調控、遺傳變異的基本規律；介紹通過基因操作改變微生物的遺傳信息從而有效地控制或利用微生物的基本策略。

4微生物的遺傳變異和菌種選育第一節遺傳的物質基礎及其特性5微生物的遺傳變異和菌種選育經典試驗1.肺炎鏈球菌的轉化試驗（1928、1944）（a）S型和R型細胞侵染試驗一、遺傳物質的鑒定6微生物的遺傳變異和菌種選育（b）分離后的S型細胞物質對R型細胞的轉化

7微生物的遺傳變異和菌種選育肺炎雙球菌轉化實驗結論：受體細胞直接攝取供體細胞的遺傳物質（DNA），將其同源部分進行堿基配對，組合到自己的基因中，從而獲得供體細胞的某些遺傳性狀。--------轉化首次證明細胞生物的遺傳物質是雙鏈DNA8微生物的遺傳變異和菌種選育T2噬菌體是DNA病毒9微生物的遺傳變異和菌種選育TMV是RNA病毒10微生物的遺傳變異和菌種選育結論：病毒的遺傳物質可以是單鏈的或雙鏈的DNA或RNA，即：ssDNA，dsDNA，ssRNA或dsRNA。核酸是遺傳物質！11微生物的遺傳變異和菌種選育二、脫氧核糖核酸（DNA）1．DNA的化學組成和結構

2．DNA的復制方式

3．DNA的理化性質12微生物的遺傳變異和菌種選育1．DNA的化學組成和結構

Watson和Crick在1953年描述了DNA的結構模型：DNA分子是由兩條相互平行、方向相反的多核苷酸單鏈以右手螺旋方向相互纏繞而形成的雙螺旋。脫氧核糖和磷酸構成的主鏈位于外圍，通過氫鍵相互交聯的堿基處于雙螺旋的內部。A與T配對，G與C配對；兩條單鏈互補；一條鏈的堿基序列限定了另一條鏈的序列。13微生物的遺傳變異和菌種選育RosalindFranklin的貢獻

WatsonandCrickproposedDNAstructurein1953bybuildingmodelsbasedonchemicalandphysicaldatathathadbeengatheredinotherlabs,primarilyx-raydiffractiondatacollectedbyRosalindFranklin

etal.14微生物的遺傳變異和菌種選育照片51號15微生物的遺傳變異和菌種選育2．DNA的復制方式

細菌DNA的q-形復制真核生物DNA的復制10～100

mm復制叉復制叉復制原點 模板 新生鏈16微生物的遺傳變異和菌種選育DNA的滾環復制模式

切口5’5’3’3’3’ 模板 新生鏈新鏈連續復制互補鏈合成17微生物的遺傳變異和菌種選育DNA的半保留復制模式

雙鏈DNA一端氫鍵逐漸斷開為兩條單鏈；以各自為模板，堿基互補，氫鍵結合，各自形成一條新的互補鏈，與原來模板單鏈互相盤旋在一起；兩條分開的單鏈恢復為雙鏈DNA，與原來的完全一樣。18微生物的遺傳變異和菌種選育DNA半保留不連續復制模式岡崎片段：

相對比較短的DNA鏈（大約1000核苷酸殘基），在DNA的滯后鏈的不連續合成期間生成的片段。

岡崎片段19微生物的遺傳變異和菌種選育3．DNA的理化性質（1）DNA的光學性質DNA中的堿基屬于芳香簇化合物，能夠吸收紫外光(UV)。測定在260nm和280nm的OD值的比值（OD260/OD280），估計核酸的純度。純凈DNA的比值為1.8，RNA為2.0。20微生物的遺傳變異和菌種選育3．DNA的理化性質（2）DNA的熱變性雙鏈DNA在一定的高溫下解鏈(變性)產生單鏈DNA。雙鏈DNA完全解鏈后，紫外吸收值A260可以提高40％，當吸收值的提高達到中點時的溫度稱為解鏈溫度（Tm）。1.41.21.0708090100°CTm21微生物的遺傳變異和菌種選育3．DNA的理化性質（3）復性、退火或雜交

當溫度緩慢降低時，序列互補的單鏈DNA能夠漸漸地重新配對，即復性。不同來源的DNA之間堿基序列互補的區段進行的堿基配對稱為退火或雜交，這被廣泛應用于DNA的擴增、定點誘變、基因鑒別。22微生物的遺傳變異和菌種選育3．DNA的理化性質（4）分子特征與微生物分類鑒定DNA中的G＋C含量通常通過Tm值來測定。同一個屬的細菌，G＋C含量的變化一般小于10％。

16srDNA分子標記23微生物的遺傳變異和菌種選育三、基因組DNA和染色體

基因組是指一種生物體內單套遺傳物質的全部遺傳基因。染色體指攜帶細胞功能所必備的基因的遺傳單元。

病毒是非細胞生物，它們的全套遺傳基因稱為基因組，但不足以形成染色體。

原核生物的染色（質）體常為一個環狀的DNA分子。

真核生物的細胞有幾條至幾十條染色體，各含一個線狀的DNA分子。

24微生物的遺傳變異和菌種選育

細菌染色體DNA的大小和結構(a)大腸桿菌細胞大小和染色體DNA長度的比較；(b)細菌細胞中的擬核；(c)大腸桿菌染色體結構電鏡圖25微生物的遺傳變異和菌種選育真核生物的染色體結構

26微生物的遺傳變異和菌種選育四、染色體以外的遺傳因子

線粒體和葉綠體中含有的DNA能夠自體復制，并編碼執行線粒體和葉綠體功能的蛋白。

質粒一般指存在于細菌、真菌等微生物細胞中，獨立于染色體以外，能進行自我復制的遺傳因子。質粒的大小為1～1000kb，常為環狀的雙鏈DNA分子，也有線狀DNA或RNA質粒。有些質粒既能夠整合到染色體上，又能以游離狀態存在，并能攜帶部分染色體基因進行轉移，它們被稱為附加體。

27微生物的遺傳變異和菌種選育28微生物的遺傳變異和菌種選育29微生物的遺傳變異和菌種選育第二節遺傳信息的表達

30微生物的遺傳變異和菌種選育一、真核生物的基因轉錄及其調控

1.真核生物的基因轉錄

常見啟動子是位于轉錄起始位點上游25－30個堿基對的TATA盒；另一些基因則含有一個與轉錄起始位點重疊的起始元件。

RNA聚合酶Ⅱ催化合成的是Pre-RNA，它必須經過加工才形成成熟mRNA。

Pre-RNA的加工在細胞核中進行，主要加工步驟：5′端加帽、3′端加尾、剪接去除插入子等。

31微生物的遺傳變異和菌種選育插入子的切除和表達子的拼接32微生物的遺傳變異和菌種選育2.真核生物基因轉錄的調控

真核生物基因表達的調控作用可能發生在轉錄、mRNA修飾和穩定、翻譯、mRNA的轉運和降解等各個步驟。

真核細胞中基因表達的調控信號包括兩類：一類是激素和蛋白質分子，另一類是外環境因素。

33微生物的遺傳變異和菌種選育二、原核生物基因的轉錄及其調控1.細菌的基因轉錄過程mRNA不需要加工，轉錄與翻譯同步。啟動子：在－10和－35區具有特征性的序列，被不同的σ因子所識別。多順反子：功能相關的多個基因往往聚集成一個操縱子，處于同一個轉錄單元中。

34微生物的遺傳變異和菌種選育

細菌的轉錄和翻譯同步進行35微生物的遺傳變異和菌種選育2.細菌基因轉錄的調控σ因子參與的轉錄調控與-10和-35區的關系操縱子和轉錄的正、負調節乳糖操縱子衰減作用色氨酸衰減子36微生物的遺傳變異和菌種選育三、翻譯過程中的調控固定式的調控：包含在DNA序列之內，如稀有密 碼子和重疊基因等，其調控不受環境影響。非固定式的調控：作用受環境因素的影響，與 DNA 序列無關。

38微生物的遺傳變異和菌種選育第三節細胞中遺傳信息的變異39微生物的遺傳變異和菌種選育一、微生物的遺傳變異現象自發突變發生的頻率很低，觀察自發性突變的經典試驗是波動試驗。自發突變和誘發突變兩大類型。自發突變和誘發突變的本質相同：由于理化因子作用于DNA，導致遺傳性狀的變化。

40微生物的遺傳變異和菌種選育41微生物的遺傳變異和菌種選育

抗T1噬菌體的大腸桿菌的波動試驗

42微生物的遺傳變異和菌種選育艾姆氏試驗(AmesTEST)的基本方法缺陷型菌株營養缺乏型平板37℃2～3天.. ......:.¨.:..:..;.;...¨.:.:.¨.:..:..;.;...¨.:.. .....待測試劑正常回復突變誘變劑誘變艾姆氏試驗已成為測試化學物質誘變作用的標準方法，其原理是檢驗待測試劑能否使營養缺陷型菌株的回復突變增加。

43微生物的遺傳變異和菌種選育突變的類型按突變涉及的范圍:

基因突變(點突變)：堿基對的替代或增減

染色體畸變：DNA（RNA）片段缺失、重復或重排造成的染色體異常。按突變引起的表型改變：形態突變型、致死突變型、條件致死突變型、

營養缺陷突變型、抗性突變型、抗原突變型。44微生物的遺傳變異和菌種選育二、基因突變的分子基礎DNA分子與其它物質發生反應形成非正常結構的現象稱為DNA損傷。 DNA損傷的結果是導致基因突變或者細胞死亡。DNA分子自身的活動能夠導致堿基錯配；此外，DNA損傷的分子機制都是由已知的或未知的理化因素對DNA的結構產生了破壞作用。45微生物的遺傳變異和菌種選育

已知的化學致變劑和物理致變劑

物理致變劑

致變劑

電離輻射、紫外輻射等

化學致變劑

脫氨劑、烷化劑、

大型化合物供體、堿基類似物、 插入劑、交聯劑。46微生物的遺傳變異和菌種選育常見的致變劑及其致變作用

亞硝基的脫氨作用；(b)烷化劑和被甲基化的堿基；(c)5-溴脫氧嘧啶與鳥嘌呤配對。47微生物的遺傳變異和菌種選育嘧啶堿基受紫外輻射后產生的衍生物

48微生物的遺傳變異和菌種選育分子的變異與信息的變化49微生物的