微生物的遗传及诱变育种

这是一篇关于微生物的遗传及诱变育种的思维导图，主要内容有遗传变异的物质基础、微生物的遗传物质、基因突变及修复、菌种的衰退、复壮和保藏等。

微生物的遗传及诱变育种

• 遗传变异的物质基础
  • 核酸是遗传变异的基础
    • 转化实验（格里菲斯，艾弗里）
    • 噬菌体感染实验（赫尔西，蔡斯）DNA是遗传物质
    • 植物病毒的重建（烟草花叶病毒）rna是遗传物质
• 微生物的遗传物质
  • 基因组的概念：一个物种的单倍体的所有染色体及其所包含的遗传信息的总称
  • 质粒
    • F因子（致育因子）：可以整合到宿主染色体，所以也称为附加体。
    • R因子（抗性质粒）抗药性，抗重金属性
    • Col因子（大肠杆菌素质粒）：产细菌素可以抑制代谢而专一性的杀死近缘且不含有Col质粒的菌株，而其宿主不受影响。细菌素编码基因在质粒，抗生素编码基因在染色体。
    • 毒性质粒：含有编码毒素的基因。Ti质粒宿主是根癌土壤杆菌，可引起双子叶植物根部癌变，Ti质粒进入细胞与植物染色体结合，干扰植物激素调节 ，瘿瘤
    • 质粒的特性：1.不亲和性：可以共存的质粒彼此亲和，不能共存于一个细胞的质粒不亲和。具有不同复制因子或分配系统的质粒才能共存。2.质粒的稳定性：在细胞分裂之前复制，保证在子代细胞中均等分配
  • 转座子： 指能将自身插入基因组中一个在序列上无关的新位点的DNA序列 插入序列（IS）转座酶基因序列（Tn）都有转座酶基因且两端都含有反向重复序列。
• 基因突变及修复
  • 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。 2.稀有性:突变率低且稳定。 ③独立性:各种突变独立发生,不会互相影响。 4.可诱发性:诱变剂可提高突变率。⑤稳定性:变异性状稳定可遗传。 ⑥可逆性:从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突变 ,从突变株回到野生型的过程则称为回复突变 7.自发性：时时刻刻都有可能发生突变
  • 证明基因突变的不对称性实验
    • 变量实验
    • 涂布实验
    • 影印实验
  • 突变类型
    • 形态突变
    • 生化突变
      • 营养缺陷型
      • 抗性突变型
      • 抗原突变型：抗原结构变异，如细胞壁变异，荚膜变异等
    • 条件致死突变型：在某种条件下致死
    • 产量突变型
  • 诱发突变的机制
    • 碱基的置换：1.转换：嘌呤被嘌呤置换（相同）2.颠换：嘌呤和嘧啶之间置换（不同）
      • 错义突变：表达成另一种氨基酸
      • 无义突变：提前出现终止密码子，多肽链核合成终止
      • 同义突变：无影响，产生相同氨基酸
      • 沉默突变：一个氨基酸改变，但是对整体的蛋白质构型没有什么影响
    • 移码突变：一个或几个碱基的突变导致后面的全部遗传密码发生转录和翻译错误
    • 染色体畸变：理化因子引起DNA大面积的损伤发生染色体畸变1.缺失2.重复3.易位4.倒位
  • DNA的损伤及其修复
    • 紫外线对DNA的损伤及其修复：使同链DNA的相邻嘧啶间形成共价结合的胸腺嘧啶二聚体，引起双链结构扭曲，阻碍碱基正常配对。修复方法：1.光复活作用：暴露在可见光下，可明显降低死亡率。光激活酶获得光能后解离该结构。2.暗修复（切除修复）：通过酶切去嘧啶二聚体，重新合成新的DNA
    • 重组修复
    • SOS修复：在无模板的条件下，合成酶诱导的修复
    • DNA聚合酶的校正修复作用：3’到5’核酸外切酶的作用
• 菌种的衰退、复壮和保藏
  • 定义：菌种在培养或保藏过程中，由于自身突变的存在，出现某些原有优良性状的劣化遗传标记的丢失等现象
  • 复壮：在菌种已发生衰退的情况下，通过纯种分离和生产性能的测定等方法，从衰退的菌群中找到未衰退的个体，以恢复改菌种原有的性状。
  • 防止衰退的方法：1.控制传代次数2.控制培养条件3.采用有效的菌种保藏
  • 保藏方法：1.低温冷冻保藏2.石蜡油低温保藏3.干燥保藏4.液氮低温保藏
• 微生物育种
  • 基因突变育种
    • 诱变育种：紫外线，5溴尿嘧啶
    • 自发突变育种
  • 菌种筛选：初筛：快速得到结果，从形态变化上观察。透明圈法，生长圈法（平皿快速检测法）
• 细菌基因转移及重组
  • 原核微生物的基因重组
    • 转化：受体菌直接的吸收了来自供体菌的DNA片段。感受态细胞最容易接受外来DNA实现转化，有自然和人工诱导的感受态，用氯化钙、电穿孔处理诱导细胞变为感受态
      • 自然转化的特点：1.对核酸酶敏感2.不需要活体细胞提供DNA3.转化效率和成功率取决于亲缘关系4.通常情况下质粒的自然转化效率要低的多。
    • 接合：U型管实验证明接合需要细菌直接接触。F’菌株:Hfr菌株的不正常切割导致F因子上带有一小段染色体基因。Hfr与F-接合：Hfr部分或全部基因可以转入F-，但是Hfr仍保持F+特征，F-仍然为F-。
    • 转导：以缺陷噬菌体为媒介，把供体细胞的DNA小片段携带到受体细胞中，通过交换与整合，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象
      • 普遍性转导：通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌任何小片段DNA进行误包装，从而将其遗传性状传递给受体菌的现象（可能是部分基因，也可能是全部基因）一般以温和噬菌体为媒介
        • 流产转导：转导的DNA片段不能与受体菌DNA进行交换、整合和复制，而只是游离和稳定存在，可进行转录翻译表达性状（每分裂一次就稀释一次）
        • 完全性转导：DNA片段可以和宿主DNA配对，通过双交换进行基因重组形成稳定转导子。
      • 局限性转导：通过某些缺陷的温和噬菌体，把供体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并获得表达的转导现象（只有部分基因）
  • 真核微生物的基因重组
    • 有性杂交：性细胞接合之后发生染色体重组，同时产生新型后代的一种方式，能产生有性孢子的有酵母菌、霉菌、蕈菌
    • 霉菌的准性生殖：类似于有性生殖，但更原始的生殖方式是通过同一物种，两个不同菌株的体细胞发生融合，不经减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子。准性生殖，是指不经过减数分裂通过有丝分裂，就能导致基因重组的生殖过程