微生物的遗传变异和育种

这是一篇关于微生物的遗传变异和育种的思维导图，溶源转变是一个与转导相似又不同的现象。温和噬菌体感染细胞后使之发生溶源化，因噬菌体的基因整合到宿主染色体上，而使后者获得了新性状的现象。

微生物的遗传变异和育种

• 菌种的退化、复壮和保藏
  • 菌种的退化及其防治 菌种退化是指群体中退化细胞在数量上占一定数值后，表现出菌种生产性能下降，遗传标记丢失，原有的典型性状变的不典型的现象。
    • 表现
      • ①菌落及细胞形态的改变 ②生长速度减缓，产孢量减少 ③代谢产物生产能力或其对寄主寄生能力下降 ④抗不良环境条件（抗噬菌体，抗低温等）能力减弱
    • 原因
      • ①基因的自发突变 ②诱变育种所获得的菌株本身不纯 ③其他原因（培养基，温度，UV）
    • 防止
      • （1）从菌种选育的方法上考虑①选用单核细胞（孢子）进行诱变②进行充分的后培养及分离纯化③增加突变位点 （2）从菌种保藏方式上考虑①控制传代次数②选择适宜的保藏培养基③采用有效的菌种保藏法 （3）从菌种管理的措施上考虑 菌种复壮
  • 菌种的保藏 目的：在一定时间内使菌种不死、不变、不乱，以供研究、生产、交换之用
    • 基本原则 1挑选典型菌种的优良纯种 2尽量使用分生孢子、芽孢等休眠体 3创造有利于休眠的保藏环境（如干燥、低温） 4尽可能多的采用不同的手段保藏一些比较重要的微生物菌株
• 基因工程 在基因水平上，改造遗传物质，从而使物种发生变异，创建出具有某种稳定新性状的生物新品系
  • 基因工程基本操作
    • 获得目的基因→选择基因载体→体外重组→外源基因导入→筛选和鉴定→应用
  • 应用
    • 生产多肽类药物、疫苗的应用 改造传统工业发酵菌种 动、植物特性的基因工程改良 在环境保护中的应用 基因武器必须高度警惕
• 基因重组和杂交育种
  • 原核微生物的基因重组
    • 转化 经转化后出现供体遗传性状的受体细胞为转化子。
      • 实现转化的条件 ①受体菌处于感受态 ②外源DNA片段
      • 转化的类型： （1）自然遗传转化 （2）人工转化
      • 转化的过程 吸附 切割 入胞 重组 复制 转化子形成
      • 转染 把噬菌体或其他病毒的DNA或（RNA）抽提出来，让它去感受感受态的宿主细胞，并进而产生正常的噬菌体或病毒的后代 与转化的区别：病毒或噬菌体并非遗传基因的供体菌；中间不发生任何遗传因子的交换或整合；最后不产生具有杂种性质的转化子
    • 转导
      • 种类
        • 普通转导
          • 完全普遍转导
          • 流产普遍转导 受体菌经转导获得的供体DNA片段在受体菌中不发生配对、交换和整合，也不迅速消失，而只是进行转录和转译
        • 局限转导
          • 低频转导
          • 高频转导
      • 特点
        • 普通转导 噬菌体DNA不整合到寄主染色体，噬菌体蛋白质包裹寄主任何一部分DNA片段
        • 局限转导 噬菌体DNA整合到寄主染色体上，噬菌体DNA与寄主染色体特定基因发生交换
    • 溶源转变是一个与转导相似又不同的现象。 温和噬菌体感染细胞后使之发生溶源化，因噬菌体的基因整合到宿主染色体上，而使后者获得了新性状的现象。
      • 特点 1噬菌体不携带任何供体菌的基因 2噬菌体基因整合到宿主染色体上导致宿主获得新性状，没有通过基因重组而形成的稳定转导子 3噬菌体是完整的，而不是缺陷的 4宿主获得新性状具有不稳定性
    • 接合 通过供体菌和受体菌完整细胞间的直接接触而传递大段DNA的过程，称为接合。
    • 原生质体融合
      • 优越性：可以提高重组率；双亲可以少带标记或不带标记；可进行多亲本融合；有利于不同种间、属间微生物的杂交；通过原生质体融合提高产量
      • 步骤：选择亲株→制备原生质体→原生质体再生→检出融合子→筛选优良性状的融合重组子
  • 真核微生物的基因重组
    • 有性杂交 杂交亲株的选择→亲本的单倍化→有性杂交→杂交后代的检出→筛选优良性状个体
    • 准性杂交 ①菌丝联结②质配（异核体）③核配（杂合二倍体）④体细胞交换和单倍体化
• 基因突变和诱变育种
  • 突变率和基因符号
    • 突变率指每个细胞在每一世代中发生突变的几率。（也可用某一群体在每一世代中产生的突变株数表示）
    • 每个基因座位用其英文单词的头三个字母的斜体小写表示，其座位上不同基因突变则在三个英文斜体小写字母后加一大写字母表示。 his+，his-分别代表his原养型、缺陷型 gal+，gal-分别表示能发酵半乳糖、不能发酵半乳糖 strS，strR分别表示对链霉素敏感、具抗性
  • 突变现象及诱发因素
    • 突变的表现型
    • 诱发因素：1细胞外因素（环境对微生物诱变作用）2细胞内因素3DNA分子内的因素4DNA复制过程发生的错误
    • 突变的特点：自发性:任何一种突变可以在无人为影响下，自发进行；不对应性；稀有性:突变频率一般在10-6-10-9之间；独立性:诱发性:通过诱变剂的作用，可以提高突变频率；稳定性:突变产生的新性状是稳定的，可遗传的；可逆性:任何性状既有正向突变，也可发生回复突变。
  • 突变机制
    • 染色体局部座位内的变化——基因突变 1碱基置换 2移码突变
    • 染色体结构的变化——染色体畸变 1染色体内的畸变 缺失、重复、倒位、易位 2染色体间畸变 染色体上一区段断裂后连接到另一条飞同源染色体上的现象
  • 诱发突变的方法
    • 物理因素： 1紫外线 2X-射线与 γ-射线 3快中子
    • 化学因素： 1与核酸碱基起化学反应的诱变剂（1）烷化剂（2）亚硝酸（3）羟胺 2与碱基结构类似的诱变剂（碱基结构类似物） 3诱发移码突变的诱变剂
  • 突变与育种
    • （一）自发突变与育种 1从生产中选育 2定向培育优良品种（1）传统定向育种（2）梯度平板法 （二）诱变育种 1从青霉素产量看诱变育种 2诱变育种的基本环节 3诱变育种工作中应考虑的几个原则 4突变株的筛选方法
• 遗传变异的物质基础
  • 三个经典实验 共同结论：只有核酸才是负荷遗传信息的真正物质基础。
    • 经典转化实验
      • 格里菲斯实验
      • Avery实验：从热死的S型肺炎链球菌中提纯了可能作为转化因子的各种成分，并在离体条件下进行转化实验
    • Phage感染实验：证明了DNA是Phage的遗传物质基础。
    • 植物病毒重建实验：以烟草花叶病毒、霍氏车前草花叶病毒为材料进行的病毒拆分重建实验，
  • 遗传物质在细胞中的存在形式
    • 细胞水平：存在于细胞核或核质体，单核或多核
    • 细胞核水平：原核与真核生物的细胞核结构不同，核外DNA
    • 染色体水平：倍性（真核）和染色体数
    • 核算水平：在原核中同染色体水平，存在部分二倍体，DNA或RNA，负荷或裸露，双链或单链
    • 基因水平：具自主复制能力的遗传功能单位，长度与信息量，转录——翻译
    • 密码子水平：信息单位，起始和终止
    • 核苷酸水平：突变或交换单位，四种碱基
  • 原核生物的质粒 游离于原核生物染色体外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状DNA分子，即cccDNA，称为质粒。
    • 超螺旋结构，共价闭合环状，1.5~300kb，有接合、产毒、抗药、固氮、产特殊酶、降解毒物等功能。
    • 严紧型：与核染色体同步复制（1-2个） 松弛型：与核染色体不同步复制（10-15或更多）
    • 质粒在基因工程中的应用优点①体积小，易分离和操作②环状、稳定③独立复制④拷贝数多⑤存在标记位点，易筛选
    • 质粒的检测：提取所有胞内DNA后电镜观察；超速离心、琼脂糖或聚丙烯酰胺凝胶电泳后观察
    • 具代表性的几种质粒：①F因子，又称F因子又称致育因子或性因子。②R因子，又称R质粒，抗药性因子。抗性转移因子RTF、抗性决定因子。③Col因子，即产大肠杆菌素因子。④Ti质粒即诱癌质粒。⑤Ri质粒⑥巨大质粒⑦降解性质粒