微生物的遗传变异和育种

微生物学--微生物的遗传变异和育种，如诱变育种，诱变是随机的，筛选是定向的，有兴趣的可以看看哟。

微生物的遗传变异和育种

• 遗传变异的物质基础
  • 三个经典实验（只有核酸才是负载遗传信息的真正物质基础）
    • 肺炎链球菌的转化实验
      • 加热杀死的s菌，在其细胞内可能存在一种具有遗传转化能力的物质，它能通过某种方式进入r型细胞使r型细胞表达s型荚膜的性状。
    • 噬菌体感染实验
      • 在其DNA中，存在着包括合成蛋白质外壳在内的整套遗传物质。
    • 植物病毒重建实验
      • 在RNA病毒中遗传物质基础也是核酸，只不过是RNA。
  • 遗传物质在微生物细胞内存在的部位和形式
    • 七个水平
      • 细胞水平
        • 大部分DNA都集中在细胞核或核区之内。
      • 细胞核水平
        • 除基因组外，真核生物和原核生物的细胞质中多数存在着一类DNA含量少，能自主复制的核外染色体
          • 细胞质基因
            • 线粒体和叶绿体基因等
          • 共生生物
            • 如草履虫killer品系中的卡巴颗粒
          • 2um质粒
            • 存在于酿酒酵母细胞核中，但不与核基因组结合
          • 原核细胞统称为质粒
      • 染色体水平
        • 一个细胞中含两套功能相同的染色体就称双倍体，只有少数微生物的营养细胞以及由两个单倍体的性细胞通过接合形成合子等少数细胞才是双倍体。高等动植物体细胞都是双倍体，原核生物中，通过转化、传导、接合等过程而获得外援源染色体片段时，只能形成一种不稳定的，称作部分双倍体的细胞。
      • 核酸水平
        • 绝大多数生物遗传物质是DNA，只有部分病毒的遗传物质是RNA。真核生物中DNA总是缠绕的组蛋白同时出现原核生物DNA总是单独存在。
        • 绝大多数微生物的DNA是双链的，只有少数病毒DNA为单链，RNA也有单链双链之分。
        • DNA长度一般由bp，kb，mb为单位
      • 基因水平
        • 原核生物基因调控系统包括操纵子（启动基因，操纵基因，结构基因）和调节基因
        • 真核生物无操纵子，但是存在内含子，从而使编码序列变成不连续的外显子。
      • 密码子水平
        • 遗传密码是指DNA链上决定各具体氨基酸的特定核苷酸序列，单位是密码子。每一个密码子由三个核苷酸序列即一个三联体组成。
      • 核苷酸水平
  • 原核生物的质粒
    • 定义和特点
      • 凡游离于生物核基因组外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状的DNA分子叫质粒
      • 质粒具有麻花状的超螺旋结构
      • 质粒是一种独立存在细胞内的复制子
      • 复制行为与核染色体同步称为严紧型复制控制，不同步称为松弛型复制控制
      • 由一些因子如吖啶类染料，丝裂霉素c抑制质粒复制但是核染色体继续复制，从而引起子代细胞没有质粒，此即质粒消除。
      • 某些质粒可以与核染色体进行整合和脱离的功能，这类质粒叫附加体。
    • 在基因工程中的应用（优点）
      • 分子量小，便于DNA的分离操作
      • 呈环状，在化学分离过程中能保持性能稳定
      • 有不受核基因组控制的独立复制起始点
      • 拷贝数多，使外源DNA可很快扩增
      • 存在抗药性集团等选择性标记
    • 质粒的分离与鉴定
      • 鉴定用聚丙烯酰胺凝胶电泳或者密度梯度离心
    • 质粒的种类
      • F质粒
      • R质粒
      • Col质粒
      • Ti质粒
        • 植物基因工程中使用最广，效果最佳的克隆载体（侵染整合）
      • Ri质粒
      • mega质粒
        • 巨大质粒
      • 降解性质粒
• 基因突变和诱变育种
  • 基因突变
    • 细胞内遗传物质分子结构或数量突然发生可遗传变化，可自发或诱导产生
    • 突变类型（可以用选择培养基快速选择出来的叫选择性突变植株反之则为非选择性突变植株）
      • 选择性突变植株
        • 营养缺陷型
        • 抗性突变型
        • 条件致死突变型
      • 非选择性突变植株
        • 形态突变型
        • 抗原突变型
        • 量产突变型
    • 基因突变特点
      • 自发性
      • 不对应性
      • 稀有性
      • 可诱变性
      • 稳定性
      • 可逆性
    • 基因突变及其机制
      • 诱发突变
        • 碱基的置换
        • 移码突变
          • 诱变剂使DNA序列中一个或少数核苷酸发生增添或缺失
            • 引起这种突变的物质为ICR类化合物
        • 染色体畸变
          • 强烈物化因子造成DNA的损伤
      • 自发突变
    • 紫外线对DNA的修复作用
      • 光复活作用
        • 光解酶
      • 切除修复
        • 暗修复
  • 诱变育种
    • 自发突变与育种
      • 从生产中育种
      • 定向培育优良菌株
    • 诱变育种
      • 诱变是随机的，筛选是定向的
        • 几个原则
          • 选择简便有效的诱变剂
          • 挑选优良的出发植株
          • 处理单细胞或单孢子悬液
          • 选择最适诱变剂量
          • 充分利用复合处理的协同效应
          • 设计高效筛选方案
        • 三个筛选方法
          • 产量突变株筛选方法
            • 琼脂块培养法
          • 抗药性突变株
            • 选择性遗传标记
              • 梯度平板
          • 营养缺陷型突变植株的筛选
• 基因重组和杂交育种
  • 原核生物的基因重组
    • 转化
      • 转化子转化因子
    • 传导
      • 通过噬菌体携带把供体细胞小片段DNA携带到受体细胞内使后者获得前者部分遗传性状的现象
    • 溶原性转换
      • 基因片段来自于噬菌体而不是受体细胞
    • 接合
    • 原生质体融合
      • 原生质体和细胞壁融合
        • 影印平板法
  • 真核生物基因重组
    • 有性杂交
    • 准性杂交
      • 发生在不同菌株体细胞间的融合，可不借助减数分裂产生重组子
        • 过程
          • 菌丝联结
          • 形成异核体
            • 发生质配
          • 核融合
          • 体细胞交换和单倍体化
• 基因工程
  • 基本操作
    • 目的基因的取得
      • 从其他生物体中取得
      • cDNA
      • 化学合成
    • 优良载体的选择
    • 目的基因和载体DNA的体外重组
      • 限制性核酸内切酶，连结酶
    • 重组载体导入受体细胞
    • 重组受体细胞筛选和鉴定
    • 大规模培养
• 菌种的衰退、复壮和保藏
  • 衰退
    • 某纯种微生物的个别个体由于发生自发突变，而使该物种原有的一系列生物学性状发生衰退性的量变或质变现象
    • 衰退的防止
      • 控制传代次数
      • 创造良好培养条件
      • 利用不易衰退的细胞传代采用有效的菌种保留方法
    • 菌种的复壮
      • 纯种分离法
      • 通过宿主体内分离
      • 淘汰已衰退个体
  • 菌种的保藏
    • 冷冻干燥保存法
      • 优点：适用菌种多，保藏期长，存活率高
      • 缺点：设备较贵，操作较为繁琐
    • 液氮超低温保藏法
      • 优点：适合保藏期长且适合保藏各类微生物
      • 缺点：需要液氮罐等特殊设备，管理费用高，操作复杂，分发不变

微生物的遗传变异和育种

• 遗传变异的物质基础
  • 三个经典实验（只有核酸才是负载遗传信息的真正物质基础）
    • 肺炎链球菌的转化实验
      • 加热杀死的s菌，在其细胞内可能存在一种具有遗传转化能力的物质，它能通过某种方式进入r型细胞使r型细胞表达s型荚膜的性状。
    • 噬菌体感染实验
      • 在其DNA中，存在着包括合成蛋白质外壳在内的整套遗传物质。
    • 植物病毒重建实验
      • 在RNA病毒中遗传物质基础也是核酸，只不过是RNA。
  • 遗传物质在微生物细胞内存在的部位和形式
    • 七个水平
      • 细胞水平
        • 大部分DNA都集中在细胞核或核区之内。
      • 细胞核水平
        • 除基因组外，真核生物和原核生物的细胞质中多数存在着一类DNA含量少，能自主复制的核外染色体
          • 细胞质基因
            • 线粒体和叶绿体基因等
          • 共生生物
            • 如草履虫killer品系中的卡巴颗粒
          • 2um质粒
            • 存在于酿酒酵母细胞核中，但不与核基因组结合
          • 原核细胞统称为质粒
      • 染色体水平
        • 一个细胞中含两套功能相同的染色体就称双倍体，只有少数微生物的营养细胞以及由两个单倍体的性细胞通过接合形成合子等少数细胞才是双倍体。高等动植物体细胞都是双倍体，原核生物中，通过转化、传导、接合等过程而获得外援源染色体片段时，只能形成一种不稳定的，称作部分双倍体的细胞。
      • 核酸水平
        • 绝大多数生物遗传物质是DNA，只有部分病毒的遗传物质是RNA。真核生物中DNA总是缠绕的组蛋白同时出现原核生物DNA总是单独存在。
        • 绝大多数微生物的DNA是双链的，只有少数病毒DNA为单链，RNA也有单链双链之分。
        • DNA长度一般由bp，kb，mb为单位
      • 基因水平
        • 原核生物基因调控系统包括操纵子（启动基因，操纵基因，结构基因）和调节基因
        • 真核生物无操纵子，但是存在内含子，从而使编码序列变成不连续的外显子。
      • 密码子水平
        • 遗传密码是指DNA链上决定各具体氨基酸的特定核苷酸序列，单位是密码子。每一个密码子由三个核苷酸序列即一个三联体组成。
      • 核苷酸水平
  • 原核生物的质粒
    • 定义和特点
      • 凡游离于生物核基因组外，具有独立复制能力的小型共价闭合环状的DNA分子叫质粒
      • 质粒具有麻花状的超螺旋结构
      • 质粒是一种独立存在细胞内的复制子
      • 复制行为与核染色体同步称为严紧型复制控制，不同步称为松弛型复制控制
      • 由一些因子如吖啶类染料，丝裂霉素c抑制质粒复制但是核染色体继续复制，从而引起子代细胞没有质粒，此即质粒消除。
      • 某些质粒可以与核染色体进行整合和脱离的功能，这类质粒叫附加体。
    • 在基因工程中的应用（优点）
      • 分子量小，便于DNA的分离操作
      • 呈环状，在化学分离过程中能保持性能稳定
      • 有不受核基因组控制的独立复制起始点
      • 拷贝数多，使外源DNA可很快扩增
      • 存在抗药性集团等选择性标记
    • 质粒的分离与鉴定
      • 鉴定用聚丙烯酰胺凝胶电泳或者密度梯度离心
    • 质粒的种类
      • F质粒
      • R质粒
      • Col质粒
      • Ti质粒
        • 植物基因工程中使用最广，效果最佳的克隆载体（侵染整合）
      • Ri质粒
      • mega质粒
        • 巨大质粒
      • 降解性质粒
• 基因突变和诱变育种
  • 基因突变
    • 细胞内遗传物质分子结构或数量突然发生可遗传变化，可自发或诱导产生
    • 突变类型（可以用选择培养基快速选择出来的叫选择性突变植株反之则为非选择性突变植株）
      • 选择性突变植株
        • 营养缺陷型
        • 抗性突变型
        • 条件致死突变型
      • 非选择性突变植株
        • 形态突变型
        • 抗原突变型
        • 量产突变型
    • 基因突变特点
      • 自发性
      • 不对应性
      • 稀有性
      • 可诱变性
      • 稳定性
      • 可逆性
    • 基因突变及其机制
      • 诱发突变
        • 碱基的置换
        • 移码突变
          • 诱变剂使DNA序列中一个或少数核苷酸发生增添或缺失
            • 引起这种突变的物质为ICR类化合物
        • 染色体畸变
          • 强烈物化因子造成DNA的损伤
      • 自发突变
    • 紫外线对DNA的修复作用
      • 光复活作用
        • 光解酶
      • 切除修复
        • 暗修复
  • 诱变育种
    • 自发突变与育种
      • 从生产中育种
      • 定向培育优良菌株
    • 诱变育种
      • 诱变是随机的，筛选是定向的
        • 几个原则
          • 选择简便有效的诱变剂
          • 挑选优良的出发植株
          • 处理单细胞或单孢子悬液
          • 选择最适诱变剂量
          • 充分利用复合处理的协同效应
          • 设计高效筛选方案
        • 三个筛选方法
          • 产量突变株筛选方法
            • 琼脂块培养法
          • 抗药性突变株
            • 选择性遗传标记
              • 梯度平板
          • 营养缺陷型突变植株的筛选
• 基因重组和杂交育种
  • 原核生物的基因重组
    • 转化
      • 转化子转化因子
    • 传导
      • 通过噬菌体携带把供体细胞小片段DNA携带到受体细胞内使后者获得前者部分遗传性状的现象
    • 溶原性转换
      • 基因片段来自于噬菌体而不是受体细胞
    • 接合
    • 原生质体融合
      • 原生质体和细胞壁融合
        • 影印平板法
  • 真核生物基因重组
    • 有性杂交
    • 准性杂交
      • 发生在不同菌株体细胞间的融合，可不借助减数分裂产生重组子
        • 过程
          • 菌丝联结
          • 形成异核体
            • 发生质配
          • 核融合
          • 体细胞交换和单倍体化
• 基因工程
  • 基本操作
    • 目的基因的取得
      • 从其他生物体中取得
      • cDNA
      • 化学合成
    • 优良载体的选择
    • 目的基因和载体DNA的体外重组
      • 限制性核酸内切酶，连结酶
    • 重组载体导入受体细胞
    • 重组受体细胞筛选和鉴定
    • 大规模培养
• 菌种的衰退、复壮和保藏
  • 衰退
    • 某纯种微生物的个别个体由于发生自发突变，而使该物种原有的一系列生物学性状发生衰退性的量变或质变现象
    • 衰退的防止
      • 控制传代次数
      • 创造良好培养条件
      • 利用不易衰退的细胞传代采用有效的菌种保留方法
    • 菌种的复壮
      • 纯种分离法
      • 通过宿主体内分离
      • 淘汰已衰退个体
  • 菌种的保藏
    • 冷冻干燥保存法
      • 优点：适用菌种多，保藏期长，存活率高
      • 缺点：设备较贵，操作较为繁琐
    • 液氮超低温保藏法
      • 优点：适合保藏期长且适合保藏各类微生物
      • 缺点：需要液氮罐等特殊设备，管理费用高，操作复杂，分发不变