微生物学－微生物课件（周长林）微生物的遗传与变异2-第11章 菌种选育与保藏

微生物学－微生物课件（周长林）微生物的遗传与变异2-第11章 菌种选育与保藏内容摘要：

微生物学－微生物课件（周长林）微生物的遗传与变异2-第11章 菌种选育与保藏 第二节 基因突变及菌种选育一、 基因、基因符号以及有关术语1、 基因 是合成多肽或 、 基因组、基因型 是指生物单倍体细胞所有基因。 基因组侧重“全部碱基对序列的组成”；基因型是生物基因体现的功能、特性，侧重“某个基因”。 基因座位 (各个基因在染色体上所占的位置。 3 、 性状 是构成一个生物个体的有关结构、形态、物质和功能等各方面特征的总称。 4、 基因符号 常以说明某个基因功能特性的英文词的前 3个字母表示（小写），一般用斜体，该基因的功能特性在右上角以 /、 r / 组氨酸基因用 个字母）表示，表示组氨酸缺陷型； 、基因突变（一）基因突变的术语突变（ 致微生物性状发生改变。 基因突变（点突变）色体畸变入，缺失，重复，易位、倒位等）野生型菌株与突变型菌株野生型菌株 ， 从自然界分离到的任何微生物在其发生突变前的原始菌株。 突变型菌株 ， 野生型菌株经突变后 ， 性状改变的菌株。 正向突变与回复突变正向突变突变型菌株回复突变回复突变 ， 野生型菌株经突变成为突变型菌株以后 ， 经再一次突变 ， 有时突变型菌株又恢复为野生型菌株原有的性状 ， 则这次的突变被称为回复突变。 野生型菌株（ 或野生型菌株的表型 ）自发突变与诱发突变自发突变 ， 自然条件下发生的突变。 诱发突变 ， 用各种人工因素处理细胞 ， 突变率大大增加 ， 这种突变称为诱变。 诱变剂 ， 如紫外线 、 亚硝酸等。 突变率 ， 在生长的微生物群体中 ， 每一细胞的某一性状在每一世代中独立发生突变的机率。 一般也可简单地用每单位群体在繁殖一代过程中所形成的突变细胞平均数来表示。 （二）基因突变的主要规律1、自发性和非对应性2、稀有性：环境因素的影响， 般频率较低，通常为 1003、诱发性：某些物理、化学因素对生物体的 变以较高的频率产生。 （诱变剂仅起着提高诱变率的作用）4、独立性：某个基因的突变是一独立事件，对其他基因的突变几率没有影响。 5、稳定可遗传性6、可逆性变量实验（ 1943）影印平板法 常用于营养缺陷型的鉴别、分离。 若干细菌某一性状的自发突变率菌 名 突变性状 突变率E. × 10 8E. × 10 7E. 发酵乳糖 1× 10 10E. 紫外线 1× 10 5抗青霉素 1× 10 7S. 链霉素 1× 10 9 25g/× 10 6 抗异烟肼 5× 10 51、形态突变（ 1）细胞形态 鞭毛，芽孢，荚膜有无， 2）菌落形态 大小，光滑和粗糙，颜色等，孢子颜色。 一般为非遗传型的表型变异，肺炎球菌失去荚膜： SR 变形杆菌： 2%琼脂，长鞭毛，薄膜状菌落；6%琼脂或 酸形成单个生长的菌落。 （三）突变的类型（根据突变体表型来分）2、 营养缺陷型 （ 于基因突变，而丧失合成一种或几种生长因子的能力，必须在培养基中添加相应的营养成分才能正常生长的突变型。 （ AA,生型 （ 从自然界分离到的任何微生物在其发生营养缺陷型突变前的原始菌株。 原养型 (一般指营养缺陷型突变株经回变或重组后产生的菌株，其营养要求在表型上与野生型相同。 基本培养基（ 能够满足野生型菌株生长最低限度需要的培养基。 补充培养基（ 凡能满足相应的营养缺陷型生长需要的培养基。 在 种氨基酸 )便可以用来培养各种氨基酸的缺陷型；加入酵母浸膏 (其中含有多种 便可以培养不同的维生素、嘌呤和嘧啶缺陷型。 完全培养基（ 凡能满足一切营养缺陷型生长需要的培养基。 3、致死突变（ 1）基因突变导致个体死亡（ 2）条件致死型温度敏感突变型 7 生长， 42度下不生长，主要是突变引起了某些重要蛋白质结构和功能的改变。 4、抗性突变型（ 1）抗药性（耐药性），可作为选择性标记。 （ 2）抗噬菌体。 5、抗原突变型抗原成分（ 毛，荚膜等）的变异，、产量突变型通过基因突变而产生的在代谢产物产量上明显有别于原始菌株的突变株。 如产量显著高于原始菌株者为正变株，反之为负变株。 生物化学统一性法则：人和细菌在 使微生物发生突变的诱变剂必然也会作用于人的 其发生突变，最后造成癌变或其他不良的后果。 化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比。 超过 95的致癌物质对微生物有诱变作用 ， 90以上的非致癌物质对微生物没有诱变作用。 诱变剂的共性原则：（四）突变株的应用 966年发明，因此称为 理：检测鼠伤寒沙门氏菌（ 氨酸营养缺陷型菌株（ ）的回复突变率。 证明 0种降低妇女妊娠反应的药物“反应停”十分流行。 但随后发现畸形儿的出生率明显增高 (海豹肢症 )，而且生产畸形儿的妇女大多曾服用“反应停”。 采用 此这种药物被禁止使用。 药品开发过程中，必须有“三致”实验的数据，才能够获得批准。 目前，在临床医生的严格指导下，我国众多皮肤科、免疫科和肿瘤科的患者正在接受着“沙利度胺” “反应停”的治疗。 调查显示，孕妇怀孕时末次月经后第 34到 50天是反应停作用的敏感期，在此时间段以外服用反应停，一般不会导致胎儿的出生缺陷。 二、基因突变的机制（一）自发突变的分子机制1、低剂量诱变因素的长期综合效应外源性诱变因素：各种辐射、环境中低浓度诱变剂、高温、宇宙射线等内源性诱变因素：各种代谢物（如 啡碱、硫氰化合物）、转座因子2、碱基结构的变化A T； G C。 据统计，碱基对发生自发突变的几率约为 1010（酮式）变为 T（烯醇式），则 T G。 酮式 烯醇式互变异构 胺式 亚胺式互变异构3、环出效应 4 5 6 7 8 91102 34567 8 91102 8 91102 3 4 5 6 7 8 91序列 3和序列 7配对成环碱基结构的变化（二）诱发变异的机制1、化学诱变剂引起的突变（ 1）碱基对 直接置换（即一对碱基被另一对碱基所置换 ,分为转换和颠换。 ）如： 常用的 亚硝酸、羟胺和各种烷化剂（硫酸二乙酯，甲基磺酸乙酯， N硝基 烯亚胺，环氧乙酸，氮芥等）。 亚硝酸的诱变机制 ,使碱基发生氧化脱氨，腺嘌呤 ，胞嘧啶。 能引起颠换的诱变剂很少，只是部分烷化剂才有。 腺嘌呤经氧化脱氨后变成烯醇式次黄嘌呤（。 果 位上含有酮基，故只能与 6位上含有氨基的胞嘧啶 中胞嘧啶（ C）正常与鸟嘌呤（ G）配对，使 G 从而实现转换。 当胞嘧啶被氧化成尿嘧啶（ U）时，也可实现 2）碱 基类似物引起的间接置换（ 55的结构类似物，一般以酮式状态存在，可与 时以烯醇式状态存在，当 只能与 再正常的与 成 酸与 5变其结构 掺入 代正常碱基对繁殖细胞、休止细胞都有作用 仅对繁殖细胞有作用子二代出现转换 子三代出现转换可发生回复突变 可发生回复突变（ 2）移码突变（ 种诱变剂引起 而造成突变点以后的全部遗传密码的转录和翻译都发生错误。 例，原黄素、吖啶黄等吖啶类染料均可引起移码突变，增加一个碱基的距离， 3）染色体畸变某些理化因子，引起 括染色体结构上的缺失、重复、插入、易位和倒位，也包括染色体数目的变化。 缺失 是指染色体丢掉了某一区段。 因而会失去某些基因，并直接影响到基因的排列顺序、基因间的相互关系。 重复 是指染色体上个别区段的增加。 倒位 是指正常染色体的某区段断裂后，断裂的片段倒转 180度又重新连接愈合。 易位 是染色体上一区段断裂后再顺向或逆向地插入到同一条染色体的其他部位上。 对于染色体间畸变，则指非同源染色体间的易位。 诱变因素 在 传效应碱基类似物 掺入作用 与胞嘧啶起反应 T 的转换亚硝酸 A、 G、 T= 缺失烷化剂 烷化碱基（主要是 G） T颠换丧失烷化的嘌呤 G 的颠换糖 大损伤（缺失、重复、倒位、易位）丫啶类 碱基之间的相互作用（双链变形） 码组移动（或）紫外线 形成嘧啶的水合物 T 转换形成嘧啶的二聚体 码组移动（或）交 联电离辐射 碱基的羟基化核降解 组移动（或）糖 大损伤（缺失、重复、倒位、易位）丧失嘌呤加热 G换合到一个基因中间 码组移动若干诱变剂的作用机制及诱变功能（往往不止单种功能）（四）突变的修复*以紫外线照射形成的胸腺嘧啶二聚体的修复为例1. 光复活经紫外线照射后的微生物立即暴露于可见光下时，可明显降低其死亡率的现象，称为光复活作用。 光复活酶，又称光裂解酶2. 暗修复主要指切除修复。 是 细胞内的主要修复系统。 3、重组修复这是在 般认为， 4、 胞处于危急状态时所诱导的一种 复结果只是能维持基因组的完整性 ,提高细胞的生成率 ,但留下的错误较多 ,使细胞有较高的突变率。 三、菌种选育（一）自发突变与育种从生产中选育、定向培。