第七章 微生物的遗传变异2

第七章 微生物的遗传变异2

第三节 基因重组和杂交育种

基因重组，又称遗传重组，简称重组，是指两个独立基因组内的基因，通过一定的途径转移到一起，形成新的稳定基因组的过程。

原核生物基因重组的特点：片段性、单向性、转移机制独特而多样。

一转化(transformation)

受体菌直接吸收外源(供体菌)DNA片段而获得后者部分遗传性状的现象，称转化或转化作用。

通过转化方式而形成的杂种后代，称转化子。

受体菌最易接受外源 DNA 片断并进行转化的生理状态，称为感受态（competence）。

转化的过程（参P225-226，了解）。

转染（transfection）：用提纯的病毒核酸感染其宿主细胞或其原生质体，可增殖出一群正常病毒的现象。

二转导(transduction)

通过缺陷噬菌体为媒介，把供体菌的小片段DNA携带到受体菌中，通过交换和整合，使后者获得前者部分遗传性状的现象。通过转导作用而获得部分新性状的受体细胞称转导子。

根据所转导的DNA片段范围，分普遍转导和局限转导（了解）两类。

普遍转导：通过完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA的“误包”，而将遗传性状传递给受体菌的现象。    又可分完全普遍转导和流产普遍转导两种情况（参课本P227）。

1.完全转导(complete transduction)

如以鼠伤寒沙门氏菌的野生型菌株作供体菌，营养缺陷型为受体菌，P22噬菌体作为转导媒介。当P22噬菌体在供体菌内发育时，宿主的染色体组断裂，待噬菌体成熟之际，极少数（10^-6～10^-8）噬菌体将与噬菌体头部DNA相仿的供体菌DNA片段误包入其中，因而形成了完全不含噬菌体本身DNA的假噬菌体。

当供体菌裂解时，如把少量裂解物与大量的受体菌群相混，这种误包着供体菌基因的特殊噬菌体就将这一外来DNA片段导入受体菌内。由于一个细胞只感染一个完全缺陷的噬菌体（转导噬菌体），故受体细胞不会发生溶源化，更不会裂解。还由于导入的供体 DNA 片段可与受体染色体上的同源区段配对，再通过双交换而重组到受体菌染色体上，所以就形成了遗传性稳定的转导子。

2.流产转导(abortive transduction）

由于转导噬菌体所引入的野生型基因并没有整合到受体细菌的染色体上，因而它不能复制，当受体细菌分裂成为两个时，只有一个细菌获得了这一基因，而另一个细菌则并没有获得这一基因，仍然是一个营养缺陷型细菌。但由于它仍含有供体细胞的酶，故还能分裂几次，最后产生若干不能在基本培养基上继续分裂的细菌，可形成微小菌落。

三接合(conjugation，mating)

供体菌（雄性菌）通过性菌毛与受体菌（雌性菌）直接接触，把F质粒或其携带的不同长度的基因组片段传递给后者，使后者获得若干新遗传性状的现象。　

或雄性菌通过性菌毛，将遗传物质（主要是F质粒）转移到雌性菌的过程。　　

通过接合而获得新遗传性状的受体细胞称接合子。

接合现象研究得最清楚的是E.coli。E.coli有性别分化，决定它们性别的因子称为F因子（致育因子）或F质粒。E.coli的4种接合型菌株（F^＋、F^－、F′及Hfr）及接合过程（参P230-232，了解）。

四原生质体融合(protoplast fusion)
 通过人为方法，使遗传性状不同的两个细胞的原生质体进行融合，从而获得同时带有双亲遗传性状的稳定重组子的过程。由此获得的重组子称融合子。

原生质体融合育种的主要步骤（参课本P233图）：

标记菌株建立→原生质体制备→原生质体再生→原生质体融合→融合子的选择与鉴定→实用菌株筛选

第四节  基因工程简介

自学内容：

掌握：1.gene engineering 的概念、基本操作；2.微生物和微生物学在gene engineering 中的重要性。

了解： gene engineering 的应用和发展前景。

1.概念

Gene engineering 又称遗传工程（genetic engineering），在体外将核酸分子插入病毒、质粒或其它载体分子，构成遗传物质的新组合，使之掺入到原先没有这类分子的寄主细胞内，实现持续稳定地繁殖。

2.基本操作

①目的基因（target gene）的取得；

②优良载体（vector，vehicle）的选择；

③目的基因与载体的体外重组；

④重组载体导入受体细胞；

⑤重组细胞的筛选与鉴定；

⑥ “工程菌”或“工程细胞”的大规模培养。

3.生物和微生物学在基因工程中的重要性　表现在以下几个方面（具体参P239）：

①载体——病毒、质粒；

②工具酶——几乎都来自微生物；

③受体——各种性状的微生物细胞和微生物化的动、植物细胞；目前最常用的是E.oli和S. cerevisiae；

④微生物工程（发酵工程）——大量生产目的基因产物；

⑤目的基因——微生物的多样性提供了丰富的基因资源。

第五节菌种的衰退、复壮和保藏

自学内容：

1.了解菌种衰退的概念、具体表现，掌握引起衰退的原因及防止措施；

2.了解菌种复壮的概念和方法；

3.了解菌种保藏的目的，掌握菌种保藏的原理和常用的菌种保藏方法。

1.菌种的衰退与复壮

衰退(degeneration)：由于自发突变使某种生物的一系列生物学性状发生量变或质变的现象。

防止衰退的措施：①控制传代次数；②创造良好的培养条件；③利用不易衰退的细胞传代；④采用有效的菌种保藏方法。

复壮(rejuvenation)：狭义上指菌种已发生衰退情况下，通过纯种分离和测定典型性状和生产性能等指标，从已衰退的群体中筛选出少数尚未退化的个体，以达到恢复菌株固有性状的相应措施；广义上指在菌种尚未衰退前，经常有意识的采取纯种分离和生产性状的测定工作，以期从中选择到自发的正突变个体。

复壮措施：① 纯种分离；② 通过宿主体复壮（主要是病原菌）；③ 淘汰已衰退的个体。

2.菌种保藏

任务：广泛收集各种菌株的基础上，将它们妥善保藏，使之不死、不衰、不乱以便于研究、交换和使用等。原理：挑选典型菌种或典型培养物的优良纯种，最好保藏它们的休眠体，如芽孢、分生孢子等；创造一个有利于它们休眠的环境条件，如干燥、低温、缺氧、避光、缺乏营养及添加保护剂或酸度中和剂等。

常用菌种保藏方法：冰箱斜面法、冰箱半固体法、石蜡油封藏法、甘油悬液法、砂土法、冷冻干燥法、液氮法等，参考课本p244表解和实验指导书。

本章思考题：

1.名词解释：表型、质粒、F质粒、细菌素、突变株、突变率、选择性突变株、条件致死突变型、基本培养基、完全培养基、补充培养基、野生型、营养缺陷型、原养型、光复活、暗修复、转化、转导、普遍转导、接合、原生质体融合、感受态、完全缺陷噬菌体、溶源转变、诱变、微生物诱变育种、ATCC。

2.证明遗传变异物质基础的三个经典实验是什么？分别以什么微生物为材料进行的？

3.质粒主要有哪些性质？

4.例举四种质料的主要特点。

6.基因突变的一般特点有哪些？

7.简述紫外线(UV)杀菌或诱变微生物的主要机制，及DNA受UV损伤后的主要修复方式。

8.原核生物基因重组的特点和主要方式有哪些?

9.简述原生质体融合育种的基本过程。

10.基因工程的基本操作过程如何？微生物和微生物学在基因工程中的作用主要表现在哪些方面？

11.菌种衰退的主要原因和防止方法？

12.菌种保藏的原理？列举五种常用菌种保藏方法采用的主要措施。