第七章微生物的遗传变异和育种
第一节遗传变异的物质基础
一、3个经典实验 （一）经典转化实验 （二）噬菌体感染实验 （三）植物病毒的重建实验
二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和形式 （一）7个水平 1.细胞水平
在不同种微生物或同种微生物的不同细胞中，细胞核的数目通常有所不同。 2.细胞核水平
除核基因组外，在真核生物和原核生物的细胞质（酵母菌2微米质粒例外地在核内）中，多数还存在核外染色体。
细胞质基因，叶绿体、线粒体等真核共生生物微米质粒核外染色体遗传物质类型核基因组F因子R因子Col质粒原核Ti质粒巨大质粒降解性质粒
3.染色体水平 （1）染色体数 （2）染色体倍数
指同一细胞中相同染色体的套数。
在原核生物中，通过转化、转导或接合等过程而获得外源染色体片段时，只能形成一种不稳定的、称作部分双倍体的细胞。 4.核酸水平 （1）核酸种类
（2）核酸结构
绝大多数微生物DNA为双链
少数病毒的DNA为单链多数真菌病毒：双链RNA
超螺旋状双链DNA：细菌质粒DNA
多数RNA噬菌体：单链RNA
部分病毒线状双链DNA
环状双链DNA：原核生物和部
分病毒
（3）DNA长度 5.基因水平
原核生物的基因调控系统如下：
启动基因
操纵子
基因调控系
统
调节基因
结构基因操纵基因
基因及其表达产物的名称书写标准：
基因名称
3个小写英文字母表示，且应排成斜体，书写时可在其下划一底线，若同一基因有不同位点，可在基因符号后加一正体大写字母或数字，如lzcZ等蛋白质名称
3个大写英文字母或1个大写、2个小写表示，必须用正体字抗性基因
R大写注在基因符号的右上角
6.密码子水平 7.核苷酸水平
遗传的功能单位：基因信息单位：密码子最低突变单位或交换单位：核苷酸单位
（二）原核生物的质粒 1.定义和特点
麻花状的超螺
旋结构
和核染色体复制同步的严紧型复制控制；不同步的松弛型复制控制F因子等质粒可以与核染色体发生整合，这类质粒称为
附加体
质粒还有重组
的功能
2.质粒在基因工程中的应用 3.质粒的分离与鉴定 4.质粒的种类 5.典型质粒简介 （1）F质粒
又称F因子、致育因子或性因子，是细菌决定性别并有转移能力的质粒。
其上有转座因子的存在，可以整合到宿主核基因染色体上的一定部位，并导致各种Hfr菌株的产生。 （2）R质粒
又称R因子或抗性因子
一般是由两个相连的DNA片段组成，其一称抗性转移因子/RTF，具有转移功能，其二为抗性决定因子/r因子，含各种抗性基因。 （3）Col质粒
又称大肠杆菌素质粒或产大肠杆菌素因子。许多细菌都能产生抑制或杀死其他近缘细菌或同种不同菌株的代谢产物——细菌素。
凡带Col质粒的菌株，因质粒本身可编码一免疫蛋白，故对大肠杆菌素有免疫作用，不受其伤害。
（4）Ti质粒
植物基因工程中使用广泛。 （5）Ri质粒 （6）mega质粒 即巨大质粒
（7）降解性质粒 （8）生理功能性质粒
第二节基因突变和诱变育种
一、基因突变 （一） 突变类型
营养缺陷型选择性突变株抗性突变型条件致死突变型突变株的表型形态突变型非选择性突变株抗原突变型产量突变型
1. 营养缺陷型 2. 抗性突变型 3. 条件致死突变型
Ts突变株即温度敏感突变株：突变株使某些重要蛋白质的结构和功能发生改变，以致会在某特定温度下具有功能，而在另一温度下则无功能。 4. 形态突变型 5. 抗原突变型
包括细胞壁缺陷变异（L型细菌等）、荚膜或鞭毛成分变异等，一般也属非选择性突变。 6. 产量突变型
产量变高的正突变；变低负突变。 （二） 突变率
（三） 基因突变的特点
（四） 基因突变自发性和不对应性的实验证明 1. Luria等的变量实验 2. Newcombe的涂布实验
3. Lederberg等的影印平板实验 通过影印接种法，可从非选择性条件下生长的微生物群体中，分离到过去只有在选择性条件下才能分离到的相应突变株。 （五） 基因突变及其机制
1. 诱发突变
（1） 碱基的置换
碱基置换
?转换：嘌呤换嘌呤；嘧啶换嘧啶?颠换：嘌呤换嘧啶；嘧啶换嘌呤
① 直接引起置换的诱变剂 ② 间接引起置换的诱变剂 （2） 移码突变 （3） 染色体畸变 2.自发突变
（六） 紫外线对DNA损伤及其修复
嘧啶对UV的敏感性比嘌呤强得多，其光化学反应产物主要是嘧啶二聚体和水合物，相邻嘧啶形成二聚体后，造成局部DNA分子无法配对，从而引起微生物的死亡或突变。微生物具有多种修复受损DNA的作用。 1. 光复活作用
经UV照射后带有嘧啶二聚体的DNA分子，在黑暗下会被一种光激活酶——光解酶结合，这种复合物在300-500nm可见光下时，其中的酶会因获得光能而激活，并使二聚体重新分解成单体。 2. 切除修复
DNA连接酶，修复
外切核酸酶切除二聚体，扩大缺口
DNA聚合酶重新合成缺失的DNA链
内切核酸酶在二聚体的5’一侧切开一个3’-OH和5’-P的单链缺口
二、突变与育种
（一） 自发突变与育种 1. 从生产中育种 2. 定向培育优良菌株
定向培育:利用微生物的自发突变率,并采用特定的选择条件,通过对微生物群体不断移植以选育优良菌株的古老方法。 （二） 诱变育种
1. 诱变育种的基本环节