第八章 微生物的遗传变异和育种概论
合集下载
微生物的遗传变异与育种优秀课件 (2)
举例：
25℃——→深红色菌落（灵杆菌素）
粘质赛氏杆菌
（饰变）
25℃——→深红色菌落
（饰变）
37℃——→ 无色素（表型的改变）
25℃→无色素（遗传性变异） 基因型的改变
表型饰变：
表型的差异只与环 境有关 特点：暂时性、不 可遗传性、表现为 全部个体的行为
遗传型变异（基因变异、基因突变）：
遗传物质改变，导致表型改变 特点：遗传性、群体中极少数个体的行为（自发突变频 率通常为10-6-10-9）
——→SⅢ
×——→SⅢ、RⅡ
各自保持着遗 传特性
——→RⅡ RⅡ ——→ 长出RⅡ
在这里SⅢ菌已被加热杀死，当然不能死而复生。因此 所分离到的活的SⅢ菌只能是RⅡ的变异菌株，而这又 是在SⅢ型肺炎球菌的称为转化因子的物质的作用下发 生的。至于这种转化因子到底是什么化学成分的物质， 在当时格里菲斯并未做出回答。
2、微生物营养体绝大多数是单倍体，核结构 较为简单，核中DNA发生的变化，一般都能在 遗传性状上表现出来。
• 它是分子生物学、分子遗传学等现代生物技 术进一步研究和发展的有力工具。
3、微生物的繁殖速度快，传代时间短。 （如：E.coli每20′即可繁殖一代 ）
4、微生物的突变体容易被识别。
营养要求简单、易形成肉眼可见的菌落，环境 条件对各个体的作用直接而均匀，存在着多种 原始的进化类型等。为分子生物学和分子遗传 学的创立和发展提供了基础和依据。
20世纪40年代起，由于细菌杂交试验的成 功，使微生物遗传学有了飞速的发展，并一跃 成为20世纪70年代后生物科学中发展最为迅速 的学科之一。
微生物为什么是研究遗传学和生命科学有 关基本理论问题的最好的对象和实验材料？为 什么说它为分子遗传学、分子生物学、生物工 程等作出了巨大的贡献？
微生物学第八章微生物的遗传变异和育种课件PPT
原理
DNA只含P不含S，Pr只含S不含P； 用含同位素Ｓ35, P32的培养基培养大肠杆菌； 让T2感染上述大肠杆菌使其打上S35 、 P32标记。
上清液
吸附
10分钟后
搅动
离心 沉淀
结果：上清液中含15%放射射性；沉淀中含85%放射性
（3）病毒的拆开及重建实验
1956年，Fraenkel-Conrat证明烟草花叶病毒（TMV） 的主要感染成分是RNA。
变量试验
联密码；64种。
（7）核苷酸水平：最低突变单位或交换单位；A、G、T、C。
基因控制Pr因而控制性状
大肠杆菌基因组
4100个基因，4.7×106bp 遗传信息的连续性 功能相关基因组成操纵子 结构基因单拷贝及rRNA多拷贝 基因的重复序列少而短
酵母菌基因组
染色体 长度Kb 基因数 106 423 172 814 292 136 573 291 染色体 长度Kb 9 10 11 12 13 14 15 16 439 745 666 1078 924 784 1092 948 基因数 231 387 334 550 487 421 571 499
突变（mutation）：生物体表型突然发生了可遗 传的变化；包括基因突变和染色体畸变
突变规律研究意义
理论上：基因定位；基因功能研究；
生产上：育种的理论基础。
1.基因突变（gene mutation）：DNA链上的
一对或少数几对碱基发生改变而引起的表型改变；分 为自发突变（spontaneous mutation）和诱变 （induced mutation）。
第八章 微生物的遗传变异和育种
遗传性（heredity）：亲代生物（parent）通过传递 给子代（offspring）的一套遗传信息而保持其相同形状 的特性，遗传是相对稳定的。 变异性（variation）：在遗传物质水平上发生改变， 而引起相应性状发生改变的特性，变异是可以遗传的。 基因型（遗传型、因子型）：决定生物遗传性的物质 基础特征，即全部遗传因子特征。 表型（表现型、现象型）：在合适的外界环境条件下， 特定遗传性的个体，通过新陈代谢和生长发育所表现出的 种种具体性状。
第八章-微生物的遗传变异与育种答案
第七章习题答案一、名词解释1.转座因子:具有转座作用得一段DNA序列、2.普遍转导:通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段DNA进行“误包”,而将其遗传性状传递给受体菌得现象称为普遍转导。
3.准性生殖:就是一种类似于有性生殖,但比它更为原始得两性生殖方式,这就是一种在同种而不同菌株得体细胞间发生得融合,它可不借减数分裂而导致低频率基因重组并产生重组子、4.艾姆氏试验:就是一种利用细菌营养缺陷型得回复突变来检测环境或食品中就是否存在化学致癌剂得简便有效方法5.局限转导:通过部分缺陷得温与噬菌体把供体得少数特定基因携带到受体菌中,并与后者得基因整合,重合,形成转导子得现象、6.移码突变:诱变剂使DNA序列中得一个或几个核苷酸发生增添或缺失,从而使该处后面得全部遗传密码得阅读框架发生改变、7、感受态:受体细胞最易接受外源DNA片段并能实现转化得一种生理状态、8、高频重组菌株:该细胞得F质粒已从游离态转变为整合态,当与F菌株相接合时,发生基因重组得频率非常高、9、基因工程:通过人工方法将目得基因与载体DNA分子连接起来,然后导入受体细胞,从而使受体细胞获得新得遗传性状得一种育种措施称基因工程。
10、限制性内切酶:就是一类能够识别双链DNA分子得特定序列,并能在识别位点内部或附近进行切割得内切酶。
11.基因治疗:就是指向靶细胞中引入具有正常功能得基因,以纠正或补偿基因得缺陷,从而达到治疗得目得。
12.克隆:作为名词,也称为克隆子,它就是指带有相同DNA序列得一个群体可以就是质粒,也可以就是基因组相同得细菌细胞群体。
作为动词,克隆就是指利用DNA体外重组技术,将一个特定得基因或DNA序列插入一个载体DNA分子上,进行扩增。
二、填空1.微生物修复因UV而受损DNA得作用有光复活作用与切除修复、2.基因组就是指一种生物得全套基因。
3.基因工程中取得目得基因得途径有 _____3_____条。
4.基因突变可分为点突变与染色体突变两种类型。
第八章微生物遗传变异与育种
R因子的结构组成
3)产细菌素的质粒(Bacteriocin production plasmid)
细菌素结构基因、涉及细菌素运输及发挥作用（processing） 的蛋白质的基因、 赋予宿主对该细菌素具有“免疫力”的相 关产物的基因
细菌素的一般命名规则：
大肠杆菌产生的细菌素为大肠杆菌素(colicins), 而产生这种细菌素的质粒被称为Col质粒。
2. 遗传变异的物质基础
DNA作为主要的遗传物质具备以下几个特点:
① 分子结构具有相对的稳定性 ②能够自我复制, 使前后代保持一定的连续性 ③能够指导蛋白质的合成,从而控制新陈代过 程和性状 ④能够产生可遗传的变异
2.1 DNA作为遗传物质的实验证据之一 —— 肺炎链球菌的转化现象
1928年，格里菲斯(Griffith)以肺炎链球菌为研究对 象，发现了S型菌株和R型菌株发生转化的现象。
( Klug and Cummings 2000)
图病
引 自
毒 重 建
，实
验
示
意
3 微生物的染色体分子结构
● 真核微生物染色体
(1) 染色质与染色体
由DNA和蛋白质及少量RNA组成的一种复合物，其中 DNA的含量约占染色质重量的30％。由于在细胞分 裂间期所表现的形态呈纤细的丝状结构，故称为染 色质；而在有丝分裂中期，这种复合物呈棒状体， 故称为染色体。实质上，这两个概念是同一种物质 在不同时期表现出不同状态而也。
①是DNA分子超螺旋化形成核小体，组蛋白H2A、H2B、 H3和H4参与作用。
②是核小体的长链进一步螺旋化形成直径约为30nm 的超微螺旋，称为螺线管，组蛋白H1参与作用。
③是染色体螺旋管进一步卷缩, 并附着于由非组蛋 白所形成的骨架上。
8. 微生物的遗传变异和育种
11
在水的生物处理中，这种定向培育过程通常又称为驯 在水的生物处理中，这种定向培育过程通常又称为驯 驯化方法的分子机制有两种， 化。驯化方法的分子机制有两种，一种是诱导细菌处 于休眠状态的功能基因复苏，产生相应得酶； 于休眠状态的功能基因复苏，产生相应得酶；另一种 是改变细菌的基因；后一种又分为两条途径， 是改变细菌的基因；后一种又分为两条途径，第一条 是利用细菌的基因突变 基因突变， 是利用细菌的基因突变，另一条则是人为对细菌进行 基因重组改造。 基因重组改造。这里重点介绍细菌基因改造的驯化方 改造 我们首先介绍一下细菌的筛选， 法，我们首先介绍一下细菌的筛选，它是驯化工作的 第一步。 第一步。
14
②基因突变法
能动地利用细菌基因突变原理进行细菌驯化的方法就 是基因突变法。 是基因突变法。细菌的基因突变是细菌基因中的碱基 组成、顺序的突然改变。 组成、顺序的突然改变。 能造成这种改变的因素很多，如因温度、紫外线、核 能造成这种改变的因素很多，如因温度、紫外线、 辐射、 人工诱变剂等自然和人为的因素， 辐射、酸、碱、人工诱变剂等自然和人为的因素，他 们会造成DNA碱基丢失或 碱基丢失或DNA复制出现错配或 复制出现错配或DNA修 们会造成DNA碱基丢失或DNA复制出现错配或DNA修 复时出现差错，这些将引起基因突变， 复时出现差错，这些将引起基因突变，基因突变有这 样几个特点。 样几个特点。
16
Ⅳ.独立性 某一基因的突变，既不提高也不降低其他任何基因的突变率， 某一基因的突变 ， 既不提高也不降低其他任何基因的突变率 ， 说明基因突变不仅对某一个细胞是随机的 基因突变不仅对某一个细胞是随机的， 说明 基因突变不仅对某一个细胞是随机的 ， 而且对某一基因 也是随机的。 也是随机的。 Ⅴ.稳定性 稳定性是指由于突变的根源是遗传物质结构上发生了稳定的 变化，所以产生的新的变异性状也是稳定的 可遗传的。 产生的新的变异性状也是稳定的、 变化，所以产生的新的变异性状也是稳定的、可遗传的。 Ⅵ.可逆性 突变可以由原始的野生型向突变型方向进行， 正向突变。 突变可以由原始的野生型向突变型方向进行 ， 称 正向突变 。 也可以反过来，由突变型向野生型的转变， 回复突变。 也可以反过来，由突变型向野生型的转变，称回复突变。 Ⅶ.诱变性 自发突变的发生频率很低， 自发突变的发生频率很低 ， 但是通过人为施加诱变剂处理后 突变率可大大提高，一般可提高10～ 突变率可大大提高，一般可提高10～105倍。这是人工诱变情 况下的基因突变特点突变 利用基因突变的特点， 利用基因突变的特点 ， 人们通常通过人工诱变进行细菌的基 17 因改造。 因改造。
《微生物学》主要知识点-08第八章微生物的遗传
第八章微生物的遗传概述：遗传(heredity or inheritanc® 和变异(variation)是生物体的最本质的属性之一。
遗传即生物的亲代将一整套遗传因子传递给子代的行为或功能。
变异指生物体在某种外因或内因的作用下所引起的遗传物质结构或数量的改变。
基因型(ge no type某一生物个体所含有的全部基因的总和。
表型(phe no type)某一生物所具有的一切外表特征及内在特性的总和。
饰变( modification)不涉及遗传物质结构改变而发生在转录、翻译水平上的表型变化。
8.1遗传变异的物质基础8.1.1三个经典实验1. 经典转化实验：1928年F.Griffith以Streptococcus pneumoniae为研究对象进行转化(transformation)实验。
1944年O.T.Avery等人进一步研究得出DNA是遗传因子。
S strun A2. 噬菌体感染实验：1952年Alfred D.Hershey和Martha Chase用32P标记病毒的DNA，用35S标记病毒的蛋白质外壳，证实了T2噬菌体的DNA是遗传物质。
3.植物病毒的重建实1956年H.Fraenkel-Conrat用含RNA的烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus,TMV）与TMV 近源的霍氏车前花叶病毒（Holmes ribgrass mosaic virus,HRV）所进行的拆分与重建实验证明，RNA也是遗传的物质基础。
8.2微生物的基因组结构：基因组（genome是指存在于细胞或病毒中的所有基因。
细菌在一般情况下是一套基因，即单倍体（haploid）;真核微生物通常是有两套基因又称二倍体（diploid ）。
基因组通常是指全部一套基因。
由于现在发现许多非编码序列具有重要的功能，因此目前基因组的含义实际上是指细胞中基因以及非基因的DNA序列的总称，包括编码蛋白质的结构基因、调控序列以及目前功能还尚不清楚的DNA序列。
微生物学 08第八章 微生物遗传、变异和育种 图文
从平板上挑选NTG处理的 长势好孢子丰满的菌落
选中菌落转接 斜面培养保存
摇瓶发酵、测定 蛋白酶活性水平
从中选出高产 蛋白酶突变株
82
①选择简便有效的诱变剂与最适诱变剂量 ②挑取优良的出发菌株 ③处理单倍体单细胞（或单孢子）悬液 ④利用复合处理的协同效应 ⑤选择利用形态、生理与产量间相关指标 ⑥设计采用高效筛选方法
72
（2）定向培养选育优良菌种
定向培育一般是指用某一特定环境 长期处理某一微生物培养物，同时不断 对它们进行移种传代，是达到积累和选 择合适的自发突变体的一种育种方法。 这种方法培育目的菌株的过程比较缓慢， 但有重要应用价值。
73
杂交是微生物基因重组的方式之一。一般分
有性杂交、准性杂交与体细胞杂交等。
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
注：IS: insertion sequence 插入序列
20Leabharlann 1222324
可插入 大至 50kb外 源基因
现经改 构可转 化多种 非双子 叶植物
Ti质粒长 200 kb ，是一个大型质粒
25
26
27
28
一、基因突变的基本概念 基因突变（gene mutation）简称突变，是
变异的一种，指生物体内遗传物质的分子结 构突然发生的可遗传的变化。突变几率一般 在10－6～10－9范围内。
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
选中菌落转接 斜面培养保存
摇瓶发酵、测定 蛋白酶活性水平
从中选出高产 蛋白酶突变株
82
①选择简便有效的诱变剂与最适诱变剂量 ②挑取优良的出发菌株 ③处理单倍体单细胞（或单孢子）悬液 ④利用复合处理的协同效应 ⑤选择利用形态、生理与产量间相关指标 ⑥设计采用高效筛选方法
72
（2）定向培养选育优良菌种
定向培育一般是指用某一特定环境 长期处理某一微生物培养物，同时不断 对它们进行移种传代，是达到积累和选 择合适的自发突变体的一种育种方法。 这种方法培育目的菌株的过程比较缓慢， 但有重要应用价值。
73
杂交是微生物基因重组的方式之一。一般分
有性杂交、准性杂交与体细胞杂交等。
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
注：IS: insertion sequence 插入序列
20Leabharlann 1222324
可插入 大至 50kb外 源基因
现经改 构可转 化多种 非双子 叶植物
Ti质粒长 200 kb ，是一个大型质粒
25
26
27
28
一、基因突变的基本概念 基因突变（gene mutation）简称突变，是
变异的一种，指生物体内遗传物质的分子结 构突然发生的可遗传的变化。突变几率一般 在10－6～10－9范围内。
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
微生物遗传变异和育种
明显有别于原始菌株的突变株。
★按是否比较容易、迅速地分离到发生突变的细胞 来分：
选择性突变株（selective mutant）：具有选择标 记（如营养缺陷型、抗性突变型、条件致死突变 型），只要选择适当的环境条件，如培养基、温度、 pH值等，就比较容易检出和分离到。
非选择性突变株（non-selective mutant）：无选 择标记（如产量突变型、抗原突变型、形态突变 型），能鉴别这种突变体的惟一方法是检查大量菌 落并找出差异。
免疫蛋白，从而对大肠杆菌素有免疫作用，不 受其伤害。
4.4 Ti质粒（tumor inducing plasmid）
• 即诱癌质粒。 • 存在于根癌土壤杆菌（Agrobacterium
tumefaciens）中,可引起许多双子叶植物的根癌。
• 当细菌侵入植物细胞中后，在其细胞中溶解，把细
菌的DNA释放到植物细胞中。这时，含有复制基 因的Ti质粒的T-DNA小片段与植物细胞中的核染 色体发生整合，合成正常植株所没有的冠瘿碱类， 破坏控制细胞分裂的激素调节系统，从而使它转变 成癌细胞。
子进行转化的生理状态。
，交换重组
感受态：促进 自溶素的表达， 使细胞表面的 DNA结合蛋白 和核酸酶裸露 出来，从而使 其能与外源 DNA结合并对 DNA进行切割， 只有一条链能 与特异蛋白结 合进入细胞。 另一条链被核 酸酶降解，产 生的能量用于 核酸链的进入。
鉴定：电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶 切图谱等方法
3 质粒的种类：
1、大肠杆菌的F因子 2、细菌抗药质粒（R因子） 3、大肠杆菌素质粒（Col因子） 4、Ti质粒 5、降解质粒 6、毒性质粒
4.1 F–因子（fertility factor）：又称致
★按是否比较容易、迅速地分离到发生突变的细胞 来分：
选择性突变株（selective mutant）：具有选择标 记（如营养缺陷型、抗性突变型、条件致死突变 型），只要选择适当的环境条件，如培养基、温度、 pH值等，就比较容易检出和分离到。
非选择性突变株（non-selective mutant）：无选 择标记（如产量突变型、抗原突变型、形态突变 型），能鉴别这种突变体的惟一方法是检查大量菌 落并找出差异。
免疫蛋白，从而对大肠杆菌素有免疫作用，不 受其伤害。
4.4 Ti质粒（tumor inducing plasmid）
• 即诱癌质粒。 • 存在于根癌土壤杆菌（Agrobacterium
tumefaciens）中,可引起许多双子叶植物的根癌。
• 当细菌侵入植物细胞中后，在其细胞中溶解，把细
菌的DNA释放到植物细胞中。这时，含有复制基 因的Ti质粒的T-DNA小片段与植物细胞中的核染 色体发生整合，合成正常植株所没有的冠瘿碱类， 破坏控制细胞分裂的激素调节系统，从而使它转变 成癌细胞。
子进行转化的生理状态。
，交换重组
感受态：促进 自溶素的表达， 使细胞表面的 DNA结合蛋白 和核酸酶裸露 出来，从而使 其能与外源 DNA结合并对 DNA进行切割， 只有一条链能 与特异蛋白结 合进入细胞。 另一条链被核 酸酶降解，产 生的能量用于 核酸链的进入。
鉴定：电镜观察、电泳、密度梯度离心、限制性酶 切图谱等方法
3 质粒的种类：
1、大肠杆菌的F因子 2、细菌抗药质粒（R因子） 3、大肠杆菌素质粒（Col因子） 4、Ti质粒 5、降解质粒 6、毒性质粒
4.1 F–因子（fertility factor）：又称致
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第八章 微生物的遗传变异和育种
遗传与变异的概念
遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。 遗传(heredity)：亲代生物的性状在子代得到表现；亲代生物传 递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。特点：具稳定性。
遗传型（genotype）：又称基因型，指某一生物个体所含有的 全部基因的总和；是一种内在可能性或潜力。
2、真核微生物（啤酒酵母）的基因组
1）典型的真核染色体结构； 啤酒酵母基因组大小为13.5×106bp，分布在16条染色体中。 2）没有明显的操纵子结构； 3）有间隔区（即非编码区）和内含子序列； 4）重复序列多。
一、证明DNA（RNA）是遗传物质的三个经典实验
1、经典转化实验
肺炎链球菌：S型（菌体具荚膜，菌落表面光滑，有 致病能力） R型（菌体无荚膜，菌落表面粗糙，无 致病能力）
1928年，F.Griffth作了3组实验:
1944年，Avery精确重复了转化实验，确定了转化因子 实验证明：将R菌转化为S菌的转化因子是DNA!
但染色体是由核酸和蛋白质两种长链高分子组成。20多种 氨基酸经过不同排列组合，可以演变出的蛋白质数目几乎 可以达到一个天文数字，而核酸的组成却简单得多，一般 仅由4种不同的核苷酸组成，它们通过排列、组合只能产生 较少种类的核酸，因此当时认为决定生物遗传型的染色体 和基因的活性成分是蛋白质。
DNA是遗传变异的物质基础的证明：1944年以后，先后有 利用微生物为实验对象进行的三个著名实验的论证（肺炎 球菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开与重建试 验），才使人们普遍接受核酸才是真正的遗传物质。
微生物的独特生物学特性：
（1） 物种和代谢类型的多样性 （2） 个体的体制极其简单； （3） 营养体一般都是单倍体； （4） 易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁殖； （5） 繁殖速度快； （6） 易于积累不同的中间代谢产物或终产物； （7） 菌落形态特征的可见性和多样性； （8） 环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和均一性； （9） 易于形成营养缺陷型； （10） 各种微生物一般都有相应的病毒； （11）存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式；
2、T2噬菌体感染实验 1952
3、植物病毒重建实验 1956
实验证明，核酸才是负载遗传信息的真正物质基础！
二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式 （一）遗传物质在7个水平上的形式
1、细胞水平 2、细胞核水平 3、染色体水平 4、核酸水平 5、基因水平 6、密码子水平 7、核 原核微生物：核区 细胞核或核区的数目在不同的微生物中是不同的
饰变（modification）：指不涉及遗传物质结构改变而只发 生在转录、转译水平上的表型变化。特点是：a.几乎整个 群体中的每一个个体都发生同样的变化；b.性状变化的幅 度小；c.因遗传物质不变，故饰变是不遗传的。引起饰变 的因素消失后，表型即可恢复。
例如：粘质沙雷氏菌：在25℃下培养，产生深红色的灵杆菌 素；在37℃下培养，不产生色素；如果重新将温度降到25℃， 又恢复产色素的能力。
第一节 遗传变异的物质基础
种质连续理论：1883~1889年间Weissmann提出。认为遗传 物质是一种具有特定分子结构的化合物。
基因学说：1933年摩尔根（Thomas Hunt Morgan）发现了 染色体，并证明基因在染色体上呈直线排列，提出了基因 学说，使得遗传物质基础的范围缩小到染色体上。
1）染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）； 2）基因组上遗传信息具有连续性；
基因数基本接近由它的基因组大小所估计的基因数，一般不含 内含子，遗传信息是连续的而不是中断的。 3）功能相关的结构基因组成操纵子结构； 4）结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝； 5）基因组的重复序列少而短；
个别细菌(鼠伤寒沙门氏菌和犬螺杆菌)和古生菌的rRNA和 tRNA中也发现有内含子或间插序列
代谢
遗传型 + 环境条件
发育
表型
表型（phenotype）：指生物体所具有的一切外表特征和内在 特性的总和;是一种现实存在，是具一定遗传型的生物在一定 条件下所表现出的具体性状。
遗传与变异的概念
变异(variation):生物体在外因或内因的作用下，遗传物质 的结构或数量发生改变。变异的特点：a.在群体中以极低 的几率出现，（一般为10-6～10-10）；b.形状变化的幅度 大；c.变化后形成的新性状是稳定的，可遗传的。
2、细胞核水平
真核生物 原核生物
细胞核 核区
核染色体 DNA链
核基因组
在核基因组之外，还存在各种形式的核外遗传物质
3、染色体水平
染色体是由组蛋白与DNA 构成的线状结构
染色体的数目在不同的生 物中是不同的
染色体的倍数在同一生物 的不同生活时期是不同的
4、核酸水平 核酸种类：DNA，RNA 核酸结构：双链、单链；
表型饰变：粘质沙雷氏菌
Production of a red pigment (prodigiosin) by Serratia marcescens. From left to right: slant culture grown at 25°C, slant culture grown at 37°C, broth culture grown at 25°C, broth culture grown at 37°C.
环状，线状，超螺旋状 DNA长度：因种而异
微生物基因组测序工作是在人类基因组计划的促进下开 始的，最开始是作为模式生物，后来不断发展，已成为 研究微生物学的最有力的手段。
5、基因水平
6、密码子水平
7、核苷酸水平 核苷酸是最小突变单位和交换单位
（二）微生物基因组结构的特点
1、原核生物（细菌、古生菌）的基因组
微生物是遗传学研究中的明星！
研究微生物遗传学的意义
微生物是研究现代遗传学和其它许多 主要的生物学基本理论问题中最热衷的研 究对象。
对微生物遗传规律的深入研究，不仅 促进了现代分子生物学的发展，而且为育 种工作提供了丰富的理论基础，促使育种 工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从 随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方 向发展。
遗传与变异的概念
遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。 遗传(heredity)：亲代生物的性状在子代得到表现；亲代生物传 递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。特点：具稳定性。
遗传型（genotype）：又称基因型，指某一生物个体所含有的 全部基因的总和；是一种内在可能性或潜力。
2、真核微生物（啤酒酵母）的基因组
1）典型的真核染色体结构； 啤酒酵母基因组大小为13.5×106bp，分布在16条染色体中。 2）没有明显的操纵子结构； 3）有间隔区（即非编码区）和内含子序列； 4）重复序列多。
一、证明DNA（RNA）是遗传物质的三个经典实验
1、经典转化实验
肺炎链球菌：S型（菌体具荚膜，菌落表面光滑，有 致病能力） R型（菌体无荚膜，菌落表面粗糙，无 致病能力）
1928年，F.Griffth作了3组实验:
1944年，Avery精确重复了转化实验，确定了转化因子 实验证明：将R菌转化为S菌的转化因子是DNA!
但染色体是由核酸和蛋白质两种长链高分子组成。20多种 氨基酸经过不同排列组合，可以演变出的蛋白质数目几乎 可以达到一个天文数字，而核酸的组成却简单得多，一般 仅由4种不同的核苷酸组成，它们通过排列、组合只能产生 较少种类的核酸，因此当时认为决定生物遗传型的染色体 和基因的活性成分是蛋白质。
DNA是遗传变异的物质基础的证明：1944年以后，先后有 利用微生物为实验对象进行的三个著名实验的论证（肺炎 球菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开与重建试 验），才使人们普遍接受核酸才是真正的遗传物质。
微生物的独特生物学特性：
（1） 物种和代谢类型的多样性 （2） 个体的体制极其简单； （3） 营养体一般都是单倍体； （4） 易于在成分简单的组合培养基上大量生长繁殖； （5） 繁殖速度快； （6） 易于积累不同的中间代谢产物或终产物； （7） 菌落形态特征的可见性和多样性； （8） 环境条件对微生物群体中各个个体作用的直接性和均一性； （9） 易于形成营养缺陷型； （10） 各种微生物一般都有相应的病毒； （11）存在多种处于进化过程中的原始有性生殖方式；
2、T2噬菌体感染实验 1952
3、植物病毒重建实验 1956
实验证明，核酸才是负载遗传信息的真正物质基础！
二、遗传物质在微生物细胞内存在的部位和方式 （一）遗传物质在7个水平上的形式
1、细胞水平 2、细胞核水平 3、染色体水平 4、核酸水平 5、基因水平 6、密码子水平 7、核 原核微生物：核区 细胞核或核区的数目在不同的微生物中是不同的
饰变（modification）：指不涉及遗传物质结构改变而只发 生在转录、转译水平上的表型变化。特点是：a.几乎整个 群体中的每一个个体都发生同样的变化；b.性状变化的幅 度小；c.因遗传物质不变，故饰变是不遗传的。引起饰变 的因素消失后，表型即可恢复。
例如：粘质沙雷氏菌：在25℃下培养，产生深红色的灵杆菌 素；在37℃下培养，不产生色素；如果重新将温度降到25℃， 又恢复产色素的能力。
第一节 遗传变异的物质基础
种质连续理论：1883~1889年间Weissmann提出。认为遗传 物质是一种具有特定分子结构的化合物。
基因学说：1933年摩尔根（Thomas Hunt Morgan）发现了 染色体，并证明基因在染色体上呈直线排列，提出了基因 学说，使得遗传物质基础的范围缩小到染色体上。
1）染色体为双链环状的DNA分子（单倍体）； 2）基因组上遗传信息具有连续性；
基因数基本接近由它的基因组大小所估计的基因数，一般不含 内含子，遗传信息是连续的而不是中断的。 3）功能相关的结构基因组成操纵子结构； 4）结构基因的单拷贝及rRNA基因的多拷贝； 5）基因组的重复序列少而短；
个别细菌(鼠伤寒沙门氏菌和犬螺杆菌)和古生菌的rRNA和 tRNA中也发现有内含子或间插序列
代谢
遗传型 + 环境条件
发育
表型
表型（phenotype）：指生物体所具有的一切外表特征和内在 特性的总和;是一种现实存在，是具一定遗传型的生物在一定 条件下所表现出的具体性状。
遗传与变异的概念
变异(variation):生物体在外因或内因的作用下，遗传物质 的结构或数量发生改变。变异的特点：a.在群体中以极低 的几率出现，（一般为10-6～10-10）；b.形状变化的幅度 大；c.变化后形成的新性状是稳定的，可遗传的。
2、细胞核水平
真核生物 原核生物
细胞核 核区
核染色体 DNA链
核基因组
在核基因组之外，还存在各种形式的核外遗传物质
3、染色体水平
染色体是由组蛋白与DNA 构成的线状结构
染色体的数目在不同的生 物中是不同的
染色体的倍数在同一生物 的不同生活时期是不同的
4、核酸水平 核酸种类：DNA，RNA 核酸结构：双链、单链；
表型饰变：粘质沙雷氏菌
Production of a red pigment (prodigiosin) by Serratia marcescens. From left to right: slant culture grown at 25°C, slant culture grown at 37°C, broth culture grown at 25°C, broth culture grown at 37°C.
环状，线状，超螺旋状 DNA长度：因种而异
微生物基因组测序工作是在人类基因组计划的促进下开 始的，最开始是作为模式生物，后来不断发展，已成为 研究微生物学的最有力的手段。
5、基因水平
6、密码子水平
7、核苷酸水平 核苷酸是最小突变单位和交换单位
（二）微生物基因组结构的特点
1、原核生物（细菌、古生菌）的基因组
微生物是遗传学研究中的明星！
研究微生物遗传学的意义
微生物是研究现代遗传学和其它许多 主要的生物学基本理论问题中最热衷的研 究对象。
对微生物遗传规律的深入研究，不仅 促进了现代分子生物学的发展，而且为育 种工作提供了丰富的理论基础，促使育种 工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从 随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方 向发展。