损伤修复与诱变育种
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诱变育种——精选推荐
诱变育种菌种选育(selection strain)的目的是改良或改变菌种的特性，使其符合工业生产或科研的要求。
菌种选育过程由三个环节组成：一是使菌种产生变异；二是筛选出变异的菌株；三是使变异菌株的特性得到表达。
根据使菌种产生变异的方式的不同，菌种选育可分为自然选育、诱变育种、杂交育种、基因工程这四种方法。
自然选育、诱变育种是利用基因突变来获得优良菌种，具有改良菌种特性的性质。
杂交育种、基因工程是通过DNA重组来获得优良菌种，具有改变菌种特性的性质。
菌种选育是一门应用科学技术。
是以微生物学、微生物遗传学、生物化学、分子生物学、基因工程等学科为理论基础。
菌种选育目的，从生产方面来说，为了提高产量，产生新的生物活性物质，改变产品质量和组分，简化工艺，缩短周期，抵抗不良环境，适应新的原材料。
从科研方面来说，是为了提供分子遗传研究材料，研究生物合成调控机理，分析生物合成途径，获得带遗传标记的菌株，了解菌种遗传背景。
诱变育种诱变育种是通过诱变剂处理提高菌种的突变几率，扩大变异幅度，从中选出具有优良特性的变异菌株。
诱变育种和其他育种方法比较，具有速度快、收效大、方法简便等优点，是当前菌种选育的一种重要方法。
在生产中应用得十分普遍。
但是诱发突变缺乏定向性，因此诱发突变必须与大规模的筛选工作相配后才能收到良好的效果。
以下分别叙述诱变育种工作流程和诱变育种工作中的三个重要环节：突变的诱发、突变株的筛选突变基因的表达。
1、诱变育种的工作流程诱变育种的工作流程：①出发菌种（沙土管或冷冻管），②斜面（或肉汤培养24小时），③单孢子悬液（或细菌悬液），④诱变处理（处理前后的孢子液或细菌悬液活菌计数），⑤涂布平板，⑥挑取单菌落传种斜面，⑦摇瓶初筛®挑出高产斜面，⑧留种保藏菌种®传种斜面，⑨摇瓶复筛®挑出高产菌株作稳定性试验和菌种特性考察，⑩放大试验罐中试考察大型投产实验。
整个流程按诱变过程和筛选过程两部分说明如下：（一）诱变过程由出发菌种开始，制出新鲜孢子悬浮液（或细菌悬浮液）作诱变处理，然后以一定稀释度涂布平板，至平板上长出单菌落为止的各步骤为诱变过程。
胡萝卜肉质根愈伤组织的诱导与继代增值培养实验报告
综合性实验报告胡萝卜肉质根愈伤组织诱导及继代增殖培养一、实验原理及目的（一）实验目的1、通过MS培养基母液的配制和保存，掌握配制于保存培养基母液的基本技能。
2、通过MS固体培养基的配制，掌握培养基的制备基本技能。
3、学会和掌握诱导愈伤组织的基本技术。
4、初步掌握组织培养的无菌操作技术。
5、初步掌握外植体的消毒技术。
6、掌握组培室常用的化学试剂。
7、学会和掌握愈伤组织继代培养的基本操作技术。
（二）实验原理1、配制培养基时，为了使用方便和用量准确，通常采用母液法进行配制，即将所选培养基配方中各试剂的用量，扩大若干倍后再准确称量，分别先配制成一系列母液置于冰箱中保存，使用时按比例吸取母液进行稀释配制即可。
2、在自然情况下，根主要为植物吸收和固定的重要器官，同时，有些植物的根亦具有繁殖的功能。
植物根生长快、代谢能力强、变异小，使得其在研究根的营养吸收、生长和代谢的变化规律、器官分化、形态建成规律等方面具有重大的理论与实践意义。
依据细胞全能性原理，即指任何具有完整细胞核的细胞（动物、植物等），都拥有形成一个完整个体所必需的全部遗传信息（DNA）。
就胡萝卜根来说，其肉质根细胞同样具有形成完整再生植株的能力。
这种由单个根衍生而来并经继代培养而保存的，在遗传上具有一致的根的培养物，称为离体根无性系。
利用这些离体根的无性系可以进行器官再生体系、苗木无性系快速繁殖和其他方面的实验研究。
3、愈伤组织（callus）原指植物体的局部受到创伤刺激后，在伤口表面新生的组织。
它由活的薄壁细胞组成，可起源于植物体任何器官内各种组织的活细胞。
在植物体的创伤部分，愈伤组织可帮助伤口愈合；在嫁接中，可促使砧木于接穗愈合，并由新生的维管组织使砧木与接穗沟通。
在植物器官、组织、细胞离体培养时，条件适宜也可以长出愈伤组织。
其发生过程是：外植体的活细胞经诱导，恢复其潜在的全能性，转变为分生细胞，继而其衍生的细胞分化为薄壁细胞组织而形成愈伤组织。
DNA的损伤与修复
在大肠杆菌中主要通过对模板链的甲基化来 区分新合成的DNA链。大肠杆菌中存在一种Dam甲 , 基化酶，它通常首先对DNA模板链的5 -GATC序列 中腺嘌呤的N6位臵进行甲基化，当复制完成后， 在短暂的时间内（几秒或几分钟），只有模板链 是甲基化的，而新合成的链是非甲基化的。正是 子代DNA链中的这种暂时半甲基化，可以作为一种 链的识别标志，以区别模板链和新合成的链，从 而使存在于GATC序列附近的复制错配将按亲代链 为模板进行修复。
2、突变可产生遗传多态性
多态性一词是用来描述个体之间基因型差别现 象的。只有基因型改变而没有可察觉表型改变的 突变，是导致DNA多态性形成的原因。如前所述的 简并密码子中第三位碱基的改变，以及蛋白质非 功能区段上编码序列的改变等等。由于许多DNA多 态性发生在限制性内切酶识别位点上，酶解该DNA 片段就会产生长度不同的片段，称为限制性片段 长度多态性。研究表明，RFLP按孟德尔方式遗传， 在某一特定家族中，如果某突变基因与特异的多 态性片段紧密连锁，就可用这一多态性片段作为 一种“遗传标志”进行分析和诊断。
虽然在一个短暂的历史时期内，人类很难亲眼 看到某一物种的自然演变过程，而只能看到长期突 变积累所造成的结果。但是通过化石的比较研究， 人们发现不同生物物种的历史存在状态是不同的。 有的物种随着时间的推移发生了显著的形态结构变 化，从一个物种变成了另一个物种；有的原始种群 产生了剧烈的形态结构的歧化，由一个物种演变出 两个以至更多的物种；有的物种在历史的演进过程 中灭绝消失。 此外，同一物种个体间存在的差异也表明，突 变在自然界普遍存在。
例如，法医学上的个体识别和亲子鉴定；医
学上器官移植的配型及个体对某些疾病的易感性 分析，都要用DNA多态性分析技术。此外，利用核
微生物 诱变育种
见光的能量而被激活。
紫外损伤的光复活作用
DNA损伤的修复
切补修复 切补修复是在内切核酸酶、
外切核酸酶、DNA聚合酶以及 连接酶的协同作用下将嘧啶 二聚体酶切除去，继而重新 合成一段正常的DNA链以填补 酶切所留下的缺口，使损伤 的DNA分子恢复正常的修复方 式。由于整个过程不依赖于 可见光，所以切补修复也称 暗修复。切补修复几乎存在 于所有的微生物中。
也可用长了菌落的平板直接照射。 一般照射剂量4~10万伦琴。
此外还能引起染色体畸变，即因 染色体断裂引起染色体的倒位、 缺损和重组等。但发生了染色体
断裂的细胞常常不稳定。
化学诱变因素
化学诱变剂用量很少，诱变时设
备简单，只要一般实验室的玻璃 器皿就行，所以其应用发展较快。
碱基类似物
碱基类似物是指与DNA结构中的四种碱基 A、T、G、C在化学结构上相似的一类物 质。如5-溴尿嘧啶（BU）和5-溴脱氧尿
紫外损伤的切补修复
紫外线照射的操作方法
在暗室中安装的15瓦紫外线灯管最 好装有稳压装置，以求剂量稳定。
处理时，可将5毫升菌悬液放在直径 5厘米的培养皿中，置磁力搅拌器上， 使培养皿底部离灯管30厘米左右， 培养皿底要放平，处理前应先开灯 20~30分钟预热稳定。照射时启动磁 力搅拌器，以求照射均匀。
诱变育种
第一节基因突变
突变泛指细胞内（或病毒颗粒 内）的遗传物质的分子结构或 数量突然发生的可遗传的变化。
突变往往导致产生新的等位基 因及新的表现型。狭义的突变 专指基因突变，也称点突变， 而广义的突变则包括基因突变 和染色体畸变。
突变的几率一般很低，约为106~10-9。
突变是工业微生物产生变种 的根源，是育种的基础，但 也是菌种发生退化的主要原 因。
紫外损伤的光复活作用
DNA损伤的修复
切补修复 切补修复是在内切核酸酶、
外切核酸酶、DNA聚合酶以及 连接酶的协同作用下将嘧啶 二聚体酶切除去，继而重新 合成一段正常的DNA链以填补 酶切所留下的缺口，使损伤 的DNA分子恢复正常的修复方 式。由于整个过程不依赖于 可见光，所以切补修复也称 暗修复。切补修复几乎存在 于所有的微生物中。
也可用长了菌落的平板直接照射。 一般照射剂量4~10万伦琴。
此外还能引起染色体畸变，即因 染色体断裂引起染色体的倒位、 缺损和重组等。但发生了染色体
断裂的细胞常常不稳定。
化学诱变因素
化学诱变剂用量很少，诱变时设
备简单，只要一般实验室的玻璃 器皿就行，所以其应用发展较快。
碱基类似物
碱基类似物是指与DNA结构中的四种碱基 A、T、G、C在化学结构上相似的一类物 质。如5-溴尿嘧啶（BU）和5-溴脱氧尿
紫外损伤的切补修复
紫外线照射的操作方法
在暗室中安装的15瓦紫外线灯管最 好装有稳压装置，以求剂量稳定。
处理时，可将5毫升菌悬液放在直径 5厘米的培养皿中，置磁力搅拌器上， 使培养皿底部离灯管30厘米左右， 培养皿底要放平，处理前应先开灯 20~30分钟预热稳定。照射时启动磁 力搅拌器，以求照射均匀。
诱变育种
第一节基因突变
突变泛指细胞内（或病毒颗粒 内）的遗传物质的分子结构或 数量突然发生的可遗传的变化。
突变往往导致产生新的等位基 因及新的表现型。狭义的突变 专指基因突变，也称点突变， 而广义的突变则包括基因突变 和染色体畸变。
突变的几率一般很低，约为106~10-9。
突变是工业微生物产生变种 的根源，是育种的基础，但 也是菌种发生退化的主要原 因。
微生物遗传育种第二章
1952年，J. 和E. Lederberg 夫妇发明了一种直接证明突变自发 性的方法 -----影印培养法，证明了 细菌的抗药性是发生在加入药物之 前的，而药物的作用仅是把突变型 筛选出来。
第二节 基因突变的规律
Lederberg等设计的平板影印培养法
第二节 基因突变的规律
二、自发性
各种性状的突变，可以在没有人 为的诱变因素下自发地发生。
第三节 诱变的机制
（5）NTG（NNG）的作用特点：
第三节 诱变的机制
三、嵌合剂的致突变作用
吖啶类染料和ICR类化合物是通过同 DNA分子结合而发生诱变作用的两类主要的 化学诱变剂。吖啶类化合物主要有原黄素， 5-氨基吖啶、吖啶橙等。ICR化合物是指由 美国癌症研究所应用化学方法合成的 （Institute for Cancer Research)，是一些由 烷化剂和吖啶类相结合的化合物。
分子结构，引起生物体发生突变。
第三节 诱变的机制
A 直接诱发碱基错配：
鸟嘌呤N7位置上的烷化有利于发生
电离作用，而离子化的鸟嘌呤则应该具
有同T而不是同C配对的倾向，因此，便
能产生GC→AT的转换。
第三节 诱变的机制
B 错误修复： 鸟嘌呤N7烷化作用的另一种效应是使 鸟嘌呤碱基与糖-磷酸的键合削弱，从而导 致烷化的鸟嘌呤从DNA上逐渐地脱落下来， 这个过程就是所谓的“烷化脱嘌呤作用”。 脱嘌呤形成了分子裂缝，在随后的DNA复 制过程中便会产生转换或颠换。
1、突变（Mutation）：指遗传物质发生了稳定 的可遗传的变化，所有的突变都是DNA结构中碱 基所发生的改变。 2、突变体（Mutant）：携带突变的生物个体或 群体或株系，称为突变体。
3、突变基因（Mutant Gene）和野生型基因 （Wild Gene）：发生了突变的基因称为突变基 因，没有发生突变的基因称为野生型基因。
诱变育种
• 按射线性质可分为：电磁辐射和粒子辐射 。
• 射线作用方式分成：电离辐射和非电离辐 射。
2. 化学诱变 是应用有关化学物质诱发基因和染色体变 异。
第二节 辐射诱变育种
一、射线的种类及其特性 1. γ射线 2. X射线 3. β射线 4. α射线 5. 中子 6. 激光 7. 紫外线
二、辐射剂量和剂量单位
③处理方法： ❖浸泡法。 ❖注射或涂抹法。 ❖饲喂法（施肥法）
第三节 化学诱变育种
一、化学诱变育种的概念及其特点 1. 概念：应用特殊的化学物质诱发基因突变和染色体变异，
从而获得突变体，进而选择出符合育种目标的新品种的育 种方法。 2. 特点： ❖ 穿透性差，对于有鳞片和茸毛包裹严密的芽，诱变效果往 往不理想。 ❖ 能诱发更多的基因点突变。 ❖ 不同药剂对不同植物、组织或细胞甚至染色体节段或基因 的诱变作用有一定的专一性。 ❖ 变异频率高于辐射诱变3～5倍。 ❖ 使用方便、成本低廉。
二、化学诱变剂的种类及其作用 机理
1. 烷化剂
• 借助于磷酸基、嘌呤、嘧啶基的烷化而与 DNA或RNA起作用，进而导致遗传密码的 改变。
（1）烷基磺酸盐和烷基硫酸盐类 （2）亚硝基烷基化合物 （3）次乙亚胺和环氧乙烷类 （4）芥子气类
2. 核酸碱基类似物
①在不妨碍DNA复制的情况下，作为组成 DNA的成分而掺入DNA中，由于其与正常 碱基不同，造成碱基错配，而引起突变。
第四节 空间诱变及离子注入
一、概念： 空间诱变育种，简称空间育种，又称太空 育种、航天育种，是利用卫星飞船等返回 式航天器将植物的种子、组织、器官或个 体（如试管苗）搭载到宇宙空间，在太空 诱变因子的作用下，使植物材料发生有益 的遗传变异，经地面繁殖、栽培、测试、 筛选新种质，培育新品种的育种技术。
• 射线作用方式分成：电离辐射和非电离辐 射。
2. 化学诱变 是应用有关化学物质诱发基因和染色体变 异。
第二节 辐射诱变育种
一、射线的种类及其特性 1. γ射线 2. X射线 3. β射线 4. α射线 5. 中子 6. 激光 7. 紫外线
二、辐射剂量和剂量单位
③处理方法： ❖浸泡法。 ❖注射或涂抹法。 ❖饲喂法（施肥法）
第三节 化学诱变育种
一、化学诱变育种的概念及其特点 1. 概念：应用特殊的化学物质诱发基因突变和染色体变异，
从而获得突变体，进而选择出符合育种目标的新品种的育 种方法。 2. 特点： ❖ 穿透性差，对于有鳞片和茸毛包裹严密的芽，诱变效果往 往不理想。 ❖ 能诱发更多的基因点突变。 ❖ 不同药剂对不同植物、组织或细胞甚至染色体节段或基因 的诱变作用有一定的专一性。 ❖ 变异频率高于辐射诱变3～5倍。 ❖ 使用方便、成本低廉。
二、化学诱变剂的种类及其作用 机理
1. 烷化剂
• 借助于磷酸基、嘌呤、嘧啶基的烷化而与 DNA或RNA起作用，进而导致遗传密码的 改变。
（1）烷基磺酸盐和烷基硫酸盐类 （2）亚硝基烷基化合物 （3）次乙亚胺和环氧乙烷类 （4）芥子气类
2. 核酸碱基类似物
①在不妨碍DNA复制的情况下，作为组成 DNA的成分而掺入DNA中，由于其与正常 碱基不同，造成碱基错配，而引起突变。
第四节 空间诱变及离子注入
一、概念： 空间诱变育种，简称空间育种，又称太空 育种、航天育种，是利用卫星飞船等返回 式航天器将植物的种子、组织、器官或个 体（如试管苗）搭载到宇宙空间，在太空 诱变因子的作用下，使植物材料发生有益 的遗传变异，经地面繁殖、栽培、测试、 筛选新种质，培育新品种的育种技术。
常见的微生物育种方法
预先充满比色稀碘液(约 1.5ml）
2
12
计算酶活
酶活用1ml酶液于60℃，pH6.0 的条件下，1h液化可溶性淀粉的克数来表 示[g可溶性淀粉/ml·h]
酶活力单位= 60/t×5×2%
3
13
实验结果分析
1、紫外诱变规律：
致死率与诱变剂剂量存在正相关
4
14
2、 筛选结果
经过紫外线诱变的菌株大部分酶活力有所提高
酸性淀粉酶高产菌株选育重点介绍测定方法及结果返回返回返回返回返回接种枯草芽孢杆菌3724h活化菌株100ml无菌水取2环加无菌玻璃珠置摇床上振荡20min106108个ml菌悬液各取5ml菌悬液置于处磁力搅拌器上紫外灯照射1min先打开皿盖开启磁力搅拌器照射0s50s60s70s80s90s100s110s120s暗光条件下分别取经紫外线诱变的菌悬液01ml进行涂布固体鉴别培养基倒置于37恒温培养箱中避光培养36h计算致死率喷洒碘液挑选单菌落变色圈直径与菌落直径比值hc的菌株18棵摇瓶发酵实验测定其产酶能力选取酶活最高的菌株进行复筛1返回5ml2可溶性淀粉5ml002mollph60磷酸氢二钠柠檬酸缓冲液60恒温水浴中预热45min酶液1ml立即记录时间充分摇匀用滴管取反应液约05ml预先充满比色稀碘液约15ml当与标准终点色相同时穴内颜色反应由紫色逐渐变为红棕色即为反应终点并记录时间tmin2ml标准终点色溶液作为比较颜色的标准发酵液经5000rpm离心10min取上清作为供试酶液231紫外诱变规律
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二次紫外线诱变结果
经二次紫外诱变后酶活提高不显著，菌株UV－12 对紫外线表现出一定的耐受性
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常见的微生介
二、紫外线诱变选育
诱变育种
B.吸收剂量
拉特（Rad）1g受照射物质吸收100尔格的能量
（3）中子流量
每平方厘米的中子数 n/cm2
（4）剂量率
单位时间内所受的剂量。伦/小时、伦/秒
辐射作用机理
电离射线对机体的作用有两种解释：
(1)直接作用 “靶学说”为代表，细胞内有一定的对辐射作用敏感的区 域——“靶”区。只有当射线击中细胞的靶区时，才能引起分子损伤的 辐射效应。 (2)间接作用 生物效应是有机体的水被电离和激发产生自由基作用在 生物分子上所引起的结果。
诱变源的种类及特性
X射线：辐射源是X光机。X射线又称阴极射线，
分为软Χ射线和硬Χ射线,诱变育种一般用硬Χ射线
γ射线：辐射源是60Co和137Cs及核反应堆。
γ射线是一种是一种高能电磁波,穿透力强, 目前常用的照射装置有:钴室,钴圃,钴人工气候辐照室 。
β射线：辐射源为32P和35S。β射线
能量较Χ、γ射线低，不宜作外照射的射线源 。
一、化学诱变的特点
• 使用经济方便 • 有一定的专一性
有些化学诱变只限于的特定部位发生变异
二、化学诱变剂的种类
• 烷化剂：
甲基磺酸乙酯（EMS）,硫酸二乙酯（DES）, 甲基磺 酸甲酯（MMS）,异丙基甲烷磺酸酯（iPMS）,芥子气 类。
另外，亚硝基乙基脲烷（NEU）,亚硝基乙基脲 （NEH）,亚硝基甲基脲烷（NMU）,乙烯亚胺（EI）, 1,4-双重氮乙酰丁烷,也是有效的诱变剂，但是是潜在致 癌物质,应用危险。
辐射对遗传物质的作用——对染色体的作用
染色体在射线作用下，断裂的频率增加，断裂后的染色体重新连接，产生 四种染色体结构变异 缺失 染色体丢失了带有基因的片段； 重复 染色体个别节段的增加； 倒位 正常染色体上的某一节段发生断裂后，倒转180°又重新连结起来； 易位 非同源染色体之间交换片段的结构变异。 同时，辐射也可引起染色体数量变异，产生非整倍体。
拉特（Rad）1g受照射物质吸收100尔格的能量
（3）中子流量
每平方厘米的中子数 n/cm2
（4）剂量率
单位时间内所受的剂量。伦/小时、伦/秒
辐射作用机理
电离射线对机体的作用有两种解释：
(1)直接作用 “靶学说”为代表，细胞内有一定的对辐射作用敏感的区 域——“靶”区。只有当射线击中细胞的靶区时，才能引起分子损伤的 辐射效应。 (2)间接作用 生物效应是有机体的水被电离和激发产生自由基作用在 生物分子上所引起的结果。
诱变源的种类及特性
X射线：辐射源是X光机。X射线又称阴极射线，
分为软Χ射线和硬Χ射线,诱变育种一般用硬Χ射线
γ射线：辐射源是60Co和137Cs及核反应堆。
γ射线是一种是一种高能电磁波,穿透力强, 目前常用的照射装置有:钴室,钴圃,钴人工气候辐照室 。
β射线：辐射源为32P和35S。β射线
能量较Χ、γ射线低，不宜作外照射的射线源 。
一、化学诱变的特点
• 使用经济方便 • 有一定的专一性
有些化学诱变只限于的特定部位发生变异
二、化学诱变剂的种类
• 烷化剂：
甲基磺酸乙酯（EMS）,硫酸二乙酯（DES）, 甲基磺 酸甲酯（MMS）,异丙基甲烷磺酸酯（iPMS）,芥子气 类。
另外，亚硝基乙基脲烷（NEU）,亚硝基乙基脲 （NEH）,亚硝基甲基脲烷（NMU）,乙烯亚胺（EI）, 1,4-双重氮乙酰丁烷,也是有效的诱变剂，但是是潜在致 癌物质,应用危险。
辐射对遗传物质的作用——对染色体的作用
染色体在射线作用下，断裂的频率增加，断裂后的染色体重新连接，产生 四种染色体结构变异 缺失 染色体丢失了带有基因的片段； 重复 染色体个别节段的增加； 倒位 正常染色体上的某一节段发生断裂后，倒转180°又重新连结起来； 易位 非同源染色体之间交换片段的结构变异。 同时，辐射也可引起染色体数量变异，产生非整倍体。
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6
1 基因内抑制
7
LeuB 3(β)-异丙基苹果酸脱氢酶, 作用于亮氨酸生物合成的第二步
LeuB S286M LeuB S286L
8
LeuB S286V LeuB S286L L308P
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野生型蛋白X轴切面电势分布 S286S
S286V沿X轴切面电势分布
S286L沿X轴切面电势分布 S286L
4
区分回复突变与抑制突变的方法
5
抑制突变的特点如下：
• (1) 抑制突变是在第一次突变不同位点将它抵消的。因此 原来的突变可以通过野生型和回复突变型之间的杂交又恢 复为突变型；
• (2) 抑制突变可能发生相同的基因中，抑制原来的突变 ，称基因内抑制，或发生在不同的基因中称基因间抑制。
• (3) 不同的抑制突变其作用方式不同。如有的抑制是在 转录和翻译水平，有的可能是通过细胞生理功能来实现。
25
Phenotypic lag 表型迟延
• 分离性迟延 （Segregational lag） 对数生长期中，单核细胞常出现双核现象，多核细
胞的核也成倍增加，而突变通常发生在一个核上，包含 突变的变异细胞必须经过多代细胞分离后，由杂和状态 变为纯和状态，才有可能表现突变表型。 • 生理性迟延 Physiological lag
17
氨基酰tRNA合成酶 对tRNA和氨基酸两者具有专一性，它 对氨基酸的识别特异性很高，而对tRNA识别的特异性较低 。
按照一般原理，酶和底物的正确结合是由二者相嵌的几 何形状所决定的，只有适合的氨基酸和适合的tRNA进入合成 酶的相应位点，才能合成正确的氨酰基tRNA。现已经知道合 成酶与L形tRNA的内侧面结合，结合点包括接近臂，DHU臂 和反密码子臂。
如果某一代谢中间产物具有某种表型效应，假定第一个突变基 因中断了这一中间产物以后的代谢途径而使中间产物积累，再假定 另一突变基因使中间产物出现以前的代谢途径中断，那么它也成为 前一突变基因的抑制基因。
12
例1 粗糙脉孢菌的腺嘌呤缺陷型(ade)
突变35203产生一种由腺核苷酸合成的代谢中间产物转 变来的紫色色素。在这一基因不发生回复突变的情况下，另 外三个腺嘌呤缺陷型27663、28610、44411中的任何一个 都抑制紫色色素的产生而恢复了野生型的不产色素这一性状 。对于突变型35203的产生紫色色素这一性状来讲,突变基因 27663、28610、44411都是它的抑制基因。
3. 每种抑制tRNA一般都只识别UAG终止密码子，而不再识别原来 相应的密码子。
22
4. 赭石突变抑制基因不仅可以识别赭石密码子（UUA），也可以 抑制琥珀（Am）密码子UAG。但反过来Am抑制基因（CUA ）就不能抑制赭石突变（UAA），这是由于摆动缘故所造成。
5. 当细胞中含有多个tRNA拷贝时，抑制才能发挥作用。 6. 有的抑制基因，不仅可以识别终止密码子，而且还可以识别原
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二 诱发突变的生物学过程
第一阶段 诱变剂接触DNA分子之前
进入细胞－－细胞表面屏障作用 穿过细胞质，失活或增加活性 细胞的生理状态（复制 转录态）
第二阶段 从前突变到突变
DNA分子上的损伤，突变产生 （经历细胞内对损伤DNA的修复，抑制基因作用）
第三阶段 基因突变到突变表型
表型迟延（phenotypic lag) 生理性迟延和遗传性迟延
S286L L308P
11
2 基因间抑制——代谢补偿
假定某一基因突变使一种蛋白质变为容易为另一物质所抑制， 因而使野生型表型不能出现，再假定另一基因发生突变后这抑制物 不再产生，那么后一突变基因便是前一突变基因的抑制基因。
假定某一突变基因使某一代谢产物不能形成，再假定另一突变 基因使同一代谢产物由另一途径合成，那么它也是前一突变基因的 抑制基因。
变异细胞变为纯和状态后，在杂和期由正常基因所 形成的蛋白（酶）仍然发挥作用，必须经过多代细胞分 离后，才能将这些非变异的蛋白（酶）稀释掉，最终表 现出突变的表型。
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三 诱变育种
诱变育种：
是用物理或化学的诱变剂使诱变对象内的遗传物质（DNA）的分 子结构发生改变，引起性状变异并通过筛选获得符合要求的变异 菌株的一种育种方法。
来的密码子。如野生型tRNATrp的反密码子是CCA，它可以识 别原来的密码子UGG，而且还可以识别终止密码子UGA。
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7.校正基因一般不会影响正常的终止 (1) 校正基因识别的终止密码子不一定和正常终止的密码子相同
。有时正常终止位点有两个连续的终止密码子，而且结构不 同，如UAG-UAA； (2) 释放因子将和抑制基因竞争和终止密码子的结合； (3) 抑制基因的效率很低，通常为1~5%，所以常不会抑制正常 终止。
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例2 精氨酸的渗漏突变是嘧啶缺陷的抑制突变
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2 基因ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ抑制——校正tRNA突变
抑制基因（suppressor）或称校正基因 无义抑制（nonsense suppressor） 错义抑制 (missense suppressor)
• tRNA反密码子的突变 • tRNA其它结构的改变
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损伤修复与诱变育种
第四节 DNA损伤的修复机制
• 直接修复： 光复活修复，转甲基酶，插入酶
• 碱基错配修复：甲基化引导的错配修复系统
• 切除修复：UvrABC, Ap 切除修复，糖基化酶切除修复
•
GO系统
• 重组修复: 同源重组
• SOS修复
• 链交联的修复
• 链断裂的修复
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第五节 突变过程与诱变育种技术
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无义抑制
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错义抑制
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tRNA基因造成的抑制突变的特点:
1.不是所有抑制基因都能产生有功能的蛋白质，关键是要看氨基酸 取代的情况。
2. 校正的作用不可能是完全的。 ①校正的tRNA分子是有限的而且还要和释放 因子竞争； ②若是错义抑制的话，由于氨基酸发生取代,使得蛋白质的活性有 所降低。
一 回复突变与抑制突变 二 诱发突变的过程 三 诱变育种的主要流程 四 诱变育种中需要注意的几个问题
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一 回复突变与抑制突变
• 表型回复为野生型，可能是真正的回复突变（ back mutation) 产生的，也可能是发生了抑制突 变造成的。
• 抑制突变（ suppressor mutation） 抵消或抑制了前一次突变的表型效应
1 基因内抑制
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LeuB 3(β)-异丙基苹果酸脱氢酶, 作用于亮氨酸生物合成的第二步
LeuB S286M LeuB S286L
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LeuB S286V LeuB S286L L308P
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野生型蛋白X轴切面电势分布 S286S
S286V沿X轴切面电势分布
S286L沿X轴切面电势分布 S286L
4
区分回复突变与抑制突变的方法
5
抑制突变的特点如下：
• (1) 抑制突变是在第一次突变不同位点将它抵消的。因此 原来的突变可以通过野生型和回复突变型之间的杂交又恢 复为突变型；
• (2) 抑制突变可能发生相同的基因中，抑制原来的突变 ，称基因内抑制，或发生在不同的基因中称基因间抑制。
• (3) 不同的抑制突变其作用方式不同。如有的抑制是在 转录和翻译水平，有的可能是通过细胞生理功能来实现。
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Phenotypic lag 表型迟延
• 分离性迟延 （Segregational lag） 对数生长期中，单核细胞常出现双核现象，多核细
胞的核也成倍增加，而突变通常发生在一个核上，包含 突变的变异细胞必须经过多代细胞分离后，由杂和状态 变为纯和状态，才有可能表现突变表型。 • 生理性迟延 Physiological lag
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氨基酰tRNA合成酶 对tRNA和氨基酸两者具有专一性，它 对氨基酸的识别特异性很高，而对tRNA识别的特异性较低 。
按照一般原理，酶和底物的正确结合是由二者相嵌的几 何形状所决定的，只有适合的氨基酸和适合的tRNA进入合成 酶的相应位点，才能合成正确的氨酰基tRNA。现已经知道合 成酶与L形tRNA的内侧面结合，结合点包括接近臂，DHU臂 和反密码子臂。
如果某一代谢中间产物具有某种表型效应，假定第一个突变基 因中断了这一中间产物以后的代谢途径而使中间产物积累，再假定 另一突变基因使中间产物出现以前的代谢途径中断，那么它也成为 前一突变基因的抑制基因。
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例1 粗糙脉孢菌的腺嘌呤缺陷型(ade)
突变35203产生一种由腺核苷酸合成的代谢中间产物转 变来的紫色色素。在这一基因不发生回复突变的情况下，另 外三个腺嘌呤缺陷型27663、28610、44411中的任何一个 都抑制紫色色素的产生而恢复了野生型的不产色素这一性状 。对于突变型35203的产生紫色色素这一性状来讲,突变基因 27663、28610、44411都是它的抑制基因。
3. 每种抑制tRNA一般都只识别UAG终止密码子，而不再识别原来 相应的密码子。
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4. 赭石突变抑制基因不仅可以识别赭石密码子（UUA），也可以 抑制琥珀（Am）密码子UAG。但反过来Am抑制基因（CUA ）就不能抑制赭石突变（UAA），这是由于摆动缘故所造成。
5. 当细胞中含有多个tRNA拷贝时，抑制才能发挥作用。 6. 有的抑制基因，不仅可以识别终止密码子，而且还可以识别原
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二 诱发突变的生物学过程
第一阶段 诱变剂接触DNA分子之前
进入细胞－－细胞表面屏障作用 穿过细胞质，失活或增加活性 细胞的生理状态（复制 转录态）
第二阶段 从前突变到突变
DNA分子上的损伤，突变产生 （经历细胞内对损伤DNA的修复，抑制基因作用）
第三阶段 基因突变到突变表型
表型迟延（phenotypic lag) 生理性迟延和遗传性迟延
S286L L308P
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2 基因间抑制——代谢补偿
假定某一基因突变使一种蛋白质变为容易为另一物质所抑制， 因而使野生型表型不能出现，再假定另一基因发生突变后这抑制物 不再产生，那么后一突变基因便是前一突变基因的抑制基因。
假定某一突变基因使某一代谢产物不能形成，再假定另一突变 基因使同一代谢产物由另一途径合成，那么它也是前一突变基因的 抑制基因。
变异细胞变为纯和状态后，在杂和期由正常基因所 形成的蛋白（酶）仍然发挥作用，必须经过多代细胞分 离后，才能将这些非变异的蛋白（酶）稀释掉，最终表 现出突变的表型。
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三 诱变育种
诱变育种：
是用物理或化学的诱变剂使诱变对象内的遗传物质（DNA）的分 子结构发生改变，引起性状变异并通过筛选获得符合要求的变异 菌株的一种育种方法。
来的密码子。如野生型tRNATrp的反密码子是CCA，它可以识 别原来的密码子UGG，而且还可以识别终止密码子UGA。
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7.校正基因一般不会影响正常的终止 (1) 校正基因识别的终止密码子不一定和正常终止的密码子相同
。有时正常终止位点有两个连续的终止密码子，而且结构不 同，如UAG-UAA； (2) 释放因子将和抑制基因竞争和终止密码子的结合； (3) 抑制基因的效率很低，通常为1~5%，所以常不会抑制正常 终止。
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例2 精氨酸的渗漏突变是嘧啶缺陷的抑制突变
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2 基因ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ抑制——校正tRNA突变
抑制基因（suppressor）或称校正基因 无义抑制（nonsense suppressor） 错义抑制 (missense suppressor)
• tRNA反密码子的突变 • tRNA其它结构的改变
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损伤修复与诱变育种
第四节 DNA损伤的修复机制
• 直接修复： 光复活修复，转甲基酶，插入酶
• 碱基错配修复：甲基化引导的错配修复系统
• 切除修复：UvrABC, Ap 切除修复，糖基化酶切除修复
•
GO系统
• 重组修复: 同源重组
• SOS修复
• 链交联的修复
• 链断裂的修复
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第五节 突变过程与诱变育种技术
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无义抑制
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20
错义抑制
21
tRNA基因造成的抑制突变的特点:
1.不是所有抑制基因都能产生有功能的蛋白质，关键是要看氨基酸 取代的情况。
2. 校正的作用不可能是完全的。 ①校正的tRNA分子是有限的而且还要和释放 因子竞争； ②若是错义抑制的话，由于氨基酸发生取代,使得蛋白质的活性有 所降低。
一 回复突变与抑制突变 二 诱发突变的过程 三 诱变育种的主要流程 四 诱变育种中需要注意的几个问题
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一 回复突变与抑制突变
• 表型回复为野生型，可能是真正的回复突变（ back mutation) 产生的，也可能是发生了抑制突 变造成的。
• 抑制突变（ suppressor mutation） 抵消或抑制了前一次突变的表型效应