Chapter 8 Microbial genetics 微生物学 教学课件 英文版
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微生物学 双语教学Chapter 8 Microbial genetics
WORKING GLOSSARY
Auxotroph an organism that has developed a nutritional requirement through mutation Cloning vector genetic element into which genes can be recombined and replicated Conjugation transfer of genes from one prokaryotic cell to another by a mechanism involving cell-to-cell contact and a plasmid Diploid a eukaryotic cell or organism containing two sets of chromosomes Electroporation the use of an electric pulse to induce cells to take up free DNA Gene disruption use of genetic techniques to inactivate a gene by inserting within it a DNA fragment containing an easily selectable marker. The inserted fragment is called a cassette, and the process of insertion, cassette mutagenesis
Section 2. Techniques of bacterial genetics: in vivo
In vivo : manipulate the genetic material within the organism
microbial+genetics+3知识课件知识讲稿
1
4
请
写
出
交
换
2
5
后
的
四
分
体
类
3
6
型
AB AB ab ab
PD
AB AB ab ab
PD
Ab AB aB ab
NPD
AB Ab aB ab
T
AB Ab ab aB
T
Ab Ab aB aB
NPD
二 非按顺序排列四分体的 遗传分析
在构巢曲霉有性繁殖中，一次减数分 裂的全部产物虽然也同处于一个子囊 内，但是其子囊孢子不象粗糙脉孢菌 那样呈直线排列，而是无顺序的排列 将这种不是以直线方式排列在一个子 囊内的四个减数分裂产物称为非顺序 排列四分体。
子囊夹内的8个子囊孢子
子囊
子囊果
（Ⅰ）型和（Ⅱ）型的出现，是由于在减数 分裂过程中接合型基因座位（A或a）与着丝 粒之间未发生染色体交换的缘故。
在进行减数分裂的第一次分裂中，来自同一 亲本的两个A和来自另一亲本的两个a发生相 互分离分裂，又称为还原分裂。
在第一次分裂中发生还原分裂的结果，导致 两个基因型的第一次分裂分离。
第一次分裂分离模式
在减数分裂过程中接合型基 因座位（A或a）与着丝粒之 间未发生染色体交换。 在第一次分裂中，来自同一 亲本的两个A和来自另一亲 本的两个a发生相互分离分裂 ，又称为还原分裂。
Mapping between a gene and the centromere….
Detection of crossovers between a gene and the centromere: Suppose no crossover occurs...
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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
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（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。
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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
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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。
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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
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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
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（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。
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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。
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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
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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。
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Chapter 8 Microbial genetics
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Complementation
When two mutant strains are genetically crossed (mated), homologous recombination can yield a wildtype recombinant unless both of the mutations include changes in exactly the same base pairs. If two different Trp− Escherichia coli (strains that require the amino acid tryptophan in the medium) are crossed and Trp − recombinants are obtained, it is clear that the mutations in the two strains did not include the same base pairs. However, this experiment cannot detect whether the mutations were in the same gene. This can be determined by a type of experiment called a complementation test.
Value in industry
• • • Antibiotics Increase yields and improve manufacturing processes Diseases Understanding the genetics of disease-causing microorganisms
微生物的遗传育种-杂交育种
的现象，称为转导（transduction）。 • 获得新性状的受体细胞就称为转导子
（transductant）。
⑵转导的类型
①普遍性转导（generalized transduction）
通过完全缺陷的phage 对供体菌任何DNA小片段 的“误包”，而实现其遗传性状传递至受体菌的转 导现象，称为普遍性转导。
1.杂交育种中亲本选择
⑴原始亲本的选择
⑵直接亲本的选择
2.培养基的选择
发酵培养基
3.杂交育种的遗传标记
• 4.杂交育种方法
常规杂交育种
微生物常规杂交形式
原生质体融合育种
谢 谢！
㈠原核微生物杂交理论基础
原 核 微 生 物 杂 交 方 式 ：
1. 接合作用
⑴定义：
接合(conjugation)指供体菌与受体菌的完整细胞
经过直接接触而传递大段DNA（包括质粒）遗传 信息的现象。
通过接合而获得新遗传性状的受体细胞，称为接
合子（conjugant）。
性菌 毛
♂
E. coli接合电镜图
项目二 微生物的遗传变异和育种
( Microbial genetics and
breeding )
任务四 杂交育种
一、杂交育种的目的
1、杂交育种的定义
杂交育种是指将两个基因型不同的菌株
经吻合（或接合）使遗传物质重新组合，从中 分离和筛选具有新性状的菌株。
2.杂交育种的目的
二、微生物杂交理论基础
自供体细胞的离体DNA片段，并通过交换把它 整合到自己的基因组中，从而获得了供体细胞 的某些遗传性状的现象。获得新性状的受体称
为转化子（transformant）。
⑵转化过程
（transductant）。
⑵转导的类型
①普遍性转导（generalized transduction）
通过完全缺陷的phage 对供体菌任何DNA小片段 的“误包”，而实现其遗传性状传递至受体菌的转 导现象，称为普遍性转导。
1.杂交育种中亲本选择
⑴原始亲本的选择
⑵直接亲本的选择
2.培养基的选择
发酵培养基
3.杂交育种的遗传标记
• 4.杂交育种方法
常规杂交育种
微生物常规杂交形式
原生质体融合育种
谢 谢！
㈠原核微生物杂交理论基础
原 核 微 生 物 杂 交 方 式 ：
1. 接合作用
⑴定义：
接合(conjugation)指供体菌与受体菌的完整细胞
经过直接接触而传递大段DNA（包括质粒）遗传 信息的现象。
通过接合而获得新遗传性状的受体细胞，称为接
合子（conjugant）。
性菌 毛
♂
E. coli接合电镜图
项目二 微生物的遗传变异和育种
( Microbial genetics and
breeding )
任务四 杂交育种
一、杂交育种的目的
1、杂交育种的定义
杂交育种是指将两个基因型不同的菌株
经吻合（或接合）使遗传物质重新组合，从中 分离和筛选具有新性状的菌株。
2.杂交育种的目的
二、微生物杂交理论基础
自供体细胞的离体DNA片段，并通过交换把它 整合到自己的基因组中，从而获得了供体细胞 的某些遗传性状的现象。获得新性状的受体称
为转化子（transformant）。
⑵转化过程
最新C-第八章--微生物的遗传和变异课件PPT
法
2
第一节 基本概念
遗传（heredity）
生物在繁殖延续后代的过程中，亲代与子代之间 性状相似的现象，称遗传
性状：形态、结构、生态、生理、生化
变异variation
在生物繁殖过程中，子代与亲代或子代之间性状 不同的现象，称为变异.
两者的关系
遗传保证了物种的存在和延续，保持了种属性状 的相对稳定
结论
只有S型中的DNA才能使R型转化为S型，RNA、 多糖和蛋白质都不具备转化能力
16
1、转化实验 Transformation F.Griffith
实验（1）结论
R型菌株获得了S菌株的遗传性状，说明S菌 株体内有一种“转化因子”
实验（2）结论
加热杀死的S型菌内可能存在一种转化物质， 通过某种方式进入R型细胞内,使R S
19
3、病毒的拆开与重建实验
研究者
H. Fraenkel-Conrat和Singer(1956)
(1956)
实验材料
烟 草 花 叶 病 毒 (TMV) 和 霍 氏 车 前 花 叶 病 毒 (HMV)
方法
将两病毒的核酸与衣壳蛋白分开
然后交叉重建成杂合病毒
做感染试验,观察所成病斑类型
18
2、噬菌体感染实验
实验过程
首先用含有32P和35S的培养基中培养大肠杆菌 用标记过的大肠杆菌培养T2噬菌体 再用标记过的T2噬菌体侵入没有标记的大肠，
通过保温→搅拌→离心 检测上清和沉淀中放射性元素的情况
结果
35S位于上清液中，而32P存在于底部 又一次证明：遗传物质是DNA，而不是蛋白质
指A品系的生物吸收了来自B品系生物的遗传 物质而获得了B品系的遗传性状的现象
实验者
2
第一节 基本概念
遗传（heredity）
生物在繁殖延续后代的过程中，亲代与子代之间 性状相似的现象，称遗传
性状：形态、结构、生态、生理、生化
变异variation
在生物繁殖过程中，子代与亲代或子代之间性状 不同的现象，称为变异.
两者的关系
遗传保证了物种的存在和延续，保持了种属性状 的相对稳定
结论
只有S型中的DNA才能使R型转化为S型，RNA、 多糖和蛋白质都不具备转化能力
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1、转化实验 Transformation F.Griffith
实验（1）结论
R型菌株获得了S菌株的遗传性状，说明S菌 株体内有一种“转化因子”
实验（2）结论
加热杀死的S型菌内可能存在一种转化物质， 通过某种方式进入R型细胞内,使R S
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3、病毒的拆开与重建实验
研究者
H. Fraenkel-Conrat和Singer(1956)
(1956)
实验材料
烟 草 花 叶 病 毒 (TMV) 和 霍 氏 车 前 花 叶 病 毒 (HMV)
方法
将两病毒的核酸与衣壳蛋白分开
然后交叉重建成杂合病毒
做感染试验,观察所成病斑类型
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2、噬菌体感染实验
实验过程
首先用含有32P和35S的培养基中培养大肠杆菌 用标记过的大肠杆菌培养T2噬菌体 再用标记过的T2噬菌体侵入没有标记的大肠，
通过保温→搅拌→离心 检测上清和沉淀中放射性元素的情况
结果
35S位于上清液中，而32P存在于底部 又一次证明：遗传物质是DNA，而不是蛋白质
指A品系的生物吸收了来自B品系生物的遗传 物质而获得了B品系的遗传性状的现象
实验者
C-第八章--微生物的遗传和变异PPT课件
原核：DNA呈环状，在细菌质粒中超螺旋
病毒粒：呈环状或线状 -
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基因水平
基因
在生物体中，一切具有自主复制能力的遗传功能 单位，都可称为基因
基因的物质基础是一个具有特定核苷酸顺序的核 酸片段
基因的大小
分子量：一个基因6.7×105 Da 碱基对：一个基因约有1000bp 数量：每个细菌约有5000～10000个基因
• 致死突变型
由于基因突变造成菌体死亡或生活能力下降 双倍体生物能够以杂合子的形式存活下来，一
旦形成纯合子，则发生死亡
-
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三、基因突变的特点
• 随机性 • 稀有性 • 独立性 • 可逆性 • 稳定性
-
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随机性
定义
各种性状的突变可以在没有任何人为的诱变因素
处理的情况下，可以发生在生物的任何个体的发
实验（3）结论
只有S型中的DNA才能使R型转化为S型，多 糖和蛋白质都不具备转化能力
-
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2、噬菌体感染实验
研究者
A.D.Hershey和M.Chase
实验材料
E. Coli、T2嗜菌体
实验原理
用同位素32P标记噬菌体的DNA、用同位素35S 标记噬菌体的蛋白质，然后再感染宿主细胞
染色体水平
真核生物 染色体数目不同 染色体倍数不同
倍数：指同一细胞中染色体的套数 单倍体:一个细胞中只有一套相同功能的染色体 双倍体:一个细胞中有二套相同功能的染色体.
原核生物
仅有一条染色体，单倍体.
-
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核酸水平
核酸种类
DNA：绝大多数生物的遗传物质 RNA：部分病毒
核酸的组成
育时期及任何基因上
特点
microbialgenetics基因结构资料
2）上述不同氨基酸D缺陷型还可以通 过互养实验来区别。
•将不同的突变型接种到足以使突变 型进行少量生长的氨基酸D培养基上。
甲
乙
丙丁
xABCD
★ 突 变 型 丁 ： CD 不 能 进 行 ， 其后果：一方面需要D，另一方 面C积累分泌到培养基中，有益 于突变型甲、乙和丙的生长。
（一）交叉反应物质
“一个基因一种酶”假说指出：每 一个基因控制一种酶的一级结构， 基因突变使酶的一级结构改变，从 而使酶的活性丧失。
★这一假说验证的关键是证明在突变 株中有失活酶的存在。 主要实验方法有：免疫血清反应
★免疫血清反应:一种酶的免疫血清能 和该酶蛋白发生沉淀反应使之失去酶 活性。
★在缺陷型突变株中某一种酶的活 性消失了，可是一级结构略有改变 的这种酶蛋白，也会与该酶的免疫 血清反应而测得它的存在。
Gal-1和Gal-4属于同一顺反子---重组作用。
2 流产转导测验
在鼠伤寒沙门氏菌——P22转导系统中，可以 看到有一种正常的菌落和一种微小的菌落。
前者是完全转导的结果，后者是流产转导的结 果。完全转导子是通过供体和受体染色体的交 换而形成的野生型重组子。而在流产转导子中 供体染色体片段并没有和受体染色体发生交换
B：一个大肠杆菌B细胞；K：涂满大肠杆菌K的一个培养皿，每一黑点代表一个噬菌斑 (a)群7对寄主细菌B的单独感染；(b)r47和r104对寄主B的混合感染；(c)r47和r106对寄主B的混
合感染； (d)r47和r102对寄主B的混合感染。裂解液分别在含有大量寄主细菌K的培养皿上作重组测定
★证明失活酶存在的实验过程： ①试管滴定法：
用野生型菌株 的酶注射家兔， 取得它的抗酶 抗血清
在上清液中 加入野生型 代谢酶
•将不同的突变型接种到足以使突变 型进行少量生长的氨基酸D培养基上。
甲
乙
丙丁
xABCD
★ 突 变 型 丁 ： CD 不 能 进 行 ， 其后果：一方面需要D，另一方 面C积累分泌到培养基中，有益 于突变型甲、乙和丙的生长。
（一）交叉反应物质
“一个基因一种酶”假说指出：每 一个基因控制一种酶的一级结构， 基因突变使酶的一级结构改变，从 而使酶的活性丧失。
★这一假说验证的关键是证明在突变 株中有失活酶的存在。 主要实验方法有：免疫血清反应
★免疫血清反应:一种酶的免疫血清能 和该酶蛋白发生沉淀反应使之失去酶 活性。
★在缺陷型突变株中某一种酶的活 性消失了，可是一级结构略有改变 的这种酶蛋白，也会与该酶的免疫 血清反应而测得它的存在。
Gal-1和Gal-4属于同一顺反子---重组作用。
2 流产转导测验
在鼠伤寒沙门氏菌——P22转导系统中，可以 看到有一种正常的菌落和一种微小的菌落。
前者是完全转导的结果，后者是流产转导的结 果。完全转导子是通过供体和受体染色体的交 换而形成的野生型重组子。而在流产转导子中 供体染色体片段并没有和受体染色体发生交换
B：一个大肠杆菌B细胞；K：涂满大肠杆菌K的一个培养皿，每一黑点代表一个噬菌斑 (a)群7对寄主细菌B的单独感染；(b)r47和r104对寄主B的混合感染；(c)r47和r106对寄主B的混
合感染； (d)r47和r102对寄主B的混合感染。裂解液分别在含有大量寄主细菌K的培养皿上作重组测定
★证明失活酶存在的实验过程： ①试管滴定法：
用野生型菌株 的酶注射家兔， 取得它的抗酶 抗血清
在上清液中 加入野生型 代谢酶
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A number of prokaryotes have been found to be naturally transformable
• certain species of G+ and G- Bacteria
• some species of Archaea
However, even within transformable genera, only certain strains or species are transformable
8.2 Genetic recombination
Genetic recombination is the process by which genetic elements contained in two separate genomes are brought together in one unit.
❖ Value in industry
• Antibiotics
• Increase yields and improve manufacturing processes ❖ Diseases
• Understanding the genetics of disease-causing microorganisms
• The colonies not appearing on the replica plate are marked with an X
• The replica plate lacked one nutrient (leucine) present in the master plate
• Therefore, the colonies marked with an X are leucine auxotrophs
Mutant an organism whose genome carries a mutation. Depending on the mutation, a mutant may or may not show an altered phenotype from its parent.
Different kinds of point mutation
Chapter 8
Microbial genetics
Importance of study on microbial genetics
❖ simple systems • studying genetic phenomena
❖ useful tools
• decipher the genetics mechanisms
Байду номын сангаас
A simplified version of one molecular mechanism of recombination. Homologous DNA molecules pair and exchange DNA segments.
The mechanism involves breakage and reunion of paired segments. Two of the proteins involved, a single-stranded binding (SSB) protein and the RecA protein.
❖ Genetic transfer in prokaryotes
• How genes can be transferred from one organism to another, even from one species to another.
8.1 Mutation and recombination
Mutation
❖ Selectable ❖ Nonselectable ❖ Spontaneous ❖ Induced
Nutritional mutants
replica plating method
• The photograph on the left shows the master plate
Replica plating method for detection of nutritional mutants
Mutagens
While the spontaneous rate of mutation is very low, there are a variety of chemical, physical, or biological agents that can increase the mutation rate, and are therefore said to induce mutations. These agents are referred to as mutagens.
❖ molecular cloning
• isolate and duplicate specific genes from other organisms
• genes are manipulated and placed in a microorganism where they can be induced to increase in numbers
This mechanism may enable the organism to carry out some new functions and result in adaptation to changing environments.
Genetic recombination usually involves much larger changes. Entire genes, sets of genes, or even whole chromosomes, are transferred between organisms.
Mutation is an inherited change in the base sequence of the nucleic acid comprising the genome of an organism. Mutation usually brings about only a very small amount of genetic change in a cell.