微生物课件(周德庆)第七章Part 2 基因突变和诱变育种

一、基因突变

l基因突变

l突变率

l突变的类型

l突变的特性

l基因突变自发性和不对应性的证明l基因突变的机制

l紫外线对DNA的损伤和修复

（一）基因突变

：简称突变，是指生物体的遗传l基因突变（mutation ）：简称突变，是

物质的分子结构突然发生的可遗传的变化。

染色体畸变——细胞学上可以看到染色体的变化

l突变

点突变——细胞学上看不到遗传物质的变化

l突变株（mutant）：发生了突变的微生物细胞或菌株。l野生型（wild type）：从自然界分离到的任何微生物在其发生突变前的原始菌株。

（二）突变率

u每一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率，称突变率。如突变率为10-8指该细胞在1亿次分裂过程中，会发生一次突变。

u为了方便常用每一单位群体在每一世代中产生突变株的数目来表示。

u自然界中微生物发生自发突变的频率很低，约10-6-10-9范围内。

其它基因的突变率。在同u突变是独立的。某一基因发生突变不会影响基因

一个细胞中同时发生两个基因突变的几率是极低的，因为双重突变型的几率只是各个突变几率的乘积。

（三）突变类型

l突变的类型很多，从实用的目的出发，按突变后极少数突

变株的表型是否能在选择性培养基上加以鉴别来区

分。

突变株

的表型

选择性突变型（株）

非选择性突变型（株）营养缺陷型（株）

抗性突变型（株）

条件致死突变型（株）

形态突变型（株）

抗原突变型（株）

产量突变型（株）

选择性突变株（selective mutant）：具有选择标记（如营养缺陷性、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唯一方法是检查大量菌落并找出差异。

主要突变型

u营养缺陷型（auxotroph）：某一野生型菌株由于发生基因突变而丧失一种或几种生长因子的合成能力，因而无法在基本培养基上正常生长繁殖的变异类型。可在加有某生长因子的基本培养基上选出。

u抗性突变型（resistant mutant）：由于基因突变而使原始菌株产生了对某种化学药物或致死物理因子抗性的变异类型。如对各种抗生素的抗药性菌株。

主要突变型

u条件致死突变型（conditional lethal mutant）：某菌株或病毒经基因突变后，在某种条件下可正常生长、繁殖并实现其表型,而在另一条件下却无法生长、繁殖的突变类型，称为条件致死突变型。

Ts突变株（温度敏感突变株）：是一类典型的条件致死突变型，如E. coli的某些菌株可在37℃下正常生长，却不能在42℃下生长等。产生Ts突变株的原因是突变引起了某些重要的蛋白质的结构和功能的改变，以致在某特定的温度下能发挥其功能，而在另一温度下则不能。

主要突变型

u形态突变型（morphological mutant）：由于突变而产生的个体或菌落形态所发生的非选择性变异。

u抗原突变型（antigenic mutant）：由于基因突变而引起的抗原结构发生突变的变异类型，如细胞壁缺陷变异、荚膜变异等。

u产量突变型：通过基因突变而获得的在有用代谢产物产量上高于原始菌株的变异株，也称高产突变株（high

producing mutant）。产量性状是多因子决定，突变机制较复杂。产量突变株又可分为正变株和负变株。

（四）突变的特点（基因突变的

一般规律）

适用于整个生物界，以细菌的抗药性或抗噬菌体的特性为例。

l不对应性：突变的性状与突变原因之间无直接的对应关系。

l自发性：突变可以在没有人为诱变因素处理下自发地产生。

l稀有性：突变率低且稳定。

l独立性：各种突变独立发生，不会互相影响。

l可诱发性：诱变剂可提高突变率。

l稳定性：变异性状稳定可遗传。

l可逆性：从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突变（forward mutation），从突变株回到野生型的过程则称为回复突变或回变（back mutation或reverse mutation）。

（五）基因突变的自发性和不对应性的证明

突变型

（适应环境的新性状）

？

突变的原因

抗性突变的产生?

l在各种基因突变中，抗性突变最为常见。但在过去相当长时间内对这种抗性产生的原因争论十分激烈。

l一种观点认为，突变是通过适应而发生的，即各种抗性是由其环境（指其中所含的抵抗对象）诱发出来的，突变的原因和突变的性状间是相对应的，并认为这就是“定向变异”，也有人称它为“驯化”或“驯养”。

l另一种看法则认为，基因突变是自发的，且与环境是不相对的。由于其中有自发突变、诱发突变、诱变剂与选择条件等多种因素错综在一起，所以难以探究问题的实质。

从1943年起，经过几个严密而巧妙的实验设计，终于解决了这场纷争。

三个经典实验

l变量实验l涂布实验l

影印实验

1. 变量试验（fluctuation test）

u变量试验又称波动试验或彷徨试验。

u1943年，S. E. Luria 和M. Delbrück 根据统计学原理，设计了如下的实验。

u噬菌体T1在这里仅起着淘汰原始的未突变菌株和甄别抗噬菌体突变型的作用，而决非驯养者的作用。

3. 平板影印培养试验（replica plating）

l1952年，J. Lederberg夫妇的论文《平板影印培养法和细菌突变株的间接选择》，更好地证明了微生物的抗药性是在未接触药物前自发地产生的，这一突变与相应药物环境毫不相干。

l平板影印培养法:是一种能达到在一系列培养皿的相同位置上出现相同遗传型菌落的接种培养方法。把长有许多菌落的母种培养皿倒置于包有灭菌丝绒布的木质圆柱印章上，使其沾上来自平板上的菌落。然后可把这一“印章”上的菌落一一接种到不同的选择性培养基平板上。待这些平板培养后，对各平板相同位置上的菌落作对比，就可选出适当的突变型菌株。据报道，用此法可把母平板上10-20%量的细菌转移到丝绒布上，并可利用这一“印章”接种8个子培养皿。因此，通过影印培养法，就可以从在非选择性条件下生长的细菌群体中，分离出各种类型的突变株。

板

影

印

培

养

法

在根本未接触过任何一点链霉素的情况下，就可以筛选到大量抗链霉素的突变株，充分说明了突变是自发产生的，链霉素只是起到了一种检出作用。

平板影印培养不仅在微生物遗传理论的研究中有重要应用，而且在育

种实践和其它研究中均有应用，值得很好地领会。

（六）基因突变的机制

l基因突变的原因是多种多样的，可以是自发的或诱发的，诱变又可分为点突变和畸变。具体类型可归纳如下：

1. 诱变机制

l诱变剂（mutagen）：凡能提高突变率的任何理化因子，就称为诱变剂。

l种类：诱变剂的种类很多，作用方式多

样。即使是同一种诱变剂，也常有几种作

用方式。