微生物遗传学几个基本概念32页PPT

微生物遗传育种与改良
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自然选育
利用自然变异选择有益的变异体，通过遗传稳定性和生产性状的鉴定，培育出新的菌种。
微生物遗传学应用
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工业发酵是微生物遗传学应用的重要领域之一，通过利用微生物的遗传特性，实现大规模生产各类发酵产品，如酒精、醋酸、酵母、抗生素等。
工业发酵中，通过遗传育种和基因工程手段改良微生物菌种，提高发酵效率和产物质量，降低生产成本。
详细描述
总结词
介绍基因表达的概念、基因表达的调控机制以及基因表达的改变对微生物的影响。
详细描述
基因表达是DNA中的遗传信息转录为RNA并翻译为蛋白质的过程。基因表达受到多种因素的调控，包括DNA的甲基化、染色质构象以及转录和翻译水平的调控。基因表达的改变可能影响微生物的生长、代谢和致病性等方面。
微生物基因突变与重组
19世纪末期
遗传学奠基人摩尔根提出基因概念，为遗传学的发展奠定了基础。
20世纪初期
DNA双螺旋结构发现，开启了分子生物学时代。
20世纪50年代
人类基因组计划启动，推动了基因组学的发展。
20世纪70年代
微生物遗传物质基础
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介绍DNA的基本结构，包括碱基、磷酸和脱氧核糖，以及DNA的双螺旋结构。
总结词
工业发酵的微生物菌种通常具有特殊生理功能和代谢途径，通过研究其遗传机制，有助于发现新的发酵产品和工艺。
生物制药是利用微生物或其代谢产物作为药物成分，治疗和预防人类疾病的领域。
通过遗传工程手段，可以改良微生物细胞工厂，高效表达具有药效的蛋白质或其他活性分子。
生物制药中，对微生物的遗传特性和表达调控机制的研究，有助于发现和开发新的药物候选分子。
生物环保是利用微生物的降解和转化能力，处理和治理环境污染的领域。

吸附
10分钟后 用捣碎器 使空壳脱离
离心
上清液中含 75%放射性
沉淀中含 25%放射性
沉淀细胞进一步培 养后，可产生大量 完整的子代噬菌体
（2）含35S-蛋白质的一组：放射性75%在上清液中
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（三）植物病毒的重建实验
为 了 证 明 核 酸 是 遗 传 物 质 ， H. FraenkelConrat （ 1956 ） 用 含 RNA 的 烟 草 花 叶 病 毒 （TMV）进行了著名的植物病毒重建实验。
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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：
1、肺炎球菌的转化试验； 2、噬菌体感染试验； 3、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。
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一、证明核酸是遗传物质基础的三个经典实验
（一）经典转化实验（transformation）：F.Griffith，
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。
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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。 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。

一个操纵子又包含3种基因： 结构基因(structure gene)：结构基因是通过转录和翻译过程来执行多
肽(酶及结构蛋白)合成。 操纵基因(operator)：操纵基因是与结构基因紧密连锁在一起的，是
阻遏蛋白的附着部位，它能控制结构基 因转录的开放或关闭。 启动基因(promotor)：启动基因是转录的起始部位，是RNA多聚酶附
2、质粒在基因工程中的应用
质粒具有很多有利于基因工程操作的优点： ＊体积小，便于DNA的分离和操作
＊呈环状，性能稳定 ＊独立的复制 ＊拷贝数多，使外源DNA可很快扩增 ＊存在抗药性基因等选择性标记，便于含质粒
克隆的见出和选择 E. coli的pBR322质粒
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代表性质粒
（1）F质粒（fertility factor） 又称F因子、致育因子或性 因子，是大肠杆菌等细菌中 决定“性别”的质粒。可通 过接合转移。
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（2）R质粒（resistance factor） 又称R因子或抗药性质粒，具有多 种抗生素抗性基因，并且可以在不同细菌中传递。可作为基因工 程的载体。
微生物的遗传与变异详解演示 文稿
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优选微生物的遗传与变异
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遗传与变异的几个概念
遗传和变异是生命最本质的属性之一。 遗传(heredity) 表型（phenotype） 遗传型（genotype） 变异(variation) 饰变（modification）
密码子：负载遗传信息的基本单位，是由DNA链上的三个核苷酸的 特定顺序所决定的。三联密码子一般都用 mRNA上的3个核苷酸顺 序来表示。

基因组学定义
基因组学是研究生物体基因组的学科，包括基因的发现、基因组结构、基因表达调 控以及基因组进化的研究。
基因组学研究旨在揭示生物体的遗传信息，以及这些信息如何影响生物体的表型和 功能。
基因组学研究对于理解生命的本质、疾病的发生和发展机制以及新药的研发等方面 具有重要意义。
基因组学研究方法
基因组测序
生物修复
生物修复
利用微生物对环境污染进行治理和修复的 技术，具有处理效果好、成本低等优点。
生物修复的应用
在土壤、水体、空气等污染治理领域广泛 应用，有效解决了许多环境问题，改善了
人类生存环境。
生物修复的原理
通过微生物对污染物的降解、转化和富集 等作用，将污染物转化为无害或低毒性的 物质，降低其对环境和人体健康的危害。
程，涉及到多种酶的参与。
转座重组
指DNA分子内部的转座元件在不 同位置之间移动的重组过程。转 座重组需要转座酶的催化，实现 DNA片段在不同位置的复制和移
动。
Hale Waihona Puke 突变与重组在微生物遗传学中的应用
基因工程
通过突变和重组技术，可以对微 生物进行基因敲除、敲入和基因 修饰，实现基因表达的调控和代
谢途径的改造。
微生物遗传学课件
目 录
• 微生物遗传学概述 • 微生物基因组学 • 微生物突变与重组 • 微生物基因表达调控 • 微生物进化与系统发育 • 微生物遗传学应用
01 微生物遗传学概述
微生物遗传学定义
微生物遗传学定义
微生物遗传学是一门研究微生物遗传、变异和演化的科学，主要关注微生物的基因组结构 、基因表达调控、基因突变与进化等基本问题。
通过调节翻译起始和翻译过程 来控制蛋白质的合成，如核糖 体结合位点的选择和mRNA的 稳定性等。

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转座因子（跳跃基因）
• 指细胞基因组中，能从一个位置转移到另一个位置的的一段DNA片段。 种类： 1.插入序列 2.转座子
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插入序列（ insertion sequence,IS）
• 结构较简单，长度小于2Kb。只带有与自身转座功能相关的基因，不带有任何与插入无关的基因。
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三个经典实验：
1）经典转化实验 2）噬菌体感染实验 3）植物病毒重建实验
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肺炎球菌转化试验
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肺炎球菌转化试验
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Avery的实验
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DNA结构与功能
• 结构：双螺旋结构 • 功能：储存、复制、传递遗传信息 • 复制方式：半保留复制 • 中心法则：DNA RNA 蛋白质
• 又称基因型，指某一生物所含有的全部遗传因子，即基因型所携带的遗传信息。
• 遗传型＋环境条件
表型
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表型（phenotype）
• 指某一生物所具有的一切外表特征和内在特性的总和。
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第一节 遗传变异的物质基础
一、微生物的遗传物质 证明: 核酸，尤其是DNA，是遗传、变异的真正的物质基础。
本章小结：
• 遗传变异的物质基础 • 质粒 • 噬菌体的结构 • 烈性噬菌体的增殖周期 • 原核微生物的基因重组：
转化 转导、接合
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感谢您的观看。
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3、DNA损伤的修复
光复活作用： 带嘧啶二聚体的DNA分子，在黑暗中可与光复活酶结合，在可见光作用下，光复活酶被激活，嘧啶二聚体解

是活细胞内一种用于对被UV等诱变剂损伤后DNA的修复 方式之一，又称暗修复（dark repair），这是一种不依赖 可见光，只通过酶切作用去除嘧啶二聚体，随后重新合成 一段正常DNA链的核酸修复方式。
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二、突变与育种
（一）自发突变与育种
1、从生产中育种 如：抗噬菌体感染，“上酒白种”．
3、S菌的无细胞抽提液实验：
S菌的无细 菌。
4、 S菌各细胞成分的转化实验：（六组）
活R菌+ S菌成分，平板培养。（1944年）
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S菌各细胞成分的转化实验
S cell extract +DNase+ R cell
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R colonies
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1、诱发突变（induced mutation ）
诱发突变简称诱变，是指通过人为的方法 ，利用物理、化学或生物因素显著提高基因自 发突变频率的手段。凡具有诱变效应的任何因 素，都称诱变剂（mutagen）。 1）碱基的置换（substitution ）
转换(嘌呤间或嘧啶间) 颠换(嘌呤和嘧啶间)
二）、噬菌体感染实验（两组）（1952年）
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• A. D. Hershey和M. Chase， 1952年
吸附
10分钟后 用捣碎器 使空壳脱离
离心
上清液中含 15%放射性
沉淀中含 85%放射性
沉淀细胞进一步培 养后，可产生大量 完整的子代噬菌体
（1）含32P-DNA的一组：放射性85%在沉淀中
代谢，发育
遗传型 + 环境条件
表型
（可能性）
（现实性）

三、基因
基因：是一个具有遗传因子效应的 DNA 片断，是遗传物质的最小功能单位。 基因组：是指存在于细胞或病毒中 的所有基因。 性状：构成一个生物个体的所有的 有关结构、形态、物质和功能等方面的 总称。 基因决定性状，性状是基因表达的 最终结果。
四、原核微生物的遗传物质
原核微生物无典型的染色体结构， 但是通常都称核区中的DNA为染色体 DNA.。染色体DNA是原核微生物的主要 遗传物质，直接存在于原核之中，一般 为dsDNA，基因数103—104。
B：抗性质粒（抗性因子、R因子、R质 粒）: 包括抗药性和抗金属性两大类。 C：细菌素质粒 : （细菌素是细菌产生的一般只 能抑制或杀死种内不同亚种或菌株中敏感细菌 的特殊多肽类代谢产物。）如col质粒。 D ：毒性质粒（致病质粒） : 质粒上具有编码 毒素的基因，如Ti质粒。 E：代谢质粒（降解质粒）: 这类质粒上携带 有能降解某些基质的基因，这类质粒还包括一 些能编码固氮功能的质粒。 F：隐秘质粒: 不显示任何表型效应，只有通 过物理方法才能发现。
这种现象唯一合理的解释是：活 的、非致病型的R型从已被杀死的SⅢ 中获得了遗传物质，使其成为产生荚 膜、有致病性的SⅢ型。当分别用降解 DNA、RNA或蛋白质的酶作用与有毒 的S型细胞提取物，选择性地破坏这些 细胞成分，然后分别与无毒的R型细胞 混合，结果发现：只有DNA被酶降解 遭到破坏的抽提物无转化作用。从而 证明DNA是转化所必需的转化因子。
2，T2噬菌体感染实验
用 32P 标记病毒的 DNA ， 35S 标记病毒的 蛋白质外壳。然后将这两种不同标记的病毒 分别与宿主大肠杆菌混合，结果发现：用含 有35S蛋白质的 T2 噬菌体感染大肠杆菌时，大 多数放射性留在宿主细胞的外边，而用含有 32PDNA的T2噬菌体感染大肠杆菌时，32PDNA 注入宿主细胞，并产生噬菌体后代，这些 T2 噬菌体后代的蛋白质外壳的组成、形状大小 等特性均与留在细胞外的蛋白质外壳完全相 同，这说明决定蛋白质外壳的遗传信息是在 DNA上。