第十一章 微生物基因组改组育种

《微生物遗传育种》课程（09140）教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：微生物遗传育种课程代码：09140学时与学分：76学时4学分（理论课52学时，实验课24学时）课程性质：专业选修课（必选）授课对象：生物工程专业二、课程教学目标与任务《微生物育种学》课程是为生物工程专业本科生开设的一门重要专业选修课，可在学生学习生物化学和微生物学之后选修该课程。

该课程主要教授微生物育种的理论基础、诱变育种、代谢控制育种、杂交育种、原生质体融合育种、基因工程育种的原理和方法。

通过本门课程的学习，学生可以掌握微生物育种的相关原理和具体方法，为从事生物工程领域的生产和科学研究打下基础。

三、学时安排课程内容与学时分配表章节内容课时第一章绪论 1第二章遗传物质的基础 2第三章基因突变 3第四章工业微生物育种诱变剂 4第五章工业微生物产生菌的分离筛选 6第六章工业微生物诱变育种 6第七章工业微生物代谢控制育种 6第八章工业微生物杂交育种 3第九章工业微生物原生质体育种和原生质体融合育种6第一〇章微生物基因组改组育种 3 第一一章基因工程育种 3 第一二章分子定向进化育种 3 第一三章高通量筛选技术 3 第一四章工业微生物菌种复壮与保 3 试验1 细菌的原生质体融合 6 试验2 乳酸菌筛选及抑菌作用研究 6 试验3 香菇杂交育种 6 试验4 细菌营养缺陷型筛选试验 6四、课程教学内容与基本要求第一章绪论教学目的：了解微生物育种在发酵工业中的地位，理解微生物育种的进展。

基本要求：通过教学，使学生了解本课程的研究对象和任务、微生物育种在发酵工业中的地位以及工业微生物育种的进展。

重点与难点：重点：微生物育种的进展。

难点：当前微生物育种的主要技术概览。

教学方法：现代化教学手段，图片展示、讲述法。

主要内容：第一节工业微生物育种在发酵工业中的地位一、微生物菌种二、微生物菌种的重要性三、微生物菌种特性四、菌种来源第二节工业微生物育种的进展一、自然选育二、诱变育种三、杂交育种四、代谢控制育种五、基因工程育种六、基因组改组（genome shuffling）七、分子定向进化（molecular directed evolution of enzyme）八、高通量筛选技术(High throughput screening,HTS)第二章遗传物质的基础教学目的：了解微生物遗传的基本知识，掌握微生物基因组的组织与结构。

文章编号：1671-9646 （2014） 02a-0062-04基因组改组技术及其在微生物中的应用罗情情，* 王明兹，陈必链，黄建忠（福建师范大学生命科学学院，工业微生物教育部工程研究中心，福建福州350108）摘要：控制和决定微生物细胞各种表型与性状的本质十分复杂，涉及遍布细胞基因组的众多基因或相关基因产物间的动态作用。

长期以来，微生物生产菌株大多通过自然选育或人工诱变逐代积累有益突变而来。

基因组改组技术是在DNA 分子（基因组）水平上模拟生物有性杂交过程，对微生物的全基因组进行随机组合与改良。

它是基于突变和重组基础上的育种新技术，建立在传统诱变育种基础上，结合多细胞融合技术，对诱变后的突变库进行多亲本基因组重组，从而使具有不同遗传位点有利突变的各亲本菌株将其优势基因汇集在一起，达到快速进化目标性状。

关键词：工业微生物；基因组改组；育种；功能基因组中图分类号： TQ920.1文献标志码：A doi：10.3969/jissn.1671-9646（X）.2014.02.020（Engine e ring Research Center of Industria l Micr o bio l og y，Ministry of Educ a tion，Co ll ege of Life Sc ienc es，Fujian Norm a lUniversity，Fuzhou，Fujian 350108，Chin a）Phenotypes and traits of the micr o bia l c e ll s are complex in natur e， which invo l ve many genes around the who l e ge nom e，as we ll as their products. Classic br ee ding，which improves target traits through cyc l es of mutation and se l e ction，accumulates beneficia l mutations in an inefficient way. Crossbreeding techniques based on hybridizing parents of higher a nim a l s and plants have succ essf ul l y met the diverse needs of the species. By reason of many va l uabl e microbes have no se xua l hybridization a bilit y，and genome shuffling t e chno l og y is in the simulation of se xua l hybridization process on the DNA m o l e cul a r l e ve l and random combination and improvement in the who l e-g e nom e.It is a nove l breeding t e chno l og y based on the basis of the tr a ditiona l mutation breeding and combined with protoplast fusion t e chno l og y：f ir st l y，introduced of a mut a tion procedure as c l a ssic a l breeding technique to produce a mutation l ibr a ry composed of different mut a nt s；then，shuff l e d and rearranged the mutants genome to accumulate useful diversity by mut i-pa r e nt s protoplast fusion of these mutants to r a pidlye vo l ve the target tr a it s.industria l micr o be s；genome shuff l ing；strain impr o vem e nt；functiona l ge nom e微生物能够产生化学合成方法难以合成或完全不能合成的天然化合物，是各种化合物的库源和生产工厂[1]。

微生物基因工程育种微生物基因工育种是通过对微生物的基因进行改造和调控，以达到改良微生物性状、提高微生物产量或开发新的功能微生物的目的。

下面是微生物基因工程育种的一般步骤：1. 目标设定：- 确定所需改良的微生物性状，如产量、抗性、代谢途径等。

- 设定预期目标并制定相应的策略。

2. 基因库构建：- 通过采集、分离和培养不同来源的微生物，获取丰富的基因资源。

- 将这些基因片段或整个基因组构建成基因库，用于后续的基因工程操作。

3. 基因选择和克隆：- 从基因库中筛选出与目标性状相关的基因。

- 进行基因克隆，将目标基因插入适当的载体中，例如质粒或病毒。

4. 基因转化：- 将经过克隆的目标基因导入到目标微生物中。

- 可以通过多种方法进行基因转化，如电转化、化学转化、高速颗粒轰击法等。

5. 基因调控和表达优化：- 对导入目标微生物的基因进行调控，使其在适当的条件下高效表达。

- 可通过引入启动子、终止子、增强子等元件来调控基因的表达水平。

6. 选择与筛选：- 利用筛选标记或筛选方法，对转化后的微生物进行筛选和鉴定。

- 筛选出具有目标性状的微生物株系，并进行进一步的评估和优化。

7. 验证和应用：- 对获得的改良微生物进行性状鉴定和功能验证。

- 如需应用于工业生产、农业等领域，可以进行中试和大规模生产验证，确保其在实际应用中的稳定性和可行性。

需要注意的是，在进行微生物基因工程育种时，需要遵循相关生物安全规范和伦理法规，确保操作的安全性和合规性。

此外，对于涉及到大规模应用的改良微生物，还需要考虑环境风险评估和监管等问题，以确保其对环境和人类的影响最小化。

高中生物基因育种知识点基因育种是现代生物学中的一个重要领域，它涉及到利用基因技术来改良作物、动物和其他生物的遗传特性，以提高产量、抗病性、适应性等。

以下是高中生物中关于基因育种的一些关键知识点：1. 基因的概念：基因是遗传信息的基本单位，存在于DNA分子上，控制生物体的各种性状。

2. 基因的组成：基因由四种核苷酸（腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶）组成，这些核苷酸按照特定的顺序排列，形成基因的编码序列。

3. 基因表达：基因通过转录和翻译过程，指导蛋白质的合成，从而影响生物体的性状。

4. 基因突变：基因序列的改变称为突变，突变可以是自然发生的，也可以是人为诱导的。

突变可能导致生物性状的改变。

5. 基因重组：通过自然或人为的方式，将不同来源的基因组合在一起，形成新的遗传组合。

6. 基因工程：利用分子生物学技术，对生物体的基因进行直接操作，包括基因的剪切、拼接、插入等。

7. 转基因技术：将外源基因导入到生物体中，使其表达并赋予生物体新的性状或功能。

8. 基因编辑技术：如CRISPR-Cas9系统，可以精确地在基因组中添加、删除或替换特定的DNA序列。

9. 基因育种的应用：- 作物改良：提高作物的产量、抗病虫害能力、抗逆境能力等。

- 动物改良：提高动物的生产性能、改善肉质、增强抗病性等。

- 医学应用：通过基因治疗技术治疗遗传性疾病。

10. 基因育种的伦理问题：基因育种技术的发展也引发了一些伦理问题，如基因隐私、基因歧视等。

11. 基因育种的安全性问题：转基因生物的安全性问题一直是公众关注的焦点，包括对环境的影响、对非目标生物的影响等。

12. 基因育种的法规和标准：各国对基因育种有不同的法规和标准，以确保技术的安全和合理应用。

通过了解这些知识点，学生可以对基因育种有一个全面的认识，理解其在现代农业和生物技术中的重要性和潜在影响。

微生物遗传育种知识点汇总1.微生物基因组学：微生物基因组学是研究微生物基因组结构、功能和表达的学科。

通过对微生物基因组的测序、比较分析和功能注释，可以了解微生物的遗传特性和功能。

2.微生物突变：微生物突变是指微生物在自然环境或实验室中发生的基因突变。

突变可以是基因变异、插入突变、缺失突变等，这些突变可能会导致微生物表型的变化。

3.微生物选择：微生物选择是通过对微生物的生长条件进行调控，选择出具有其中一种特定性状的菌株。

例如，可以通过对耐盐性的选择培养基进行培养，选择出具有耐盐性的微生物菌株。

5.基因工程微生物：基因工程微生物是指经过人工改造的微生物，具有特定基因表达或基因功能改变的能力。

基因工程微生物可用于生产重要医药、酶类、化学品等。

6.自然变异与人工选择：微生物在自然环境中会发生一定程度的自然变异，这些变异可以通过人工选择进行进一步改良。

例如，选择耐药性菌株进行生产抗生素。

7.反向遗传学：反向遗传学是指通过与传统遗传学相反的方式研究生物体的遗传特性。

利用反向遗传学可以探索微生物基因的功能和作用。

9.高通量筛选技术：高通量筛选技术是指通过自动化设备对大量微生物进行快速筛选和分析的技术。

这些技术可以大大提高筛选效率和准确性，用于微生物遗传育种中。

10.代谢工程：代谢工程是指通过改造微生物的代谢路径和基因表达调控来提高目标产物的产量和选择性。

代谢工程可通过基因工程、突变、选择和培养条件优化等手段实现。

11.微生物系统发育学：微生物系统发育学是研究微生物演化和亲缘关系的学科。

通过比较分析微生物基因组，确定其进化关系和分类地位。

以上是微生物遗传育种的一些基本知识点汇总。

微生物遗传育种是一个综合性学科，涉及到多个学科的知识和技术，对于改良微生物品种和开发新的微生物应用具有重要意义。