微生物基因重组60页PPT

《基因的重组》PPT课件
探索基因重组的奥秘，了解基因组的变异和基因重组的重要性。
什么是基因重组？
基因的重组是指基因序列的重新组合，通常在同一染色体内发生，也可以在 不同染色体之间发生。
基因重组的类型
1 同源重组
两个DNA分子的同源区域（相同序列）发生交换。
2 非同源重组
两个DNA分子的不同源区域（不同序列）发生交换。
应用广泛
基因重组技术在遗传工程、 转基因技术和基因治疗领域 有着广泛的应用。
实际意义
合理掌握基因重组的方法和 应用具有实际意义，可组的应用
1 遗传工程
通过基因重组技术，将外源基因引入目标生物体，实现基因的改良和功能增强。
2 转基因技术
利用基因重组技术，将外源基因导入植物或动物，以获得特定的性状或生产特定的产物。
3 基因治疗
利用基因重组技术，修复或替代患者体内缺陷基因，达到治疗或预防遗传病的目的。
总结
重要性
基因重组是一种重要的基因 变异形式，推动物种进化和 适应能力。
基因重组的作用
1 创造新的基因组合
导致个体的不同表型表现。
2 促进物种的适应性进化
增加遗传多样性，增强物种的适应能力。
基因重组的影响
1 诱导肿瘤
2 引起基因突变
基因重组可能导致细胞的 异常增殖，从而引发肿瘤。
基因重组的错误可以导致 基因突变，影响基因的正 常功能。
3 导致遗传病
某些基因重组事件可能导 致遗传病的发生。

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外源DNA被降解，转导失败。
(2)局限性转导（specialized transduction）
温和噬菌体感染
整合到细菌染色体的特定位点上
宿主细胞发生溶源化
溶源菌因诱导而发生裂解时， 在前噬菌体二侧的少数宿主 基因因偶尔发生的不正常切 割而连在噬菌体DNA上
部分缺陷的温和噬菌体
把供体菌的少数特定基因转移到受. 体菌中
的转化现象
目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力
进行自然转化，需要二方面必要的条件：
建立了感受态的受体细胞
外源. 游离DNA分子
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枯草芽孢杆菌的自然转化过程（革兰氏阳性菌的转化模型）
分泌感受态因子
与细胞表面受 体M相互作用
使细胞表面的 DNA结合蛋白 及核酸酶裸露出 来，使其具有与 DNA结合的活 性
b）决定因素也各有不同；
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(2)人工转化
在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组手段， 是基因工程的奠基石和基础技术。
不是由细菌自身的基因所控制；
用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于一 种可以摄取外源DNA的“人工感受态”。
用CaCl2处理细胞，电穿孔等是常用的人工转化手段。
质粒的转化效率高；
含有F因子的细胞：“雄性”菌株（F+），其细胞表面有性菌毛 不含F因子的细胞：“雌性”菌株. （F-），细胞表面没有性菌毛7
F因子为附加体质粒 既可以脱离染色体在细胞内独立存. 在，也可插入（整合）到染色8 体上
F因子的四种细胞形式
a）F-菌株， 不含F因子，没有性菌毛，但可以通过 接合作用接收 F因子而变成雄性菌株（F+）；
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加的良好发展趋势
3 Genome shuffling技术改组酵母菌
4 Genome shuffling技术改组霉菌
1 Genome shuffling技术改组细菌
在乳酸发酵生产中，乳酸菌同时具有底物抑制和 产物抑制的发酵特征，因此通过提高乳酸菌的耐 糖性和耐酸性，进而提高乳酸产量是乳酸生产中 的一个重要研究方向
无需菌种背景知识比传统诱变选育更快速有效191比传统诱变选育更快速有效传统诱变通常是将每一轮产生的突变体库中筛选出的最优的1株菌作为下一轮诱变的出发菌株而genomeshuffling则是将一次诱变获得的若干正性突变株共同作为出发菌株经过递推式的多轮融合实现较大范围内的基因重组效率更快更高并可以基本避免诱变选育中因多次诱变导致的钝化反应和饱和现象在一定程度上克服了诱变选育存在的缺点20212能提高子代菌株的遗传多样性基因组改组技术源于原生质体融合技术但两者最大区别在于基因组改组技术使用多亲本而非双亲本并且进行多轮递推式融合能产生各种各样的突变组合这将大大增加子代筛选群体内遗传多样性从而提高了获得优良性状的菌株的几率
四、特点及其应用
（4）无须对菌种遗传背景十分清楚，有效地 对由“多基因”调控的性状进行改良。
四、特点及其应用
Genome shuffling技术在工业微生物菌种选育中的应用
1 Genome shuffling技术改组细菌
2 Genome shuffling技术改组放线菌
目前，Genome shuffling技术在细菌、 放线菌、酵母菌和霉 菌等多种类的工业微 生物中都有应用的实 例，且呈现出日益增
优的1株菌作为下一轮诱变的出发菌株，而Genomeshuffling则是将一次诱变获得的若干正性突变株共同作为出发 菌株，经过递推式的多轮融合实现较大范围内的基因重组， 效率更快更高，并可以基本避免诱变选育中因多次诱变导 致的“钝化”反应和“饱和现象”，在一定程度上克服了 诱变选育存在的缺点

① 节孢子：由菌丝断裂形成。如白地霉（Geotrichum Can-didu m）。
② 分生孢子：在菌丝顶端或分生孢子梗上，以类似出芽的方式 形成单个或成簇的孢子。青霉（Penicillium）、曲霉（Aspergi-ll us）、木霉（Trichoderma）和交链孢霉（Alternaria）等大多数 毒菌均靠分生孢子繁殖。
• 出芽痕和诞生痕：
酵母出芽繁殖时，子细胞与母细胞分离，在子、母细胞壁上都会 留下痕迹。在母细胞的细胞壁上出芽并与子细胞分开的位点称出 芽痕，子细胞细胞壁上的位点称诞生痕。由于多重出芽，致使酵 母细胞表面有多个小突起。
• 根据酵母细胞表面留下芽痕的数目，就可确定某细胞产生过的芽 体数，因而可估计该细胞的菌龄。
Mediated by phage Can be used as gene mapping
For lecture on
BC Yang
Two types of transduction
Generalized transduction - all regions of chromosome trans duced, only chromosomal DNA (i.e., no phage DNA) in tra nsducing particles.
1 繁殖方式：
分无性繁殖和有性繁殖两大类，主要是无性繁殖。 • 无性繁殖：包括芽殖 、裂殖 、芽裂繁殖和产生无性孢子 • 有性繁殖：主要是产生子囊孢子。
酵母菌的无性繁殖
• 芽殖：酵母菌最常见的无性繁殖方式是芽殖。芽殖发生在细胞 壁的预定点上，此点被称为芽痕，每个酵母细胞有一至多个芽 痕。成熟的酵母细胞长出芽体，母细胞的细胞核分裂成两个子 核，一个随母细胞的细胞质进入芽体内，当芽体接近母细胞大 小时，自母细胞脱落成为新个体，如此继续出芽。如果酵母菌 生长旺盛，在芽体尚未自母细胞脱落前，即可在芽体上又长出 新的芽体，最后形成假菌丝状。

表现型
（改变）
基因型
（改变）
+ 环境条件
（改变）
可遗传的变异
（如：色盲）
来源
诱因
基因突变 染色体变异
基因重组
思考：通过美容手术，纹成弯弯的 柳叶眉，这种柳叶眉能遗传吗？
基因突变和基因重组
第五章 基因突变及其他变异
学习目标 引言
新课讲授 课堂小结 随堂练习 课后作业
退出
第一节 基因突变和基因重组
基因突 变
（四）旁栏思考题
因为紫外线和X射线易诱发基因突变，使 人患癌症。
• （五）批判性思维
• 这种看法不正确。对于生物个体而言，发生 自然突变的频率是很低的。但是，一个物种 往往是由许多个体组成的，就整个物种来看， 在漫长的进化历程中产生的突变还是很多的， 其中有不少突变是有利突变，对生物的进化 有重要意义。因此，基因突变能够为生物进 化提供原材料。
基因__内__部__结__构_改变，它_____能___产新生的基因
发生时期：_细_胞__分__裂__间_期__（__D_N__A_复__制__时__）_
特点：①普遍性、 ②随机性、
④多数有害、⑤不定向性。
③____突__变_率__低、
2．基因重组：
控制不同性状的_____________，_______新基因，可
3、基因突变的特点
①普遍性:自然界的物种中广泛存在(所有生物
都可能发生)
②随机性:可发生在任何时期 ③突变率低:自然界突变率很低：10－ 5- 10-8 ④有害性:(打破对环境的适应性)多数有害,少数 有利 ⑤不定向性：A＝a1或A＝ a2
基因突变的结果： 产生它的等位基因
思考与讨论
1、基因突变的普遍性与低频率性是否矛盾 ？

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6、基因重组的应用
在生产上的应用
1.杂交育种
简述用纯种黄色圆粒豌豆和绿色皱粒豌豆培育纯种绿色圆粒豌豆的过程。 要求写出遗传图解并加以适当的文字解释。
2.基因工程
;.
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杂交育种：
原理:
基因重组
方法: 优点:
杂交——自交——筛选 操作简单、能根据人的预见把位于两个生物体上的优良性状集于一身。
缺点：
“一母生九仔，连母十个样”，这种个体的差异，主要是什么原因产生的? 基因重组
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基因重组： 是指生物体在进行有性生殖的过程中，控制不同性状的基因重新组合
的过程。
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第2节 基因重组 一、细菌的基因重组 二、高等生物的基因重组 三、基因的人工重组—基因工程
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二、高等生物的基因重组 1.类型:
①基因的自由组合: (减I后期）
减数第一次分裂前期的四分体时期的交叉互 换； 减数第一次分裂后期，非同源染色体上的非 等位基因自由组合。
条件 意义
外界环境条件的变化和内部 因素的相互作用。
新基因产生的途径，是生物变异的 根本来源,是生物进化的原始材料。
有性生殖过程中进行减数分裂形成生殖细 胞。
是生物变异的重要来源，是形成生物多样性 的重要原因，对生物的进化也具有重要的意 义
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1．基因突变：
基发因生时___期__：内___部____结_改_构_变__，__它__________(能__或__否__)_产_ 生新的能基因
特点：①普遍性、 ②随细机胞性分、裂③间_期__（__D_N__A__复_、制时） ④少利多害性、⑤不定向性。
2．基因重组：
低频性
控制不同性状的_____________，_______新基因，可形成新的________。

生物学意义
转座重组有助于基因组的 多样性和进化，但也可能 导致基因表达的异常和疾 病的发生。
03 基因重组的机制
重组酶的作用
识别DNA序列
重组酶能够识别DNA上的 特定位点，为重组过程提 供起始点。
催化DNA链断裂
重组酶能够催化DNA链断 裂，形成单链缺口，为重 组提供必要的结构基础。
催化碱基配对
同源重组是生物进化的重要机制之一 ，有助于维持基因组的稳定性，同时 也可以修复DNA损伤。
机制
同源重组依赖于RecA蛋白等分子伴侣 的参与，通过寻找同源序列，形成异 源二聚体，再通过DNA链的断裂、交 换和重连完成重组。
非同源重组
定义
非同源重组是指两条没有同源 序列的DNA分子之间发生的
重组过程。
些罕见病。
基因克隆
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通过基因重组技术将目的基因克隆到载体中，实现基因的高效
表达和纯化。
克隆技术
动物克隆
利用基因重组技术复制动物个体，实现快速繁殖和拯救濒危物种 。
植物克隆
通过基因重组技术繁殖植物，实现植物的快速繁殖和品种改良。
细胞克隆
通过基因重组技术培养特定细胞系，用于药物筛选、疾病研究等 。
疾病治疗与预防
伦理考量
在编辑人类基因时，需要权衡潜在的 健康益处与潜在的风险和副作用，以 及涉及的伦理问题，如潜在的基因歧 视和人类进化干预。
基因重组与生物多样性
生物多样性影响
基因重组可能导致生物多样性减少，因为重组可能导致物种的基因库减少，降低 物种适应环境变化的能力。
伦理考量
需要关注基因重组对生物多样性的影响，并采取措施确保生物多样性的保护和维 持。
疫苗研发
利用基因重组技术生产疫苗，预防和控制传染病。