传、变异和菌种的选育、保藏(二)

基因工程： 基因工程：用人为的方法将所需要的某 一供体生物的遗传物质----DNA大分子提取 ----DNA 一供体生物的遗传物质----DNA大分子提取 出来， 出来，在离体的条件下用适当的工具酶进 行切割后，把它与作为载体的DNA DNA分子连接 行切割后，把它与作为载体的DNA分子连接 起来，然后与载体一起导入某一更易生长、 起来，然后与载体一起导入某一更易生长、 繁殖的受体细胞中使供体DNA DNA进行正常的复 繁殖的受体细胞中使供体DNA进行正常的复 制和表达， 制和表达，从而获得新物种的一种崭新的 育种技术。 育种技术。 基因工程在食品工业中的应用： 基因工程在食品工业中的应用： 工程菌的构建（外源基因的表达、 工程菌的构建（外源基因的表达、工业发 酵用菌种的改造） 酵用菌种的改造） 工业用酶蛋白的改性（第二代基因工程） 工业用酶蛋白的改性（第二代基因工程）
基因工程
一、基因工程技术
基因工程操作一般分为以下四个步骤： 基因工程操作一般分为以下四个步骤： 目的基因的取得 载体的选择 目的基因与载体DNA DNA的体外重组 目的基因与载体DNA的体外重组 重组载体引入受体细胞
感受态： 感受态：受体细胞能从环境吸取外源 DNA片段并实现其转化的一种生理状态 片段并实现其转化的一种生理状态。 DNA片段并实现其转化的一种生理状态。只 在细菌生长的某一时期出现； 在细菌生长的某一时期出现；不同菌种的 感受态出现在不同生长时期。 感受态出现在不同生长时期。 转化因子：本质是供体DNA片段。 DNA片段 转化因子：本质是供体DNA片段。 一般的转化因子都是线状双链DNA DNA； 一般的转化因子都是线状双链DNA；也 有少数报道认为线状单链DNA也有转化作用。 DNA也有转化作用 有少数报道认为线状单链DNA也有转化作用。
复制：受体菌的染色体组进行复制， 复制：受体菌的染色体组进行复制， 杂合区段分离成两个， 杂合区段分离成两个，其中之一获得了 供体菌的转化基因，另一个未获供体基 供体菌的转化基因， 因； 转化子形成：当细胞发生分裂后， 转化子形成：当细胞发生分裂后，一 个子细胞含供体基因，这就是转化子； 个子细胞含供体基因，这就是转化子； 另一个细胞与原始受体菌一样。 另一个细胞与原始受体菌一样。
转化的过程 以肺炎链球菌抗链霉素菌株为例， 以肺炎链球菌抗链霉素菌株为例，大致 可分为六阶段： 可分为六阶段： 吸附：双链DNA DNA片段与细胞表面的特定 吸附：双链DNA片段与细胞表面的特定 位点（主要在新形成细胞壁的赤道区） 位点（主要在新形成细胞壁的赤道区）结 此时， 合，此时，细胞膜上的胆碱可促进这一过 在吸附过程的前阶段，如外界加入DNA 程。在吸附过程的前阶段，如外界加入DNA 就会减少转化子的产生。稍后，DNA酶 酶，就会减少转化子的产生。稍后，DNA酶 即无影响， 即无影响，说明此时该转化因子已进入细 胞；
双重溶源菌的裂解物中含有等量的λ 双重溶源菌的裂解物中含有等量的 λ 粒子，称为HFT 高频转导）裂解物。 HFT（ 和λdgal粒子，称为HFT（高频转导）裂解物。 用HFT裂解物以低 m.o.i （感染复数） HFT裂解物以低 感染复数） 感染另一个E 感染另一个E. coli gal–（不发酵半乳糖的 营养缺陷型）受体菌， 营养缺陷型）受体菌，就可以高频率地把它 转化为能发酵半乳糖的E 转化为能发酵半乳糖的 E. coli gal+ 转导 是为高频转导。 子。是为高频转导。
转导的种类： 转导的种类： 完全普遍转导 普遍转导 流产普遍转导 转导 低频转导 局限转导 高频转导
1、普遍性转导 通过完全缺陷噬菌体对供体菌任何DNA DNA小 通过完全缺陷噬菌体对供体菌任何 DNA 小 片段的“误包” 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。 体菌的转导现象，称为普遍性转导。 完全(普遍性) 1）完全(普遍性)转导 P22在供体菌内增殖时 在供体菌内增殖时， P22在供体菌内增殖时，宿主的核染色体 组断裂，待噬菌体成熟与包装之际， 组断裂，待噬菌体成熟与包装之际，极少 数（10 – 6 －10 – 8）噬菌体的衣壳将与 噬菌体头部核心大小相似的一段供体DNA 噬菌体头部核心大小相似的一段供体DNA 片段误包入其中， 片段误包入其中，形成了一个完全不含噬 菌体自身DNA的缺陷噬菌体。 DNA的缺陷噬菌体 菌体自身DNA的缺陷噬菌体。
切割：在吸附位点上的DNA DNA被核酸内 切割：在吸附位点上的DNA被核酸内 切酶分解，形成平均分子量为4 切酶分解，形成平均分子量为4－5×106 DNA片段 片段； 的DNA片段； 入胞：DNA双链中的一条单链被膜上 入胞：DNA双链中的一条单链被膜上 的另一种核酸酶切除， 的另一种核酸酶切除，另一条单链逐步进 入细胞，这是一个耗能的过程。 入细胞，这是一个耗能的过程。分子量小 DNA片段不能进入细胞 片段不能进入细胞。 于5×105的DNA片段不能进入细胞。这时 如用低浓度溶菌酶处理， 如用低浓度溶菌酶处理，因它提高了细胞 壁的通透性，故可提高转化频率； 壁的通透性，故可提高转化频率；
重组：来自供体菌的单链DNA片段 重组：来自供体菌的单链DNA片段 DNA 在细胞内与受体细胞核染色体组上的同 源区配对， 源区配对，接着受体染色体组上的相应 单链片段被切除，并被外来的单链DNA交 单链片段被切除，并被外来的单链DNA交 DNA 整合和取代， 换、整合和取代，于是形成了一个杂合 DNA区段 区段（ region）。 ）。在 DNA区段（heterozygous region）。在 这一过程中，有核酸酶、DNA聚合酶和 这一过程中，有核酸酶、DNA聚合酶和 DNA连接酶的参与 连接酶的参与； DNA连接酶的参与；
供体菌裂解时， 供体菌裂解时，如把少量裂解物与大 量受体菌群体相混，使其感染复数<1 <1， 量受体菌群体相混，使其感染复数<1，这 种完全缺陷噬菌体就会将这一外源DNA DNA片 种完全缺陷噬菌体就会将这一外源DNA片 段导入受体细胞内。 段导入受体细胞内。 在这种情况下，由于一个受体细胞只 在这种情况下， 感染了一个完全缺陷噬菌体， 感染了一个完全缺陷噬菌体，故受体细胞 不会发生往常的溶原化， 不会发生往常的溶原化，也不显示其免疫 更不会裂解和产生正常的噬菌体； 性，更不会裂解和产生正常的噬菌体；而 由于导入的外源DNA DNA片段可与受体细胞核 由于导入的外源DNA片段可与受体细胞核 染色体组上的同源区段配对，在通过双交 染色体组上的同源区段配对， 换而整合到受体菌染色体组中， 换而整合到受体菌染色体组中，所以使后 者成为一个遗传性状稳定的转导子。 者成为一个遗传性状稳定的转导子。
低频转导（LFT） 1）低频转导（LFT） 一般的转导现象中， 一般的转导现象中，从宿主染色体上 切离时发生不正常切离的频率极低， 切离时发生不正常切离的频率极低，故这种 裂解物中的部分缺陷噬菌体的比例是极低的 4 6）。把这种裂解物称为LFT（ 把这种裂解物称为LFT （10–410–6）。把这种裂解物称为LFT（低频 转导） LFT裂解物以低 m.o.i（感染复数） 转导）用LFT裂解物以低 m.o.i（感染复数） 感染宿主，就可获得极少量的局限转导子， 感染宿主，就可获得极少量的局限转导子， 即低频转导。 即低频转导。
完全普遍转导
2）流产普遍性转导 受体菌经转导获得的供体DNA DNA片段在受体 受体菌经转导获得的供体DNA片段在受体 菌中不发生配对、交换和整合， 菌中不发生配对、交换和整合，也不迅速 消失，而只是进行转录和转译（ 消失，而只是进行转录和转译（性状表 ），这种现象就称为流产转导 这种现象就称为流产转导。 达），这种现象就称为流产转导。 现象： 现象：发生流产转导的细胞在其进行细胞 分裂后，只能将这段外源DNA DNA分配给一个子 分裂后，只能将这段外源DNA分配给一个子 细胞， 细胞，而另一子细胞仅获得供体基因的产 物——酶，在表型上表现出轻微的供体菌 酶 特征，每经过一次分裂，就受到一次稀释， 特征，每经过一次分裂，就受到一次稀释，
所以， 所以，能在选择性培养基平板上形成微 小菌落就是流产转导的特点。 小菌落就是流产转导的特点。
2、局限性转导 通过部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少 数特定基因携带到受体菌中， 数特定基因携带到受体菌中，并获得表达的 转导现象。 转导现象。 特点： 特点：噬菌体对供体菌和受体菌都是温和 噬菌体；只能转导供体菌的个别特定基因 噬菌体； 一般为噬菌体整合位点两侧的基因）； ）；该 （一般为噬菌体整合位点两侧的基因）；该 特定基因由部分缺陷的噬菌体携带； 特定基因由部分缺陷的噬菌体携带；缺陷噬 菌体使由于其在形成过程中所发生的低频率 误切” （约10 – 5）“误切”，或由于双重溶源菌 的裂解而形成（约形成50%缺陷噬菌体）。 50%缺陷噬菌体 的裂解而形成（约形成50%缺陷噬菌体）。
转 化 的 过 程
三、转导
以温和噬菌体为媒介，将供体细胞的DNA 以温和噬菌体为媒介，将供体细胞的DNA 片段携带到受体细胞中，通过交换与整合， 片段携带到受体细胞中，通过交换与整合， 从而使后者获得前者部分遗传性状的现象， 从而使后者获得前者部分遗传性状的现象， 称为转导。获得新遗传性状的受体细胞， 称为转导。获得新遗传性状的受体细胞， 称转导子。 称转导子。
受体菌自然或在人工技术作用下直接摄 取来自供体菌的游离DNA片段， DNA片段 取来自供体菌的游离DNA片段，并把它整合 到自己的基因组中， 到自己的基因组中，而获得部分新的遗传 性状的基因转移过程，称为转化。 性状的基因转移过程，称为转化。 转化发生的条件： 转化发生的条件： 受体细胞要处于感受态；供体DNA DNA片段 受体细胞要处于感受态；供体DNA片段 大小适宜，分子量一般为1 左右； 大小适宜，分子量一般为1×107 D 左右； 菌株间的亲缘关系密切。 菌株间的亲缘关系密切。 转化的类型：自然遗传转化和人工转化。 转化的类型：自然遗传转化和人工转化。
基因重组
凡把两个不同性状个体内的遗传基因转 移到一起，经过遗传分子间的重新组合， 移到一起，经过遗传分子间的重新组合， 形成新遗传型个体的方式， 形成新遗传型个体的方式，称为基因重组 或遗传重组。 或遗传重组。 作用： 作用：重组可使生物体在未发生突变的 情况下，也能产生新遗传型的个体。 情况下，也能产生新遗传型的个体。 在基因重组时， 在基因重组时，不发生任何碱基对机构 上的变化。