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现代微生物遗传学第一授课单元ppt课件

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微生物遗传学 授课院系:生物工程学院 授课教师: 黎 明 教材和主要参考书 教材: 1.陈三凤.现代微生物遗传学.化学工业出版社,2003 主要参考书 1.盛祖嘉. 微生物遗传学(三版).科学出版社,2007 2.沈萍、陈向东,微生物学,高等教育出版社,2006 3.陶文沂. 工业微生物生理与遗传育种学. 中国轻工业 出版社,1997 微生物遗传学理论课的要求 ? 掌握基本概念 ? 熟悉经典实验 ? 领悟科研方法 第一授课单元 第一章 绪论 ? 第一节 微生物遗传学发展简史 ? 第二节 朊病毒的发现和思考 ? 第三节 微生物作为遗传学材料的优越性 ? 第四节 微生物遗传控制与发酵工业 第二章 微生物遗传物质 ? 第一节 DNA结构和复制 第一章 绪论 第一节 微生物遗传学的发展简史 微生物遗传学是一门以病毒、细菌、放线菌、 小型真菌及单细胞藻类、原生动物为研究对象的遗 传学的分支学科。 40年代以前:微生物遗传学的研究是不系统的、局限 的,遗传学基本研究只限于动物和植物。 研究对象:只限于进行有性生殖,特别是产生有性孢子 微生物(酵母菌、草履虫、脉孢菌); 研究内容:只限于形式遗传学分析 (基因重组和定位) 脉孢菌 子囊孢子表面有纵形花纹,形如叶脉,故称脉孢菌。菌丝无色透 明,有隔膜多核,具分枝,蔓延迅速 分生孢子梗直立,双叉分枝,分枝上 成串生长分生孢子,分生孢子卵圆形, 一般呈红色、粉红色,常在面包等食 物上生长,俗称红色面包霉。有性过 程通过异宗接合产生子囊和子囊孢子, 子囊黑色、棒状,内生8枚长圆形子囊 孢子,孢子在子囊中顺序排列,一般无 性繁殖,很少有性繁殖。 (图:粗糙脉孢菌) Beadle and Tatum: 一个基因 --- 一种酶 One Gene --- One Enzyme MM 用X射线诱导处理 红色面包霉,筛选出 被诱导的突变体来进 行实验。根据遗传分 析和大量研究 ,他们 认为基因发生突变, 就可能导致酶活性的 丧失。 CM MM Vitamins Amino Purines and acids pyrimidines 利用生长谱法进一步验证哪一种氨基酸缺陷 红色链孢霉实验 突变品系 基本 基本培养基加 培养基 鸟氨酸 *彼 精氨酸 arg - - - + cit - - + + orn - + + + arg(精氨酸缺陷),orn(鸟氨酸缺陷), cit(*彼崛毕) -:表示不生长; +:表示生长 1941 Beadle & Tatum 提出: “ one gene one enzyme” hypothesis 乙酰鸟 鸟氨酸精 精氨琥珀 精氨琥珀 氨酸酶 氨甲酰酶 酸合成酶 酸裂解酶 ↓ ↓ ↓ ↓ N-乙酰 鸟氨酸 *彼 精氨 精氨酸 鸟氨酸 琥珀酸 氨甲酰磷酸 天冬氨酸 精氨酸生物合成途径 重要意义 ?开辟了生化遗传学研究的广阔领域,为基因作用机制 的研究确立了基础,为阐明代谢途径提供了有效的方法; ?提出一个基因一种酶学说,可认为是分子遗传学的前 奏; ?利用营养缺陷型探索代谢途径这一思想方法,在微生 物遗传学得到广泛的应用,包括基因重组、发育、分化、 形态建成等; ?由于营养缺陷型的发现,使得细菌的基因重组得以发 现. 二.细菌抗药性突变的研究 细菌的抗性是基因突变的结果,还是适应的结果? 1943年, Salvador Luria & Max Delbruck 用严密的实验证实细菌的抗性是基因突变的结果 ?重要意义: ?使人们认识到,可能所有的生物都有着相同的遗传 变异规律; ? 严密的实验方法,开始被应用到微生物遗传学领域, 特别是细菌的变异的研究中去。 变量实验(fluctuation analysis):波动实验、彷徨实验 甲管 对噬菌体T1敏感的E.coli 对数期培养物 ,稀释至103/mL,分装两试管,各10 mL 乙管 与甲管分装的各小管 同时保温24~36h 变量实验(fluctuation analysis)Salvador Luria & Max Delbruck(1943) Salvador Luria Max Delbruck The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1969 三. 细菌接合和基因重组的发现 1946年,Joshua Lederberg 和Edward L.Taturm 报道了大肠杆菌中的基因重组——接合 (conjugation) 重要意义: 1)使人们更为明确地认识到微生物和高等动物和植物遗传规 律上的一致性;即细菌中也有类似于性过程的现象,以及基 因连锁和重组。如有两个不同遗传型的细菌突变株在一起混 合培养,可分离到具有双亲基因的新个体,从而认为细菌也 存在性别; 2)通过基本相同的方法,为在霉菌、放线菌等各种微生物中 发现基因重组奠定了实验方法; 3)促使50年代发现了转导。 为了减少所培养的结 果是回复突变的机会, 采用了双重或三重营养 缺陷型。该实验是建立 在不大可能同时发生两 种或三种回复突变的设 想上的。 中间*板上长出的原养 型菌落是两菌株之间发 生了遗传交换和重组所 致! 证实接合过程需要细胞间的 直接接触的 “U”型管实验( Bernard Davis,1950 ) U型管实验的原理 ? 接合:即去除细胞壁的细菌的原生质体的融合 ? 转导:即借助病毒(一般用噬菌体)将一种细胞中的 遗传物质转到另一种细胞中并发生重组,使后者细胞 能表达前者细胞的性状。 ? 转化:遗传物质能自由进入细胞中并使该细胞表达相 应的性状。 ? U型管原理:使U型管中的膜的孔径只能让DNA和营养 物质通过,而噬菌体和其他物质均不能通过,发现膜 两侧的菌均能在基本培养基上生长,证明是转化。 四. 细菌遗传因子化学本质的鉴定 -



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