现代微生物遗传学课件第一授课单元

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1、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，20072.沈萍、陈向东，微生物学，高等教育出版社，20063.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

2、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）40年代以后，以下五方面的工作促使微生物遗传学发展成为一门独立的学科：一.脉孢菌营养缺陷型的发现和基因原初功能的研究二.细菌抗药性突变的研究三.细菌接合和基因重组的发现四.细菌遗传因子化学本质的鉴定----细菌经典转化实验五.噬菌体遗传学研究一

3、.脉孢菌营养缺陷型的发现和基因原初功能的研究1941年，G.Beadle和E.Tatum用脉孢菌为材料，用X-射线处理脉孢菌的分生孢子得到预期的营养缺陷型，证明了某些代谢途径的阻断与某些突变基因之间的对应关系。对基因功能实质做了进一步的研究，提出一个基因一种酶学说（OneGene-OneEnzymehypothesis）于1958年获得诺贝尔奖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

4、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）BeadleandTatum:一个基因---一种酶OneGene---OneEnzymeXraysMMCMMMVitaminsAminoacidsPurinesandpyrimidines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。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瓜氨酸精氨酸arg－－

5、－＋cit－－＋＋orn－＋＋＋arg(精氨酸缺陷)，orn(鸟氨酸缺陷),cit(瓜氨酸缺陷)－:表示不生长；＋：表示生长1941Beadle&Tatum提出：“onegeneoneenzyme”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-乙酰鸟氨酸瓜氨酸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

6、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，SalvadorLuria&MaxDelbruck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（fluctuationanalysis）：波动实验、彷徨实验对噬菌体T1敏感的E.coli对数期培养物，稀释至103/mL,分装两试管，各10m

7、L与甲管分装的各小管同时保温24~36h甲管乙管变量实验（fluctuationanalysis）SalvadorLuria&MaxDelbruck(1943)SalvadorLuriaMaxDelbruckTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1969三.细菌接合和基因重组的发现1946年，JoshuaLederberg和EdwardL.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

8、重组。如有