工业微生物 第6章 微生物的遗传变异和育种

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1、工业微生物第六章微生物的遗传变异和育种第一节微生物遗传的物质基础微生物的遗传物质是核酸，核酸分为脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA),除少数病毒的遗传物质为RNA外，其余均为DNA。一、遗传物质在微生物细胞内存在的方式核酸作为遗传的物质基础，它具备两个条件：首先能遗传给子代，也就是说子代能从上代获得遗传物质，并能自我复制；再则能指令生物体合成其他物质，使所传送的基因得以表达。那么，核酸是以怎样的形式存在于细胞内呢？下面从几个方面来进行阐述。第一节微生物遗传的物质基础（一）染色体染色体是遗传信息的主要携带者，是由脱氧核糖核酸(DNA)和组蛋白组成。不论是真核细

2、胞还是原核细胞，它们的大部分DNA都集中在细胞核或核区（核质体）中。但真核细胞的细胞核有核膜包裹，形态固定的真核，核内DNA与组蛋白结合在一起形成一种在光学显微镜下能见的核染色体；而原核细胞只有无核膜包裹的呈松散状态存在的核区，其中的DNA呈环状双链结构，不能与任何蛋白质第一节微生物遗传的物质基础相结合。不论真核微生物的细胞核还是原核微生物细胞的核区都是该微生物遗传信息的大本营和信息库，因此被称为核基因组、核染色体组或简称基因组。再从细胞内的染色体数目来看，不同的微生物的染色体数目差别很大，真核微生物常有较多的染色体，如酵母菌属中有的种有17条之多，而原核微生物中

3、常只有一条裸露的环状DNA大分子核酸，即一条染色体。第一节微生物遗传的物质基础（二）核酸核酸是由数十个至数以万计的单核苷酸聚合而成的生物大分子。在真核微生物中，DNA总是与缠绕的组蛋白同时存在的，而原核微生物的DNA都是单独存在的。从核酸的组成、结构和长度来看，不管是DNA还是RNA，绝大多数是双链的。此外，同是双链DNA，其存在状态有的呈环状（如原核微生物和部分病毒），有的呈线状（如部分病毒），而有的则呈麻花状（如细菌质粒）。而对于DNA长度（基因组的大小），不同的微生物其基因组大小的差别很大。一般可用bp（碱基对）、kb（千碱基对）和Mb（兆碱基对）作单位。第

4、一节微生物遗传的物质基础（三）基因和密码子基因是生物体内具有自主复制能力的最小遗传功能单位。基因的实质是一条具有特定核苷酸序列的核酸分子片段。染色体是由众多基因所构成的。每个基因大体在1000～1500bp的范围，相对分子质量约为6.7×105。有关基因的概念和种类是遗传学中内容最丰富、发展最迅速的热点之一。遗传密码是指DNA链上各个核苷酸的特定排列顺序。遗传密码的信息单位是密码子，每个密码子是由三个核苷酸顺序即1个三联体所组成，它是负载遗传信息的基本单位。第一节微生物遗传的物质基础（四）核苷酸各种遗传密码子储存着各自对应的信息，而单个核苷酸或碱基则是密码子的组成

5、单位，是基因突变的最小单位。从绝大多数微生物的DNA组分来看，其分别由腺苷酸、胸苷酸、鸟苷酸和胞苷酸4种脱氧核苷酸组成。其上的碱基分别为腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）。第一节微生物遗传的物质基础二、DNA的结构与复制（一）DNA的结构1953年，Watson和Crick首先提出DNA的结构模型，认为DNA是由两条反向平行的多核苷酸组成的双螺旋结构，两条多核苷酸链通过碱基间的氢键相结合。此结构已经扫描隧道显微镜所证实。第一节微生物遗传的物质基础（二）DNA的复制在细胞分裂和传代的过程中，作为微生物遗传物质的DNA必须准确无误地复制，才能使子

6、代细胞含有相同的遗传信息，以保持物种的稳定。1958年，Meselson和Stahl用15N标记的碱基培养大肠杆菌，并定时取样分离DNA，进行密度梯度离心。研究结果证明，DNA是以独特的半保留方式进行复制的，即每一子代DNA分子的一条链来自亲代，另一条链是新合成的。第一节微生物遗传的物质基础三、基因表达在所有的生物中，基因的主要功能是把遗传信息转变为特定氨基酸顺序的多肽，从而决定生物性状的过程，这一过程称为基因表达。基因表达包括以下两个步骤，首先以DNA为模板，通过RNA聚合酶转录出mRNA（信使RNA），然后将mRNA的碱基顺序翻译成由相应氨基酸顺序组成的蛋白质

7、（图6-1)。第一节微生物遗传的物质基础第一节微生物遗传的物质基础由此可见，DNA是间接控制着蛋白质的合成，即由信使RNA（mRNA）作中间媒介。mRNA是在核内或核区中以DNA为模板，在依赖于DNA的RNA多聚酶的参与下合成的。mRNA全盘转录了DNA的全套信息。而在参与蛋白质合成的翻译过程中，则以信使RNA为模板，在核糖体上由tRNA携带特定氨基酸到核糖体上与其上所附着的mRNA分子的密码子一一对号入座。从而将一个个氨基酸在核糖体上以信使RNA的信息翻译成氨基酸的序列，直至终止密码为止，多肽从核糖体上脱下来，形成具有活性的蛋白质分子。第二节菌种分离自然界中微生

8、物资源极其