山东农业大学：《微生物学 MICROBIOLOGY》课程教学资源（PPT课件讲稿）第七章 微生物的遗传变异与育种 第三节 基因重组和基因工程

第三节基因重组和杂交育种 基因重组( gene recombination):凡把两个不同性状的个体 内的遗传基因转移到一起,经过遗传分子间的重新组合, 形成新遗传型个体的方式,称为基因重组或遗传重组。 杂交( hybridization):细胞水平上的基因重组。包含了分子 水平上的重组,例如真核微生物中的有性杂交、准性杂交 原生质体融合,以及原核生物中的转化、转导、接合和原 生质体融合。 基因重组是杂交育种的理论基础。由于杂交育种是选用已 知性状的供体和受体菌种作为亲本,因此不论在方向性还 是自觉性方面,都比诱变育种前进了一大步

第三节 基因重组和杂交育种 基因重组（gene recombination） ：凡把两个不同性状的个体 内的遗传基因转移到一起，经过遗传分子间的重新组合， 形成新遗传型个体的方式，称为基因重组或遗传重组。 杂交（hybridization）：细胞水平上的基因重组。包含了分子 水平上的重组，例如真核微生物中的有性杂交、准性杂交、 原生质体融合，以及原核生物中的转化、转导、接合和原 生质体融合。 ⚫ 基因重组是杂交育种的理论基础。由于杂交育种是选用已 知性状的供体和受体菌种作为亲本 ，因此不论在方向性还 是自觉性方面，都比诱变育种前进了一大步

微生物中各种形式基因重组的比较 重组范围 整套染色体 局部杂合 供体和受体的关系 高频率 低频率部分染色体个别或少数 基因 性细胞 真菌的有性 细胞融合 生殖 或联结 体细胞 真菌的准性 生殖 细胞间暂时沟通 细菌的结合性导 吸收游离 DNA片段 转化 细胞间 不接触噬菌体携带 转导 DNA 由噬菌体提完整噬菌体 溶源转变 供遗传物质噬菌体 转染 DNA

微生物中各种形式基因重组的比较 重组范围 供体和受体的关系 整 套 染 色 体 局 部 杂 合 高频率 低频率 部分染色体 个别或少数 基因 细胞融合 或联结 性细胞 真菌的有性 生殖 体细胞 真菌的准性 生殖 细胞间暂时沟通 细菌的结合 性 导 细胞间 不接触 吸收游离 DNA片段 转 化 噬菌体携带 DNA 转 导 由噬菌体提 供遗传物质 完整噬菌体 溶源转变 噬菌体 DNA 转 染

原核微生物的基因重组 原核生物基因重组的特点 ●片断性 ●单向性 机制独特而多样 四种主要的遗传重组形式 转化、转导、接合、原生质体融合

一、原核微生物的基因重组 原核生物基因重组的特点： ⚫ 片断性 ⚫ 单向性 ⚫ 机制独特而多样 四种主要的遗传重组形式： 转化、转导、接合、原生质体融合

(-)转化( transformation) 1、概念:受体菌直接吸收了来自供体菌的DNA片段, 通过交换,把它整合到自己的基因组中,从而获 得部分供体菌遗传性状的现象 转化微生物的种类: ●原核生物 真核生物 °套验室中操作:CaC处理Ec的球状体

（一）转化（transformation） 1、概念：受体菌直接吸收了来自供体菌的DNA片段， 通过交换，把它整合到自己的基因组中，从而获 得部分供体菌遗传性状的现象。 2、转化微生物的种类： ⚫ 原核生物： ⚫ 真核生物： ⚫ 在实验室中的操作：CaCl2处理E.coli的球状体、 真菌制成原生质体

3、影响转化的因素 ()两个菌种或菌株的亲缘关系 (2)受体细胞必须处于感受态 感受态:受体细胞最容易接受外源DNA片段并能实现转化的 种生理状态 影响感受态出现的因素 ●培养时间:生长的对数期、稳定期 ●群体比例和维持时间 外界环境因子:cAMP和Ca2影响最明显。cAMP可使嗜血杆 菌的感受态水平提高10倍。 ●感受态因子:胞外蛋白,可以催化外来DNA片段的吸收或 降解细胞表面某种成分。包括3种主要成分:膜相关DNA接 合蛋白、自溶素、核酸酶

3、影响转化的因素： ⑴两个菌种或菌株的亲缘关系 ⑵受体细胞必须处于感受态： 感受态：受体细胞最容易接受外源DNA片段并能实现转化的一 种生理状态 影响感受态出现的因素 ⚫ 培养时间：生长的对数期、稳定期 ⚫ 群体比例和维持时间 ⚫ 外界环境因子：cAMP和Ca2+ 影响最明显。cAMP可使嗜血杆 菌的感受态水平提高105倍。 ⚫ 感受态因子：胞外蛋白，可以催化外来 DNA片段的吸收或 降解细胞表面某种成分。包括3种主要成分：膜相关DNA接 合蛋白、自溶素、核酸酶

4、转化因子离体的DNA片断 (1)转化因子的本质与类型 ●离体的DNA片段(15kb左右) ●类型: dSDNA、sDNA和质粒DNA(通常不与核染色体 发生重组) (2)转化的频率:0.1%~1.0%,最高20% (3)转化的DNA的浓度:1×105ug/mL(即1×10ug/mL)

4、转化因子—离体的DNA片断 （1）转化因子的本质与类型 ⚫ 离体的DNA片段（15kb左右） ⚫ 类型：dsDNA、ssDNA和质粒DNA（通常不与核染色体 发生重组） （2）转化的频率：0.1％～1.0％，最高20％ （3）转化的DNA的浓度：1×10-5ug/mL(即1×10-11ug/mL)

5、以革兰氏阳性菌(肺炎链球菌)说明转化的具体过程 1)供体菌 dsDNA与感受 态受体菌的膜连DNA结合 蛋白相接合,一条链被水 dSDNA 解,另一条链进入细跑供体(m 感受态受体(s〃 2) SSDNA片断与特异的蛋 酶解与吸收单链 白RecA接合,与核染色 体上的同源区段配对、重 组,形成杂合的DNA区段 同源区段配对 (3)步复制 (4)细胞分裂,形成个转 单链整合 化子和一个仍为原基因型 的子代。 复制与分离 转化子(str) 非转化子(sr)

5、以革兰氏阳性菌(肺炎链球菌)说明转化的具体过程 (1)供体菌dsDNA与感受 态受体菌的膜连DNA结合 蛋白相接合，一条链被水 解，另一条链进入细胞。 (2)ssDNA片断与特异的蛋 白RecA接合，与核染色 体上的同源区段配对、重 组，形成杂合的DNA区段。 (3)同步复制 (4)细胞分裂，形成一个转 化子和一个仍为原基因型 的子代

6、革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌在转化过程中 的差别 (1)只能吸收其同源的DNA,如肺炎链球菌还可以吸 收小牛腺DNA (2)外来DNA片断仍以双链形式进入受体菌,其单链 化与整合过程同时发生

6、革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌在转化过程中 的差别： （1）只能吸收其同源的DNA，如肺炎链球菌还可以吸 收小牛腺DNA。 （2）外来DNA片断仍以双链形式进入受体菌，其单链 化与整合过程同时发生

7、转染与转化的比较 转染( transfection):用提纯的病毒核酸去感染其 宿主细胞或原生质体,可增值出一群正常病毒后 代的现象。 与转化的区别:作为转染的病毒核酸并非是供体基 因,中间不发生遗传因子的交换和整合,不产生 具有杂种性质的转化子

7、转染与转化的比较 转染(transfection)：用提纯的病毒核酸去感染其 宿主细胞或原生质体，可增值出一群正常病毒后 代的现象。 与转化的区别：作为转染的病毒核酸并非是供体基 因，中间不发生遗传因子的交换和整合，不产生 具有杂种性质的转化子

二)转导( transduction) 1、转导:通过缺陷噬菌体的媒介作用,把供体细胞的DNA 小片段携带到受体细胞中,通过交换和整合,从而使后者 获得前者部分遗传性状的现象。 获得新遗传性状的受体细胞称为转导子( transductant)。 2、转导的类型 ●普遍转导:完全普遍转导、流产普遍转导 局限转导:低频、高频转导 ●溶原转变

（二）转导（transduction） 1、转导：通过缺陷噬菌体的媒介作用，把供体细胞的DNA 小片段携带到受体细胞中，通过交换和整合，从而使后者 获得前者部分遗传性状的现象。 ⚫ 获得新遗传性状的受体细胞称为转导子（transducant）。 2、转导的类型 ⚫ 普遍转导：完全普遍转导、流产普遍转导 ⚫ 局限转导：低频、高频转导 ⚫ 溶原转变