浙江农林大学（浙江林学院）：《食品微生物学》课程教学课件（PPT讲稿）第七章 微生物的遗传变异和育种 7.3 第三节 基因重组和杂交育种

➢ 基因重组（gene recombination）是指两个独立基因组内 的遗传基因通过一定途径转移到一起，经过遗传分子间 的重新组合，形成新的稳定基因组的过程。也称为遗传 重组（genetic recombination ）。 ➢ 杂交育种（hybridization）是将两个或多个品种的优良 性状集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方 法。育种时有目的地将具有不同优良性状的两个亲本进 行杂交，使两个亲本的优良性状结合在一起，培育出同 时具备两种优良性状的新品种。 第三节 基因重组和杂交育种

➢ 基因重组（gene recombination）是指两个独立基因组内 的遗传基因通过一定途径转移到一起，经过遗传分子间 的重新组合，形成新的稳定基因组的过程。也称为遗传 重组（genetic recombination ）。 ➢ 杂交育种（hybridization）是将两个或多个品种的优良 性状集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方 法。育种时有目的地将具有不同优良性状的两个亲本进 行杂交，使两个亲本的优良性状结合在一起，培育出同 时具备两种优良性状的新品种。 第三节 基因重组和杂交育种

重组与杂交的关系 （1）重组是分子水平上的一个概念，可以理解成是遗传 物质分子水平上的杂交；而一般所说的杂交则是细胞水平 上的一个概念。 （2）杂交中必然包含着重组，而重组则不限于杂交这一 形式。 （3）真核微生物中的有性杂交、准性杂交（parasexual hybridization）等及原核生物中的转化、转导、接合和原 生质体融合等都是基因重组在细胞水平上的反应

重组与杂交的关系 （1）重组是分子水平上的一个概念，可以理解成是遗传 物质分子水平上的杂交；而一般所说的杂交则是细胞水平 上的一个概念。 （2）杂交中必然包含着重组，而重组则不限于杂交这一 形式。 （3）真核微生物中的有性杂交、准性杂交（parasexual hybridization）等及原核生物中的转化、转导、接合和原 生质体融合等都是基因重组在细胞水平上的反应

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 真菌有 性生殖 体细胞 真菌准 性生殖 细胞间暂时沟通 细菌的接合 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 噬菌体提 供遗传物质 完整噬菌体 溶源转变 噬菌体DNA 转染 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 真菌有 性生殖 体细胞 真菌准 性生殖 细胞间暂时沟通 细菌的接合 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 噬菌体提 供遗传物质 完整噬菌体 溶源转变 噬菌体DNA 转染 微生物中各种形式基因重组的比较

基因重组的方式 – 转化(transformation) – 转导(transduction) – 接合(conjugation, mating) – 原生质体融合(protoplast fusion) 一、原核生物的基因重组

基因重组的方式 – 转化(transformation) – 转导(transduction) – 接合(conjugation, mating) – 原生质体融合(protoplast fusion) 一、原核生物的基因重组

➢定义：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，并把它整合到自己的基因组中，而获得 部分新的遗传性状的基因转移过程，称为转化。 ➢有关名词： 受体菌(recipient/receptor) :转化基因的接受者 供体菌(donor):转化基因的提供者 转化因子(transforming principle):来自供体菌的DNA片段 转化子(transformant):转化后的受体菌 （一）转化（transformation） 1、概述

➢定义：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，并把它整合到自己的基因组中，而获得 部分新的遗传性状的基因转移过程，称为转化。 ➢有关名词： 受体菌(recipient/receptor) :转化基因的接受者 供体菌(donor):转化基因的提供者 转化因子(transforming principle):来自供体菌的DNA片段 转化子(transformant):转化后的受体菌 （一）转化（transformation） 1、概述

2、感 受 态 ➢ 出现时间只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。 – Streptococcus pneumoniae的感受态出现在生长曲线中的指 数期的中期； – Bacillus的一些种则往往出现在指数期末及稳定期的初期。 ➢ 感受态细胞的比例：当处于感受态高峰时，群体中呈感受态 的细胞因菌种而不同。 – Bacillus subtilis不超过10~15% – Streptococcus pneumonia和Haemophilus influenzae（流感 嗜血杆菌）达到100%

2、感 受 态 ➢ 出现时间只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。 – Streptococcus pneumoniae的感受态出现在生长曲线中的指 数期的中期； – Bacillus的一些种则往往出现在指数期末及稳定期的初期。 ➢ 感受态细胞的比例：当处于感受态高峰时，群体中呈感受态 的细胞因菌种而不同。 – Bacillus subtilis不超过10~15% – Streptococcus pneumonia和Haemophilus influenzae（流感 嗜血杆菌）达到100%

3、转化因子 本质：离体的DNA片段，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。 大小：经过多次提纯操作后，每一转化DNA片段的分子 量都小于1×107，即约占细菌核染色体组的0.3%，其上 平均约含15个基因。 吸收数量：每个感受态细胞约可掺入10个转化因子。 转化频率：一般只有0.1~1%，最高时亦达10%左右。据 研究，呈质粒形式（双链闭合环状）的转化因子，其转 化频率最高（因为它进入受体菌中后，可不必与受体染 色体进行交换、整合即可进行复制和表达）

3、转化因子 本质：离体的DNA片段，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。 大小：经过多次提纯操作后，每一转化DNA片段的分子 量都小于1×107，即约占细菌核染色体组的0.3%，其上 平均约含15个基因。 吸收数量：每个感受态细胞约可掺入10个转化因子。 转化频率：一般只有0.1~1%，最高时亦达10%左右。据 研究，呈质粒形式（双链闭合环状）的转化因子，其转 化频率最高（因为它进入受体菌中后，可不必与受体染 色体进行交换、整合即可进行复制和表达）

①受体细胞要处于感受态 感受态：competence，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； ②供体DNA片段（转化因子）大小适宜，分子量一般为 1× 107 D 左右 ； ③菌株间的亲缘关系密切。 4、转化过程 发生条件

①受体细胞要处于感受态 感受态：competence，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； ②供体DNA片段（转化因子）大小适宜，分子量一般为 1× 107 D 左右 ； ③菌株间的亲缘关系密切。 4、转化过程 发生条件

转化过程示意图 供体(strR) dsDNA 感受态受体(strS ) 酶解与吸收单链 同源区段配对 单链整合 复制与分离 转化子(strR) 非转化子(strS )

转化过程示意图 供体(strR) dsDNA 感受态受体(strS ) 酶解与吸收单链 同源区段配对 单链整合 复制与分离 转化子(strR) 非转化子(strS )

➢ 定义： – 把噬菌体或其它病毒的DNA（或RNA）抽提出来，让 它去感染感受态的宿主细胞，并进而产生正常的噬菌 体或病毒的后代，这种现象称为转染(transfection)。 ➢ 与转化的区别： – 病毒或噬菌体并非遗传基因的供体菌； – 中间不发生任何遗传因子的交换或整合； – 最后不产生具有杂种性质的转化子。 5.转染（transfection）

➢ 定义： – 把噬菌体或其它病毒的DNA（或RNA）抽提出来，让 它去感染感受态的宿主细胞，并进而产生正常的噬菌 体或病毒的后代，这种现象称为转染(transfection)。 ➢ 与转化的区别： – 病毒或噬菌体并非遗传基因的供体菌； – 中间不发生任何遗传因子的交换或整合； – 最后不产生具有杂种性质的转化子。 5.转染（transfection）