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生物科学

微生物遗传育种学

作者：梁金钟

出版社：科学出版社出版时间：2022-02-01

开本： A4 页数： 328

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微生物遗传育种学版权信息

ISBN：9787030384416
条形码：9787030384416 ; 978-7-03-038441-6
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
所属分类：
自然科学
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生物科学

微生物遗传育种学内容简介

本书主要内容包括:微生物遗传育种学在微生物领域的地位及重要性、微生物遗传育种学的发展、微生物的遗传物质、微生物基因突变机理、原核生物的基因表达与调控、真核生物的基因表达与调控、基因表达调控的分子机制、细菌的遗传、放线菌的遗传、酵母菌的遗传、丝状菌的遗传、优良菌种筛选、经典育种方法、微生物代谢控制育种、微生物杂交育种、微生物原生质体融合育种、DNA重组育种、分子定向进化育种等。讲述微生物遗传的基本原理及微生物优良菌株筛选育种的基本方法和技术。

微生物遗传育种学目录

目录
前言
**章绪论 1
**节微生物遗传育种学的发展史 1
一、微生物遗传育种学的奠基阶段 1
二、微生物遗传育种学的形成阶段 1
三、微生物遗传育种学的发展阶段 3
四、微生物遗传育种学的研究内容及意义 4
第二节微生物细胞的基本结构 6
一、病毒的基本结构 6
二、原核生物细胞的基本结构 6
三、真核微生物细胞的基本结构 8
第三节微生物的遗传物质 9
一、DNA的基本结构 9
二、DNA的复制 11
三、DNA的基本性质 12
四、DNA的变性、复性和杂交 12
五、RNA的基本结构和功能 13
思考题 13
第二章微生物基因组的结构与功能 14
**节微生物的基因和基因组 14
一、基因与基因组的概念 14
二、基因与基因组学 15
三、互补测验和顺反子概念 16
四、操纵子学说与基因家族 17
五、外显子与内含子 17
六、重叠基因与转座基因 18
第二节原核生物的染色体及其复制 21
一、原核生物染色体的基本特征 21
二、细菌染色体的结构 21
三、细菌染色体的复制 22
第三节原核生物的基因与基因组 24
一、大肠杆菌的基因组 24
二、原核生物的拟核结构 25
三、细菌的质粒 25
第四节病毒的基因与基因组 26
一、病毒基因组的结构 26
二、反转录病毒基因组的结构与功能 26
三、反转录病毒的特征与遗传 27
四、T4噬菌体的基本特征与遗传 28
五、λ噬菌体的遗传特征 29
第五节真核生物染色体的基本结构和复制 30
一、真核生物染色体的基本结构 30
二、常染色质和异染色质 33
三、真核生物染色体的复制 33
第六节真核生物的基因与基因组 35
一、真核生物基因组的大小 35
二、真核生物DNA的复性 37
三、真核生物染色体上的单一序列及重复序列 38
四、卫星DNA 39
五、基因家族与基因簇 40
六、真核生物的割裂基因 40
七、串联重复序列 42
思考题 42
第三章微生物基因表达的调控 44
**节微生物基因表达调控概述 44
一、微生物基因调控的类型 45
二、微生物基因调控的主要特点 46
第二节操纵子 47
一、操纵子模型的提出 47
二、操纵子的基本结构 47
三、操纵子类型 47
第三节乳糖操纵子 48
一、乳糖操纵子基本结构 48
二、乳糖操纵子负控诱导模式 49
三、乳糖操纵子的正调控模式 50
四、其他调控模式 52
五、乳糖操纵子的本底水平表达 52
六、阻遏蛋白与激活物 53
七、诱导物与辅阻遏物 54
八、阻遏蛋白与操纵子DNA的作用机制 54
第四节其他操纵子及其调控模式 55
一、半乳糖操纵子——具有双启动子 55
二、阿拉伯糖操纵子 56
三、色氨酸操纵子——负控阻遏 58
四、含多启动子的操纵子 61
五、细菌的应急反应 62
第五节微生物基因的转录 62
一、特定的DNA结构 62
二、RNA聚合酶 64
三、转录过程 67
第六节转录水平上的调控 73
一、启动子的结构决定了转录起始的基准水平 73
二、因子与转录起始调控 73
三、转录终止调控——抗终止和弱化调控 74
四、组蛋白类似蛋白的调控 76
五、转录调控因子的作用 76
六、增强元件的调控 76
七、转录的抑制 76
第七节转录后及翻译水平的调控 77
一、重叠基因对翻译的影响 77
二、严紧反应 77
三、反义RNA对翻译的调控 78
四、mRNA结构对翻译起始的调节（SD序列与翻译起始效率） 79
五、mRNA的稳定性对基因表达的调控 80
六、核糖体蛋白合成的自体调控 80
七、调节蛋白的调控作用 81
八、稀有密码子对翻译的影响 81
九、翻译的阻遏 81
十、核开关 81
十一、噬菌体基因组表达的时序调控 82
十二、原核生物的全局调控群体感应 84
第八节真核微生物基因表达的调控 85
一、真核微生物基因表达调控的特点 85
二、真核微生物基因转录调控机制 86
三、染色体水平的调控 90
四、转录后水平的调控 92
五、翻译和翻译后水平的调控 92
第九节蛋白质的运输和分泌 95
一、信号肽假说 95
二、细菌蛋白质的运送和分泌 96
三、酵母蛋白质的运送和分泌 100
思考题 101
第四章细菌的遗传和基因重组 103
**节基因的转化现象 103
一、转化的发现 103
二、转化的本质 103
三、利用转化绘制遗传图 105
第二节细菌的质粒 106
一、质粒的发现 106
二、质粒的命名原则 106
三、质粒编码的遗传表型 106
四、质粒的复制和调控 108
五、质粒的不亲和性 111
六、质粒的可转移性 112
七、质粒不稳定性 112
八、质粒的检测与获得 113
第三节细菌的接合作用 115
一、接合现象的发现 115
二、F质粒与接合作用的关系 116
三、F质粒的结构 118
四、中断杂交和基因定位 118
五、其他细菌中的接合现象 119
第四节细菌的转导现象 119
一、细菌转导的发现 119
二、转导与噬菌体的关系 120
三、普遍性转导 121
四、局限性转导 122
五、转导在遗传学研究中的应用 123
思考题 124
第五章酵母菌的遗传和基因重组 125
**节概述 125
一、酵母菌的基本特征 125
二、具有重要应用价值的酵母菌 125
第二节酵母菌的遗传物质和遗传操作方法 126
一、染色体组织结构 126
二、染色体外DNA 126
三、酿酒酵母遗传操作方法 127
四、酿酒酵母之外酵母中外源蛋白的表达 129
第三节酵母线粒体基因组及其遗传 131
一、呼吸缺陷突变株 131
二、酵母线粒体基因组的物理图谱及其特点 131
第四节酵母基因表达的调控 131
一、酵母基因的启动子元件 131
二、酵母的转录调控因子 132
第五节酵母菌诱导和阻遏分子机制 134
一、葡萄糖阻遏的分子机制 134
二、磷脂酰肌醇类信号转导与葡萄糖阻遏的可能关系 135
三、葡萄糖解阻遏与酵母菌酶的合成和调控 135
四、在铁载体合成过程中阻遏机制的研究 136
五、氮阻遏机制的研究现状 137
六、诱导机制的研究现状 138
思考题 139
第六章放线菌的遗传和基因重组 140
**节链霉菌的染色体 140
一、DNA的碱基组成 140
二、链霉菌的染色体DNA 140
三、链霉菌染色体的缺失、扩增和重排 140
第二节链霉菌中的质粒、转座因子和噬菌体 142
一、链霉菌中的质粒 142
二、链霉菌中的转座因子 145
三、链霉菌中的噬菌体 146
第三节链霉菌的接合作用 146
一、链霉菌基因重组的发现 146
二、天蓝色链霉菌中的性别体制和遗传重组 147
三、链霉菌遗传分析方法和基因连锁图的制作 150
四、链霉菌与大肠杆菌之间的接合作用 154
第四节链霉菌的原生质体融合和转化 154
一、原生质体融合 154
二、转化和转染 154
思考题 155
第七章丝状真菌的遗传和基因重组 156
**节丝状真菌的遗传物质和基因表达调控 156
一、丝状真菌的遗传物质 156
二、丝状真菌的基因结构 157
三、基因表达的调控 157
第二节丝状真菌中的质粒 158
一、质粒的类型和特征 158
二、丝状真菌中的天然质粒及其分布 159
三、质粒的遗传 160
四、质粒整合到mtDNA 160
第三节丝状真菌的转化 160
一、外源DNA导入丝状真菌的方法 160
二、载体及其选择标记 161
三、丝状真菌转化子的表达及其稳定性 161
第四节粗糙脉孢菌的遗传分析 162
一、粗糙脉孢菌的生活史 162
二、粗糙脉孢菌有性杂交的四分体遗传分析 162
三、粗糙脉孢菌有性杂交的随机孢子分析 165
第五节构巢曲霉的遗传分析 166
一、构巢曲霉的生活史 166
二、构巢曲霉有性杂交的遗传分析 166
第六节真菌的准性生殖 167
一、准性生殖的普遍性 167
二、准性生殖过程 168
思考题 170
第八章基因突变及传统微生物育种 171
**节基因突变的类型 171
一、自发突变和诱发突变 171
二、基因突变及染色体畸变 171
三、显性突变及隐性突变 171
四、基因突变及突变型 171
五、条件突变及非条件突变 172
六、功能缺失型突变及功能获得型突变 172
七、回复突变及抑制突变 172
第二节基因突变的分子机制 173
一、碱基置换 173
二、插入和缺失突变 173
三、移码突变 173
第三节基因突变的诱发因素 174
一、基因突变的生物诱发因素 174
二、基因突变的物理诱发因素 175
三、基因突变的化学诱发因素 176
四、诱变剂及诱变剂检测 178
第四节基因突变的修复及修复机制 180
一、DNA的光修复 180
二、DNA的切除修复 181
三、DNA的错配修复 182
四、DNA的重组修复 183
五、SOS修复及双链断裂修复 184
第五节诱变育种及突变体获得 187
一、诱变育种的基本方法与步骤 187
二、突变体的常规分离与筛选 189
三、营养缺陷型的分离与筛选 190
四、噬菌体抗性突变株的分离与筛选 191
五、温敏突变株的分离与筛选 192
六、转座子标签突变体 192
七、突变体库的饱和度分析 193
八、突变体位点的检测 194
第六节微生物代谢控制育种 194
一、初级代谢及次级代谢 194
二、初级代谢的调节控制 195
三、酶合成调节及酶活性调节的概念 196
四、反馈抑制与反馈阻遏的比较 197
五、次级代谢的调节控制 197
六、次级代谢产物的诱导调节 197
七、次级代谢产物的碳源分解调节 197
八、次级代谢产物的氮源分解调节 198
九、次级代谢产物的磷酸盐调节 198
十、次级代谢产物的细胞膜透性调节 198
十一、次级代谢产物的反馈调节 198
十二、组成型突变株的选育 199
十三、抗分解调节突变株的选育 199
十四、抗反馈调节突变株的选育 201
十五、营养缺陷型在代谢调节育种中的应用 203
十六、细胞膜透性突变株的选育及在代谢调节育种中的应用 204

展开全部

微生物遗传育种学节选

**章绪论 **节微生物遗传育种学的发展史一、微生物遗传育种学的奠基阶段早在微生物学发展初期，微生物遗传和变异的现象就被微生物学家所发现。法国微生物学家路易斯巴斯德（L. Pasteur，1822～1895）曾经观察到炭疽杆菌（Bacillus anthracis）在高温条件下培养，其毒性大减而抗原性不变的现象，这一变异现象被成功地应用到炭疽杆菌的疫苗制造。德国细菌学家罗伯特科赫（R. Koch，1843～1910）在研究疾病发生的原因时，发现某种疾病的发生和某种特殊细菌有着直接的关系，为了证实这一结论，他将由病原体所分离得到的细菌重新接种到健康的动物体上，观察是否引起同一病症，然后由病体上再分离到同一种细菌，由此来研究疾病与微生物之间的关系。通过长期深入的研究，某种疾病的发生与微生物的关系得以证实，并且微生物可以遗传的理论也初步确立。 19世纪末，在研究小麦锈病过程中，发现了小麦锈病的生理族及小麦锈病相关微生物的分化变异现象，从而加深了人们对于微生物遗传和变异的认识。 1907年，发现了睡眠病虫中微生物的抗药性变异现象，同年，马西尼（Massini）发表了名为《可突变的大肠杆菌》的学术论文，报道了从非乳糖发酵的菌株中分离出可发酵乳糖的变异株，并且测定了变异率。 1927年，哈德利（Hadly）系统地论述了细菌形态、生理生化特征、防腐剂抗性等方面发生的变异现象。随着化学药物治疗的发展，又陆续发现了细菌对于各种药物的抗药性现象。但是，在20世纪40年代以前，一般认为，细菌的抗药性并非由基因突变引起，而是长期与药物接触引起的生理适应性。 1928年，人们发现了肺炎双球菌的转化现象，但是，直到40年代中期才阐明了转化因子的化学本质是脱氧核糖核酸（DNA）。 20世纪30年代，对酵母菌、草履虫和脉孢菌进行了较为系统和深入的遗传学研究，并进行了基因重组和基因定位。总之，20世纪40年代以前，微生物遗传学的研究是不系统和非常初步的。这个时期的遗传学研究只限于对一些进行有性生殖，特别是产生有性孢子的微生物，对不进行有性生殖的微生物的遗传学研究手段尚未建立。但是，20世纪40年代以前大量关于微生物遗传和变异现象的观察，以及酵母菌和脉孢菌中的经典遗传学（classical genetics）研究都为整个微生物遗传学的发展打下了基础。此外，40年代初期，由于抗生素工业的兴起，又推动了微生物遗传育种学的大发展。在研究高等生物基因的作用机制时，人们发现采用微生物作为研究材料具有诸多好处，这为现代微生物遗传学、分子生物学及基因工程的诞生起到了极大的推动作用。二、微生物遗传育种学的形成阶段（一）20世纪40年代 20世纪40年代以比德尔（J. W. Beadle）和塔特姆（E. L. Tatum）为代表的微生物和遗传学家利用X射线诱变脉孢菌细胞，发现了脉孢菌营养缺陷型。这项研究开辟了生化遗传的新思路和新方法，不但为基因作用机制的研究确立了基础，而且为阐明代谢途径提供了有效方法，在基因作用机制研究中提出了“一个基因一种酶”的假设，这是分子遗传学研究的开端。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育种学中得到广泛应用，逐步开展了基因重组、发育、分化、形态建成、诱变育种等方面的研究。营养缺陷型在基因作用、基因结构、基因突变等研究中也是良好的实验材料。此外，也将营养缺陷型的研究方法应用到人类遗传学、动植物遗传育种等研究中。营养缺陷型的发现，使得细菌的基因重组得以发现，从此微生物遗传学研究几乎在任何一种生物遗传的研究中得以应用。 1943年之前，人们一直认为细菌抗药性是细菌与药物接触引起的生理适应性现象，并非基因突变引起的，对此存在很大的争议。直到1943年，卢里亚（S. E. Luria）和德尔布吕克（M. Delbruck）用著名的波动试验证实了细菌的抗性是基因突变的结果。这项研究使人们认识到，所有的生物可能都有相同的遗传变异规律。严密的实验方法开始应用到整个微生物遗传育种学领域，特别是关于细菌的变异研究中。长期从事果蝇遗传学研究的德默莱克（M. Demerec）注意到了细菌研究的优越性，转而开始进行细菌基因突变的研究。 1947年，莱德伯格（J. Lederberg）和塔特姆（E. L. Tatum）*早报道了大肠杆菌的基因重组现象，揭示了大肠杆菌K12的两种突变型菌株出现原养型菌落的真实原因，是由大肠杆菌通过接合方式发生基因重组。戴维斯（Davis）用U形管进行了大肠杆菌的接合试验，1955～1958年，雅各布（Jacob）和沃尔曼（Wollman）利用中断杂交实验进行了大肠杆菌的基因定位分析。（二）20世纪50年代初 20世纪50年代初，在探索其他细菌的基因重组时，发现了噬菌体的转导现象。后来哈瑞德瓦特豪斯（Harold Whitehouse）、李维斯弗劳斯（Lewis Frost）、庞蒂科尔（Pontecor）、霍普伍德（Hoopwood）、塞蒙梯（Sermonti）等先后对脉孢菌、构巢曲霉、链霉菌开展了深入的研究，并发现和阐明了真菌和放线菌的重组现象和重组原理。这些研究工作使生物学家认识到微生物、动植物在遗传规律上的一致性，利用基因重组的基本原理开展了杂交育种的研究。从此遗传学基本原理开始应用于整个生物学领域，微生物遗传学研究手段和研究成果推动了近代分子遗传学的发展。在这一时期，还有许多重要的研究成果使微生物遗传育种学成为一门独立而完善的学科，这些成果包括以下几点。转化因子化学本质的阐明：早在1928年，格里菲斯（F. Griffith）发现了肺炎双球菌的转化现象，直到1944年艾弗里（O. T. Avery）证实了转化因子的本质，说明导致转化现象的物质是DNA，并证明了遗传物质就是DNA。遗传物质DNA的证实，导致了1953年沃森（J. D. Watson）与克里克（F. C. Crick）DNA分子双螺旋结构模型的提出，这是整个分子遗传学和分子生物学领域发展的里程碑。噬菌体遗传学研究的开展：1951年，德尔布吕克（M. Delbruck）在研究鼠伤寒沙门氏菌营养缺陷型工作中，发现了转导作用。1962年发现了λ噬菌体进行的特异性转导作用。噬菌体转导作用的研究成为微生物遗传育种学、分子遗传学研究的有效手段。 1953年韦布尔（Weibull）用溶菌酶处理巨大芽孢杆菌获得细菌原生质体，并提出原生质体概念，1955年，迈克奇勒（Mcquiller）发现了原生质体再生方法，从此奠定了原生质体分离技术。20世纪五六十年代，原生质体分离技术得到了迅猛发展，原生质体作为新型杂交融合技术开始得到普及，20世纪70年代原生质体融合技术得到了飞速发展。（三）微生物分子遗传学发展时期微生物分子遗传学发展时期，是以DNA双螺旋结构的提出和阐明为标志，随着基因工程的诞生，利用微生物为材料，从遗传的分子机制到基因工程载体研究，为微生物遗传学理论提供了各种实验证据，在此基础上广泛开展了微生物分子遗传育种的研究。这个时期主要代表性研究成果有以下几点。（1）揭示了基因的化学本质、基因的结构与组织。（2）阐明了突变的分子机制和突变的修复机制，解释了突变产生的原因。（3）诠释了重组产生的机制，通过不同的重组证据证明了四大重组假说。（4）揭示了质粒的本质与作用，为基因工程的实际应用奠定了坚实的基础。（5）通过基因定位的研究构建了遗传连锁图，建立了DNA序列分析技术。（6）基因工程技术的诞生，为基因工程应用奠定了基础，发展了DNA的体外合成和分离纯化技术，为人类定向突变奠定了基础。这些微生物分子遗传学的研究技术成功地转向高等动植物的研究领域，致使分子遗传学研究渗透到全部生物学的研究领域中。随着20世纪70年代基因工程技术的发展、完善，微生物遗传育种学的研究发展到一个新的阶段，基因工程育种和原生质体育种工作也得到了发展。（四）20世纪60年代从20世纪60年代遗传密码的破译，到20世纪70年代中心法则的修改，这一阶段是经典分子遗传学向基因工程时代的过渡时期，以微生物作为遗传学的研究材料，在基因转录与翻译研究领域取得了以下重要成果。 1962年阿贝尔（W. Arber）和杜斯索西（D. Dussoix）发现了DNA的限制与修饰作用，查比维利（F. Chapeville）、李蒙纳（F. Lipmann）和伊瑞斯坦（G. VonEhrenstein）发现了tRNA所携带的氨基酸的特异性和tRNA与mRNA结合的特异性无关。吉瑞（A. Gierei）、瓦瑞尔（J. R. Warrur）及斯塔切林（Stachelin）三个课题组分别发现了多核糖体。 1963年，莫诺德（J. Monod）、钱根（J. P. Changeu）和雅各布（F. Jacob）提出了蛋白变构理论。1964年确定了基因与蛋白质之间的关系，破译了全部有义密码子，提出DNA重组模型。 1965年发表了酵母丙氨酸tRNA的完整序列，发现了终止密码子UAG和UAA。1966年建立了E. coli遗传图谱的遗传方向，提出了反密码子的摆动假说，分离纯化了lac阻遏物，发现了各种蛋白质合成的起始氨基酸都是甲酰甲硫氨酸。发现了核糖体上的P位点和A位点，分离出连接酶，发现了线粒体具有环状DNA。 1969年发展了原位杂交技术，用仙台病毒使人、鼠细胞融合。1970年发现了RNA反转录酶和限制性内切核酸酶Ⅰ，发现了传递信号的G蛋白及其功能，人工合成了酵母丙氨酸tRNA的基因。（五）20世纪七八十年代 20世纪70年代，随着基因工程的崛起，微生物遗传育种学进入了基因工程快速发展期，基因分离合成技术和细胞分离融合技术得到了快速发展，并普及到原核生物和真核生物的研究中。这个阶段取得的主要成果有以下几点。 1971年绘制了**张限制性内切核酸酶图谱，并鉴别出费城染色体是22号染色体缺失了1/3而形成的。 1972年，创建了DNA体外重组技术。1973年，*次在体外构建了具有功能的细菌质粒。 1975年，建立了DNA印迹技术、菌落膜上杂交技术、高分辨双向蛋白电泳技术、单克隆抗体制备技术。 1976年，证实了免疫球蛋白形成的体细胞重组学说，发现了鸟类肉瘤病毒中含有癌基因，并*次将分子杂交技术用于地中海贫血遗传病的产前诊断。 1977年，发现了基因中的外显子与内含子，提出了断裂基因的新概念，建立了DNA的化学测序法及DNA测序的“加”、“减”法，即酶法。 1978年，*次将真核基因（dhfr）在细菌中表达，建立了装配型载体，克隆了DNA大片段，建立了定点突变技术，发现了四膜虫端粒的串联重复顺序。 1979年进行限制性片段长度多态性的研究，提出了Z-DNA模型。1980年用限制性片段长度的多态性构建人类遗传学连锁图。 1981年发现了四膜虫rRNA的自体拼接，发现了增强子，并*次将疱疹病毒的TK基因转移到小鼠中表达。1982年证实了癌基因中单个碱基的突变可引起肿瘤的产生。 1983年建立了线虫胚细胞谱系，应用Ti质粒将基因转入植物。1983年，启动了大肠杆菌基因组项目，于1995年完成。1984年，发现了果蝇同源异型盒及同源异型基因，建立了脉冲变角凝胶电泳技术，用于大片段DNA的分离。 1985年，建立了PCR技术进行体外扩增。1986年发现了RNA编辑现象，对植物类病毒拟病毒提出了锤头结构模型。1987年，构建了酵母的人工染色体YAC。 1988年，研究了Rb抗癌基因的功能，启动

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