课程名称：微生物学 班级：生物工程031 (第二十二讲) 章节标题：第二节基因突变和诱变育种 目的要求：1.了解基因突变的类型 2.了解突变育种的方法 3.学握突变的特点 教学重点：1.基因突变的类型 2.突变的特点 教学难点：关于基因突变的自发性和不对应性的证明 教学方法：多媒体讲授及讨论法 内容提要及课时分配： 1.基因突变的类型 25分钟 2.突变育种的方法 45分钟 3.突变的特点 25分钟 4.小结 5分钟 主讲教师：赵萌萌 授课日期：2013年5月9日 兰州交通大学化学与生物工程学院
第二节基因突变和诱变育种 突变指遗传物质发生数量或结构变化的现象。它导致的性状改变叫变异。 广义的变异包括基因突变和染色体畸变。 一、基因突变 狭义的变异仅指基因突变，包括一对或少数几对碱基的缺失、插入或置换导 致遗传性状变化，一般这种变化的范围很小，因此又叫点突变。 作为遗传物质的核酸一般都比较稳定，但在某些情况下也会发生改变引起可 遗传的变异。发生了突变的菌株叫突变体或突变型：未发生突变的原来的菌株叫 野生型。 (一)突变类型 1.形态突变型 是指造成形态改变的突变型，包括影响细胞和菌落形态、颜色以及影响噬茵 体的噬南斑形态的突变型，这是一类非选择性突变，因为在一定条件下，它既没 有像抗性突变那样的生长优势，也没有像营养缺陷性和条件致死突变那样的生长 劣势，形态突变和非突变型均同样生长在平板上，只能靠看得见的形态变化进行 筛选。其中以颜色变化较易筛选，例如：用携带有B-半乳糖苷酶的Mu转座因子 引起的插入突变，在含有xgal(⑤-bromo-r-chloro-3-indolyl-B -Dgalactoside)的平板上可显示兰色菌落或噬菌斑，使易于鉴别和分离。DNA重 组技术中常用的pC载体系列和受体系统是通过B-半乳糖苷酶基因的插入失 活，使重组子菌落为白色而与兰色的非重组子分开。 2.生化突变型 发生了代谢途径的变异，但是没有明显的形态变化。 (1)营养缺陷型： 一种缺乏合成其生行所必须的营养物的突变型，只有从周围环境或培养基中 获得这些营养或其前体物(precursor)才能生长。 营养缺陷型是微生物遗传学研究中重要的选择标记和育种的重要手段，由于 这类突变型在选择培养基（或基本培养基）上不生长，所以是一种负选择标记， 需采用影印平板(Replica plating)的方法进行分离，步骤如下： ①将待分离突变株的原始菌株以合适的稀释度涂布到野生型菌株和突变株
均能生长的主平板（含完全培养基）上，经培养后形成单菌落（图8-9）： ②通过一消毒的“印章”（直径略小于培养皿底，表面包有丝绒布，使其尽 量平整)将A平板的菌落分别原位转移（或印迹）到C平板（含有与A平板相同的营 养成份)和D平板（不含缺陷型所需的营养因子，即基本培养基） ③经培养后对照观察c和d平板上形成的单菌落，如果在c平板上长而在d 平板上不长的，则为所需分离的突变型： ④在c平板上挑取d平板上不长的相应位置的单菌落，并进一步在完全培养 基上划线分离纯化。 (2)抗性突变型 由于基因突变使菌株对某种或某几种药物，特别是抗生索，产生抗性的一种 突变，普遍存在于各类细菌中，也是用来筛选重组子和进行其它遗传学研究的重 要正选择标记。在加有相应抗生素的平板上，只有抗性突变株能生长。所以很容 易分离得到。 (3)发酵突变型 指从能够利用到不能利用某种营养物质的突变型。如野生型大肠杆菌可以发 酵乳糖，但也能分离到不能发酵乳糖的突变体，可以利用鉴别培养基呈现的反应 进行检测。 (4)毒力突变型 突变后致病能力增强或减弱的突变型。 (5)产量突变型 产生某种代谢产物的能力增强或减弱的突变型。 3.条件致死突变型 是指在某一条件下具有致死效应，而在另一条件下没有致死效应的突变型。 类因为这类基因一旦发生突变是致死的（例如为DA复制所必需的基因）。常用的 条件致死突变是温度敏感突变，用ts(temperature sensitive),表示，这类突 变在高温下（如42℃）是致死的，但可以在低温（如25-30℃）下得到这种突变。筛 选ts突变型的方法也是采用影印平板法，所不同的是教材中图8-9中的三个平 板上培养基相同，均可生长。只是将C和D平板分别置低温(30℃)和高温(42℃) 下培养，然后在C平板上挑取相应于D平板上未生长的菌落
4.致死突变型 指突变后生活力丧失或下降导致死亡的突变型。由于活体仅见于隐性杂合子 的双倍体个体，故研究的很少。 以上这些突变型当中营养突变型、抗性突变型和条件致死突变型是选择性突 变株，这一类突变株能够通过选择性培养基或其他选择性培养条件快速选择出 米。而形态突变型、抗原突变型和产量突变型属于非选择性突变株，原因见形态 突变型。 (二)突变率 突变率是指某一细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率。一般不同的突 变型采用不同的方法检验。 (三)基因突变的特点 这里以细菌的抗药性为例说明基因突变的特点。 1.自发性和不对应性 这种性状的突变可以在没有任何人为的诱变因素处理的情况下，发生在生物 的任何个体的任何发育时期及任何基因上。这又叫基因突变的随机性。即基因突 变的方向与引起突变的条件没有直接的对应性。 (四)基因突变及其机制 突变是DA分子结构或数目的变化.根据引起变化的原因可分为自发突变和 诱发突变：根据DA变化的程度分为基因突变（一对碱基）和染色体畸变（一段 染色体)。 作为遗传物质的核酸分子是非常稳定的，故其突变具有稀有性。但由于某些 原因，仍能发生变化而引起形状改变。自然条件下自发进行的突变叫自发突变： 人为诱发引起的突变叫诱发突变。自发突变率低，诱发突变率高，后者广泛用于 菌种选有。 1.诱发突变 就是实验室常常使用的诱变。人为的引起诱发突变的理化因素叫做诱变剂。 根据核酸变化引起遗传信息的变化量大小，可以分为碱基置换、移码突变和 染色体畸变。 (1)碱基置换：是由DNA分子中碱基对置换引起的，是染色体的一种微小损
伤。它包括两种方式，分别是嘌呤被嘌呤代替或嘧啶被嘧啶代替，叫转换：还有 嘌呤被嘧啶代替叫颠换。 常用的诱变剂有： 1)碱基类似物(Base analog) 例如：5-溴尿嘧啶（胸腺嘧啶结构类似物）和2-氨基嘌呤（腺嘌呤结构类似 物)，在DNA复制过程中能够整合进DNA分子，但由于它们比正常碱基产生异构 体的频率高，因此出现图8-10所示的碱基错配的机率也高，从而提高突变频率 2)直接与DNA碱基起化学反应的诱变剂 最常见的有亚硝酸、羟胺和烷化剂。亚硝酸能引起含N2基的碱基(A.G.C) 产生氧化脱氨反应，使氨基变为酮基，从而改变配对性质造成碱基置换突变。羟 胺NH2OD几乎只和胞嘧啶发生反应，因此只引起GC一T的转换。甲磺酸乙酯 (ethyl methane sulfonate,EMS)和亚硝基胍(nitroso guanidine,TG)都属于 烷基化试剂，其烷基化位点主要在鸟嘌吟的7位和腺嘌呤N-3位上，但这两个 碱基的其它位置以及其它碱基的许多位置也能被烷化，烷化后的碱基也像碱基结 构类似物一样能引起碱基配对的错误。亚硝基肌是一种诱变作用特别强的诱变 剂，因而有超诱变剂之称，它可以使一个群体中任何一个基因的突变率高达1%， 而且能引起多位点突点，主要集中在复制叉附近，随复制叉的移动其作用位管也 移动。此外，硫酸二乙酯(diethyl sulfate,DES)、乙基磺酸乙酯(ethyl ethane sulfonate,EES)以及二乙基亚硝酸胺(diethyl nitrosamine,DEN)等也都是常用 的诱变烷化剂。 (2)移码突变 指DA分子中增添或缺失少数几个碱基对，而造成后面遗传密码发生转录和 翻译错误的基因突变。 遗传信息是以3个核苷酸为一组的密码子形式表达的.所以一个或几对核苷 酸的增减往往造成该部位以后的密码子意义改变 例如：GGG AAA UUU AAA CCC 甘 赖苯丙赖脯 当一个核苷酸发生变化是，前面加一个A时，就变为