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第三节基因重组
定义:凡把两个不同性状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。
作用:重组可使生物体在未发生突变的情况下,也能产生新遗传型的个体。
重组与杂交的关系:
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(hybridization)则是细胞水平上的一个概念。
杂交中必然包含着重组,而重组则不限于杂交这一形式。
真核微生物中的有性杂交、准性杂交(parasexualhybridization)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映。
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
细胞融合 性细胞 真菌的有性生殖
或联结 体细胞 真菌的准性生殖
细胞间暂时沟通 细菌的接合 性导
细胞间 吸收游离DN***段 转化
不接触 噬菌体携带DNA 转导
噬菌体 完整噬菌体 溶源转变
提供遗 噬菌体DNA 转染
传物质
基因重组的意义
基因重组是杂交育种的理论基础。
杂交育种的优点:①由于杂交育种选用了已知性状的供体菌和受体菌作为亲本,因此,不论在方向性还是自觉性方面,均比诱变育种前进了一大步。
②利用杂交育种往往还可以消除某一菌株在经过长期诱变处理后所出现的产量上升缓慢的现象,因此,它是一种重要的育种手段。
杂交育种的缺点:由于杂交育种的方法较复杂,工作进展较慢,还很难像诱变育种技术那样得到普遍的推广和使用,尤其在原核生物的领域中,应用转化、转导或接合等重组技术来培育可应用于生产实践上的高产菌株的例子还不多见。到了70年代后期,由于原生质体融合技术获得巨大的成功后,才使重组育种技术获得了飞速的发展。
甲 生长快、产量低
乙
生长慢、产量高
基因重组
如:
生长快、产量高
一、原核微生物的基因重组
基因重组的方式
转化
转导
接合
原生质体融合
R型活菌+S型死菌→→S型活菌
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DN***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。转化后的的受体菌称为转化子(transformant)。
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:来自供体菌的DN***段
转化子:transformant,将转化基因重组进入自身染色体组的重组子
(一)转化(transformation)
1、转化及其发现:
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DN***段并实现其转化的一种生理状态
②供体DN***段(转化因子)大小适宜,分子量一般为1×107D左右
③菌株间的亲缘关系密切
2、转化发生的条件:
3、转化的类型:
根据感受态建立的方式,可以分为:
①自然遗传转化naturalgenetictransformation
②人工转化artificialtransformation
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
Streptococcuspneumoniae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。
感受态由细胞的遗传性决定,但同时也受环境因子的影响:cAMP、Ca2+等最明显。。
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.
Bacillussubtilis不超过10~15%
Streptococcuspneumonia和Haemophilusinfluenzae(流感嗜血杆菌)达到100%
转化DNA的最低浓度:在群体中含有15%感受态细胞时,gDNA/ml细胞悬液即可有效发生转化
感受态因子:细胞外蛋白,Streptococcuspneumonia和Bacillus中分离的分子量为5,000~10,000Dalton,可能存在于细胞膜上,可催化外来DNA分子的吸收或降解细胞表面某种成分,以让细胞表面的DNA受体显露出来;也可能是一种自溶酶。对不同细菌,每个细胞上的DNA结合位点数不同。有人计算,~10个,~80个。,而Bacillussubtilis的感受态因子则无此功能。