基因突變和誘變育種(編輯修改稿)
2025-06-08 23:26 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 把經(jīng) UV照射后的微生物 立即 暴露于 可見光 下時(shí)，可明顯降低其死亡率的現(xiàn)象，稱為 光復(fù)活作用 。 1. 光復(fù)活作用 （ photoreactivation， photorestoration） 最早是 A. Kelner（ 1949）在 Streptomyces griseus（灰色鏈霉菌）中發(fā)現(xiàn)的。后來，在許多微生物中都得到了證實(shí)。 最明顯的是在 ① 對(duì)照： 8 106個(gè)／ → 100個(gè)／ ② 試驗(yàn)： 8 106個(gè)／ → －－－－ → 2 106個(gè)／ UV UV 360～ 490nm 可見光， 30min 使 二聚體 （ dimer） 重新分解成 單體 （ monomer） 帶有嘧啶二聚體的 DNA分子 DNA分子 UV照射 黑暗下結(jié)合 光激活酶 —— 光解酶 （ 光裂合酶 ， photolyase） 復(fù)合物 300～ 500nm可見光 獲得光能而激活 釋放光解酶 在一般的微生物中都存在光復(fù)活作用，在利用UV進(jìn)行誘變育種等工作時(shí)，應(yīng)在 紅光下 進(jìn)行照射和后續(xù)操作，并放置在 黑暗條件下培養(yǎng) 。 注 意 （ excision repair） 是活細(xì)胞內(nèi)一種用于修復(fù)被 UV等誘變劑（包括烷化劑、 X射線和 γ 射線等）損傷后 DNA的修復(fù)方式之一，又稱 暗修復(fù) （ dark repair） ，通過 酶切作用 去除嘧啶二聚體，隨后重新合成一段正常 DNA鏈的核酸修復(fù)方式。 酶切 合成 切開 切除 聚合 連接 二、突變與育種 （一）自發(fā)突變與育種 （ breeding by spontaneous mutation） 1. 從生產(chǎn)中育種 在生產(chǎn)第一線易獲得較優(yōu)良的生產(chǎn)菌株。 2. 定向培育優(yōu)良菌株 定向培育 是一種利用微生物自發(fā)突變，并采用特定的選擇條件，通過對(duì)微生物群體不斷移植以選育出較優(yōu)良菌株的古老方法。 （二）誘變育種 （ breeding by induced mutation） 誘變育種 是指利用物理、化學(xué)等誘變劑處理均勻而分散的微生物細(xì)胞群，在促進(jìn)其突變率顯著提高的基礎(chǔ)上，采用簡便、快速和高效的 篩選方法 ，從中挑選出 少數(shù)符合育種目的的突變株 ，以供科學(xué)實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)實(shí)踐使用。 篩選 誘變 誘變育種 定向的 —— 更重要 隨機(jī)的 可獲得供工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的各種菌株； 提高有用代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量； 減少雜質(zhì)、提高產(chǎn)品質(zhì)量、擴(kuò)大品種和簡化工藝等。 誘變育種具有重大的實(shí)踐意義 誘變育種的特點(diǎn) （ 1）提高突變率，擴(kuò)大突變譜 （ 2）有效地改良個(gè)別、單一性狀 （ 3）縮短育種年限 （ 4）定向變異和有益突變的頻率低 1. 誘變育種的基本環(huán)節(jié) 出發(fā)菌株 純化、同步培養(yǎng) 培養(yǎng)液 離心收集細(xì)胞，洗滌，制菌懸液玻璃珠打散，過濾 細(xì)胞或孢子懸液 誘變處理 平板分離 初篩 復(fù)篩 保藏及擴(kuò)大試驗(yàn) 活菌計(jì)數(shù)，誘變預(yù)備試驗(yàn) 存活細(xì)胞計(jì)數(shù)，致死率計(jì)算 變異率計(jì)算 2. 誘變育種中的原則 （ 1）選擇簡便有效的誘變劑 誘變劑 （ mutagen） 物理因素 化學(xué)誘變劑 非電離輻射類的 紫外線 、 激光 和 離子束（ ion beam，有小型加速器提供）等 引起電離輻射的 X射線 、 γ 射線 和 快中子 等 主要有 烷化劑 、 堿基類似物 和 吖啶類化合物 烷化劑 可與巰基、氨基和羧基等直接發(fā)生反應(yīng)，更易引起基因突變。 最常用的烷化劑 N甲基 N′ 硝基 N亞硝基胍（ NTG）、 甲基磺酸乙酯（ EMS）、 甲基亞硝基脲（ NMU）、 硫酸二乙酯（ DES）、 氮芥、乙烯亞胺和環(huán)氧乙烷等。 擬輻射物質(zhì) 氮芥、硫芥和環(huán)氧乙烷等 各種點(diǎn)突變 一般只有輻射才能誘發(fā)的 染色體畸變 誘發(fā) 出發(fā)菌株 （ original strain） 是指用于育種的原始菌株，選用合適的出發(fā)菌株有利于提高育種的效率。 （ 2）挑選優(yōu)良的出發(fā)菌株 合適的出収菌株來源： ① 由自然界直接分離獲得的野生型菌株； ② 在生產(chǎn)中經(jīng)歷生產(chǎn)條件考驗(yàn)的菌株； ③ 已經(jīng)過誘變甚至多次改造的菌株； ④ 選用對(duì)誘變劑敏感性較高增變變異株；等等。 在誘變育種中，所處理的細(xì)胞必須是單細(xì)胞、均勻的 懸液狀態(tài) 。 （ 3）處理單細(xì)胞或單孢子懸液 菌懸液制備目的在于提高誘變處理的效果 因?yàn)?: 一方面 ，分散狀態(tài)的細(xì)胞可以均勻地接觸誘變劑， 另一方面 ，又可避免長出不純菌落。 誘變劑一般只作用于 DNA雙鏈中的某一條單鏈，故某一突變還是無法反映在當(dāng)代的表型上。只有當(dāng)經(jīng)過 DNA的復(fù)制 和 細(xì)胞分裂 后，這一變異才會(huì)在表型上表達(dá)出來，于是出現(xiàn)了不純菌落，這就叫 表型延遲 （ phenotypiclag） 。 用于誘變育種的細(xì)胞應(yīng)盡量選用單核細(xì)胞 ， 例如，細(xì)菌的芽孢； 霉菌或放線菌的分生孢子。 誘變劑 的作用有三條： 一是提高誘變的頻率 二是擴(kuò)大變異的幅度 三是使變異向正變的方向移動(dòng)（產(chǎn)量提高） （ 4
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