微生物的变异

一、变异的实质-基因突变

突变是生物的基本属性，在广义上，突变是指染色体数量、结构及组成等遗传物质发生多种变化，包括基因突变和染色体畸变。

基因突变：一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变，而导致的遗传变化称为其发生变化的范围很小，所以又称点突变，包括碱基置换和移码突变。

染色体畸变：是指由染色体的大段损伤引起的。包括大段染色体的缺失、重复、倒位等。基因突变是重要的生物学现象，它是一切生物变化的根源。连同基因转移、重组一起提供了推动生物进化的遗传多变性。

2、突变的类型

1）自发突变：自发突变是指在没有人工参与下生物体自然发生的突变。但决不意味着这种突变是没有原因的，通过对诱变机制的研究，自发突变的可能机制有以下几种：

(1)背景辐射和环境因素的诱变：不少“自发突变”实质上是由于一些原因不详的低剂量诱变因素的长期综合诱变效应。例如，充满宇宙空间的各种短波辐射或高温诱变效应，以及自然界中普遍存在的一些低浓度的诱变物质的作用等。

(2)微生物自身有害代谢产物的诱变效应：通过对环境诱变原的研究发现，通常存在细胞内的天然物质中也有表现诱变原性的物质。如微生物细胞内的咖啡碱、硫氰化合物、重氮丝氨酸、过氧化氢等；

(3)DNA复制过程的碱基配对偶然错误

2．诱变：自发突变的频率是很低的，一般为10^-6--10^-10，许多理化学、物理和生物因子能提高其突变的频率。

1、突变机制

1）碱基的置换：即一对碱基被另一对碱基所置换。置换可分为两个亚类：一类叫转换，即DNA链中的个嘌呤被另一个嘌呤或一个嘧啶被另一个嘧啶所置换；另一类叫颠换，即个嘌呤被另一个嘧啶或一个嘧啶被另一个嘌呤所置换。

2）移码突变：指诱变剂使DNA分子中的一个或少数几个核苷酸的增添（插入）或缺失，从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转译错误的一类突变。

3）染色体畸变：某些理化因子，引起DNA的大损伤----染色体畸变，它即包括染色体结构上的缺失、重复、插入、易位和倒位，也包括染色体数目的变化。

①缺失：是指染色体丢掉了某一区段。因而会失去某些基因，并直接影响到基因的排列顺序、基因间的相互关系。②重复：是指染色体上个别区段的增加。

③倒位：是指正常染色体的某区段断裂后，断裂的片段倒转180度又重新连接愈合。

④易位：是染色体上一区段断裂后再顺向或逆向地插入到同一条染色体的其他部位上。对于染色体间畸变，则指非同源染色体间的易位。

诱变剂：

凡能提高突变率的任何理化因子，都可称为诱变剂。常见的诱变剂：

碱基置换：亚硝酸、羟胺、烷化剂、碱基类似物（如5-溴尿嘧啶等）

移码突变：吖啶类染料（吖啶橙、吖啶黄等）

染色体畸变：电离辐射（X射线等）、烷化 剂、亚硝酸

转坐因子的转坐可引发多种遗传效应：插入突变、染色体畸变、基因的修饰和重排

2、紫外线对DNA损伤的修复

紫外线的作用是使同链DNA的相邻嘧啶间形成共价结合的胸腺嘧啶二聚体。二聚体的出现会减弱双链间氢键的作用，并引起双链结构扭曲变形，阻碍碱基间的正常配对，从而有可能引起突变或死亡。微生物能以多种方式去修复损伤后的DNA，主要有以下两种：

(1)光复活作用：把经紫外线照射后的微生物立即暴露于可见光下时，可明显降低其死亡率的现象，称为光复活作用。光复活由phr基因编码的光解酶PHr进行。PHr在黑暗是专一性地识别嘧啶二聚体，并与之结合，形成酶-DNA复合物，当给予光照时，酶利用光能（PHr本身无发色基团，与损伤的DNA结合后才能吸收光，起光解作用）将二聚体拆开，恢复原状，酶再释放出来。

(2)切除修复作用：又称暗修复。该修复系统除了碱基错误配对和单核苷酸插入不能修复外，几乎所有其他DNA损伤均可修复，是细胞内的主要修复系统，涉及到UvrA、UvrB、UvrC和UvrD四种蛋白质的联合作用。

3、 常见的突变形式

1）营养缺陷型（auxotroph）：

野生菌株发生基因突变，丧失合成一种或几种生长因子或碱基、氨基酸的能力，不能在基本培养基生长繁殖。

2）抗性突变型：

野生型菌株发生基因突变，产生对某种化学药物或致死物理因子的抗性变异， strR

3）条件致死突变型：菌株发生基因突变后，在某种条件下正常生长、繁殖而在另一条件下无法生长繁殖。

4）其它突变类型：

形态突变型、抗原突变、毒力突变、产量突变

4、突变与育种

（1）自发突变与育种：

   生产中选育 ：正变株    

   定向培育：卡介苗

（2）诱变育种

A、诱变育种的基本环节

B、诱变育种的一般流程：

1）出发菌株的选择

2）诱变菌株的培养

3）诱变菌悬液的制备

4）诱变处理

5）后培养

6）高产突变株的分离与筛选