一、基因突變
（一)類型
按突變體mutant表型 特征不同
1、形態(tài)突變型：細(xì)胞或菌落形態(tài)改變。
2、生化突變型：代謝途徑變異
營(yíng)養(yǎng)缺陷型—由基因突變引起某酶合成能力喪失，必須在原有培養(yǎng)基中添加相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)成分才能生長(zhǎng)。
抗性突變型—能抵抗有害理化因素，包括抗藥性、抗噬菌體等。
抗原突變型—細(xì)胞成分尤其是表面成分的細(xì)致變異。
3、致死突變型：基因突變導(dǎo)致個(gè)體死亡。
4、條件致死突變型：在某一條件下呈現(xiàn)致死效應(yīng)，如溫度敏感突變型。
如果從研究者能否從巨大群體中迅速檢測(cè)和分離出個(gè)別突變體的目的來看，則只有兩類突變：
選擇性突變—具有選擇性標(biāo)記，可通過某種環(huán)境條件使它們得到優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)，從而取代原始菌株。
非選擇性突變—無(wú)選擇性標(biāo)記，而只有一些性狀的數(shù)量差別，如菌落大小、顏色深淺、代謝物產(chǎn)量等。
（二)特點(diǎn)
1、不對(duì)應(yīng)性：
突變的性狀與引起突變的原因間無(wú)直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
相應(yīng)的環(huán)境僅起著淘汰原有非突變型個(gè)體的作用，如果說其有誘變作用，也可以誘發(fā)任何性狀的變異，而不是專一性地誘發(fā)一種變異。
2、自發(fā)性：
各種突變可以在沒有人為的誘變因素下自發(fā)發(fā)生。
3、稀有性：
10-9~自發(fā)突變頻率較低，一般10-6 。
突變率— 每個(gè)細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率�；蛎繂挝蝗后w在繁殖一代過程中形成的突變體的數(shù)目。
一個(gè)細(xì)胞長(zhǎng)大分裂成兩個(gè)細(xì)胞的過程稱為細(xì)胞世代。
細(xì)胞世代數(shù)=n-n0, 對(duì)于非同步生長(zhǎng)來說，對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，平均世代數(shù)= n-n0 /Ln2, m 為n-n0 期突變體數(shù)目，
突變率= m
n-n0 /Ln2
測(cè)定m的簡(jiǎn)單辦法是將一細(xì)胞群體培養(yǎng)在平板上，讓突變?cè)谄桨迮囵B(yǎng)中發(fā)生。這種情況下，每一突變產(chǎn)生一固定在原位的突變體克隆，經(jīng)適當(dāng)處理可以以單一菌落狀態(tài)檢出。
非選擇性突變的突變率很難測(cè)定。
4、獨(dú)立性：
突變的發(fā)生一般是獨(dú)立的，某一基因的突變，既不提高也不降低其他基因的突變率。突變不僅對(duì)某一細(xì)胞是隨機(jī)的，而且對(duì)某一基因也是隨機(jī)的。
5、誘變性：
誘變劑作用可提高突變率。
6、穩(wěn)定性：
遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生的穩(wěn)定變化，因而產(chǎn)生的新性狀也是穩(wěn)定的，可遺傳的。
7、可逆性
突變型，為正向突變®野生型
突變型，為回復(fù)突變（回變)。¬野生型
（三)自發(fā)性與不對(duì)應(yīng)性的證明
突變是通過適應(yīng)而產(chǎn)生的，突變的原因與性狀間是相對(duì)應(yīng)的。
突變是自發(fā)的，與環(huán)境是不相對(duì)應(yīng)的。
1、變量試驗(yàn)（1943，Luria & Delbruck)
實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)：（插入)
結(jié)果：甲各皿抗性菌落數(shù)相差較大，乙各皿數(shù)基本相同。
說明：抗性突變不是由噬菌體誘導(dǎo)出來的。
如果是噬菌體誘導(dǎo)的話，結(jié)果會(huì)怎樣？
突變發(fā)生在什么時(shí)間？
噬菌體起什么作用？
2、涂布試驗(yàn)（1949，Newcombe設(shè)計(jì))
實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)（插入)
說明：抗性突變發(fā)生在未接觸噬菌體之前，噬菌體加入只起篩選作用。
如果不是這樣，結(jié)果會(huì)怎樣？
3、影印培養(yǎng)試驗(yàn)（1952，Lederberg設(shè)計(jì))
影印培養(yǎng)法—使在一系列培養(yǎng)皿相同位置上能出現(xiàn)相同菌落的一種接種培養(yǎng)方法。
利用此法可以從在非選擇性條件下生長(zhǎng)的群體中，分離出各類突變體。
實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)：（插入)
結(jié)果：3上出現(xiàn)抗性菌落，在2上找出相應(yīng)菌落接種到含藥平板上，長(zhǎng)出抗性菌落。而取與3上無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系的菌落接種到含藥平板上則無(wú)生長(zhǎng)。
（四)突變機(jī)制
1、誘變機(jī)制 induce mutation , mutagen
1)堿基對(duì)置換（點(diǎn)突變)
只涉及一對(duì)堿基被另一對(duì)堿基所置換，分為轉(zhuǎn)換和顛換。
①直接引起置換的誘變劑
可直接與堿基發(fā)生反應(yīng)，不論在體內(nèi)還是離體都起作用。包括亞硝酸、羥胺和各種烷化劑（硫酸二乙酯、NTG等)。
以HNO2為例：
HNO2 可使堿基氧化脫氨，使A→H，C→U，G→X。
AT→HeT HkC HkC
②間接引起置換的誘變劑
一些堿基結(jié)構(gòu)類似物，但穩(wěn)定性比正常堿基小，易發(fā)生互變。通過活細(xì)胞的代謝活動(dòng)摻入到DNA中，只對(duì)正在生長(zhǎng)發(fā)育的細(xì)胞有作用，即DNA復(fù)制時(shí)起作用。
主要是5-BU，5-AU，2-AP，8-NG等。
以5-BU為例：
AT A:5-BU(酮式) AT GC
AT G:5-BU(烯醇式) A:5-BU(酮式)
還可以看出5-BU摻入引起GC回復(fù)至AT的過程。
堿基對(duì)置換對(duì)密碼子影響
簡(jiǎn)拼 UCG(Ser)（不表現(xiàn)突變現(xiàn)象)
錯(cuò)義 UAC(Tyr)
UCC 錯(cuò)義 UUC(Phe) (所合成蛋白質(zhì)
(Ser) 有活性或純化)
無(wú)義 UAA(終止符)（合成一些蛋白質(zhì)碎片)
2)移碼突變
由一種誘變劑引起DNA分子中一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸的增添或缺失，從而使該部位后面的全部密碼的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯發(fā)生錯(cuò)誤。也屬于DNA分子的微小損傷。
主要是吖啶類染料，一系列ICR化合物。
在DNA鏈上增缺1、2、4、5堿基，可引起移碼突變，增缺3、6，則不影響讀碼，只引起短的缺、增。
3)染色體畸變
DNA分子大的損傷。
①數(shù)量變化：真核有倍數(shù)性變化和非倍數(shù)性變化；原核只一條染色體，獲得一段DNA，形成部分二倍體。
②結(jié)構(gòu)變化：又分染色體內(nèi)與染色體間畸變（非同源染色體間易位)。
4)轉(zhuǎn)座因子 transposible element
1940`s B. McClintock 玉米遺傳研究發(fā)現(xiàn)染色體易位。
在染色體組中或染色體組間能改變自身位置的一段DNA序列稱作轉(zhuǎn)座因子。
有三類：
插入序列 IS：0.7-1.4 kb，只能引起轉(zhuǎn)座效應(yīng)，不含其它基因。
轉(zhuǎn)座子 Tn ：2-2.5 kb，含有幾個(gè)至十幾個(gè)基因。
Mu噬菌體：37 kb，含有20多個(gè)基因。
2、自發(fā)突變機(jī)制
Spontanous mutation：指微生物在沒有人工參與下發(fā)生的突變。
1)背景輻射和環(huán)境因素的誘變：低劑量長(zhǎng)期效應(yīng)。輻射、高溫、低濃度誘變劑。
2)自身代謝產(chǎn)物的誘變：H2O2—內(nèi)源誘變劑。
3)互變異構(gòu)效應(yīng)：T、G酮式或烯醇式，A、C氨基式或亞氨基式。一般傾向于酮式和烯醇式。T以烯醇式與G配對(duì)，C以亞氨基式與A配對(duì)。
4)環(huán)出效應(yīng)：DNA復(fù)制過程中偶爾環(huán)出。
（五)紫外線對(duì)DNA的損傷及機(jī)體對(duì)損傷DNA的修復(fù)
紫外線作用：同鏈DNA的相鄰T間形成共價(jià)T二聚體，阻礙堿基間正常配對(duì)，從而引起突變或死亡。
機(jī)體對(duì)損傷DNA的修復(fù)：
1、光復(fù)活作用：經(jīng)UV照射后的微生物暴露于可見光下，可明顯降低起死亡率，此稱光復(fù)活作用。
2、暗修復(fù)作用（切補(bǔ)修復(fù))：與光無(wú)關(guān)，須4種酶參與：核酸內(nèi)切酶、核酸外切酶、DNA聚合酶、DNA連接酶。
3、重組修復(fù)：發(fā)生在DNA復(fù)制過程或復(fù)制之后，不切除DNA損傷部位的修復(fù)。DNA鏈在復(fù)制時(shí)，受損的模板作用消失，互補(bǔ)單鏈（新鏈)里留下空隙，產(chǎn)生誘導(dǎo)信號(hào)，recA基因被誘導(dǎo)，產(chǎn)生大量重組蛋白，與新鏈缺口結(jié)合，引起 子鏈和母鏈交換。交換后母鏈缺口，通過聚合作用，以對(duì)側(cè)子鏈為模板合成DNA 片段填充，連接酶連接新舊鏈完成復(fù)制。
4、SOS修復(fù) ：一種能夠引起誤差修復(fù)的緊急呼救修復(fù)，是在無(wú)模板DNA 情況下合成酶的誘導(dǎo)修復(fù)。正常情況下無(wú)活性有關(guān)酶系，DNA受損傷而復(fù)制又受到抑制情況下發(fā)出信號(hào)，激活有關(guān)酶系，對(duì)DNA損傷進(jìn)行修復(fù)，其中DNA多聚酶起重要作用，在無(wú)模板情況下，進(jìn)行DNA修復(fù)再合成，并將DNA片段插入受損DNA空隙處。
5、DNA 多聚酶的校正作用：DNA 多聚酶除了對(duì)多核苷酸的多聚作用外，還具有3`到5`核酸外切酶作用，依靠這一作用，能在復(fù)制過程中隨時(shí)切除不正常的核柑酸。
上述修復(fù)中前3種屬無(wú)錯(cuò)誤修復(fù)，使誘變作用降低。而SOS修復(fù)屬易誤修復(fù)，造成誤差修復(fù)，引起突變。
3節(jié)：突變與育種 醫(yī)學(xué)全在線友情提供 gydjdsj.org.cn
菌種工作包括三方面：選種、育種、復(fù)壯和保藏。
選種—從自然界和生產(chǎn)中選擇符合需要菌種。
育種—進(jìn)一步提高已有菌種某種性能，使更符合要求。
選育新菌種可從幾方面著手：
1)從原有菌株入手進(jìn)行各種遺傳改造工作。
2)根據(jù)文獻(xiàn)資料報(bào)導(dǎo)的微生物種屬，向國(guó)內(nèi)外菌種保藏機(jī)構(gòu)索取同種或同屬菌株，從中尋求符合要求者。
3)根據(jù)所需菌種特性、嗜好或工藝要求，從特定的生態(tài)環(huán)境中以特定方法重新分離自然菌株。
（一)從自然界分離菌種（菌種分離與篩選)
一般步驟：（插入)
一、采樣
主要以土壤為樣品，一般采5-20cm深處土，須記錄日期、地點(diǎn)、環(huán)境情況等。要根據(jù)篩選目的、微生物分布、菌種特性以及與之有關(guān)的環(huán)境，綜合考慮，具體分析來決定。
二、增殖培養(yǎng)（富集培養(yǎng))
實(shí)際上是初篩濃縮，方法主要是：
1、控制營(yíng)養(yǎng)成分；2、控制培養(yǎng)條件。
菌種篩選主要步驟
調(diào)查研究及查閱充分的資料
↓
設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案
↓確定采集樣品的生態(tài)環(huán)境
采樣
↓確定特定的增殖條件
增殖培養(yǎng)
↓確定特殊的選擇培養(yǎng)基及可能的
↓定性或半定量快速檢出法
平板分離
↓
原種斜面
↓確定發(fā)酵培養(yǎng)基礎(chǔ)條件
篩選
↓
初篩（1株1瓶)
↓
復(fù)篩（1株3～5瓶)
↓結(jié)合初步工藝條件摸索
再?gòu)?fù)篩（1株3～5瓶)
↓
3～5株
↓
單株純種分離
↓ 生產(chǎn)性能試驗(yàn)
↓→毒性試驗(yàn)
菌種鑒定
