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第1章 绪论 1

本章导读 1

1.1 微生物遗传育种学的发生与发展 1

1.1.1 微生物研究的重要性 1

1.1.2 微生物遗传育种学的发生 2

1.1.3 微生物遗传育种学的发展 3

1.1.4 微生物遗传育种学的地位与作用 7

1.2 遗传物质的结构与复制 9

1.2.1 DNA结构 9

1.2.2 DNA复制 14

1.3 微生物特点与优越性及微生物遗传育种研究方法应用 18

1.3.1 微生物特点与优越性 18

1.3.2 细胞培养技术的应用 20

1.3.3 突变与诱变筛选技术的应用 20

1.3.4 显微镜观察技术 20

1.3.5 合成培养基的应用 21

1.3.6 液体培养技术的应用 21

1.3.7 体细胞融合和体细胞杂交技术的应用 21

1.3.8 质粒研究技术 22

第2章 微生物的突变与修复 23

本章导读 23

2.1 突变概述 23

2.1.1 突变 23

2.1.2 突变的划分 24

2.2 突变特点 30

2.2.1 基因突变的性质或特点 30

2.2.2 微生物突变的常见类型与菌株 32

2.2.3 抗药性突变的特点 35

2.2.4 抗药性产生的遗传机理 35

2.2.5 抗药性突变的区分 37

2.2.6 微生物的基因符号与命名规则 38

2.3 突变的分子机理 40

2.3.1 自发性损伤（自发突变） 41

2.3.2 诱发突变 44

2.3.3 突变热点 59

2.3.4 DNA分子的位点专一性诱变 60

2.3.5 诱发作用与人类癌症 60

2.4 突变修复 71

2.4.1 直接回复修复 72

2.4.2 切除修复 74

2.4.3 错配修复 76

2.4.4 重组修复 77

2.4.5 交联修复 78

2.4.6 双链断裂修复 81

2.4.7 SOS修复 84

2.4.8 电离辐射损伤修复 88

第3章 遗传重组与转座 90

本章导读 90

3.1 重组分类 90

3.2 同源重组机制 92

3.2.1 同源重组模型 92

3.2.2 基因转变及分子机制 95

3.2.3 细菌同源重组 97

3.2.4 酿酒酵母的同源重组 102

3.3 位点专一性重组 104

3.3.1 att位点 104

3.3.2 位点专一性蛋白因子 105

3.4 异常重组 107

3.4.1 末端连接 107

3.4.2 链滑动 108

3.5 转座重组 109

3.5.1 插入序列 109

3.5.2 非复制性复合转座子 112

3.5.3 复制性复杂转座子TnA 115

3.5.4 接合型转座子 118

3.5.5 转座噬菌体 119

3.5.6 非复制保守型转座子 121

3.5.7 转座作用的遗传学效应 122

3.6 真核微生物转座子 123

3.6.1 丝状真菌转座子 124

3.6.2 酵母转座子 127

第4章 病毒遗传重组体制 131

本章导读 131

4.1 噬菌体 133

4.1.1 噬菌体的繁殖 134

4.1.2 噬菌体突变型 140

4.1.3 噬菌体感染特性的研究方法 142

4.1.4 噬菌体的遗传分析 144

4.2 λ噬菌体 153

4.2.1 λ噬菌体基因组 153

4.2.2 λ噬菌体操纵子及调控区 155

4.2.3 λ噬菌体基因组表达 156

4.2.4 溶源途径 158

4.2.5 溶菌途径 161

4.2.6 溶源与溶菌途径和寄主基因表达的关系 166

4.3 反转录病毒 167

4.3.1 反转录病毒及其生活史 167

4.3.2 反转录病毒粒子结构特征 170

4.3.3 反转录病毒基因组 171

4.3.4 反转录病毒的复制、整合、表达 172

4.3.5 反转录病毒的作用 177

4.3.6 常见反转录病毒 177

4.4 常见动植物病毒 180

4.4.1 黄瓜花叶病毒 181

4.4.2 水稻矮缩病毒 181

4.4.3 花椰菜花叶病毒 185

4.4.4 流感与禽流感病毒 189

4.4.5 肝炎病毒 194

4.4.6 冠状病毒（SARS） 200

第5章 细菌与放线菌遗传重组体制 205

本章导读 205

5.1 大肠杆菌的接合作用 206

5.1.1 基因重组的发现与证实 207

5.1.2 接合分析 209

5.1.3 F因子与大肠杆菌的性别 211

5.1.4 部分二倍体与交换 215

5.1.5 中断杂交试验与连锁分析 215

5.1.6 性导 217

5.1.7 基因重组 218

5.1.8 大肠杆菌的基因组 220

5.2 转化作用 223

5.2.1 转化与发现 223

5.2.2 转化因子 223

5.2.3 转化过程 224

5.2.4 转化的效率因素 227

5.2.5 转化在遗传学分析中的应用 228

5.3 转导作用 230

5.3.1 转导与发现 230

5.3.2 转导过程 231

5.3.3 转导类型 231

5.4 放线菌遗传学 239

5.4.1 链霉菌基因重组的发现与研究概况 241

5.4.2 放线菌细胞结构与繁殖 241

5.4.3 链霉菌染色体与基因组 242

5.4.4 放线菌的类型 247

5.4.5 放线菌的致育因子 248

5.4.6 线性质粒和线性染色体的复制与转移 251

5.4.7 放线菌的接合和接合机制 252

5.4.8 链霉菌的遗传分析方法和基因连锁作图 257

5.4.9 放线菌重组与原生质体融合 261

5.5 古菌 263

5.5.1 古菌简介 263

5.5.2 古菌的遗传学研究 268

5.5.3 古菌探讨 270

第6章 真核微生物遗传重组体制 273

本章导读 273

6.1 顺序四分体的遗传学分析 274

6.1.1 粗糙脉孢菌的生活史 274

6.1.2 粗糙脉孢菌染色体基因组和线粒体基因组 275

6.1.3 粗糙脉孢菌有性杂交的四分体遗传分析 276

6.1.4 丝状真菌的转化及其特点 285

6.2 非顺序四分体遗传学分析 287

6.2.1 构巢曲霉生活史 287

6.2.2 构巢曲霉基因组 288

6.2.3 构巢曲霉的遗传分析 288

6.2.4 其他真菌基因组研究简介 291

6.2.5 担子菌纲与黏菌纲真菌的染色体及基因组研究简介 296

6.3 准性生殖 298

6.3.1 准性生殖概念 298

6.3.2 准性生殖的发现 298

6.3.3 准性生殖过程 299

6.3.4 有丝分裂定位 304

6.3.5 连锁群判断 307

6.3.6 准性生殖与有性生殖的区别 308

6.4 酵母菌 309

6.4.1 酵母菌生活史 309

6.4.2 酵母菌基因组 311

6.4.3 酵母菌染色体 315

6.4.4 酵母接合型 319

6.4.5 酵母接合型的转变 323

第7章 质粒遗传 332

本章导读 332

7.1 质粒概述 332

7.1.1 质粒的发现 333

7.1.2 质粒的命名规则 333

7.2 质粒的种类 334

7.2.1 致育质粒 334

7.2.2 抗性质粒 334

7.2.3 抗菌素质粒 336

7.2.4 降解质粒 337

7.2.5 致病性质粒 339

7.2.6 毒素质粒 342

7.2.7 共生固氮质粒 344

7.2.8 代谢型质粒 344

7.2.9 隐蔽质粒 345

7.3 细菌质粒的特性 345

7.3.1 质粒的复制 345

7.3.2 质粒的不亲和性 352

7.3.3 质粒的稳定性 353

7.3.4 质粒的转移 357

7.3.5 质粒的宿主 360

7.4 质粒的研究方法 362

7.4.1 质粒的检测 362

7.4.2 质粒的分离 365

7.4.3 质粒的纯化与鉴定 366

7.4.4 质粒的大小 370

7.4.5 质粒的数量 371

7.5 真核微生物质粒遗传 372

7.5.1 丝状真菌质粒 373

7.5.2 线性质粒的遗传 375

7.5.3 链孢霉线粒体遗传 375

7.5.4 酵母小菌落遗传 376

7.5.5 酵母菌中的质粒 378

7.5.6 共生酵母菌 380

7.6 人工改造质粒 381

7.6.1 克隆载体 382

7.6.2 表达载体 396

7.6.3 测序载体 399

7.6.4 整合载体 399

第8章 基因与微生物基因组学 400

本章导读 400

8.1 基因演变与作用 400

8.1.1 基因概念及其发展演变 400

8.1.2 DNA、基因结构与功能 404

8.2 微生物基因组学概况 408

8.2.1 基因组的大小和C值矛盾 409

8.2.2 微生物基因组学研究概况 410

8.2.3 基因组学工具——生物信息学 414

8.2.4 基因组学研究的基本内容 415

8.3 基因组学的一般研究技术 417

8.3.1 基因组的分离与纯化 417

8.3.2 建立克隆文库 418

8.3.3 DNA片段序列测序 418

8.3.4 物理序列图谱的建立 421

8.3.5 基因组注释 423

8.3.6 全基因组测序程序 427

8.3.7 流感嗜血菌基因组 429

8.4 微生物基因组 431

8.4.1 原核生物基因组 431

8.4.2 真核微生物基因组 436

8.4.3 细胞器基因组 441

8.4.4 基因演化与基因组挖掘 447

8.5 常见微生物基因组 449

8.5.1 病毒基因组 449

8.5.2 细菌基因组 452

8.5.3 放线菌基因组 457

8.5.4 古菌嗜热甲烷杆菌基因组 459

8.5.5 真菌基因组 461

8.6 基因功能与调节 461

8.6.1 蛋白质组学 461

8.6.2 DNA微阵列（DNA microarray）或DNA芯片（DNA chips） 462

8.7 微生物基因组的进化 462

8.7.1 原核生物的进化及分类简史 462

8.7.2 细菌基因组的进化 463

8.7.3 病源菌和共生菌与宿主的协同进化 464

第9章 微生物基因表达调控 467

本章导读 467

9.1 DNA水平表达调控 468

9.1.1 基因重排 468

9.1.2 基因倍增 469

9.1.3 基因丢失 471

9.2 染色质调节 472

9.2.1 DNA甲基化修饰与基因活化 472

9.2.2 核小体结构与基因转录 473

9.2.3 改构复合体与活性染色质形成 474

9.3 转录调节的基础构件 479

9.3.1 基因结构 479

9.3.2 顺式作用元件 482

9.3.3 反式作用因子及结构域 492

9.4 转录过程调节 497

9.4.1 转录因子与RNA聚合酶对转录的起始调节 497

9.4.2 转录后加工调节 503

9.4.3 转录终止和抗终止调节 513

9.4.4 代谢产物对基因活性的调节 515

9.4.5 葡萄糖效应对基因活性的调节 517

9.5 翻译调控 517

9.5.1 真核K序列与原核SD序列的翻译起始调控 517

9.5.2 磷酸化修饰对翻译起始的调控 519

9.5.3 RNA的高级结构对翻译起始调控 520

9.5.4 固定模式的差别表达与等量表达调节 521

9.5.5 反义RNA调节 523

9.5.6 翻译的自体调控 524

9.5.7 σ因子更替的发育差别表达与热激应答调控 527

9.5.8 酵母细胞稳定期和对数生长期的翻译调控 530

9.5.9 信息素识别诱导调节 531

9.5.10 应激反应 533

9.6 基因表达模式类型 534

9.6.1 双重控制的乳糖操纵子 534

9.6.2 双启动子的半乳糖操纵子 537

9.6.3 具有衰减作用的色氨酸操纵子 539

9.6.4 双向控制的阿拉伯糖操纵子 541

9.6.5 多重调节的组氨酸操纵子 543

9.6.6 双组分调节系统 544

9.6.7 肺炎克氏杆菌的固氮调控 545

9.6.8 多启动子调控的操纵子 548

9.6.9 基因家族的调控 548

9.6.10 转录因子HAP对细胞色素C的转录调控 551

第10章 微生物育种与应用 553

本章导读 553

10.1 微生物杂交育种 553

10.1.1 微生物杂交育种 553

10.1.2 微生物杂交育种基本步骤 554

10.1.3 不同微生物类群杂交育种方法 554

10.2 原生质体育种 565

10.2.1 原生质体融合技术 565

10.2.2 原生质体融合技术程序 566

10.2.3 微生物原生质体再生育种 580

10.2.4 微生物原生质体诱变育种 580

10.2.5 微生物原生质体转化育种 582

10.3 微生物诱变育种 582

10.3.1 微生物诱变育种的作用 582

10.3.2 诱变育种基本程序 583

10.3.3 出发菌株的选择 584

10.3.4 单孢子（或单细胞）悬液的制备 586

10.3.5 诱变处理 587

10.3.6 中间培养 591

10.3.7 突变株的浓缩与分离筛选 591

10.3.8 生长菌产物活性鉴定 604

10.3.9 摇瓶数据的调整和有关菌株特性的观察分析 605

10.3.10 诱变剂致癌性检测 606

10.4 微生物基因工程 609

10.4.1 基因工程的概念 609

10.4.2 基因工程的基本步骤 610

10.4.3 基因工程的基本要素 611

10.4.4 重组DNA分子的构建 619

10.4.5 转化的方法 619

10.4.6 重组转化子的筛选和鉴定 621

10.4.7 基因工程诱变育种 623

10.5 微生物遗传育种学在现代生物技术中的应用 629

10.5.1 利用微生物进行发酵生产生物产品 629

10.5.2 利用微生物生产生物农药 631

10.5.3 利用微生物防治植物病害 633

10.5.4 利用微生物生产生物肥料 634

10.5.5 利用微生物净化环境 637

10.5.6 利用微生物使废料再生 640

10.5.7 利用微生物进行采矿 641

10.5.8 利用微生物生产抗体与疫苗 642

参考文献 646