2023届高中生物竞赛辅导课件：微生物育种

微生物育种 微生物育种的目的 人为的使某种代谢产物过量积累，把生物合成的代谢途径朝人们所希望的方向引导，或者促使细胞内发生基因的重新组合优化遗传性状，实现人为控制微生物，获得我们所需要的高产、优质和低耗的菌种 微生物育种 微生物育种的方法 解除或突破微生物的代谢调节控制，进行优良性状的组合 利用基因工程的方法人为改造或构建菌株 微生物育种 一、诱变育种 二、代谢工程育种 三、体内基因重组育种 四、DNA Shuffling技术 微生物育种 一、诱变育种 利用各种诱变剂处理微生物细胞，提高基因的随机突变频率，通过一定的筛选方法(或特定的筛选子)获得所需要的高质优产菌株 微生物育种 1、常用诱变剂的使用方法 紫外线——物理诱变剂 紫外灯预热20min 取3~5mL细胞悬浮液置于6cm培养皿中 置于诱变箱内的电磁搅拌器上，照射3~5min进行表面杀菌 打开培养皿盖，开启电磁搅拌器，边照射边搅拌 在红光灯下，取菌悬液稀释、涂布；或暗培养一段时间后涂平板 微生物育种 一、诱变育种 1、常用诱变剂的使用方法 5-溴尿嘧啶(5-BU): 化学诱变剂 无菌生理盐水微热溶解5-BU(2mg/mL) 消耗自身营养物质 对数期细胞，重悬于缓冲液或生理盐水，过夜 5-BU加入培养基，终浓度10~20 μg/mL 倒平板 涂布菌液 生长 挑单菌落测定 孢子悬浮液 较高浓度5-BU (100~1000μg/mL) 混匀 振荡培养一定时间 稀释 涂布 各种诱变剂处理方式大体相同，但浓度、时间、缓冲液等方面有差异 微生物育种 一、诱变育种 1、常用诱变剂的使用方法 5-溴尿嘧啶(5-BU): 化学诱变剂 无菌生理盐水微热溶解5-BU(2mg/mL) 消耗自身营养物质 对数期细胞，重悬于缓冲液或生理盐水，过夜 5-BU加入培养基，终浓度10~20 μg/mL 倒平板 涂布菌液 生长 挑单菌落测定 孢子悬浮液 较高浓度5-BU (100~1000μg/mL) 混匀 振荡培养一定时间 稀释 涂布 各种诱变剂处理方式大体相同，但浓度、时间、缓冲液等方面有差异 非定向性、随机性、低效性 为了提高诱变率，常用物理和化学诱变剂交替使用，菌悬液充分接触诱变剂，且通常选用对数生长的菌株 微生物育种 一、诱变育种 二、代谢工程育种 三、体内基因重组育种 四、DNA Shuffling技术 微生物育种 二、代谢工程育种 利用基因工程技术对微生物代谢网络中特定代谢途径进行有精确目标的基因操作，改变微生物原有的调节系统，使目的代谢产物的活性或产量得到大幅度提高的一种育种技术 微生物育种 二、代谢工程育种 方法 1、改变代谢途径 2、扩展代谢途径 3、构建新的代谢途径 微生物育种 二、代谢工程育种 1、改变代谢途径 天冬氨酸 天冬氨酰磷酸 天冬氨酰半醛 二氢吡啶二羟酸 高丝氨酸 赖氨酸 磷酸高丝氨酸 苏氨酸 异亮氨酸 协同反馈抑制 天冬氨酸激酶 诱变技术选育高丝氨酸缺陷型，使分支代谢流向赖氨酸，获得产赖氨酸的突变株 微生物育种 二、代谢工程育种 1、改变代谢途径 天冬氨酸 天冬氨酰磷酸 天冬氨酰半醛 二氢吡啶二羟酸 高丝氨酸 赖氨酸 磷酸高丝氨酸 苏氨酸 异亮氨酸 协同反馈抑制 天冬氨酸激酶 诱变技术选育高丝氨酸缺陷型，使分支代谢流向赖氨酸，获得产赖氨酸的突变株 基因工程技术，克隆二氢吡啶二羟酸合成酶基因，所获工程菌可以积累更多的赖氨酸 微生物育种 二、代谢工程育种 1、改变代谢途径 天冬氨酸 天冬氨酰磷酸 天冬氨酰半醛 二氢吡啶二羟酸 高丝氨酸 赖氨酸 磷酸高丝氨酸 苏氨酸 异亮氨酸 协同反馈抑制 天冬氨酸激酶 以解除反馈抑制的赖氨酸产生菌棒状杆菌为宿主，转入高丝氨酸脱氢酶基因，使菌株赖氨酸产量下降，而苏氨酸产量增加 微生物育种 二、代谢工程育种 2、扩展代谢途径 在引入外源基因后，使原来的代谢途径向后延伸，产生新的末端产物，或使原来的代谢途径向前延伸，可以利用新的原料合成代谢产物 微生物育种 二、代谢工程育种 2、扩展代谢途径 草生殴文氏菌 缺乏 与棒杆菌串联发酵 两株菌各自承担一段转化任务。操作繁琐，而且能源消耗也大 葡萄糖 2,5-二酮基葡糖酸 α-酮基古农酸 维生素C 2,5-二酮基葡糖酸还原酶 例子 微生物育种 二、代谢工程育种 2、扩展代谢途径 草生殴文氏菌 葡萄糖 2,5-二酮基葡糖酸 α-酮基古农酸 维生素C 2,5-二酮基葡糖酸还原酶 基因工程技术将棒杆菌2,5-二酮基葡糖酸还原酶基因导入草生殴文氏菌 √ 例子 微生物育种 二、代谢工程育种 3、构建新的代谢途径 通过基因克隆方法，使细胞中原来无关的两条代谢途径连接起来，形成新的代谢途径，产生新的代谢产物 微生物育种 二、代谢工程育种 3、构建新的代谢途径 放线紫红素合成基因 曼得霉素产生菌 曼得紫红素 碳霉素产生