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微生物遺傳育種學 版權信息
- ISBN：9787030384416
- 條形碼：9787030384416 ; 978-7-03-038441-6
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
微生物遺傳育種學 內容簡介
本書主要內容包括:微生物遺傳育種學在微生物領域的地位及重要性、微生物遺傳育種學的發展、微生物的遺傳物質、微生物基因突變機理、原核生物的基因表達與調控、真核生物的基因表達與調控、基因表達調控的分子機制、細菌的遺傳、放線菌的遺傳、酵母菌的遺傳、絲狀菌的遺傳、優良菌種篩選、經典育種方法、微生物代謝控制育種、微生物雜交育種、微生物原生質體融合育種、DNA重組育種、分子定向進化育種等。講述微生物遺傳的基本原理及微生物優良菌株篩選育種的基本方法和技術。
微生物遺傳育種學 目錄
目錄
前言
**章 緒論 1
**節 微生物遺傳育種學的發展史 1
一、微生物遺傳育種學的奠基階段 1
二、微生物遺傳育種學的形成階段 1
三、微生物遺傳育種學的發展階段 3
四、微生物遺傳育種學的研究內容及意義 4
第二節 微生物細胞的基本結構 6
一、病毒的基本結構 6
二、原核生物細胞的基本結構 6
三、真核微生物細胞的基本結構 8
第三節 微生物的遺傳物質 9
一、DNA的基本結構 9
二、DNA的復制 11
三、DNA的基本性質 12
四、DNA的變性、復性和雜交 12
五、RNA的基本結構和功能 13
思考題 13
第二章 微生物基因組的結構與功能 14
**節 微生物的基因和基因組 14
一、基因與基因組的概念 14
二、基因與基因組學 15
三、互補測驗和順反子概念 16
四、操縱子學說與基因家族 17
五、外顯子與內含子 17
六、重疊基因與轉座基因 18
第二節 原核生物的染色體及其復制 21
一、原核生物染色體的基本特征 21
二、細菌染色體的結構 21
三、細菌染色體的復制 22
第三節 原核生物的基因與基因組 24
一、大腸桿菌的基因組 24
二、原核生物的擬核結構 25
三、細菌的質粒 25
第四節 病毒的基因與基因組 26
一、病毒基因組的結構 26
二、反轉錄病毒基因組的結構與功能 26
三、反轉錄病毒的特征與遺傳 27
四、T4噬菌體的基本特征與遺傳 28
五、λ噬菌體的遺傳特征 29
第五節 真核生物染色體的基本結構和復制 30
一、真核生物染色體的基本結構 30
二、常染色質和異染色質 33
三、真核生物染色體的復制 33
第六節 真核生物的基因與基因組 35
一、真核生物基因組的大小 35
二、真核生物DNA的復性 37
三、真核生物染色體上的單一序列及重復序列 38
四、衛星DNA 39
五、基因家族與基因簇 40
六、真核生物的割裂基因 40
七、串聯重復序列 42
思考題 42
第三章 微生物基因表達的調控 44
**節 微生物基因表達調控概述 44
一、微生物基因調控的類型 45
二、微生物基因調控的主要特點 46
第二節 操縱子 47
一、操縱子模型的提出 47
二、操縱子的基本結構 47
三、操縱子類型 47
第三節 乳糖操縱子 48
一、乳糖操縱子基本結構 48
二、乳糖操縱子負控誘導模式 49
三、乳糖操縱子的正調控模式 50
四、其他調控模式 52
五、乳糖操縱子的本底水平表達 52
六、阻遏蛋白與激活物 53
七、誘導物與輔阻遏物 54
八、阻遏蛋白與操縱子DNA的作用機制 54
第四節 其他操縱子及其調控模式 55
一、半乳糖操縱子——具有雙啟動子 55
二、阿拉伯糖操縱子 56
三、色氨酸操縱子——負控阻遏 58
四、含多啟動子的操縱子 61
五、細菌的應急反應 62
第五節 微生物基因的轉錄 62
一、特定的DNA結構 62
二、RNA聚合酶 64
三、轉錄過程 67
第六節 轉錄水平上的調控 73
一、啟動子的結構決定了轉錄起始的基準水平 73
二、因子與轉錄起始調控 73
三、轉錄終止調控——抗終止和弱化調控 74
四、組蛋白類似蛋白的調控 76
五、轉錄調控因子的作用 76
六、增強元件的調控 76
七、轉錄的抑制 76
第七節 轉錄后及翻譯水平的調控 77
一、重疊基因對翻譯的影響 77
二、嚴緊反應 77
三、反義RNA對翻譯的調控 78
四、mRNA結構對翻譯起始的調節（SD序列與翻譯起始效率） 79
五、mRNA的穩定性對基因表達的調控 80
六、核糖體蛋白合成的自體調控 80
七、調節蛋白的調控作用 81
八、稀有密碼子對翻譯的影響 81
九、翻譯的阻遏 81
十、核開關 81
十一、噬菌體基因組表達的時序調控 82
十二、原核生物的全局調控群體感應 84
第八節 真核微生物基因表達的調控 85
一、真核微生物基因表達調控的特點 85
二、真核微生物基因轉錄調控機制 86
三、染色體水平的調控 90
四、轉錄后水平的調控 92
五、翻譯和翻譯后水平的調控 92
第九節 蛋白質的運輸和分泌 95
一、信號肽假說 95
二、細菌蛋白質的運送和分泌 96
三、酵母蛋白質的運送和分泌 100
思考題 101
第四章 細菌的遺傳和基因重組 103
**節 基因的轉化現象 103
一、轉化的發現 103
二、轉化的本質 103
三、利用轉化繪制遺傳圖 105
第二節 細菌的質粒 106
一、質粒的發現 106
二、質粒的命名原則 106
三、質粒編碼的遺傳表型 106
四、質粒的復制和調控 108
五、質粒的不親和性 111
六、質粒的可轉移性 112
七、質粒不穩定性 112
八、質粒的檢測與獲得 113
第三節 細菌的接合作用 115
一、接合現象的發現 115
二、F質粒與接合作用的關系 116
三、F質粒的結構 118
四、中斷雜交和基因定位 118
五、其他細菌中的接合現象 119
第四節 細菌的轉導現象 119
一、細菌轉導的發現 119
二、轉導與噬菌體的關系 120
三、普遍性轉導 121
四、局限性轉導 122
五、轉導在遺傳學研究中的應用 123
思考題 124
第五章 酵母菌的遺傳和基因重組 125
**節 概述 125
一、酵母菌的基本特征 125
二、具有重要應用價值的酵母菌 125
第二節 酵母菌的遺傳物質和遺傳操作方法 126
一、染色體組織結構 126
二、染色體外DNA 126
三、釀酒酵母遺傳操作方法 127
四、釀酒酵母之外酵母中外源蛋白的表達 129
第三節 酵母線粒體基因組及其遺傳 131
一、呼吸缺陷突變株 131
二、酵母線粒體基因組的物理圖譜及其特點 131
第四節 酵母基因表達的調控 131
一、酵母基因的啟動子元件 131
二、酵母的轉錄調控因子 132
第五節 酵母菌誘導和阻遏分子機制 134
一、葡萄糖阻遏的分子機制 134
二、磷脂酰肌醇類信號轉導與葡萄糖阻遏的可能關系 135
三、葡萄糖解阻遏與酵母菌酶的合成和調控 135
四、在鐵載體合成過程中阻遏機制的研究 136
五、氮阻遏機制的研究現狀 137
六、誘導機制的研究現狀 138
思考題 139
第六章 放線菌的遺傳和基因重組 140
**節 鏈霉菌的染色體 140
一、DNA的堿基組成 140
二、鏈霉菌的染色體DNA 140
三、鏈霉菌染色體的缺失、擴增和重排 140
第二節 鏈霉菌中的質粒、轉座因子和噬菌體 142
一、鏈霉菌中的質粒 142
二、鏈霉菌中的轉座因子 145
三、鏈霉菌中的噬菌體 146
第三節 鏈霉菌的接合作用 146
一、鏈霉菌基因重組的發現 146
二、天藍色鏈霉菌中的性別體制和遺傳重組 147
三、鏈霉菌遺傳分析方法和基因連鎖圖的制作 150
四、鏈霉菌與大腸桿菌之間的接合作用 154
第四節 鏈霉菌的原生質體融合和轉化 154
一、原生質體融合 154
二、轉化和轉染 154
思考題 155
第七章 絲狀真菌的遺傳和基因重組 156
**節 絲狀真菌的遺傳物質和基因表達調控 156
一、絲狀真菌的遺傳物質 156
二、絲狀真菌的基因結構 157
三、基因表達的調控 157
第二節 絲狀真菌中的質粒 158
一、質粒的類型和特征 158
二、絲狀真菌中的天然質粒及其分布 159
三、質粒的遺傳 160
四、質粒整合到mtDNA 160
第三節 絲狀真菌的轉化 160
一、外源DNA導入絲狀真菌的方法 160
二、載體及其選擇標記 161
三、絲狀真菌轉化子的表達及其穩定性 161
第四節 粗糙脈孢菌的遺傳分析 162
一、粗糙脈孢菌的生活史 162
二、粗糙脈孢菌有性雜交的四分體遺傳分析 162
三、粗糙脈孢菌有性雜交的隨機孢子分析 165
第五節 構巢曲霉的遺傳分析 166
一、構巢曲霉的生活史 166
二、構巢曲霉有性雜交的遺傳分析 166
第六節 真菌的準性生殖 167
一、準性生殖的普遍性 167
二、準性生殖過程 168
思考題 170
第八章 基因突變及傳統微生物育種 171
**節 基因突變的類型 171
一、自發突變和誘發突變 171
二、基因突變及染色體畸變 171
三、顯性突變及隱性突變 171
四、基因突變及突變型 171
五、條件突變及非條件突變 172
六、功能缺失型突變及功能獲得型突變 172
七、回復突變及抑制突變 172
第二節 基因突變的分子機制 173
一、堿基置換 173
二、插入和缺失突變 173
三、移碼突變 173
第三節 基因突變的誘發因素 174
一、基因突變的生物誘發因素 174
二、基因突變的物理誘發因素 175
三、基因突變的化學誘發因素 176
四、誘變劑及誘變劑檢測 178
第四節 基因突變的修復及修復機制 180
一、DNA的光修復 180
二、DNA的切除修復 181
三、DNA的錯配修復 182
四、DNA的重組修復 183
五、SOS修復及雙鏈斷裂修復 184
第五節 誘變育種及突變體獲得 187
一、誘變育種的基本方法與步驟 187
二、突變體的常規分離與篩選 189
三、營養缺陷型的分離與篩選 190
四、噬菌體抗性突變株的分離與篩選 191
五、溫敏突變株的分離與篩選 192
六、轉座子標簽突變體 192
七、突變體庫的飽和度分析 193
八、突變體位點的檢測 194
第六節 微生物代謝控制育種 194
一、初級代謝及次級代謝 194
二、初級代謝的調節控制 195
三、酶合成調節及酶活性調節的概念 196
四、反饋抑制與反饋阻遏的比較 197
五、次級代謝的調節控制 197
六、次級代謝產物的誘導調節 197
七、次級代謝產物的碳源分解調節 197
八、次級代謝產物的氮源分解調節 198
九、次級代謝產物的磷酸鹽調節 198
十、次級代謝產物的細胞膜透性調節 198
十一、次級代謝產物的反饋調節 198
十二、組成型突變株的選育 199
十三、抗分解調節突變株的選育 199
十四、抗反饋調節突變株的選育 201
十五、營養缺陷型在代謝調節育種中的應用 203
十六、細胞膜透性突變株的選育及在代謝調節育種中的應用 204
前言
**章 緒論 1
**節 微生物遺傳育種學的發展史 1
一、微生物遺傳育種學的奠基階段 1
二、微生物遺傳育種學的形成階段 1
三、微生物遺傳育種學的發展階段 3
四、微生物遺傳育種學的研究內容及意義 4
第二節 微生物細胞的基本結構 6
一、病毒的基本結構 6
二、原核生物細胞的基本結構 6
三、真核微生物細胞的基本結構 8
第三節 微生物的遺傳物質 9
一、DNA的基本結構 9
二、DNA的復制 11
三、DNA的基本性質 12
四、DNA的變性、復性和雜交 12
五、RNA的基本結構和功能 13
思考題 13
第二章 微生物基因組的結構與功能 14
**節 微生物的基因和基因組 14
一、基因與基因組的概念 14
二、基因與基因組學 15
三、互補測驗和順反子概念 16
四、操縱子學說與基因家族 17
五、外顯子與內含子 17
六、重疊基因與轉座基因 18
第二節 原核生物的染色體及其復制 21
一、原核生物染色體的基本特征 21
二、細菌染色體的結構 21
三、細菌染色體的復制 22
第三節 原核生物的基因與基因組 24
一、大腸桿菌的基因組 24
二、原核生物的擬核結構 25
三、細菌的質粒 25
第四節 病毒的基因與基因組 26
一、病毒基因組的結構 26
二、反轉錄病毒基因組的結構與功能 26
三、反轉錄病毒的特征與遺傳 27
四、T4噬菌體的基本特征與遺傳 28
五、λ噬菌體的遺傳特征 29
第五節 真核生物染色體的基本結構和復制 30
一、真核生物染色體的基本結構 30
二、常染色質和異染色質 33
三、真核生物染色體的復制 33
第六節 真核生物的基因與基因組 35
一、真核生物基因組的大小 35
二、真核生物DNA的復性 37
三、真核生物染色體上的單一序列及重復序列 38
四、衛星DNA 39
五、基因家族與基因簇 40
六、真核生物的割裂基因 40
七、串聯重復序列 42
思考題 42
第三章 微生物基因表達的調控 44
**節 微生物基因表達調控概述 44
一、微生物基因調控的類型 45
二、微生物基因調控的主要特點 46
第二節 操縱子 47
一、操縱子模型的提出 47
二、操縱子的基本結構 47
三、操縱子類型 47
第三節 乳糖操縱子 48
一、乳糖操縱子基本結構 48
二、乳糖操縱子負控誘導模式 49
三、乳糖操縱子的正調控模式 50
四、其他調控模式 52
五、乳糖操縱子的本底水平表達 52
六、阻遏蛋白與激活物 53
七、誘導物與輔阻遏物 54
八、阻遏蛋白與操縱子DNA的作用機制 54
第四節 其他操縱子及其調控模式 55
一、半乳糖操縱子——具有雙啟動子 55
二、阿拉伯糖操縱子 56
三、色氨酸操縱子——負控阻遏 58
四、含多啟動子的操縱子 61
五、細菌的應急反應 62
第五節 微生物基因的轉錄 62
一、特定的DNA結構 62
二、RNA聚合酶 64
三、轉錄過程 67
第六節 轉錄水平上的調控 73
一、啟動子的結構決定了轉錄起始的基準水平 73
二、因子與轉錄起始調控 73
三、轉錄終止調控——抗終止和弱化調控 74
四、組蛋白類似蛋白的調控 76
五、轉錄調控因子的作用 76
六、增強元件的調控 76
七、轉錄的抑制 76
第七節 轉錄后及翻譯水平的調控 77
一、重疊基因對翻譯的影響 77
二、嚴緊反應 77
三、反義RNA對翻譯的調控 78
四、mRNA結構對翻譯起始的調節（SD序列與翻譯起始效率） 79
五、mRNA的穩定性對基因表達的調控 80
六、核糖體蛋白合成的自體調控 80
七、調節蛋白的調控作用 81
八、稀有密碼子對翻譯的影響 81
九、翻譯的阻遏 81
十、核開關 81
十一、噬菌體基因組表達的時序調控 82
十二、原核生物的全局調控群體感應 84
第八節 真核微生物基因表達的調控 85
一、真核微生物基因表達調控的特點 85
二、真核微生物基因轉錄調控機制 86
三、染色體水平的調控 90
四、轉錄后水平的調控 92
五、翻譯和翻譯后水平的調控 92
第九節 蛋白質的運輸和分泌 95
一、信號肽假說 95
二、細菌蛋白質的運送和分泌 96
三、酵母蛋白質的運送和分泌 100
思考題 101
第四章 細菌的遺傳和基因重組 103
**節 基因的轉化現象 103
一、轉化的發現 103
二、轉化的本質 103
三、利用轉化繪制遺傳圖 105
第二節 細菌的質粒 106
一、質粒的發現 106
二、質粒的命名原則 106
三、質粒編碼的遺傳表型 106
四、質粒的復制和調控 108
五、質粒的不親和性 111
六、質粒的可轉移性 112
七、質粒不穩定性 112
八、質粒的檢測與獲得 113
第三節 細菌的接合作用 115
一、接合現象的發現 115
二、F質粒與接合作用的關系 116
三、F質粒的結構 118
四、中斷雜交和基因定位 118
五、其他細菌中的接合現象 119
第四節 細菌的轉導現象 119
一、細菌轉導的發現 119
二、轉導與噬菌體的關系 120
三、普遍性轉導 121
四、局限性轉導 122
五、轉導在遺傳學研究中的應用 123
思考題 124
第五章 酵母菌的遺傳和基因重組 125
**節 概述 125
一、酵母菌的基本特征 125
二、具有重要應用價值的酵母菌 125
第二節 酵母菌的遺傳物質和遺傳操作方法 126
一、染色體組織結構 126
二、染色體外DNA 126
三、釀酒酵母遺傳操作方法 127
四、釀酒酵母之外酵母中外源蛋白的表達 129
第三節 酵母線粒體基因組及其遺傳 131
一、呼吸缺陷突變株 131
二、酵母線粒體基因組的物理圖譜及其特點 131
第四節 酵母基因表達的調控 131
一、酵母基因的啟動子元件 131
二、酵母的轉錄調控因子 132
第五節 酵母菌誘導和阻遏分子機制 134
一、葡萄糖阻遏的分子機制 134
二、磷脂酰肌醇類信號轉導與葡萄糖阻遏的可能關系 135
三、葡萄糖解阻遏與酵母菌酶的合成和調控 135
四、在鐵載體合成過程中阻遏機制的研究 136
五、氮阻遏機制的研究現狀 137
六、誘導機制的研究現狀 138
思考題 139
第六章 放線菌的遺傳和基因重組 140
**節 鏈霉菌的染色體 140
一、DNA的堿基組成 140
二、鏈霉菌的染色體DNA 140
三、鏈霉菌染色體的缺失、擴增和重排 140
第二節 鏈霉菌中的質粒、轉座因子和噬菌體 142
一、鏈霉菌中的質粒 142
二、鏈霉菌中的轉座因子 145
三、鏈霉菌中的噬菌體 146
第三節 鏈霉菌的接合作用 146
一、鏈霉菌基因重組的發現 146
二、天藍色鏈霉菌中的性別體制和遺傳重組 147
三、鏈霉菌遺傳分析方法和基因連鎖圖的制作 150
四、鏈霉菌與大腸桿菌之間的接合作用 154
第四節 鏈霉菌的原生質體融合和轉化 154
一、原生質體融合 154
二、轉化和轉染 154
思考題 155
第七章 絲狀真菌的遺傳和基因重組 156
**節 絲狀真菌的遺傳物質和基因表達調控 156
一、絲狀真菌的遺傳物質 156
二、絲狀真菌的基因結構 157
三、基因表達的調控 157
第二節 絲狀真菌中的質粒 158
一、質粒的類型和特征 158
二、絲狀真菌中的天然質粒及其分布 159
三、質粒的遺傳 160
四、質粒整合到mtDNA 160
第三節 絲狀真菌的轉化 160
一、外源DNA導入絲狀真菌的方法 160
二、載體及其選擇標記 161
三、絲狀真菌轉化子的表達及其穩定性 161
第四節 粗糙脈孢菌的遺傳分析 162
一、粗糙脈孢菌的生活史 162
二、粗糙脈孢菌有性雜交的四分體遺傳分析 162
三、粗糙脈孢菌有性雜交的隨機孢子分析 165
第五節 構巢曲霉的遺傳分析 166
一、構巢曲霉的生活史 166
二、構巢曲霉有性雜交的遺傳分析 166
第六節 真菌的準性生殖 167
一、準性生殖的普遍性 167
二、準性生殖過程 168
思考題 170
第八章 基因突變及傳統微生物育種 171
**節 基因突變的類型 171
一、自發突變和誘發突變 171
二、基因突變及染色體畸變 171
三、顯性突變及隱性突變 171
四、基因突變及突變型 171
五、條件突變及非條件突變 172
六、功能缺失型突變及功能獲得型突變 172
七、回復突變及抑制突變 172
第二節 基因突變的分子機制 173
一、堿基置換 173
二、插入和缺失突變 173
三、移碼突變 173
第三節 基因突變的誘發因素 174
一、基因突變的生物誘發因素 174
二、基因突變的物理誘發因素 175
三、基因突變的化學誘發因素 176
四、誘變劑及誘變劑檢測 178
第四節 基因突變的修復及修復機制 180
一、DNA的光修復 180
二、DNA的切除修復 181
三、DNA的錯配修復 182
四、DNA的重組修復 183
五、SOS修復及雙鏈斷裂修復 184
第五節 誘變育種及突變體獲得 187
一、誘變育種的基本方法與步驟 187
二、突變體的常規分離與篩選 189
三、營養缺陷型的分離與篩選 190
四、噬菌體抗性突變株的分離與篩選 191
五、溫敏突變株的分離與篩選 192
六、轉座子標簽突變體 192
七、突變體庫的飽和度分析 193
八、突變體位點的檢測 194
第六節 微生物代謝控制育種 194
一、初級代謝及次級代謝 194
二、初級代謝的調節控制 195
三、酶合成調節及酶活性調節的概念 196
四、反饋抑制與反饋阻遏的比較 197
五、次級代謝的調節控制 197
六、次級代謝產物的誘導調節 197
七、次級代謝產物的碳源分解調節 197
八、次級代謝產物的氮源分解調節 198
九、次級代謝產物的磷酸鹽調節 198
十、次級代謝產物的細胞膜透性調節 198
十一、次級代謝產物的反饋調節 198
十二、組成型突變株的選育 199
十三、抗分解調節突變株的選育 199
十四、抗反饋調節突變株的選育 201
十五、營養缺陷型在代謝調節育種中的應用 203
十六、細胞膜透性突變株的選育及在代謝調節育種中的應用 204
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微生物遺傳育種學 節選
**章 緒論 **節 微生物遺傳育種學的發展史 一、微生物遺傳育種學的奠基階段 早在微生物學發展初期，微生物遺傳和變異的現象就被微生物學家所發現。法國微生物學家路易斯 巴斯德（L. Pasteur，1822～1895）曾經觀察到炭疽桿菌（Bacillus anthracis）在高溫條件下培養，其毒性大減而抗原性不變的現象，這一變異現象被成功地應用到炭疽桿菌的疫苗制造。 德國細菌學家羅伯特 科赫（R. Koch，1843～1910）在研究疾病發生的原因時，發現某種疾病的發生和某種特殊細菌有著直接的關系，為了證實這一結論，他將由病原體所分離得到的細菌重新接種到健康的動物體上，觀察是否引起同一病癥，然后由病體上再分離到同一種細菌，由此來研究疾病與微生物之間的關系。通過長期深入的研究，某種疾病的發生與微生物的關系得以證實，并且微生物可以遺傳的理論也初步確立。 19世紀末，在研究小麥銹病過程中，發現了小麥銹病的生理族及小麥銹病相關微生物的分化變異現象，從而加深了人們對于微生物遺傳和變異的認識。 1907年，發現了睡眠病蟲中微生物的抗藥性變異現象，同年，馬西尼（Massini）發表了名為《可突變的大腸桿菌》的學術論文，報道了從非乳糖發酵的菌株中分離出可發酵乳糖的變異株，并且測定了變異率。 1927年，哈德利（Hadly）系統地論述了細菌形態、生理生化特征、防腐劑抗性等方面發生的變異現象。隨著化學藥物治療的發展，又陸續發現了細菌對于各種藥物的抗藥性現象。但是，在20世紀40年代以前，一般認為，細菌的抗藥性并非由基因突變引起，而是長期與藥物接觸引起的生理適應性。 1928年，人們發現了肺炎雙球菌的轉化現象，但是，直到40年代中期才闡明了轉化因子的化學本質是脫氧核糖核酸（DNA）。 20世紀30年代，對酵母菌、草履蟲和脈孢菌進行了較為系統和深入的遺傳學研究，并進行了基因重組和基因定位。 總之，20世紀40年代以前，微生物遺傳學的研究是不系統和非常初步的。這個時期的遺傳學研究只限于對一些進行有性生殖，特別是產生有性孢子的微生物，對不進行有性生殖的微生物的遺傳學研究手段尚未建立。 但是，20世紀40年代以前大量關于微生物遺傳和變異現象的觀察，以及酵母菌和脈孢菌中的經典遺傳學（classical genetics）研究都為整個微生物遺傳學的發展打下了基礎。此外，40年代初期，由于抗生素工業的興起，又推動了微生物遺傳育種學的大發展。在研究高等生物基因的作用機制時，人們發現采用微生物作為研究材料具有諸多好處，這為現代微生物遺傳學、分子生物學及基因工程的誕生起到了極大的推動作用。 二、微生物遺傳育種學的形成階段 （一）20世紀40年代 20世紀40年代以比德爾（J. W. Beadle）和塔特姆（E. L. Tatum）為代表的微生物和遺傳學家利用X射線誘變脈孢菌細胞，發現了脈孢菌營養缺陷型。這項研究開辟了生化遺傳的新思路和新方法，不但為基因作用機制的研究確立了基礎，而且為闡明代謝途徑提供了有效方法，在基因作用機制研究中提出了“一個基因一種酶”的假設，這是分子遺傳學研究的開端。 利用營養缺陷型探索代謝途徑這一思想方法在微生物遺傳育種學中得到廣泛應用，逐步開展了基因重組、發育、分化、形態建成、誘變育種等方面的研究。營養缺陷型在基因作用、基因結構、基因突變等研究中也是良好的實驗材料。此外，也將營養缺陷型的研究方法應用到人類遺傳學、動植物遺傳育種等研究中。營養缺陷型的發現，使得細菌的基因重組得以發現，從此微生物遺傳學研究幾乎在任何一種生物遺傳的研究中得以應用。 1943年之前，人們一直認為細菌抗藥性是細菌與藥物接觸引起的生理適應性現象，并非基因突變引起的，對此存在很大的爭議。直到1943年，盧里亞（S. E. Luria）和德爾布呂克（M. Delbruck）用著名的波動試驗證實了細菌的抗性是基因突變的結果。這項研究使人們認識到，所有的生物可能都有相同的遺傳變異規律。嚴密的實驗方法開始應用到整個微生物遺傳育種學領域，特別是關于細菌的變異研究中。長期從事果蠅遺傳學研究的德默萊克（M. Demerec）注意到了細菌研究的優越性，轉而開始進行細菌基因突變的研究。 1947年，萊德伯格（J. Lederberg）和塔特姆（E. L. Tatum）*早報道了大腸桿菌的基因重組現象，揭示了大腸桿菌K12的兩種突變型菌株出現原養型菌落的真實原因，是由大腸桿菌通過接合方式發生基因重組。戴維斯（Davis）用U形管進行了大腸桿菌的接合試驗，1955～1958年，雅各布（Jacob）和沃爾曼（Wollman）利用中斷雜交實驗進行了大腸桿菌的基因定位分析。 （二）20世紀50年代初 20世紀50年代初，在探索其他細菌的基因重組時，發現了噬菌體的轉導現象。后來哈瑞德 瓦特豪斯（Harold Whitehouse）、李維斯 弗勞斯（Lewis Frost）、龐蒂科爾（Pontecor）、霍普伍德（Hoopwood）、塞蒙梯（Sermonti）等先后對脈孢菌、構巢曲霉、鏈霉菌開展了深入的研究，并發現和闡明了真菌和放線菌的重組現象和重組原理。這些研究工作使生物學家認識到微生物、動植物在遺傳規律上的一致性，利用基因重組的基本原理開展了雜交育種的研究。從此遺傳學基本原理開始應用于整個生物學領域，微生物遺傳學研究手段和研究成果推動了近代分子遺傳學的發展。 在這一時期，還有許多重要的研究成果使微生物遺傳育種學成為一門獨立而完善的學科，這些成果包括以下幾點。 轉化因子化學本質的闡明：早在1928年，格里菲斯（F. Griffith）發現了肺炎雙球菌的轉化現象，直到1944年艾弗里（O. T. Avery）證實了轉化因子的本質，說明導致轉化現象的物質是DNA，并證明了遺傳物質就是DNA。遺傳物質DNA的證實，導致了1953年沃森（J. D. Watson）與克里克（F. C. Crick）DNA分子雙螺旋結構模型的提出，這是整個分子遺傳學和分子生物學領域發展的里程碑。 噬菌體遺傳學研究的開展：1951年，德爾布呂克（M. Delbruck）在研究鼠傷寒沙門氏菌營養缺陷型工作中，發現了轉導作用。1962年發現了λ噬菌體進行的特異性轉導作用。噬菌體轉導作用的研究成為微生物遺傳育種學、分子遺傳學研究的有效手段。 1953年韋布爾（Weibull）用溶菌酶處理巨大芽孢桿菌獲得細菌原生質體，并提出原生質體概念，1955年，邁克奇勒（Mcquiller）發現了原生質體再生方法，從此奠定了原生質體分離技術。20世紀五六十年代，原生質體分離技術得到了迅猛發展，原生質體作為新型雜交融合技術開始得到普及，20世紀70年代原生質體融合技術得到了飛速發展。 （三）微生物分子遺傳學發展時期 微生物分子遺傳學發展時期，是以DNA雙螺旋結構的提出和闡明為標志，隨著基因工程的誕生，利用微生物為材料，從遺傳的分子機制到基因工程載體研究，為微生物遺傳學理論提供了各種實驗證據，在此基礎上廣泛開展了微生物分子遺傳育種的研究。這個時期主要代表性研究成果有以下幾點。 （1）揭示了基因的化學本質、基因的結構與組織。 （2）闡明了突變的分子機制和突變的修復機制，解釋了突變產生的原因。 （3）詮釋了重組產生的機制，通過不同的重組證據證明了四大重組假說。 （4）揭示了質粒的本質與作用，為基因工程的實際應用奠定了堅實的基礎。 （5）通過基因定位的研究構建了遺傳連鎖圖，建立了DNA序列分析技術。 （6）基因工程技術的誕生，為基因工程應用奠定了基礎，發展了DNA的體外合成和分離純化技術，為人類定向突變奠定了基礎。 這些微生物分子遺傳學的研究技術成功地轉向高等動植物的研究領域，致使分子遺傳學研究滲透到全部生物學的研究領域中。隨著20世紀70年代基因工程技術的發展、完善，微生物遺傳育種學的研究發展到一個新的階段，基因工程育種和原生質體育種工作也得到了發展。 （四）20世紀60年代 從20世紀60年代遺傳密碼的破譯，到20世紀70年代中心法則的修改，這一階段是經典分子遺傳學向基因工程時代的過渡時期，以微生物作為遺傳學的研究材料，在基因轉錄與翻譯研究領域取得了以下重要成果。 1962年阿貝爾（W. Arber）和杜斯索西（D. Dussoix）發現了DNA的限制與修飾作用，查比維利（F. Chapeville）、李蒙納（F. Lipmann）和伊瑞斯坦（G. VonEhrenstein）發現了tRNA所攜帶的氨基酸的特異性和tRNA與mRNA結合的特異性無關。吉瑞（A. Gierei）、瓦瑞爾（J. R. Warrur）及斯塔切林（Stachelin）三個課題組分別發現了多核糖體。 1963年，莫諾德（J. Monod）、錢根（J. P. Changeu）和雅各布（F. Jacob）提出了蛋白變構理論。1964年確定了基因與蛋白質之間的關系，破譯了全部有義密碼子，提出DNA重組模型。 1965年發表了酵母丙氨酸tRNA的完整序列，發現了終止密碼子UAG和UAA。1966年建立了E. coli遺傳圖譜的遺傳方向，提出了反密碼子的擺動假說，分離純化了lac阻遏物，發現了各種蛋白質合成的起始氨基酸都是甲酰甲硫氨酸。發現了核糖體上的P位點和A位點，分離出連接酶，發現了線粒體具有環狀DNA。 1969年發展了原位雜交技術，用仙臺病毒使人、鼠細胞融合。1970年發現了RNA反轉錄酶和限制性內切核酸酶Ⅰ，發現了傳遞信號的G蛋白及其功能，人工合成了酵母丙氨酸tRNA的基因。 （五）20世紀七八十年代 20世紀70年代，隨著基因工程的崛起，微生物遺傳育種學進入了基因工程快速發展期，基因分離合成技術和細胞分離融合技術得到了快速發展，并普及到原核生物和真核生物的研究中。這個階段取得的主要成果有以下幾點。 1971年繪制了**張限制性內切核酸酶圖譜，并鑒別出費城染色體是22號染色體缺失了1/3而形成的。 1972年，創建了DNA體外重組技術。1973年，*次在體外構建了具有功能的細菌質粒。 1975年，建立了DNA印跡技術、菌落膜上雜交技術、高分辨雙向蛋白電泳技術、單克隆抗體制備技術。 1976年，證實了免疫球蛋白形成的體細胞重組學說，發現了鳥類肉瘤病毒中含有癌基因，并*次將分子雜交技術用于地中海貧血遺傳病的產前診斷。 1977年，發現了基因中的外顯子與內含子，提出了斷裂基因的新概念，建立了DNA的化學測序法及DNA測序的“加”、“減”法，即酶法。 1978年，*次將真核基因（dhfr）在細菌中表達，建立了裝配型載體，克隆了DNA大片段，建立了定點突變技術，發現了四膜蟲端粒的串聯重復順序。 1979年進行限制性片段長度多態性的研究，提出了Z-DNA模型。1980年用限制性片段長度的多態性構建人類遺傳學連鎖圖。 1981年發現了四膜蟲rRNA的自體拼接，發現了增強子，并*次將皰疹病毒的TK基因轉移到小鼠中表達。1982年證實了癌基因中單個堿基的突變可引起腫瘤的產生。 1983年建立了線蟲胚細胞譜系，應用Ti質粒將基因轉入植物。1983年，啟動了大腸桿菌基因組項目，于1995年完成。1984年，發現了果蠅同源異型盒及同源異型基因，建立了脈沖變角凝膠電泳技術，用于大片段DNA的分離。 1985年，建立了PCR技術進行體外擴增。1986年發現了RNA編輯現象，對植物類病毒擬病毒提出了錘頭結構模型。1987年，構建了酵母的人工染色體YAC。 1988年，研究了Rb抗癌基因的功能，啟動
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