第七章：放线菌遗传第七章：放线菌遗传 在放线菌遗传学研究中，以链霉菌属在放线菌遗传学研究中，以链霉菌属(Streptomyces)为为主要研究对象。主要研究对象。 链霉菌属是革兰阳性、多细胞、丝状土壤细菌。具有复链霉菌属是革兰阳性、多细胞、丝状土壤细菌。具有复杂的形态分化周期，包括孢子萌发产生分枝状的基质菌丝，杂的形态分化周期，包括孢子萌发产生分枝状的基质菌丝，基质菌丝再发育成气生菌丝和孢子。基质菌丝再发育成气生菌丝和孢子。 链霉菌属的最显著特征是产生广泛的、具有重要价值的链霉菌属的最显著特征是产生广泛的、具有重要价值的次级代谢产物：如抗生素、水解酶、酶的抑制剂、免疫调节次级代谢产物：如抗生素、水解酶、酶的抑制剂、免疫调节剂和色素等。剂和色素等。 在自然界已发现的近万种抗生素中，约在自然界已发现的近万种抗生素中，约70是由链霉是由链霉菌产生的，如链霉素、红霉素、四环素、利福霉素、多氧霉菌产生的，如链霉素、红霉素、四环素、利福霉素、多氧霉素、阿维菌素、井冈霉素等，这些抗生素已广泛用于医药、素、阿维菌素、井冈霉素等，这些抗生素已广泛用于医药、农业和畜牧业。农业和畜牧业。放线菌遗传1955年年塞蒙梯塞蒙梯(Semonti)夫妇首先发现天蓝色链霉菌夫妇首先发现天蓝色链霉菌Streptomyces coelicolor A3(2)可通过遗传交换产生重组可通过遗传交换产生重组体。体。 (Hopwood)也在也在 S.coelor A3(2)菌株中证实了这一重组菌株中证实了这一重组作用。作用。 20世纪世纪70年代早期年代早期，所有研究都集中在描述遗传特征和染，所有研究都集中在描述遗传特征和染色体特性上，色体特性上，19731978年研究重点转移到放线菌的性别年研究重点转移到放线菌的性别体系和遗传重组方面。同期，还利用遗传方法对抗生素合成、体系和遗传重组方面。同期，还利用遗传方法对抗生素合成、形态分化、噬菌体等开展了全方位的研究。形态分化、噬菌体等开展了全方位的研究。 20世纪世纪80年代年代，将重组，将重组DNA技术和原生质体融合技术应用技术和原生质体融合技术应用在该属的研究中。在该属的研究中。 20世纪世纪90年代年代，用分子生物学方法开展了对放线菌的基因，用分子生物学方法开展了对放线菌的基因组、形态分化的分子机制等方面的研究。组、形态分化的分子机制等方面的研究。 放线菌遗传的研究历程：放线菌遗传的研究历程：放线菌遗传 光学显微镜和电镜观察表明，像其他细菌的染色体一样，光学显微镜和电镜观察表明，像其他细菌的染色体一样，天蓝色链霉菌天蓝色链霉菌A3(2)的染色体的染色体 DNA在细胞中以致密的、拟核在细胞中以致密的、拟核状态存在。状态存在。 链霉菌的染色体链霉菌的染色体DNA也是形成许多超螺旋区域，并与蛋白也是形成许多超螺旋区域，并与蛋白质和质和RNA分子结合在一起。染色体在菌丝中以多拷贝形式存分子结合在一起。染色体在菌丝中以多拷贝形式存在，而在孢子中以单拷贝形式存在。在，而在孢子中以单拷贝形式存在。 第一节第一节 链霉菌的染色体链霉菌的染色体 一、链霉菌的染色体一、链霉菌的染色体DNA放线菌遗传 以前，一直认为链霉菌的染色体与大肠杆菌一样是环状染以前，一直认为链霉菌的染色体与大肠杆菌一样是环状染色体。自从色体。自从1993年用脉冲电泳年用脉冲电泳(PFGE)和酶切物理图谱等研究和酶切物理图谱等研究方法，首次证明变铅青链霉菌方法，首次证明变铅青链霉菌(S.1ividans)的染色体是线性的染色体是线性而非环状以来，越来越多的研究证据表明：而非环状以来，越来越多的研究证据表明： 几乎所有链霉菌的染色体都为线性而非环状，链霉菌只有几乎所有链霉菌的染色体都为线性而非环状，链霉菌只有一条染色体，基因内部无内含子。一条染色体，基因内部无内含子。 染色体大约均为染色体大约均为 8Mb，几乎是大肠杆菌染色体的，几乎是大肠杆菌染色体的2倍，少数倍，少数链霉菌的染色体小于链霉菌的染色体小于8Mb。链霉菌基因组。链霉菌基因组G+C含量为含量为7375，重复，重复DNA序列为序列为4-11。 放线菌遗传线性染色体具有两个特征：线性染色体具有两个特征：1、染色体的两个末端具有长度为、染色体的两个末端具有长度为24-600kb的反向重复的反向重复序列，简称序列，简称TIR (terminal inverted repeat)。如：天蓝色链霉菌的如：天蓝色链霉菌的TIR为为61kb 变铅青链霉菌的变铅青链霉菌的TIR为为30kb 灰色链霉菌灰色链霉菌 (S.grlseus)的的TIR为为24kb2、每个、每个DNA链的链的5末端都有共价结合蛋白，简称末端都有共价结合蛋白，简称 TP (terminal protein)。 放线菌遗传 天蓝色链链菌天蓝色链链菌A3 M145菌株基因组全长菌株基因组全长8,667,507bp，含有含有7825个编码基因，是迄今为止拥有最多基因的细菌。其个编码基因，是迄今为止拥有最多基因的细菌。其中调控基因有中调控基因有965个，占整个基因组的个，占整个基因组的12.3%。编码次级代。编码次级代谢产物（包括抗生素）合成酶基因大约占基因组的谢产物（包括抗生素）合成酶基因大约占基因组的5%，平，平均每个基因编码区的长度为均每个基因编码区的长度为1.14kb。 天蓝色链霉菌天蓝色链霉菌A3 M145和变青铅链霉菌的染色体中央有复和变青铅链霉菌的染色体中央有复制起点制起点oriC，一般认为链霉菌素线性染色体的复制通过，一般认为链霉菌素线性染色体的复制通过oriC复制原点进行双向复制，末端蛋白作为引物（复制原点进行双向复制，末端蛋白作为引物（TP-primesed）引导染色体末端及冈崎片段的合成。）引导染色体末端及冈崎片段的合成。1997年年8月英国开始了对天蓝色链霉菌月英国开始了对天蓝色链霉菌A3(2)M145菌菌株的基因组进行全序列测定，并于株的基因组进行全序列测定，并于2002年全部完成。年全部完成。放线菌遗传 遗传不稳定性是链链菌的主要特征之一，这与其较大的线遗传不稳定性是链链菌的主要特征之一，这与其较大的线性染色体直接相关。链霉菌线性染色体和质粒具有相似的结构，性染色体直接相关。链霉菌线性染色体和质粒具有相似的结构，一般分为核心区和两臂区。一般分为核心区和两臂区。核心区是遗传相对稳定区域，生命活动的必需基因均位于此。核心区是遗传相对稳定区域，生命活动的必需基因均位于此。两臂区位于染色体的两个线性末端，长度有一定差异，富含小两臂区位于染色体的两个线性末端，长度有一定差异，富含小的回文重复序列，的回文重复序列，5-端与蛋白质共价结合，并受其保护。端与蛋白质共价结合，并受其保护。线性染色体末端容易丢失，有时可达线性染色体末端容易丢失，有时可达2Mb（占整个基因组的（占整个基因组的1/4），失去部分末端序列并不影响链霉菌的生长，但影响次），失去部分末端序列并不影响链霉菌的生长，但影响次生代谢，如气生菌丝及孢子形成、抗生素、色素的生成。生代谢，如气生菌丝及孢子形成、抗生素、色素的生成。放线菌遗传 链霉菌的染色体具有高度的遗传不稳定性，常发生缺失和链霉菌的染色体具有高度的遗传不稳定性，常发生缺失和扩增，引起染色体重排。染色体缺失的范围可高达扩增，引起染色体重排。染色体缺失的范围可高达2000kb以以上。染色体扩增是指某些染色体上。染色体扩增是指某些染色体DNA序列的拷贝数专一地大序列的拷贝数专一地大量增加的现象。在描述染色体扩增时常用到量增加的现象。在描述染色体扩增时常用到AUD和和ADS术语：术语：AUD (amplified unit of DNA)是指扩增单位，来定义是指扩增单位，来定义DNA扩增的区域，扩增的区域，AUD的长度为的长度为525kb，两侧是，两侧是12kb的重的重复序列。复序列。ADS(amplified DNA sequence)是用来定义扩增的是用来定义扩增的 DNA序序列，是扩增单位通过串联重复而形成。列，是扩增单位通过串联重复而形成。二、链霉菌染色体的缺失、扩增和重排二、链霉菌染色体的缺失、扩增和重排放线菌遗传 在基因扩增的突变体中，扩增的在基因扩增的突变体中，扩增的DNA序列序列(ADS)很容易检很容易检测，因为在染色体酶切电泳图谱中，测，因为在染色体酶切电泳图谱中，ADS呈很强的带型。在呈很强的带型。在有些突变体中，有些突变体中，ADS是染色体的重要组成成分，含量可高达是染色体的重要组成成分，含量可高达染色体染色体DNA的的30。 链霉菌染色体的缺失和扩增引起的自发突变可高达链霉菌染色体的缺失和扩增引起的自发突变可高达0.1一一1，用，用UV照射或生长过程中加入溴化乙锭后，突变率可照射或生长过程中加入溴化乙锭后，突变率可达达10甚至更高。甚至更高。 放线菌遗传 在变铅青链霉菌在变铅青链霉菌66和天蓝色链霉菌和天蓝色链霉菌A3(2)中，最常发生缺失中，最常发生缺失的染色体片段是位于染色体末端的氯霉素抗性基因。末端的氯的染色体片段是位于染色体末端的氯霉素抗性基因。末端的氯霉素抗性基因缺失后，缺失末端重组而环化形成环状染色体，霉素抗性基因缺失后，缺失末端重组而环化形成环状染色体，因此许多氯霉素敏感突变株具有环状的染色体末端。因此许多氯霉素敏感突变株具有环状的染色体末端。 在变铅青链霉菌中，约有在变铅青链霉菌中，约有0.5的氯霉素敏感突变株的氯霉素敏感突变株Cmls，这种突变株表现更不稳定，约以这种突变株表现更不稳定，约以25的频率突变为精氨酸缺陷的频率突变为精氨酸缺陷型型(Arg-)，这种缺陷型是由于编码精氨酰琥珀酸合成酶，这种缺陷型是由于编码精氨酰琥珀酸合成酶argG (argininosuecinate synthetase)的基因缺失造成的。的基因缺失造成的。 1.变铅青链霉菌的氯霉素和精氨酸变铅青链霉菌的氯霉素和精氨酸(CmlsArg-)双突变株双突变株Cmls Arg-双突变株携带着双突变株携带着AUD1。放线菌遗传AUD1是由是由1kb-4.7kb- 4.7kb-1kb组成。组成。AUD1位于位于距离线性染色体的末端约距离线性染色体的末端约800kb。在在Cmls Arg-双突变株中，与双突变株中，与 AUD1一起被扩增的还有一起被扩增的还有AUD2，AUD2距离染色体末端约距离染色体末端约300kb。AUD2携带携带编码汞离子抗性的基因，大小为编码汞离子抗性的基因，大小为70kb。放线菌遗传 灰色链霉菌灰色链霉菌2247的染色体是的染色体是7.8Mb的线性染色体。的线性染色体。A因子因子(A factor)是一种细菌激素，对链霉素是一种细菌激素，对链霉素(Strepotmycin)的产生和孢的产生和孢子形成起着正调节作用，子形成起着正调节作用，afsA基因产物是基因产物是A因子生物合成的一因子生物合成的一个关键酶。个关键酶。afsA基因距离染色体左末端基因距离染色体左末端150kb。afsA基因在高基因在高温条件下培养或用温条件下培养或用UV照射后，以高频率丢失。照射后，以高频率丢失。 通过亚硝基胍通过亚硝基胍(NTG)和高温诱变获得了和高温诱变获得了2个个afsA-突变株，对突变株，对这这2个突变株进行分子生物学鉴定，发现突变株的染色体个突变株进行分子生物学鉴定，发现突变株的染色体(包括包括afsA位点位点)发生了缺失：发生了缺失： A突变株的染色体左末端突变株的染色体左末端180kb和右末端和右末端20kb缺失缺失 B突变株的染色体左末端突变株的染色体左末端350kb和右末端和右末端130kb缺失缺失 2.灰色链霉菌染色体缺失使灰色链霉菌染色体缺失使afsA位点丢失位点丢失 放线菌遗传 这这2个突变株的缺失染色体都再环化形成环状染色体。个突变株的缺失染色体都再环化形成环状染色体。对环状染色体的接头对环状染色体的接头(junction)进行克隆和序列分析，并进行克隆和序列分析，并与亲本菌株进行比较。与亲本菌株进行比较。 发现接头处并无大范围的同源区，而只有发现接头处并无大范围的同源区，而只有6bp的小同源的小同源区，说明染色体的环化是由于非同源重组引起的，属于异区，说明染色体的环化是由于非同源重组引起的，属于异常重组。环状染色体在这两个突变株中都能稳定存在。常重组。环状染色体在这两个突变株中都能稳定存在。放线菌遗传 产二素链霉菌遗传极不稳定，在培养过程或菌株保藏产二素链霉菌遗传极不稳定，在培养过程或菌株保藏中，常发生变异。对不产色素的中，常发生变异。对不产色素的8个自发性突变株的研究个自发性突变株的研究发现，这些突变株的染色体都有不同程度的缺失，可将其发现，这些突变株的染色体都有不同程度的缺失，可将其归为归为3种类型：种类型：3.产二素链霉菌产二素链霉菌(S.ambofaciens)中的缺失突变体中的缺失突变体 产二素链霉菌野生型菌株的染色体是产二素链霉菌野生型菌株的染色体是8000kb的线性的线性DNA，末端，末端TIR的长度为的长度为210kb，与蛋白质共价结合。，与蛋白质共价结合。 放线菌遗传对再环化后的子代染色体稳定性研究表明，环化后的染色体并不稳定，又进一步发对再环化后的子代染色体稳定性研究表明，环化后的染色体并不稳定，又进一步发生缺失。这说明缺失与染色体的环化无直接的相关性。生缺失。这说明缺失与染色体的环化无直接的相关性。2个扩增单位：个扩增单位： AUD90和和AUD6的长度分别为的长度分别为15kb和和1.9kb。由于很多缺失突变体。由于很多缺失突变体的缺失点位于的缺失点位于AUD6附近，因此附近，因此AUD6被称作染色体重排热点被称作染色体重排热点 F 560kbD 950kbG 480kbE 950kbJAUD90AUD6缺失位于染色体一臂的缺失位于染色体一臂的近末端，包括部分近末端，包括部分TlR序列，序列，但染色体仍呈线性。但染色体仍呈线性。染色体两端的染色体两端的TIR-L和和TIR-R完全缺失，然后再完全缺失，然后再环化形成环状染色体。环化形成环状染色体。缺失发生在染色体的一端，并终止在扩增部位，缺失发生在染色体的一端，并终止在扩增部位，即突变体同时具有缺失和扩增，染色体仍呈线性。即突变体同时具有缺失和扩增，染色体仍呈线性。 放线菌遗传野生型菌株中有一个野生型菌株中有一个8.0kb的的AUD序列，该序列，该AUD含有对链霉素含有对链霉素有微弱抗性的基因。在扩增突变体中，有有微弱抗性的基因。在扩增突变体中，有200-300个拷贝的个拷贝的8.0kb AUD串联重复形成的扩增区域串联重复形成的扩增区域(ADS)，对链霉素具有较，对链霉素具有较强的抗性。伴随着基因扩增，位于强的抗性。伴随着基因扩增，位于ADS附近约附近约10kb DNA的缺的缺失。失。4.不产色链霉菌红迪变种不产色链霉菌红迪变种(S.achromogenes subsp. rubradiris)的染色体扩增的染色体扩增在弗氏链霉菌在弗氏链霉菌(S. fradiae)中，野生型菌株只有一个中，野生型菌株只有一个AUD，由，由8.3kb和两侧和两侧2.2kb正向重复序列组成。正向重复序列组成。而在它的扩增突变体中，据而在它的扩增突变体中，据DNA杂交的动力学表明，有杂交的动力学表明，有500多多个拷贝的个拷贝的10.5kbAUD，即扩增长度达到，即扩增长度达到5000kb。 放线菌遗传缺失和扩增缺失和扩增是链霉菌中的一种普遍现象。不稳定的结构基是链霉菌中的一种普遍现象。不稳定的结构基因常与染色体的扩增单位因常与染色体的扩增单位AUD相连而被缺失掉，缺失终止相连而被缺失掉，缺失终止在在ADS附近。附近。链霉菌染色体重排主要有三种类型：链霉菌染色体重排主要有三种类型：线状染色体的两个末端都发生缺失，缺失末端重组后环线状染色体的两个末端都发生缺失，缺失末端重组后环化形成环状染色体；化形成环状染色体；缺失和扩增只发生在染色体的一个末端，另一个末端保缺失和扩增只发生在染色体的一个末端，另一个末端保持完整，因此染色体仍是线状的；持完整，因此染色体仍是线状的；在染色体内部发生大范围的缺失，染色体的两个末端仍在染色体内部发生大范围的缺失，染色体的两个末端仍是完整的。是完整的。 放线菌遗传 大多数链霉菌都含有质粒，几乎都是自主转移质粒，它们大多数链霉菌都含有质粒，几乎都是自主转移质粒，它们在链霉菌的接合过程中起着重要作用。少数质粒与抗生素的在链霉菌的接合过程中起着重要作用。少数质粒与抗生素的产生、形态分化等有关。链霉菌中的质粒，大小从产生、形态分化等有关。链霉菌中的质粒，大小从4kb到到600kb，拷贝数从几个到几百个，有线性和环状两种类型。，拷贝数从几个到几百个，有线性和环状两种类型。 (1)线性质粒线性质粒 链霉菌中有很多质粒在形态上是线性的，如链霉菌中有很多质粒在形态上是线性的，如SCPl、pSLA2等。链霉菌中的线性质粒与链毒菌的线性染色等。链霉菌中的线性质粒与链毒菌的线性染色体一样，在体一样，在DNA两端具有两端具有TIR和和5末端蛋白。末端蛋白。 第二节第二节 链霉菌中的质粒、转座因子和噬菌体链霉菌中的质粒、转座因子和噬菌体一、链霉菌中的质粒一、链霉菌中的质粒1.链霉菌中的质粒类型链霉菌中的质粒类型放线菌遗传(2)环状质粒：环状质粒： 传统的共价、闭合、环状质粒传统的共价、闭合、环状质粒(cccDNA) ，如：，如：SCP2（31kb），其拷贝数低；），其拷贝数低；pIJl01(8.9kb)质粒，具有质粒，具有300个拷贝。个拷贝。 有些环状的链霉菌质粒具有像有些环状的链霉菌质粒具有像噬菌体那样，能特异性的整噬菌体那样，能特异性的整合到宿主染色体上。天蓝色链霉菌的合到宿主染色体上。天蓝色链霉菌的SLP1(17kb)和产二素链和产二素链霉菌的霉菌的 pSAM2(11kb)就是这种类型的质粒。就是这种类型的质粒。 这些质粒正常情况下位于染色体上，当它们切离染色体后，这些质粒正常情况下位于染色体上，当它们切离染色体后，通过接合作用能独立地转移到不含这种质粒的菌株中。通过接合作用能独立地转移到不含这种质粒的菌株中。放线菌遗传 自然条件下，链霉菌的遗传重组主要是通过自主转移质粒介自然条件下，链霉菌的遗传重组主要是通过自主转移质粒介导的接合作用而进行的。导的接合作用而进行的。 大多数链霉菌的自主转移质粒都具有致死接合反应的特征，大多数链霉菌的自主转移质粒都具有致死接合反应的特征，在表型上产生在表型上产生“麻点麻点”(pock)。麻点：麻点：指将含有自主转移质粒的菌株，接种到不含该质粒的菌指将含有自主转移质粒的菌株，接种到不含该质粒的菌株的株的“菌丝坪菌丝坪”上培养时，产生环状晕圈的现象。上培养时，产生环状晕圈的现象。2.质粒与致死接合反应质粒与致死接合反应(1ethal zygosis，lez+) 这种现象最早在天蓝色链霉菌中发现，即当含有这种现象最早在天蓝色链霉菌中发现，即当含有SCP2质粒的质粒的天蓝色链霉菌培养物影印到天蓝色链霉菌培养物影印到SCP2-菌株的菌株的“菌丝坪菌丝坪”上培养时，上培养时，能产生环状晕圈，即麻点。能产生环状晕圈，即麻点。 放线菌遗传麻点的形成：麻点的形成：是由于是由于SCP2质粒转移到质粒转移到SCP2-菌株后，导致菌株后，导致SCP2-菌株暂时发育迟缓而造成的，这种现象也叫致死接合菌株暂时发育迟缓而造成的，这种现象也叫致死接合反应。反应。 研究表明，链霉菌所有的接合质粒，都能产生致死接合反研究表明，链霉菌所有的接合质粒，都能产生致死接合反应。通过接合作用在应。通过接合作用在SCP2-是否产生麻点，就很容易鉴定链是否产生麻点，就很容易鉴定链霉菌中的接合质粒。通过致死接合反应，已在其他链霉菌中霉菌中的接合质粒。通过致死接合反应，已在其他链霉菌中发现了一系列接合质粒。发现了一系列接合质粒。 放线菌遗传 除除SCP1外，大多数链霉菌的自主转移质粒都较小。如：外，大多数链霉菌的自主转移质粒都较小。如：pIJ101这样的小质粒，它本身含有自主转移机制能进行自这样的小质粒，它本身含有自主转移机制能进行自我转移，而不依靠大质粒进行转移。我转移，而不依靠大质粒进行转移。为什么链霉菌中与接合作用有关的质粒一般都较小？为什么链霉菌中与接合作用有关的质粒一般都较小？ 这可能与链霉菌的接合方式有关，链霉菌细胞之间的这可能与链霉菌的接合方式有关，链霉菌细胞之间的接合不需要性菌毛，而大肠杆菌的接合作用则依赖于质粒接合不需要性菌毛，而大肠杆菌的接合作用则依赖于质粒编码的性菌毛的作用。大多数链霉菌的质粒的接合效率能编码的性菌毛的作用。大多数链霉菌的质粒的接合效率能达到达到100。 3.几种重要的自主转移质粒几种重要的自主转移质粒放线菌遗传1971年，通过遗传研究证明，年，通过遗传研究证明，SCP1质粒控制着寄主天蓝色链质粒控制着寄主天蓝色链霉菌的致育性，但由于它是一种巨大质粒，难于分离和进行深霉菌的致育性，但由于它是一种巨大质粒，难于分离和进行深入研究。直到入研究。直到20世纪世纪80年代末和年代末和90年代初，才对它的分子结年代初，才对它的分子结构有了深入了解。构有了深入了解。 (1)天蓝色链霉菌天蓝色链霉菌SCP1质粒质粒SCP1：线性双链：线性双链DNA、363kb，携带次甲基霉素生物合，携带次甲基霉素生物合成基因。质粒成基因。质粒DNA两端有长末端反向重复序列两端有长末端反向重复序列(TIR)。左。左末端重复序列末端重复序列(TIR-L)和右末端重复序列和右末端重复序列 (TIR-R)长度均为长度均为80kb，而且，而且TIR-R内侧含有插入因子内侧含有插入因子IS466。放线菌遗传Sakaguchi等人提出的线性染色体或线性质粒的结构模型：等人提出的线性染色体或线性质粒的结构模型： SCP1的球拍框架的球拍框架(racket frame)结构，球拍柄是由染色体结构，球拍柄是由染色体DNA的反向重复序列区域组成，这一结构的形成是的反向重复序列区域组成，这一结构的形成是TIR及其结及其结合蛋白的相互作用的结果。合蛋白的相互作用的结果。TIR-LTIR-RIS466SCP1 363kb放线菌遗传SCPl质粒具有下列特征：质粒具有下列特征：编码几种与产孢有关的蛋白质。编码几种与产孢有关的蛋白质。携带合成次甲基霉素的基因簇。携带合成次甲基霉素的基因簇。在天蓝色链霉菌中有下列几种存在形式：在天蓝色链霉菌中有下列几种存在形式： a.自主复制质粒自主复制质粒(SCP1)； b.整合到寄主染色体上的整合型整合到寄主染色体上的整合型(SCP1-NF)； c.带有染色体片段的自主复制质粒带有染色体片段的自主复制质粒 (SCP1-cysB和和 SCP1-argA uraB)。 UF：超致育型（：超致育型（Ultrafertility）F- IF：原始致育型（：原始致育型（Initial Fertility）F+NF：正常致育型（：正常致育型（Normal Fertility）Hfr放线菌遗传SCP2：是共价、闭合的环状双链是共价、闭合的环状双链DNA ，31kb，拷贝数是，拷贝数是1-2个个/细胞。细胞。 SCP2中有一个高致育突变体，被定名为中有一个高致育突变体，被定名为SCP2*，引起的，引起的重组率可高达重组率可高达10-3。依据酶切图谱可区分。依据酶切图谱可区分SCP2*和和SCP2。 在经过一个在经过一个“孢子孢子-孢子孢子”循环后，循环后，99.5子代孢子都保留子代孢子都保留SCP2质粒，能促进染色体从供体向受体的转移。质粒，能促进染色体从供体向受体的转移。(2)天蓝色链霉菌天蓝色链霉菌SCP2质粒质粒1975年通过遗传鉴定而发现，天蓝色链霉菌中的第二种致育年通过遗传鉴定而发现，天蓝色链霉菌中的第二种致育质粒。质粒。改造后的改造后的 SCP2*作为链霉菌的克隆载体和链霉菌与大肠杆作为链霉菌的克隆载体和链霉菌与大肠杆菌间的穿梭载体而被广泛应用。菌间的穿梭载体而被广泛应用。放线菌遗传pIJ101：8.9kb、拷贝数高达、拷贝数高达 300个的环状质粒，属于自主个的环状质粒，属于自主转移质粒，能高频率转移到受体菌中。该质粒携带的转移质粒，能高频率转移到受体菌中。该质粒携带的6个基因个基因与质粒的转移和麻点的形成有关。与质粒的转移和麻点的形成有关。 其中其中kilA和和kilB是致死基因，与质粒的接合致死反应有关，是致死基因，与质粒的接合致死反应有关，这两个基因突变，则不能形成麻点。这两个基因突变，则不能形成麻点。 korA和和 korB是致死抑制基因是致死抑制基因(killoverride)，抑制致死，抑制致死基因基因kilA和和kilB的过量表达。的过量表达。 tra基因负责质粒在菌丝间的转移，而基因负责质粒在菌丝间的转移，而spd(spead)基因负基因负责质粒在菌丝内的转移。责质粒在菌丝内的转移。tra和和spd突变后，也不能产生麻点。突变后，也不能产生麻点。(3)变铅青链霉菌变铅青链霉菌pIJ101质粒质粒 kilA、kilB、tra、spd四个基因与质粒转移和致死接合反应四个基因与质粒转移和致死接合反应有关，而有关，而korA和和korB对对kilA和和kilB的作用进行调控。的作用进行调控。 因此，麻点的形成是质粒转移至受体细胞后，由于因此，麻点的形成是质粒转移至受体细胞后，由于kil基因的基因的暂时表达而使细胞生长受到抑制的结果。暂时表达而使细胞生长受到抑制的结果。放线菌遗传 无论是从链霉菌、酵母菌或其他真菌还是从玉米中发现无论是从链霉菌、酵母菌或其他真菌还是从玉米中发现的线性质粒都具有两个共同特征：的线性质粒都具有两个共同特征：第一是线性第一是线性DNA的两个末端具有反向重复序列；的两个末端具有反向重复序列；第二是第二是DNA的的5端结合着末端蛋白。端结合着末端蛋白。娄彻链霉菌娄彻链霉菌(S.rochei)中的中的pSLA2质粒，通过位于质粒质粒，通过位于质粒DNA中央的复制起点进行双向复制，在中央的复制起点进行双向复制，在 3端留下端留下280bp的单链空的单链空隙，然后靠隙，然后靠TP作为引物进行复制而补齐。作为引物进行复制而补齐。4.线性质粒的复制和转移线性质粒的复制和转移 (1) TP作为引物引导作为引物引导DNA复制复制 放线菌遗传在链霉菌中，线性质粒的接合转移方式可能与在链霉菌中，线性质粒的接合转移方式可能与F质粒的方式类似。质粒的方式类似。结合着末端蛋白结合着末端蛋白TP的的DNA的的5端作为转移起点端作为转移起点(ori T)，在转移起点，在转移起点处，处，TP作为引物起始作为引物起始 DNA的复制，被弃置的带有的复制，被弃置的带有TP的亲本链开始向的亲本链开始向受体细胞转移，其过程类似于受体细胞转移，其过程类似于FHfr转移转移 。 (2) 线性质粒的接合转移线性质粒的接合转移TP:5结合蛋白结合蛋白线性质粒线性质粒oriT转移到受体转移到受体放线菌遗传链霉菌中的转座因子包括插入序列（链霉菌中的转座因子包括插入序列（IS）、转座子及可转座）、转座子及可转座的噬菌体。在已经发现的转座因子中，都不含天然选择标记。的噬菌体。在已经发现的转座因子中，都不含天然选择标记。这些转座因子有的位于染色体上，有的位于质粒上。这些转座因子有的位于染色体上，有的位于质粒上。二、链霉菌中的转座因子二、链霉菌中的转座因子 天蓝色链霉菌的天蓝色链霉菌的IS117是是2.5kb的的“mini-circle”，能整，能整合在染色体的特异位点上，具有环状的转座中间体，其具有合在染色体的特异位点上，具有环状的转座中间体，其具有抗性标记的衍生物被用做整合型载体。抗性标记的衍生物被用做整合型载体。 变铅青链霉菌的变铅青链霉菌的IS493和弗氏链霉菌的和弗氏链霉菌的Tn4556是两个随是两个随机整合的转座因子，被改造后用来进行转座诱变。机整合的转座因子，被改造后用来进行转座诱变。 从分枝杆菌（从分枝杆菌（Mycobacterium fortuitum）中分离到的）中分离到的IS6100有时也用来对链霉菌进行转座诱变。有时也用来对链霉菌进行转座诱变。放线菌遗传转座因子转座因子染色体上拷贝数染色体上拷贝数质粒上拷贝数质粒上拷贝数天蓝色链霉菌天蓝色链霉菌IS110（1.55kb）IS117（2.5kb）IS118（1.0kb）类IS118（1.4kb）IS466（1.6kb）32212001（SCP2）01（SCP2）变铅青链霉菌变铅青链霉菌IS113（2kb）IS493（1.6kb）类IS281（1.4kb）Tn4811（5.4kb）IS1372（1.3kb）IS1373（864bp）13125-721（SLP2）表：天蓝色链霉菌和变铅青链霉菌中的转座因子表：天蓝色链霉菌和变铅青链霉菌中的转座因子放线菌遗传 链霉菌中既有温和性噬菌体也有烈性噬菌体，有些噬菌体链霉菌中既有温和性噬菌体也有烈性噬菌体，有些噬菌体的寄主范围窄，而有些噬菌体的寄主范围广泛。的寄主范围窄，而有些噬菌体的寄主范围广泛。 由于链霉菌属于土壤细菌，因此链霉菌的噬菌体最容易从由于链霉菌属于土壤细菌，因此链霉菌的噬菌体最容易从土壤中分离而得到。已经从很多链霉菌中分离到噬菌体：土壤中分离而得到。已经从很多链霉菌中分离到噬菌体：三、链霉菌中的噬菌体三、链霉菌中的噬菌体天蓝色链霉菌中的天蓝色链霉菌中的C31噬菌体噬菌体委内瑞拉链霉菌委内瑞拉链霉菌(S.venezuelae)中的中的SVl噬菌体噬菌体龟裂链霉菌中的龟裂链霉菌中的RP2和和RP3噬菌体噬菌体这些噬菌体在链霉菌的基因交换中起重要作用这些噬菌体在链霉菌的基因交换中起重要作用放线菌遗传 SVl噬菌体经过改造后被用来进行普遍性转导，能介导对噬菌体经过改造后被用来进行普遍性转导，能介导对许多营养缺陷型菌株转导产生原养型菌落。许多营养缺陷型菌株转导产生原养型菌落。 C31是链霉菌的广寄主范围的温和噬菌体，在形态和其是链霉菌的广寄主范围的温和噬菌体，在形态和其他特征上与大肠杆菌他特征上与大肠杆菌噬菌体类似。噬菌体类似。C31既能溶源又能裂解，既能溶源又能裂解，噬菌体通过噬菌体通过att位点整合到宿主染色体的特异位点上而形成原位点整合到宿主染色体的特异位点上而形成原噬菌体。噬菌体。 其其DNA长度为长度为41.4kb，G+C含量为含量为63，具有黏性末端，具有黏性末端，全序列已被测定。通过对全序列已被测定。通过对C31的一系列改造，已经构建了的一系列改造，已经构建了一系列克隆载体，被广泛地应用在链霉菌的基因克隆中一系列克隆载体，被广泛地应用在链霉菌的基因克隆中 放线菌遗传 链霉菌在适宜的培养基上生长时，形成基质菌丝和气生链霉菌在适宜的培养基上生长时，形成基质菌丝和气生菌丝，在气生菌丝上形成排列和形态各异的分生孢子。菌丝，在气生菌丝上形成排列和形态各异的分生孢子。第三节第三节 链霉菌的接合作用链霉菌的接合作用 自然条件下，链霉菌间的遗传重组主要通过质粒介导的自然条件下，链霉菌间的遗传重组主要通过质粒介导的接合作用进行，如天蓝色链霉菌接合作用进行，如天蓝色链霉菌A3(2)、变铅青链霉菌、变铅青链霉菌66、龟裂链霉菌、庆丰链霉菌等都能进行接合作用，其中对天龟裂链霉菌、庆丰链霉菌等都能进行接合作用，其中对天蓝色链霉菌和变铅青链霉菌的研究较为深入。蓝色链霉菌和变铅青链霉菌的研究较为深入。 一、链霉菌基因重组的发现一、链霉菌基因重组的发现放线菌遗传1955年塞蒙梯年塞蒙梯(Sermonti)夫妇首先发现天蓝色链霉菌可通过夫妇首先发现天蓝色链霉菌可通过遗传重组交换产生重组体。霍普伍德遗传重组交换产生重组体。霍普伍德(Hopwood)也在天蓝色链也在天蓝色链霉菌霉菌A3(2)菌株中证实了这一现象。他们的实验过程大致可菌株中证实了这一现象。他们的实验过程大致可以分为以下三个阶段。以分为以下三个阶段。 将两个不同的营养缺陷型菌株混合培养，使基质菌丝相融合。将两个不同的营养缺陷型菌株混合培养，使基质菌丝相融合。 一个菌丝的部分染色体通过菌丝间的连接而进入另一菌丝形成局部杂一个菌丝的部分染色体通过菌丝间的连接而进入另一菌丝形成局部杂合核。杂合核具有两套染色体，其中作为受体的染色体是完整的，而作合核。杂合核具有两套染色体，其中作为受体的染色体是完整的，而作为供体的染色体是不完整的，只是一个染色体区段。为供体的染色体是不完整的，只是一个染色体区段。 局部杂合核在分裂过程中发生染色体交换，结果在同一菌丝体上形成局部杂合核在分裂过程中发生染色体交换，结果在同一菌丝体上形成各种单倍重组体孢子。各种单倍重组体孢子。 这样由一个杂合核演化繁殖形成的菌落叫异质系克隆这样由一个杂合核演化繁殖形成的菌落叫异质系克隆(heteroclone)。由异质系克隆产生的孢子大多不能在基本培养基上生长，采用不同的选由异质系克隆产生的孢子大多不能在基本培养基上生长，采用不同的选择性培养基可以鉴别出不同类型的单倍重组体。异质系是放线菌基因重择性培养基可以鉴别出不同类型的单倍重组体。异质系是放线菌基因重组所特有的现象。组所特有的现象。放线菌遗传 SCPl是在链霉菌中最早发现的第一个与遗传重组有关的性是在链霉菌中最早发现的第一个与遗传重组有关的性因子。因子。SCPI控制着寄主天蓝色链霉菌的各种致育状态控制着寄主天蓝色链霉菌的各种致育状态不含不含SCPl质粒的菌株：质粒的菌株：UF(Ultrafertility，超致育型，超致育型)携带携带SCPl质粒的菌株：质粒的菌株：IF(Initial Fertility，原始致育型，原始致育型)；SCPl整合在寄主染色体上的菌株：整合在寄主染色体上的菌株：NF (Normal Fertility，正常致育型正常致育型)。分别相当于大肠杆菌的。分别相当于大肠杆菌的F-、F+和和Hfr二、天蓝色链霉菌中的性别体制和遗传重组二、天蓝色链霉菌中的性别体制和遗传重组1.天蓝色链霉菌天蓝色链霉菌A3(2)的性别体制的性别体制放线菌遗传天蓝色链霉菌致育类型与大肠杆菌致育类型类似，但是二天蓝色链霉菌致育类型与大肠杆菌致育类型类似，但是二者之间也有区别：者之间也有区别：在大肠杆菌中在大肠杆菌中F-F-是不育的，在天蓝色链霉菌中可以从是不育的，在天蓝色链霉菌中可以从UFUF杂杂交中得到少数的重组子，表明它们是可育的。说明还有另外的致育因交中得到少数的重组子，表明它们是可育的。说明还有另外的致育因子，后来发现在天蓝色链霉菌中除子，后来发现在天蓝色链霉菌中除SCP1外，还有另一种致育因子外，还有另一种致育因子(SCP2)。在大肠杆菌中在大肠杆菌中F+F+或或 HfrHfr杂交一般是不可育的，而在天蓝色杂交一般是不可育的，而在天蓝色链霉菌中，链霉菌中，NFNF和和IFIF杂交都是高度可育的。杂交都是高度可育的。在大肠杆菌中，在大肠杆菌中，F+F-杂交都是杂交都是F+，HfrF-杂交绝大多数都是杂交绝大多数都是F-。在天蓝色链霉菌中，则在天蓝色链霉菌中，则IFUF杂交杂交子子代是代是IF，而，而NFUF杂交子代是杂交子代是NF。说明虽然。说明虽然NF中的致育因子和染色体整合，但每次染色体的转移都中的致育因子和染色体整合，但每次染色体的转移都必须包括致育因子，所以二者杂交子代的基因型是有区别的。必须包括致育因子，所以二者杂交子代的基因型是有区别的。 放线菌遗传 SCP1的这三种存在形式是根据其所表现的遗传特征而的这三种存在形式是根据其所表现的遗传特征而鉴定出来的。鉴定出来的。 1993年，用脉冲电泳方法对早期鉴定的一系列天蓝年，用脉冲电泳方法对早期鉴定的一系列天蓝色链霉菌色链霉菌A3(2)菌株的菌株的SCPl质粒状况进行了分析，证明了质粒状况进行了分析，证明了SCP1的存在状态与早期遗传鉴定的特征相吻合的存在状态与早期遗传鉴定的特征相吻合 放线菌遗传SCP1与与SCP2（或（或SCP2*）这两种不同的致育因子，在天）这两种不同的致育因子，在天蓝色链霉菌的遗传重组中的相互关系？蓝色链霉菌的遗传重组中的相互关系？SCP1与与SCP2或或SCP2*在质粒转移方面是独立的，即在质粒转移方面是独立的，即SCP1的转移不依赖于的转移不依赖于SCP2的作用，反之同理。的作用，反之同理。在致育性方面，它们的作用也是独立的，相互之间无干扰在致育性方面，它们的作用也是独立的，相互之间无干扰作用。当作用。当SCP1和和SCP2或或SCP2*共同存在时，在促进染色共同存在时，在促进染色体重组方面的作用是累加的体重组方面的作用是累加的2SCP1和和SCP2（或（或SCP2*）与遗传重组）与遗传重组放线菌遗传SCP1- SCP2-SCP1- SCP2+SCP1- SCP2*SCP1+ SCP2-SCP1+ SCP2+SCP1+ SCP2*SCP1- SCP2-SCP1- SCP2+SCP1- SCP2*SCP1+ SCP2-SCP1+ SCP2+SCP1+ SCP2*10-810-610-310-610-510-2-10-710-510-510-610-4-10-310-210-310-2-10-510-510-2-10-510-3-10-3表：含有表：含有SCP1、SCP2（SCP2*）两个亲本杂交后代的重）两个亲本杂交后代的重 组频率：组频率： A：proA1 argA1 cysD18 B：hisA1 uraA1 strA1AB1) 两个亲本都带有同一种质粒时，重组频率低（两个亲本都带有同一种质粒时，重组频率低（10-6）2) 当只有一个亲本带有这种质粒时，重组率就会提高当只有一个亲本带有这种质粒时，重组率就会提高 放线菌遗传链霉菌杂交：链霉菌杂交：把两个带有不同遗传性状的营养缺陷型亲本把两个带有不同遗传性状的营养缺陷型亲本菌株混合培养在琼脂平板上，在培养过程中就会发生接合菌株混合培养在琼脂平板上，在培养过程中就会发生接合作用，并伴随着遗传重组。然后将混合培养后产物涂布在作用，并伴随着遗传重组。然后将混合培养后产物涂布在选择性培养基上，筛选重组子并进行遗传分析。选择性培养基上，筛选重组子并进行遗传分析。 三、链霉菌的遗传分析方法和基因连锁图的制作三、链霉菌的遗传分析方法和基因连锁图的制作 在天蓝色链霉菌及其他链霉菌的基因定位中，在天蓝色链霉菌及其他链霉菌的基因定位中，常用的方法是：常用的方法是： “44杂交杂交”法法 异质系克隆异质系克隆 平板杂交平板杂交下面就分别介绍这几种方法的原理。下面就分别介绍这几种方法的原理。 放线菌遗传 将各含有将各含有2个缺陷型的两个亲本进行杂交，杂交后的孢子个缺陷型的两个亲本进行杂交，杂交后的孢子通过稀释并涂布到含有抗生素或缺乏某些生长因子的通过稀释并涂布到含有抗生素或缺乏某些生长因子的4种种选择性培养基上。选择性培养基上。 这些培养基能使重组子生长而亲本不能生长，然后通过这些培养基能使重组子生长而亲本不能生长，然后通过对不同的培养基上进行菌落计数，即可计算各种重组或转对不同的培养基上进行菌落计数，即可计算各种重组或转移所发生的频率。移所发生的频率。 1.“44杂交杂交”方法方法(four-on-four cross) 目的：目的：通过对杂交子代的重组体的分析，链霉菌属绘制通过对杂交子代的重组体的分析，链霉菌属绘制基因连锁图谱。基因连锁图谱。 由于此法包括由于此法包括4因子杂交，平行涂布在因子杂交，平行涂布在4种选择性培养基上，被种选择性培养基上，被称作称作“44”方法。方法。 1972年由年由Hopwood发明，现广泛应用于链霉菌的杂交分析发明，现广泛应用于链霉菌的杂交分析放线菌遗传基因型为基因型为ade his + +菌株孢子菌株孢子基因型为基因型为+ + arg lys菌株孢子菌株孢子混合接种于完全培养基中混合接种于完全培养基中 25下培养下培养34天天待形成孢子后，把单位体积的孢于悬浮液涂布待形成孢子后，把单位体积的孢于悬浮液涂布在下列在下列4种选择性培养基上：种选择性培养基上：腺嘌呤腺嘌呤+精氨酸精氨酸腺嘌呤腺嘌呤+赖氨酸赖氨酸精氨酸精氨酸+组氨酸组氨酸组氨酸组氨酸+赖氨酸赖氨酸放线菌遗传每种培养基上所长出的菌落每种培养基上所长出的菌落(全部或抽样全部或抽样)就可参照于那就可参照于那种培养基上的非选择性标记而归类。种培养基上的非选择性标记而归类。这样在每一种培养基上即可有这样在每一种培养基上即可有4种可能的基因型。根据种可能的基因型。根据那种培养基上的菌落总数，就可计算这那种培养基上的菌落总数，就可计算这4个基因的相对个基因的相对重组频率，然后得出它们的相对位置。重组频率，然后得出它们的相对位置。放线菌遗传异质系克隆：异质系克隆：是指在某些放线菌中，两个多重标记的营养缺是指在某些放线菌中，两个多重标记的营养缺陷型亲本杂交时，供体染色体片段进入受体细胞后形成的局陷型亲本杂交时，供体染色体片段进入受体细胞后形成的局部杂合核在分裂过程中发生染色体交换，结果在同一菌丝体部杂合核在分裂过程中发生染色体交换，结果在同一菌丝体上形成各种单倍重组体孢子。上形成各种单倍重组体孢子。由一个杂合核演化繁殖形成的由一个杂合核演化繁殖形成的菌落叫异质系克隆菌落叫异质系克隆(heteroclone)。2.异质系克隆异质系克隆(heteroclone)由于异质系克隆产生的孢子大多不能在基本培养基上生长，由于异质系克隆产生的孢子大多不能在基本培养基上生长，采用不同的选择性培养基可以鉴别出不同类型的单倍重组体，采用不同的选择性培养基可以鉴别出不同类型的单倍重组体，根据其频率就可用来做链霉菌的遗传图谱。根据其频率就可用来做链霉菌的遗传图谱。然而，异质系是放线菌基因重组所特有的现象，分析异质然而，异质系是放线菌基因重组所特有的现象，分析异质克隆既费力，还可能导致解释上的麻烦。克隆既费力，还可能导致解释上的麻烦。 放线菌遗传当要将许多菌株与同一个亲本进行杂交，以测定染色体重组或当要将许多菌株与同一个亲本进行杂交，以测定染色体重组或质粒转移的频率时，质粒转移的频率时，“平板杂交技术平板杂交技术”就很适用。就很适用。此方法通常包括两个步骤。此方法通常包括两个步骤。第一步第一步 把长有一系列待测菌株的母平板影印到接种有同一亲把长有一系列待测菌株的母平板影印到接种有同一亲本且已长成孢子本且已长成孢子“坪坪”的非选择培养基的非选择培养基(完全培养基或完全培养基或R2YE)平板上进行杂交。平板上进行杂交。第二步第二步 杂交平板长好孢子后，再影印到一种或多种选择培养杂交平板长好孢子后，再影印到一种或多种选择培养基上，回收重组子。在一个平板上，常常可以测定多至基上，回收重组子。在一个平板上，常常可以测定多至20个菌个菌株。这就开辟了利用平板杂交迅速定位基因位点的可能性。株。这就开辟了利用平板杂交迅速定位基因位点的可能性。3.平板杂交平板杂交放线菌遗传影印影印培养培养影印影印不同不同SM培养基培养基长有一系列待测长有一系列待测菌株的母平板菌株的母平板接种有同一亲本且接种有同一亲本且已长成孢子已长成孢子“坪坪”的完全培养基平板的完全培养基平板上上进行杂交进行杂交杂交平板长好孢子后，再杂交平板长好孢子后，再影印到一种或多种选择培影印到一种或多种选择培养基上，回收重组子。养基上，回收重组子。平板杂交法示意图平板杂交法示意图放线菌遗传1、制作连锁图、制作连锁图2、构建染色体新组合的菌株（杂交育种）、构建染色体新组合的菌株（杂交育种）3、构建携带不同质粒组合的菌株、构建携带不同质粒组合的菌株4、研究质粒接合性，即待测菌株与已鉴定菌株接合、研究质粒接合性，即待测菌株与已鉴定菌株接合 如无质粒变铅青链霉菌如无质粒变铅青链霉菌66衍生物菌株之间的杂交，可用来检测新的衍生物菌株之间的杂交，可用来检测新的 具有形成麻点特性质粒的存在具有形成麻点特性质粒的存在5、用来确定接合时质粒转移的能力以及促进寄主染色体标、用来确定接合时质粒转移的能力以及促进寄主染色体标 记重组的能力。记重组的能力。放线菌杂交的应用放线菌杂交的应用放线菌遗传 四、链霉菌与大肠杆菌之间的接合作用四、链霉菌与大肠杆菌之间的接合作用 许多链霉菌天然地携带接合质粒，在实验室内只要将两许多链霉菌天然地携带接合质粒，在实验室内只要将两个带有不同遗传型的亲本菌株在琼脂平板上混合培养即杂交，个带有不同遗传型的亲本菌株在琼脂平板上混合培养即杂交，就会发生遗传重组。就会发生遗传重组。 与大肠杆菌进行接合作用时，需要首先人工构建能在大肠与大肠杆菌进行接合作用时，需要首先人工构建能在大肠杆菌和链霉菌中都能进行复制的双功能载体杆菌和链霉菌中都能进行复制的双功能载体(即穿梭载体即穿梭载体)，将外源基因连接在该载体上。将外源基因连接在该载体上。 然后通过大肠杆菌与链霉菌间的接合作用，就可将外源基然后通过大肠杆菌与链霉菌间的接合作用，就可将外源基因导入链霉菌中，这是进行种间杂交的一种有效方法。因导入链霉菌中，这是进行种间杂交的一种有效方法。放线菌遗传 这种载体一般是含有革兰阴性菌质粒这种载体一般是含有革兰阴性菌质粒RP4的的oriT位点的可位点的可移动质粒，利用大肠杆菌供体提供的转移功能，能介导大肠移动质粒，利用大肠杆菌供体提供的转移功能，能介导大肠杆菌和链霉菌杂交。常用的大肠杆菌是杆菌和链霉菌杂交。常用的大肠杆菌是S17-1(含有整合的含有整合的RP4质粒质粒)。 利用大肠杆菌进行的接合作用将外源利用大肠杆菌进行的接合作用将外源DNA转移到链霉菌或转移到链霉菌或其他放线菌有下列优点：其他放线菌有下列优点： 方法简单，不需要制备原生质体；方法简单，不需要制备原生质体； 能够利用许多通用的能够利用许多通用的oriT载体，进行位点专一性或定载体，进行位点专一性或定 向插入并与染色体整合；向插入并与染色体整合； 由于这些载体能在大肠杆菌中复制，容易构建所需要由于这些载体能在大肠杆菌中复制，容易构建所需要 的重组物。的重组物。 放线菌遗传 通过原生质体融合而进行的遗传重组，是一种能使染色体通过原生质体融合而进行的遗传重组，是一种能使染色体基因发生高频重组的有效方法。基因发生高频重组的有效方法。将两个亲本株分别用酶法脱去细胞壁，在高渗介质中形成由将两个亲本株分别用酶法脱去细胞壁，在高渗介质中形成由细胞膜包裹的原生质体。细胞膜包裹的原生质体。等量相混，在聚乙二醇等量相混，在聚乙二醇(PEG)存在下诱导融合，经过存在下诱导融合，经过DNA交交换、重组而产生重组子。换、重组而产生重组子。融合后的原生质体在适宜的再生培养基中再生细胞壁回复成融合后的原生质体在适宜的再生培养基中再生细胞壁回复成细胞形态。细胞形态。第四节第四节 链霉菌的转化和原生质体融合链霉菌的转化和原生质体融合 一、原生质体融合一、原生质体融合在最适条件下，种内融合重组效率可达再生菌落的在最适条件下，种内融合重组效率可达再生菌落的20，种间融合重组率一般，种间融合重组率一般为为10-510-6。放线菌遗传原生质体融合引起的遗传重组不依赖于质粒。原生质体融合引起的遗传重组不依赖于质粒。原生质体融合可用来做图，适用于紧密连锁的遗传标记，原生质体融合可用来做图，适用于紧密连锁的遗传标记，适宜于重组菌株的构建，因为重组率太高，反而在后代的适宜于重组菌株的构建，因为重组率太高，反而在后代的分析中有一定的困难。分析中有一定的困难。原生质体融合也能引起质粒在菌株间转移。原生质体融合也能引起质粒在菌株间转移。 放线菌遗传 放线菌菌丝体很少能呈现感受态而吸收放线菌菌丝体很少能呈现感受态而吸收DNA，但是当放线，但是当放线菌细胞用酶法脱壁形成原生质体，在菌细胞用酶法脱壁形成原生质体，在PEG存在下，质粒、噬存在下，质粒、噬菌体菌体DNA或染色体或染色体DNA很容易进入细胞得到转化子或转染很容易进入细胞得到转化子或转染子。子。 在天蓝色链霉菌或变铅青链霉菌中：在天蓝色链霉菌或变铅青链霉菌中： 每微克每微克ccc质粒质粒DNA，能产生，能产生106-107转化子转化子 开环或线性质粒转化率比开环或线性质粒转化率比ccc质粒降低质粒降低10-100倍倍 每微克噬菌体每微克噬菌体DNA能产生能产生5105的转染子的转染子二、转化和转染二、转化和转染1.质粒或噬菌体质粒或噬菌体DNA通过原生质体进行转化或转染通过原生质体进行转化或转染放线菌遗传利用上述的转化利用上述的转化/转染技术，并以链霉菌的质粒或噬菌体转染技术，并以链霉菌的质粒或噬菌体DNA做载体，已建立了链霉菌的基因克隆系统。做载体，已建立了链霉菌的基因克隆系统。从从pIJ101衍生出来的高拷贝、宿主范围广泛的载体成为特衍生出来的高拷贝、宿主范围广泛的载体成为特别有用的通用载体。别有用的通用载体。C31是天蓝色链霉菌是天蓝色链霉菌A3(2)的温和性噬菌体，对它作了详的温和性噬菌体，对它作了详尽的研究，并构建了具有广泛宿主范围的衍生载体。尽的研究，并构建了具有广泛宿主范围的衍生载体。这些载体都具有在大肠杆菌和链霉菌中表达的功能这些载体都具有在大肠杆菌和链霉菌中表达的功能 放线菌遗传电转化：电转化：是将细胞和是将细胞和DNA悬浮液进行电击，导致瞬间的细胞悬浮液进行电击，导致瞬间的细胞膜穿孔而使细胞吸收膜穿孔而使细胞吸收DNA。一般用链霉菌菌丝进行电转化，这种方法的优点是不需要制一般用链霉菌菌丝进行电转化，这种方法的优点是不需要制备原生质体和进行原生质体的再生。备原生质体和进行原生质体的再生。另外，随着分子生物学方法的飞速发展，还有很多新的转化另外，随着分子生物学方法的飞速发展，还有很多新的转化方法不断涌现出来。如将环状或线状质粒制备成单链，可提方法不断涌现出来。如将环状或线状质粒制备成单链，可提高近高近100倍的转化频率。倍的转化频率。2电转化电转化放线菌遗传