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第一章 绪论1

第一节 微生物遗传育种学的发展史1

一、微生物遗传育种学的奠基阶段1

二、微生物遗传育种学的形成阶段1

三、微生物遗传育种学的发展阶段3

四、微生物遗传育种学的研究内容及意义4

第二节 微生物细胞的基本结构6

一、病毒的基本结构6

二、原核生物细胞的基本结构6

三、真核微生物细胞的基本结构8

第三节 微生物的遗传物质9

一、DNA的基本结构9

二、DNA的复制11

三、DNA的基本性质12

四、DNA的变性、复性和杂交12

五、RNA的基本结构和功能13

思考题13

第二章 微生物基因组的结构与功能14

第一节 微生物的基因和基因组14

一、基因与基因组的概念14

二、基因与基因组学15

三、互补测验和顺反子概念16

四、操纵子学说与基因家族17

五、外显子与内含子17

六、重叠基因与转座基因18

第二节 原核生物的染色体及其复制21

一、原核生物染色体的基本特征21

二、细菌染色体的结构21

三、细菌染色体的复制22

第三节 原核生物的基因与基因组24

一、大肠杆菌的基因组24

二、原核生物的拟核结构25

三、细菌的质粒25

第四节 病毒的基因与基因组26

一、病毒基因组的结构26

二、反转录病毒基因组的结构与功能26

三、反转录病毒的特征与遗传27

四、T4噬菌体的基本特征与遗传28

五、λ噬菌体的遗传特征29

第五节 真核生物染色体的基本结构和复制30

一、真核生物染色体的基本结构30

二、常染色质和异染色质33

三、真核生物染色体的复制33

第六节 真核生物的基因与基因组35

一、真核生物基因组的大小35

二、真核生物DNA的复性37

三、真核生物染色体上的单一序列及重复序列38

四、卫星DNA39

五、基因家族与基因簇40

六、真核生物的割裂基因40

七、串联重复序列42

思考题42

第三章 微生物基因表达的调控44

第一节 微生物基因表达调控概述44

一、微生物基因调控的类型45

二、微生物基因调控的主要特点46

第二节 操纵子47

一、操纵子模型的提出47

二、操纵子的基本结构47

三、操纵子类型47

第三节 乳糖操纵子48

一、乳糖操纵子基本结构48

二、乳糖操纵子负控诱导模式49

三、乳糖操纵子的正调控模式50

四、其他调控模式52

五、乳糖操纵子的本底水平表达52

六、阻遏蛋白与激活物53

七、诱导物与辅阻遏物54

八、阻遏蛋白与操纵子DNA的作用机制54

第四节 其他操纵子及其调控模式55

一、半乳糖操纵子——具有双启动子55

二、阿拉伯糖操纵子56

三、色氨酸操纵子——负控阻遏58

四、含多启动子的操纵子61

五、细菌的应急反应62

第五节 微生物基因的转录62

一、特定的DNA结构62

二、RNA聚合酶64

三、转录过程67

第六节 转录水平上的调控73

一、启动子的结构决定了转录起始的基准水平73

二、σ因子与转录起始调控73

三、转录终止调控——抗终止和弱化调控74

四、组蛋白类似蛋白的调控76

五、转录调控因子的作用76

六、增强元件的调控76

七、转录的抑制76

第七节 转录后及翻译水平的调控77

一、重叠基因对翻译的影响77

二、严紧反应77

三、反义RNA对翻译的调控78

四、mRNA结构对翻译起始的调节（SD序列与翻译起始效率）79

五、mRNA的稳定性对基因表达的调控80

六、核糖体蛋白合成的自体调控80

七、调节 蛋白的调控作用81

八、稀有密码子对翻译的影响81

九、翻译的阻遏81

十、核开关81

十一、噬菌体基因组表达的时序调控82

十二、原核生物的全局调控-群体感应84

第八节 真核微生物基因表达的调控85

一、真核微生物基因表达调控的特点85

二、真核微生物基因转录调控机制86

三、染色体水平的调控90

四、转录后水平的调控92

五、翻译和翻译后水平的调控92

第九节 蛋白质的运输和分泌95

一、信号肽假说95

二、细菌蛋白质的运送和分泌96

三、酵母蛋白质的运送和分泌100

思考题101

第四章 细菌的遗传和基因重组103

第一节 基因的转化现象103

一、转化的发现103

二、转化的本质103

三、利用转化绘制遗传图105

第二节 细菌的质粒106

一、质粒的发现106

二、质粒的命名原则106

三、质粒编码的遗传表型106

四、质粒的复制和调控108

五、质粒的不亲和性111

六、质粒的可转移性112

七、质粒不稳定性112

八、质粒的检测与获得113

第三节 细菌的接合作用115

一、接合现象的发现115

二、F质粒与接合作用的关系116

三、F质粒的结构118

四、中断杂交和基因定位118

五、其他细菌中的接合现象119

第四节 细菌的转导现象119

一、细菌转导的发现119

二、转导与噬菌体的关系120

三、普遍性转导121

四、局限性转导122

五、转导在遗传学研究中的应用123

思考题124

第五章 酵母菌的遗传和基因重组125

第一节 概述125

一、酵母菌的基本特征125

二、具有重要应用价值的酵母菌125

第二节 酵母菌的遗传物质和遗传操作方法126

一、染色体组织结构126

二、染色体外DNA126

三、酿酒酵母遗传操作方法127

四、酿酒酵母之外酵母中外源蛋白的表达129

第三节 酵母线粒体基因组及其遗传131

一、呼吸缺陷突变株131

二、酵母线粒体基因组的物理图谱及其特点131

第四节 酵母基因表达的调控131

一、酵母基因的启动子元件131

二、酵母的转录调控因子132

第五节 酵母菌诱导和阻遏分子机制134

一、葡萄糖阻遏的分子机制134

二、磷脂酰肌醇类信号转导与葡萄糖阻遏的可能关系135

三、葡萄糖解阻遏与酵母菌酶的合成和调控135

四、在铁载体合成过程中阻遏机制的研究136

五、氮阻遏机制的研究现状137

六、诱导机制的研究现状138

思考题139

第六章 放线菌的遗传和基因重组140

第一节 链霉菌的染色体140

一、DNA的碱基组成140

二、链霉菌的染色体DNA140

三、链霉菌染色体的缺失、扩增和重排140

第二节 链霉菌中的质粒、转座因子和噬菌体142

一、链霉菌中的质粒142

二、链霉菌中的转座因子145

三、链霉菌中的噬菌体146

第三节 链霉菌的接合作用146

一、链霉菌基因重组的发现146

二、天蓝色链霉菌中的性别体制和遗传重组147

三、链霉菌遗传分析方法和基因连锁图的制作150

四、链霉菌与大肠杆菌之间的接合作用154

第四节 链霉菌的原生质体融合和转化154

一、原生质体融合154

二、转化和转染154

思考题155

第七章 丝状真菌的遗传和基因重组156

第一节 丝状真菌的遗传物质和基因表达调控156

一、丝状真菌的遗传物质156

二、丝状真菌的基因结构157

三、基因表达的调控157

第二节 丝状真菌中的质粒158

一、质粒的类型和特征158

二、丝状真菌中的天然质粒及其分布159

三、质粒的遗传160

四、质粒整合到mtDNA160

第三节 丝状真菌的转化160

一、外源DNA导入丝状真菌的方法160

二、载体及其选择标记161

三、丝状真菌转化子的表达及其稳定性161

第四节 粗糙脉孢菌的遗传分析162

一、粗糙脉孢菌的生活史162

二、粗糙脉孢菌有性杂交的四分体遗传分析162

三、粗糙脉孢菌有性杂交的随机孢子分析165

第五节 构巢曲霉的遗传分析166

一、构巢曲霉的生活史166

二、构巢曲霉有性杂交的遗传分析166

第六节 真菌的准性生殖167

一、准性生殖的普遍性167

二、准性生殖过程168

思考题170

第八章 基因突变及传统微生物育种171

第一节 基因突变的类型171

一、自发突变和诱发突变171

二、基因突变及染色体畸变171

三、显性突变及隐性突变171

四、基因突变及突变型171

五、条件突变及非条件突变172

六、功能缺失型突变及功能获得型突变172

七、回复突变及抑制突变172

第二节 基因突变的分子机制173

一、碱基置换173

二、插入和缺失突变173

三、移码突变173

第三节 基因突变的诱发因素174

一、基因突变的生物诱发因素174

二、基因突变的物理诱发因素175

三、基因突变的化学诱发因素176

四、诱变剂及诱变剂检测178

第四节 基因突变的修复及修复机制180

一、DNA的光修复180

二、DNA的切除修复181

三、DNA的错配修复182

四、DNA的重组修复183

五、SOS修复及双链断裂修复184

第五节 诱变育种及突变体获得187

一、诱变育种的基本方法与步骤187

二、突变体的常规分离与筛选189

三、营养缺陷型的分离与筛选190

四、噬菌体抗性突变株的分离与筛选191

五、温敏突变株的分离与筛选192

六、转座子标签突变体192

七、突变体库的饱和度分析193

八、突变体位点的检测194

第六节 微生物代谢控制育种194

一、初级代谢及次级代谢194

二、初级代谢的调节控制195

三、酶合成调节及酶活性调节的概念196

四、反馈抑制与反馈阻遏的比较197

五、次级代谢的调节控制197

六、次级代谢产物的诱导调节197

七、次级代谢产物的碳源分解调节197

八、次级代谢产物的氮源分解调节198

九、次级代谢产物的磷酸盐调节198

十、次级代谢产物的细胞膜透性调节198

十一、次级代谢产物的反馈调节198

十二、组成型突变株的选育199

十三、抗分解调节突变株的选育199

十四、抗反馈调节 突变株的选育201

十五、营养缺陷型在代谢调节育种中的应用203

十六、细胞膜透性突变株的选育及在代谢调节育种中的应用204

第七节 微生物杂交育种204

一、细菌杂交育种的基本过程205

二、杂交亲本和培养基的选择205

三、杂交亲本的遗传标记205

四、细菌杂交育种的方法205

五、放线菌的杂交育种原理和方法205

六、酵母菌的杂交育种207

七、霉菌的杂交育种207

八、高产重组子的筛选207

思考题208

第九章 微生物原生质体融合育种209

第一节 微生物原生质体融合育种概述209

一、原生质体融合育种的基本原理209

二、原生质体融合育种的基本方法210

第二节 细菌原生质体融合育种216

一、概述216

二、细菌原生质体融合育种方法217

三、细菌原生质体融合实例218

第三节 放线菌原生质体融合育种219

一、放线菌结构细胞219

二、放线菌的繁殖方式219

三、放线菌原生质体融合育种的基本方法220

四、放线菌原生质体融合体的检出和鉴定221

第四节 酵母菌和霉菌原生质体融合育种222

一、酵母菌细胞壁结构和繁殖方式222

二、酵母菌原生质体融合育种的基本方法222

三、霉菌原生质体融合育种的基本方法224

思考题227

第十章 基因工程育种技术228

第一节 概述228

一、重组DNA技术基本原理228

二、重组DNA技术的基本流程228

第二节 重组DNA中常用的载体228

一、作为载体的基本要求及载体类型228

二、克隆载体229

三、表达载体234

四、穿梭质粒载体239

五、人工染色体239

六、其他载体240

第三节 重组DNA中常用的工具酶241

一、限制性内切核酸酶241

二、DNA连接酶243

三、DNA聚合酶245

四、反转录酶247

五、碱性磷酸酶248

六、末端转移酶248

七、依赖于DNA的RNA聚合酶249

八、S1核酸酶、BAL31核酸酶249

九、大肠杆菌外切核酸酶Ⅲ250

十、其他核酸酶250

第四节 克隆载体的宿主251

一、宿主的基本要求及性质251

二、原核生物的宿主251

三、真核微生物的宿主252

第五节 外源DNA制备253

一、质粒DNA的提取与分离253

二、染色体DNA的提取与分离253

三、RNA的提取与分离254

四、核酸的定量测定255

第六节 目的基因的获得255

一、基因文库法255

二、cDNA文库法256

三、化学合成法257

四、PCR法扩增目的基因257

第七节 PCR技术258

一、PCR技术的基本原理258

二、PCR技术的特点258

三、PCR的反应体系259

四、PCR反应的影响因素261

五、PCR技术的基本操作262

六、扩增产物的分析与检测262

七、PCR技术的扩展264

第八节 体外克隆266

一、分子克隆的基本步骤及研究内容266

二、基因克隆的一般方法267

三、克隆筛选与鉴定268

四、影响连接反应的因素269

第九节 重组DNA的导入270

一、感受态细胞的制备270

二、外源基因导入原核细胞的方法271

三、外源基因导入真核细胞的方法272

四、基因转移所用的病毒载体273

第十节 重组DNA的筛选和鉴定273

一、抗生素平板法273

二、插入失活法274

三、插入表达法274

四、限制性内切核酸酶分析法274

五、原位杂交法274

六、PCR鉴定法275

七、原位放射免疫法275

第十一节 分子杂交和印迹技术276

一、核酸分子杂交的基本原理276

二、DNA的变性、复性及杂交276

三、核酸探针277

四、核酸杂交方法278

五、常用印迹杂交方法278

第十二节 基因的表达280

一、影响外源基因表达的因素280

二、外源基因在原核细胞中的表达系统280

三、外源基因在真核细胞中的表达系统282

四、差减杂交法283

五、mRNA差异显示和限制酶酶切片段差异显示284

六、基因表达快速分析技术285

七、基因组表达连续分析技术286

八、微阵列技术287

思考题288

第十一章 蛋白质（酶）工程及基因组改组289

第一节 概述289

第二节 理性设计290

一、寡聚核苷酸定点诱变的原理290

二、寡聚核苷酸定点诱变的方法291

三、寡聚核苷酸定点诱变方法的改进291

四、PCR介导的定点突变的原理和方法291

五、重叠延伸PCR技术291

六、大引物PCR定点突变法292

七、盒式突变292

第三节 非理性设计292

一、蛋白质分子定向进化简介293

二、蛋白质分子定向进化的原理293

三、蛋白质分子定向进化的策略293

第四节 定向进化基因文库高通量筛选方法299

一、常用的仪器和设备299

二、常用的数据分析软件302

三、常用的高通量筛选方法303

四、各种展示技术306

第五节 基因组改组育种的原理、策略及其应用实例307

一、基因组改组育种的原理307

二、基因组改组育种的程序及策略308

三、基因组改组技术的应用实例309

思考题310

主要参考文献311