《微生物遗传学》教学大纲

一、基本信息

课程代码：	1065842	课程性质：	专业选修课
课程名称：	微生物遗传学	英文名称：	Microbial Genetics
学时/学分：	30/2	开课时间：	大三（上）
适用对象：	生物工程专业
先修课程：	生物化学、分子生物学、微生物学、
大纲执笔人：	宋达峰	大纲审核人：	蒋予箭
修订时间：	2016	当前版本：	2016

 

二、课程描述

“微生物遗传学”是以微生物为研究对象的遗传学分支学科，也是微生物学的分支学科。它的建立和发展曾促进了遗传学和微生物学中的一些重大基本理论的阐明，也推动了分子生物学的发展。特别是近20多年来，随着DNA重组技术，核苷酸序列分析以及PCR扩增等现代分子生物学技术的建立和应用，使微生物的体内遗传学研究与体外遗传操作紧密结合起来。大大促进了微生物遗传学的发展和实际应用。由于微生物作为遗传学研究材料的独特优越性，因此在新水平上发展的微生物遗传学必将会象它曾经起过的作用，在遗传学、微生物学以至整个生物科学的发展中继续发挥重要的作用。 

三、教学目标

本课程的授课对象为生物技术专业本科生，通过本课程的理论教学，使学生具备如下能力：

1、掌握微生物遗传学的基本内容，主要包括微生物遗传学的基本概念、基本原理、基本定律和发展方向，并能解答和分析理论上和实践上遇到的问题。

2、掌握遗传学的基本理论，基本知识和基本技能；通过学习，使学生了解微生物作为研究材料的独特优越性，在现代生命科学发展中的重要作用，激发学生学好生命科学的兴趣，为我国培养高水平的现代生物技术人才。

 

四、课程目标对毕业要求的支撑

毕业要求	指标点	课程目标
2生化与分子生物学的基础知识与实验技能	2.1了解生物分子的结构与功能。	教学目标1
3工业微生物与发酵工艺学知识与相应能力。	3.2工业微生物菌种选育与保藏的理论与实验技能。 。	教学目标2

 

五、教学内容

第1章 绪论（2学时） （支撑课程目标1）

教学内容：遗传学、遗传、变异的基本概念，遗传学研究的对象和任务，遗传学          的发展，遗传学在科学和生产中的作用及《遗传学》课程的学习要         求。

教学重点：遗传学的研究对象、发展简史以及在科学和生产中的作用。

教学难点：基因概念的发展与遗传学发展的关系。

第一节 证明遗传物质是DNA（有时是RNA）的经典实验

一、细菌的转化

二、噬菌体感染实验

三、病毒重建实验

第二节 DNA的结构和复制

一、DNA的结构

二、DNA的复制特点和几种主要复制方式

第三节 原核生物染色体及其复制

一、原核生物染色体数目和大小

二、细菌染色体的结构

三、细菌染色体的复制

四、细菌染色体的分离机制

第四节 真核生物染色体及其复制

一、真核生物染色体的组成和结构

二、真核生物染色体的复制

第五节 基因结构和基因组

一、基因结构和基因概念的发展

二、基因组学

三、大肠杆菌的基因组

四、X174噬菌体的基因组

五、真核生物的基因组及其特点

 

 

 

第2章 基因突变和损伤DNA的修复（2学时）（支撑课程目标1）

教学内容：主要讲述基因突变的类型、基因突变的规律、基因突变的类型。         诱变剂和诱变机制，自发突变和适应突变、损伤DNA的修复及意义。

教学重点：基因突变的分子基础，辐射诱变和DNA修复的机制。  

教学难点：损伤DNA的7种修复机制；基因突变的机制。

 

第一节 基因突变的类型、符号和规律

一、基因的符号

二、基因突变的类型

三、遗传学上常用的几个突变株

四、基因突变的规律

第二节 基因突变的分子基础

一、碱基置换及其对遗传信息的影响

二、移码突变及其产生

三、缺失和重复

第三节 诱变剂和诱变机制

一、碱基类似物在DNA复制时的掺入

二、DNA分子上碱基的化学修饰

三、嵌合剂和移码突变

四、辐射诱变

第四节 自发突变和适应突变

一、突变的自发性的证实

二、自发突变的机制

三、适应突变（adaptive mutation）

第五节 损伤DNA的修复

一、光修复（photoreactivation）

二、错配修复（mismatch repair system）

三、切除修复（excision repair）

四、重组修复（recombination repair）

五、交联修复 （repair of interstrand crosslinks in DNA）

六、SOS修复

七、链断裂的修复

 

 

第3章 病毒遗传分析（3学时）（支撑课程目标1）

教学内容：1．掌握噬菌体的突变型及基因重组的特点；

2．掌握噬菌体的互补测验与顺反子测定；

3．掌握用两点测交与三点测交测定噬菌体交换值

重点内容：噬菌体的互补测验与顺反子测定；用两点测交与三点测交测定噬菌体          交换值。

难点内容：用两点测交与三点测交测定噬菌体交换值。

 

第一节 T噬菌体

一、T噬菌体的形态结构

二、T噬菌体的基因组和遗传图谱

三、研究噬菌体感染的方法

四、重组测验（recombination test）

第二节 λ噬菌体

一、λ噬菌体的生活周期

二、λ噬菌体基因组

三、λ噬菌体的复制

四、λ噬菌体基因的转录和调控

五、溶源途径和裂解途径的遗传调控

六、λ噬菌体的溶源化和诱导

第三节 反转录病毒

一、反转录病毒的毒粒结构

二、反转录病毒的生活周期

三、反转录病毒的基因组

四、反转录过程中DNA双链的合成和LTR的产生

五、病毒线性DNA整合到寄主细胞基因组

六、原病毒的基因表达

 

第4章 细菌基因转移和基因重组（2学时）（支撑课程目标1）

教学内容：结合、转化、转导、转染、转座和基因重组。

重点内容：人工转化、F质粒的结构和接合作用、转导。

难点内容：F质粒的结构和接合作用、利用转化绘制遗传图。

 

第一节 转化

一、自然转化

二、人工转化

三、利用转化绘制遗传图

第二节 接合作用

一、接合现象的发现与证实

二、F质粒的结构及其在细胞中的存在状态

三、F质粒与接合作用

四、中断杂交试验和基因定位

五、其他细菌中的接合作用

第三节 转导

一、普遍性转导

二、局限性转导

 

 

第5章 质粒（3学时）（支撑课程目标1）

教学内容：质粒的发现和命名规则、质粒的分类方法及特性、质粒复制原件和宿          主DNA、质粒检测和质粒的分离纯化等技术介绍。

重点内容：质粒编码的遗传表型：抗药性质粒、产生毒素的质粒；质粒的分离纯          化；质粒的复制和调节。

难点内容：质粒的抗药性基因、Ori、质粒的检测和分离。

 

第一节 质粒的发现和命名

一、质粒的发现

二、质粒的命名原则

第二节 质粒编码的遗传表型

一、致育质粒

二、抗药性质粒

三、产生抗生素的质粒和产生细菌素的质粒

四、产生毒素的质粒

五、降解质粒

六、致病性质粒

七、共生固氮质粒

八、隐蔽质粒

第三节 质粒的检测

一、质粒消除

二、遗传转移

三、分子杂交

四、质粒的分离、检测与纯化

第四节 质粒的复制和调节

一、质粒的大小和拷贝数

二、质粒的复制

三、质粒复制的调控

四、质粒之间的不相容性

五、质粒的稳定性（细胞分裂中的质粒分配）

六、质粒的转移性

七、IncP组质粒的特征和接合转移

八、广寄主范围质粒载体

九、F质粒与细菌人工染色体（BAC）

 

 

第6章 微生物中的转座因子（3学时）（支撑课程目标2）

教学内容：转座子的类型和结构、细菌转座因子的遗传效应和应用、丝状真菌中                    的转座因子、 酵母中的转座因子。

重点内容：细菌转座因子的插入机制、转座模型、转座因子的遗传效应、丝状真菌中的转座现象、Ty因子的分子结构、转录和转座机制。

难点内容：转座因子的遗传效应、转录和转座机制。

第一节 细菌转座因子的类型和结构

一、插入序列

二、细菌转座子

三、细菌转座因子的插入机制、转座模型

四、Mu噬菌体的转座

五、细菌接合型转座子（conjugative transposon）

第二节 细菌转座因子的遗传效应和应用

一、转座因子的遗传效应

二、转座子的应用

第三节 丝状真菌中的转座因子

一、 丝状真菌中的转座现象

二、丝状真菌中的转座因子类型

第四节 酵母中的转座因子

一、Ty因子在酵母基因组中的分布情况

二、Ty因子的分子结构和转录

三、Ty因子的转座机制

四、Ty因子转座的遗传效应

 

第7章 放线菌遗传（2学时）（支撑课程目标2）

教学内容：链霉菌的染色体、链霉菌中的质粒、转座因子和噬菌体、链霉菌的接          合作用、链霉菌的转化和原生质体融合。

重点内容：链霉菌的染色体DNA、链霉菌染色体的缺失、扩增和重排、链霉菌的          遗传分析方法和基因连锁图的制作、。

难点内容：链霉菌染色体的缺失、扩增和重排、链霉菌的遗传分析方法和基因连          锁图的制作。

 

第一节 链霉菌的染色体

一、链霉菌的染色体DNA

二、链霉菌染色体的缺失、扩增和重排

第二节 链霉菌中的质粒、转座因子和噬菌体

一、链霉菌中的质粒

二、链霉菌中的转座因子

三、链霉菌中的噬菌体

第三节 链霉菌的接合作用

一、链霉菌基因重组的发现

二、天蓝色链霉菌中的性别体制和遗传重组

三、链霉菌的遗传分析方法和基因连锁图的制作

四、链霉菌与大肠杆菌之间的接合作用

第四节 链霉菌的转化和原生质体融合

一、原生质体融合

二、转化和转染

 

第8章  酵母菌遗传（2学时）（支撑课程目标2）

教学内容：酵母菌的基因组和染色体、酵母线粒体基因组及其遗传、酵母菌中的          质粒、酵母基因表达的调控、接合型基因及其基因型转换、酵母菌         的载体系统、酵母双杂交系统。

重点内容：酵母菌的染色体结构、2μm质粒、酵母基因的启动子元件和调控因        子、酵母双杂交系统。

难点内容：酵母双杂交系统、酵母菌的表达载体。

 

第一节 酵母菌的基因组和染色体

一、酵母菌的基因组

二、酵母菌的染色体结构

第二节 酵母线粒体基因组及其遗传

一、呼吸缺陷突变株

二、酵母线粒体基因组的物理图谱及其特点

第三节 酵母菌中的质粒

一、2μm质粒

二、嗜杀现象

第四节 酵母基因表达的调控

一、酵母基因的启动子元件

二、酵母的转录调控因子

第五节 接合型基因及其基因型转换

一、酿酒酵母的生活史

二、酿酒酵母细胞分裂的遗传控制

三、接合型基因的转换

第六节 酵母菌的载体系统

一、克隆载体

二、酵母菌的表达载体（YXp）

三、酵母菌的分泌载体（YSp）

第七节 酵母双杂交系统

一、酵母双杂交系统原理

二、酵母双杂交系统的组成和特点

三、酵母双杂交系统的应用

 

第9章 丝状真菌的遗传（3学时）（支撑课程目标2）

教学内容：粗糙脉孢菌的遗传分析、构巢曲霉的遗传分析、真菌的准性生殖、丝          状真菌的遗传物质和基因表达调控、丝状真菌中的质粒、丝状真菌          的转化及其特点。

重点内容：粗糙脉孢菌有性杂交的四分体遗传分析、构巢曲霉有性杂交的遗传分          析、准性生殖的过程、丝状真菌的基因表达的调控、丝状真菌质粒         的类型和特征、外源DNA导入丝状真菌的方法和转化子的表达。

难点内容：准性生殖的过程、丝状真菌的基因表达的调控。

 

第一节 粗糙脉孢菌（顺序排列四分体）的遗传分析

一、粗糙脉孢菌的生活史

二、粗糙脉孢菌有性杂交的四分体遗传分析

三、粗糙脉孢菌有性杂交的随机孢子分析

第二节 构巢曲霉（非顺序排列四分体）的遗传分析

一、构巢曲霉的生活史

二、构巢曲霉有性杂交的遗传分析

第三节 真菌的准性生殖

一、准性生殖的普遍性

二、准性生殖的过程

第四节 丝状真菌的遗传物质和基因表达调控

一、基因组结构

二、基因结构

三、基因表达的调控

第五节 丝状真菌中的质粒

一、丝状真菌中的天然质粒及其分布

二、质粒的类型和特征

三、质粒的遗传

四、质粒整合到mtDNA

第六节 丝状真菌的转化及其特点

一、外源DNA导入丝状真菌的方法

二、载体及其选择标记

三、丝状真菌转化子的表达及其稳定性

 

第10章 原核生物基因表达的调控（3学时）（支撑课程目标2）

教学内容：基因表达的主要特点及主要表达方式、原核基因表达调控的基本原理、        乳糖操纵子结构及其调节机制（包括阻遏蛋白负性调节、CAP正性调         节及协调调节三个概念）、色氨酸操纵子的结构及其调控模式和          转录调节机制。

重点内容：乳糖操纵子和色氨酸操纵子。

难点内容：乳糖操纵子的结构及其调控模式：阻遏蛋白负性调节、CAP正性调节          及协调调节；色氨酸操纵子的结构及其调控模式。

 

第一节 概述

一、操纵子

二、阻遏物和激活物

三、负调控和正调控（negative and positive regulation）

四、诱导物和共阻遏物（inducer and corepressor）

第二节 转录水平的调控

一、细菌的RNA聚合酶

二、启动子

三、转录过程

四、σ因子与转录起始调控

五、转录的终止和抗终止

第三节 操纵子类型

一、大肠杆菌乳糖操纵子的正调控和负调控

二、半乳糖操纵子的双重调控

三、阿拉伯糖操纵子的双重调控

四、色氨酸操纵子的弱化作用

第四节 转录后的调控

一、SD序列与翻译效率

二、重叠基因对翻译的影响

三、严紧反应

四、反义RNA的调控作用

 

第11章 微生物的固氮调节机制（3学时）（支撑课程目标2）

教学内容：固氮菌的种类、生物固氮作用、肺炎克氏杆菌固氮基因表达的调控机          制、根瘤菌固氮基因表达调控。

重点内容：自生固氮菌、固氮酶的结构和催化机制。

难点内容：3种固氮菌的类型、生物固氮的机制、固氮菌的基因表达和调控机制。

 

第一节 固氮菌的种类

一、自生固氮菌

二、联合固氮菌

三、共生固氮菌

第二节 生物固氮作用

一、固氮酶的结构

二、固氮酶催化机制

第三节 肺炎克氏杆菌固氮基因表达的调控机制

一、固氮基因的结构

二、nif基因启动子及其转录特点

三、铵和氧对NifA蛋白合成和NifA活性的调控

第四节 根瘤菌固氮基因表达调控

一、根瘤菌中的结瘤基因

二、根瘤菌中的固氮基因

 

第12章 微生物的耐盐机制（3学时）（支撑课程目标2）

教学内容：嗜盐微生物的种类和分类、微生物的盐适应机制、嗜盐菌的应用。

重点内容：嗜盐菌在农业和环境修复中的应用。

难点内容：Na+对嗜盐菌的影响、渗透机制和输出机制。

 

第一节 嗜盐微生物

一、中度嗜盐菌和极端嗜盐菌的种类

二、Na+对嗜盐菌的影响

第二节 微生物的盐适应机制

一、渗透调节

二、Na+输出系统

第三节 嗜盐菌的应用

一、农业中的应用

二、工业中的应用

三、环境修复中的应用

 

 

 

六、教学安排

该课程每周2学时，15周，30学时为课堂授课教学时间。实验实践单独设课。

建议教学进度如下：

章节	学时数
第1章 绪论	2
第2章 基因突变和损伤DNA的修复	2
第3章 病毒遗传分析	3
第4章 细菌基因转移和基因重组	2
第5章 质粒	3
第6章 微生物中的转座因子	3
第7章 放线菌遗传	2
第8章  酵母菌遗传	2
第9章 丝状真菌的遗传	3
第10章 原核生物基因表达的调控	3
第11章 微生物的固氮调节机制	3
第12章 微生物的耐盐机制	3

 

七、教学方法与手段

    以课堂理论教学为主。课堂理论教学以多媒体课件为主，黑板板书为辅。在教学过程中注重能力的培养，以实际应用系统为例，提高理论教学实用性，提高学生分析和解决实际问题的能力。

八、考核方式及成绩评定

    考核方式： 期末考试闭卷，平时作业、出勤、课堂情况。

    成绩评定标准：总成绩（百分制）＝平时成绩×30％＋平时作业×10％＋期末考试成绩×60％。

 

九、教材及主要参考书

指定教材：

[1]、陈三凤，刘德虎编著，《现代微生物遗传学》，化学工业出版社。2003年2月

参考书目：

[1]、陈永青 编著，微生物遗传学导论，复旦大学出版社，1990.6

[2]、沈萍 编著，微生物遗传学，武汉大学出版社，1995.9

[3]、高东 主编，微生物遗传学，山东大学出版社，1996.3

[4]、盛祖嘉 编著，微生物遗传学（第二版），科学出版社，1987.8