微生物遗传学

以病毒、细菌、小型真菌以及单细胞动植物等微生物为研究对象的遗传学分支学科。微生物有 个体小、生活周期短、常能在简单的合成培养基上迅速繁殖等特点，并且可以在相同条件下处理大量个体，所以是进行遗传学研究的良好材料。微生物遗传学在20世纪40～50年代的发展，促进了遗传学中一些基本理论的阐明；50～60年代推动了分子遗传学的发展。
30年代中已经开始对酵母菌、脉孢菌和草履虫的遗传学研究，不过那时研究的对象 限于能进行有性生殖的微生物，研究的课题大多限于基因的分离、连锁和重组等。开始认识和利用微生物的优越性进行遗传学研究的是美国遗传学家G.W.比德尔和生物化学家E.L.塔特姆。他们原来企图通过果蝇复眼色素遗传的研究来阐明基因的原初功能，虽然取得了一些进展，但并不理想，于是便改用脉孢菌作为研究材料，另行研究基因在氨基酸等的生物合成中所起的作用。这样做的原因是：①果蝇复眼色素的分子结构和生物合成途径比较复杂，要取得大量色素也比较困难；②氨基酸等的分子结构或生物合成都比色素简单；③脉孢菌便于通过大量培养而取得它的代谢产物；④正像在果蝇的复眼色素的研究中必须获得不能合成色素的突变型一样，要研究基因在氨基酸合成中的作用，必须获得不能合成氨基酸的突变型。要做到这一点，所研究的生物必须本身能合成全部氨基酸，脉孢菌正是这样一种生物；⑤脉孢菌的基因分离、连锁、重组等研究已经有一定的基础；⑥在微生物中利用射线诱发基因突变已有报道。
　　
40年代主要通过下列几方面的工作奠定了微生物遗传学的基础：
　　
脉孢菌中营养缺陷型的发现和基因原初功能的研究   40年代初比德尔和塔特姆用射线处理脉孢菌得到了多种营养缺陷型，这些突变型只有在培养基中添加了它们所不能合成的物质才能生长。研究营养缺陷型的重要意义是：①为生物合成代谢途径的研究提供了有效的手段；②提出了一个基因一种酶的假设；③利用营养缺陷型探索代谢途径的原理在遗传学各个领域中得到广泛应用；④除研究基因的原初功能外，还被应用于研究基因结构和基因突变，从这些研究所得到的许多原理以后又被应用于人类体细胞的遗传学研究（见体细胞遗传学），从而推动了人类遗传学的发展；⑤应用营养缺陷作为标记,发现了细菌接合。
　　
细菌接合和基因重组的发现  早在30年代就有人提出细菌是否有基因重组的问题，并且试 图进行验证,但因所用的检测遗传重组的形态和糖发酵性状不很稳定，并且没有采用排除亲本而选择重组体的方法，所以没有取得可信的结果。1946年美国微生物遗传学家J.莱德伯格和塔特姆在大肠杆菌中以营养缺陷型为选择标记，发现了细菌的基因重组现象。这一发现既说明了生物界遗传规律的普遍性；又开辟了应用大肠杆菌等为材料的遗传学研究的广阔领域。目前大肠杆菌已是遗传学方面研究得最为详尽的生物，通过大肠杆菌和它的噬菌体的遗传学研究又开创了分子遗传学。大肠杆菌基因重组的发现还导致了大肠杆菌的转导、真菌的准性生殖和放线菌的基因重组等现象的发现，并为微生物遗传学理论应用于生产实践开辟了前景。
　　
细菌转化因子的化学鉴定   肺炎双球菌的转化现象在1928年就已发现，可是转化因子的化学本质直到1944年才为美国化学家O.T.埃弗里鉴定为DNA。此后DNA的重要意义才逐渐被认识，分子遗传学的发展才有可能。
　　
细菌抗药性突变的研究  细菌的抗药性来自基因突变还是对环境的适应性变异是个长期争论不休的问题。1943年原来当医生的S.卢里亚和由物理学转向噬菌体遗传学研究的遗传学家M.德尔布吕克用波动实验证明了抗药性的出现可以在细菌接触药物以前发生，表明抗药性是基因突变的结果。关于细菌的变异在19世纪就已经有许多报道，可是通过严密的实验设计和结果分析而得出关于变异的实质方面的明确结论是从这一实验开始的。这一工作在方法论方面给微生物遗传学带来深远的影响，它的结论加深了人们对于生物变异规律的普遍性的认识。

噬菌体遗传学研究   这方面的研究在20世纪30年代末已由德尔布吕克等系统地开展，40年代进入全盛时期。噬菌体干重的90％以上由蛋白质和核酸构成，噬菌体感染细菌时只有核酸进入细菌细胞，蛋白质外壳则留在细胞外面，在感染后短短20～30分钟便有上百个噬菌体被释放出来。这样一种简单的体系很有利于研究遗传物质的本质。正是噬菌体的遗传学研究为 DNA是遗传物质和三联体是遗传密码的基本单位提供了重要的证据，并阐明了基因是一个不容分割的功能单位而不是突变和重组的单位（见互补作用），而且在噬菌体的研究中发现了基因突变的热点，以后又揭示了基因的重叠性现象。同时噬菌体遗传学研究也是基因调控概念的实验根据之一。

研究方法

除了一般的微生物学研究方法以外，在微生物遗传研究中最突出的方法是突变型的筛 选和选择性培养方法的应用。突变型一方面可作为染色体的标记，另一方面可用来剖析各种生命活动的遗传控制。为了后一目的，必须获得特定类型的突变型。在高等动植物中，虽然也有一些筛选特定类型的突变型的例子，但是多数突变型是由于偶然出现而长期积累起来的。微生物遗传学研究则不同，一般工作常从筛选特定的突变型开始，例如筛选不能合成某一种氨基酸的突变型（营养缺陷型）、对于某一种药物或噬菌体具有抗性的突变型、在较高温度中不能进行DNA 复制的突变型、转化过程中发生遗传性障碍的突变型、某一特定的酶发生缺陷的突变型以及导致某一种蛋白质的某一功能区发生变化的突变型等。微生物遗传学的迅速发展和便于取得所需要的突变型有着密切的关系。
　　
特定类型的突变型的筛选之所以能够成功，主要是应用选择性培养基的结果。例如把大量对某种药物敏感的细菌接种在含有该种药物的培养基上，在这上面能形成菌落的细菌便是发生了抗药性突变的细菌。这一原理也应用于突变的研究、细菌接合的研究、转导的研究、基因精细结构分析的研究(见基因定位)和基因调控的研究等。选择性培养方法的应用大大提高了工作效率，在基因重组的分析中一般需要测定杂交子代中亲本组合和重组类型的比率；两个基因的距离愈近，则发现重组类型所须分析的子代个体愈多。同一基因内部的两个突变位点的距离必然更近，因此在高等动植物中较难发现它们之间的重组。在微生物中应用选择性培养方法，可以检出距离十分接近的两个突变位点之间的重组，因为特定的选择条件能淘汰绝大多数非重组个体，而只使为数有限的重组体存活。例如大肠杆菌T4噬菌体的快速溶菌突变型rⅡ能感染寄主细菌大肠杆菌B而形成噬菌斑，但在大肠杆菌K上则不能形成噬菌斑。用大肠杆菌K作为选择性培养条件,便能检出两个十分接近的rⅡ突变位点之间发生重组而出现的野生型噬菌体。由于选择性培养方法的应用，才有可能在较短时间测定大量的这类突变型，非但提高了工作效率，还从根本上改变了对基因的认识。
　　
某些微生物的一些生物学特性对于遗传学中的特殊问题的研究具有重要意义。例如子囊菌中一次减数分裂所产生的四分体分布在一个子囊里面，这一特性有助于对基因转变现象的研究。

和其他学科的关系

微生物遗传学除推进了人们对遗传规律的认识以外，也推进了对微生物的代谢、生长发育、

免疫机制以及致病性等方面的认识。例如通过营养缺陷型和糖发酵缺陷型的研究，阐明了某些微生物的氨基酸、核苷酸等物质的合成途径以及一些糖的代谢机制等；用不能形成成熟芽孢的突变型进行细菌芽孢形成机制的研究；用遗传学方法揭示了沙门氏菌(Salmonella)中鞭毛抗原相转变的分子机制；对于一些致病菌的致病因素进行分析等。
　　
微生物遗传学的研究一方面要依靠生物化学的知识和方法，另一方面也对生物化学有许多贡献。氨基酸、核苷酸及蛋白质和核酸等大分子的生物合成的研究多采用微生物为材料，而且常用微生物遗传学方法。
　　
分子遗传学是在微生物遗传学的基础上发展起来的一个遗传学分支。遗传密码、转录、翻译、信使核糖核酸(mRNA)、转移核糖核酸(tRNA)等都是在微生物中被发现或证实的。
　　
由于不能用人作为实验材料，人类遗传学的研究进展很缓慢。60年代以来，人类遗传学的飞速发展主要是由于对人的离体培养细胞应用微生物遗传学研究方法的结果。它的主要环节是：:①离体培养细胞的集落生长;②合成培养基的应用；③突变型细胞株的建立；④细胞融合。它们也同样适用于高等动植物的遗传学研究，并成为体细胞遗传学的重要研究方法。
　　
微生物遗传学还推动了生产的发展。40年代微生物育种工作仅限于诱变处理。随着微生物遗传学的开展，杂交、转导和转化等技术也应用到育种工作中去。细菌的氨基酸合成代谢中的基因调控机制被阐明以后，通过消除阻遏作用而提高最终产物的原理被应用于氨基酸和核苷酸的发酵生产中，并取得了显著的增产效果。重组DNA技术在工业、农业和医学上的应用前景更难以估量，而重组DNA技术也是微生物遗传学研究的产物。微生物遗传学研究对于医疗卫生事业也作出了重要的贡献，在致癌物质的检测方面尤为突出（见毒理遗传学）。

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1.http://www.ikepu.com/datebase/briefing/biology/microbial_genetics.htm
2.http://www.chinabaike.com/article/316/332/2007/2007021946411.html