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第1章 绪论1

本章导读1

1.1 微生物遗传育种学的发生与发展1

1.1.1 微生物研究的重要性1

1.1.2 微生物遗传育种学的发生2

1.1.3 微生物遗传育种学的发展3

1.1.4 微生物遗传育种学的地位与作用7

1.2 遗传物质的结构与复制9

1.2.1 DNA结构9

1.2.2 DNA复制14

1.3 微生物特点与优越性及微生物遗传育种研究方法应用18

1.3.1 微生物特点与优越性18

1.3.2 细胞培养技术的应用20

1.3.3 突变与诱变筛选技术的应用20

1.3.4 显微镜观察技术20

1.3.5 合成培养基的应用21

1.3.6 液体培养技术的应用21

1.3.7 体细胞融合和体细胞杂交技术的应用21

1.3.8 质粒研究技术22

第2章 微生物的突变与修复23

本章导读23

2.1 突变概述23

2.1.1 突变23

2.1.2 突变的划分24

2.2 突变特点30

2.2.1 基因突变的性质或特点30

2.2.2 微生物突变的常见类型与菌株32

2.2.3 抗药性突变的特点35

2.2.4 抗药性产生的遗传机理35

2.2.5 抗药性突变的区分37

2.2.6 微生物的基因符号与命名规则38

2.3 突变的分子机理40

2.3.1 自发性损伤（自发突变）41

2.3.2 诱发突变44

2.3.3 突变热点59

2.3.4 DNA分子的位点专一性诱变60

2.3.5 诱发作用与人类癌症60

2.4 突变修复71

2.4.1 直接回复修复72

2.4.2 切除修复74

2.4.3 错配修复76

2.4.4 重组修复77

2.4.5 交联修复78

2.4.6 双链断裂修复81

2.4.7 SOS修复84

2.4.8 电离辐射损伤修复88

第3章 遗传重组与转座90

本章导读90

3.1 重组分类90

3.2 同源重组机制92

3.2.1 同源重组模型92

3.2.2 基因转变及分子机制95

3.2.3 细菌同源重组97

3.2.4 酿酒酵母的同源重组102

3.3 位点专一性重组104

3.3.1 att位点104

3.3.2 位点专一性蛋白因子105

3.4 异常重组107

3.4.1 末端连接107

3.4.2 链滑动108

3.5 转座重组109

3.5.1 插入序列109

3.5.2 非复制性复合转座子112

3.5.3 复制性复杂转座子TnA115

3.5.4 接合型转座子118

3.5.5 转座噬菌体119

3.5.6 非复制保守型转座子121

3.5.7 转座作用的遗传学效应122

3.6 真核微生物转座子123

3.6.1 丝状真菌转座子124

3.6.2 酵母转座子127

第4章 病毒遗传重组体制131

本章导读131

4.1 噬菌体133

4.1.1 噬菌体的繁殖134

4.1.2 噬菌体突变型140

4.1.3 噬菌体感染特性的研究方法142

4.1.4 噬菌体的遗传分析144

4.2 λ噬菌体153

4.2.1 λ噬菌体基因组153

4.2.2 λ噬菌体操纵子及调控区155

4.2.3 λ噬菌体基因组表达156

4.2.4 溶源途径158

4.2.5 溶菌途径161

4.2.6 溶源与溶菌途径和寄主基因表达的关系166

4.3 反转录病毒167

4.3.1 反转录病毒及其生活史167

4.3.2 反转录病毒粒子结构特征170

4.3.3 反转录病毒基因组171

4.3.4 反转录病毒的复制、整合、表达172

4.3.5 反转录病毒的作用177

4.3.6 常见反转录病毒177

4.4 常见动植物病毒180

4.4.1 黄瓜花叶病毒181

4.4.2 水稻矮缩病毒181

4.4.3 花椰菜花叶病毒185

4.4.4 流感与禽流感病毒189

4.4.5 肝炎病毒194

4.4.6 冠状病毒（SARS）200

第5章 细菌与放线菌遗传重组体制205

本章导读205

5.1 大肠杆菌的接合作用206

5.1.1 基因重组的发现与证实207

5.1.2 接合分析209

5.1.3 F因子与大肠杆菌的性别211

5.1.4 部分二倍体与交换215

5.1.5 中断杂交试验与连锁分析215

5.1.6 性导217

5.1.7 基因重组218

5.1.8 大肠杆菌的基因组220

5.2 转化作用223

5.2.1 转化与发现223

5.2.2 转化因子223

5.2.3 转化过程224

5.2.4 转化的效率因素227

5.2.5 转化在遗传学分析中的应用228

5.3 转导作用230

5.3.1 转导与发现230

5.3.2 转导过程231

5.3.3 转导类型231

5.4 放线菌遗传学239

5.4.1 链霉菌基因重组的发现与研究概况241

5.4.2 放线菌细胞结构与繁殖241

5.4.3 链霉菌染色体与基因组242

5.4.4 放线菌的类型247

5.4.5 放线菌的致育因子248

5.4.6 线性质粒和线性染色体的复制与转移251

5.4.7 放线菌的接合和接合机制252

5.4.8 链霉菌的遗传分析方法和基因连锁作图257

5.4.9 放线菌重组与原生质体融合261

5.5 古菌263

5.5.1 古菌简介263

5.5.2 古菌的遗传学研究268

5.5.3 古菌探讨270

第6章 真核微生物遗传重组体制273

本章导读273

6.1 顺序四分体的遗传学分析274

6.1.1 粗糙脉孢菌的生活史274

6.1.2 粗糙脉孢菌染色体基因组和线粒体基因组275

6.1.3 粗糙脉孢菌有性杂交的四分体遗传分析276

6.1.4 丝状真菌的转化及其特点285

6.2 非顺序四分体遗传学分析287

6.2.1 构巢曲霉生活史287

6.2.2 构巢曲霉基因组288

6.2.3 构巢曲霉的遗传分析288

6.2.4 其他真菌基因组研究简介291

6.2.5 担子菌纲与黏菌纲真菌的染色体及基因组研究简介296

6.3 准性生殖298

6.3.1 准性生殖概念298

6.3.2 准性生殖的发现298

6.3.3 准性生殖过程299

6.3.4 有丝分裂定位304

6.3.5 连锁群判断307

6.3.6 准性生殖与有性生殖的区别308

6.4 酵母菌309

6.4.1 酵母菌生活史309

6.4.2 酵母菌基因组311

6.4.3 酵母菌染色体315

6.4.4 酵母接合型319

6.4.5 酵母接合型的转变323

第7章 质粒遗传332

本章导读332

7.1 质粒概述332

7.1.1 质粒的发现333

7.1.2 质粒的命名规则333

7.2 质粒的种类334

7.2.1 致育质粒334

7.2.2 抗性质粒334

7.2.3 抗菌素质粒336

7.2.4 降解质粒337

7.2.5 致病性质粒339

7.2.6 毒素质粒342

7.2.7 共生固氮质粒344

7.2.8 代谢型质粒344

7.2.9 隐蔽质粒345

7.3 细菌质粒的特性345

7.3.1 质粒的复制345

7.3.2 质粒的不亲和性352

7.3.3 质粒的稳定性353

7.3.4 质粒的转移357

7.3.5 质粒的宿主360

7.4 质粒的研究方法362

7.4.1 质粒的检测362

7.4.2 质粒的分离365

7.4.3 质粒的纯化与鉴定366

7.4.4 质粒的大小370

7.4.5 质粒的数量371

7.5 真核微生物质粒遗传372

7.5.1 丝状真菌质粒373

7.5.2 线性质粒的遗传375

7.5.3 链孢霉线粒体遗传375

7.5.4 酵母小菌落遗传376

7.5.5 酵母菌中的质粒378

7.5.6 共生酵母菌380

7.6 人工改造质粒381

7.6.1 克隆载体382

7.6.2 表达载体396

7.6.3 测序载体399

7.6.4 整合载体399

第8章 基因与微生物基因组学400

本章导读400

8.1 基因演变与作用400

8.1.1 基因概念及其发展演变400

8.1.2 DNA、基因结构与功能404

8.2 微生物基因组学概况408

8.2.1 基因组的大小和C值矛盾409

8.2.2 微生物基因组学研究概况410

8.2.3 基因组学工具——生物信息学414

8.2.4 基因组学研究的基本内容415

8.3 基因组学的一般研究技术417

8.3.1 基因组的分离与纯化417

8.3.2 建立克隆文库418

8.3.3 DNA片段序列测序418

8.3.4 物理序列图谱的建立421

8.3.5 基因组注释423

8.3.6 全基因组测序程序427

8.3.7 流感嗜血菌基因组429

8.4 微生物基因组431

8.4.1 原核生物基因组431

8.4.2 真核微生物基因组436

8.4.3 细胞器基因组441

8.4.4 基因演化与基因组挖掘447

8.5 常见微生物基因组449

8.5.1 病毒基因组449

8.5.2 细菌基因组452

8.5.3 放线菌基因组457

8.5.4 古菌嗜热甲烷杆菌基因组459

8.5.5 真菌基因组461

8.6 基因功能与调节461

8.6.1 蛋白质组学461

8.6.2 DNA微阵列（DNA microarray）或DNA芯片（DNA chips）462

8.7 微生物基因组的进化462

8.7.1 原核生物的进化及分类简史462

8.7.2 细菌基因组的进化463

8.7.3 病源菌和共生菌与宿主的协同进化464

第9章 微生物基因表达调控467

本章导读467

9.1 DNA水平表达调控468

9.1.1 基因重排468

9.1.2 基因倍增469

9.1.3 基因丢失471

9.2 染色质调节472

9.2.1 DNA甲基化修饰与基因活化472

9.2.2 核小体结构与基因转录473

9.2.3 改构复合体与活性染色质形成474

9.3 转录调节的基础构件479

9.3.1 基因结构479

9.3.2 顺式作用元件482

9.3.3 反式作用因子及结构域492

9.4 转录过程调节497

9.4.1 转录因子与RNA聚合酶对转录的起始调节497

9.4.2 转录后加工调节503

9.4.3 转录终止和抗终止调节513

9.4.4 代谢产物对基因活性的调节515

9.4.5 葡萄糖效应对基因活性的调节517

9.5 翻译调控517

9.5.1 真核K序列与原核SD序列的翻译起始调控517

9.5.2 磷酸化修饰对翻译起始的调控519

9.5.3 RNA的高级结构对翻译起始调控520

9.5.4 固定模式的差别表达与等量表达调节521

9.5.5 反义RNA调节523

9.5.6 翻译的自体调控524

9.5.7 σ因子更替的发育差别表达与热激应答调控527

9.5.8 酵母细胞稳定期和对数生长期的翻译调控530

9.5.9 信息素识别诱导调节531

9.5.10 应激反应533

9.6 基因表达模式类型534

9.6.1 双重控制的乳糖操纵子534

9.6.2 双启动子的半乳糖操纵子537

9.6.3 具有衰减作用的色氨酸操纵子539

9.6.4 双向控制的阿拉伯糖操纵子541

9.6.5 多重调节的组氨酸操纵子543

9.6.6 双组分调节系统544

9.6.7 肺炎克氏杆菌的固氮调控545

9.6.8 多启动子调控的操纵子548

9.6.9 基因家族的调控548

9.6.10 转录因子HAP对细胞色素C的转录调控551

第10章 微生物育种与应用553

本章导读553

10.1 微生物杂交育种553

10.1.1 微生物杂交育种553

10.1.2 微生物杂交育种基本步骤554

10.1.3 不同微生物类群杂交育种方法554

10.2 原生质体育种565

10.2.1 原生质体融合技术565

10.2.2 原生质体融合技术程序566

10.2.3 微生物原生质体再生育种580

10.2.4 微生物原生质体诱变育种580

10.2.5 微生物原生质体转化育种582

10.3 微生物诱变育种582

10.3.1 微生物诱变育种的作用582

10.3.2 诱变育种基本程序583

10.3.3 出发菌株的选择584

10.3.4 单孢子（或单细胞）悬液的制备586

10.3.5 诱变处理587

10.3.6 中间培养591

10.3.7 突变株的浓缩与分离筛选591

10.3.8 生长菌产物活性鉴定604

10.3.9 摇瓶数据的调整和有关菌株特性的观察分析605

10.3.10 诱变剂致癌性检测606

10.4 微生物基因工程609

10.4.1 基因工程的概念609

10.4.2 基因工程的基本步骤610

10.4.3 基因工程的基本要素611

10.4.4 重组DNA分子的构建619

10.4.5 转化的方法619

10.4.6 重组转化子的筛选和鉴定621

10.4.7 基因工程诱变育种623

10.5 微生物遗传育种学在现代生物技术中的应用629

10.5.1 利用微生物进行发酵生产生物产品629

10.5.2 利用微生物生产生物农药631

10.5.3 利用微生物防治植物病害633

10.5.4 利用微生物生产生物肥料634

10.5.5 利用微生物净化环境637

10.5.6 利用微生物使废料再生640

10.5.7 利用微生物进行采矿641

10.5.8 利用微生物生产抗体与疫苗642

参考文献646