微生物的誘變試驗和突變回復(fù)試驗是微生物遺傳學(xué)中兩個密切相關(guān)但又目的不同的核心實驗技術(shù)。

一、微生物誘變試驗 (Mutagenesis Assay)

1、目的：人為地提高微生物的自然突變率，以產(chǎn)生新的突變體。

2、原理：利用物理、化學(xué)或生物因素（誘變劑）損傷微生物的DNA（如造成堿基錯配、插入、缺失、斷裂等），干擾DNA的正常復(fù)制或修復(fù)過程，從而增加基因發(fā)生性可遺傳改變（突變）的頻率。

3、關(guān)鍵步驟：

選擇誘變劑：

物理誘變劑：紫外線、X射線、γ射線、快中子等。紫外線，主要引起DNA鏈上相鄰嘧啶形成二聚體。

化學(xué)誘變劑：堿基類似物、烷化劑、嵌入劑、亞硝酸等。

生物誘變劑：轉(zhuǎn)座子插入等。

處理微生物：將處于合適生理狀態(tài)（通常是對數(shù)生長期）的微生物細(xì)胞暴露于選定濃度/劑量的誘變劑中處理一定時間。

終止誘變：采取適當(dāng)措施終止誘變作用（如稀釋、加入中和劑、移除誘變源、光照修復(fù)等）。

篩選/選擇突變體：這是關(guān)鍵步驟。將處理后的微生物群體涂布在特定的選擇性培養(yǎng)基上或進(jìn)行特定的篩選程序，以識別和分離出具有新表型的個體（突變體）。

抗性突變體：如抗生素抗性、噬菌體抗性、重金屬抗性突變體。在含有該抑制物的培養(yǎng)基上，只有抗性突變體才能生長。

營養(yǎng)缺陷型突變體：喪失合成某種生長必需物質(zhì)能力的突變體。需要在基本培養(yǎng)基上添加該物質(zhì)才能生長（影印平板法是常用篩選方法）。

代謝缺陷/改變突變體：如喪失發(fā)酵某種糖能力的突變體，或產(chǎn)生不同顏色/熒光產(chǎn)物的突變體。

條件致死突變體：如溫度敏感突變體（在許可溫度下正常生長，在非許可溫度下死亡）。

突變頻率/率計算：統(tǒng)計處理組和未處理對照組中突變體出現(xiàn)的數(shù)量，計算突變頻率（突變體數(shù)/存活細(xì)胞總數(shù)）或突變率（單位時間或單位劑量下的突變頻率），以評估誘變效率。

4、應(yīng)用：

微生物育種：選育高產(chǎn)菌株（抗生素、酶、氨基酸、維生素等）、抗逆性菌株、降解污染物菌株等。

基因功能研究：通過創(chuàng)造突變表型來研究特定基因的功能（正向遺傳學(xué)）。

突變機制研究：研究不同誘變劑的作用機制和DNA損傷修復(fù)途徑。

誘變劑檢測：作為初步篩選環(huán)境或化學(xué)物質(zhì)遺傳毒性的方法（但通常需要結(jié)合回復(fù)突變試驗）。

二、突變回復(fù)試驗 (Mutation Reversion Assay / Back Mutation Assay)

1、目的：檢測某個特定的已知突變體是否能夠發(fā)生回復(fù)突變，即其DNA序列發(fā)生改變，使其恢復(fù)（或部分恢復(fù)）原始（野生型）的表型。

2、原理：利用一個攜帶特定已知突變（導(dǎo)致特定表型缺陷，如營養(yǎng)缺陷、藥物敏感）的微生物菌株作為指示菌株。測試某種處理（通常是加入待測化學(xué)物質(zhì)）能否誘導(dǎo)該缺陷基因位點或其相關(guān)位點發(fā)生第二次突變（回復(fù)突變），從而糾正原有的突變效應(yīng)，使微生物恢復(fù)野生型表型。

3、關(guān)鍵步驟：

選擇指示菌株：這是核心。需要一個遺傳背景清晰、攜帶特定可檢測突變的菌株。的例子是用于試驗的鼠傷寒沙門氏菌組氨酸營養(yǎng)缺陷型突變株。該突變株由于組氨酸合成基因突變，不能在缺乏組氨酸的基本培養(yǎng)基上生長。

暴露于待測物：將指示菌株與待測物質(zhì)（潛在的誘變劑）混合處理。通常需要加入哺乳動物肝臟微粒體酶系模擬體內(nèi)代謝活化過程。

涂布選擇性培養(yǎng)基：將處理后的菌液涂布在缺乏突變體所需物質(zhì)的基本培養(yǎng)基上。

在試驗中，就是涂布在不含組氨酸的基本培養(yǎng)基上。

檢測回復(fù)突變子：在選擇性培養(yǎng)基上，只有發(fā)生了回復(fù)突變的細(xì)胞（恢復(fù)了合成組氨酸的能力）才能生長形成菌落。未回復(fù)的突變體無法生長。

計數(shù)與結(jié)果判斷：計數(shù)平板上長出的回復(fù)突變菌落數(shù)。與未加待測物的溶劑對照組相比：

如果待測物處理組的回復(fù)突變菌落數(shù)顯著增加（通常達(dá)到或超過對照組2倍以上），則認(rèn)為該待測物對該測試菌株具有致突變性。

如果回復(fù)突變菌落數(shù)沒有顯著增加，則認(rèn)為在該測試條件下該物質(zhì)對該菌株無致突變性。

4、應(yīng)用：

致突變物/致癌物初篩：這是突變回復(fù)試驗最的應(yīng)用。試驗是的標(biāo)準(zhǔn)方法，用于快速、經(jīng)濟(jì)地檢測化學(xué)物質(zhì)（食品添加劑、藥物、化妝品、環(huán)境污染物等）的遺傳毒性潛能。大多數(shù)遺傳毒性致癌物能誘導(dǎo)回復(fù)突變。

研究回復(fù)突變機制：分析回復(fù)突變發(fā)生的類型（是精確回復(fù)到野生型序列？還是第二位點抑制突變？）。

驗證突變性質(zhì)：確認(rèn)一個表型變化確實是由基因突變引起（因為回復(fù)突變的發(fā)生是基因突變的強有力證據(jù)）。

菌株穩(wěn)定性監(jiān)測：監(jiān)測工業(yè)菌株中關(guān)鍵突變性狀的穩(wěn)定性。

三、核心區(qū)別與聯(lián)系：

特征      誘變試驗 (Mutagenesis Assay)  突變回復(fù)試驗 (Reversion Assay)

主要目的  產(chǎn)生新的突變體  檢測已知突變體是否能恢復(fù)原始表型

起始材料  野生型菌株（或任何起始菌株） 已知突變體菌株（攜帶特定缺陷）

檢測對象  新出現(xiàn)的突變表型（抗性、缺陷型等） 原始（野生型）表型的恢復(fù)

選擇性條件 選擇新表型（如含抗生素、缺營養(yǎng)物） 選擇恢復(fù)原始表型（如缺營養(yǎng)物以篩選回原養(yǎng)型）

關(guān)鍵應(yīng)用   育種、功能基因組學(xué)（正向遺傳學(xué)）、誘變機制 致突變物/致癌物檢測(Ames試驗)、回復(fù)突變機制、驗證突變

核心原理  提高整體突變率，篩選新突變 檢測特定位點的突變回復(fù)事件

聯(lián)系      誘變試驗產(chǎn)生的突變體常作為回復(fù)試驗的起始材料；兩者都基于突變事件的可檢測表型變化。

四、總結(jié)：

誘變試驗是主動出擊，利用誘變劑“敲打”基因組，制造多樣性（突變體庫），然后從中篩選出具有所需新特性的個體。它是創(chuàng)造遺傳變異的工具。

突變回復(fù)試驗是守株待兔，利用一個已知的“缺陷品”（突變體）作為靈敏的探測器，檢測環(huán)境因素（特別是化學(xué)物質(zhì)）是否能修復(fù)這個缺陷（誘導(dǎo)回復(fù)突變）。它是檢測遺傳毒性（特別是點突變誘導(dǎo)能力）的利器，尤其在遺傳毒理學(xué)和安全評價中至關(guān)重要。

理解這兩者的區(qū)別和各自的原理，對于進(jìn)行微生物遺傳操作、育種、環(huán)境監(jiān)測和毒理學(xué)研究都至關(guān)重要。

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