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

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，以產生新的突變體。

2、原理：利用物理、化學或生物因素（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的正常復制或修復過程，從而增加基因發生性可遺傳改變（突變）的頻率。

3、關鍵步驟：

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。

化學誘變劑：堿基類似物、烷化劑、嵌入劑、亞硝酸等。

生物誘變劑：轉座子插入等。

處理微生物：將處于合適生理狀態（通常是對數生長期）的微生物細胞暴露于選定濃度/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、光照修復等）。

篩選/選擇突變體：這是關鍵步驟。將處理后的微生物群體涂布在特定的選擇性培養基上或進行特定的篩選程序，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基上，只有抗性突變體才能生長。

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

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

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：統計處理組和未處理對照組中突變體出現的數量，計算突變頻率（突變體數/存活細胞總數）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、應用：

微生物育種：選育高產菌株（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：通過創造突變表型來研究特定基因的功能（正向遺傳學）。

突變機制研究：研究不同誘變劑的作用機制和DNA損傷修復途徑。

誘變劑檢測：作為初步篩選環境或化學物質遺傳毒性的方法（但通常需要結合回復突變試驗）。

二、突變回復試驗 (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生回復突變，即其DNA序列發生改變，使其恢復（或部分恢復）原始（野生型）的表型。

2、原理：利用一個攜帶特定已知突變（導致特定表型缺陷，如營養缺陷、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物質）能否誘導該缺陷基因位點或其相關位點發生第二次突變（回復突變），從而糾正原有的突變效應，使微生物恢復野生型表型。

3、關鍵步驟：

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基上生長。

暴露于待測物：將指示菌株與待測物質（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代謝活化過程。

涂布選擇性培養基：將處理后的菌液涂布在缺乏突變體所需物質的基本培養基上。

在試驗中，就是涂布在不含組氨酸的基本培養基上。

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

計數與結果判斷：計數平板上長出的回復突變菌落數。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突變菌落數顯著增加（通常達到或超過對照組2倍以上），則認為該待測物對該測試菌株具有致突變性。

如果回復突變菌落數沒有顯著增加，則認為在該測試條件下該物質對該菌株無致突變性。

4、應用：

致突變物/致癌物初篩：這是突變回復試驗最的應用。試驗是的標準方法，用于快速、經濟地檢測化學物質（食品添加劑、藥物、化妝品、環境污染物等）的遺傳毒性潛能。大多數遺傳毒性致癌物能誘導回復突變。

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

驗證突變性質：確認一個表型變化確實是由基因突變引起（因為回復突變的發生是基因突變的強有力證據）。

菌株穩定性監測：監測工業菌株中關鍵突變性狀的穩定性。

三、核心區別與聯系：

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

主要目的  產生新的突變體  檢測已知突變體是否能恢復原始表型

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  新出現的突變表型（抗性、缺陷型等） 原始（野生型）表型的恢復

選擇性條件 選擇新表型（如含抗生素、缺營養物） 選擇恢復原始表型（如缺營養物以篩選回原養型）

關鍵應用   育種、功能基因組學（正向遺傳學）、誘變機制 致突變物/致癌物檢測(Ames試驗)、回復突變機制、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事件

聯系      誘變試驗產生的突變體常作為回復試驗的起始材料；兩者都基于突變事件的可檢測表型變化。

四、總結：

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。它是創造遺傳變異的工具。

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

理解這兩者的區別和各自的原理，對于進行微生物遺傳操作、育種、環境監測和毒理學研究都至關重要。

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