《細菌遺傳學》PPT課件

1、第七章 細菌和噬菌體的重組和連鎖本章要點,細菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性； 轉化、接合、性導與轉導的概念與基本原理； F-菌株、F+菌株、Hfr菌株；中斷雜交作圖 F因子、F因子； 溫和噬菌體、烈性噬菌體； 原噬菌體、溶源性細菌與溶源性生活周期,原核細胞與真核細胞的區(qū)別,區(qū)別 原核細胞 真核細胞 大小 110m 10100m 細胞核 無核膜 有雙層的核膜 染色體 環(huán)狀DNA分子 線性DNA分子 一個基因連鎖群 2個以上基因連鎖群 DNA裸露或結合少量蛋白質(zhì) DNA同組蛋白和非組蛋白結合 DNA序列 無或很少有重復序列 有重復序列 基因表達 RNA和蛋白質(zhì)在同一區(qū)間合成 RNA在核中合成和加工；

2、 蛋白質(zhì)在細胞質(zhì)中合成 細胞增殖的方式 直接分裂（無絲分裂） 以有絲分裂為主 內(nèi)膜 無獨立的內(nèi)膜 有，分化成各種細胞器 鞭毛構成 鞭毛蛋白 微管蛋白 核糖體 70S（50S+30S） 80S（60S+40S） 細胞壁 肽聚糖、蛋白質(zhì)、脂多糖、脂蛋白 纖維素（植物細胞,圖：細菌染色體的著膜復制,第七章 細菌和噬菌體的重組和連鎖,連鎖與交換，真菌的遺傳學分析 減數(shù)分裂和分離的關系 交叉和重組的關系 真核類生物的基因傳遞方式,細菌原核生物 噬菌體病毒 遺傳物質(zhì)如何傳遞的,主要內(nèi)容,第一節(jié) 細菌和病毒的一些特點 第二節(jié) 細菌的遺傳分析（重點） 第三節(jié) 噬菌體的遺傳分析,第一節(jié) 細菌和病毒的一些特點,一

3、、細菌和病毒 （一）細菌細胞 細菌的結構 細菌的生物學特征,細菌的生物學特征,細菌是單細胞生物，完成每個世代只需20分鐘，而且容易得到它的生化突變型，它不僅在醫(yī)學上和農(nóng)業(yè)上重要，而且從進化角度上也是異常成功的，因為它占據(jù)地球上大部分的角落。 研究細菌遺傳的方法：主要是對細菌菌落形態(tài)的遺傳研究 (如圖，霉菌菌落,霉菌菌落,大腸桿菌 （E.coli,細菌的生物學特征,原則上說，培養(yǎng)皿中每個細菌長成的菌落應具有共同的遺傳組成，但是由于偶然發(fā)生的突變：形態(tài)性狀的突變，生理特性的突變或抗性的突變，而使這些突變后的細菌所形成的菌落與其他的菌落有所不同。 菌落形態(tài)性狀的突變包括：菌落的形狀、顏色和大小等。

4、生理特性的突變包括：喪失合成某種營養(yǎng)物質(zhì)能力的營養(yǎng)缺陷型。 抗性突變包括：抗藥性或抗感染性,一、細菌和病毒（二）病毒 非細胞形態(tài)的生命,病毒的生物學特征 病毒是比細菌更為簡單的生物，它們也只有一條染色體，即單倍體。有些病毒的染色體是DNA，還有一些病毒是RNA,病毒的生物學特征,病毒主要是由蛋白質(zhì)外殼及其包被的y一種核酸所組成的顆粒。病毒可根據(jù)宿主(動物、植物、細菌)或遺傳物質(zhì)(DNA或RNA)來分類。細菌病毒(Bacterial phage)，稱為噬菌體(phage)，是目前經(jīng)過廣泛研究，了解比較清楚的一種病毒,細菌病毒(Bacterial phage) 噬菌體(phage)的結構,頭部 頸

5、部 外鞘 尾絲,T4噬菌體,皰疹病毒,人類天花病毒（圖中深染的顆粒,病毒衣殼的排列方式,二、細菌和病毒是遺傳學研究的好材料,1）結構簡單。繁殖力強，世代時間短，容易人工培養(yǎng)。便于研究基因的作用； （2）容易篩選營養(yǎng)缺陷型 , 研究基因的作用( 突變型生長條件與基因作用 ) 。 （3）便于研究基因的突變,容易篩選不同的突變型。 （4）便于研究基因精細結構研究基因的重組(重組群體大、選擇方法簡便有效) 。 （5）便于研究基因表達調(diào)節(jié)。 遺傳物質(zhì)比較簡單，可作為研究高等生物的簡單模型,二、細菌和病毒是遺傳學研究的好材料,同時：微生物的應用領域日益擴大、成就突出(微生物工程)；在遺傳工程(包括動植物)

6、中，作為重要研究材料、工具，也具有決定性作用。 細菌和病毒作為遺傳研究材料具有獨特優(yōu)勢，了解微生物遺傳研究有助于理解多年來分子生物學、分子遺傳學理論發(fā)展,細菌和病毒的擬有性過程,雖然細菌和病毒不具備象真核生物配子進行融合的有性過程，但它們的遺傳物質(zhì)也能從一個細胞傳遞到另一個細胞，并且也能形成重組體。 無性生殖 1946年萊德伯格和塔特姆 發(fā)現(xiàn)在細菌之間可以通過接合轉移遺傳物質(zhì)（有性過程,細菌和病毒的擬有性過程,細菌獲取外源遺傳物質(zhì)有四種不同的方式：轉化，接合，性導和轉導。當一個細菌被一個以上的病毒粒子所侵染時，噬菌體也能在細菌體內(nèi)交換遺傳物質(zhì)。如果兩個噬菌體屬于不同品系，它們之間可以發(fā)生遺傳物

7、質(zhì)的部分交換(重組)。 下面將敘述細菌和噬菌體遺傳物質(zhì)的交換過程，并且將利用這些方法作出細菌和噬菌體的染色體圖,三、細菌遺傳的實驗研究方法,一) 細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度) (二) 建立純系的方法 (三) 選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型 (四) 突變型與重組型的批量篩選方法,細菌培養(yǎng),一) 細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度,培養(yǎng)物中微生物計數(shù)方法是微生物學的基本實驗技術，其基本思路是： 對原培養(yǎng)物進行連續(xù)稀釋； 進行平板涂抹培養(yǎng)； 由于每個細胞形成一個菌落，計數(shù)菌落數(shù)； 根據(jù)稀釋倍數(shù)計算原培養(yǎng)物中的細胞濃度,細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度,二) 建立純系的方法純培養(yǎng),挑取由單個細胞繁殖而來的菌落進行培養(yǎng)就可以

8、獲得由一個細胞繁殖而來的純系。 通常采用平板表面涂布法或劃線法可以獲得單菌落。這種方法獲得的純系，稱為“菌種純”。 有時采用顯微操縱器進行菌絲尖端切割等方法從單個細胞直接培養(yǎng)建立純系。采用這種方法獲得的純系稱為“菌株純,建立純系的方法純培養(yǎng),三) 選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型,許多細菌的突變都與培養(yǎng)基營養(yǎng)成分及培養(yǎng)條件有關。 營養(yǎng)缺陷型的篩選、鑒定： 選擇培養(yǎng)法是根據(jù)菌株在基本培養(yǎng)基和營養(yǎng)培養(yǎng)基上的生長表現(xiàn)將菌株分為原養(yǎng)型(也稱為原生營養(yǎng)型)與營養(yǎng)缺陷型(在基本培養(yǎng)基上不能正常生長，只能在相應的營養(yǎng)培養(yǎng)基上生長)。 營養(yǎng)突變型的篩選、鑒定方法與紅色面包霉生化突變型的鑒定方法基本一致,三) 選擇

9、培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型,許多細菌的突變都與培養(yǎng)基營養(yǎng)成分及培養(yǎng)條件有關。 其它突變類型的篩選、鑒定： 對于其它的突變類型(如溫度敏感型)，也可以通過培養(yǎng)條件的選擇培養(yǎng)來篩選與鑒定,四) 突變型與重組型的批量篩選方法,選擇培養(yǎng)法一次可鑒定、篩選一種突變型，但要檢測分離含有多種突變型的混和菌株，僅采用選擇培養(yǎng)法要進行多次試驗才能夠達到目的、效率太低。 高效檢測、分離混和群體用影印培養(yǎng)法,四) 突變型與重組型的批量篩選方法,為高效檢測、分離混和群體中不同突變型，黎德伯格夫婦設計了影印培養(yǎng)法。 該方法原理與選擇培養(yǎng)法一致，但是采用影印法將在完全培養(yǎng)基上單菌落同時接種到不同選擇培養(yǎng)基上同時對所有菌落進

10、行選擇培養(yǎng)，鑒定效率大大提高,四) 突變型與重組型的批量篩選方法,注意： (1) 最初的培養(yǎng)基必須是非選擇性的，即各種突變型都能夠在其上生長； (2) 必須采用適當?shù)姆椒ㄈ缤坎蓟騽澗€法，以使培養(yǎng)物菌落之間要分開,第二節(jié) 細菌的遺傳重組,1、 接合：是指通過細胞的直接接觸，遺傳信息從供體單向轉移到受體的過程。 2、 性導：是指接合時由F因子所攜帶的外源DNA整合到細菌染色體的過程。 3、 轉化：某一基因型的細胞從周圍介質(zhì)中吸收來自另一基因型的DNA而使它的基因型和表現(xiàn)型發(fā)生相應變化的現(xiàn)象。 轉導是指以噬菌體為媒介所進行的細菌遺傳物質(zhì)的重組過程,第二節(jié) 細菌的遺傳分析,一、細菌染色體 細菌染色體大

11、多為裸露 的環(huán)狀 閉合DNA雙鏈，沒有組蛋白和其他蛋白質(zhì)結合，也不形成核小體結構。 （這種結構有利于外源DNA的插入。） 細菌染色體 1000um 細菌直徑0.5-5um,圖：大腸桿菌染色體的基本結構特征,二、E.coli基因組概況,E.coli的染色體為閉合雙鏈環(huán)狀DNA，長約1333um. 2001年10月15日完成了E.coli K12菌株的基因組全序列測定?？偣?639221 bp， 4279個蛋白質(zhì)編碼基因，115個編碼rRNA和tRNA的基因。（GenBank編號:U00096,三、細菌的雜交接 合,A 接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實 B F因子及其在雜交中的行為 C 中斷雜交試驗作圖,三、

12、細菌的雜交,A 接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實 1946年萊德伯格(Lederberg, J.) 和塔特姆 (Tatum) 發(fā)現(xiàn)在細菌之間可以通過接合（conjugation）轉移遺傳物質(zhì)。 細菌接合 是指通過細胞的直接接觸，遺傳信息從供體單向轉移到受體的過程,三、細菌的雜交A 接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實,他們選用兩個E.coli K12多重突變品系： A甲硫氨酸缺陷型met-和生物素缺陷型bio- B蘇氨酸缺陷型thr-和亮氨酸缺陷型leu- A品系：met bio thi leu thr(硫胺素） B品系：met bio thi leu thr,細菌的雜交,將A品系、B品系分別接種于基本培養(yǎng)基上都不能生長

13、。 若將A、B混和后，經(jīng)離心洗滌，除去完全培養(yǎng)基，再制成懸液以對照組相同的濃度接種于基本培養(yǎng)基(固體) ，涂布培養(yǎng)。結果：平板上長出野生型/原養(yǎng)型菌落(+)，其出現(xiàn)的頻率為107,圖 細菌的雜交1,基本培養(yǎng)基,完全培養(yǎng)基,10-7,基本培養(yǎng)基,基本培養(yǎng)基,萊德伯格(Lederberg, J.) 和塔特姆 (Tatum)細菌的雜交圖1,幾種可能解釋及其分析,對上述試驗結果原養(yǎng)型菌落可能產(chǎn)生于： 親本細菌A或B發(fā)生了回復突變；(X) 兩品系細胞通過培養(yǎng)基交換養(yǎng)料互養(yǎng)作用； 兩品系間發(fā)生了轉化作用； 發(fā)生細胞融合，形成了異核體或雜合二倍體。(X,三、細菌的雜交 A 接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實,為了驗證這些

14、原養(yǎng)型菌落產(chǎn)生的可能，設計了很多試驗。其中： 野生型的出現(xiàn)是由于營養(yǎng)上的互補還是由于雜交引起了遺傳物質(zhì)的交換？ 1950年戴維斯（B. D. Davis）設計了U形管實驗,菌株A,菌株B,U形管實驗：在U形管中培養(yǎng)一定時間后，再測定每一臂的細菌，沒有一個能在基本培養(yǎng)基上生長,細菌不能通過，培養(yǎng)液和營養(yǎng)物質(zhì)能通過,過濾器,細菌的雜交,實驗說明了菌株通過接觸以后，就象高等生物的有性生殖一樣，發(fā)生了雜交，遺傳物質(zhì)有了交換，產(chǎn)生了野生型met+ bio+ thi leu thr ，即原養(yǎng)型菌落。 說明在Lederbery和Tatum及其它類似試驗中，細菌發(fā)生了某種的遺傳重組方式，稱之為接合。所以，接合

15、是指通過細胞的直接接觸，遺傳信息從供體單向轉移到受體的過程,細菌的雜交 B ：F因子及其在雜交中的行為四、單向轉移與F因子,1952年海斯（W. Hayes）在重復細菌雜交(A x B)實驗之前，分別用高劑量的鏈霉素來處理A品系和B品系: 鏈霉素處理A品系 x B品系 有 雜交 鏈霉素處理B品系 xA品系 沒有雜交發(fā)生,Hayes(1952)研究表明,大腸桿菌兩個品系在雜交的過程中作用是不相同的，兩種不同菌株(品系)接合過程中遺傳物質(zhì)的轉移是單向的； 意味著兩個親本在雜交中有供體和受體之分，相當于雄性和雌性,接合(conjugation,遺傳物質(zhì)從供體(donor) (“雄性”)轉移到受體(r

16、eceptor) (“雌性”)的重組過程,接合管,B、F因子及其在雜交中的行為,F因子/ 致育因子 / 性因子 Hayes等進一步研究發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌在接合中作供體的能力受細胞內(nèi)一種致育因子(F因子,fertility factor;性因子sex factor)控制。攜帶F因子的菌株稱供體菌或雄性，用F+表示，沒有F因子的菌株稱為雌性，用F-表示,F因子,后來發(fā)現(xiàn)：供體和受體的區(qū)別是由于一種可轉移的因子引起的。 F因子可以在細菌細胞間進行轉移并傳遞遺傳物質(zhì)。 F因子的化學本質(zhì)是DNA，可以自主狀態(tài)存在于細胞質(zhì)中或整合到細菌的染色體上,F因子及其在雜交中的行為,當F+細菌和F-細菌接合時 (F+

17、F-)，F(xiàn)因子的新拷貝能在接合過程中轉移到F-細胞中去，使F-細胞轉變成F+細胞，在接合管形成后，F(xiàn)因子DNA雙鏈之一被切斷，從斷端轉移到F-細胞，在那里發(fā)生DNA復制。當F因子復制完成后，F(xiàn)-變成F+ (圖,圖1、FF的雜交后代皆為F,圖1 FF的雜交后代皆為F,總之：F因子是一種質(zhì)粒（plasmid,由共價環(huán)狀閉合DNA雙鏈構成，全長94.5 Kb。 （1）有F因子的細菌稱為F，細菌增殖時可把F因子傳遞給后代； （2）沒有F因子的細菌稱為F，F(xiàn)細菌經(jīng)吖啶橙處理而丟失，成為F。F因子一經(jīng)丟失，細胞中便不再出現(xiàn)； （3）F可以和F雜交，而不能和F雜交； （4）FF的雜交后代皆為F，而且可 以1

18、07頻率獲得重組體后代,F因子的存在狀態(tài),以大腸桿菌為例，F(xiàn)因子能夠以三種狀態(tài)存在： 沒有F因子，即F-； 包含一個自由狀態(tài)的F因子，即F+； 包含一個整合到自己染色體組內(nèi)的F因子，即Hfr (如圖,圖、F因子的存在狀態(tài),圖 F因子的整合形成高頻重組菌株Hfr,有一類菌株，與F- 雜交時，出現(xiàn)重組子的頻率很高，幾乎比 F+ x F- 雜交高一千倍，這種新的菌株叫做高頻重組菌株 , Hfr菌株,Hfr實際上是由于F因子整合到細菌的染色體上，具有較高頻率的重組能力。但在 Hfr X F 雜交中， F 細菌很少轉變?yōu)镕,高頻轉導： Hfr x F,五、高頻重組菌株Hfr,Hfr F-接合時，F(xiàn)-細菌

19、很少轉變成Hfr,當Hfr F-接合時，F(xiàn)-細菌很少轉變成Hfr，這是因為當Hfr與F - 接合時，整合的F-DNA從一端被內(nèi)切酶切成單鏈切口，細菌染色體由這一小段單鏈的F因子作為前導轉移到F-受體，一邊進入一邊合成，在大多數(shù)情況下，只有一小部分細菌染色體轉移，接合即出現(xiàn)中斷，受體細胞仍保持為F-，因為F因子仍留在供體內(nèi),圖 高頻轉導：Hfr x F,大腸桿菌Hfr的形成及其染色體向F-細胞的轉移圖解,圖 Hfr的形成，很少情況下F-細菌轉變轉化為F,Hfr品系與F菌株,相同 1、都能和F雜交。 2、雜交都要通過接合管和受體菌相聯(lián)接。 3、高劑量鏈霉素處理后都不影響雜交，說明它們都是作為一種供

20、體。 不同 1、產(chǎn)生重組子頻率不同，HfrF104， F F107。 2、 FF后代F， HfrF后代F。 3、 F細菌經(jīng)吖啶橙處理變成F，Hfr經(jīng)吖啶橙處理仍為Hfr,F因子及其在雜交中的行為 七、細菌的交換過程,當F+或Hfr的細菌染色體進入F-后，在一個短時期內(nèi)，F(xiàn)-細胞中對某些位點來說總有一段二倍體的DNA。這樣的細菌稱為部分二倍體或部分合子。新染色體的DNA稱為供體外基因子，而宿主的染色體則稱為受體內(nèi)基因子，部分二倍體中發(fā)生單數(shù)交換，可使環(huán)狀染色體打開，產(chǎn)生一個線性染色體，這種細胞不能成活，只有發(fā)生偶數(shù)的交換，才能產(chǎn)生遺傳的重組體和片段。(圖,圖7-11單交換,7-12雙交換,部分二

21、倍體中發(fā)生單數(shù)交換，可使環(huán)狀染色體打開，產(chǎn)生一個線性染色體，這種細胞不能成活，只有發(fā)生偶數(shù)的交換，才能產(chǎn)生遺傳的重組體和片段（圖解,六、用中斷雜交實驗作染色體連鎖圖,Wollman和Jacob等人想了解Hfr細菌在交配中，什么時候把基因轉移給F-細菌的，于是設計了中斷雜交試驗，用以證明接合時遺傳物質(zhì)從供體細胞的轉移是直線式進行的，他們把Hfr菌株與F-菌株混合在一起進行雜交培養(yǎng)。 Hfr菌株的基因型是：strs azir tonAr galb+ lac+ F- 菌株的基因型是：strr azis tonAs galb- lac- str代表鏈霉素，s代表敏感性，r代表抗性，+代表原養(yǎng)型或抗性，

22、- 代表營養(yǎng)缺陷型。（P220,六、用中斷雜交實驗作染色體連鎖圖,每隔一定時間取樣，把菌液放在食物攪拌器內(nèi)攪拌，以中斷雜交。經(jīng)過稀釋，接種到含有鏈霉素的完全培養(yǎng)基上，這樣將殺死所有Hfr細胞，然后對形成菌落的F-細胞用影印培養(yǎng)法測試其基因型，以便確定每個基因轉移到F-細胞的時間(如圖,影印培養(yǎng)法,包有滅菌絲絨 布的圓木柱,選擇培養(yǎng)基,非選擇性培養(yǎng)基,六、中斷雜交試驗作圖,圖7-4雜交中斷后對標記基因的鑒定,六、用中斷雜交實驗作染色體連鎖圖,上圖表示利用這個方法所獲得的結果，混合9分鐘后取樣時，開始出現(xiàn)少量對疊氮化物有抗性的菌落，說明抗疊氮化物的基因此時已進入F-細胞中，但對T1噬菌體來說，全部

23、F-細胞還屬于敏感型，說明tonA基因還沒有進入F-細胞中?；旌?1分鐘后，才開始出現(xiàn)抗噬菌體T1的F-細菌。混合18分鐘和24分鐘取樣時，又分別出現(xiàn)乳糖發(fā)酵和半乳糖發(fā)酵的基因。這說明Hfr菌株的基因是按一定的線性順序依次進入F-菌株，也就是說，染色體從原點開始以直線方式進入F-細胞的,基因 轉入時間 thr+ 8 leu+ 8.5 Azir 9 Tonr 11 lac+ 18 gal+ 25,0,Thr,Tons,lac,gal,F,leu,Azis,中斷雜交的實驗結果,六、用中斷雜交實驗作染色體連鎖圖,根據(jù)中斷雜交的實驗，以Hfr基因在F-細胞中出現(xiàn)的時間為標準，可以作出大腸桿菌的連鎖遺傳

24、圖。 根據(jù)供體基因進入受體細胞的順序和時間繪制連鎖圖的技術，稱為中斷雜交技術。 表7-3 :用不同的Hfr菌株進行中斷雜交實驗,F因子和細菌染色體都是環(huán)狀的,用不同的Hfr菌株進行中斷雜交實驗所作出的大腸桿菌基因連鎖圖，其基因進入F-細胞的轉移的順序不大相同。這個實驗進一步說明F因子和細菌染色體都是環(huán)狀的，而Hfr細胞染色體的形成，則因F因子插入環(huán)狀染色體的不同位置，因而形成了不同的轉移原點和轉移方向(如圖,F因子插入環(huán)狀染色體的不同位置，因而形成了不同的轉移原點和轉移方向,不同Hfr中，F(xiàn)因子插入位置與方向不同,F因子 一種質(zhì)粒（plasmid）一種附加體（整合到染色體上） F因子的結構：

25、1、原點2、形成性傘毛的基因群3、DNA復制酶基因4、插入序列 IS （P225,4,七、細菌的交換過程,前面，討論的是雜交中遺傳信息的轉移過程，這是根據(jù)雜交中產(chǎn)生的重組子推論出來的，然而重組子被檢出之前，轉移的基因如何通過交換過程整合到受體的基因組的呢？ 真核生物的遺傳交換發(fā)生在兩套基因組之間，而原核類中遺傳物質(zhì)的交換是在一完整的基因組（F-內(nèi)基因子）與一不完整的基因組（供體外基因子）之間進行的是在部分二倍體或部分合子間進行的,F因子和細菌染色體都是環(huán)狀的,單交換,部分二倍體（部分合子）的概念 F-染色體與Hfr染色體之間發(fā)生單交換沒有意義，只產(chǎn)生不平衡的部分二倍體線形染色體；二者之間只有發(fā)

26、生雙交換才能產(chǎn)生有活性的重組子,供體外基因子,F-內(nèi)基因子,部分二倍體或部分合子模式圖,雙交換,雙交換,雙交換,只有發(fā)生雙交換才能產(chǎn)生有活性的重組子,圖7-11單交換，7-12雙交換,八、重組作圖,在中斷雜實驗中，可以根據(jù)基因轉移的先后順序，以時間為單位，得到基因的連鎖關系。如果兩個基因間的轉移時間小于2分鐘，用中斷雜交法所得的圖距不太可靠，應采用傳統(tǒng)的重組作圖法。 例如，有兩個緊密連鎖的基因lac-(乳糖不發(fā)酵)和ade-(腺嘌呤缺陷型)，為了求得兩個基因間的距離，可采用Hfr lac+ ade+和F- lac- ade-的雜交實驗,八、重組作圖 （P229,Hfr lac+ ade+str

27、s X F- lac- ade-strr lac-(乳糖不發(fā)酵)ade-(腺嘌呤缺陷型）str代表鏈霉素，s敏感性，r抗性 由于ade進入F-細胞的順序較lac為晚，因此只要ade進入F-細胞，lac自然也已經(jīng)進入。如果選出ade+同時也是lac+，說明lac和ade間沒有發(fā)生過交換。如果是lac-，說明兩者之間發(fā)生過交換,根據(jù)中斷雜交法,用完全培養(yǎng)基但不加腺嘌呤，可以選出F- ade+的菌落,Hfr lac+ ade+strs X F- lac- ade-strr混合60分鐘，至含鏈霉素的基本培養(yǎng)基，Hfr 死，未雜交的F- 死。選出ade,F- lac+ ade,F- lac- ade,外

28、基因子,內(nèi)基因子,將重組子菌落影印培養(yǎng)于EMB培養(yǎng)基上, lac+ 菌落紫紅色lac-菌落粉紅色,Hfr lac+ ade,F- lac- ade,F- lac- ade,Hfr lac+ ade,F- lac- ade,F- lac+ ade,Hfr lac+ ade,F- lac- ade,F- lac- ade,沒有發(fā) 生交換,兩個基因都交換到受體上,交換發(fā)生在兩個基因之間,重組作圖,1、選擇在腺甘酸（ade）缺乏的培養(yǎng)基上生長的類型。它們表明ade基因已轉入細胞,2、選出的lac-ade+類型即是重組子，因為ade+已進入，表明lac+也已進入，而lac-ade+表型就是供體受體lac

29、、ade兩個基因間發(fā)生交換的結果?？捎么藖碛嬎阒亟M值,重組值的計算lac-ade 之間的圖距為,ade進入F-細胞的順序較lac為晚,八、重組作圖,兩基因間的重組值約等于22%。而這兩個位點間的時間單位約為1分鐘，可見1個時間單位(分鐘)大約相當于20%的重組值。根據(jù)大腸桿菌接合實驗的研究，利用中斷雜交，基因重組等方法已繪制出大腸桿菌K12的環(huán)狀遺傳圖,A map of the E. coli genome, showing selected genes. E.coli K12菌株的基因組,九、性導與F因子,Adelberg在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)一種新的F因子 F因子 F因子整合到宿主細菌染色體上的

30、一種可逆過程，能夠低頻被切除。正常切除， F因子重新離開細菌染色體，形成F+細胞。 然而Hfr 菌上的F因子偶然環(huán)出時不夠準確，從染色體上不精確解離，帶有了細菌染色體的基因，這種帶有了染色體基因的F因子稱為F（F-prime）因子,圖： F因子整合到宿主細菌染色體上的一種可逆過程,圖：F因子的整合，不規(guī)則環(huán)出得到F因子,九、 F與性導,F攜帶部分染色體的基因轉移到F-, 使得F-成為F+, 并在新的F+細胞內(nèi)形成了部分二倍體(部分基因以二倍體形式存在)。 利用F因子形成部分二倍體的過程，稱為性導。 或：性導是指接合時由F因子所攜帶的外源DNA整合到細菌染色體的過程,F 質(zhì)粒,性導部分二倍體,H

31、fr 菌上的F因子從染色體上不精確解離，帶有了細菌染色體的基因,九、性導與F因子,由性導產(chǎn)生的部分二倍體，一方面為確定等位基因顯隱性關系提供了重要方法，另一方面由于分離出大量的F因子，每個F因子攜帶不同的大腸桿菌的基因，包括全部染色體基因，因此，并發(fā)性導是建立遺傳圖的另一手段，即兩個位點必須密切相連才能處在同一個F因子上。這樣通過兩個位點間重組頻率的計算就可以獲得每個片段的連鎖群,性導(sexduction)與F因子,F 和F因子,F 品系轉變成Hfr品系的頻率要高于F品系。 F 變成Hfr時F 因子整合到相同位點上，而F變成Hfr時可整合到不同位點。 F F高頻傳遞特定的基因，形成部分二倍體

32、，而FF產(chǎn)生F但不轉移任何基因，或以107將宿主的基因按順序轉入受體，受體仍為F。所轉移的基因是不同的,性導在大腸桿菌的遺傳分析中的重要作用,1、F因子可以自主復制 2 、性導形成的部分二倍體可用于不同突變型之間的互補實驗,以確定這兩個突變型是屬于同一或兩個不同的基因 3 、確定顯隱關系 4 、不同F(xiàn)因子攜帶大腸桿菌的不同基因，因此，并發(fā)性導是建立遺傳圖的另一手段，即兩個位點必須密切相連才能處在同一個F因子上。這樣通過兩個位點間重組頻率的計算就可以獲得每個片段的連鎖群,三種不同致育因子的相互關系： F F Hfr ( p234,1） F 是帶有部分細菌染色體的F 因子,其性質(zhì)在F 和 Hfr

33、之間。（圖7-17） (2) F 因子連同她所帶有的部分細菌染色體可一起轉移到F- 中，其轉移速率近于F因子。利用F 可以形成部分二倍體，進行重組研究。 (3) 有F 因子的細胞是F+細胞，無F因子的細胞是F-細胞。 (4) Hfr能以高頻率把細菌染色體轉移到F-細菌中，而F因子因位于Hfr染色體的最末端，極少進入。F因子和F因子很容易轉移到F-細胞中，但供體染色體的轉移率很低,大腸桿菌內(nèi)F + F Hfr的轉化(圖7-17,F，Hfr，F(xiàn)的接合對照,轉化(transformation,一)、細菌轉化實驗 (二)、轉化過程 *(三)、共同轉化與遺傳圖譜繪制,轉化,轉化：游離的DNA片段被受體細

34、胞吸收，結果發(fā)生遺傳性狀改變的現(xiàn)象,一)、細菌轉化實驗,1. 基礎知識 野生型肺炎雙球菌(Strep-tococcus pneumoniae)菌落為光滑型，一種突變型為粗糙型，兩者根本差異在于莢膜形成； 莢膜的主要成分是多糖，具特殊的抗原性； 不同抗原型是遺傳的、穩(wěn)定的，一般情況下不發(fā)生互變,2. Griffith轉化研究(1928,Griffith對其試驗結論及發(fā)展,根據(jù)上述研究結果Griffith認為： (有毒)死細菌中的某種物質(zhì)轉移到(無毒)活細菌中，并使之具有毒性，導致小家鼠死亡。 他將這種細菌遺傳類型的轉變稱為轉化，并將引起轉化的物質(zhì)稱為轉化因子(tranforming princi

35、ple)。 但是當時的化學與生化分析技術還無法鑒定殺死細菌中的成分，因而不知轉化因子為何物,Griffith對其試驗結論及發(fā)展,以后一些研究者重復上述試驗，并且加入了體外培養(yǎng)試驗，即：將加熱殺死的SIII細菌與無毒RII細菌混合培養(yǎng)，然后注入小家鼠體內(nèi)，同樣導致家鼠死亡。表明： -細菌在培養(yǎng)條件下也能夠實現(xiàn)遺傳類型間的定向轉化,3. 阿維利(Avery)等的轉化實驗(1944,實驗結論,上述實驗結果表明：來源于加熱殺死的SIII細菌，并使 RII細菌轉化成為SIII型細菌的轉化因子是DNA。 正是在這一認識的基礎上，將轉化定義為： 某一基因型的細胞從周圍介質(zhì)中吸收來自另一基因型的DNA而使它的

36、基因型和表現(xiàn)型發(fā)生相應變化的現(xiàn)象,實驗結論,Avery等人的實驗實際上也表明：決定細菌遺傳類型的物質(zhì)是DNA，即證明了DNA就是遺傳物質(zhì)。 但由于他們采用的實驗方法當時不被人們廣泛接受，而且得出的結論與當時人們的傳統(tǒng)觀念(認為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì))不符合，而長期沒有得到人們的承認,轉化的主要步驟,雙鏈DNA分子與細胞表面感受位點進行可逆性結合。 供體DNA片斷被吸入受體細胞。 侵入受體細胞的供體DNA轉為單鏈，其中一條被降解。 未被降解的一條鏈部分或整個插入受體細胞的DNA中。 雜合的DNA經(jīng)復制可以形成親代類型和重組類型的DNA, 導致轉化細胞的形成與表達,二)、轉化過程,轉化現(xiàn)象在細菌中是一種

37、普遍現(xiàn)象。不同細菌轉化過程有一定差異，但是它們都存在幾個共同特征，即： 1. 感受態(tài)與感受態(tài)因子： 感受態(tài)指細菌能夠從周圍環(huán)境中吸收DNA分子進行轉化的生理狀態(tài)。 感受態(tài)主要受一類蛋白質(zhì)(感受態(tài)因子)影響，感受態(tài)因子可以在細菌間進行轉移，從感受態(tài)細菌中傳遞到非感受態(tài)細菌中，可以使后者變?yōu)楦惺軕B(tài),二)、轉化過程,1、 感受態(tài)與感受態(tài)因子： 一般認為感受態(tài)出現(xiàn)在細菌對數(shù)生長后期，并且某些處理過程可以誘導或加強感受態(tài)，以大腸桿菌為例，用Ca2+處理對數(shù)生長后期的大腸桿菌可以增強其感受能力。 2、供體(donor)DNA與受體(receptor)細胞結合(binding)： 結合發(fā)生在受體細胞特定部位

38、(結合點)； 對供體DNA片段有一定要求； 結合過程是一個可逆過程,二)、轉化過程,3、DNA攝?。?當細菌結合點飽和之后，細菌開始攝取外源DNA； 細菌在攝取外源DNA時，由DNA移位酶降解其中一條鏈，并利用降解這條鏈產(chǎn)生的能量，將另一條鏈拉進細胞中,二)、轉化過程,4、聯(lián)會(synapsis)與外源DNA片段整合(integration)： 整合就是指單鏈的轉化DNA與受體DNA對應位點的置換，從而穩(wěn)定地摻入到受體DNA中的過程。 實際上就是一個遺傳重組的過程。因而研究整合的分子機制事實上也為遺傳重組的分子機制作出了貢獻,轉化的主要步驟(圖,雙鏈DNA分子與細胞表面感受位點進行可逆性結合。

39、 供體DNA片斷被吸入受體細胞。 侵入受體細胞的供體DNA轉為單鏈，其中一條被降解。 未被降解的一條鏈部分或整個插入受體細胞的DNA中。 雜合的DNA經(jīng)復制可以形成親代類型和重組類型的DNA, 導致轉化細胞的形成與表達,細菌轉化過程吸附DNA-吸收-整合,三)、共同轉化與遺傳圖譜繪制,利用共同轉化繪制細菌連鎖遺傳圖譜的基本原理： 相鄰基因發(fā)生共同轉化的概率與兩者的距離間成正向關系，基因間距離越近，發(fā)生共同轉化的頻率越高，反之越低。 因此可能通過測定兩基因共同轉化的頻率來指示基因間的相對距離,一二、烈性噬菌體和溫和噬菌體,烈性噬菌體 2. 溫和噬菌體：溶源周期、裂解周期,三、轉導,轉導 2. 普

40、遍性轉導 3. 特異性轉導（局限性轉導,第三節(jié) 噬菌體的遺傳分析（著重幾個概念,四、噬菌體的遺傳重組轉導,一、烈性噬菌體,T偶數(shù)系列噬菌體的尾絲附著在大腸桿菌表面時，通過尾鞘的收縮將噬菌體DNA經(jīng)中空尾部注入寄主細胞，破壞寄主細胞的遺傳物質(zhì)，并合成大量的噬菌體DNA和蛋白質(zhì)，組成許多新的子噬菌體，最后使細菌裂解 ，釋放出無數(shù)個子噬菌體。所以這樣的T偶數(shù)系列噬菌體稱為烈性噬菌體,烈性噬菌體 產(chǎn)生溶菌反應,細菌裂解，釋放出子噬菌體,二、溫和噬菌體,溫和噬菌體侵入細菌后，細菌并不裂解，即它們有溶源性的生活周期。例如和P1噬菌體可代表略有不同的溶源性類型。 噬菌體 附著在大腸桿菌染色體的gal和bio

41、位點之間的att座位上，它能通過交換而整合到細菌染色體上，整合的噬菌體稱為原噬菌體(圖,噬菌體的溶源化和原噬菌體形成,溫和噬菌體一般不出現(xiàn)溶菌反應,不出現(xiàn)溶菌反應,溫和噬菌體兩種增殖周期,溶源周期 細胞不裂解 原噬菌體：某些溫和噬菌體侵染細胞后，其DNA整合到宿主細菌染色體中。這種處于整合狀態(tài)的噬菌體DNA稱為原噬菌體。 含有原噬菌體的細胞稱為溶源性細菌或溶源菌/體,原噬菌體不進行DNA復制和蛋白質(zhì)合成，隨宿主細菌染色體的復制而同步復制。并且隨著宿主細菌細胞分裂而平均分配到兩個子細胞中，代代相傳，進入溶源周期。 溶菌周期 細胞裂解,溫和噬菌體 的生活周期,細胞不裂解，形成溶源性細菌或溶源菌/體

42、，進入溶源周期 整合的原噬菌體也可能被誘導進入裂解周期，也可能自然消失,溫和噬菌體兩種增殖周期,溶源周期 細胞不裂解 溶菌周期 細胞裂解 在某些情況下，溶源性細菌培養(yǎng)物中會有很小一部分（10-310-6），由于原噬菌體脫離整合狀態(tài)，增殖產(chǎn)生大量子噬菌體而導致細菌細胞裂解,三、轉導,轉導是指以噬菌體為媒介所進行的細菌遺傳物質(zhì)的重組過程。 （或）轉導：一個細菌通過溫和噬菌體或缺陷型噬菌體把其遺傳物質(zhì)傳遞給另一細菌。 類型 普遍性轉導：象噬菌體P22可以轉導沙門氏菌染色體組的任何不同的部分。 特異性轉導：象噬菌體等只能轉導細菌染色體的特定的部分,三、轉導,黎德伯格等1956年在傷寒沙門氏菌中發(fā)現(xiàn)了轉

43、導現(xiàn)象。他們用一個不能合成苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸的營養(yǎng)缺陷型和另一個不能合成甲硫氨酸和組氨酸的營養(yǎng)缺陷型雜交，結果在基本培養(yǎng)基上出現(xiàn)原養(yǎng)型菌落,三、轉導,黎德伯格將上述兩種菌株分別放在戴維斯U型管的兩臂內(nèi)，中間用玻璃濾板隔開，以防止細胞接觸，但可以允許比細菌小的物質(zhì)通過，結果也獲得了野生型重組體。這樣確定，這種野生型重組體是通過一種過濾性因子實現(xiàn)的。以后的研究工作表明，這種過濾性因子是噬菌體P22。P22的遺傳信息可以整合到宿主的染色體中。 噬菌體P22可以轉導沙門氏菌染色體組的任何不同的部分，因此稱為普遍性轉導,三、轉導,P22侵染細菌后，細菌染色體斷裂成片段，在形成噬菌體顆粒時，偶爾錯誤地把細菌染色體片段包裝在噬菌體蛋白質(zhì)外殼內(nèi)，其中并不包含有噬菌體的遺傳物質(zhì)，這種假噬菌體稱為轉導顆粒。 由于決定噬菌體感染細菌的能力是噬菌體的外殼蛋白質(zhì)，所以轉導顆粒可以吸附