細(xì)菌和噬菌體的遺傳分析PPT課件

1、第1頁/共45頁大腸桿菌大腸桿菌第2頁/共45頁大腸桿菌的突變型及篩選：1、大腸桿菌的突變型大腸桿菌的突變型(1). 合成代謝功能突變型合成代謝功能突變型（anabolic functional mutant): 缺陷型（缺陷型（deficient) 野生型（野生型（wild type) 營養(yǎng)缺陷型（營養(yǎng)缺陷型（auxotroph) 原養(yǎng)型（原養(yǎng)型（prototroph)met- 甲硫氨基酸突變型甲硫氨基酸突變型 met+ thi- 硫胺突變型硫胺突變型 thi+ pur- 嘌呤突變型嘌呤突變型 pur+(2). 分解代謝功能突變型分解代謝功能突變型（catabolic functional

2、mutant)lac- 乳糖突變型，乳糖突變型， 野生型為野生型為lac+(3). 抗性突變型抗性突變型（resistance mutant)：strr , strs 分別表示對鏈霉素有抗性和敏感分別表示對鏈霉素有抗性和敏感T1r, T1s分別表示對分別表示對T1噬菌體有抗性和敏感噬菌體有抗性和敏感第3頁/共45頁 細(xì)菌接合E.coli 接合的發(fā)現(xiàn)： 1946年 萊德伯格(Lederberg, J.) 塔特姆 (Tatum) 細(xì)菌接合 （conjugation） 第4頁/共45頁1、 細(xì)菌的雜交菌株A: met-bio-thr+leu+thi+（需甲硫氨酸和生物素）菌株B: met+bio+t

3、hr-leu-thi-（需蘇氨酸，亮氨酸和硫胺）A B完全液體培養(yǎng)基基本固體培養(yǎng)基結(jié)果：出現(xiàn)若干原養(yǎng)型菌落， 頻率為10-7 。 基本固體培養(yǎng)基第5頁/共45頁 質(zhì)疑： 細(xì)菌的雜交實(shí)驗(yàn)獲得重組子可能原因： 轉(zhuǎn)化 互養(yǎng)第6頁/共45頁第7頁/共45頁 結(jié) 論 （1）菌株A與菌株B之間發(fā)生了雜交，發(fā)生了遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，出現(xiàn)了原養(yǎng)型。 （2）雜交過程中，兩菌株的接觸是必須的。第8頁/共45頁 F因子F因子因子：是一種質(zhì)粒，是一種質(zhì)粒，又稱為又稱為致育因子（致育因子（fertility factor，F(xiàn)）。）。F菌菌：F纖毛。纖毛。F菌菌：第9頁/共45頁Transmission electron m

4、icrograph of conjugating E.coli. 第10頁/共45頁 1、 F因子（F-factor)的結(jié)構(gòu) 配對區(qū)域(pairing region) 致育基因(fertility gene)原點(diǎn)(origin) 原點(diǎn)原點(diǎn)(origin):(復(fù)制區(qū)復(fù)制區(qū)) 配對區(qū)域配對區(qū)域(pairing region):(重組區(qū)重組區(qū)) 致育基因致育基因(fertility gene):(接合轉(zhuǎn)移區(qū)接合轉(zhuǎn)移區(qū))F因子第11頁/共45頁F F+ +F F- -的特點(diǎn)：的特點(diǎn)： (1)F(1)F質(zhì)粒轉(zhuǎn)移的頻率高，1/101/10。 (2)(2)而染色體轉(zhuǎn)移頻率低。1010-7-7，使F-F-F

5、F+ F+品系又稱為低頻重組品系 第12頁/共45頁高頻重組品系高頻重組品系HfrHfr（high frequency high frequency recombinationrecombination） CavalliCavalli（19511951）和HayesHayes（19541954）先后從能育的F F+ +品系中分離出兩個新的品系，它們和F F- -雜交，出現(xiàn)重組頻率很高。比F F+ +F F- -高出10001000倍。這種品系稱為高頻重組品系HfrHfr。 Hfr Hfr 的特點(diǎn) ： (1)(1)高頻重組，染色體轉(zhuǎn)移頻率高， 1000 1000 (2)F(2)F質(zhì)粒轉(zhuǎn)移頻率低

6、F F- -變成F F+ +很少或沒有。第13頁/共45頁第14頁/共45頁細(xì)菌重組的特點(diǎn)第15頁/共45頁第16頁/共45頁第17頁/共45頁第18頁/共45頁3、大腸桿菌的遺傳圖譜圖距單位：分鐘總長度：100分鐘起點(diǎn)（0分鐘） ：thr座位大腸桿菌的環(huán)形遺傳學(xué)圖第19頁/共45頁 F因子第20頁/共45頁第21頁/共45頁(1) 有有F因子的細(xì)菌為因子的細(xì)菌為F+，無，無F因子為因子為F-，具有致育因子（，具有致育因子（F, F或或Hfr）的菌株就是雄性菌株）的菌株就是雄性菌株(male strains) 。(2) F因子可以整合到細(xì)菌染色體上，形成因子可以整合到細(xì)菌染色體上，形成Hfr菌

7、株。不同菌株。不同Hfr菌菌株株F因子的整合位點(diǎn)不同。因子的整合位點(diǎn)不同。(3) F因子又可以從因子又可以從Hfr染色體上剪切下來，產(chǎn)生染色體上剪切下來，產(chǎn)生F因子。如果剪因子。如果剪切不準(zhǔn)確而帶有一段細(xì)菌染色體，則稱為切不準(zhǔn)確而帶有一段細(xì)菌染色體，則稱為F因子。因子。(4) F因子很容易轉(zhuǎn)移到因子很容易轉(zhuǎn)移到F-細(xì)胞中，細(xì)胞中， F+ F-F+，但是供體染色但是供體染色體的轉(zhuǎn)移頻率很低體的轉(zhuǎn)移頻率很低, 重組頻率很低重組頻率很低。(5) Hfr能以高頻率把細(xì)菌染色體基因轉(zhuǎn)移到能以高頻率把細(xì)菌染色體基因轉(zhuǎn)移到F-細(xì)菌中，卻極少使細(xì)菌中，卻極少使F-變?yōu)樽優(yōu)镕+（因?yàn)椋ㄒ驗(yàn)镕因子位于因子位于Hf

8、r染色體的最末端）；染色體的最末端）；(6) F因子的性質(zhì)介于因子的性質(zhì)介于F+和和Hfr之間，即可轉(zhuǎn)移自身，又可以轉(zhuǎn)之間，即可轉(zhuǎn)移自身，又可以轉(zhuǎn)移細(xì)菌基因。移細(xì)菌基因。第22頁/共45頁二、轉(zhuǎn)化（transformation）1. 轉(zhuǎn)化：細(xì)菌直接從環(huán)境中吸收DNA而使自身遺傳性狀發(fā)生改變的現(xiàn)象。在細(xì)菌群體中，并非所有細(xì)胞均可被轉(zhuǎn)化，能被轉(zhuǎn)化的細(xì)胞只占總數(shù)的極少數(shù)。2. 感受態(tài)：能吸收DNA分子而被轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)。不同的微生物出現(xiàn)感受態(tài)的時(shí)間和感受態(tài)持續(xù)的時(shí)間是不一樣的。3.感受態(tài)因子而促進(jìn)轉(zhuǎn)化作用的酶或蛋白質(zhì)分子稱為感受態(tài)因子（competence factor）第23頁/共45頁 4. 轉(zhuǎn)

9、化過程（1） 感受態(tài)的出現(xiàn)（2） 轉(zhuǎn)化因子的吸附和吸收 細(xì)胞出現(xiàn)感受后，雙鏈DNA吸附在細(xì)胞表面的特異性受體上，然后在DNA內(nèi)切酶和外切酶的作用下，將其中的一條單鏈降解，另一條單鏈與感受態(tài)特異蛋白接合而進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。第24頁/共45頁第25頁/共45頁（3）轉(zhuǎn)化因子的整合 進(jìn)入細(xì)胞中的DNA以單鏈形式與受體細(xì)胞的DNA進(jìn)行重組。重組的片段平均長度為8.5kb。被替代的片段隨之降解。5. 轉(zhuǎn)化效率1. 受體細(xì)胞的感受態(tài)：它決定轉(zhuǎn)化因子能否進(jìn)入細(xì)胞。2. 受體DNA和轉(zhuǎn)化因子的同源性：它決定了轉(zhuǎn)化因子能否整合。第26頁/共45頁一、噬菌體的結(jié)構(gòu)和形態(tài)病毒無細(xì)胞結(jié)構(gòu)，僅由蛋白質(zhì)和核酸構(gòu)成病毒無細(xì)胞結(jié)構(gòu)

10、，僅由蛋白質(zhì)和核酸構(gòu)成,可以分為可以分為:(1). 動物病毒動物病毒(2). 植物病毒植物病毒(3). 細(xì)菌病毒（噬菌體細(xì)菌病毒（噬菌體, bacteriophage, phage）T噬菌體的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)外殼核酸第27頁/共45頁二、噬菌體的繁殖和感染周期(1). 烈性噬菌體: 如T噬菌體吸附細(xì)菌裂解,釋放出子代噬菌體顆粒細(xì)菌染色體降解噬菌體DNA和蛋白質(zhì)外殼包裝成子代噬菌體顆粒第28頁/共45頁第29頁/共45頁(2). 溫和噬菌體:吸附溶菌周期-uv誘導(dǎo)細(xì)菌裂解溶源周期如 噬菌體:原噬菌體第30頁/共45頁三、 噬菌體的突變型1). 條件致死突變型:(1). 溫度敏感突變(2). 抑制因子敏

11、感突變2).宿主范圍突變型: E.coli B E.coli B/2 E.coli B+E.coli B/2 h+ + - 半透明噬菌斑 h- + + 透明噬菌斑3).噬菌斑形態(tài)突變型:(1). r+ 小噬菌斑,邊緣模糊(2). r- 大噬菌斑,邊緣清晰: 快速溶菌(rapid lysis)第31頁/共45頁第32頁/共45頁噬菌體的基因重組基因重組用T2噬菌體h-r+和h+r-混合感染E.coli B,再用釋放出來的子代噬菌體感染E.coli B+E.coli B/2 ,出現(xiàn)四種噬菌斑: 透明小噬菌斑(h-r+ ) 半透明大噬菌斑(h+r-) 透明大噬菌斑(h-r-) 半透明小噬菌斑(h+r

12、+) T2噬菌體的四種噬菌斑重組率= =(h+r+h-r-) 總噬菌斑數(shù)第33頁/共45頁五、 轉(zhuǎn)導(dǎo)與作圖 轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction):以噬菌體為媒介,將細(xì)菌的染色體片段或基因從一個細(xì)菌轉(zhuǎn)移到另一個細(xì)菌.供體A 受體B噬菌體第34頁/共45頁The Lederberg-Zinder experiment using Salmonella. P22噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)沙門氏菌第35頁/共45頁第36頁/共45頁 如果兩個基因同時(shí)轉(zhuǎn)導(dǎo)的頻率則較高,則說明它們相互連鎖,成為共轉(zhuǎn)導(dǎo)(cotransduction)。共轉(zhuǎn)導(dǎo)的頻率越高,則基因連鎖越緊密.反之則基因距離越遠(yuǎn).據(jù)此可用于細(xì)菌染色體的基因作圖.第37頁/共45頁 總結(jié)：在細(xì)菌中遺傳物質(zhì)有三種轉(zhuǎn)移的形式: 轉(zhuǎn)化（transformation） 接合（conjugation） 轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）共同特點(diǎn)是： （1）單方向轉(zhuǎn)移； （2）產(chǎn)生部分二倍體（partial diploid）； （3）基因只有整合到環(huán)狀染色體上才能穩(wěn)定 地遺傳。第38頁/共45頁 接合 是DNA從細(xì)胞到細(xì)胞直接轉(zhuǎn)移。 轉(zhuǎn)化 細(xì)胞從周圍介質(zhì)中吸收裸露的DNA。 轉(zhuǎn)染 通