細(xì)菌和病毒的遺傳分析

1、1第十章第十章 細(xì)菌和病毒的遺傳分析細(xì)菌和病毒的遺傳分析張愛玲張愛玲 138284027162 內(nèi)內(nèi) 容容n細(xì)菌和病毒的特點(diǎn)細(xì)菌和病毒的特點(diǎn)n細(xì)菌的遺傳分析細(xì)菌的遺傳分析n噬菌體的遺傳分析噬菌體的遺傳分析3第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)菌和病毒的特點(diǎn)細(xì)菌和病毒的特點(diǎn)1.1 細(xì)菌的特點(diǎn)及培養(yǎng)技術(shù)細(xì)菌的特點(diǎn)及培養(yǎng)技術(shù)n 細(xì)菌特點(diǎn)細(xì)菌特點(diǎn) 單細(xì)胞生物，不同細(xì)菌大小不一，單細(xì)胞生物，不同細(xì)菌大小不一，1-2um長，長，0.5um寬寬 結(jié)構(gòu)：鞭毛、莢膜、細(xì)胞壁、胞膜、胞質(zhì)、結(jié)構(gòu)：鞭毛、莢膜、細(xì)胞壁、胞膜、胞質(zhì)、DNA（稱為（稱為擬核擬核） 遺傳物質(zhì)：遺傳物質(zhì)：1個個 主染色體、多個微小染色體主染色體、多個微小染色體

2、微小染色體：也稱為質(zhì)粒，攜帶不同的基因，使細(xì)菌具有不同的性微小染色體：也稱為質(zhì)粒，攜帶不同的基因，使細(xì)菌具有不同的性狀；被作為基因工程的載體狀；被作為基因工程的載體45n 細(xì)菌特點(diǎn)細(xì)菌特點(diǎn) 繁殖世代短（繁殖世代短（ 20分鐘一個世代）分鐘一個世代） 會發(fā)生突變：會發(fā)生突變：n 菌落形態(tài)性狀的突變菌落形態(tài)性狀的突變：菌落的形狀菌落的形狀、顏色顏色和和大小大小等等。n 生理特性的突變：喪失合成某種營養(yǎng)物質(zhì)能力的生理特性的突變：喪失合成某種營養(yǎng)物質(zhì)能力的營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)缺陷型（營養(yǎng)缺陷型）（營養(yǎng)缺陷型）。n 抗性突變包括抗性突變包括：抗藥性抗藥性或或抗感染性抗感染性。1.1 細(xì)菌的特點(diǎn)及培養(yǎng)技術(shù)細(xì)菌的

3、特點(diǎn)及培養(yǎng)技術(shù)61.1 細(xì)菌的特點(diǎn)及培養(yǎng)技術(shù)細(xì)菌的特點(diǎn)及培養(yǎng)技術(shù)n細(xì)菌的培養(yǎng)技術(shù)細(xì)菌的培養(yǎng)技術(shù) 固體和液體培養(yǎng)：固體和液體培養(yǎng)：n液體培養(yǎng)后，細(xì)菌分裂呈幾何級數(shù)增殖液體培養(yǎng)后，細(xì)菌分裂呈幾何級數(shù)增殖n 吸取少量液體，無菌環(huán)境下，涂布在固體培養(yǎng)基上吸取少量液體，無菌環(huán)境下，涂布在固體培養(yǎng)基上n 細(xì)胞在固體培養(yǎng)基上不能移動，每個細(xì)胞會聚集成群，達(dá)細(xì)胞在固體培養(yǎng)基上不能移動，每個細(xì)胞會聚集成群，達(dá)107個細(xì)胞，肉眼可見（平板培養(yǎng)），稱為無性繁殖個細(xì)胞，肉眼可見（平板培養(yǎng)），稱為無性繁殖/克隆克隆71.1 細(xì)菌的特點(diǎn)及培養(yǎng)技術(shù)細(xì)菌的特點(diǎn)及培養(yǎng)技術(shù)n細(xì)菌突變研究方法細(xì)菌突變研究方法 1952年發(fā)明的影印

4、培養(yǎng)法年發(fā)明的影印培養(yǎng)法 過程：母板上長成菌落，然后拿一個比培養(yǎng)皿小的木板，上面包過程：母板上長成菌落，然后拿一個比培養(yǎng)皿小的木板，上面包裹滅菌的絲絨，印在母板上，菌落會吸附在絲絨上，然后把絲絨裹滅菌的絲絨，印在母板上，菌落會吸附在絲絨上，然后把絲絨印到不同成分的培養(yǎng)基上。印到不同成分的培養(yǎng)基上。 結(jié)果判斷：凡是不能夠在新的培養(yǎng)基上的菌落，為缺陷菌落。結(jié)果判斷：凡是不能夠在新的培養(yǎng)基上的菌落，為缺陷菌落。89細(xì)菌的固體、稀釋培養(yǎng)及菌落細(xì)菌的固體、稀釋培養(yǎng)及菌落10 合成代謝功能突變型合成代謝功能突變型: : 營養(yǎng)缺陷型（營養(yǎng)缺陷型（auxotroph) auxotroph) 野生型（野生型（w

5、ild type)wild type) 缺陷型（缺陷型（deficient)deficient) 原養(yǎng)型（原養(yǎng)型（prototroph)prototroph)MetMet- - 甲硫氨基酸缺陷型甲硫氨基酸缺陷型 MetMet+ + Thi- Thi- 硫胺缺陷型硫胺缺陷型 Thi+Thi+ Pur- Pur- 嘌呤缺陷型嘌呤缺陷型 Pur+Pur+ 分解代謝功能突變型：分解代謝功能突變型：lac- lac- 乳糖突變型，野生型為乳糖突變型，野生型為lac+lac+ 抗性突變型：抗性突變型：抗藥性或抗感染性抗藥性或抗感染性StrStrR R , , StrStrS S 分別表示對鏈霉素有抗性和敏

6、感分別表示對鏈霉素有抗性和敏感T1T1R R, T1, T1S S分別表示對分別表示對T1T1噬菌體有抗性和敏感噬菌體有抗性和敏感 R R：resistantresistant；S S：sensitivesensitive細(xì)菌細(xì)菌的突變型和標(biāo)識的突變型和標(biāo)識11細(xì)菌的突變型和標(biāo)識細(xì)菌的突變型和標(biāo)識n基本培養(yǎng)基（基本培養(yǎng)基（minimal mediumminimal medium） 僅含葡萄糖和無機(jī)鹽。僅含葡萄糖和無機(jī)鹽。n完全培養(yǎng)基（完全培養(yǎng)基（complete mediumcomplete medium） 含細(xì)菌所必需的各種營養(yǎng)成分。含細(xì)菌所必需的各種營養(yǎng)成分。121.2 病毒的生物學(xué)特征病

7、毒的生物學(xué)特征n比細(xì)菌結(jié)構(gòu)更為簡單，只有一條染色體（比細(xì)菌結(jié)構(gòu)更為簡單，只有一條染色體（DNA或或 RNA ）。）。n 病毒結(jié)構(gòu)：病毒結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)外殼蛋白質(zhì)外殼+包被的包被的核酸核酸所組成的顆粒。所組成的顆粒。n 種類：根據(jù)宿主種類：根據(jù)宿主(動物、植物、細(xì)菌動物、植物、細(xì)菌)或遺傳物質(zhì)或遺傳物質(zhì)(DNA或或RNA)來分類。來分類。感染細(xì)菌的病毒感染細(xì)菌的病毒(Bacterial phage)，稱為，稱為噬菌體噬菌體(phage)，是目前經(jīng)過廣泛研究，了解比較清楚的，是目前經(jīng)過廣泛研究，了解比較清楚的一種病毒。一種病毒。n 在沒有宿主情況下，可以視之為沒有生命在沒有宿主情況下，可以視之為沒有生

8、命/或者一堆化合或者一堆化合物物131.2 病毒的生物學(xué)特征病毒的生物學(xué)特征n病毒種類病毒種類 依遺傳物質(zhì)劃分：單鏈依遺傳物質(zhì)劃分：單鏈DNA，單鏈，單鏈RNA，雙鏈，雙鏈DNA，雙鏈雙鏈RNA 依與宿主細(xì)胞關(guān)系劃分：如烈性噬菌體；溫和噬菌體依與宿主細(xì)胞關(guān)系劃分：如烈性噬菌體；溫和噬菌體14噬菌體噬菌體151.3細(xì)菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性細(xì)菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性n繁殖世代周期短：繁殖世代周期短：min/hn易于操作管理和進(jìn)行化學(xué)分析易于操作管理和進(jìn)行化學(xué)分析 (純培養(yǎng)與代謝產(chǎn)物累積純培養(yǎng)與代謝產(chǎn)物累積)，節(jié)，節(jié)省空間和人力、物力；省空間和人力、物力；n便于研究基因的突變便于研究基因的

9、突變 (表現(xiàn)與選擇表現(xiàn)與選擇)；n便于研究基因便于研究基因作用作用 (突變型生長條件與基因作用突變型生長條件與基因作用)；n便于研究基因便于研究基因重組重組 (重組群體大、選擇方法簡便有效重組群體大、選擇方法簡便有效)；n遺傳物質(zhì)簡單遺傳物質(zhì)簡單，可作為研究高等生物的簡單模型，可作為研究高等生物的簡單模型1.4 細(xì)菌和病毒的擬有性過程細(xì)菌和病毒的擬有性過程n 細(xì)菌和病毒不同于真核生物配子融合的有性過程細(xì)菌和病毒不同于真核生物配子融合的有性過程n 遺傳物質(zhì)傳遞：從一個細(xì)胞傳到另一個細(xì)胞遺傳物質(zhì)傳遞：從一個細(xì)胞傳到另一個細(xì)胞n細(xì)菌的擬有性過程：轉(zhuǎn)化、接合、性導(dǎo)、轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)菌的擬有性過程：轉(zhuǎn)化、接合、性

10、導(dǎo)、轉(zhuǎn)導(dǎo)1617第二節(jié)第二節(jié) 細(xì)菌的遺傳分析細(xì)菌的遺傳分析181 細(xì)菌轉(zhuǎn)化細(xì)菌轉(zhuǎn)化n轉(zhuǎn)化：轉(zhuǎn)化： 細(xì)菌通過細(xì)胞膜攝取周圍供體細(xì)菌通過細(xì)胞膜攝取周圍供體DNA的片段的片段，并可能將外源，并可能將外源DNA片段通過重組整合到自己染片段通過重組整合到自己染色體組的過程。色體組的過程。+191 細(xì)菌轉(zhuǎn)化細(xì)菌轉(zhuǎn)化n轉(zhuǎn)化：轉(zhuǎn)化： 細(xì)菌通過細(xì)胞膜攝取周圍供體細(xì)菌通過細(xì)胞膜攝取周圍供體DNA的片段的片段，并可能將外源，并可能將外源DNA片段通過重組整合到自己染片段通過重組整合到自己染色體組的過程。色體組的過程。+201 細(xì)菌轉(zhuǎn)化細(xì)菌轉(zhuǎn)化n外源外源DNA 要求：雙鏈要求：雙鏈DNA（環(huán)狀質(zhì)粒）；環(huán)狀（環(huán)狀質(zhì)粒）

11、；環(huán)狀/線性線性n 細(xì)菌要求：處于感受態(tài)狀態(tài)，可能只發(fā)生在細(xì)菌細(xì)菌要求：處于感受態(tài)狀態(tài)，可能只發(fā)生在細(xì)菌生長周期的某一時期生長周期的某一時期 211 細(xì)菌轉(zhuǎn)化細(xì)菌轉(zhuǎn)化n轉(zhuǎn)化的類型轉(zhuǎn)化的類型 自然轉(zhuǎn)化（自然轉(zhuǎn)化（natural transformation）：）： 細(xì)菌能夠自然地吸收細(xì)菌能夠自然地吸收DNA，如枯草桿菌的轉(zhuǎn)化。如枯草桿菌的轉(zhuǎn)化。 工程轉(zhuǎn)化（工程轉(zhuǎn)化（engineered transformation）n 通過某種處理使細(xì)菌能夠攝入外源通過某種處理使細(xì)菌能夠攝入外源DNA，如大腸桿菌，如大腸桿菌 的轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化: 電電轉(zhuǎn)化、化學(xué)法轉(zhuǎn)化（氯化鈣法）轉(zhuǎn)化、化學(xué)法轉(zhuǎn)化（氯化鈣法）。n 轉(zhuǎn)化

12、效率：約轉(zhuǎn)化效率：約1n 轉(zhuǎn)化片段的長度：轉(zhuǎn)化片段的長度：800 bp-20 kb22電轉(zhuǎn)儀和電轉(zhuǎn)杯（仍需是感電轉(zhuǎn)儀和電轉(zhuǎn)杯（仍需是感受態(tài)細(xì)胞）受態(tài)細(xì)胞）1 細(xì)菌轉(zhuǎn)化細(xì)菌轉(zhuǎn)化23n轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)化進(jìn)宿主細(xì)胞的質(zhì)粒數(shù)目在宿主菌中不等。轉(zhuǎn)化進(jìn)宿主細(xì)胞的質(zhì)粒數(shù)目在宿主菌中不等。 分為：分為： 松弛型質(zhì)粒（幾十至幾百個拷貝）松弛型質(zhì)粒（幾十至幾百個拷貝） 嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒（嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)粒（10個拷貝以下）個拷貝以下）1 細(xì)菌轉(zhuǎn)化細(xì)菌轉(zhuǎn)化24n轉(zhuǎn)化的質(zhì)粒丟失情況轉(zhuǎn)化的質(zhì)粒丟失情況 吖黃素處理細(xì)胞，不妨礙細(xì)菌增殖，有選擇性阻礙質(zhì)粒復(fù)制，在吖黃素處理細(xì)胞，不妨礙細(xì)菌增殖，有選擇性阻礙質(zhì)粒復(fù)制，在細(xì)胞中丟失。（有壓力才有

13、動力）細(xì)胞中丟失。（有壓力才有動力）無選擇壓力1 細(xì)菌轉(zhuǎn)化細(xì)菌轉(zhuǎn)化1 細(xì)菌轉(zhuǎn)化細(xì)菌轉(zhuǎn)化n轉(zhuǎn)化過程轉(zhuǎn)化過程結(jié)合：供體供體DNA與受體位點(diǎn)的結(jié)與受體位點(diǎn)的結(jié)合合n 雙鏈雙鏈DNA結(jié)合在細(xì)胞表面幾結(jié)合在細(xì)胞表面幾個受體位點(diǎn)個受體位點(diǎn)穿入：供體供體DNA由雙鏈由雙鏈DNA 變變成單鏈成單鏈DNAn外切酶降解其中一條鏈，產(chǎn)外切酶降解其中一條鏈，產(chǎn)生能量，把另外一條單鏈拉生能量，把另外一條單鏈拉近細(xì)胞近細(xì)胞251 細(xì)菌轉(zhuǎn)化細(xì)菌轉(zhuǎn)化n轉(zhuǎn)化過程轉(zhuǎn)化過程 聯(lián)會： 受體受體DNA雙鏈部分變雙鏈部分變?yōu)閱捂?，與供體單鏈為單鏈，與供體單鏈DNA互補(bǔ)互補(bǔ)配對配對 整合： 單鏈供體單鏈供體DNA與受體與受體DNA對應(yīng)位點(diǎn)

14、置換，穩(wěn)定滲入對應(yīng)位點(diǎn)置換，穩(wěn)定滲入到受體到受體DNA中，隨著受體中，隨著受體DNA復(fù)制而復(fù)制復(fù)制而復(fù)制261 細(xì)菌轉(zhuǎn)化細(xì)菌轉(zhuǎn)化n轉(zhuǎn)化成功的前提轉(zhuǎn)化成功的前提獲知受體獲知受體DNA的序列的序列 供體供體DNA含有相應(yīng)的序列，可含有相應(yīng)的序列，可與受體與受體DNA互補(bǔ)配對互補(bǔ)配對271 細(xì)菌轉(zhuǎn)化細(xì)菌轉(zhuǎn)化n質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化 過程比較簡單。過程比較簡單?？梢砸杂坞x狀態(tài)存在，不一定發(fā)生整合可以以游離狀態(tài)存在，不一定發(fā)生整合282 細(xì)菌接合細(xì)菌接合292 細(xì)菌接合細(xì)菌接合n接合：遺傳物質(zhì)從供體（雄性）轉(zhuǎn)移到受體（雌性）的過接合：遺傳物質(zhì)從供體（雄性）轉(zhuǎn)移到受體（雌性）的過程程30312.1 2.1

15、接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)A菌菌: met- bio- thr+ leu+ thi+；需要在基本培養(yǎng)基上補(bǔ)充；需要在基本培養(yǎng)基上補(bǔ)充甲硫氨酸和生物素才能生長；甲硫氨酸和生物素才能生長；B菌：菌： met+ bio+ thr- leu- thi-；需要在基本培養(yǎng)基上補(bǔ)充；需要在基本培養(yǎng)基上補(bǔ)充蘇氨酸、亮氨酸和硫胺才能生長；蘇氨酸、亮氨酸和硫胺才能生長；Lederberg和和Tatun細(xì)菌雜交實(shí)驗(yàn)（細(xì)菌雜交實(shí)驗(yàn)（1946）322.1 2.1 接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)A B完全液體培養(yǎng)基完全液體培養(yǎng)基基本固體培養(yǎng)基基本固體培養(yǎng)基met- bio- thr+ leu+ thi+ met+ bio

16、+ thr- leu- thi-基本基本固體培養(yǎng)基（不含有上述固體培養(yǎng)基（不含有上述5種物質(zhì)）種物質(zhì)）Lederberg和和Tatun細(xì)菌雜交實(shí)驗(yàn)（細(xì)菌雜交實(shí)驗(yàn)（1946）332.1 2.1 接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)A菌菌B菌菌過濾器過濾器bio-bio+結(jié)果表明：結(jié)果表明：A A和和B B菌即使在完全菌即使在完全培養(yǎng)液中生長一培養(yǎng)液中生長一段時間，但如果段時間，但如果不發(fā)生兩者之間不發(fā)生兩者之間的接觸，仍然不的接觸，仍然不能在基本培養(yǎng)基能在基本培養(yǎng)基上生長上生長。（細(xì)菌（細(xì)菌不能通過濾片，不能通過濾片，DNADNA可以通過）可以通過）戴維斯戴維斯U型管試驗(yàn)，型管試驗(yàn)，1950342.1

17、2.1 接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)n綜合兩個實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：綜合兩個實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：A A和和B B細(xì)菌通過接觸，發(fā)生了雜交，遺傳物質(zhì)發(fā)生了交細(xì)菌通過接觸，發(fā)生了雜交，遺傳物質(zhì)發(fā)生了交換，產(chǎn)生了與兩個親代菌株不同的野生型換，產(chǎn)生了與兩個親代菌株不同的野生型metmet+ + bio bio+ + thrthr+ + leu leu+ + thi thi+ +菌株。菌株。A菌和菌和B菌怎么接觸的呢菌怎么接觸的呢352.1 2.1 接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)F-F+性傘毛：性傘毛：F+細(xì)菌表面的細(xì)菌表面的細(xì)長纖毛細(xì)長纖毛兩株兩株E.coli的接合電鏡照片的接合電鏡照片362.1 2.1 接合現(xiàn)象的

18、發(fā)現(xiàn)接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)Lederberg和和Tatun細(xì)菌雜交實(shí)驗(yàn)（細(xì)菌雜交實(shí)驗(yàn)（1946）結(jié)果猜想）結(jié)果猜想A 菌菌 B菌菌372.1 2.1 接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)Lederberg和和Tatun細(xì)菌雜交實(shí)驗(yàn)（細(xì)菌雜交實(shí)驗(yàn)（1946）結(jié)果猜想）結(jié)果猜想A 菌菌 B菌菌382.1 2.1 接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)A 菌菌 B菌菌（鏈霉素處理，阻礙細(xì)菌分裂，（鏈霉素處理，阻礙細(xì)菌分裂，能夠轉(zhuǎn)移基因；即能夠轉(zhuǎn)移基因；即B菌被鏈霉素菌被鏈霉素殺死了，失去了繁殖能力，但其殺死了，失去了繁殖能力，但其DNA還在）還在）基本培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基B菌的基因沒菌的基因沒有轉(zhuǎn)移到有轉(zhuǎn)移到A菌菌392.1 2

19、.1 接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)A 菌菌 B菌菌基本培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基A菌的基因菌的基因轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到B菌菌（鏈霉素處理，阻礙細(xì)菌分裂，（鏈霉素處理，阻礙細(xì)菌分裂，能夠轉(zhuǎn)移基因；即能夠轉(zhuǎn)移基因；即A菌被鏈霉素菌被鏈霉素殺死了，失去了繁殖能力，但其殺死了，失去了繁殖能力，但其DNA還在）還在）402.1 2.1 接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)n上述現(xiàn)象的原因上述現(xiàn)象的原因 A菌受處理不能分裂，但能夠轉(zhuǎn)移基因（菌受處理不能分裂，但能夠轉(zhuǎn)移基因（DNA） B菌未受處理能分裂，在分裂過程中接受菌未受處理能分裂，在分裂過程中接受A轉(zhuǎn)移過來的轉(zhuǎn)移過來的基因基因(DNA) 基因間基因間單向單向發(fā)生了交換，最終形

20、成發(fā)生了交換，最終形成野生型菌落野生型菌落 A菌可以看做菌可以看做供體（雄）供體（雄），B菌可以看做菌可以看做受體（雌）受體（雌）A菌向菌向B菌轉(zhuǎn)移的到底菌轉(zhuǎn)移的到底是什么物質(zhì)是什么物質(zhì)？412.1 2.1 接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)nF F因子：細(xì)菌間被轉(zhuǎn)移物質(zhì)稱為因子：細(xì)菌間被轉(zhuǎn)移物質(zhì)稱為F F因子，又被稱為因子，又被稱為質(zhì)粒、質(zhì)粒、性因子、致育因子。性因子、致育因子。nA A菌可以看作供體（雄），記為菌可以看作供體（雄），記為F+F+，含有，含有F F因子因子；B B菌可菌可以看作受體（雌），以看作受體（雌），不含不含F(xiàn) F因子，記為因子，記為F-F-。422.1 2.1 接合現(xiàn)象的發(fā)

21、現(xiàn)接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)nF因子的轉(zhuǎn)移引起細(xì)菌間雜交因子的轉(zhuǎn)移引起細(xì)菌間雜交 F因子的化學(xué)本質(zhì)是因子的化學(xué)本質(zhì)是DNA，以自主狀態(tài)存在于細(xì)胞質(zhì)中或整合到，以自主狀態(tài)存在于細(xì)胞質(zhì)中或整合到細(xì)菌的染色體上。細(xì)菌的染色體上。F因子因子43大腸桿菌大腸桿菌F因子向因子向F-細(xì)胞轉(zhuǎn)移圖解細(xì)胞轉(zhuǎn)移圖解442.2 高頻重組與中斷雜交技術(shù)高頻重組與中斷雜交技術(shù)F+ F-F+(幾乎所有幾乎所有)Hfr：high frequency of recombinationA BF+ F-較少較少F+，較，較多重組子多重組子A B452.2 高頻重組與中斷雜交技術(shù)高頻重組與中斷雜交技術(shù)n19511951年，卡瓦里（年，卡瓦里（C

22、avalliCavalli）等人，）等人，19541954年海斯年海斯（HayesHayes）先后在）先后在A A菌株中分離出新的菌株。菌株中分離出新的菌株。nHfrHfr形成形成 F F因子可以整合到細(xì)菌環(huán)狀因子可以整合到細(xì)菌環(huán)狀DNADNA上（染色體上），含有上（染色體上），含有重組狀態(tài)的這種重組狀態(tài)的這種F F菌株叫菌株叫HfrHfr（高頻重組）菌（高頻重組）菌。n特點(diǎn)特點(diǎn) (1)(1)可以作為供體，與可以作為供體，與B B雜交，重組頻率比雜交，重組頻率比A AB B高高10001000倍，稱高頻重組菌株。倍，稱高頻重組菌株。 (2)(2)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移F F因子頻率低因子頻率低46F因子的存

23、在狀態(tài)因子的存在狀態(tài)2.2 高頻重組與中斷雜交技術(shù)高頻重組與中斷雜交技術(shù)472.2 高頻重組與中斷雜交技術(shù)高頻重組與中斷雜交技術(shù)nHfr怎么進(jìn)行基因的重組？怎么進(jìn)行基因的重組？ 中斷雜交技術(shù)揭示了上述現(xiàn)象。中斷雜交技術(shù)揭示了上述現(xiàn)象。 中斷雜交：根據(jù)供體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的順序和時間繪制連鎖圖中斷雜交：根據(jù)供體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的順序和時間繪制連鎖圖的技術(shù)。的技術(shù)。 重組的順序是什么呢？重組的順序是什么呢？482.2 高頻重組與中斷雜交技術(shù)高頻重組與中斷雜交技術(shù) 蘇蘇AA 亮亮AA 疊氮化鈉疊氮化鈉 噬菌體噬菌體 乳糖乳糖 半乳糖半乳糖 鏈霉素鏈霉素nF+ thr + leu+ azir tonr

24、 lac+ gal+ strsnF-： thr- leu- azis tons lac- gal- strr n 將將 F+與與F-同時加入裝有完全培養(yǎng)基的大試管中，一同時加入裝有完全培養(yǎng)基的大試管中，一定時間取樣振蕩，稀釋接種至定時間取樣振蕩，稀釋接種至添加添加str但但不含不含thrAA和和leuAA的培養(yǎng)基上，形成含有的培養(yǎng)基上，形成含有F-和和F+的重組子，再把的重組子，再把菌落分別轉(zhuǎn)移到只添加菌落分別轉(zhuǎn)移到只添加azi、ton、以、以lac或或gal為炭源為炭源的選擇性培養(yǎng)基上。的選擇性培養(yǎng)基上。492.2 高頻重組與中斷雜交技術(shù)高頻重組與中斷雜交技術(shù)F+ F-混合后震蕩培養(yǎng)混合后震

25、蕩培養(yǎng)（形成結(jié)合管）（形成結(jié)合管）添加添加str，無，無thrAA和和leuAAthr+， leu+，strr（首先（首先確定確定F+和和F-的重組子的重組子具有具有F+的的thr+、 leu+和和F-的的strr ）(1) 混合混合(2) 涂平板涂平板那么那么F+菌菌其他基其他基因是否也得到重組？因是否也得到重組？重組順序呢？重組順序呢？502.2 高頻重組與中斷雜交技術(shù)高頻重組與中斷雜交技術(shù)9min11min18min25minazi ton tac galazi ton lac galazi ton lac galazi ton lac galF+ F-上述表明：Hfr菌株所攜帶的thr

26、+ 、strr 、leu+ 、azir 、tonr 、lac +和gal+遺傳信息已經(jīng)被重組進(jìn)F-；但是，為什么在不同的時間取樣會出現(xiàn)不同的結(jié)果？（3）注：時間注：時間為為F+和和F-混合的混合的時間，如時間，如9混合混合9min后中斷，混合后中斷，混合11min后中斷后中斷512.2 高頻重組與中斷雜交技術(shù)高頻重組與中斷雜交技術(shù)nHfr進(jìn)入進(jìn)入F-的頻率：從重組子的出現(xiàn)，隨時間的推的頻率：從重組子的出現(xiàn)，隨時間的推移，菌落開始增加，直至某一百分?jǐn)?shù)，出現(xiàn)時間移，菌落開始增加，直至某一百分?jǐn)?shù)，出現(xiàn)時間越早，百分?jǐn)?shù)越高。越早，百分?jǐn)?shù)越高。（1 1）F+F+的的基因按一定順序和基因按一定順序和時間間

27、隔進(jìn)入時間間隔進(jìn)入F F- -（2 2）每個基因進(jìn)入）每個基因進(jìn)入F F- -有一定有一定頻率，且在短時間內(nèi)達(dá)到頻率，且在短時間內(nèi)達(dá)到最高最高（3 3）進(jìn)入）進(jìn)入F F- -越早，頻率越高越早，頻率越高（4 4）F F因子進(jìn)入遲，頻率低因子進(jìn)入遲，頻率低2.2 高頻重組與中斷雜交技術(shù)高頻重組與中斷雜交技術(shù)52n一個特定的一個特定的Hfr菌株和菌株和F-菌株接合菌株接合時時首先首先出現(xiàn)的出現(xiàn)的F-細(xì)胞中供體性狀是固定不變細(xì)胞中供體性狀是固定不變的的 而且而且各性狀的出現(xiàn)有一定的先后各性狀的出現(xiàn)有一定的先后次序次序 說明說明供體染色體是從某一特定位置即原點(diǎn)開始逐漸轉(zhuǎn)供體染色體是從某一特定位置即原點(diǎn)

28、開始逐漸轉(zhuǎn)移移的的 標(biāo)記基因標(biāo)記基因離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，進(jìn)入離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，進(jìn)入F-細(xì)胞越遲。不同的細(xì)胞越遲。不同的Hfr菌菌株的染色體原點(diǎn)不同，轉(zhuǎn)移方向也不同株的染色體原點(diǎn)不同，轉(zhuǎn)移方向也不同。532.2 高頻重組與中斷雜交技術(shù)高頻重組與中斷雜交技術(shù)n根據(jù)重組子出現(xiàn)時間，得到根據(jù)重組子出現(xiàn)時間，得到Hfr基因在基因在F-的連鎖圖，的連鎖圖，距離單位為距離單位為min，不反應(yīng)基因間的物理距離。，不反應(yīng)基因間的物理距離。中斷雜交技術(shù)得到的基因連鎖圖中斷雜交技術(shù)得到的基因連鎖圖ton在在azi進(jìn)入進(jìn)入F-后后2min后才進(jìn)入后才進(jìn)入F-，可以認(rèn)為可以認(rèn)為azi和和ton相隔相隔2個單位。個單位。 O azi

29、ton lac gal 0 9 11 18 25542.2 高頻重組與中斷雜交技術(shù)高頻重組與中斷雜交技術(shù)用不同用不同Hfr菌株進(jìn)行中斷菌株進(jìn)行中斷雜交試驗(yàn)，基因轉(zhuǎn)移的雜交試驗(yàn)，基因轉(zhuǎn)移的順序，轉(zhuǎn)移起點(diǎn)和轉(zhuǎn)移順序，轉(zhuǎn)移起點(diǎn)和轉(zhuǎn)移方向很不相同。方向很不相同。大腸桿菌環(huán)狀染色體大腸桿菌環(huán)狀染色體552.3 F因子整合到細(xì)菌染色體的過程因子整合到細(xì)菌染色體的過程細(xì)菌染色體細(xì)菌染色體 Hfr染色體染色體附加體：可以整合到染色體上成為染色體一部分的質(zhì)粒。附加體：可以整合到染色體上成為染色體一部分的質(zhì)粒。562.3 F因子整合到細(xì)菌染色體的過程因子整合到細(xì)菌染色體的過程nF因子：質(zhì)粒的一種。因子：質(zhì)粒的一種

30、。組成部分：轉(zhuǎn)移的原點(diǎn)；組成部分：轉(zhuǎn)移的原點(diǎn)； 形成性傘毛基因群；形成性傘毛基因群； DNA復(fù)制酶基因；復(fù)制酶基因； 插入序列（具有極性，決定了插入轉(zhuǎn)移的方向）插入序列（具有極性，決定了插入轉(zhuǎn)移的方向）572.3 F因子整合到細(xì)菌染色體的過程因子整合到細(xì)菌染色體的過程供體供體受體受體582.3 F因子整合到細(xì)菌染色體的過程因子整合到細(xì)菌染色體的過程n細(xì)菌基因重組特點(diǎn)：細(xì)菌基因重組特點(diǎn)：單交換導(dǎo)致不平衡部分二倍體線性染色體單交換導(dǎo)致不平衡部分二倍體線性染色體只有偶數(shù)交換才能產(chǎn)生平衡的重組子只有偶數(shù)交換才能產(chǎn)生平衡的重組子相反重組子不出現(xiàn)相反重組子不出現(xiàn)592.3 F因子整合到細(xì)菌染色體的過程因子

31、整合到細(xì)菌染色體的過程n當(dāng)兩基因轉(zhuǎn)移時間接近當(dāng)兩基因轉(zhuǎn)移時間接近2min時，中斷雜交技術(shù)測定基因時，中斷雜交技術(shù)測定基因距離不可靠，需要重組作圖。距離不可靠，需要重組作圖。n重組作圖是一種傳統(tǒng)的作圖方法。重組作圖是一種傳統(tǒng)的作圖方法。602.3 重組作圖（當(dāng)基因轉(zhuǎn)移時間接近重組作圖（當(dāng)基因轉(zhuǎn)移時間接近2min時）時） Hfr F-lac+ ade+ strs lac- ade- strr完全培養(yǎng)基，完全培養(yǎng)基，添加添加str，無，無adeade+ strr（lac需進(jìn)一步確定）需進(jìn)一步確定）EMB培養(yǎng)基，伊紅美培養(yǎng)基，伊紅美蘭培養(yǎng)基，含乳糖蘭培養(yǎng)基，含乳糖lac- ade+（基因發(fā)（基因發(fā)生生

32、交換交換,淺紅色菌落）淺紅色菌落）lac+ade+ （基因未發(fā)（基因未發(fā)生交換，暗紅色菌落生交換，暗紅色菌落lac和和ade基因重組率（或距離）基因重組率（或距離）（lac+ade+） +（ lac- ade+ ）（lac- ade+） 100% 100%lac+ （乳（乳糖發(fā)酵）和糖發(fā)酵）和ade-（腺嘌（腺嘌呤缺陷型）呤缺陷型）基因緊密連基因緊密連鎖鎖當(dāng)含有當(dāng)含有l(wèi)ac+時，時， lac+基因表達(dá)產(chǎn)基因表達(dá)產(chǎn)生生lac酶，分解乳酶，分解乳糖，產(chǎn)酸，菌落糖，產(chǎn)酸，菌落為深紫色；否則為深紫色；否則為淺紅色為淺紅色61 2.3 重組作圖重組作圖重組后重組后F-染色體染色體重組后重組后F-染色體染

33、色體622.3 重組作圖重組作圖（lac+ade+） +（ lac- ade+ ）（lac- ade+） 100% 100%lac和和ade基因重組率（或距離）基因重組率（或距離）1min相當(dāng)于相當(dāng)于20%的重組率的重組率3 性導(dǎo)性導(dǎo)63643 性導(dǎo)性導(dǎo)n利用利用F因子進(jìn)行細(xì)菌基因的轉(zhuǎn)移叫做因子進(jìn)行細(xì)菌基因的轉(zhuǎn)移叫做性導(dǎo)性導(dǎo)。F ：既可以整合到細(xì)菌染色體上，又可以從整合的細(xì)：既可以整合到細(xì)菌染色體上，又可以從整合的細(xì)菌染色體隨染色體片段上解離下來的菌染色體隨染色體片段上解離下來的F因子。因子。F 因子組成：因子組成：F因子因子+受體染色體片段受體染色體片段65小結(jié)小結(jié)n細(xì)菌的遺傳一般指質(zhì)粒在供

34、體與受體之間的轉(zhuǎn)移細(xì)菌的遺傳一般指質(zhì)粒在供體與受體之間的轉(zhuǎn)移n接合和性導(dǎo)是轉(zhuǎn)移的方式，轉(zhuǎn)化也是接合的一種方式接合和性導(dǎo)是轉(zhuǎn)移的方式，轉(zhuǎn)化也是接合的一種方式n轉(zhuǎn)移的物質(zhì)分為：轉(zhuǎn)移的物質(zhì)分為：F因子因子、性因子、致育因子、性因子、致育因子和和F因子因子n接合轉(zhuǎn)移的物質(zhì)是接合轉(zhuǎn)移的物質(zhì)是F因子，性導(dǎo)轉(zhuǎn)移的物質(zhì)是因子，性導(dǎo)轉(zhuǎn)移的物質(zhì)是F因子因子nF 因子因子= F因子因子+受體染色體片段受體染色體片段66小結(jié)小結(jié)n含有質(zhì)粒的菌株稱為含有質(zhì)粒的菌株稱為F+菌株，不含菌株，不含有質(zhì)粒的稱為有質(zhì)粒的稱為F-菌株菌株； F+菌株的質(zhì)菌株的質(zhì)粒易與受體染色體發(fā)成重組的稱為粒易與受體染色體發(fā)成重組的稱為Hfr菌株

35、菌株n附加體是指可以整合到染色體上成附加體是指可以整合到染色體上成為染色體一部分的質(zhì)粒為染色體一部分的質(zhì)粒nF+、F-、Hfr、 F 各自關(guān)系各自關(guān)系67第三節(jié)第三節(jié) 噬菌體的遺傳分析n烈性噬菌體n烈性噬菌體基因重組n溶原性噬菌體n噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)68尾管刺突由頭部、頸部、尾部組成69噬菌體的特點(diǎn)個體極?。簜€體極?。?-200kb，DNA或者或者RNA，只能借助電鏡才，只能借助電鏡才可看見，實(shí)驗(yàn)時一般用肉眼觀察它感染細(xì)菌后所形成的可看見，實(shí)驗(yàn)時一般用肉眼觀察它感染細(xì)菌后所形成的噬菌斑加以識別。噬菌斑加以識別。專性寄生：在活體外不具任何生命特征，往往一個噬菌專性寄生：在活體外不具任何生命特征，往往一個

36、噬菌體只感染一種細(xì)菌。侵染過程：體只感染一種細(xì)菌。侵染過程：吸附吸附 遺傳物質(zhì)注入遺傳物質(zhì)注入 復(fù)制復(fù)制 裂解細(xì)菌裂解細(xì)菌無細(xì)胞結(jié)構(gòu)：化學(xué)組成和繁殖方式簡單。不同結(jié)構(gòu)的噬菌體（或不同的突變型）可同時感染一個細(xì)菌，并能在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行基因重組，即混合感染。 701 烈性噬菌體烈性噬菌體n定義：定義： 當(dāng)噬菌體感染細(xì)菌后，寄主細(xì)胞的當(dāng)噬菌體感染細(xì)菌后，寄主細(xì)胞的DNA立即停止立即停止活動，由噬菌體的活動，由噬菌體的DNA指導(dǎo)合成噬菌體的指導(dǎo)合成噬菌體的DNA和蛋白和蛋白質(zhì)，產(chǎn)生新的子噬菌體，最后質(zhì)，產(chǎn)生新的子噬菌體，最后寄主細(xì)菌裂解寄主細(xì)菌裂解，釋放，釋放出成熟的子噬菌體，這一類噬菌體稱之為烈性噬

37、菌體。出成熟的子噬菌體，這一類噬菌體稱之為烈性噬菌體。 通過它對相鄰細(xì)菌連續(xù)不斷地侵染和裂解，在長通過它對相鄰細(xì)菌連續(xù)不斷地侵染和裂解，在長滿細(xì)菌的不透明的菌落上看到一個圓形的透明區(qū)滿細(xì)菌的不透明的菌落上看到一個圓形的透明區(qū)噬菌斑。噬菌斑。71噬菌斑描述：大小，透明與不透明，邊緣光滑與清晰。721 烈性噬菌體烈性噬菌體n烈性噬菌體生活史烈性噬菌體生活史732 烈性噬菌體基因重組烈性噬菌體基因重組n烈性噬菌體性狀烈性噬菌體性狀噬菌斑透明程度噬菌斑透明程度噬菌斑大小噬菌斑大小描述描述半透明半透明透明透明小小大大基因基因h+hr+r742 烈性噬菌體基因重組烈性噬菌體基因重組E.coli B(親本親

38、本1)(親本親本2)兩個噬菌體可以通過感染同一宿主菌實(shí)現(xiàn)兩者之間重組。752 烈性噬菌體基因重組烈性噬菌體基因重組E.coli B(親本親本1)(親本親本2)形成噬菌斑形成噬菌斑統(tǒng)計各種噬菌斑的數(shù)統(tǒng)計各種噬菌斑的數(shù)目（親本、重組型）目（親本、重組型）計算重組率計算重組率同時感染同時感染1種細(xì)菌種細(xì)菌76重組率hrh r100總噬菌斑數(shù) 2 烈性噬菌體基因重組烈性噬菌體基因重組表型推導(dǎo)基因型透明，小hr（親本）半透明，大hr（親本）半透明，小hr透明，大hr773 溫和噬菌體與溶原性細(xì)菌溫和噬菌體與溶原性細(xì)菌溫和噬菌體兩種增殖周期：溶菌周期和溶原周期溫和噬菌體兩種增殖周期：溶菌周期和溶原周期12783 溫和噬菌體和溶原性細(xì)菌溫和噬菌體和溶原性細(xì)菌n定義：定義：溫和噬菌體：感染細(xì)菌后，并不使細(xì)菌出現(xiàn)出現(xiàn)溶菌溫和噬菌體：感染細(xì)菌后，并不使細(xì)菌出現(xiàn)出現(xiàn)溶菌現(xiàn)象的噬菌體?，F(xiàn)象的噬菌體。溶原性：細(xì)菌本身帶有噬菌體，但不立即導(dǎo)致溶菌的溶原性：細(xì)菌本身帶有噬菌體，但不立即導(dǎo)致溶菌的現(xiàn)象?，F(xiàn)象。溶原性細(xì)菌：被溫和噬菌體感染但并不發(fā)生溶菌現(xiàn)象溶原性細(xì)菌：被溫和噬菌體感染但并不發(fā)生溶菌現(xiàn)象的細(xì)菌。的細(xì)菌。原噬菌體：細(xì)胞內(nèi)含有的無感染能力的的噬菌體。原噬菌體：細(xì)胞內(nèi)含有的無感染能力的的噬菌體。793 溫和噬菌體和