細菌和病毒的遺傳性導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)-課件

1、細菌和病毒的遺傳性導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo) 細菌和病毒的遺傳性導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo) 三、性導(dǎo) (sexduction)P223(一)性導(dǎo)概念: 接合時由F因子所攜帶的外源DNA轉(zhuǎn)移到細菌染色體的過程。三、性導(dǎo) (sexduction)P223(一)性導(dǎo)概念:(二)F因子F因子整合到宿主細菌染色體的過程是可逆的。正常、精確F因子的整合與環(huán)出圖(二)F因子正常、精確F因子的整合與環(huán)出圖(二)F因子P224阿代爾伯格和伯恩斯(Adelberg,E、 和Burns,S、,1959)稱這種攜帶有某些細菌染色體基因的F因子為F因子。非正常環(huán)出laclacFlacHfrFF圖10-25 F因子的形成(二)F因子P224阿代爾伯格和伯恩斯(

2、Adelberg,(二)F因子P223部分二倍體圖- F因子的形成(二)F因子P223部分二倍體圖- F因子的形成(三)、F因子特點P224F因子使細菌帶有某些突出的特點:F因子以極高的比率轉(zhuǎn)移它的基因,如同F(xiàn) +細菌以極高的比率轉(zhuǎn)移它的F +因子一樣;F因子有極高的自然整合率,而且整合在一定的座位上,因為它有與細菌染色體的同源區(qū)段。 (三)、F因子特點P224F因子使細菌帶有某些突出的特點(四)F因子轉(zhuǎn)移a(四)F因子轉(zhuǎn)移a第一,利用不同的F的性導(dǎo)能夠測定不同基因在一起轉(zhuǎn)移的頻率。第二,觀察由性導(dǎo)形成的雜合部分二倍體中某一性狀的表現(xiàn),可確定這一性狀的等位基因的顯隱關(guān)系。第三,性導(dǎo)形成的部分二

3、倍體也可用作互補測驗,確定兩個突變型是同屬于一個基因依然不同基因。P224(五)性導(dǎo)在大腸桿菌的遺傳學(xué)研究中十分有用:小結(jié):F,Hfr,F的接合對比第一,利用不同的F的性導(dǎo)能夠測定不同基因在一起轉(zhuǎn)移的頻率。細菌和病毒的遺傳性導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)-課件四、轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)(一)概念:以噬菌體為媒介所進行的細菌遺傳物質(zhì)重組的過程。P224(二)轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 黎德伯格(Lederberg)和津德(Zinder)在1952年首先在鼠傷寒沙門氏菌(Salmenella typhimurium)中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象。四、轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)(一)概念:以噬菌體為媒四、轉(zhuǎn)導(dǎo)(transductio

4、n)P224實驗材料: 沙門氏菌的兩種營養(yǎng)缺陷型LA22、LA2品系 LA22: 苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸缺陷型phe-trp-tyr- LA2: 甲硫氨酸、組氨酸缺陷型met-his-實驗方法: 將LA22、LA2兩菌株混和,在基本培養(yǎng)基(固體)上 涂布培養(yǎng)。實驗結(jié)果: 平板上長出原養(yǎng)型菌落(+)。四、轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)P224實驗材料:實驗方四、轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)原因? 是否為接合或轉(zhuǎn)化引起的？P224單獨培養(yǎng)單獨培養(yǎng)混合培養(yǎng)LA22LA2phe-trp-tyr-met+his+phe+trp+ tyr+ met-his-基本培養(yǎng)基培養(yǎng)是否形成原養(yǎng)型菌落否 是

5、否四、轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)原因? P224單獨培(三)尋找原因的實驗U型管實驗,排除了接合的估計。P225一種可通過濾膜的過濾性因子(FA)利用DNA酶處理,FA不受DNA酶影響,仍得到重組體,排除了轉(zhuǎn)化作用的估計。圖例-U型管實驗(三)尋找原因的實驗U型管實驗,排除了接合的估計。P225一(三)尋找原因的實驗FA與從溶源性菌分離得到的噬菌體P22的質(zhì)量大小相同。P225FA與從溶源性菌分離得到的噬菌體P22的質(zhì)量大小相同。用抗P22的血清或加熱處理,P22的感染性和過濾性因子FA功能失活的速率相同?？故删wP22的沙門氏菌菌株對過濾性因子也表現(xiàn)為抗性。這些結(jié)果表明:FA就是溫和噬

6、菌體P22。(三)尋找原因的實驗FA與從溶源性菌分離得到的噬菌體P22的U型管實驗結(jié)果的解釋:轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體-轉(zhuǎn)導(dǎo)(溫和噬菌體P22)溶源性細菌U型管實驗結(jié)果的解釋:(溫和噬菌體P22)溶源性細菌(四)轉(zhuǎn)導(dǎo)的類型圖a、普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)圖-噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)圖b、特別性轉(zhuǎn)導(dǎo) /局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(四)轉(zhuǎn)導(dǎo)的類型圖a、普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)圖-噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)圖b、特別性部分二倍體普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)過程圖轉(zhuǎn)導(dǎo)細菌染色體組的任何不同部分轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)體部分二倍體普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)過程圖轉(zhuǎn)導(dǎo)細菌染色體組的任何不同部分轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 由此形成的具有重組遺傳結(jié)構(gòu)的細菌細胞叫轉(zhuǎn)導(dǎo)體transductant。能夠進行細菌遺傳作圖-與共轉(zhuǎn)化作圖類似例如a基因和b基因的共

7、轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率特別高,和c基因的共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率也特別高,而b和c特別少或完全不在一起轉(zhuǎn)導(dǎo),這三個基因的次序就應(yīng)為bac。假如研究三因子轉(zhuǎn)導(dǎo)(three-factor transduction),只需分析一個實驗的結(jié)果就能夠推出三個基因的次序。兩個基因同在一起轉(zhuǎn)導(dǎo)稱為并發(fā)轉(zhuǎn)導(dǎo)/共轉(zhuǎn)導(dǎo)(cotransduction), 共轉(zhuǎn)導(dǎo)的頻率 基因在染色體上的距離關(guān)系 確定基因在染色體上的排列順序普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 由此形成的具有重組遺傳結(jié)構(gòu)的細菌細胞叫轉(zhuǎn)導(dǎo)體tr普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)例如:供體基因型a+b+c+,受體的基因型為a- b- c- 。 供體用P1噬菌體感染,P1的后代再用來感染受體細胞,然后把受體細胞接種在選擇培養(yǎng)基上。假

8、如通過中斷雜交已知三個基因中的一個如a不在中間,就可對a+進行選擇,即在對a+進行選擇的選擇培養(yǎng)基上,把能夠生長的a+細胞選出來。然后,再把被選擇的受體細胞重復(fù)接種在其他對b+或c+進行選擇的選擇培養(yǎng)基上,檢查a+細胞是否同時具有b+和c+。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)例如:供體基因型a+b+c+,受體的基因型為a- 普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 最少的一類轉(zhuǎn)導(dǎo)體應(yīng)當代表最難于轉(zhuǎn)導(dǎo)的情況,這種轉(zhuǎn)導(dǎo)體是同時發(fā)生交換次數(shù)最多的一類。這種轉(zhuǎn)導(dǎo)子的基因排列應(yīng)為兩邊是供體基因,而中間為受體基因。假定由實驗得到的最少的轉(zhuǎn)導(dǎo)體類別為a+b+c- ,那么就能夠確定,這三個基因的正確次序應(yīng)當是acb或bca,而不是abc。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 最少的一類轉(zhuǎn)

9、導(dǎo)體應(yīng)當代表最難于轉(zhuǎn)導(dǎo)的情況,這種轉(zhuǎn)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 10-27最少的轉(zhuǎn)導(dǎo)子類型P227由基因的共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率 還可推算出三個基因之間的物理距離普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 10-27最少的轉(zhuǎn)導(dǎo)子類型P227由基因的共轉(zhuǎn)若兩個基因緊密連鎖,就估計經(jīng)常在一起轉(zhuǎn)導(dǎo),合轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率將接近于1。假如兩個基因從來或者幾乎不包含在同一轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA片段中,它們的合轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率接近于或等于0。利用這種關(guān)系能夠求出同一染色體上兩個基因之間的物理距離。經(jīng)推導(dǎo),得到以下計算公式:P228自學(xué)d=同一染色體上兩基因之間的物理距離。L=轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA的平均長度。X=兩個基因合轉(zhuǎn)導(dǎo)的頻率。轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒DNA的平均長度(約為1個病毒基因組的大小)明白后,就能夠依上述公

10、式估算出兩個較近基因間的分子距離。若兩個基因緊密連鎖,就估計經(jīng)常在一起轉(zhuǎn)導(dǎo),合轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率將接近于普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 首先在受體中選擇標記基因;然后把受體細菌培養(yǎng)在選擇性培養(yǎng)基上,檢查其他非標記基因的有無; 例-把受體菌放在azisthr+的基本培養(yǎng)基上培養(yǎng),leu就成為選擇的標記基因,因為在該培養(yǎng)基上只有l(wèi)eu+細胞才能生長。對每個選擇的標記基因進行多次實驗,以確定其未選擇標記基因出現(xiàn)的頻率,確定基因順序。依照前面的原理,對那些leu+的細胞進一步進行涂布培養(yǎng),以測試它們是aziR或aziS,是thr+或thr- 。例如E、coli thr+ leu+azi+供體,用P1噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)受體thr- leu-

11、 azi-普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 首先在受體中選擇標記基因;例如E、coli t普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 利用上述實驗?zāi)軌蛘f明三個位點之間的連鎖關(guān)系。實驗1說明leu和azi相近,leu和thr則不相近。因為有一半時間從供體攜帶的leu+基因是由aziR伴隨的;而只有2%的時間由thr+伴隨。表10-7普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 利用上述實驗?zāi)軌蛘f明三個位點之間的連鎖關(guān)系。表1普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 基于這個分析,能夠有下面兩種估計的排列:實驗2說明leu比azi更接近thr。因為有3%的時間leu+和thr+ 是并發(fā)轉(zhuǎn)導(dǎo)(co-tranmsduction)的,但aziR和thr+則沒有發(fā)生過并發(fā)轉(zhuǎn)導(dǎo),因此能夠肯定基因的順序應(yīng)是: 實驗3說明這個

12、順序是正確的,因為leu+thr+片段從未攜帶有aziR。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 基于這個分析,能夠有下面兩種估計的排列:普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 從上述分析中還說明了轉(zhuǎn)導(dǎo)片段的大小。在thr和leu之間的DNA長度已接近于這個片段大小的極限。因為它們的并發(fā)轉(zhuǎn)導(dǎo)只有2-3%,接近leu的azi位點從未與thr有過并發(fā)轉(zhuǎn)導(dǎo)。由此能夠作出結(jié)論,這個轉(zhuǎn)導(dǎo)片段的最大極限是從thr位點到leu和azi位點之間。應(yīng)用普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖是比較精確的,這是中斷雜交作圖所不容易辦到的。然而,普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖僅僅是在對某個基因的位置有某些了解的前提下才能進行。因此當一個新的突變基因發(fā)現(xiàn)以后,首先是用中斷雜交法對它作粗略的定位,接著才用普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)

13、等方法作精確定位。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 從上述分析中還說明了轉(zhuǎn)導(dǎo)片段的大小。在thr和l局限性轉(zhuǎn)導(dǎo):由溫和噬菌體(如)介導(dǎo)的轉(zhuǎn)導(dǎo)類型。 原噬菌體離開細菌染色體時,間或可將噬菌體插入位點兩邊的細菌基因一起環(huán)落下來而形成混雜的DNA片段,該DNA片段由噬菌體蛋白質(zhì)衣殼包裹,再去侵染其他宿主細菌,可將特定的細菌基因帶入新的受體菌,進而重組整合,這種轉(zhuǎn)導(dǎo)稱為局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)/特別性轉(zhuǎn)導(dǎo)。如的DNA,既能夠以自主的狀態(tài)存在,也能夠整合在細菌染色體中。這種有兩種狀態(tài)的遺傳因子叫做附加體(episome)。多數(shù)噬菌體當整合在細菌染色體中時都占有一個特定的位置。局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(restricted transduction)p2

14、28局限性轉(zhuǎn)導(dǎo):由溫和噬菌體(如)介導(dǎo)的轉(zhuǎn)導(dǎo)類型。 局限性局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)僅限于靠近原噬菌體附著點的基因,如專門轉(zhuǎn)導(dǎo)大腸桿菌的gal和bio基因。因此這種轉(zhuǎn)導(dǎo)叫做特別性轉(zhuǎn)導(dǎo)或局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(restricted transduction)。圖例局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)僅限于靠近原噬菌體附著點的基因,如專門轉(zhuǎn)導(dǎo)大細菌染色體圖應(yīng)用中斷雜交技術(shù)、重組作圖、轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)相結(jié)合的方法差不多得到細菌的特別詳細的染色體圖。 (圖示)左圖-大腸桿菌的環(huán)狀連鎖圖包含大約2000個基因。細菌染色體圖應(yīng)用中斷雜交技術(shù)、重組作圖、轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)導(dǎo)相結(jié)合的方細菌染色體圖1990年繪制的E、 Coli連鎖遺傳圖的一部分。此部分僅包括5分鐘的距離

15、(全圖100分鐘)。 細菌染色體圖1990年繪制的E、 Coli連鎖遺傳圖的一部分局限性/特別性轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)移噬菌體插入位點兩側(cè)的細菌基因噬菌體的不正確切離實質(zhì)與性導(dǎo)相似高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)(HFT)與Hfr類似可進行遺傳作圖插入位點不穩(wěn)定P228普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性/特別性轉(zhuǎn)導(dǎo)P228普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)原噬菌體的插入與切除: 噬菌體的雙鏈線狀DNA分子在進入宿主細胞后,由其12個核苷酸組成的互補單鏈粘性末端形成共價鍵而閉合。 噬菌體int基因編碼的酶催化環(huán)狀噬菌體基因組附著位點attP與細菌染色體上attB之間的位點專一性重組 插入位點:gal與bio之間原噬菌體的插入與切除: 噬菌體的雙鏈線狀D

16、NA分子在bio+bio+bio+bio+bio+bio+bio+bio+bio+bio+bio+bio+高頻轉(zhuǎn)導(dǎo):通過雙重溶源菌E、coli phagedgal+非正常切離感染gal- E、coligal- gal+gal-dgal+雙重溶源菌形成 2 1galbiobiogal若dgal+進入的同時 也感染進去bio-gal高頻轉(zhuǎn)導(dǎo):通過雙重溶源菌E、coli phagedgal細菌和病毒的遺傳性導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)-課件Benzer重組試驗基因的精細作圖 Benzer(1955)用E、 Coli烈性噬菌體T4突變型遺傳研究證明:T4野生型在E、 Coli菌苔上產(chǎn)生小而不規(guī)則噬菌斑T4突變品系按表型可分

17、為:rI、rII、rIII三類。其中rII在E、 Coli B上產(chǎn)生快速溶菌現(xiàn)象,形成大而圓噬菌斑,在E、 Coli K()上不能生長操作方法:用兩種rII突變型雙重感染B品系,收集溶菌液取等量溶菌液接種到B品系、K()品系菌苔上考察兩個品系菌苔上的噬菌斑數(shù)目,就能夠計算兩個突變位點間的重組值繪制連鎖遺傳圖Benzer重組試驗基因的精細作圖 Benzer(1955由于采納了條件致死選擇系統(tǒng)即在E、 Coli K()上rII不能生長,分辨率極高,能夠檢測到十萬分之一的重組值雙重感染double infection試驗由于采納了條件致死選擇系統(tǒng)即在E、 Coli K()上r重組值檢測精度可達十萬分

18、之一,實際結(jié)果可不能低于0、01%基因內(nèi)存在最小重組單位本澤爾將最小重組單位定義為重組子(recon)rII區(qū)段存在復(fù)等位基因差不多表明基因也并非最小突變單位基因突變的最小單位突變子(muton)理論上講突變子不必等于重組子。但以后研究顯示:突變子和重組子都是一個核苷酸對或者堿基對(bp)。因此基因內(nèi)每個堿基均估計發(fā)生突變,任意兩個堿基間均能發(fā)生交換重組重組值檢測精度可達十萬分之一,實際結(jié)果可不能低于0、01%互補測驗原理 在限制條件下,能長出噬菌斑: 說明:兩個突變型能發(fā)生功能互補,是兩個基因。 在限制條件下,不能長出噬菌斑: 說明:兩個突變型不能發(fā)生功能互補,是同一基因。 噬菌體突變型的互補試驗關(guān)于兩個獨立起源的、表型相似的隱性突變,如何判定是屬于同一基因(功能單位)依然兩個基因突變產(chǎn)生的呢在二倍體生物中,能夠建立雙突變雜合體。雙突變體雜合體有兩種形式:順式(cis)和反式(trans)p59互補測驗原理噬菌體突變型的互補試驗關(guān)于兩個獨立起源的、表型相順反測驗與順反子依照兩突變反式雙雜合體的表現(xiàn)確定突變型無互補作用為同一功能單位的突變野生型有互補作用為不同功能單位的突變互補測驗,也稱順反測驗(ci