第六章 細菌的遺傳分析

主要內(nèi)容細菌的細胞和基因組(自學)大腸桿菌的突變型及篩選細菌的接合與染色體作圖中斷雜交與重組作圖F`因子與性導細菌的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)導作圖現(xiàn)在是1頁\一共有70頁\編輯于星期五大腸桿菌的突變類型突變型篩選（自學）第二節(jié)大腸桿菌的突變型及篩選現(xiàn)在是2頁\一共有70頁\編輯于星期五一、大腸桿菌的突變類型1、合成代謝功能的突變型——營養(yǎng)缺陷型

合成代謝功能（anabolicfunction）

命名:Met-,Lys-原養(yǎng)型/野生型在基本培養(yǎng)基上，具有合成所有代謝和生長所必須的復雜有機分子的功能。營養(yǎng)缺陷型：一個必需的基因發(fā)生了突變不能進行一個特定的生化反應(yīng)，從而阻礙整個合成代謝功能的實現(xiàn)?，F(xiàn)在是3頁\一共有70頁\編輯于星期五2、分解代謝功能的突變型（catabolicfunctionalmutants)

分解代謝功能（anabolicfunction）一系列降解功能的實現(xiàn)也需要許多基因的表達，其中任何一個基因突變都會影響降解功能的實現(xiàn)。如Lac-突變型不能分解乳糖，因此就不能生長在以乳糖為唯一碳源的基本培養(yǎng)基上。現(xiàn)在是4頁\一共有70頁\編輯于星期五3、抗性突變型：細菌由于某基因的突變而對某些噬菌體或抗菌素產(chǎn)生抗性。如：抗藥突變型：抗鏈霉素突變型：Strr，（野生型Strs）抗青霉素突變型：Penr，（野生型Pens）抗phage突變型：抗T1-phage突變型：Tonr，（野生型Tons）現(xiàn)在是5頁\一共有70頁\編輯于星期五細菌接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)F因子及其轉(zhuǎn)移細菌重組的特點第三節(jié)細菌的接合與染色體作圖現(xiàn)在是6頁\一共有70頁\編輯于星期五一、細菌接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)菌株A：met-

bio-

thr+

leu+

thi+菌株B：met+

bio+

thr-

leu-

thi-Met+

bio+

thr+

leu+

thi+現(xiàn)在是7頁\一共有70頁\編輯于星期五二、F因子及其轉(zhuǎn)移細菌主要是無性繁殖，直到1946年人們才注意到不同品系大腸桿菌間可以雜交，并進行了基因重組，從而首次發(fā)現(xiàn)了大腸桿菌也有“性別”。1、細菌的性別現(xiàn)在是8頁\一共有70頁\編輯于星期五

2、F因子/性因子/致育因子

F因子：環(huán)狀DNA，含6×104個bp。大腸桿菌供體中含有，而受體無。由原點、致育基因、配對區(qū)三個部分組成?，F(xiàn)在是9頁\一共有70頁\編輯于星期五環(huán)狀F因子的模式圖現(xiàn)在是10頁\一共有70頁\編輯于星期五組成F因子各部分的功能原點：是轉(zhuǎn)移的起點。配對區(qū)：此處與大腸桿菌DNA多處核苷酸序列相對應(yīng)（即同源序列），故可通過交換而使F因子整合到大腸桿菌DNA上。致育基因：其上一些基因編碼生成F菌毛的蛋白質(zhì)，即供體菌細胞表面的管狀結(jié)構(gòu)，F(xiàn)菌毛與受體菌細胞表面的受體相結(jié)合，在兩個細胞間形成細胞質(zhì)橋?，F(xiàn)在是11頁\一共有70頁\編輯于星期五3、F+、F-與HfrF+：細胞質(zhì)中具有F因子的大腸桿菌（供體）F-：細胞質(zhì)中沒有F因子的大腸桿菌（受體）大腸桿菌性別F-F+現(xiàn)在是12頁\一共有70頁\編輯于星期五F+F-大腸桿菌性別大腸桿菌DNAF因子現(xiàn)在是13頁\一共有70頁\編輯于星期五F因子及其在雜交中的行為細胞質(zhì)橋(接合管)F+×F-F+F+現(xiàn)在是14頁\一共有70頁\編輯于星期五F因子轉(zhuǎn)移的頻率很高，但細菌DNA間的重組率很低，故稱F+為低頻重組品系(lowfrequencerecombination，Lfr)。F+×F-現(xiàn)在是15頁\一共有70頁\編輯于星期五Hfr（highfrequencerecombination）F因子整合入大腸桿菌染色體中現(xiàn)在是16頁\一共有70頁\編輯于星期五原點致育基因配對區(qū)大腸桿菌性別致育基因現(xiàn)在是17頁\一共有70頁\編輯于星期五原點配對區(qū)細菌染色體F-現(xiàn)在是18頁\一共有70頁\編輯于星期五細菌DNA間的重組率很高，故稱之為高頻重組品系（highfrequencerecombination，Hfr），重組率為10-2。F因子轉(zhuǎn)移的頻率很低?，F(xiàn)在是19頁\一共有70頁\編輯于星期五F因子的環(huán)出現(xiàn)在是20頁\一共有70頁\編輯于星期五4、附加體象F因子既可獨立存在于染色體之外作為一個獨立的復制子，也可整合到大腸桿菌染色體中作為大腸桿菌復制子的一部分的遺傳物質(zhì)（遺傳因子），稱為附加體?，F(xiàn)在是21頁\一共有70頁\編輯于星期五三、細菌重組的特點及機制細菌重組的特點細菌同源重組的分子基礎(chǔ)現(xiàn)在是22頁\一共有70頁\編輯于星期五（一）細菌重組的特點中斷雜交實驗與重組作圖細菌重組不同于真核生物的完整二倍體的重組?，F(xiàn)在是23頁\一共有70頁\編輯于星期五Hfr與F－接合常會形成部分二倍體部分二倍體：這種含有一個親體F-全部基因組和另一親體部分基因組的合子叫部分合子（半合子）/部分二倍體。細菌的重組就是指F-的DNA（內(nèi)基因子）與Hfr的部分DNA（外基因子）之間的重組。F-的DNAHfr的部分DNA現(xiàn)在是24頁\一共有70頁\編輯于星期五現(xiàn)在是25頁\一共有70頁\編輯于星期五內(nèi)、外基因子的交換情況單交換部分二倍性線狀體雙交換重組體＋線性片斷偶數(shù)次交換結(jié)果：只產(chǎn)生一種重組體，而無另一相應(yīng)的重組體?，F(xiàn)在是26頁\一共有70頁\編輯于星期五由此可見在細菌的重組中有下列兩個特點：1、只有偶數(shù)次交換才能產(chǎn)生平衡的重組子；2、不出現(xiàn)相反的重組子，所以在選擇培養(yǎng)基上只出現(xiàn)一種重組子。現(xiàn)在是27頁\一共有70頁\編輯于星期五（二）細菌同源重組的分子基礎(chǔ)RecBCD識別chi序列引發(fā)重組RecA催化單鏈同化Ruv系統(tǒng)解離Holiday連接點現(xiàn)在是28頁\一共有70頁\編輯于星期五1、RecBCD識別chi序列引發(fā)重組保守的8堿基非對稱序列大腸桿菌DNA每5-10Kb自然出現(xiàn)一次被recBCD編碼的酶所識別刺激重組——重組熱點1）chi

位點現(xiàn)在是29頁\一共有70頁\編輯于星期五2）RecBCD酶的功能①能降解DNA的核酸酶（核酸外切酶Ⅴ）②解旋酶活性③ATP酶活性目標：提供一條含游離3’端的單鏈區(qū)域（RecA可以作用的底物）現(xiàn)在是30頁\一共有70頁\編輯于星期五RecBCD酶識別chi序列引發(fā)重組含游離3’端的單鏈現(xiàn)在是31頁\一共有70頁\編輯于星期五2、RecA催化單鏈同化①具有蛋白酶活性②在單鏈DNA和ATP存在的條件下啟動DNA單鏈和與之互補的雙鏈分子進行堿基配對。單鏈同化：RecA可使一條DNA單鏈置換一條雙鏈DNA分子中同源鏈的反應(yīng)。單鏈同化需要的條件：a.必須有一個單鏈DNA分子區(qū)域。b.必須有一個具游離3’端的DNA分子；c.該單鏈區(qū)域和3’端必須位于這兩個分子的互補區(qū)域中?，F(xiàn)在是32頁\一共有70頁\編輯于星期五具有游離3’端的單鏈單鏈具有游離3’端現(xiàn)在是33頁\一共有70頁\編輯于星期五3、Ruv系統(tǒng)解離Holiday連接點RuvA：識別Holliday連接點的結(jié)構(gòu)RuvB：具ATP酶的活性，為分支遷移提供動力。RuvC：具有核酸內(nèi)切酶活性，可特異識別Holliday連接點?，F(xiàn)在是34頁\一共有70頁\編輯于星期五現(xiàn)在是35頁\一共有70頁\編輯于星期五一、中斷雜交實驗原理二、中斷雜交作圖三、重組作圖（自學）第四節(jié)中斷雜交與重組作圖現(xiàn)在是36頁\一共有70頁\編輯于星期五一、中斷雜交實驗原理Hfr細胞和F-細胞雜交，基因從Hfr細胞按次序轉(zhuǎn)入F-細胞，可根據(jù)基因進入F-細胞的時間和次序制作基因圖譜。實驗材料

Hfr：thr+leu+azistonslac+gal+strs

F-：thr-leu-azirtonrlac-gal-

strr

strr（F-可以在鏈霉素培養(yǎng)基上生長）strs（Hfr不能在鏈霉素培養(yǎng)基上生長）現(xiàn)在是37頁\一共有70頁\編輯于星期五實驗方法-中斷雜交實驗兩品系在液體培養(yǎng)基里，通氣混合培養(yǎng)，定時取樣，猛烈攪拌以中斷雜交，釋稀菌液，在含Str的基本培養(yǎng)基上培養(yǎng)?，F(xiàn)在是38頁\一共有70頁\編輯于星期五AABBCCDDDDCCB現(xiàn)在是39頁\一共有70頁\編輯于星期五二、中斷雜交作圖實驗結(jié)果混合時間（min）結(jié)果8出現(xiàn)的菌落與F－相同，說明Hfr的基因未進入F－9出現(xiàn)少量的azis菌落，說明azis己從Hfr轉(zhuǎn)移到F－11出現(xiàn)azistons型的F－菌落18出現(xiàn)azistonslac＋型的F－菌落24出現(xiàn)azistonslac＋gal＋型的F－菌落現(xiàn)在是40頁\一共有70頁\編輯于星期五隨時間推移，具有某一基因的菌落逐漸增加，達到一定頻率后就不再變動，而且愈早轉(zhuǎn)入的基因，所達到的頻率也愈高?，F(xiàn)在是41頁\一共有70頁\編輯于星期五實驗結(jié)果說明：Hfr的DNA從一端開始，以線性方式逐段進入F－，這一端叫原點或O點。O點azis

tons

lac＋gal＋

現(xiàn)在是42頁\一共有70頁\編輯于星期五時間單位法以轉(zhuǎn)移時間單位（每分鐘）作為基因間距單位，可作出Hfr的“染色體”上的基因分布圖（基因連鎖圖）。現(xiàn)在是43頁\一共有70頁\編輯于星期五E.coli的連鎖群E.coliK12的基因組環(huán)形圖為100min現(xiàn)在是44頁\一共有70頁\編輯于星期五假如讓Hfr×F－雜交持續(xù)2h后中斷雜交，發(fā)現(xiàn)一些F－

F＋。這說明Hfr的全部基因轉(zhuǎn)移到F－內(nèi)，排列到最后的F因子才進入F－，使F－

F＋。中斷雜交實驗與重組作圖現(xiàn)在是45頁\一共有70頁\編輯于星期五原點致育基因配對區(qū)致育基因F因子在細菌染色體上有很多插入位點，并且插入的取向不同一個F＋品系可以產(chǎn)生很多Hfr品系現(xiàn)在是46頁\一共有70頁\編輯于星期五現(xiàn)在是47頁\一共有70頁\編輯于星期五幾個Hfr菌株的線性連鎖群的產(chǎn)生HfrH菌株的基因轉(zhuǎn)移順序thrprolacpurgalhisglythiHfr1菌株的基因轉(zhuǎn)移順序thrthiglyhisgalpurlacpro現(xiàn)在是48頁\一共有70頁\編輯于星期五F′因子的形成細菌染色體第五節(jié)F′因子與性導現(xiàn)在是49頁\一共有70頁\編輯于星期五一、F′因子與F′菌株帶有部分細菌染色體的F因子稱F′因子。特點：能獨立復制

F′菌株：指帶有F′因子的細菌?，F(xiàn)在是50頁\一共有70頁\編輯于星期五二、性導（sexduction或F′

-duction）通過F′因子將供體細胞的基因?qū)胧荏w形成部分二倍體的過程叫性導?，F(xiàn)在是51頁\一共有70頁\編輯于星期五性導F′因子F-部分二倍體F′菌株Hfr菌株F′菌株現(xiàn)在是52頁\一共有70頁\編輯于星期五aa現(xiàn)在是53頁\一共有70頁\編輯于星期五細菌的轉(zhuǎn)化與作圖細菌的轉(zhuǎn)導與作圖第六節(jié)細菌的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)導作圖現(xiàn)在是54頁\一共有70頁\編輯于星期五一、細菌的轉(zhuǎn)化與作圖轉(zhuǎn)化作用：從細菌的培養(yǎng)物提取的DNA可以在體外轉(zhuǎn)移到受體細菌中的過程。發(fā)生轉(zhuǎn)化的頻率很低：大約為1％的受體細菌可吸收外源DNA并發(fā)生轉(zhuǎn)化。現(xiàn)在是55頁\一共有70頁\編輯于星期五原因：受體細菌的受體部位的數(shù)目是有限的。外源DNA片段只是在受體部位通過。外源DNA的進入，除受體部位外，還必須有酶或蛋白質(zhì)分子，以及能量等的協(xié)同作用。外源DNA只有在酶促旺盛的受體部位進入?，F(xiàn)在是56頁\一共有70頁\編輯于星期五感受態(tài)細胞與感受態(tài)因子感受態(tài)細胞：這種能接受外源DNA分子并被轉(zhuǎn)化的細菌細胞。感受態(tài)因子：促進轉(zhuǎn)化作用的酶或蛋白質(zhì)的分子?，F(xiàn)在是57頁\一共有70頁\編輯于星期五感受態(tài)細胞單鏈通過交換進行整合現(xiàn)在是58頁\一共有70頁\編輯于星期五座位轉(zhuǎn)化體類別trp2+---+++his2++-+--+tyr1+++--+-11940366068541826001071180親本型(++)重組型(+-)和(-+)重組值（重組體數(shù)/總數(shù)）Trp2-his2Trp2-tyr1His2-tyr1供體trp2+his2+tyr1+

DNA向受體trp2-his2-tyr1-

轉(zhuǎn)化實驗中轉(zhuǎn)化體的類別及重組值的計算11940+11802600+107+3660+41811940+1072600+1180+3660+68511940+3660418+1180+685+107現(xiàn)在是59頁\一共有70頁\編輯于星期五轉(zhuǎn)化基因間重組值的計算

轉(zhuǎn)化子數(shù)(重組體數(shù))親組合數(shù)+轉(zhuǎn)化子數(shù)

trp2—his2的重組值=34%trp2—tyr1的重組值=40%his2—tyr1的重組值=13%根據(jù)重組值作圖：trp234cM

his2

13cMtyr1重組值=

=

(+-)+(-+)(++)+(+-)+(-+)

現(xiàn)在是60頁\一共有70頁\編輯于星期五二、細菌的轉(zhuǎn)導與作圖普遍性轉(zhuǎn)導與作圖特異性轉(zhuǎn)導與作圖（后學）轉(zhuǎn)導作用：以噬菌體為媒介，將細菌的小片段DNA或基因，從一個細菌轉(zhuǎn)移到另一細菌的過程叫轉(zhuǎn)導作用。現(xiàn)在是61頁\一共有70頁\編輯于星期五（一）普遍性轉(zhuǎn)導與作圖J.Lederberg和N.Zinder做了這樣一個雜交試驗：鼠沙門氏菌的2個突變菌株：LA22：phe-trp-met+his+LA2：phe+trp+met-his-LA22+LA2混合培養(yǎng)得野生型（10-5）現(xiàn)在是62頁\一共有70頁\編輯于星期五U型管實驗只允許DNA等大分子及病毒通過，細菌細胞不能通過。Hfr現(xiàn)在是63頁\一共有70頁\編輯于星期五實驗結(jié)果：右臂得到了野生型細胞現(xiàn)在是64頁\一共有70頁\編輯于星期五實驗結(jié)果的解釋p22的釋放：LA22是帶有P22原phage的細菌；在培養(yǎng)過程中，少數(shù)LA22細菌自溶釋放出游離的p22。p22的侵染：

這種游離的p22通過濾孔進入左臂而感染了LA2細菌。轉(zhuǎn)導噬菌體的形成：在裂解LA2過程中，宿主LA2環(huán)狀染色體被裂解成小片段，某些