第六章細(xì)菌的遺傳分析

第六章細(xì)菌的遺傳分析第1頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二主要內(nèi)容細(xì)菌的細(xì)胞和基因組(自學(xué))大腸桿菌的突變型及篩選細(xì)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(dǎo)細(xì)菌的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖第2頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二大腸桿菌的突變類(lèi)型突變型篩選（自學(xué)）第二節(jié)大腸桿菌的突變型及篩選第3頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一、大腸桿菌的突變類(lèi)型1、合成代謝功能的突變型——營(yíng)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(zhǎng)所必須的復(fù)雜有機(jī)分子的功能。營(yíng)養(yǎng)缺陷型：一個(gè)必需的基因發(fā)生了突變不能進(jìn)行一個(gè)特定的生化反應(yīng)，從而阻礙整個(gè)合成代謝功能的實(shí)現(xiàn)。第4頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2、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(shí)現(xiàn)也需要許多基因的表達(dá)，其中任何一個(gè)基因突變都會(huì)影響降解功能的實(shí)現(xiàn)。如Lac-突變型不能分解乳糖，因此就不能生長(zhǎng)在以乳糖為唯一碳源的基本培養(yǎng)基上。第5頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3、抗性突變型：細(xì)菌由于某基因的突變而對(duì)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

）第6頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二細(xì)菌接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)F因子及其轉(zhuǎn)移細(xì)菌重組的特點(diǎn)第三節(jié)細(xì)菌的接合與染色體作圖第7頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一、細(xì)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+第8頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二二、F因子及其轉(zhuǎn)移細(xì)菌主要是無(wú)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(jìn)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(xì)菌的性別第9頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二

2、F因子/性因子/致育因子

F因子：環(huán)狀DNA，含6×104個(gè)bp。大腸桿菌供體中含有，而受體無(wú)。由原點(diǎn)、致育基因、配對(duì)區(qū)三個(gè)部分組成。第10頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二環(huán)狀F因子的模式圖第11頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二組成F因子各部分的功能原點(diǎn)：是轉(zhuǎn)移的起點(diǎn)。配對(duì)區(qū)：此處與大腸桿菌DNA多處核苷酸序列相對(duì)應(yīng)（即同源序列），故可通過(guò)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(xì)胞表面的管狀結(jié)構(gòu)，F(xiàn)菌毛與受體菌細(xì)胞表面的受體相結(jié)合，在兩個(gè)細(xì)胞間形成細(xì)胞質(zhì)橋。第12頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3、F+、F-與HfrF+：細(xì)胞質(zhì)中具有F因子的大腸桿菌（供體）F-：細(xì)胞質(zhì)中沒(méi)有F因子的大腸桿菌（受體）大腸桿菌性別F-F+第13頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二F+F-大腸桿菌性別大腸桿菌DNAF因子第14頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二F因子及其在雜交中的行為細(xì)胞質(zhì)橋(接合管)F+×F-F+F+第15頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二F因子轉(zhuǎn)移的頻率很高，但細(xì)菌DNA間的重組率很低，故稱F+為低頻重組品系(lowfrequencerecombination，Lfr)。F+×F-第16頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二Hfr（highfrequencerecombination）F因子整合入大腸桿菌染色體中第17頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二原點(diǎn)致育基因配對(duì)區(qū)大腸桿菌性別致育基因第18頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二原點(diǎn)配對(duì)區(qū)細(xì)菌染色體F-第19頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二細(xì)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。第20頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二F因子的環(huán)出第21頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二4、附加體象F因子既可獨(dú)立存在于染色體之外作為一個(gè)獨(dú)立的復(fù)制子，也可整合到大腸桿菌染色體中作為大腸桿菌復(fù)制子的一部分的遺傳物質(zhì)（遺傳因子），稱為附加體。第22頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二三、細(xì)菌重組的特點(diǎn)及機(jī)制細(xì)菌重組的特點(diǎn)細(xì)菌同源重組的分子基礎(chǔ)第23頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二（一）細(xì)菌重組的特點(diǎn)中斷雜交實(shí)驗(yàn)與重組作圖細(xì)菌重組不同于真核生物的完整二倍體的重組。第24頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二Hfr與F－接合常會(huì)形成部分二倍體部分二倍體：這種含有一個(gè)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(xì)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第25頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第26頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二內(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(wú)另一相應(yīng)的重組體。第27頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二由此可見(jiàn)在細(xì)菌的重組中有下列兩個(gè)特點(diǎn)：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。第28頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二（二）細(xì)菌同源重組的分子基礎(chǔ)RecBCD識(shí)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(diǎn)第29頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二1、RecBCD識(shí)別chi序列引發(fā)重組保守的8堿基非對(duì)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(shí)別刺激重組——重組熱點(diǎn)1）chi

位點(diǎn)第30頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2）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(biāo)：提供一條含游離3’端的單鏈區(qū)域（RecA可以作用的底物）第31頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二RecBCD酶識(shí)別chi序列引發(fā)重組含游離3’端的單鏈第32頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二2、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(dòng)DNA單鏈和與之互補(bǔ)的雙鏈分子進(jìn)行堿基配對(duì)。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(gè)單鏈DNA分子區(qū)域。b.必須有一個(gè)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(gè)分子的互補(bǔ)區(qū)域中。第33頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二具有游離3’端的單鏈單鏈具有游離3’端第34頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二3、Ruv系統(tǒng)解離Holiday連接點(diǎn)RuvA：識(shí)別Holliday連接點(diǎn)的結(jié)構(gòu)RuvB：具ATP酶的活性，為分支遷移提供動(dòng)力。RuvC：具有核酸內(nèi)切酶活性，可特異識(shí)別Holliday連接點(diǎn)。第35頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第36頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一、中斷雜交實(shí)驗(yàn)原理二、中斷雜交作圖三、重組作圖（自學(xué)）第四節(jié)中斷雜交與重組作圖第37頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一、中斷雜交實(shí)驗(yàn)原理

Hfr細(xì)胞和F-細(xì)胞雜交，基因從Hfr細(xì)胞按次序轉(zhuǎn)入F-細(xì)胞，可根據(jù)基因進(jìn)入F-細(xì)胞的時(shí)間和次序制作基因圖譜。實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)）strs（Hfr不能在鏈霉素培養(yǎng)基上生長(zhǎng)）第38頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)方法-中斷雜交實(shí)驗(yàn)兩品系在液體培養(yǎng)基里，通氣混合培養(yǎng)，定時(shí)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)。第39頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二AABBCCDDDDCCB第40頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二二、中斷雜交作圖實(shí)驗(yàn)結(jié)果混合時(shí)間（min）結(jié)果8出現(xiàn)的菌落與F－相同，說(shuō)明Hfr的基因未進(jìn)入F－9

出現(xiàn)少量的azis

菌落，說(shuō)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－菌落第41頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二隨時(shí)間推移，具有某一基因的菌落逐漸增加，達(dá)到一定頻率后就不再變動(dòng)，而且愈早轉(zhuǎn)入的基因，所達(dá)到的頻率也愈高。第42頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明：Hfr的DNA從一端開(kāi)始，以線性方式逐段進(jìn)入F－，這一端叫原點(diǎn)或O點(diǎn)。O點(diǎn)

azis

tons

lac＋

gal＋

第43頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二時(shí)間單位法以轉(zhuǎn)移時(shí)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）。第44頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二E.coli的連鎖群E.coliK12的基因組環(huán)形圖為100min第45頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二假如讓Hfr×F－雜交持續(xù)2h后中斷雜交，發(fā)現(xiàn)一些F－

F＋。這說(shuō)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(jìn)入F－，使F－

F＋。中斷雜交實(shí)驗(yàn)與重組作圖第46頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二原點(diǎn)致育基因配對(duì)區(qū)致育基因F因子在細(xì)菌染色體上有很多插入位點(diǎn)，并且插入的取向不同一個(gè)F＋品系可以產(chǎn)生很多Hfr品系第47頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二第48頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二幾個(gè)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第49頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二F′因子的形成細(xì)菌染色體第五節(jié)F′因子與性導(dǎo)第50頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一、F′因子與F′菌株帶有部分細(xì)菌染色體的F因子稱F′因子。特點(diǎn)：能獨(dú)立復(fù)制

F′菌株：指帶有F′因子的細(xì)菌。第51頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二二、性導(dǎo)（sexduction或F′

-duction）通過(guò)F′因子將供體細(xì)胞的基因?qū)胧荏w形成部分二倍體的過(guò)程叫性導(dǎo)。第52頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二性導(dǎo)F′因子F-部分二倍體F′菌株Hfr菌株F′菌株第53頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二aa第54頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二細(xì)菌的轉(zhuǎn)化與作圖細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)與作圖第六節(jié)細(xì)菌的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖第55頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二一、細(xì)菌的轉(zhuǎn)化與作圖轉(zhuǎn)化作用：從細(xì)菌的培養(yǎng)物提取的DNA可以在體外轉(zhuǎn)移到受體細(xì)菌中的過(guò)程。發(fā)生轉(zhuǎn)化的頻率很低：大約為1％的受體細(xì)菌可吸收外源DNA并發(fā)生轉(zhuǎn)化。第56頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二原因：受體細(xì)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(guò)。外源DNA的進(jìn)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(jìn)入。第57頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二感受態(tài)細(xì)胞與感受態(tài)因子感受態(tài)細(xì)胞：這種能接受外源DNA分子并被轉(zhuǎn)化的細(xì)菌細(xì)胞。感受態(tài)因子：促進(jìn)轉(zhuǎn)化作用的酶或蛋白質(zhì)的分子。第58頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二感受態(tài)細(xì)胞單鏈通過(guò)交換進(jìn)行整合第59頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二座位轉(zhuǎn)化體類(lèi)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(shí)驗(yàn)中轉(zhuǎn)化體的類(lèi)別及重組值的計(jì)算11940+11802600+107+3660+41811940+1072600+1180+3660+68511940+3660418+1180+685+107第60頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二轉(zhuǎn)化基因間重組值的計(jì)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=

=

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

第61頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二二、細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)與作圖普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與作圖特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)與作圖（后學(xué)）轉(zhuǎn)導(dǎo)作用：以噬菌體為媒介，將細(xì)菌的小片段DNA或基因，從一個(gè)細(xì)菌轉(zhuǎn)移到另一細(xì)菌的過(guò)程叫轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。第62頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二（一）普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與作圖J.Lederberg和N.Zinder做了這樣一個(gè)雜交試驗(yàn)：鼠沙門(mén)氏菌的2個(gè)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）第63頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二U型管實(shí)驗(yàn)只允許DNA等大分子及病毒通過(guò)，細(xì)菌細(xì)胞不能通過(guò)。Hfr第64頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)結(jié)果：右臂得到了野生型細(xì)胞第65頁(yè)，共71頁(yè)，2023年，2月20日，星期二實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋p22的釋放：LA22是帶有P22原phage的細(xì)菌；在培養(yǎng)過(guò)程中，少數(shù)LA22細(xì)菌自溶釋放出游離的p22。p22的侵染：

這種游離的p22通過(guò)濾孔進(jìn)入左臂而感染了LA2細(xì)菌。轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體的形成：在裂解LA2過(guò)程中，宿主LA2環(huán)狀染色體被裂解成小片段，某些片段