第六章細菌的遺傳分析

第六章細菌的遺傳分析

（3學時）廊坊師范學院生命科學學院遺傳學教研室本文檔共56頁；當前第1頁；編輯于星期六\12點11分第一節(jié)細菌的細胞和基因組細菌的細胞本文檔共56頁；當前第2頁；編輯于星期六\12點11分本文檔共56頁；當前第3頁；編輯于星期六\12點11分CellWallCytoplasmCellMembraneBacteriaHaveCircularChromosomesTerminationofReplicationOriginofReplicationChromosome本文檔共56頁；當前第4頁；編輯于星期六\12點11分細菌染色體的復制本文檔共56頁；當前第5頁；編輯于星期六\12點11分本文檔共56頁；當前第6頁；編輯于星期六\12點11分本文檔共56頁；當前第7頁；編輯于星期六\12點11分第二節(jié)細菌的結合與染色體作圖一．大腸桿菌結合現象的發(fā)現1946年，J.Lederberg和E.Tatum大腸桿菌雜交試驗：材料：大腸桿菌(Escherichiacoli)K12菌株的兩個營養(yǎng)缺陷型品系：品系A基因型:met-bio-thr+leu+thi+品系B基因型:met+bio+thr-leu-thi-.本文檔共56頁；當前第8頁；編輯于星期六\12點11分本文檔共56頁；當前第9頁；編輯于星期六\12點11分幾種可能解釋及其分析對上述試驗結果原養(yǎng)型菌落可能產生于：親本細菌A或B發(fā)生了回復突變；兩品系細胞通過培養(yǎng)基交換養(yǎng)料——互養(yǎng)作用；兩品系間發(fā)生了轉化作用；發(fā)生細胞融合，形成了異核體或雜合二倍體。為了驗證這些原養(yǎng)型菌落產生的可能而進行的研究最終表明：這些解釋均不成立。本文檔共56頁；當前第10頁；編輯于星期六\12點11分1950年B.Dawis的U型管試驗:濾片孔徑很小，可讓DNA、0.1μm的游離分子和更小的營養(yǎng)物通過，但細胞不能直接接觸。(結果沒有得到原養(yǎng)型細菌)本文檔共56頁；當前第11頁；編輯于星期六\12點11分Amet-bio-strs

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加鏈霉素Bthr-leu-thi-strr

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基本培養(yǎng)基+str:出現菌落2結果得出結論:(1)E.coli有相當于高等生物的性別?(2)E.coli的遺傳物質是由♂→♀單向傳遞的。1.細菌“性別”的發(fā)現：W.Hayes的實驗二．F因子與高頻重組Amet-bio-strr

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加鏈霉素Bthr-leu-thi-strs

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基本培養(yǎng)基+str:沒出現菌落本文檔共56頁；當前第12頁；編輯于星期六\12點11分2.F因子及其轉移F因子、致育因子、F質粒、性因子、附加體質粒(plasmid):指任何染色體以外的穩(wěn)定遺傳的遺傳結構。附加體(episome):在細胞中或以游離狀態(tài)或與染色體以相合狀態(tài)存在的可穩(wěn)定遺傳的遺傳結構,它的存在給細胞帶來一定的遺傳性狀，但它們的缺失并不會造成細胞的死亡。本文檔共56頁；當前第13頁；編輯于星期六\12點11分F因子的結構配對區(qū)致育基因原點本文檔共56頁；當前第14頁；編輯于星期六\12點11分F+與F-的結合本文檔共56頁；當前第15頁；編輯于星期六\12點11分Hfr與F-的結合本文檔共56頁；當前第16頁；編輯于星期六\12點11分三．細菌重組的特點（1）基因重組發(fā)生在部分二倍體中（自然狀態(tài)下很難把供體基因全部轉移過來）。（2）奇數交換無效，偶數交換有效。（3）只出現一種重組子（雜交后代），真核生物出現四種雜交后代。（4）在F+×F-中，結果使F-變?yōu)镕+，很少發(fā)生基因重組（供體與受體之間）。（5）在Hfr×F-中，F-很少變成F+，基因重組頻率比較高。雜交后，育性基因沒有轉移。本文檔共56頁；當前第17頁；編輯于星期六\12點11分細菌重組的特點本文檔共56頁；當前第18頁；編輯于星期六\12點11分第三節(jié)中斷雜交與重組作圖一．中斷雜交實驗原理基因從Hfr細胞按次序轉入F-細胞，可根據基因進入F-細胞的時間和次序制作基因圖譜。Wollman和Jacob于1954年在大腸桿菌中曾進行了以下雜交實驗。本文檔共56頁；當前第19頁；編輯于星期六\12點11分中斷雜交實驗本文檔共56頁；當前第20頁；編輯于星期六\12點11分二．中斷雜交作圖本文檔共56頁；當前第21頁；編輯于星期六\12點11分選出的thr+leu+strr重組中非選擇標記與結合時間作圖本文檔共56頁；當前第22頁；編輯于星期六\12點11分根據中斷雜交實驗結果，確定基因間的圖距（單位為時間min）本文檔共56頁；當前第23頁；編輯于星期六\12點11分E.coli染色體為環(huán)形本文檔共56頁；當前第24頁；編輯于星期六\12點11分三.重組作圖在中斷雜交中，根據基因轉移的先后次序，以時間為單位求出各基因間的距離，叫做時間作圖法。如果基因間轉移的時間在兩分鐘以內，用這種方法求得的基因間距離就不很精確可靠，它為重組作圖提供某些基因之間連鎖關系及其前后次序的依據。重組作圖是根據基因間重組率進行定位的。本文檔共56頁；當前第25頁；編輯于星期六\12點11分例如根據中斷雜交試驗知lac和ade基因是緊密連鎖的而且lac比ade先進入受體。試驗：Hfrlac+ade+strs×F-lae-ade-strr

本文檔共56頁；當前第26頁；編輯于星期六\12點11分lac—ade間重組率：=lac-ade++lac+ade+lac-ade+用時間單位法lac-ade的圖距是一分鐘，所以時間單位和重組值的關系大致是1min=20%重組值=20cM=20%本文檔共56頁；當前第27頁；編輯于星期六\12點11分本文檔共56頁；當前第28頁；編輯于星期六\12點11分第四節(jié)F’因子與性導一．F’因子本文檔共56頁；當前第29頁；編輯于星期六\12點11分二．性導本文檔共56頁；當前第30頁；編輯于星期六\12點11分性導在大腸桿菌的遺傳學研究中的作用(1)F`因子可自主復制；(2)形成部分二倍體可用作互補試驗測定兩突變的關系；(3)確定部分二倍體中兩基因的顯隱關系；(4)利用兩基因的“共性導率作圖”。本文檔共56頁；當前第31頁；編輯于星期六\12點11分第五節(jié)細菌的轉化與轉導作圖一．細菌的轉化與遺傳作圖轉化：指外源DNA片段不經中間媒介體直接進入感受態(tài)細胞進行基因重組形成重組體的過程。轉化子：通過轉化而形成的重組體。感受態(tài)細胞：能接受外源DNA分子并被轉化的細菌細胞。感受態(tài)因子：促進轉化作用的酶或蛋白質分子。本文檔共56頁；當前第32頁；編輯于星期六\12點11分轉化機制：本文檔共56頁；當前第33頁；編輯于星期六\12點11分轉化基因間關系及其確定（共轉化）DNA低濃度時，轉化頻率與轉化的DNA濃度呈正比關系DNA濃度下降比率A轉化率下降比率B轉化率下降比率A與B共轉化率下降比率A與B關系1/21/21/21/2連鎖1/21/21/21/4不連鎖本文檔共56頁；當前第34頁；編輯于星期六\12點11分Nester等用枯草桿菌進行了如下實驗：trp2+his+tyr1+×trp2-his-tyr1-本文檔共56頁；當前第35頁；編輯于星期六\12點11分二．細菌的轉導與遺傳作圖LT22phe-trp-tyr-his+×LT2phe+trp+tyr+his-1、轉導的發(fā)現1952年J.Lederberg，N.Zinder實驗結果10-5頻率出現野生型菌株。（基本培養(yǎng)基）LT22菌液涂布在基本培養(yǎng)基上出現野生型菌落本文檔共56頁；當前第36頁；編輯于星期六\12點11分某種濾過因子將LT-2的基因傳遞給LT-22，后來的一系列實驗證明該濾過因子為P22噬菌體。Lederber實驗的解釋：LT22是攜帶了P22原噬菌體的溶源性細菌，LT2是對P22敏感的非溶源性細菌。轉導：以噬菌體作為媒介，把一個細菌（供體）的遺傳物質轉移到另一細菌（受體），中進行基因重組的過程叫轉導。轉導分為普遍性轉導和局限性轉導兩類。本文檔共56頁；當前第37頁；編輯于星期六\12點11分2、普遍性轉導本文檔共56頁；當前第38頁；編輯于星期六\12點11分本文檔共56頁；當前第39頁；編輯于星期六\12點11分普遍性轉導：供體細菌的任何一個基因都可能被轉移，且?guī)茁氏嗟龋@種轉導為普遍性轉導。轉導顆粒：將細菌染色體片段包裝在噬菌體蛋白質外殼內而產生的假噬菌體（不包含噬菌體的遺傳物質）。轉導體：由轉導顆粒形成的具有重組遺傳結構的細菌細胞叫做轉導體。共轉導（并發(fā)轉導）：兩個緊密連鎖的基因往往可以一起被轉導，這種結合轉導現象叫共轉導。本文檔共56頁；當前第40頁；編輯于星期六\12點11分應用普遍性轉導作圖本文檔共56頁；當前第41頁；編輯于星期六\12點11分例：P1→供體：thr+leu+azir×thr-leu-azis受體無leu

加azi

無thr

無leu無thrthr+leu+3%thr+azir

0%leu+azir50%leu+thr+2%加azi供體菌受體共轉率各種選擇性培養(yǎng)基轉導子基因型可確定基因排列：thr+—Leu+—azir本文檔共56頁；當前第42頁；編輯于星期六\12點11分P1供體菌：supC+trpA+pyrF+

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受體菌：supC-trpA-pyrF-↓轉導子（1）supC+trpA+pyrF+36（雙交換）（2）supC+trpA+pyrF-114（雙交換）

（3）supC+trpA-pyrF+0（四交換）（4）supC+trpA-pyrF-453（雙交換）603基因順序是:supCtrpApyrF

本文檔共56頁；當前第43頁；編輯于星期六\12點11分如何用共轉導率判斷基因間的順序？supC-trpA=(36+114)/(36+114+453)=0.25trpA-pyrF=36/605=0.06supC-pyrF=36/605=0.06本文檔共56頁；當前第44頁；編輯于星期六\12點11分如果把三個基因中每兩個基因的共轉導頻率算出來，還可根據這一頻率推算出三個基因之間的物理距離：d=同一染色體上兩基因之間的物理距離L=轉導DNA的平均長度（約為一噬菌體基因組大小）X=兩個基因共轉導的頻率本文檔共56頁；當前第45頁；編輯于星期六\12點11分穩(wěn)定轉導與流產轉導：穩(wěn)定轉導：指外基因子重組到受體菌基因組中獲得能穩(wěn)定遺傳的轉導子。流產轉導：轉導DNA進入受體細胞后，不與受體基因組交換，也不進行DNA復制，穩(wěn)定獨立存在于細胞中。使后代細胞中只有一個細胞具有轉導DNA，其他細胞不含轉導DNA，后代細胞發(fā)生分離。由于細菌不斷增殖，故該轉導類型的細菌所占比例越來越少，以至最終消失，故稱為流產轉導。本文檔共56頁；當前第46頁；編輯于星期六\12點11分3、局限性轉導概念：又稱專一性轉導（specializedtransduction）是指噬菌體只把細菌基因組中特定部分的基因整合到自己的DNA中，然后轉移給受體細菌的過程。本文檔共56頁；當前第47頁；編輯于星期六\12點11分本文檔共56頁；當前第48頁；編輯于星期六\12點11分低頻轉導：溶源性細菌中原噬菌體異常解離形成轉導噬菌體（λdgal或λdbio）是缺陷噬菌體，感染gal-或bio-受體菌轉導子頻率很低，且轉導子還不能產生噬菌體顆粒，這種轉導叫低頻轉導。本文檔共56頁；當前第49頁；編輯于星期六\12點11分高頻轉導（High-feequencytransduction,HFT）：用雙重溶源菌作為轉導的供體而進行的轉導，釋放出的轉導噬菌體頻率比低頻轉導高，可達到50%。雙重溶源菌：入噬菌體和轉導噬菌體同時侵染寄主菌，同時進入寄主菌體內而形成的溶源菌。本文檔共56頁；當前第50頁；編輯于星期六\12點11分本文檔共56頁；當前第51頁；編輯于星期六\12點11分作業(yè)題1、供體菌株為Hfrarg-leu+aziSstrR，受體菌株F-arg+leu-aziRstrS。為了檢出和收集重組體F-arg+leu+aziR，應用下列哪一種培養(yǎng)基可以完成這一任務，為什么其他的培養(yǎng)基不可以？（1）基本培養(yǎng)基加鏈霉素（2）基本培養(yǎng)基加疊氮化鈉和亮氨酸（3）基本培養(yǎng)基加疊氮化鈉（4）在選擇培養(yǎng)基中不加精氨酸和亮氨酸，加鏈霉素（5）基本培養(yǎng)基加鏈霉素和疊氮化鈉本文檔共56頁；當前第52頁；編輯于星期六\12點11分2.假定你證明對過去一個從未描述過的細菌種有遺傳重組，如使ab+菌株與a+b菌株混合培養(yǎng)，形成a+b+、ab的重組類型，試說明將采用哪種方式來確定這種重組是轉化、轉導還是接合的結果。本文檔共56頁；當前第53頁；編輯于星期六\12點11分3．在普遍性轉導中，供體大腸桿菌細胞的基因型是trpC+pyrF-