生物奧賽：-細(xì)菌及病毒的遺傳分析課件

第七章細(xì)菌及病毒的遺傳作圖第一節(jié)

細(xì)菌和病毒遺傳研究的意義第二節(jié)細(xì)菌基因重組第三節(jié)噬菌體的基因重組一、轉(zhuǎn)化(transformation)(一)、發(fā)現(xiàn)：1928年，F(xiàn).Griffith(二)、定義

某種基因型的細(xì)胞從周圍介質(zhì)中吸收來自另一基因型細(xì)胞的DNA片段，而使自身的基因型和表現(xiàn)型發(fā)生相應(yīng)改變的現(xiàn)象。(三)、轉(zhuǎn)化過程*(四)共同轉(zhuǎn)化與遺傳圖譜繪制(三)、轉(zhuǎn)化過程

轉(zhuǎn)化現(xiàn)象在細(xì)菌中是一種普遍現(xiàn)象。它們de共同特征：1.感受態(tài)：感受態(tài)指細(xì)菌能夠從周圍環(huán)境中吸收DNA分子進行轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)。一般認(rèn)為感受態(tài)出現(xiàn)在細(xì)菌對數(shù)生長后期，并且某些處理過程可以誘導(dǎo)或加強感受態(tài)，以大腸桿菌為例，如用Ca2+(如Call2)處理對數(shù)生長后期的大腸桿菌可以增強其感受能力。2.供體(donor)DNA與受體(receptor)細(xì)胞結(jié)合(binding)：結(jié)合發(fā)生在受體細(xì)胞特定部位(結(jié)合點)；結(jié)合過程是一個可逆過程。3.DNA攝?。寒?dāng)細(xì)菌結(jié)合點飽和之后，細(xì)菌開始攝取外源DNA；往往只有一條DNA單鏈進入細(xì)胞(單鏈攝入)，另一條鏈在膜上降解。4.聯(lián)會(synapsis)與外源DNA片段整合(integration)：整合就是指單鏈的轉(zhuǎn)化DNA與受體DNA對應(yīng)位點的置換，從而穩(wěn)定地?fù)饺氲绞荏wDNA中的過程。實際上就是一個遺傳重組的過程。細(xì)菌轉(zhuǎn)化過程轉(zhuǎn)化結(jié)果外源DNA未整合——流產(chǎn)轉(zhuǎn)化，外源DNA被稀釋，不能得到轉(zhuǎn)化子；外源DNA整合——成功轉(zhuǎn)化，可得到轉(zhuǎn)化子復(fù)制時以原來受體的DNA為模板，復(fù)制后代表型不變；復(fù)制時以供體的DNA為模板，復(fù)制后代表型改變*(四)、共同轉(zhuǎn)化與遺傳圖譜繪制

利用共同轉(zhuǎn)化繪制細(xì)菌連鎖遺傳圖譜的基本原理：相鄰基因發(fā)生共同轉(zhuǎn)化的概率與兩者的距離間成正向關(guān)系，基因間距離越近，發(fā)生共同轉(zhuǎn)化的頻率越高，反之越低。因此可能通過測定兩基因共同轉(zhuǎn)化的頻率來指示基因間的相對距離。提取基因型為ABC的菌株的DNA來轉(zhuǎn)化基因型為abc的菌株，得到下列轉(zhuǎn)化子：

Abc、aBc、ABc、abC、aBC，判斷a、b、c基因的順序。abc二、接合(一)、接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實(二)、遺傳物質(zhì)的單方向轉(zhuǎn)移(三)、F因子的發(fā)現(xiàn)(四)、F因子及其在雜交中的行為(五)、F?因子與性導(dǎo)(sexduction)(一)、接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實

1946年，J.Lederberg和Tatum大腸桿菌雜交試驗：材料：大腸桿菌K12菌株的兩個營養(yǎng)缺陷型品系：A—甲硫氨酸缺陷型met-和生物素缺陷型bio-；B—蘇氨酸缺陷型thr-、亮氨酸缺陷型leu-和硫氨素缺陷型thi-。方法：將A、B混和于完全培養(yǎng)基中培養(yǎng)過夜，離心洗滌，在基本培養(yǎng)基(固體)上涂布培養(yǎng)。結(jié)果：平板上長出原養(yǎng)型菌落(++++)，概率10-7。這種原養(yǎng)型細(xì)胞的出現(xiàn)是：1回復(fù)突變？2轉(zhuǎn)化？3細(xì)胞與細(xì)胞直接接觸而發(fā)生的遺傳物質(zhì)交換和重組？

為了解答這個問題，Davi(1950)設(shè)計了U型管實驗。

回復(fù)突變可能的排除Lederberg和Tatum利用的雙營養(yǎng)缺陷型菌株進行試驗，已基本排除A或B品系發(fā)生回復(fù)突變產(chǎn)生原養(yǎng)型細(xì)菌的可能。單基因回復(fù)突變的頻率約為10-6；雙基因回復(fù)突變的頻率則為10-12，頻率很低。但試驗中產(chǎn)生原養(yǎng)型菌落產(chǎn)生的頻率非常高，因此基本可以排除回復(fù)突變的可能。轉(zhuǎn)化作用及其排除

Lederbery和Tatum曾把品系A(chǔ)的培養(yǎng)液經(jīng)加熱殺菌，加入到B品系的培養(yǎng)物中，未得到原養(yǎng)型菌落；表明原養(yǎng)型菌落可能不是由轉(zhuǎn)化作用產(chǎn)生。戴維斯(Dawis,1950)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(xì)胞不能直接接觸。(結(jié)果沒有得到原養(yǎng)型細(xì)菌)實驗結(jié)論：細(xì)胞直接接觸是原養(yǎng)型細(xì)菌產(chǎn)生的必要條件。(二)遺傳物質(zhì)的單方向轉(zhuǎn)移W.Hayes(1952)高劑量鏈霉素處理A品系或B品系然后做雜交實驗（鏈霉素不殺死細(xì)胞，只是阻止細(xì)胞分裂）鏈霉素處理A品系×B品系，雜交結(jié)果不受影響；A品系×鏈霉素處理B品系，無雜交后代產(chǎn)生。研究表明：大腸桿菌兩種不同菌株(品系)接合過程中遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移是單向的；從而認(rèn)為大腸桿菌存在兩種類型品系：雌性與雄性分別作為接合過程中遺傳物質(zhì)的供體與受體。接合(conjugation)：

通過細(xì)菌細(xì)胞直接接觸，使遺傳物質(zhì)從供體(donor)轉(zhuǎn)移到受體(receptor)的重組過程。兩個E.Coli

細(xì)胞雜交的電子顯微鏡照片(X34,300)

F因子及其在雜交中的行為

1.F因子：F因子就是F質(zhì)粒，其化學(xué)本質(zhì)是DNA，約為細(xì)菌染色體全長的2%。F+品系與F－品系F+與F－品雜交后代變?yōu)镕+頻率很高。質(zhì)粒：細(xì)菌染色體外的遺傳物質(zhì)，可自主復(fù)制。3.F因子的存在狀態(tài)

附加體(episome)：既能整合到染色體上隨染色體復(fù)制而傳遞，又能獨立游離細(xì)胞質(zhì)中的遺傳物質(zhì)。4..F因子及其在雜交中的行為

4.F因子及其在雜交中的行為

部分二倍體：一個完整的基因組和一個不完整的基因組所構(gòu)成的二倍體。其中受體的基因組叫內(nèi)基因子，供體的基因組叫外基因子。F因子及其在雜交中的行為

2.高頻重組品系（Hfr）1951年，LucaCavalli-Sforza偶然發(fā)現(xiàn)，用氮芥處理A品系后從存活的細(xì)菌中分離出一種新品系，將這種新品系和經(jīng)典的B品系雜交，得到的重組體比一般雜交高出一千倍，稱為高頻重組品系Hfr。Hayes(1954)也從F+品系分離出Hfr新品系HfrC和HfrH.Hfr和F+的異同相同1.都能和F-進行雜交產(chǎn)生重組后代；2.雜交時都要通過接合管和受體菌相連接；3.用高劑量鏈霉素處理后都不影響雜交，說明它們都是作為一種供體。不同1.產(chǎn)生的重組子頻率不同；10-4，10-72.F+×F-后代常為F+，而Hfr×F-后代絕大多數(shù)為F-Wollman和Jacob想了解Hfr雜交時，什么時候把致育基因傳給F－，設(shè)計了中斷雜交試驗，該試驗對大腸桿菌遺傳研究有重大突破。中斷雜交試驗1Hfr：thr+leu+strsazirtonrlac+gal+F－

：thr－leu－strrazistonslac－gal－

二者混合于液體培養(yǎng)基培養(yǎng)，每隔一定時間取樣，把菌液用組織搗碎器猛烈攪拌，中斷雜交，樣品稀釋分別涂到含鏈霉素的基本培養(yǎng)基上，再影印培養(yǎng)用不同選擇培養(yǎng)基鑒別基因型。

基本+azi

基本+T1乳糖為唯一碳源半乳糖為唯一碳源

8min－－－－

9min＋－－－

11min＋＋－－

18min＋＋＋－

25min＋＋＋＋中斷雜交試驗2中斷雜交試驗3Hfr上基因以一定順序先后轉(zhuǎn)移到F－。轉(zhuǎn)移從一端開始，即從原點O開始。以線性方式進入F－?；螂x原點越近，進入F－越早，轉(zhuǎn)移頻率越高；反之進入F－越晚，轉(zhuǎn)移頻率越低。假設(shè)基因傳遞速度均勻，進入F－時間越早，則離原點越近，據(jù)此可作出Hfr上基因分布圖。Oazi

ton

lacgal9111824如讓雜交持續(xù)兩小時，然后中斷，一些F－變?yōu)镕+，說明F因子最后轉(zhuǎn)移。大腸桿菌環(huán)狀染色體Wollman和Jacob用不同Hfr品系做了大量中斷雜交來確立大腸桿菌基因連鎖圖。

從試驗中可知：大腸桿菌染色體為環(huán)狀。Hfr品系基因順序

1thrprolac

purgalhisgly

thi2thr

thi

glyhisgalpur

lacpro3prothr

thi

glyhisgalpur

lac4pur

lacprothr

thi

glyhisgal5thi

thrprolac

purgalhisglythrprolacpurgalhisglythiHfr1Hfr2Hfr3Hfr4Hfr5大腸桿菌環(huán)狀染色體圖傳統(tǒng)作圖法

Hfr：lac+ade+×F-

：lac－ade－

重組值=lac－ade+

/ade+*100%=20%中斷雜交實驗lac-ade相距1分鐘三、性導(dǎo)——概念（一）F?因子Hfr菌株在切除F因子時發(fā)生錯誤切除，分離出一個攜帶F因子和部分宿主染色體基因的遺傳因子，這種帶有宿主染色體基因的F因子稱為F?因子。（二）性導(dǎo)帶有F?因子的細(xì)菌在接合時，由F?因子所攜帶的外源DNA轉(zhuǎn)移到宿主細(xì)菌的染色體的過程稱為性導(dǎo)。（三）F’因子的特點①F’因子以極高的比率轉(zhuǎn)移它攜帶的基因；如同F(xiàn)+高效轉(zhuǎn)移F因子一樣。②F’因子有極高的自然整合率，而且整合在一定的基因座位上，因有與細(xì)菌同源的染色體區(qū)段，不同于F因子隨機插入。F+、Hfr、F’三者關(guān)系

F’因子以極高的比率轉(zhuǎn)移它攜帶的基因；如同F(xiàn)+高效轉(zhuǎn)移F因子一樣。

F’因子有極高的自然整合率，而且整合在一定的基因座位上，因有與細(xì)菌同源的染色體區(qū)段，不同于F因子隨機插入。

F+×F-

后代常為F+，而Hfr×F-

可以把細(xì)菌染色體高頻率轉(zhuǎn)移F-，但后代絕大多數(shù)為F-

。三、病毒的種類根據(jù)宿主劃分：微生物病毒植物病毒無脊椎動物病毒脊椎動物病毒亞病毒類病毒擬病毒朊病毒細(xì)菌病毒一般稱為噬菌體（phage）亞病毒：１定義：凡在核酸和蛋白質(zhì)兩種分子中，只含其中之一的分子病原體。２種類：類病毒、擬病毒、朊病毒類病毒：只含ＲＮＡ一種成分專性寄生在活細(xì)胞內(nèi)的分子病原菌。

類病毒1971年從患馬鈴薯紡錘形塊莖病的病薯中分離出的一個病原體，呈棒形結(jié)構(gòu)，是一個裸露的閉合環(huán)狀單鏈RNA分子，沒有蛋白質(zhì)外殼，分子量比一般病毒分子更小，稱為類病毒。嚴(yán)格專性寄生，只有在宿主細(xì)胞內(nèi)才表現(xiàn)出生命特征，可使植物致病或死亡。類病毒的復(fù)制機制迄今為止還不十分清楚。

擬病毒：是指一類包裹在真病毒粒中的有缺陷的類病毒。（類類病毒、殼內(nèi)病毒、病毒衛(wèi)星）。

極其微小，由裸露的ＲＮＡ或ＤＮＡ組成。其寄主叫輔助病毒。擬病毒復(fù)制依賴輔助病毒的協(xié)助，擬病毒干擾輔助病毒的復(fù)制和減輕其對寄主的病害。

擬病毒的發(fā)現(xiàn)：從絨毛煙的斑駁病毒分離的（１９８１年）。動物擬病毒：丁型肝炎病毒（ssＲＮＡ）。輔助病毒為乙肝病毒（ＨＢＶ）。朊粒(傳染性蛋白質(zhì)顆粒)

羊的瘙癢癥瘋牛病中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病人的克魯病(kuru)和克-雅氏癥(v-CJD)

PrP基因—正常糖蛋白PrPc

—構(gòu)象變化–PrPsc(有感染性)

朊粒是正常寄主的PrP基因編碼的正常蛋白質(zhì)PrPc的異構(gòu)體PrPsc.PrPc的結(jié)構(gòu)是以α螺旋為主。PrPsc異構(gòu)體以β折疊片為主。PrPsc進入細(xì)胞與PrPc結(jié)合，使之變?yōu)镻rPsc造成后者劇增，在神經(jīng)細(xì)胞中沉積，引起神經(jīng)退行性病變，其潛伏期是4-5年，最長可達40年。出現(xiàn)癥狀一般一年內(nèi)100%死亡。噬菌體的類型根據(jù)噬菌體的生活周期可分為：（一）烈性噬菌體（virulentphage）侵入宿主細(xì)胞后，利用宿主細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)進行自身遺傳物質(zhì)和蛋白質(zhì)的合成，組裝出子噬菌體，使宿主細(xì)胞裂解而釋放子噬菌體，這類噬菌體