細菌遺傳分析

關于細菌遺傳分析基本概念：1、轉化：從細菌培養(yǎng)物提取DNA可以在體外轉移到受體菌中，該過程稱為轉化。2、轉染：人工利用噬菌體進行外源DNA的重組拼接，同時利用細菌對外源DNA的吸收過程，轉移目的基因的過程。供體DNA共培養(yǎng)+E.coliBE.coliB基因組細菌需具備感受態(tài)：氯化鈣和低溫處理第2頁,共48頁，2024年2月25日，星期天3、轉導：利用噬菌體感染細菌的特性，將外源DNA整合至噬菌體基因組，并隨噬菌體感染細菌過程，導入至受體細菌中的過程+噬菌體基因組大腸桿菌基因組4、性導：細菌之間通過有性接合，轉移遺傳因子的過程，是通過致育因子F因子介導將供體細菌DNA片段輸入到受體細菌中而形成一個部分二倍體的過程。第3頁,共48頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)細菌的細胞和染色體一細菌細胞大?。?-2

m；繁殖方式：二裂式均等分裂，1代/20min。二細菌染色體

P156

表7-1

1結構:

環(huán)狀雙鏈DNA，單倍性，以折疊或螺旋狀態(tài)存在；

2大小：長約250-35000m(未螺旋)；

3復制方式：著膜式復制。

分裂特點：均等分裂，無基因重組。第4頁,共48頁，2024年2月25日，星期天第5頁,共48頁，2024年2月25日，星期天第6頁,共48頁，2024年2月25日，星期天第7頁,共48頁，2024年2月25日，星期天第8頁,共48頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)大腸桿菌的突變型及篩選一細菌作遺傳研究材料的優(yōu)點

1

有許多營養(yǎng)缺陷型,且易于選擇和鑒定基本培養(yǎng)基

補充培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基2

生活周期短:繁殖快,積累代謝物質(zhì)多；3

繁殖快,數(shù)量大,易發(fā)現(xiàn)和鑒定突變型；4結構簡單:DNA裸露,單倍性,利于基因精

細結構和基因功能表達調(diào)控的研究第9頁,共48頁，2024年2月25日，星期天二細菌的突變型(一)合成代謝功能的突變型:（營養(yǎng)缺陷型）(二)分解代謝功能的突變型：(三)抗藥性突變型:

青霉素:penr,

pens

鏈霉素:strr,strs

penicillinStreptomycin抗性:resistance敏感:sensitive

（四）抗噬菌體突變型

T1噬菌體TonrTons

T2噬菌體TtorTtos第10頁,共48頁，2024年2月25日，星期天三突變型的篩選例如：營養(yǎng)缺陷型的篩選:u.v

野生型細菌

完全培養(yǎng)基：影印培養(yǎng)基本培養(yǎng)基：

補充培養(yǎng)基：氨基酸類維生素類

系列氨基酸補充培養(yǎng)基：賴氨酸脯氨酸精氨酸….第11頁,共48頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)細菌的接合與染色體作圖

一細菌的接合

１經(jīng)典的雜交實驗

1946年Lederberg;Tatum

品系A品系B

基因型:met-bio-thr+leu+thi+Xmet+bio+thr-leu-thi-↓↓↓

基本培養(yǎng)基:無菌落有10-7無菌落2出現(xiàn)野生型菌落的可能原因：回復突變；轉化；互養(yǎng)；細菌間發(fā)生了基因重組第12頁,共48頁，2024年2月25日，星期天3轉化、互養(yǎng)的排除—U型管試驗

無無結論:1:野生型不是轉化或互養(yǎng)產(chǎn)生的;2:兩菌株細胞的直接接觸對野生型的產(chǎn)生是必要的.

菌株AB菌株基本培養(yǎng)基證明：細菌發(fā)生了基因重組第13頁,共48頁，2024年2月25日，星期天二Ecoli性別的發(fā)現(xiàn)

1Hayes的實驗A:met-bio-thr+leu+thi+strs

X加鏈霉素B:

met+bio+thr-leu-thi-strr

↓

基本培養(yǎng)基:出現(xiàn)菌落

met-bio-thr+leu+thi+strr

X加鏈霉素

met+bio+thr-leu-thi-strs↓

無菌落出現(xiàn)

2結果得出結論:

(1)

Ecoli有相當于高等生物的性別

(2)

Ecoli的遺傳物質(zhì)是由♂→♀單向傳遞的.♂♀第14頁,共48頁，2024年2月25日，星期天3F因子的發(fā)現(xiàn)１）Hayes實驗

品系Astrs

♂↓突變品系Bstrr♀XAstrS突變型

“♂“↓↓加鏈霉素不育Astrr“♂”

XAstrs♂↓加鏈霉素品系Bstrr♀XAstrr♂

↓

重組體(-F)(F-)(+F)第15頁,共48頁，2024年2月25日，星期天２）Hayes的解釋（1）細菌是有性別的,細菌的性別是由性因子(F)

決定的,F+♂,F-♀（2）F因子可以自發(fā)地丟失或者得到,F+♂-Ｆ+Ｆ

F-♀（3）雜交時產(chǎn)生重組體,雙親之一必需是F+;

F+

XF-→

重組體質(zhì)粒:指任何染色體以外的遺傳結構。附加體:

在細胞中或以游離狀態(tài)或與染色體相結合狀態(tài)存在的遺傳結構。

第16頁,共48頁，2024年2月25日，星期天三Ｆ因子與高頻重組1F基因子的結構２Ｆ因子的整合與切割

第17頁,共48頁，2024年2月25日，星期天3F因子狀態(tài)與遺傳物質(zhì)轉移特點不能進行極少轉移Ｆ因子,大量轉移細菌基因。轉移Ｆ因子，還轉移細菌個別基因。Ｆ因子狀態(tài)游離整合菌株類型Ｆ+FˊＨfr

Ｆ-菌株性別♂♀雜交類型Ｆ+ＸＦ-FˊＸＦ-ＨfrＸＦ-Ｆ-ＸＦ-

傳遞特點只轉移Ｆ因子不轉移細菌基因。第18頁,共48頁，2024年2月25日，星期天第19頁,共48頁，2024年2月25日，星期天4高頻重組菌株ＨfrHfr的Ｆ因子轉移特點:

(1)F整合后呈線狀；(2)轉移起點0位于中間；(3)先轉移F因子的一部分,F的后面部分最后轉移。第20頁,共48頁，2024年2月25日，星期天四細菌基因重組的特點１部分二倍體:指含有一個完整基因組和部分基因組的細胞.(半合子)

內(nèi)基因子:

外基因子:２細菌基因重組的特點:(1)細菌基因重組是在部分二倍體中進行;(2)只有偶數(shù)交換才產(chǎn)生有活性的重組體;

(3)相反的重組體不出現(xiàn).第21頁,共48頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)中斷雜交與重組作圖一中斷雜交實驗作圖

1中斷雜交實驗

Hfrthr+leu+azirTonrlac+gal+strs

XF-thr-leu-azistonslac-gal-strr

選擇培養(yǎng)基9′11′18′25′

加str↓↓↓↓

無thr,leu

↓↓↓影印接種aziTonlacgal┆┆┆第22頁,共48頁，2024年2月25日，星期天

Hfr的未選擇性標記基因進入F-所需時間轉入時間轉移的Hfr基因出現(xiàn)在F-中的頻率（分鐘）

8`thr+(選擇性標記)100%8.5`leu+(選擇性標記)100%9`azir開始出現(xiàn)在F-11`tonr開始出現(xiàn)在F-azir已達30%18`lac+開始出現(xiàn)在F-azir達90%，tonr達75%25`gal+開始出現(xiàn)在F-azir達95%，tonr達80%lac+達30%

第23頁,共48頁，2024年2月25日，星期天第24頁,共48頁，2024年2月25日，星期天2中斷雜交實驗作圖原理A：

Hfr染色體上的基因是從某一點開始,以線性方式進入Ｆ-的,B：離原點愈近的基因進入Ｆ-愈早,出現(xiàn)在Ｆ-

中的比例愈大,反之,則愈小.

3中斷雜交作圖:指在HfrXF-雜交中,把接合中的細菌在不同時間取樣,攪拌中斷雜交,分析受體菌基因型,以Hfr基因出現(xiàn)在Ｆ-中的先后為順序,以轉移的時間(分鐘)為圖距單位進行基因作圖的方法.

4作圖(原點)aziTonlacgalF09111825min第25頁,共48頁，2024年2月25日，星期天5Ecoli的染色體呈環(huán)狀P166表7-4幾個Hfr菌株的基因順序菌株轉移順序HfrHHfr1Hfr2Hfr3312

OthrprolacpurgalhisglythiOthrthiglyhisgalpurlacpro0prothrthiglyhisgalpurlac0purlacprothrthiglyhisgal0thithrprolacpurgalhisgly第26頁,共48頁，2024年2月25日，星期天1)不同的Hfr品系轉移的起始基因是不同的;

說明：Ｆ因子可以在不同的位點插入細菌染色體;2)與同一基因相鄰的基因是相同的;

說明：不同品系細菌的基因順序是相同的;3)Hfr基因可以兩個不同方向轉移基因進入Ｆ-;4)一個Hfr轉移的起始基因是另一個Hfr最后轉移的基因說明：細菌的染色體是環(huán)狀的.thr

lac

his

galpurthipro2glyHfrH33121第27頁,共48頁，2024年2月25日，星期天二重組作圖(難點)１細菌的重組作圖的前提(1)

兩個基因緊密連鎖;(2)

兩個基因進入受體菌的先后;

例：已知lac和ade緊密連鎖;lac+比ade+先進入Ｆ-;２雜交、選擇、統(tǒng)計重組體Hfrlac+ade+strsXF-lac-ade-strr

選擇培養(yǎng)基

加str,無adeＦ-ade+strr

伊紅美蘭培養(yǎng)基

紫紅色菌落ade+lac+粉紅色菌落ade+lac-

P167圖7-11B:lac+ade+A:lac+ade+

C:lac+ade+

F-lac+ade+親組合52

F-lac-ade+重組合15第28頁,共48頁，2024年2月25日，星期天3計算重組體重組值=重組菌落數(shù)/總菌落數(shù)X100%=(lac-ade+)/[(lac+ade+)+(lac-ade+)]X100%=15/(52+15)X100%≈20%

已知中斷雜交實驗該兩個基因相距1分鐘,

重組作圖與中斷雜交作圖的圖距關系:

1分鐘圖距≈20%重組值4Ecoli染色體全長：

90分鐘；含有：3.6X106bp20X90≈1800cM第29頁,共48頁，2024年2月25日，星期天第30頁,共48頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)F`因子與性導一F`因子與F`菌株

F`因子：指整合態(tài)的F因子從Hfr上錯誤切割下來，且?guī)в屑毦鷤€別基因的F因子。

F`菌株：指帶有F`因子的細菌。二性導:P168

指利用Ｆ因子將供體菌的基因導入受體形成部分二倍體的過程。

HfrXF-→Hfr+F-F`X

F-

→F`+F`

1性導的特點:只能轉移Ｆ因子插入位點附近的基因。

2性導在遺傳分析中的應用：(1)F`因子可自主復制；(2)性導所形成的部分二倍體可用作測定兩突變形間的互補試驗；(3)確定部分二倍體中兩基因的顯隱性；(4)利用兩基因的共性導率作圖.第31頁,共48頁，2024年2月25日，星期天第32頁,共48頁，2024年2月25日，星期天第六節(jié)轉化與轉導作圖

一細菌的轉化與作圖（一）轉化：指外源DNA片斷不經(jīng)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.

（二）轉化作圖

1轉化作圖的條件:2轉化基因間關系及其確定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不連鎖第33頁,共48頁，2024年2月25日，星期天2轉化基因間重組值的計算

轉化子數(shù)(重組體數(shù))

親組合數(shù)+轉化子數(shù)例:供體

trp2+his2+tyr1+

trp2-his2-tyr1-

P170

表7-4的重組值

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：

trp234

his213tyr1重組值=

=

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

第34頁,共48頁，2024年2月25日，星期天二轉導與作圖

(一)普遍性轉導與作圖

1普遍性轉導：

(1)普遍性轉導的機制

(2)普遍性轉導特點:2普遍性轉導作圖

(1)

作圖原理:兩基因的共轉率愈大相距愈近，反之則愈遠

(2）雙因子轉導作圖

例如：確定abc三個基因在染色體上的順序，分別測定a-b、a-c、b-c的共轉導率；如果：a-b的共導率最大，a-c較大，而b-c的最小，則順序為：bac第35頁,共48頁，2024年2月25日，星期天第36頁,共48頁，2024年2月25日，星期天(2)兩點法基因順序的確定(1)雜交測定三個共轉率:例：P1→供體thr+leu+azirX

受體thr-leu-azis轉導子基因型共轉率leu+azir50%leu+thr+2%thr+leu+3%thr+azir0%

基因可能順序

thrazileu或thrleuazi基因順序是:thrleuazi2）三因子轉導作圖第37頁,共48頁，2024年2月25日，星期天2）三因子轉導作圖

例：P1→供體

thr+leu+azirX

受體thr-leu-azis

各種選擇性培養(yǎng)基轉導子基因型共轉率

P1+供體菌受體

leu

加azi加azi

無thr

無leu無thrthr+leu+3%thr+azir

0%leu+azir50%leu+thr+2%第38頁,共48頁，2024年2月25日，星期天(2)中間位點法

供體菌：supC+trpA+pyrF+

X受體菌：supC-trpA-pyrF-↓

基因順序是:supCtrpApyrF

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）第39頁,共48頁，2024年2月25日，星期天第40頁,共48頁，2024年2月25日，星期天3）共轉率與圖距關系公式:

d(圖距)=L(1-√x)L：轉導DNA的平均長度X:兩個基因的共轉導頻率3第41頁,共48頁，2024年2月25日，星期天3穩(wěn)定轉導與流產(chǎn)轉導

穩(wěn)定轉導：指外基因子重組到受體菌基因組中的轉導。

流產(chǎn)轉導：指外基因子未重組到受體菌中的不能穩(wěn)定轉導。第42頁,共48頁，2024年2月25日，星期天（二）