細(xì)菌和病毒的遺傳PPT

關(guān)于細(xì)菌和病毒的遺傳PPT12第一節(jié)細(xì)菌的遺傳重組一、轉(zhuǎn)化二、接合三、F'因子與性導(dǎo)*四、質(zhì)粒及其遺傳第2頁,共52頁，2024年2月25日，星期天3一、轉(zhuǎn)化(transformation)(一)、細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)(二)、轉(zhuǎn)化過程*(三)、共同轉(zhuǎn)化與遺傳圖譜繪制第3頁,共52頁，2024年2月25日，星期天4(一)、細(xì)菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1.基礎(chǔ)知識(shí)野生型肺炎雙球菌菌落為光滑型，一種突變型為粗糙型，兩者根本差異在于莢膜形成

莢膜的主要成分是多糖，具特殊的抗原性不同抗原型是遺傳的、穩(wěn)定的，一般情況下不發(fā)生互變莢膜菌落毒性類型光滑型S發(fā)達(dá)光滑有I,II,III粗糙型R無粗糙無I,II第4頁,共52頁，2024年2月25日，星期天52.Griffith轉(zhuǎn)化研究(1928)第5頁,共52頁，2024年2月25日，星期天6Griffith對(duì)其試驗(yàn)結(jié)論及發(fā)展根據(jù)上述研究結(jié)果Griffith認(rèn)為：(有毒)死細(xì)菌中的某種物質(zhì)轉(zhuǎn)移到(無毒)活細(xì)菌中，并使之具有毒性，導(dǎo)致小家鼠死亡將這種細(xì)菌遺傳類型的轉(zhuǎn)變稱為轉(zhuǎn)化，并將引起轉(zhuǎn)化的物質(zhì)稱為轉(zhuǎn)化因子(tranformingprinciple)但是當(dāng)時(shí)的化學(xué)與生化分析技術(shù)還無法鑒定殺死細(xì)菌中的確切成分，因而不能確定轉(zhuǎn)化因子為何物以后一些研究者重復(fù)上述試驗(yàn)，并且加入了體外培養(yǎng)試驗(yàn)，即：將加熱殺死的SIII細(xì)菌與無毒RII細(xì)菌混合培養(yǎng)，然后注入小家鼠體內(nèi)，同樣導(dǎo)致家鼠死亡。表明：細(xì)菌在培養(yǎng)條件下也能夠?qū)崿F(xiàn)遺傳類型間的定向轉(zhuǎn)化第6頁,共52頁，2024年2月25日，星期天71944年，Avery在離體條件下完成轉(zhuǎn)化。第7頁,共52頁，2024年2月25日，星期天8實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：來源于加熱殺死的SIII細(xì)菌，并使RII細(xì)菌轉(zhuǎn)化成為SIII型細(xì)菌的轉(zhuǎn)化因子是DNA正是在這一認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，將轉(zhuǎn)化定義為：某些細(xì)菌能通過其細(xì)胞膜攝取周圍供體的染色體片段，并將此外源DNA片段通過重組整合到自己染色體組的過程Avery等人的實(shí)驗(yàn)實(shí)際上也表明：決定細(xì)菌遺傳類型的物質(zhì)是DNA，即證明了DNA就是遺傳物質(zhì)但由于他們采用的實(shí)驗(yàn)方法當(dāng)時(shí)不被人們廣泛接受，而且得出的結(jié)論與當(dāng)時(shí)人們的傳統(tǒng)觀念(認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì))不符合，而長(zhǎng)期沒有得到人們的承認(rèn)第8頁,共52頁，2024年2月25日，星期天9(二)、轉(zhuǎn)化過程轉(zhuǎn)化現(xiàn)象在細(xì)菌中是一種普遍現(xiàn)象。不同細(xì)菌轉(zhuǎn)化過程有一定差異，但是它們都存在幾個(gè)方面的特征，即：感受態(tài)與感受態(tài)因子：感受態(tài)指細(xì)菌能夠從周圍環(huán)境中吸收DNA分子進(jìn)行轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)感受態(tài)主要受一類蛋白質(zhì)(感受態(tài)因子)影響，感受態(tài)因子可以在細(xì)菌間進(jìn)行轉(zhuǎn)移，從感受態(tài)細(xì)菌中傳遞到非感受態(tài)細(xì)菌中，可以使后者變?yōu)楦惺軕B(tài)轉(zhuǎn)化可以分為自然轉(zhuǎn)化（枯草桿菌）和人工轉(zhuǎn)化（大腸桿菌）。用Ca2+(如CaCl2)處理大腸桿菌可以增強(qiáng)其感受能力第9頁,共52頁，2024年2月25日，星期天10(二)、轉(zhuǎn)化過程(p157-158)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(diǎn))對(duì)供體DNA片段有一定要求結(jié)合是一個(gè)可逆過程DNA攝取：當(dāng)細(xì)菌結(jié)合點(diǎn)飽和之后，細(xì)菌開始攝取外源DNA往往只有一條DNA單鏈進(jìn)入細(xì)胞(單鏈攝入)，另一條鏈在膜上降解聯(lián)會(huì)(synapsis)與外源DNA片段整合(integration)：整合指單鏈轉(zhuǎn)化DNA與受體DNA對(duì)應(yīng)位點(diǎn)置換，穩(wěn)定摻入到受體DNA中的過程，實(shí)際上就是遺傳重組過程研究整合的分子機(jī)制也就是研究遺傳重組的分子機(jī)制第10頁,共52頁，2024年2月25日，星期天11第11頁,共52頁，2024年2月25日，星期天12*(三)、轉(zhuǎn)化與基因重組作圖由于DNA是以小片段的形式進(jìn)入受體的：距離很遠(yuǎn)的兩個(gè)基因很難同時(shí)存在于一個(gè)片段中，同時(shí)轉(zhuǎn)化受體。基因間距離越近，它們就有較多的機(jī)會(huì)整合到受體染色體中。第12頁,共52頁，2024年2月25日，星期天13*枯草桿菌共轉(zhuǎn)化遺傳作圖第13頁,共52頁，2024年2月25日，星期天14二、接合(一)、接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實(shí)(二)、F因子及其在雜交中的行為*(三)、中斷雜交試驗(yàn)作圖第14頁,共52頁，2024年2月25日，星期天15(一)、接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實(shí)黎德伯格和塔特姆大腸桿菌雜交試驗(yàn)：材料：大腸桿菌(Escherichiacoli)K12菌株的兩個(gè)營(yíng)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-和亮氨酸缺陷型leu-方法：將A、B混和，在基本培養(yǎng)基(固體)上涂布培養(yǎng)結(jié)果：平板上長(zhǎng)出原養(yǎng)型菌落(++++)第15頁,共52頁，2024年2月25日，星期天16黎德伯格和塔特姆接合試驗(yàn)第16頁,共52頁，2024年2月25日，星期天17幾種可能解釋及其分析對(duì)上述試驗(yàn)結(jié)果原養(yǎng)型菌落可能產(chǎn)生于：親本細(xì)菌A或B發(fā)生了回復(fù)突變兩品系細(xì)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(zhuǎn)化作用發(fā)生細(xì)胞融合，形成了異核體或雜合二倍體為了驗(yàn)證這些原養(yǎng)型菌落產(chǎn)生的可能而進(jìn)行的研究最終表明：這些解釋均不成立第17頁,共52頁，2024年2月25日，星期天18回復(fù)突變可能的排除Lederbery和Tatum采用的是雙營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株，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)菌的可能理論分析：?jiǎn)位蚧貜?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(yàn)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)突變的可能對(duì)照實(shí)驗(yàn)：?jiǎn)为?dú)接種未產(chǎn)生原養(yǎng)型菌落第18頁,共52頁，2024年2月25日，星期天19*互養(yǎng)作用及其排除試驗(yàn)材料：A品系：A-B+T1S(met-bio-thr+leu+T1S)B品系：A+B-T1R(met+bio+thr-leu-T1R)試驗(yàn)方法：將A、B品系混合接種在基本培養(yǎng)基表面短時(shí)間后噴T1殺死A品系，使其不能持續(xù)產(chǎn)生thr、leu供B品系生長(zhǎng)結(jié)果與結(jié)論：仍然出現(xiàn)原養(yǎng)型菌落互養(yǎng)并非前述原養(yǎng)型菌落出現(xiàn)的原因，而可能發(fā)生了遺傳重組第19頁,共52頁，2024年2月25日，星期天20*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)加熱后，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(yàn)結(jié)果：沒有得到原養(yǎng)型細(xì)菌結(jié)論：細(xì)胞直接接觸是原養(yǎng)型細(xì)菌產(chǎn)生的必要條件第20頁,共52頁，2024年2月25日，星期天21第21頁,共52頁，2024年2月25日，星期天22*異核體和雜合二倍體的可能性出現(xiàn)原養(yǎng)型菌落的另一種可能是：細(xì)胞融合產(chǎn)生異核體或雙雜合二倍體，類似二倍體生物的雜合體可產(chǎn)生原養(yǎng)型菌落異核體指由于細(xì)胞融合而在細(xì)胞內(nèi)含有遺傳組成不同的兩個(gè)或多個(gè)細(xì)胞核雙雜合二倍體則是異核體進(jìn)一步發(fā)生核融合，形成二倍體細(xì)胞核，核內(nèi)含有兩種遺傳物質(zhì)但細(xì)菌為單倍配子體生物，異核體和二倍體只能暫時(shí)存在，繼續(xù)培養(yǎng)將發(fā)生分離對(duì)試驗(yàn)中得到的原養(yǎng)型菌落后代研究表明：后代沒有出現(xiàn)預(yù)期的性狀分離現(xiàn)象第22頁,共52頁，2024年2月25日，星期天23(一)、接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實(shí)根據(jù)上述研究可以認(rèn)為：在Lederbery和Tatum及其它類似試驗(yàn)中，發(fā)生了一種不同于轉(zhuǎn)化的遺傳重組方式，稱之為接合海斯(1952)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)移是單向的認(rèn)為大腸桿菌存在兩種類型品系，分別作為接合過程中遺傳物質(zhì)的供體與受體接合(conjugation)：遺傳物質(zhì)從供體(donor)轉(zhuǎn)移到受體(receptor)的重組過程第23頁,共52頁，2024年2月25日，星期天24第24頁,共52頁，2024年2月25日，星期天25(二)、F因子及其在雜交中的行為1.F因子海斯等進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌在接合中作供體的能力受細(xì)胞內(nèi)一種致育因子(fertilityfactor/F因子，sexfactor/性因子)控制F因子的化學(xué)本質(zhì)是DNA，可以自主狀態(tài)存在于細(xì)胞質(zhì)中或整合到細(xì)菌的染色體上F因子可在細(xì)菌細(xì)胞間進(jìn)行轉(zhuǎn)移第25頁,共52頁，2024年2月25日，星期天26F因子與細(xì)菌結(jié)構(gòu)、生理差異第26頁,共52頁，2024年2月25日，星期天27F因子的存在狀態(tài)第27頁,共52頁，2024年2月25日，星期天282.F因子及其在雜交中的行為第28頁,共52頁，2024年2月25日，星期天292.F因子及其在雜交中的行為第29頁,共52頁，2024年2月25日，星期天302.F因子及其在雜交中的行為第30頁,共52頁，2024年2月25日，星期天31*(三)、中斷雜交試驗(yàn)作圖第31頁,共52頁，2024年2月25日，星期天32中斷雜交試驗(yàn)Hfr:thr+

leu+aziStonSlac

+gal+strSF_:thr_leu_aziRtonRlac_gal_strR

將兩種細(xì)胞混合培養(yǎng)，每個(gè)一定時(shí)間取樣，把菌液放在食物攪拌器內(nèi)攪拌，以中斷接合。將中斷接合的細(xì)菌接種到含有鏈霉素的不同培養(yǎng)基上，測(cè)定形成了什么樣的重組體。結(jié)果表明thr+最先進(jìn)入F-細(xì)胞，接合8分鐘后出現(xiàn)了重組體。leu+隨后0.5分鐘出現(xiàn)，aziS在9分鐘后出現(xiàn)等等。第32頁,共52頁，2024年2月25日，星期天33*(三)、中斷雜交試驗(yàn)作圖第33頁,共52頁，2024年2月25日，星期天34第34頁,共52頁，2024年2月25日，星期天35三、F'因子與性導(dǎo)F因子準(zhǔn)確整合與環(huán)出整合環(huán)出(切離)第35頁,共52頁，2024年2月25日，星期天36F'因子轉(zhuǎn)移與性導(dǎo)(sexduction)F'因子的轉(zhuǎn)移性導(dǎo)(sexduction)第36頁,共52頁，2024年2月25日，星期天37第三節(jié)噬菌體與轉(zhuǎn)導(dǎo)

一、烈性噬菌體及其遺傳作圖二、溫和噬菌體及其遺傳作圖三、轉(zhuǎn)導(dǎo)與細(xì)菌遺傳作圖第37頁,共52頁，2024年2月25日，星期天38一、烈性噬菌體ThestructureofbacteriophageT4including:anicosahedralheadfilledwithDNAatailconsistingofacollar,tubesheath,baseplate,andtailfibers第38頁,共52頁，2024年2月25日，星期天39LifecycleofbacteriophageT4第39頁,共52頁，2024年2月25日，星期天40*烈性噬菌體(T2)的遺傳作圖第40頁,共52頁，2024年2月25日，星期天41二、溫和噬菌體第41頁,共52頁，2024年2月25日，星期天42*溫和噬菌體的遺傳作圖第42頁,共52頁，2024年2月25日，星期天43第三節(jié)噬菌體與轉(zhuǎn)導(dǎo)

一、烈性噬菌體及其遺傳作圖二、溫和噬菌體及其遺傳作圖三、轉(zhuǎn)導(dǎo)與細(xì)菌遺傳作圖第43頁,共52頁，2024年2月25日，星期天44三、轉(zhuǎn)導(dǎo)*轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)沙門氏桿菌兩個(gè)營(yíng)養(yǎng)缺陷型甲硫氨酸、組氨酸(met-his- phe+trp+tyr+)苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸(phe-trp-tyr-met+his+)基本培養(yǎng)基上混合培養(yǎng)產(chǎn)生原養(yǎng)型菌落是否接合、轉(zhuǎn)化不是接合，通過一種過濾性因子(filterableagent,FA)實(shí)現(xiàn)FA不能為DNA酶降解，也不是轉(zhuǎn)化FA的實(shí)體溶原性噬菌體P22第44頁,共52頁，2024年2月25日，星期天45TheLederberg-ZinderexperimentusingSalmonella第45頁,共52頁，2024年2月25日，星期天46轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念與類型轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)：噬菌體介導(dǎo)的細(xì)菌細(xì)胞間遺傳轉(zhuǎn)移(重組)過程轉(zhuǎn)導(dǎo)的類型普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(generalizedtransduction)如P1、P22噬菌體介導(dǎo)特殊性轉(zhuǎn)導(dǎo)(specializedtransduction)?；赞D(zhuǎn)導(dǎo)/局限轉(zhuǎn)導(dǎo)如λ噬菌體介導(dǎo)第46頁,共52頁，2024年2月25日，星期天47普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)在噬菌體感染的末期，細(xì)菌染色體被斷裂成許多小片段，在形成噬菌體顆粒時(shí)，少數(shù)噬菌體將細(xì)菌的DNA誤認(rèn)做是它們自己的DNA，并以其外殼蛋白將其包圍，從而形成轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體。由于可以轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)菌染色體的組的任何不同部分，因此稱為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)。兩個(gè)基因同在一起轉(zhuǎn)導(dǎo)就是合轉(zhuǎn)導(dǎo)，合轉(zhuǎn)導(dǎo)的頻率愈，表明兩個(gè)基因在染色體上