第五章

細(xì)菌的遺傳分析第五章

細(xì)菌的遺傳分析1細(xì)菌是遺傳學(xué)研究中常用的實(shí)驗(yàn)材料■結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單■

個(gè)體數(shù)量多■

繁殖力強(qiáng)■

世代周期短■

易于突變■

易于培養(yǎng)細(xì)菌2第一節(jié)細(xì)菌的細(xì)胞和基因組第二節(jié)大腸桿菌的突變型及篩選第三節(jié)大腸桿菌的性別第四節(jié)中斷雜交與重組作圖第五節(jié)

F′因子與性導(dǎo)第六節(jié)轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖第一節(jié)細(xì)菌的細(xì)胞和基因組3第一節(jié)

細(xì)菌的細(xì)胞和基因組

第一節(jié)

細(xì)菌的細(xì)胞和基因組4一、細(xì)菌的細(xì)胞一、細(xì)菌的細(xì)胞5第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件6第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件7第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件8第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件9第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件10二、細(xì)菌的基因組二、細(xì)菌的基因組11第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件12第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件13第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件14有些細(xì)菌還含有小的，可自我復(fù)制的環(huán)狀DNA分子，該小的DNA分子稱為質(zhì)粒（plasmid）。

有些細(xì)菌還含有小的，可自我復(fù)制的環(huán)狀DNA分子，該小的DNA15第二節(jié)

大腸桿菌的突變型及篩選第二節(jié)

大腸桿菌的突變型及篩選16一、大腸桿菌的突變類型1.合成代謝功能的突變型■野生型的合成代謝功能正常，可以在基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)?！?/p>

突變型由于基因的改變影響了合成代謝功能，不能在基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，只能在相應(yīng)的選擇培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。如：Met-、Thi-和Pur-表明這些突變品系分別需要甲硫氨酸、硫胺和嘌呤，而相應(yīng)的野生型的表型記為Met+、Thi+和Pur+。一、大腸桿菌的突變類型1.合成代謝功能的突變型172.分解代謝功能的突變型■野生型的分解代謝功能正?！?/p>

突變型由于基因的改變影響了分解代謝功能

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)基中，而野生型細(xì)菌Lac+都能利用乳糖。2.分解代謝功能的突變型183.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：抗鏈霉素突變型Str-，相應(yīng)的野生型為Str+。3.抗性突變型 19第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件20細(xì)菌完全培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基突變體處理涂布影印獲得二、突變型篩選細(xì)菌完全培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基突變體處理涂布影印獲得二、突變型篩選21第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件22第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件23抗青霉素的菌生長(zhǎng)抗青霉素的菌生長(zhǎng)24第三節(jié)

大腸桿菌的性別第三節(jié)

大腸桿菌的性別251946年J.Lederberg和E.Tatum大腸桿菌K12兩種不同營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株：菌株A：met-bio-thr+leu+thi+菌株B：met+bio+thr-leu-thi-注：bio生命素；met蛋氨酸；thr蘇氨酸；leu亮氨酸；thi硫氨素。一、細(xì)菌接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1946年一、細(xì)菌接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)26推測(cè)：（1）基因重組；（2）遺傳轉(zhuǎn)化。推測(cè)：（1）基因重組；（2）遺傳轉(zhuǎn)化。27U形管實(shí)驗(yàn)(B.Davis)

結(jié)論：（1）否定了遺傳轉(zhuǎn)化；（2）證明A與B菌株的直接接觸是基因重組的前提。U形管實(shí)驗(yàn)(B.Davis)結(jié)論：（1）否定了遺傳轉(zhuǎn)化；28接合：細(xì)胞之間通過(guò)暫時(shí)連接，進(jìn)行物質(zhì)交流的現(xiàn)象。即遺傳物質(zhì)從供體（雄性）轉(zhuǎn)移到受體(雌性)內(nèi)的過(guò)程。

特點(diǎn)：需通過(guò)細(xì)胞的直接接觸。接合：細(xì)胞之間通過(guò)暫時(shí)連接，進(jìn)行物質(zhì)交流的現(xiàn)象。即遺傳物質(zhì)從29第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件30二、F因子1.Hayes的實(shí)驗(yàn)①

A菌（鏈霉素處理）×B菌→原養(yǎng)型菌落②

A菌×B菌（鏈霉素處理）→無(wú)菌落說(shuō)明：（1）細(xì)菌接合中遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移是單向的。（2）菌株A和菌株B雖然來(lái)自同一野生型菌株K12，但在雜交中顯然起著不同的作用，菌株A相當(dāng)于雄性，是遺傳物質(zhì)的供體（donor），而菌株B相當(dāng)于雌性，是遺傳物質(zhì)的受體（receptor）。二、F因子31大腸桿菌中供體和受體菌株的區(qū)別就在于它們是否有一種微小的質(zhì)?！狥因子。F因子（Ffactor或Felement）又稱性因子（sexfactor）或致育因子（fertilityfactor）。它是一種封閉的環(huán)狀DNA分子，相對(duì)分子質(zhì)量約為4.5×106，全長(zhǎng)約為9×104bp，大約為大腸桿菌環(huán)狀染色體全長(zhǎng)的2%，以游離狀態(tài)存在于細(xì)胞質(zhì)中。大腸桿菌中供體和受體菌株的區(qū)別就在于它們是否有一種微小的質(zhì)粒32第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件33F因子的三種狀態(tài)：

（1）沒(méi)有F因子，即F－；

（2）一個(gè)自主狀態(tài)F因子，即F＋；

（3）一個(gè)整合到自己染色體內(nèi)的F因子，即Hfr。

F因子的三種狀態(tài)：

（1）沒(méi)有F因子，即F－；

（2）一個(gè)自34F+×F-雜交F+×F-雜交35Hfr×F-雜交Hfr×F-雜交36三、細(xì)菌重組的特點(diǎn)三、細(xì)菌重組的特點(diǎn)37因此，在細(xì)菌的重組中有下列兩個(gè)特點(diǎn)：（a）只有偶數(shù)次交換才能產(chǎn)生平衡的重組子。（b）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。因此，在細(xì)菌的重組中有下列兩個(gè)特點(diǎn)：38第四節(jié)

中斷雜交與重組作圖第四節(jié)

中斷雜交與重組作圖391954年Wollman和Jacob大腸桿菌：Hfr：azirtonrlac＋

gal＋

strsF-

：azistonslac-gal-

strr一、中斷雜交實(shí)驗(yàn)原理鏈霉素敏感1954年一、中斷雜交實(shí)驗(yàn)原理鏈霉素敏感40第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件41第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件42二、中斷雜交作圖二、中斷雜交作圖43第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件44幾個(gè)Hfr菌株的基因順序菌株基因轉(zhuǎn)移順序HfrH0thrprolacpurgalhisglythi10thrthiglyhisgalpurlacpro20prothrthiglyhisgalpurlac30purlacprothrthiglyhisgalAB3120thithrprolacpurgalhisgly幾個(gè)Hfr菌株的基因順序菌株基因轉(zhuǎn)移順序45第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件46第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件471960，J.Cairns利用電子顯微鏡觀察到大腸桿菌的DNA確實(shí)是環(huán)狀。1960，J.Cairns利用電子顯微鏡觀察到大腸桿菌的DN48大腸桿菌的環(huán)狀基因圖

大49有四株大腸桿菌分別為1、2、3、4，它們的基因型為a+b，另外四株分別為5、6、7、8，基因型為ab+。將基因型不同的菌株兩兩混合培養(yǎng)，在基本培養(yǎng)基上測(cè)定重組子a+b+出現(xiàn)情況如下表。寫(xiě)出每一個(gè)菌株的性別（F+、F-、Hfr）。（表中O代表無(wú)重組體，M代表有重組體，L代表有大量重組體）56781OMMO2OMMO3LOOM4OLLO有四株大腸桿菌分別為1、2、3、4，它們的基因型為a+b，另5056781OMMO2OMMO3LOOM4OLLO■細(xì)菌的遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移是單方向性，即只能從Hfr或F+轉(zhuǎn)向F-?！鯤fr×F-有大量重組體，F(xiàn)+×F-有少量重組體，其他的接合沒(méi)有重組體。56781OMMO2OMMO3LOOM4OLLO■細(xì)菌的遺傳511.F+2.F+3.F-4.Hfr5.Hfr6.F-7.F-8.F+1.F+52第五節(jié)

F′因子與性導(dǎo)

第五節(jié)

F′因子與性導(dǎo)53HfrF＋一、F′因子HfrF＋一、F′因子541959年，Adelberg和Burns發(fā)現(xiàn)：整合到細(xì)菌染色體上的F因子，在環(huán)出時(shí)不夠準(zhǔn)確，攜帶出細(xì)菌染色體上的一些基因，這種帶有染色體基因的附加體稱為F′因子（F′factor）

F′因子攜帶染色體的節(jié)段大小：從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)基因到半個(gè)細(xì)菌染色體。1959年，Adelberg和Burns發(fā)現(xiàn)：55二、性導(dǎo)利用F′因子將供體細(xì)胞的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的過(guò)程稱作性導(dǎo)（sexduction）。二、性導(dǎo)利用F′因子將供體細(xì)胞的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的過(guò)程稱作性56F′因子F′因子57F+、F-、Hfr、F′之間的關(guān)系：F+F-HfrF′整合整合丟失丟失獲得脫離脫離F+、F-、Hfr、F′之間的關(guān)系：F+F-HfrF′整合整58第六節(jié)

轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖第六節(jié)

轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖59一、轉(zhuǎn)化1.轉(zhuǎn)化的發(fā)現(xiàn)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1927F.Griffith（格里菲思）肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)為了證明遺傳物質(zhì)是DNA，但沒(méi)有進(jìn)行單因子轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。1944O.T.Avery進(jìn)行單因子轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì)。一、轉(zhuǎn)化60第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件612.轉(zhuǎn)化的定義細(xì)菌細(xì)胞（或其他生物）將周圍的供體DNA攝入到體內(nèi)，并整合到自己染色體組上的過(guò)程稱為轉(zhuǎn)化（transformation）。顯然，轉(zhuǎn)化就是細(xì)菌細(xì)胞攝取周圍游離的外源DNA片段，通過(guò)同源區(qū)段的交換而實(shí)現(xiàn)基因重組的過(guò)程。所以轉(zhuǎn)化也是細(xì)菌傳遞DNA而實(shí)現(xiàn)基因重組的途徑之一。2.轉(zhuǎn)化的定義62

通常從一個(gè)供體菌株分離出來(lái)的DNA與另一受體菌株活細(xì)胞接觸，大約只有1％的受體細(xì)菌細(xì)胞可吸收外源DNA，并發(fā)生遺傳轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化頻率低的原因可能是：

■

受體細(xì)菌細(xì)胞壁并非任何區(qū)域都允許外源DNA片段通過(guò)，而只是在特定區(qū)域形成臨時(shí)性通道，因此將這一區(qū)域稱為受體部位，而在受體細(xì)胞表面這一部位的數(shù)目是有限的。

■

外源DNA進(jìn)入除受體部位允許通過(guò)外，還必須有酶或蛋白質(zhì)分子以及能量等的協(xié)同作用。通常從一個(gè)供體菌株分離出來(lái)的DNA與另一受體菌株活細(xì)63解決方法：

(1)一般要對(duì)受體細(xì)胞進(jìn)行處理：化學(xué)處理或用強(qiáng)電場(chǎng)處理（electroporation，電穿孔）。目的：是增加受體細(xì)胞膜對(duì)供體DNA的可透性。

(2)制備感受態(tài)細(xì)胞（competentrecipientcell）：能吸取DNA分子而被轉(zhuǎn)化的細(xì)菌細(xì)胞叫做感受態(tài)細(xì)胞。在某一細(xì)菌群體中，只有極少數(shù)細(xì)胞是感受態(tài)的，它們具有感受因子（comptencefactor），可能是細(xì)胞表面的一種蛋白質(zhì)或是一種轉(zhuǎn)化酶（translocase），它參與DNA的吸收。解決方法：643.轉(zhuǎn)化的過(guò)程3.轉(zhuǎn)化的過(guò)程65第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件664.轉(zhuǎn)化作圖在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，DNA小片段→受體?！鱿嗑嗪苓h(yuǎn)的二個(gè)基因很難同時(shí)存在于一個(gè)DNA片段中，一般不能同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)化?！鰞蓚€(gè)基因緊密連鎖時(shí)，它們就有較多的機(jī)會(huì)包括在同一個(gè)DNA片段中，并同時(shí)整合到受體染色體里——共轉(zhuǎn)化（cotransformation），共轉(zhuǎn)化的基因一般是連鎖的。4.轉(zhuǎn)化作圖在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，DNA小片段→受體。67一個(gè)菌株的基因型為ACNRX，但基因的順序不知道。用它的DNA去轉(zhuǎn)化一個(gè)基因型為acnrx的菌株，發(fā)現(xiàn)下列的基因型：AcnRx、acNrX、aCnRx以及AcnrX，還有一些僅有單個(gè)基因被轉(zhuǎn)化的菌株（如aCnrx）。問(wèn)ACNRX基因的順序如何？基因的順序?yàn)椋篊RAXN一個(gè)菌株的基因型為ACNRX，但基因的順序不知道。用它的DN68二、轉(zhuǎn)導(dǎo)1.轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為了驗(yàn)證在沙門(mén)氏菌（Samlonellatyphmiurium）中是否也存在類似于大腸桿菌中的接合現(xiàn)象，J.Lederberg和N.Zinder進(jìn)行了下列雜交試驗(yàn)：LT22phe-trp-

tyr-

his+×LT2phe+

trp+

tyr+his-結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在基本培養(yǎng)基上以10-5頻率出現(xiàn)野生型菌株。二、轉(zhuǎn)導(dǎo)1.轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為了驗(yàn)證在沙門(mén)氏菌（Samlone69但是當(dāng)他們將兩個(gè)親本菌株分別置于“U”型管的兩臂時(shí)，出乎意外地在LT22的一臂也出現(xiàn)了野生型細(xì)菌。但是當(dāng)他們將兩個(gè)親本菌株分別置于“U”型管的兩臂時(shí)，出乎意外70進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明在兩個(gè)菌株之間傳遞遺傳物質(zhì)的因子是沙門(mén)氏菌中的一種溫和噬菌體P22。

因?yàn)椋?/p>

（1）濾板孔徑允許通過(guò)的這種因子的大小和質(zhì)量與P22相同。

（2）免疫學(xué)試驗(yàn)證實(shí)這種因子可以被P22抗血清滅活。

（3）如用抗P22的LT2菌株來(lái)代替敏感的LT2，那么在“U”型管兩端都不出現(xiàn)野生型重組體。（4）進(jìn)一步研究也證明LT22是攜帶了P22原噬菌體的溶源性細(xì)菌，LT2是對(duì)P22敏感的非溶源性細(xì)菌。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明在兩個(gè)菌株之間傳遞遺傳物質(zhì)的因子是沙門(mén)氏菌71第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件72轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）就是以病毒作為載體將遺傳信息從一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞傳遞到另一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞。轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒：把細(xì)菌染色體片段包裝在噬菌體蛋白質(zhì)外殼內(nèi)而產(chǎn)生的假噬菌體，其中并不包含噬菌體的遺傳物質(zhì)。轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）就是以病毒作為載體將遺傳信息73轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)742.普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與作圖普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generaltransduclion）：能夠轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)菌染色體上的任何基因。如：P1和P22這類噬菌體所進(jìn)行的轉(zhuǎn)導(dǎo)。2.普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與作圖75第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件76兩個(gè)基因同時(shí)轉(zhuǎn)導(dǎo)的現(xiàn)象稱為共轉(zhuǎn)導(dǎo)（cotransduction），兩個(gè)基因共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率愈高，表明兩個(gè)基因連鎖愈緊密，相反，共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率愈低，則表明這兩個(gè)基因距離愈遠(yuǎn)。1966年，T.TWu(HarvardUniversity)共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率與圖距的關(guān)系式:d—同一染色體上兩個(gè)基因之間的圖距L—轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA的平均長(zhǎng)度（約為一個(gè)噬菌體基因組大?。﹛—兩個(gè)基因共轉(zhuǎn)導(dǎo)的頻率X=（1-d/L）3兩個(gè)基因同時(shí)轉(zhuǎn)導(dǎo)的現(xiàn)象稱為共轉(zhuǎn)導(dǎo)（cotransductio77P1是普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)常見(jiàn)的噬菌體，其頭部可以包裹高達(dá)91.5kb的供體DNA，如果標(biāo)記基因之間兩兩相距分別為60kb、30kb和10kb，則以P1為媒介的并發(fā)轉(zhuǎn)導(dǎo)的預(yù)期頻率分別為4%、30%和70%。細(xì)菌基因的平均大小為1kb，則緊密連鎖的2個(gè)基因發(fā)生并發(fā)轉(zhuǎn)導(dǎo)的概率為97%。X=（1-d/L）3P1是普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)常見(jiàn)的噬菌體，其頭部可以包裹高達(dá)91.5kb78例：用E.colitrpA+supC+pyrF+供體細(xì)胞和trpA-supC-pyrF-作為受體由P1噬菌體媒介轉(zhuǎn)導(dǎo)進(jìn)行三因子轉(zhuǎn)導(dǎo)雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果：轉(zhuǎn)導(dǎo)型數(shù)目1.supC+trpA+pyrF+362.supC+trpA+pyrF-1143.supC+trpA-pyrF+04.supC+trpA-pyrF-453總計(jì)：603問(wèn)：它們的基因順序？共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率？例：用E.colitrpA+supC+pyrF+供體細(xì)胞79解：上述三個(gè)基因在遺傳圖上的順序可以從第3種轉(zhuǎn)導(dǎo)型上立即判斷出來(lái)，因?yàn)樗臄?shù)目最少（等于0）。三個(gè)基因的次序：supCtrpApyrFsupC+和trpA+二基因共轉(zhuǎn)導(dǎo)形成第1和第2兩種轉(zhuǎn)導(dǎo)型，因此，supC—trpA的共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率是：36+114/603=0.25同理：supC—pyrF的共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率是：36/603＝0.06三基因在遺傳圖上順序和間隔距離是：解：上述三個(gè)基因在遺傳圖上的順序可以從第3種轉(zhuǎn)導(dǎo)型上立即判斷80普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)中，在基本培養(yǎng)基上除了出現(xiàn)正常菌落外，還有大量小菌落，這兩者之比大約1:10，這一現(xiàn)象稱為流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)（abortivetransduction）。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)中，在基本培養(yǎng)基上除了出現(xiàn)正常菌落外，還有大量小菌81流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)（abortivetransduction）：轉(zhuǎn)導(dǎo)的DNA不整合到受體細(xì)胞的染色體上，雖然不能繼續(xù)復(fù)制，但仍能表達(dá)基因的功能的轉(zhuǎn)導(dǎo)，最終將隨細(xì)胞分裂而丟失，也可能出現(xiàn)單線遺傳。

流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)（abortivetransduction）：轉(zhuǎn)導(dǎo)823.局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)與作圖局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（restrictedtransduction）：由溫和噬菌體（λ）進(jìn)行的轉(zhuǎn)導(dǎo)，可被轉(zhuǎn)導(dǎo)的只是λ噬菌體在細(xì)菌染色體上插入位點(diǎn)兩側(cè)的基因。3.局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)與作圖83第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件84本章小結(jié)1.重要概念F因子、F′因子、接合、轉(zhuǎn)化、性導(dǎo)、轉(zhuǎn)導(dǎo)、普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)、流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)、F+菌株、F-菌株、Hfr菌株、F′菌株、中斷雜交實(shí)驗(yàn)等。2.大腸桿菌的性別3.中斷雜交與重組作圖4.F′因子與性導(dǎo)5.轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)導(dǎo)本章小結(jié)85第五章

細(xì)菌的遺傳分析第五章

細(xì)菌的遺傳分析86細(xì)菌是遺傳學(xué)研究中常用的實(shí)驗(yàn)材料■結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單■

個(gè)體數(shù)量多■

繁殖力強(qiáng)■

世代周期短■

易于突變■

易于培養(yǎng)細(xì)菌87第一節(jié)細(xì)菌的細(xì)胞和基因組第二節(jié)大腸桿菌的突變型及篩選第三節(jié)大腸桿菌的性別第四節(jié)中斷雜交與重組作圖第五節(jié)

F′因子與性導(dǎo)第六節(jié)轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖第一節(jié)細(xì)菌的細(xì)胞和基因組88第一節(jié)

細(xì)菌的細(xì)胞和基因組

第一節(jié)

細(xì)菌的細(xì)胞和基因組89一、細(xì)菌的細(xì)胞一、細(xì)菌的細(xì)胞90第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件91第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件92第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件93第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件94第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件95二、細(xì)菌的基因組二、細(xì)菌的基因組96第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件97第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件98第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件99有些細(xì)菌還含有小的，可自我復(fù)制的環(huán)狀DNA分子，該小的DNA分子稱為質(zhì)粒（plasmid）。

有些細(xì)菌還含有小的，可自我復(fù)制的環(huán)狀DNA分子，該小的DNA100第二節(jié)

大腸桿菌的突變型及篩選第二節(jié)

大腸桿菌的突變型及篩選101一、大腸桿菌的突變類型1.合成代謝功能的突變型■野生型的合成代謝功能正常，可以在基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)?！?/p>

突變型由于基因的改變影響了合成代謝功能，不能在基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，只能在相應(yīng)的選擇培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。如：Met-、Thi-和Pur-表明這些突變品系分別需要甲硫氨酸、硫胺和嘌呤，而相應(yīng)的野生型的表型記為Met+、Thi+和Pur+。一、大腸桿菌的突變類型1.合成代謝功能的突變型1022.分解代謝功能的突變型■野生型的分解代謝功能正?！?/p>

突變型由于基因的改變影響了分解代謝功能

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)基中，而野生型細(xì)菌Lac+都能利用乳糖。2.分解代謝功能的突變型1033.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：抗鏈霉素突變型Str-，相應(yīng)的野生型為Str+。3.抗性突變型 104第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件105細(xì)菌完全培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基突變體處理涂布影印獲得二、突變型篩選細(xì)菌完全培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基突變體處理涂布影印獲得二、突變型篩選106第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件107第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件108抗青霉素的菌生長(zhǎng)抗青霉素的菌生長(zhǎng)109第三節(jié)

大腸桿菌的性別第三節(jié)

大腸桿菌的性別1101946年J.Lederberg和E.Tatum大腸桿菌K12兩種不同營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株：菌株A：met-bio-thr+leu+thi+菌株B：met+bio+thr-leu-thi-注：bio生命素；met蛋氨酸；thr蘇氨酸；leu亮氨酸；thi硫氨素。一、細(xì)菌接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1946年一、細(xì)菌接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)111推測(cè)：（1）基因重組；（2）遺傳轉(zhuǎn)化。推測(cè)：（1）基因重組；（2）遺傳轉(zhuǎn)化。112U形管實(shí)驗(yàn)(B.Davis)

結(jié)論：（1）否定了遺傳轉(zhuǎn)化；（2）證明A與B菌株的直接接觸是基因重組的前提。U形管實(shí)驗(yàn)(B.Davis)結(jié)論：（1）否定了遺傳轉(zhuǎn)化；113接合：細(xì)胞之間通過(guò)暫時(shí)連接，進(jìn)行物質(zhì)交流的現(xiàn)象。即遺傳物質(zhì)從供體（雄性）轉(zhuǎn)移到受體(雌性)內(nèi)的過(guò)程。

特點(diǎn)：需通過(guò)細(xì)胞的直接接觸。接合：細(xì)胞之間通過(guò)暫時(shí)連接，進(jìn)行物質(zhì)交流的現(xiàn)象。即遺傳物質(zhì)從114第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件115二、F因子1.Hayes的實(shí)驗(yàn)①

A菌（鏈霉素處理）×B菌→原養(yǎng)型菌落②

A菌×B菌（鏈霉素處理）→無(wú)菌落說(shuō)明：（1）細(xì)菌接合中遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移是單向的。（2）菌株A和菌株B雖然來(lái)自同一野生型菌株K12，但在雜交中顯然起著不同的作用，菌株A相當(dāng)于雄性，是遺傳物質(zhì)的供體（donor），而菌株B相當(dāng)于雌性，是遺傳物質(zhì)的受體（receptor）。二、F因子116大腸桿菌中供體和受體菌株的區(qū)別就在于它們是否有一種微小的質(zhì)?！狥因子。F因子（Ffactor或Felement）又稱性因子（sexfactor）或致育因子（fertilityfactor）。它是一種封閉的環(huán)狀DNA分子，相對(duì)分子質(zhì)量約為4.5×106，全長(zhǎng)約為9×104bp，大約為大腸桿菌環(huán)狀染色體全長(zhǎng)的2%，以游離狀態(tài)存在于細(xì)胞質(zhì)中。大腸桿菌中供體和受體菌株的區(qū)別就在于它們是否有一種微小的質(zhì)粒117第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件118F因子的三種狀態(tài)：

（1）沒(méi)有F因子，即F－；

（2）一個(gè)自主狀態(tài)F因子，即F＋；

（3）一個(gè)整合到自己染色體內(nèi)的F因子，即Hfr。

F因子的三種狀態(tài)：

（1）沒(méi)有F因子，即F－；

（2）一個(gè)自119F+×F-雜交F+×F-雜交120Hfr×F-雜交Hfr×F-雜交121三、細(xì)菌重組的特點(diǎn)三、細(xì)菌重組的特點(diǎn)122因此，在細(xì)菌的重組中有下列兩個(gè)特點(diǎn)：（a）只有偶數(shù)次交換才能產(chǎn)生平衡的重組子。（b）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。因此，在細(xì)菌的重組中有下列兩個(gè)特點(diǎn)：123第四節(jié)

中斷雜交與重組作圖第四節(jié)

中斷雜交與重組作圖1241954年Wollman和Jacob大腸桿菌：Hfr：azirtonrlac＋

gal＋

strsF-

：azistonslac-gal-

strr一、中斷雜交實(shí)驗(yàn)原理鏈霉素敏感1954年一、中斷雜交實(shí)驗(yàn)原理鏈霉素敏感125第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件126第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件127二、中斷雜交作圖二、中斷雜交作圖128第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件129幾個(gè)Hfr菌株的基因順序菌株基因轉(zhuǎn)移順序HfrH0thrprolacpurgalhisglythi10thrthiglyhisgalpurlacpro20prothrthiglyhisgalpurlac30purlacprothrthiglyhisgalAB3120thithrprolacpurgalhisgly幾個(gè)Hfr菌株的基因順序菌株基因轉(zhuǎn)移順序130第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件131第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件1321960，J.Cairns利用電子顯微鏡觀察到大腸桿菌的DNA確實(shí)是環(huán)狀。1960，J.Cairns利用電子顯微鏡觀察到大腸桿菌的DN133大腸桿菌的環(huán)狀基因圖

大134有四株大腸桿菌分別為1、2、3、4，它們的基因型為a+b，另外四株分別為5、6、7、8，基因型為ab+。將基因型不同的菌株兩兩混合培養(yǎng)，在基本培養(yǎng)基上測(cè)定重組子a+b+出現(xiàn)情況如下表。寫(xiě)出每一個(gè)菌株的性別（F+、F-、Hfr）。（表中O代表無(wú)重組體，M代表有重組體，L代表有大量重組體）56781OMMO2OMMO3LOOM4OLLO有四株大腸桿菌分別為1、2、3、4，它們的基因型為a+b，另13556781OMMO2OMMO3LOOM4OLLO■細(xì)菌的遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移是單方向性，即只能從Hfr或F+轉(zhuǎn)向F-。■Hfr×F-有大量重組體，F(xiàn)+×F-有少量重組體，其他的接合沒(méi)有重組體。56781OMMO2OMMO3LOOM4OLLO■細(xì)菌的遺傳1361.F+2.F+3.F-4.Hfr5.Hfr6.F-7.F-8.F+1.F+137第五節(jié)

F′因子與性導(dǎo)

第五節(jié)

F′因子與性導(dǎo)138HfrF＋一、F′因子HfrF＋一、F′因子1391959年，Adelberg和Burns發(fā)現(xiàn)：整合到細(xì)菌染色體上的F因子，在環(huán)出時(shí)不夠準(zhǔn)確，攜帶出細(xì)菌染色體上的一些基因，這種帶有染色體基因的附加體稱為F′因子（F′factor）

F′因子攜帶染色體的節(jié)段大?。簭囊粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)基因到半個(gè)細(xì)菌染色體。1959年，Adelberg和Burns發(fā)現(xiàn)：140二、性導(dǎo)利用F′因子將供體細(xì)胞的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的過(guò)程稱作性導(dǎo)（sexduction）。二、性導(dǎo)利用F′因子將供體細(xì)胞的基因?qū)胧荏w細(xì)胞的過(guò)程稱作性141F′因子F′因子142F+、F-、Hfr、F′之間的關(guān)系：F+F-HfrF′整合整合丟失丟失獲得脫離脫離F+、F-、Hfr、F′之間的關(guān)系：F+F-HfrF′整合整143第六節(jié)

轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖第六節(jié)

轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖144一、轉(zhuǎn)化1.轉(zhuǎn)化的發(fā)現(xiàn)肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)1927F.Griffith（格里菲思）肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)為了證明遺傳物質(zhì)是DNA，但沒(méi)有進(jìn)行單因子轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。1944O.T.Avery進(jìn)行單因子轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì)。一、轉(zhuǎn)化145第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件1462.轉(zhuǎn)化的定義細(xì)菌細(xì)胞（或其他生物）將周圍的供體DNA攝入到體內(nèi)，并整合到自己染色體組上的過(guò)程稱為轉(zhuǎn)化（transformation）。顯然，轉(zhuǎn)化就是細(xì)菌細(xì)胞攝取周圍游離的外源DNA片段，通過(guò)同源區(qū)段的交換而實(shí)現(xiàn)基因重組的過(guò)程。所以轉(zhuǎn)化也是細(xì)菌傳遞DNA而實(shí)現(xiàn)基因重組的途徑之一。2.轉(zhuǎn)化的定義147

通常從一個(gè)供體菌株分離出來(lái)的DNA與另一受體菌株活細(xì)胞接觸，大約只有1％的受體細(xì)菌細(xì)胞可吸收外源DNA，并發(fā)生遺傳轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化頻率低的原因可能是：

■

受體細(xì)菌細(xì)胞壁并非任何區(qū)域都允許外源DNA片段通過(guò)，而只是在特定區(qū)域形成臨時(shí)性通道，因此將這一區(qū)域稱為受體部位，而在受體細(xì)胞表面這一部位的數(shù)目是有限的。

■

外源DNA進(jìn)入除受體部位允許通過(guò)外，還必須有酶或蛋白質(zhì)分子以及能量等的協(xié)同作用。通常從一個(gè)供體菌株分離出來(lái)的DNA與另一受體菌株活細(xì)148解決方法：

(1)一般要對(duì)受體細(xì)胞進(jìn)行處理：化學(xué)處理或用強(qiáng)電場(chǎng)處理（electroporation，電穿孔）。目的：是增加受體細(xì)胞膜對(duì)供體DNA的可透性。

(2)制備感受態(tài)細(xì)胞（competentrecipientcell）：能吸取DNA分子而被轉(zhuǎn)化的細(xì)菌細(xì)胞叫做感受態(tài)細(xì)胞。在某一細(xì)菌群體中，只有極少數(shù)細(xì)胞是感受態(tài)的，它們具有感受因子（comptencefactor），可能是細(xì)胞表面的一種蛋白質(zhì)或是一種轉(zhuǎn)化酶（translocase），它參與DNA的吸收。解決方法：1493.轉(zhuǎn)化的過(guò)程3.轉(zhuǎn)化的過(guò)程150第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件1514.轉(zhuǎn)化作圖在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，DNA小片段→受體?！鱿嗑嗪苓h(yuǎn)的二個(gè)基因很難同時(shí)存在于一個(gè)DNA片段中，一般不能同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)化?！鰞蓚€(gè)基因緊密連鎖時(shí)，它們就有較多的機(jī)會(huì)包括在同一個(gè)DNA片段中，并同時(shí)整合到受體染色體里——共轉(zhuǎn)化（cotransformation），共轉(zhuǎn)化的基因一般是連鎖的。4.轉(zhuǎn)化作圖在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，DNA小片段→受體。152一個(gè)菌株的基因型為ACNRX，但基因的順序不知道。用它的DNA去轉(zhuǎn)化一個(gè)基因型為acnrx的菌株，發(fā)現(xiàn)下列的基因型：AcnRx、acNrX、aCnRx以及AcnrX，還有一些僅有單個(gè)基因被轉(zhuǎn)化的菌株（如aCnrx）。問(wèn)ACNRX基因的順序如何？基因的順序?yàn)椋篊RAXN一個(gè)菌株的基因型為ACNRX，但基因的順序不知道。用它的DN153二、轉(zhuǎn)導(dǎo)1.轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為了驗(yàn)證在沙門(mén)氏菌（Samlonellatyphmiurium）中是否也存在類似于大腸桿菌中的接合現(xiàn)象，J.Lederberg和N.Zinder進(jìn)行了下列雜交試驗(yàn)：LT22phe-trp-

tyr-

his+×LT2phe+

trp+

tyr+his-結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在基本培養(yǎng)基上以10-5頻率出現(xiàn)野生型菌株。二、轉(zhuǎn)導(dǎo)1.轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)為了驗(yàn)證在沙門(mén)氏菌（Samlone154但是當(dāng)他們將兩個(gè)親本菌株分別置于“U”型管的兩臂時(shí)，出乎意外地在LT22的一臂也出現(xiàn)了野生型細(xì)菌。但是當(dāng)他們將兩個(gè)親本菌株分別置于“U”型管的兩臂時(shí)，出乎意外155進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明在兩個(gè)菌株之間傳遞遺傳物質(zhì)的因子是沙門(mén)氏菌中的一種溫和噬菌體P22。

因?yàn)椋?/p>

（1）濾板孔徑允許通過(guò)的這種因子的大小和質(zhì)量與P22相同。

（2）免疫學(xué)試驗(yàn)證實(shí)這種因子可以被P22抗血清滅活。

（3）如用抗P22的LT2菌株來(lái)代替敏感的LT2，那么在“U”型管兩端都不出現(xiàn)野生型重組體。（4）進(jìn)一步研究也證明LT22是攜帶了P22原噬菌體的溶源性細(xì)菌，LT2是對(duì)P22敏感的非溶源性細(xì)菌。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明在兩個(gè)菌株之間傳遞遺傳物質(zhì)的因子是沙門(mén)氏菌156第五章-細(xì)菌的遺傳分析課件157轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）就是以病毒作為載體將遺傳信息從一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞傳遞到另一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞。轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒：把細(xì)菌染色體片段包裝在噬菌體蛋白質(zhì)外殼內(nèi)而產(chǎn)生的假噬菌體，其中并不包含噬菌體的遺傳物質(zhì)。轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）就是以病毒作為載體將遺傳信息158轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)1592.普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與作圖普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generaltransducl