细菌和噬菌体的重组和连锁

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一节,细菌和病毒在遗传学研究中的地位,第二节,细菌的遗传分析,第三节,噬菌体的遗传分析,本章要点,第五章 细菌和噬菌体的重组和连锁,第一节,细菌和病毒在遗传学研究中的地位,细菌和病毒在遗传学研究中的优越性,:,繁殖速度快、世代所需时间短，缩短了实验周期；,便于研究基因的突变：细菌和病毒均属于单倍体，所有突变都能立即表现出来，不存在显性掩盖隐性的问题；,便于研究基因的作用：通过基本培养基和选择培养基的影印培养，很容易筛选出营养缺陷型，利于生化研究。,易于管理和进行化学分析：个体小，繁殖方便，可以大量节省人力、物力和财力；且代谢旺盛，繁殖又快，累积大量的代谢产物。,遗传物质较简单，便于用作研究基因结构、功能及调控机制的材料。,可作为研究高等生物的简单模型；,第二节、细菌的遗传分析,一、细菌概述,无真正的细胞核，,只有染色体区，称拟核区。,不进行减数分裂和有丝分裂。,而是简单地复制和一分为二。,缺乏线粒体、叶绿体等细胞器。,单细胞生物，其染色体为环形、,裸露双链,DNA,分子，较易插入,DNA,片断。,细胞壁,(cell wall),细胞膜,(plasma membrane),拟核,(Nucleoid),性纤毛,(pili),核糖体,(Ribosome),(Flagella),（一）细菌的突变型,1.,合成代谢功能突变型,:,营养缺陷型（,auxotroph),野生型（,wild type),缺陷型（,deficient),原养型（,prototroph),Met-,甲硫氨基酸,缺陷,型,Met+,Thi-,硫胺,缺陷,型,Thi+,Pur-,嘌呤,缺陷,型,Pur+,2.,分解代谢功能突变型：,lac-,乳糖突变型，野生型为,lac+,3.,抗性突变型：,抗药性或抗感染性,Str,r,Str,s,分别表示对链霉素有抗性和敏感,T1r,T1s,分别表示对,T1,噬菌体有抗性和敏感,二、,细菌,的突变型和筛选,（二）突变型的筛选,1.,根据菌落特点筛选,选择培养基：如,Lac-,突变菌株在伊红,-,美蓝培养基（,EMB,）上形成白色或粉红色菌落，而,lac+,菌落为有金属光泽的紫色菌落。,2.,抗性突变型的筛选：将细菌涂布在含有某种抗生素或噬菌体的培养基上，能形成菌落的就是抗性突变菌株。,3.,营养缺陷型的筛选：用印迹法把在完全培养基上生长的菌落影印到基本培养基上，鉴别出不能生长的克隆。再把它们转移到含有单一营养物质的培养基上，判定该突变型需要哪一种营养物质。,三 细菌的杂交和性别,细菌之间遗传物质的转移主要有四种方式：,转化,:,指某些细菌(或其它生物)能通过其细胞膜,摄取周围介质中的,DNA,片段,，并将此外源,DNA,片段整合到自己染色体组中的过程。,转化的过程,非感受态细胞 外源,DNA,被洗掉了,转化因子 感受态细胞 外源,DNA,仍与细胞结合,整合 吸收,洗涤,吸附,接合,：由供体菌和受体菌之间的直接接触而导致的遗传物质的单向转移。,接合管的形成：菌株靠近细胞膜融合两细胞间形成接合管,性导,：是接合的一种，,F,因子所携带的细菌基因通过接合而导入受体细菌。,转导,：由噬菌体所介导的,DNA,从供体菌到受体菌的转移。,(,一,),细菌的杂交,1,、大肠杆菌杂交试验,菌株,A:met-bio-thr+leu+thi+,（需甲硫氨酸和生物素）,菌株,B:met+bio+thr-leu-thi-,（需苏氨酸，亮氨酸和硫胺）,A B,完全液体培养基,基本固体培养基,出现若干原养型菌落，频率为,10,-7,，,。,说明菌株,A,和,B,可以杂交，,交换遗传物质，出现基因重组,不是基因突变,2,、,U,实验,1950,年,Davis,（戴维斯），做了,U,实验，在,U,底部中间用滤片隔开，交替吸压,原养型（,基因重组）产生的,必要条件：,A,、,B,两菌株直接接触,(,二,),细菌的性别,？,AB,两细胞遗传物质是混合，还是单向转移,1953,年,Hayes(,海斯,),在验证杂交时偶尔发现杂交中,AB,细菌作用不同，,遗传物质是单向转移，,AB,，不能,BA,。,实验：,菌株,A:met-thr+leu+thi+,（需甲硫氨酸）,菌株,B:met+thr-leu-thi-,（需苏氨酸，亮氨酸和硫胺）,结果不同，表明,A,、,B,有性杂交作用不同，提出遗传物质单向转移。,供体：提供遗传物质的细菌 雄性,A,受体：接受遗传物质的细菌 雌性,B,所以,AB,不久发现导致单向转移的是细胞质中一个微小可转移因子,F,因子,四、大肠杆菌,F,-,F,+,Hfr,F,菌株,（一）,F,-,F,+,菌株,1,、,F,因子结构,:,细胞质中环状,DNA,原点：转录起点,形成性伞毛的基因群,：通过性伞毛与,F,-,细菌接合,。,DNA,复制酶基因：与,F,因子本身的复制有关；,插入序列：与其插入细菌染色体的过程有关。,2,、,F,因子存在方式,游离状态：在细胞质中，能自我复制独立遗传,整合状态：整合到细菌环状染色体上，与细菌染色体一起遗传。,3,、,F,因子的特性,（,1,）决定大肠杆菌育性：,F,+,菌株，含游离,F,因子 供体 雄性,F,菌株，无游离,F,因子 受体 雌性,（,2,）,F,因子高频率转移,当,F,+,F,F,+,的,F,因子复制为二,通过接合管将,F,因子传递给,F,菌株,使,F,转变为,F,+,频率高达,95%,即高频率的转移,F,因子,.,F,因子转移：,F,因子从原点断裂，以原点为先导，边复制边转移（因此叫滚环复制），复制后的,F,因子转移到另一个细胞中。细胞分开，使,F,-,变成,F,+,。,(3),基因重组的频率低,当,F,+,F,F,+,菌株环状,DNA,复制通过接合管进入,F,-,细菌细胞，与,F,-,细菌的基因交换，使基因重组，但频率很低，,不,到百万分之一,。,(4)F,因子可以自发丧失,（二）高频重组菌株 （,Hfr,菌株）,1951,年，卡瓦里（,Cavalli,）等人，,1954,年海斯（,Hayes,）先后在,A,菌株中分离出新的菌株。,1,、,Hfr,形成,F,因子整合到细菌环状,DNA,上，这种整合状态,F,菌株叫,Hfr,（高频重组）。,2,、特点,(1),可以作为供体，与,B,杂交，重组频率比,AB,高,1000,倍，称高频重组菌株。,(2),转移,F,因子频率低,3,、,HfrF,-,杂交过程也是先形成接合管，然后,Hfr,边复制边转移。,整合到细菌环状染色体上的,F,因子容易在原点处断开，,将细菌环状染色体上基因带入受体细胞中，基因重组频率高,。,但在转移过程中，结合管很易断开，这样转移到受体的部分只是靠近原点的一部分（全部转移需温和条件,120,分钟），形成部分二倍体。致育基因位于最后，而接合管随时可能断开，,转移,F,因子频率低,。,(,三,),接合生殖和交换特点,1,、接合生殖,供体细菌的,DNA,通过接合管进入受体细菌，实现基因重组的方式。,2,、基因重组,（,1,）形成部分二倍体：一个完整的基因组和一个不完整的基因组所构成的二倍体。其中受体的基因组叫内基因子，供体的基因组叫外基因子。,外基因子转移到受体以后：,a),以游离状态存在，随着细胞分裂代数的增加被稀释，消失；,b,）与内基因子发生交换、重组。,(2),基因交换过程：,（,3,）交换特点,交换发生在完整的,F,环状染色体和供体线性染色体片段之间即部分二倍体,只有偶数交换才能产生平衡的重组子。,只出现一种重组子（杂交后代），无对应重组体，真核生物出现四种杂交后代。,(,五,)F,-,F,+,Hfr,F,细菌的相互转化,F+F-,Hfr,F+F-,F+F-,接合,吖黄素,高频重组,低频重组,整合,F,F,重组频率较低,(,四,),F,菌株,F,因子可从,Hfr,脱离成为,F+,，通常准确脱离，偶尔不准，使,F,因子带有细菌的个别基因。这种带有细菌个别基因的,F,因子，称,F,菌株。,五、细菌的遗传作图,（一）利用中断杂交试验作图,叠氮化钠 噬菌体 乳糖 半乳糖 链霉素,Hfr azi,r,ton,r,lac,+,gal,+,str,s,F,-,：,azi,s,ton,s,lac,-,gal,-,str,r,将,Hfr,与,F,-,同时加入装有完全培养基的大试管中，一定时间取样振荡，,稀释接种至添加,str,的基本培养基,（葡萄糖和无机盐）上，生长形成的菌落基因型为,F,-,或具,Hfr,部分基因的,F,-,，再把菌落分别转移到只添加,azi,、,ton,、以,lac,或,gal,为炭源的选择性培养基上。,时间 进入,F,-,的,Hfr,基因,9,不生长 有噬菌斑 不生长 不生长 无,9,/,生长 有噬菌斑 不生长 不生长,azi,r,11,/,生长 无噬菌斑 不生长 不生长,azi,r,ton,r,18,/,生长 无噬菌斑 生长 不生长,azi,r,ton,r,lac,+,24,/,生长 无噬菌斑 生长 生长,azi,r,ton,r,lac,+,gal,+,F,因子约在,120,分钟后进入。,（,1,）,Hfr,的基因按一定顺序和时间间隔进入,F,-,（,2,）每个基因进入,F,-,有一定频率，且在短时间内达到最高,（,3,）进入,F,-,越早，频率越高,（,4,）,F,因子进入迟，频率低,3,、,Hfr,染色体上基因排列顺序,4,、细菌染色体为环状,用不同,Hfr,菌株进行中断杂交试验，基因转移的顺序，转移起点和转移方向很不相同。,a,b,c,d,e,f,g,h,(,二）重组作图,当两个基因间的转移时间小于两分钟时，则用中断杂交作图就不可靠，而必须用传统的重组作图,(recombination mapping),与中断杂交技术相互对照和补充，提高作图精度。如根据中断杂交，,知道,lac,与,ade,紧密连锁且,ade+,是在,lac+,后进入,，距离约为,1,分钟，进行以下杂交：,紫红色菌落：,lac+ade+780,（亲本型）,白色或粉红色菌落：,lac-ade+220,（重组型）,Hfr:lac+ade+str,s,X F-:lac-ade-str,r,混合作用,60min,，在含链霉素、,不加腺嘌呤,的完全培养基上,涂板，只有重组子能够存活：,F-:ade+str,r,1000,影印到,EMB,培养基上,(1),重组子的产生,Lac-ade+,str,r,Lac+ade+,str,r,Lac+ade+str,s,Lac-ade-str,r,Lac-ade-str,s,Lac+ade+str,s,Lac-ade-str,r,Lac+ade-str,s,两基因间未发生交换,两基因间发生交换,(2),重组频率的计算,RF,lac-ade,=,*,100%,lac,-,ade,+,lac,+,ade,+,+lac,-,ade,+,用重组频率（,RF,）所测得的基因距离与用中断杂交技术以时间为单位的基因距离基本上是成正比的，大致是,1,分钟相当于,20%,重组值，即：,1min=20cM,=,*,100%=22%,220,1000,一 病毒概述,病毒是比细菌更为简单的生物，它们也只有一条染色体，即单倍体。有些病毒的染色体是,DNA,，还有一些病毒是,RNA,。,病毒主要是由蛋白质外壳及其包被的核酸所组成的颗粒。病毒可根据宿主,(,动物、植物、细菌,),或遗传物质,(DNA,或,RNA),来分类。,第三节,噬菌体的遗传分析,T,噬菌体的结构,蛋白质外壳,核酸,二 噬菌体的繁殖和感染周期,（一）烈性噬菌体,:,是使宿主菌发生裂解的噬菌体，如,T,噬菌体。,吸附,细菌裂解,释放出子代噬菌体颗粒,细菌染色体降解,噬菌体,DNA,和蛋白质外壳包装成,子代噬菌体颗粒,(,二,),温和噬菌体,温和噬菌体侵入细菌后，不立即导致溶菌，这种现象称为溶源性。整合的噬