第五章：细菌的遗传研究1

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,*,Chapter,7,细菌的遗传分析,1,细菌在遗传学研究中的地位,细菌的遗传与作图,本章主要内容,2,第一节,细菌,在,遗传,学,研究,中,的,地位,一、细菌的生物学特征,二、,细菌在遗传研究中的优越性,3,一、细菌的生物学特征,细菌,属于原核生物，没有明显的细胞核，不进行减数分裂。细菌的染色体是,一个裸露,的,DNA,分子，比较容易接受带有相同或不同物种的基因或,DNA,片段的插入。,研究细菌遗传的方法：,主要是对细菌菌落形态的遗传研究,(,如,图,，霉菌菌落,),4,霉菌菌落,5,大肠杆菌,6,一、细菌的生物学特征,常见的突变：,菌落,形态性状,的突变包括：,菌落的形状、颜色和大小等。,合成代谢,功能的突变包括：,丧失合成某种营养物质能力的,营养缺陷型,（如氨基酸、维生素、嘧啶和嘌呤等）。,分解代谢,功能的突变型：,不能将糖类、氨基酸或脂肪酸等降解，如,Lac,-,突变型不能分解乳糖。,抗性,突变包括：,抗药性或抗感染性。,7,三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性,世代周期短，繁殖世代所需时间短,易于操作管理和进行化学分析,(,纯培养与代谢产物累积,),便于研究基因的突变,(,表现与选择,),便于研究基因的作用,(,突变型生长条件与基因作用,),便于研究基因的重组,(,重组群体大、选择方法简便有效,),遗传物质比较简单，可作为研究高等生物的简单模型,8,第二节,细菌的遗传,与作图,一、转化,二、接合,三、性导,四、重组,五、转导,9,一、转化(transformation,),定义：某一基因型的,细胞,从周围介质中吸收来自另一基因型的,DNA,而使它的基因型和表型发生相应变化的现象。,分为,自然,转化和,工程,转化,10,细菌转化过程,11,DAN,吸入,联会,偶数次的交换,转化子,非转化子,复制,12,判断转化的基因是否连锁？,1,、直接观察,转化率,：如果,x,+,和,y,+,两个基因在供体染色体上相距很远，那么,x,+,y,+,共转化,的机率是用每个基因单独各转化一次所得到的转化子的概率的,乘积,；如果两个基因非常近，以至于它们通常位于相同的,DNA,片段上，那么获得共转化的频率与用单个基因转化的频率是,相近,的。,2,、观察当,DNA,浓度降低,时转化频率的,改变,：如果当,DNA,浓度降低时，,AB,共转化频率的下降和,A,或,B,转化频率的下降程度,相同,，则说明,A,和,B,是,连锁,的；如果,AB,转化频率的下降将远远超过,A,或,B,转化频率的下降程度，则说明,A,和,B,是不连锁的。,13,*,(,三,),、共同转化与遗传图谱绘制,利用,共同转化,绘制细菌连锁遗传图谱的基本原理,相邻,基因发生,共同转化的概率,与两者间的,距离,成,正向,关系，基因间距离越,近,，发生共同转化的频率越,高,，反之越低。,共转化作图的依据：测定两基因共同转化的,频率,来指示基因间的,相对距离,。,14,*,(,三,),、共同转化与遗传图谱绘制,色氨酸、组氨酸、酪氨酸,15,二、接合,(,一,),、接合现象的发现和证实,(,二,),、,F,因子及其在杂交中的行为,*,(,三,),、,中断杂交试验作图,16,(,一,),、接合现象的发现和证实,材料：,大肠杆菌,K,12,菌株的两个营养缺陷型品系：,A,：,met,-,bio,-,thr,+,leu,+,thi,+,；,B,：,met,+,bio,+,thr,-,leu,-,thi,-,。,方法：,将,A,、,B,混和，在基本培养基,(,固体,),上涂布培养。,结果：,平板上长出,原养型菌落,(+),。,17,原养型菌落可能产生的原因,亲本细菌,A,或,B,发生了,回复突变,；,两品系细胞通过培养基交换养料,互养作用；,两品系间发生了,转化作用,；,发生细胞融合，形成了,异核体或杂合二倍体,。,18,*,互养作用,及其排除,试验材料：,A,品系：,A,-,B,+,T,1,S,(met,-,bio,-,thr,+,leu,+,thi,+,T,1,S,),B,品系：,A,+,B,-,T,1,R,(met,+,bio,+,thr,-,leu,-,thi,-,T,1,R,),试验方法：,将,A,、,B,品系混合接种在基本培养基表面,.,短时间后喷,T,1,杀死,A,品系，使其不能持续产生,thr,、,leu,、,thi,供,B,品系生长,.,结果与结论：,仍然出现原养型菌落,.,互养并非前述原养型菌落出现的原因，而可能发生了,遗传重组,.,19,*转化作用,及其排除,Lederbery,和,Tatum,曾把品系,A,的培养液经,加热,后，加入到,B,品系的培养物中，,未,得到原养型菌落；表明原养型菌落可能,不是由转化作用产生,.,戴维斯,(,Dawis,1950),的,U,型管,试验,.,结果：,没有,得到原养型细菌,.,结论：细胞,直接接触,是原养型细菌产生的必要条件,.,20,戴维斯,(,Dawis,1950),的,U,型管试验,21,*异核体和杂合二倍体,的可能性,异核体,指由于细胞融合而在细胞内含有遗传组成不同的两份或多份遗传物质（细胞核）,双杂合二倍体,则是异核体进一步发生核融合，形成二倍体细胞核，核内含有两种遗传物质,.,但细菌为单倍配子体生物，异核体和二倍体只能暂时存在，继续培养将发生分离,.,发生了一种不同于转化的遗传重组方式，称之为,接合,。,22,Hayes,做的实验：,原理：,高,剂量的,链霉素,处理菌株，并,不杀死,细菌，只是,阻止,细菌细胞,分裂,，因此处理后的菌,不会形成菌落,。,处理,A+,未处理的,B,有,菌落,未处理的,A+,处理,B,无,菌落,表明：两菌株在杂交中的作用不同，一个是,供体,A,，另一个是,受体,B,，即遗传物质,只能,由,A,传递给,B,。,遗传物质的转移是,单向,的,23,(,一,),、接合现象的发现和证实,接合,(conjugation),：,遗传物质,从供体,(donor)(“,雄性”,),转移到,受体,(receptor)(“,雌性”,),的重组过程。,指通过细胞的,直接接触,，遗传物质从供体,单向,转移到受体的过程。,供体,受体,24,(,二,),、,F,因子及其在杂交中的行为,1.F,因子：,F,因子的定义：,又称性因子或致育因子，是存在于染色体外，能独立增殖的共价闭合环状双链,DNA,分子,.,F,因子的化学本质是,DNA,，,可以自主状态存在于细胞质中或整合到细菌的染色体上。,F,因子可以在细菌细胞间进行转移并传递遗传物质。,25,2,、,F,因子的结构,26,F,因子的存在状态,27,F+,细菌和,F-,细菌接合,(,二,),、,F,因子及其在杂交中的行为,28,(,二,),、,F,因子及其在杂交中的行为,29,部分二倍体中的单交换,(,二,),、,F,因子及其在杂交中的行为,30,部分二倍体中的双交换,(,二,),、,F,因子及其在杂交中的行为,31,接合重组的特点,1,、,形成,部分二倍体,（,partial diploid,）,或部 分合子（,merozygote,）,.,2,、,只有,偶数次交换,才能产生平衡的重组子,。,3,、相反,的重组子不会出现。,32,(,三,),、用中断杂交试验作染色体连锁图,中断杂交技术,:,根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图谱的技术,.,中断杂交试验，,把,Hfr,菌株与,F,-,菌株混合在一起进行杂交培养。,Hfr,菌株,:,str,s,thr,+,leu,+,azi,r,tonA,r,gal,+,lac,+,F,-,菌株：,str,r,thr,-,leu,-,azi,s,tonA,s,gal,-,lac,-,33,(,三,),、用中断杂交试验作染色体连锁图,8.5,9,11,18,34,(,三,),、用中断杂交试验作染色体连锁图,35,O,起点,0,5,10,15,20,25,30 min,azi,ton,lac,gal,F,36,菌 株,基因转移顺序,Hfr,H,O,thr,pro,lac,pur,gal his,gly,thi,Hfr,1,O,thr,thi,gly,his gal,pur,lac,pro,Hfr,2,O pro,thr,thi,gly,his gal,pur,lac,Hfr,3,O,pur,lac,pro,thr,thi,gly,his gal,Hfr,312,O,thi,thr,pro,lac,pur,gal his,gly,1,）,5,个菌株转移的基因是相同的,2,）基因排列顺序不同，但有规律可循,.,37,1,312,thr,pro,lac,pur,gal,his,gly,thi,H,2,3,38,三、性导与F,因子,39,F,因子,三、性导与F,因子,40,三、性导与F,因子,F,因子,特点：,1,）携带细菌基因，本身基因不减少。,2,）携带不同长度的细菌,DNA,3,）与,F,+,一样具有感染性，能使,F,-,变成,F,+,性导,是指接合时由,F,因子所携带的外源,DNA,整合到细菌染色体的过程。,41,三、性导与F,因子,雅科等发现一个,特殊,的,Hfr,菌株能把,lac,+,等位基因高频率地转移到,F,-,lac,-,受体，分析产生的原因？,F,因子携带,lac,+,基因进入受体细胞后会发生哪些行为？,1,）在,lac,位点成为,部分二倍体,，,Flac,+,/lac,-,，,它的表现型是,lac,+,。,部分二倍体,Flac,+,/lac,-,不稳定，,F,因子可能丢失，产生,lac,-,单倍体；,2,）在,F,和染色体间重组产生稳定的,lac,+,。,42,三、性导与F,因子,由性导产生的部分二倍体的作用：,1,）确定等位基因,显隐性,关系,2,）每个,F,因子携带不同的大肠杆菌的基因，包括全部染色体基因，因此，,并发性导,是建立遗传图的另一手段，即两个位点必须密切相连才能处在同一个,F,因子上。这样通过两个位点间重组频率的计算就可以获得每个片段的连锁群。,43,四、重组作图,制图关键,：,每个基因必须以相等的机会被转移，这时的重组率才能反映相关基因间的距离。,44,四、重组作图,例题,:,Hfr,lac,+,ade,+,str,s,lac,-,ade,-,str,r,F,-,混合培养,60,分钟，在含,链霉素的基本培养基,上筛选重组子菌落,ade,+,str,r,并将该菌落影印到加有曙红和美蓝的培养基上。（已知,ade,在,lac,之后进入受体菌的）,1,）,紫红色的,lac,+,ade,+,2),粉红色的,lac,-,ade,+,占,22%,45,四、重组作图,46,四、重组作图,重组值,100%,Rf(lac-ade,),22,47,48,1,、烈性噬菌体,2,、温和噬菌体,3,、转导,五、转导,49,1,、烈性噬菌体,50,1,、烈性噬菌体,51,2,、温和噬菌体,52,原噬菌体,2,、温和噬菌体,53,3,、噬菌体的转导,转导,:,指以噬菌体为媒介，将细菌的小片断染色体或基因从一个细菌转移到另一细菌的过程,。,(,动画,),54,转导,3,、噬菌体的转导,back,55,4,、,普遍性转导,普遍性转导：,指有一类噬菌体可以转移细菌染色体的很多不同部分，所以称为,普遍性转导,。,如噬菌体,P22,可以转导沙门氏菌染色体组的任何不同的部分。,56,4,、,普遍性转导,57,4,、,普遍性转导,转导颗粒：,P22,侵染细菌后，细菌染色体断裂成片段，在形成噬菌体颗粒时，偶尔错误地把细菌染色体片段包装在噬菌体蛋白质外壳内，其中并不包含有噬菌体的遗传物质，这种假噬菌体称为,转导颗粒。,转导子：,由于决定噬菌体感染细菌的能力是噬菌体的外壳蛋白质，所以转导颗粒可以吸附到细菌上，并将它的内含物注入受体细菌后，形成,部分二倍体,，导入的基因经过重组，整合到宿主的染色体上，形成,转导子,。,58,4,、,普遍性转导,例题,:,利用部分