第六章細(xì)菌的遺傳分析

第六章細(xì)菌的遺傳分析

（3學(xué)時(shí)）廊坊師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院遺傳學(xué)教研室第一節(jié)細(xì)菌的細(xì)胞和基因組細(xì)菌的細(xì)胞CellWallCytoplasmCellMembraneBacteriaHaveCircularChromosomesTerminationofReplicationOriginofReplicationChromosome細(xì)菌染色體的復(fù)制第二節(jié)細(xì)菌的結(jié)合與染色體作圖一．大腸桿菌結(jié)合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1946年，J.Lederberg和E.Tatum大腸桿菌雜交試驗(yàn)：材料：大腸桿菌(Escherichiacoli)K12菌株的兩個(gè)營養(yǎng)缺陷型品系：品系A(chǔ)基因型:met-bio-thr+leu+thi+品系B基因型:met+bio+thr-leu-thi-.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。1950年B.Dawis的U型管試驗(yàn):濾片孔徑很小，可讓DNA、0.1μm的游離分子和更小的營養(yǎng)物通過，但細(xì)胞不能直接接觸。(結(jié)果沒有得到原養(yǎng)型細(xì)菌)Amet-bio-strs

×

加鏈霉素Bthr-leu-thi-strr

↓

基本培養(yǎng)基+str:出現(xiàn)菌落2結(jié)果得出結(jié)論:(1)E.coli有相當(dāng)于高等生物的性別?(2)E.coli的遺傳物質(zhì)是由♂→♀單向傳遞的。1.細(xì)菌“性別”的發(fā)現(xiàn)：W.Hayes的實(shí)驗(yàn)二．F因子與高頻重組Amet-bio-strr

×

加鏈霉素Bthr-leu-thi-strs

↓

基本培養(yǎng)基+str:沒出現(xiàn)菌落2.F因子及其轉(zhuǎn)移F因子、致育因子、F質(zhì)粒、性因子、附加體質(zhì)粒(plasmid):指任何染色體以外的穩(wěn)定遺傳的遺傳結(jié)構(gòu)。附加體(episome):在細(xì)胞中或以游離狀態(tài)或與染色體以相合狀態(tài)存在的可穩(wěn)定遺傳的遺傳結(jié)構(gòu),它的存在給細(xì)胞帶來一定的遺傳性狀，但它們的缺失并不會(huì)造成細(xì)胞的死亡。F因子的結(jié)構(gòu)配對(duì)區(qū)致育基因原點(diǎn)F+與F-的結(jié)合Hfr與F-的結(jié)合三．細(xì)菌重組的特點(diǎn)（1）基因重組發(fā)生在部分二倍體中（自然狀態(tài)下很難把供體基因全部轉(zhuǎn)移過來）。（2）奇數(shù)交換無效，偶數(shù)交換有效。（3）只出現(xiàn)一種重組子（雜交后代），真核生物出現(xiàn)四種雜交后代。（4）在F+×F-中，結(jié)果使F-變?yōu)镕+，很少發(fā)生基因重組（供體與受體之間）。（5）在Hfr×F-中，F(xiàn)-很少變成F+，基因重組頻率比較高。雜交后，育性基因沒有轉(zhuǎn)移。細(xì)菌重組的特點(diǎn)第三節(jié)中斷雜交與重組作圖一．中斷雜交實(shí)驗(yàn)原理基因從Hfr細(xì)胞按次序轉(zhuǎn)入F-細(xì)胞，可根據(jù)基因進(jìn)入F-細(xì)胞的時(shí)間和次序制作基因圖譜。Wollman和Jacob于1954年在大腸桿菌中曾進(jìn)行了以下雜交實(shí)驗(yàn)。中斷雜交實(shí)驗(yàn)二．中斷雜交作圖選出的thr+leu+strr重組中非選擇標(biāo)記與結(jié)合時(shí)間作圖根據(jù)中斷雜交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定基因間的圖距（單位為時(shí)間min）E.coli染色體為環(huán)形三.重組作圖在中斷雜交中，根據(jù)基因轉(zhuǎn)移的先后次序，以時(shí)間為單位求出各基因間的距離，叫做時(shí)間作圖法。如果基因間轉(zhuǎn)移的時(shí)間在兩分鐘以內(nèi)，用這種方法求得的基因間距離就不很精確可靠，它為重組作圖提供某些基因之間連鎖關(guān)系及其前后次序的依據(jù)。重組作圖是根據(jù)基因間重組率進(jìn)行定位的。例如根據(jù)中斷雜交試驗(yàn)知lac和ade基因是緊密連鎖的而且lac比ade先進(jìn)入受體。試驗(yàn)：Hfrlac+ade+strs×F-lae-ade-strr

lac—ade間重組率：=lac-ade++lac+ade+lac-ade+用時(shí)間單位法lac-ade的圖距是一分鐘，所以時(shí)間單位和重組值的關(guān)系大致是1min=20%重組值=20cM=20%第四節(jié)F’因子與性導(dǎo)一．F’因子二．性導(dǎo)性導(dǎo)在大腸桿菌的遺傳學(xué)研究中的作用(1)F`因子可自主復(fù)制；(2)形成部分二倍體可用作互補(bǔ)試驗(yàn)測定兩突變的關(guān)系；(3)確定部分二倍體中兩基因的顯隱關(guān)系；(4)利用兩基因的“共性導(dǎo)率作圖”。第五節(jié)細(xì)菌的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖一．細(xì)菌的轉(zhuǎn)化與遺傳作圖轉(zhuǎn)化：指外源DNA片段不經(jīng)中間媒介體直接進(jìn)入感受態(tài)細(xì)胞進(jìn)行基因重組形成重組體的過程。轉(zhuǎn)化子：通過轉(zhuǎn)化而形成的重組體。感受態(tài)細(xì)胞：能接受外源DNA分子并被轉(zhuǎn)化的細(xì)菌細(xì)胞。感受態(tài)因子：促進(jìn)轉(zhuǎn)化作用的酶或蛋白質(zhì)分子。轉(zhuǎn)化機(jī)制：轉(zhuǎn)化基因間關(guān)系及其確定（共轉(zhuǎn)化）DNA低濃度時(shí)，轉(zhuǎn)化頻率與轉(zhuǎn)化的DNA濃度呈正比關(guān)系DNA濃度下降比率A轉(zhuǎn)化率下降比率B轉(zhuǎn)化率下降比率A與B共轉(zhuǎn)化率下降比率A與B關(guān)系1/21/21/21/2連鎖1/21/21/21/4不連鎖Nester等用枯草桿菌進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：trp2+his+tyr1+×trp2-his-tyr1-二．細(xì)菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)與遺傳作圖LT22phe-trp-tyr-his+×LT2phe+trp+tyr+his-1、轉(zhuǎn)導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)1952年J.Lederberg，N.Zinder實(shí)驗(yàn)結(jié)果10-5頻率出現(xiàn)野生型菌株。（基本培養(yǎng)基）LT22菌液涂布在基本培養(yǎng)基上出現(xiàn)野生型菌落某種濾過因子將LT-2的基因傳遞給LT-22，后來的一系列實(shí)驗(yàn)證明該濾過因子為P22噬菌體。Lederber實(shí)驗(yàn)的解釋：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。轉(zhuǎn)導(dǎo)：以噬菌體作為媒介，把一個(gè)細(xì)菌（供體）的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移到另一細(xì)菌（受體），中進(jìn)行基因重組的過程叫轉(zhuǎn)導(dǎo)。轉(zhuǎn)導(dǎo)分為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)和局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)兩類。2、普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：供體細(xì)菌的任何一個(gè)基因都可能被轉(zhuǎn)移，且?guī)茁氏嗟龋@種轉(zhuǎn)導(dǎo)為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)。轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒：將細(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（不包含噬菌體的遺傳物質(zhì)）。轉(zhuǎn)導(dǎo)體：由轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒形成的具有重組遺傳結(jié)構(gòu)的細(xì)菌細(xì)胞叫做轉(zhuǎn)導(dǎo)體。共轉(zhuǎn)導(dǎo)（并發(fā)轉(zhuǎn)導(dǎo)）：兩個(gè)緊密連鎖的基因往往可以一起被轉(zhuǎn)導(dǎo)，這種結(jié)合轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象叫共轉(zhuǎn)導(dǎo)。應(yīng)用普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖例：P1→供體：thr+leu+azir×thr-leu-azis受體無leu

加azi

無thr

無leu無thrthr+leu+3%thr+azir

0%leu+azir50%leu+thr+2%加azi供體菌受體共轉(zhuǎn)率各種選擇性培養(yǎng)基轉(zhuǎn)導(dǎo)子基因型可確定基因排列：thr+—Leu+—azirP1供體菌：supC+trpA+pyrF+

↓

受體菌：supC-trpA-pyrF-↓轉(zhuǎn)導(dǎo)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）603基因順序是:supCtrpApyrF

如何用共轉(zhuǎn)導(dǎo)率判斷基因間的順序？supC-trpA=(36+114)/(36+114+453)=0.25trpA-pyrF=36/605=0.06supC-pyrF=36/605=0.06如果把三個(gè)基因中每兩個(gè)基因的共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率算出來，還可根據(jù)這一頻率推算出三個(gè)基因之間的物理距離：d=同一染色體上兩基因之間的物理距離L=轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA的平均長度（約為一噬菌體基因組大?。=兩個(gè)基因共轉(zhuǎn)導(dǎo)的頻率穩(wěn)定轉(zhuǎn)導(dǎo)與流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)：穩(wěn)定轉(zhuǎn)導(dǎo)：指外基因子重組到受體菌基因組中獲得能穩(wěn)定遺傳的轉(zhuǎn)導(dǎo)子。流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)：轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA進(jìn)入受體細(xì)胞后，不與受體基因組交換，也不進(jìn)行DNA復(fù)制，穩(wěn)定獨(dú)立存在于細(xì)胞中。使后代細(xì)胞中只有一個(gè)細(xì)胞具有轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA，其他細(xì)胞不含轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA，后代細(xì)胞發(fā)生分離。由于細(xì)菌不斷增殖，故該轉(zhuǎn)導(dǎo)類型的細(xì)菌所占比例越來越少，以至最終消失，故稱為流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)。3、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)概念：又稱專一性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specializedtransduction）是指噬菌體只把細(xì)菌基因組中特定部分的基因整合到自己的DNA中，然后轉(zhuǎn)移給受體細(xì)菌的過程。低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)：溶源性細(xì)菌中原噬菌體異常解離形成轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體（λdgal或λdbio）是缺陷噬菌體，感染gal-或bio-受體菌轉(zhuǎn)導(dǎo)子頻率很低，且轉(zhuǎn)導(dǎo)子還不能產(chǎn)生噬菌體顆粒，這種轉(zhuǎn)導(dǎo)叫低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)。高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)（High-feequencytransduction,HFT）：用雙重溶源菌作為轉(zhuǎn)導(dǎo)的供體而進(jìn)行的轉(zhuǎn)導(dǎo)，釋放出的轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體頻率比低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)高，可達(dá)到50%。雙重溶源菌：入噬菌體和轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體同時(shí)侵染寄主菌，同時(shí)進(jìn)入寄主菌體內(nèi)而形成的溶源菌。作業(yè)題1、供體菌株為Hfrarg-leu+aziSstrR，受體菌株F-arg+leu-aziRstrS。為了檢出和收集重組體F-arg+leu+aziR，應(yīng)用下列哪一種培養(yǎng)基可以完成這一任務(wù)，為什么其他的培養(yǎng)基不可以？（1）基本培養(yǎng)基加鏈霉素（2）基本培養(yǎng)基加疊氮化鈉和亮氨酸（3）基本培養(yǎng)基加疊氮化鈉（4）在選擇培養(yǎng)基中不加精氨酸和亮氨酸，加鏈霉素（5）基本培養(yǎng)基加鏈霉素和疊氮化鈉2.假定你證明對(duì)過去一個(gè)從未描述過的細(xì)菌種有遺傳重組，如使ab+菌株與a+b菌株混合培養(yǎng)，形成a+b+、ab的重組類型，試說明將采用哪種方式來確定這種重組是轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)還是接合的結(jié)果。3．在普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)中，供體大腸桿菌細(xì)胞的基因型是trpC+pyrF-trpA-，受體細(xì)胞的基因型是trpC-pyrF+trpA+。由P1噬菌體媒介轉(zhuǎn)導(dǎo)，對(duì)trpC+進(jìn)行選擇，用選擇的細(xì)胞進(jìn)一步檢查其他基因的轉(zhuǎn)導(dǎo)情況，得到以下的結(jié)果：基因型后代數(shù)目trpC+pyrF-trpA-274trpC+pyrF+trpA-279trpC+pyrF-trpA+2trpC+pyrF+trpA+46試問：（1）這3個(gè)基因的次序是什么？（2）trpC和pyrF以及trpC和trpA的合轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率是多少？（3）假定P1染色體長為10μm，這些基因之間的物理圖距是多少？4．由一個(gè)野生型菌株抽提DNA，用來轉(zhuǎn)化一個(gè)基因型為的突變型菌株。不