細(xì)菌遺傳分析

細(xì)菌遺傳分析第1頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二基本概念：1、轉(zhuǎn)化：從細(xì)菌培養(yǎng)物提取DNA可以在體外轉(zhuǎn)移到受體菌中，該過程稱為轉(zhuǎn)化。2、轉(zhuǎn)染：人工利用噬菌體進(jìn)行外源DNA的重組拼接，同時利用細(xì)菌對外源DNA的吸收過程，轉(zhuǎn)移目的基因的過程。供體DNA共培養(yǎng)+E.coliBE.coliB基因組細(xì)菌需具備感受態(tài)：氯化鈣和低溫處理第2頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二3、轉(zhuǎn)導(dǎo)：利用噬菌體感染細(xì)菌的特性，將外源DNA整合至噬菌體基因組，并隨噬菌體感染細(xì)菌過程，導(dǎo)入至受體細(xì)菌中的過程+噬菌體基因組大腸桿菌基因組4、性導(dǎo)：細(xì)菌之間通過有性接合，轉(zhuǎn)移遺傳因子的過程，是通過致育因子F因子介導(dǎo)將供體細(xì)菌DNA片段輸入到受體細(xì)菌中而形成一個部分二倍體的過程。第3頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二第一節(jié)細(xì)菌的細(xì)胞和染色體一細(xì)菌細(xì)胞大?。?-2m；繁殖方式：二裂式均等分裂，1代/20min。二細(xì)菌染色體

P156

表7-1

1結(jié)構(gòu):

環(huán)狀雙鏈DNA，單倍性，以折疊或螺旋狀態(tài)存在；

2大?。洪L約250-35000m(未螺旋)；

3復(fù)制方式：著膜式復(fù)制。

分裂特點：均等分裂，無基因重組。第4頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二第5頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二第6頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二第7頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二第8頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)大腸桿菌的突變型及篩選一細(xì)菌作遺傳研究材料的優(yōu)點

1

有許多營養(yǎng)缺陷型,且易于選擇和鑒定基本培養(yǎng)基

補(bǔ)充培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基2

生活周期短:繁殖快,積累代謝物質(zhì)多；3

繁殖快,數(shù)量大,易發(fā)現(xiàn)和鑒定突變型；4結(jié)構(gòu)簡單:DNA裸露,單倍性,利于基因精

細(xì)結(jié)構(gòu)和基因功能表達(dá)調(diào)控的研究第9頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二二細(xì)菌的突變型(一)合成代謝功能的突變型:（營養(yǎng)缺陷型）(二)分解代謝功能的突變型：(三)抗藥性突變型:

青霉素:penr,

pens

鏈霉素:strr,strs

penicillinStreptomycin抗性:resistance敏感:sensitive

（四）抗噬菌體突變型

T1噬菌體TonrTons

T2噬菌體TtorTtos第10頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二三突變型的篩選例如：營養(yǎng)缺陷型的篩選:u.v

野生型細(xì)菌完全培養(yǎng)基：影印培養(yǎng)基本培養(yǎng)基：補(bǔ)充培養(yǎng)基：氨基酸類維生素類系列氨基酸補(bǔ)充培養(yǎng)基：賴氨酸脯氨酸精氨酸….第11頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)細(xì)菌的接合與染色體作圖

一細(xì)菌的接合

１經(jīng)典的雜交實驗

1946年Lederberg;Tatum

品系A(chǔ)品系B

基因型:met-bio-thr+leu+thi+Xmet+bio+thr-leu-thi-↓↓↓

基本培養(yǎng)基:無菌落有10-7無菌落2出現(xiàn)野生型菌落的可能原因：回復(fù)突變；轉(zhuǎn)化；互養(yǎng)；細(xì)菌間發(fā)生了基因重組第12頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二3轉(zhuǎn)化、互養(yǎng)的排除—U型管試驗

無無結(jié)論:1:野生型不是轉(zhuǎn)化或互養(yǎng)產(chǎn)生的;2:兩菌株細(xì)胞的直接接觸對野生型的產(chǎn)生是必要的.

菌株AB菌株基本培養(yǎng)基證明：細(xì)菌發(fā)生了基因重組第13頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二二Ecoli性別的發(fā)現(xiàn)

1Hayes的實驗A:met-bio-thr+leu+thi+strs

X加鏈霉素B:

met+bio+thr-leu-thi-strr

↓

基本培養(yǎng)基:出現(xiàn)菌落

met-bio-thr+leu+thi+strr

X加鏈霉素

met+bio+thr-leu-thi-strs↓

無菌落出現(xiàn)

2結(jié)果得出結(jié)論:

(1)

Ecoli有相當(dāng)于高等生物的性別

(2)

Ecoli的遺傳物質(zhì)是由♂→♀單向傳遞的.♂♀第14頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二3F因子的發(fā)現(xiàn)１）Hayes實驗

品系A(chǔ)strs

♂↓突變品系Bstrr♀XAstrS突變型

“♂“↓↓加鏈霉素不育Astrr“♂”

XAstrs♂↓加鏈霉素品系Bstrr♀XAstrr♂

↓

重組體(-F)(F-)(+F)第15頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二２）Hayes的解釋（1）細(xì)菌是有性別的,細(xì)菌的性別是由性因子(F)

決定的,F+♂,F-♀（2）F因子可以自發(fā)地丟失或者得到,F+♂-Ｆ+Ｆ

F-♀（3）雜交時產(chǎn)生重組體,雙親之一必需是F+;

F+

XF-→

重組體質(zhì)粒:指任何染色體以外的遺傳結(jié)構(gòu)。附加體:

在細(xì)胞中或以游離狀態(tài)或與染色體相結(jié)合狀態(tài)存在的遺傳結(jié)構(gòu)。

第16頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二三Ｆ因子與高頻重組1F基因子的結(jié)構(gòu)２Ｆ因子的整合與切割

第17頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二3F因子狀態(tài)與遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移特點不能進(jìn)行極少轉(zhuǎn)移Ｆ因子,大量轉(zhuǎn)移細(xì)菌基因。轉(zhuǎn)移Ｆ因子，還轉(zhuǎn)移細(xì)菌個別基因。Ｆ因子狀態(tài)游離整合菌株類型Ｆ+FˊＨfr

Ｆ-菌株性別♂♀雜交類型Ｆ+ＸＦ-FˊＸＦ-ＨfrＸＦ-Ｆ-ＸＦ-

傳遞特點只轉(zhuǎn)移Ｆ因子不轉(zhuǎn)移細(xì)菌基因。第18頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二第19頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二4高頻重組菌株ＨfrHfr的Ｆ因子轉(zhuǎn)移特點:

(1)F整合后呈線狀；(2)轉(zhuǎn)移起點0位于中間；(3)先轉(zhuǎn)移F因子的一部分,F的后面部分最后轉(zhuǎn)移。第20頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二四細(xì)菌基因重組的特點１部分二倍體:指含有一個完整基因組和部分基因組的細(xì)胞.(半合子)

內(nèi)基因子:

外基因子:２細(xì)菌基因重組的特點:(1)細(xì)菌基因重組是在部分二倍體中進(jìn)行;(2)只有偶數(shù)交換才產(chǎn)生有活性的重組體;

(3)相反的重組體不出現(xiàn).第21頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二第四節(jié)中斷雜交與重組作圖一中斷雜交實驗作圖

1中斷雜交實驗

Hfrthr+leu+azirTonrlac+gal+strs

XF-thr-leu-azistonslac-gal-strr

選擇培養(yǎng)基9′11′18′25′

加str↓↓↓↓

無thr,leu

↓↓↓影印接種aziTonlacgal┆┆┆第22頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二

Hfr的未選擇性標(biāo)記基因進(jìn)入F-所需時間轉(zhuǎn)入時間轉(zhuǎn)移的Hfr基因出現(xiàn)在F-中的頻率（分鐘）

8`thr+(選擇性標(biāo)記)100%8.5`leu+(選擇性標(biāo)記)100%9`azir開始出現(xiàn)在F-11`tonr開始出現(xiàn)在F-azir已達(dá)30%18`lac+開始出現(xiàn)在F-azir達(dá)90%，tonr達(dá)75%25`gal+開始出現(xiàn)在F-azir達(dá)95%，tonr達(dá)80%lac+達(dá)30%

第23頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二第24頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二2中斷雜交實驗作圖原理A：

Hfr染色體上的基因是從某一點開始,以線性方式進(jìn)入Ｆ-的,B：離原點愈近的基因進(jìn)入Ｆ-愈早,出現(xiàn)在Ｆ-

中的比例愈大,反之,則愈小.

3中斷雜交作圖:指在HfrXF-雜交中,把接合中的細(xì)菌在不同時間取樣,攪拌中斷雜交,分析受體菌基因型,以Hfr基因出現(xiàn)在Ｆ-中的先后為順序,以轉(zhuǎn)移的時間(分鐘)為圖距單位進(jìn)行基因作圖的方法.

4作圖(原點)aziTonlacgalF09111825min第25頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二5Ecoli的染色體呈環(huán)狀P166表7-4幾個Hfr菌株的基因順序菌株轉(zhuǎn)移順序HfrHHfr1Hfr2Hfr3312

OthrprolacpurgalhisglythiOthrthiglyhisgalpurlacpro0prothrthiglyhisgalpurlac0purlacprothrthiglyhisgal0thithrprolacpurgalhisgly第26頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二1)不同的Hfr品系轉(zhuǎn)移的起始基因是不同的;

說明：Ｆ因子可以在不同的位點插入細(xì)菌染色體;2)與同一基因相鄰的基因是相同的;

說明：不同品系細(xì)菌的基因順序是相同的;3)Hfr基因可以兩個不同方向轉(zhuǎn)移基因進(jìn)入Ｆ-;4)一個Hfr轉(zhuǎn)移的起始基因是另一個Hfr最后轉(zhuǎn)移的基因說明：細(xì)菌的染色體是環(huán)狀的.thr

lac

his

galpurthipro2glyHfrH33121第27頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二二重組作圖(難點)１細(xì)菌的重組作圖的前提(1)

兩個基因緊密連鎖;(2)

兩個基因進(jìn)入受體菌的先后;

例：已知lac和ade緊密連鎖;lac+比ade+先進(jìn)入Ｆ-;２雜交、選擇、統(tǒng)計重組體Hfrlac+ade+strsXF-lac-ade-strr

選擇培養(yǎng)基加str,無adeＦ-ade+strr

伊紅美蘭培養(yǎng)基

紫紅色菌落ade+lac+粉紅色菌落ade+lac-

P167圖7-11B:lac+ade+A:lac+ade+

C:lac+ade+

F-lac+ade+親組合52

F-lac-ade+重組合15第28頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二3計算重組體重組值=重組菌落數(shù)/總菌落數(shù)X100%=(lac-ade+)/[(lac+ade+)+(lac-ade+)]X100%=15/(52+15)X100%≈20%

已知中斷雜交實驗該兩個基因相距1分鐘,

重組作圖與中斷雜交作圖的圖距關(guān)系:

1分鐘圖距≈20%重組值4Ecoli染色體全長：

90分鐘；含有：3.6X106bp20X90≈1800cM第29頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二第30頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二第五節(jié)F`因子與性導(dǎo)一F`因子與F`菌株

F`因子：指整合態(tài)的F因子從Hfr上錯誤切割下來，且?guī)в屑?xì)菌個別基因的F因子。

F`菌株：指帶有F`因子的細(xì)菌。二性導(dǎo):P168

指利用Ｆ因子將供體菌的基因?qū)胧荏w形成部分二倍體的過程。

HfrXF-→Hfr+F-F`X

F-

→F`+F`

1性導(dǎo)的特點:只能轉(zhuǎn)移Ｆ因子插入位點附近的基因。

2性導(dǎo)在遺傳分析中的應(yīng)用：(1)F`因子可自主復(fù)制；(2)性導(dǎo)所形成的部分二倍體可用作測定兩突變形間的互補(bǔ)試驗；(3)確定部分二倍體中兩基因的顯隱性；(4)利用兩基因的共性導(dǎo)率作圖.第31頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二第32頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二第六節(jié)轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖

一細(xì)菌的轉(zhuǎn)化與作圖（一）轉(zhuǎn)化：指外源DNA片斷不經(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.

（二）轉(zhuǎn)化作圖

1轉(zhuǎn)化作圖的條件:2轉(zhuǎn)化基因間關(guān)系及其確定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不連鎖第33頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二2轉(zhuǎn)化基因間重組值的計算

轉(zhuǎn)化子數(shù)(重組體數(shù))

親組合數(shù)+轉(zhuǎn)化子數(shù)例:供體

trp2+his2+tyr1+trp2-his2-tyr1-

P170

表7-4的重組值

trp2—his2的重組值=34%trp2—tyr1的重組值=40%his2—tyr1的重組值=13%根據(jù)重組值作圖：

trp234

his213tyr1重組值=

=

(+-)+(-+)(++)+(+-)+(-+)

第34頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二二轉(zhuǎn)導(dǎo)與作圖

(一)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與作圖

1普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：

(1)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的機(jī)制

(2)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)特點:2普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖

(1)

作圖原理:兩基因的共轉(zhuǎn)率愈大相距愈近，反之則愈遠(yuǎn)

(2）雙因子轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖

例如：確定abc三個基因在染色體上的順序，分別測定a-b、a-c、b-c的共轉(zhuǎn)導(dǎo)率；如果：a-b的共導(dǎo)率最大，a-c較大，而b-c的最小，則順序為：bac第35頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二第36頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二(2)兩點法基因順序的確定(1)雜交測定三個共轉(zhuǎn)率:例：P1→供體thr+leu+azirX

受體thr-leu-azis轉(zhuǎn)導(dǎo)子基因型共轉(zhuǎn)率leu+azir50%leu+thr+2%thr+leu+3%thr+azir0%

基因可能順序

thrazileu或thrleuazi基因順序是:thrleuazi2）三因子轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖第37頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二2）三因子轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖

例：P1→供體

thr+leu+azirX

受體thr-leu-azis

各種選擇性培養(yǎng)基轉(zhuǎn)導(dǎo)子基因型共轉(zhuǎn)率

P1+供體菌受體

leu

加azi加azi

無thr

無leu無thrthr+leu+3%thr+azir

0%leu+azir50%leu+thr+2%第38頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二(2)中間位點法

供體菌：supC+trpA+pyrF+

X受體菌：supC-trpA-pyrF-