7第七章 細菌遺傳學(xué)

第七章細菌和噬菌體的重組和連鎖

本章要點細菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性；轉(zhuǎn)化、接合、性導(dǎo)與轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念與根本原理；F-菌株、F+菌株、Hfr菌株；中斷雜交作圖F因子、F′因子；溫和噬菌體、烈性噬菌體；原噬菌體、溶源性細菌與溶源性生活周期。精選課件原核細胞與真核細胞的區(qū)別區(qū)別原核細胞真核細胞大小1~10μm10~100μm細胞核無核膜有雙層的核膜染色體環(huán)狀DNA分子線性DNA分子一個基因連鎖群2個以上基因連鎖群DNA裸露或結(jié)合少量蛋白質(zhì)DNA同組蛋白和非組蛋白結(jié)合DNA序列無或很少有重復(fù)序列有重復(fù)序列基因表達RNA和蛋白質(zhì)在同一區(qū)間合成RNA在核中合成和加工；蛋白質(zhì)在細胞質(zhì)中合成細胞增殖的方式直接分裂〔無絲分裂〕以有絲分裂為主內(nèi)膜無獨立的內(nèi)膜有，分化成各種細胞器鞭毛構(gòu)成鞭毛蛋白微管蛋白核糖體70S〔50S+30S〕80S〔60S+40S〕細胞壁肽聚糖、蛋白質(zhì)、脂多糖、脂蛋白纖維素〔植物細胞〕精選課件圖：細菌染色體的著膜復(fù)制精選課件第七章細菌和噬菌體的重組和連鎖連鎖與交換，真菌的遺傳學(xué)分析減數(shù)分裂和別離的關(guān)系交叉和重組的關(guān)系真核類生物的基因傳遞方式細菌原核生物噬菌體病毒遺傳物質(zhì)如何傳遞的？精選課件主要內(nèi)容第一節(jié)細菌和病毒的一些特點第二節(jié)細菌的遺傳分析〔重點〕第三節(jié)噬菌體的遺傳分析精選課件第一節(jié)細菌和病毒的一些特點一、細菌和病毒〔一〕細菌細胞細菌的結(jié)構(gòu)細菌的生物學(xué)特征精選課件細菌的生物學(xué)特征細菌是單細胞生物，完成每個世代只需20分鐘，而且容易得到它的生化突變型，它不僅在醫(yī)學(xué)上和農(nóng)業(yè)上重要，而且從進化角度上也是異常成功的，因為它占據(jù)地球上大局部的角落。研究細菌遺傳的方法：主要是對細菌菌落形態(tài)的遺傳研究(如圖，霉菌菌落)精選課件霉菌菌落大腸桿菌〔E.coli〕精選課件細菌的生物學(xué)特征原那么上說，培養(yǎng)皿中每個細菌長成的菌落應(yīng)具有共同的遺傳組成，但是由于偶然發(fā)生的突變：形態(tài)性狀的突變，生理特性的突變或抗性的突變，而使這些突變后的細菌所形成的菌落與其他的菌落有所不同。菌落形態(tài)性狀的突變包括：菌落的形狀、顏色和大小等。生理特性的突變包括：喪失合成某種營養(yǎng)物質(zhì)能力的營養(yǎng)缺陷型?？剐酝蛔儼ǎ嚎顾幮曰蚩垢腥拘?。精選課件一、細菌和病毒

〔二〕病毒

非細胞形態(tài)的生命病毒的生物學(xué)特征病毒是比細菌更為簡單的生物，它們也只有一條染色體，即單倍體。有些病毒的染色體是DNA，還有一些病毒是RNA。精選課件病毒的生物學(xué)特征病毒主要是由蛋白質(zhì)外殼及其包被的y一種核酸所組成的顆粒。病毒可根據(jù)宿主(動物、植物、細菌)或遺傳物質(zhì)(DNA或RNA)來分類。細菌病毒(Bacterialphage)，稱為噬菌體(phage)，是目前經(jīng)過廣泛研究，了解比較清楚的一種病毒。精選課件細菌病毒(Bacterialphage)

噬菌體(phage)的結(jié)構(gòu)頭部頸部外鞘尾絲精選課件T4噬菌體精選課件皰疹病毒

精選課件人類天花病毒

〔圖中深染的顆粒〕精選課件病毒衣殼的排列方式病毒衣殼的排列方式精選課件二、細菌和病毒是遺傳學(xué)研究的好材料〔1〕結(jié)構(gòu)簡單。繁殖力強，世代時間短，容易人工培養(yǎng)。便于研究基因的作用；〔2〕容易篩選營養(yǎng)缺陷型,研究基因的作用(突變型生長條件與基因作用)。〔3〕便于研究基因的突變,容易篩選不同的突變型?！?〕便于研究基因精細結(jié)構(gòu)研究基因的重組(重組群體大、選擇方法簡便有效)?！?〕便于研究基因表達調(diào)節(jié)。遺傳物質(zhì)比較簡單，可作為研究高等生物的簡單模型精選課件二、細菌和病毒是遺傳學(xué)研究的好材料同時：微生物的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大、成就突出(微生物工程)；在遺傳工程(包括動植物)中，作為重要研究材料、工具，也具有決定性作用。細菌和病毒作為遺傳研究材料具有獨特優(yōu)勢，了解微生物遺傳研究有助于理解多年來分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)理論開展。精選課件細菌和病毒的擬有性過程雖然細菌和病毒不具備象真核生物配子進行融合的有性過程，但它們的遺傳物質(zhì)也能從一個細胞傳遞到另一個細胞，并且也能形成重組體。無性生殖1946年萊德伯格和塔特姆發(fā)現(xiàn)在細菌之間可以通過接合轉(zhuǎn)移遺傳物質(zhì)〔有性過程〕。精選課件細菌和病毒的擬有性過程細菌獲取外源遺傳物質(zhì)有四種不同的方式：轉(zhuǎn)化，接合，性導(dǎo)和轉(zhuǎn)導(dǎo)。當(dāng)一個細菌被一個以上的病毒粒子所侵染時，噬菌體也能在細菌體內(nèi)交換遺傳物質(zhì)。如果兩個噬菌體屬于不同品系，它們之間可以發(fā)生遺傳物質(zhì)的局部交換(重組)。下面將表達細菌和噬菌體遺傳物質(zhì)的交換過程，并且將利用這些方法作出細菌和噬菌體的染色體圖。精選課件三、細菌遺傳的實驗研究方法*(一)細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度)(二)建立純系的方法(三)選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型(四)突變型與重組型的批量篩選方法精選課件細菌培養(yǎng)精選課件(一)細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度)培養(yǎng)物中微生物計數(shù)方法是微生物學(xué)的根本實驗技術(shù)，其根本思路是：對原培養(yǎng)物進行連續(xù)稀釋；進行平板涂抹培養(yǎng)；由于每個細胞形成一個菌落，計數(shù)菌落數(shù)；根據(jù)稀釋倍數(shù)計算原培養(yǎng)物中的細胞濃度。精選課件細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度)精選課件(二)建立純系的方法——純培養(yǎng)挑取由單個細胞繁殖而來的菌落進行培養(yǎng)就可以獲得由一個細胞繁殖而來的純系。通常采用平板外表涂布法或劃線法可以獲得單菌落。這種方法獲得的純系，稱為“菌種純〞。有時采用顯微操縱器進行菌絲尖端切割等方法從單個細胞直接培養(yǎng)建立純系。采用這種方法獲得的純系稱為“菌株純〞。精選課件建立純系的方法

——純培養(yǎng)精選課件(三)選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型許多細菌的突變都與培養(yǎng)基營養(yǎng)成分及培養(yǎng)條件有關(guān)。營養(yǎng)缺陷型的篩選、鑒定：選擇培養(yǎng)法是根據(jù)菌株在根本培養(yǎng)基和營養(yǎng)培養(yǎng)基上的生長表現(xiàn)將菌株分為原養(yǎng)型(也稱為原生營養(yǎng)型)與營養(yǎng)缺陷型(在根本培養(yǎng)基上不能正常生長，只能在相應(yīng)的營養(yǎng)培養(yǎng)基上生長)。營養(yǎng)突變型的篩選、鑒定方法與紅色面包霉生化突變型的鑒定方法根本一致。精選課件(三)選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型許多細菌的突變都與培養(yǎng)基營養(yǎng)成分及培養(yǎng)條件有關(guān)。其它突變類型的篩選、鑒定：對于其它的突變類型(如溫度敏感型)，也可以通過培養(yǎng)條件的選擇培養(yǎng)來篩選與鑒定。精選課件(四)突變型與重組型的批量篩選方法選擇培養(yǎng)法一次可鑒定、篩選一種突變型，但要檢測別離含有多種突變型的混和菌株，僅采用選擇培養(yǎng)法要進行屢次試驗才能夠到達目的、效率太低。高效檢測、別離混和群體用影印培養(yǎng)法精選課件(四)突變型與重組型的批量篩選方法為高效檢測、別離混和群體中不同突變型，黎德伯格夫婦設(shè)計了影印培養(yǎng)法。該方法原理與選擇培養(yǎng)法一致，但是采用影印法將在完全培養(yǎng)基上單菌落同時接種到不同選擇培養(yǎng)基上同時對所有菌落進行選擇培養(yǎng)，鑒定效率大大提高。精選課件(四)突變型與重組型的批量篩選方法注意：(1)最初的培養(yǎng)基必須是非選擇性的，即各種突變型都能夠在其上生長；(2)必須采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄈ缤坎蓟騽澗€法，以使培養(yǎng)物菌落之間要分開。精選課件第二節(jié)細菌的遺傳重組

1、接合：是指通過細胞的直接接觸，遺傳信息從供體單向轉(zhuǎn)移到受體的過程。2、性導(dǎo)：是指接合時由F′因子所攜帶的外源DNA整合到細菌染色體的過程。3、轉(zhuǎn)化：某一基因型的細胞從周圍介質(zhì)中吸收來自另一基因型的DNA而使它的基因型和表現(xiàn)型發(fā)生相應(yīng)變化的現(xiàn)象。

轉(zhuǎn)導(dǎo)是指以噬菌體為媒介所進行的細菌遺傳物質(zhì)的重組過程。精選課件第二節(jié)細菌的遺傳分析一、細菌染色體細菌染色體大多為裸露的環(huán)狀閉合DNA雙鏈，沒有組蛋白和其他蛋白質(zhì)結(jié)合，也不形成核小體結(jié)構(gòu)?！策@種結(jié)構(gòu)有利于外源DNA的插入?！臣毦旧w1000um細菌直徑0.5-5um精選課件圖：大腸桿菌染色體的根本結(jié)構(gòu)特征精選課件二、E.coli基因組概況E.coli的染色體為閉合雙鏈環(huán)狀DNA，長約1333um.2001年10月15日完成了E.coliK12菌株的基因組全序列測定?？偣?639221bp，4279個蛋白質(zhì)編碼基因，115個編碼rRNA和tRNA的基因?！睪enBank編號:U00096〕精選課件三、細菌的雜交——接合

A接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實BF因子及其在雜交中的行為C中斷雜交試驗作圖精選課件三、細菌的雜交A接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實1946年萊德伯格(Lederberg,J.)和塔特姆(Tatum)發(fā)現(xiàn)在細菌之間可以通過接合〔conjugation〕轉(zhuǎn)移遺傳物質(zhì)。細菌接合是指通過細胞的直接接觸，遺傳信息從供體單向轉(zhuǎn)移到受體的過程。精選課件三、細菌的雜交

A接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實他們選用兩個E.coliK12多重突變品系：A—甲硫氨酸缺陷型met-和生物素缺陷型bio-B—蘇氨酸缺陷型thr-和亮氨酸缺陷型leu-A品系：met－bio－thi＋leu＋thr＋(硫胺素〕B品系：met＋bio＋thi－leu－thr－精選課件細菌的雜交將A品系、B品系分別接種于根本培養(yǎng)基上都不能生長。假設(shè)將A、B混和后，經(jīng)離心洗滌，除去完全培養(yǎng)基，再制成懸液以對照組相同的濃度接種于根本培養(yǎng)基(固體)，涂布培養(yǎng)。結(jié)果：平板上長出野生型/原養(yǎng)型菌落(++++)，其出現(xiàn)的頻率為10－7。精選課件圖細菌的雜交1根本培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基10-7根本培養(yǎng)基根本培養(yǎng)基精選課件萊德伯格(Lederberg,J.)和塔特姆(Tatum)

細菌的雜交圖1’精選課件幾種可能解釋及其分析對上述試驗結(jié)果原養(yǎng)型菌落可能產(chǎn)生于：親本細菌A或B發(fā)生了回復(fù)突變；(X)兩品系細胞通過培養(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)生細胞融合，形成了異核體或雜合二倍體。(X)精選課件三、細菌的雜交

A接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實為了驗證這些原養(yǎng)型菌落產(chǎn)生的可能，設(shè)計了很多試驗。其中：野生型的出現(xiàn)是由于營養(yǎng)上的互補還是由于雜交引起了遺傳物質(zhì)的交換？1950年戴維斯〔B.D.Davis〕設(shè)計了U形管實驗。精選課件菌株A菌株BU形管實驗：

在U形管中培養(yǎng)一定時間后，再測定每一臂的細菌，沒有一個能在根本培養(yǎng)基上生長。細菌不能通過，培養(yǎng)液和營養(yǎng)物質(zhì)能通過過濾器精選課件細菌的雜交實驗說明了菌株通過接觸以后，就象高等生物的有性生殖一樣，發(fā)生了雜交，遺傳物質(zhì)有了交換，產(chǎn)生了野生型met+bio+thi＋leu＋thr＋，即原養(yǎng)型菌落。說明在Lederbery和Tatum及其它類似試驗中，細菌發(fā)生了某種的遺傳重組方式，稱之為接合。所以，接合是指通過細胞的直接接觸，遺傳信息從供體單向轉(zhuǎn)移到受體的過程。

精選課件

細菌的雜交

B：F因子及其在雜交中的行為

四、單向轉(zhuǎn)移與F因子1952年海斯〔W.Hayes〕在重復(fù)細菌雜交(AxB)實驗之前，分別用高劑量的鏈霉素來處理A品系和B品系:

鏈霉素處理A品系xB品系有雜交

鏈霉素處理B品系xA品系沒有雜交發(fā)生精選課件Hayes(1952)研究說明大腸桿菌兩個品系在雜交的過程中作用是不相同的，兩種不同菌株(品系)接合過程中遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移是單向的；意味著兩個親本在雜交中有供體和受體之分，相當(dāng)于雄性和雌性。精選課件接合(conjugation)：——遺傳物質(zhì)從供體(donor)(“雄性〞)轉(zhuǎn)移到受體(receptor)(“雌性〞)的重組過程。接合管精選課件B、F因子及其在雜交中的行為F因子/致育因子/性因子Hayes等進一步研究發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌在接合中作供體的能力受細胞內(nèi)一種致育因子(F因子,fertilityfactor;性因子sexfactor)控制。攜帶F因子的菌株稱供體菌或雄性，用F+表示，沒有F因子的菌株稱為雌性，用F-表示。

精選課件F因子后來發(fā)現(xiàn)：供體和受體的區(qū)別是由于一種可轉(zhuǎn)移的因子引起的。F因子可以在細菌細胞間進行轉(zhuǎn)移并傳遞遺傳物質(zhì)。F因子的化學(xué)本質(zhì)是DNA，可以自主狀態(tài)存在于細胞質(zhì)中或整合到細菌的染色體上。精選課件F因子及其在雜交中的行為當(dāng)F+細菌和F-細菌接合時(F+×F-)，F(xiàn)因子的新拷貝能在接合過程中轉(zhuǎn)移到F-細胞中去，使F-細胞轉(zhuǎn)變成F+細胞，在接合管形成后，F(xiàn)因子DNA雙鏈之一被切斷，從斷端轉(zhuǎn)移到F-細胞，在那里發(fā)生DNA復(fù)制。當(dāng)F因子復(fù)制完成后，F(xiàn)-變成F+(圖〕。精選課件圖1、F＋×F－的雜交后代皆為F＋精選課件圖1’

F＋×F－的雜交后代皆為F＋精選課件總之：F因子是一種質(zhì)?！瞤lasmid〕由共價環(huán)狀閉合DNA雙鏈構(gòu)成，全長94.5Kb。〔1〕有F因子的細菌稱為F＋，細菌增殖時可把F因子傳遞給后代；〔2〕沒有F因子的細菌稱為F－，F(xiàn)＋細菌經(jīng)吖啶橙處理而喪失，成為F－。F因子一經(jīng)喪失，細胞中便不再出現(xiàn)；〔3〕F＋可以和F－雜交，而不能和F＋雜交；〔4〕F＋×F－的雜交后代皆為F＋，而且可以10－7頻率獲得重組體后代。精選課件F因子的存在狀態(tài)以大腸桿菌為例，F(xiàn)因子能夠以三種狀態(tài)存在：沒有F因子，即F-；包含一個自由狀態(tài)的F因子，即F+；包含一個整合到自己染色體組內(nèi)的F因子，即Hfr(如圖)。精選課件圖、F因子的存在狀態(tài)精選課件圖F因子的整合形成高頻重組菌株Hfr精選課件有一類菌株，與F-雜交時，出現(xiàn)重組子的頻率很高，幾乎比F+xF-雜交高一千倍，這種新的菌株叫做高頻重組菌株,Hfr菌株。Hfr實際上是由于F因子整合到細菌的染色體上，具有較高頻率的重組能力。但在HfrXF－雜交中，F(xiàn)－細菌很少轉(zhuǎn)變?yōu)镕+。高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)：HfrxF-五、高頻重組菌株Hfr精選課件Hfr×F-接合時，F(xiàn)-細菌很少轉(zhuǎn)變成Hfr當(dāng)Hfr×F-接合時，F(xiàn)-細菌很少轉(zhuǎn)變成Hfr，這是因為當(dāng)Hfr與F-接合時，整合的F-DNA從一端被內(nèi)切酶切成單鏈切口，細菌染色體由這一小段單鏈的F因子作為前導(dǎo)轉(zhuǎn)移到F-受體，一邊進入一邊合成，在大多數(shù)情況下，只有一小局部細菌染色體轉(zhuǎn)移，接合即出現(xiàn)中斷，受體細胞仍保持為F-，因為F因子仍留在供體內(nèi)。精選課件圖

高頻轉(zhuǎn)導(dǎo)：HfrxF-精選課件大腸桿菌Hfr的形成及其染色體向F-細胞的轉(zhuǎn)移圖解精選課件圖Hfr的形成，很少情況下F-細菌轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)化為F+精選課件Hfr品系與F＋菌株相同1、都能和F－雜交。2、雜交都要通過接合管和受體菌相聯(lián)接。3、高劑量鏈霉素處理后都不影響雜交，說明它們都是作為一種供體。不同1、產(chǎn)生重組子頻率不同，Hfr×F－10－4，F(xiàn)＋×F－10－7。2、F＋×F－后代F＋，Hfr×F－后代F－。3、F＋細菌經(jīng)吖啶橙處理變成F－，Hfr經(jīng)吖啶橙處理仍為Hfr。精選課件F因子及其在雜交中的行為

七、細菌的交換過程當(dāng)F+或Hfr的細菌染色體進入F-后，在一個短時期內(nèi)，F(xiàn)-細胞中對某些位點來說總有一段二倍體的DNA。這樣的細菌稱為局部二倍體或局部合子。新染色體的DNA稱為供體外基因子，而宿主的染色體那么稱為受體內(nèi)基因子，局部二倍體中發(fā)生單數(shù)交換，可使環(huán)狀染色體翻開，產(chǎn)生一個線性染色體，這種細胞不能成活，只有發(fā)生偶數(shù)的交換，才能產(chǎn)生遺傳的重組體和片段。(圖)精選課件圖7-11單交換,7-12雙交換精選課件局部二倍體中發(fā)生單數(shù)交換，可使環(huán)狀染色體翻開，產(chǎn)生一個線性染色體，這種細胞不能成活，只有發(fā)生偶數(shù)的交換，才能產(chǎn)生遺傳的重組體和片段〔圖解〕精選課件六、用中斷雜交實驗作染色體連鎖圖

Wollman和Jacob等人想了解Hfr細菌在交配中，什么時候把基因轉(zhuǎn)移給F-細菌的，于是設(shè)計了中斷雜交試驗，用以證明接合時遺傳物質(zhì)從供體細胞的轉(zhuǎn)移是直線式進行的，他們把Hfr菌株與F-菌株混合在一起進行雜交培養(yǎng)。Hfr菌株的基因型是：strsazirtonArgalb+lac+F-菌株的基因型是：strrazistonAsgalb-lac-str代表鏈霉素，s代表敏感性，r代表抗性，+代表原養(yǎng)型或抗性，-代表營養(yǎng)缺陷型?！睵220〕精選課件六、用中斷雜交實驗作染色體連鎖圖

每隔一定時間取樣，把菌液放在食物攪拌器內(nèi)攪拌，以中斷雜交。經(jīng)過稀釋，接種到含有鏈霉素的完全培養(yǎng)基上，這樣將殺死所有Hfr細胞，然后對形成菌落的F-細胞用影印培養(yǎng)法測試其基因型，以便確定每個基因轉(zhuǎn)移到F-細胞的時間(如圖)。

精選課件影印培養(yǎng)法包有滅菌絲絨布的圓木柱選擇培養(yǎng)基非選擇性培養(yǎng)基精選課件六、中斷雜交試驗作圖精選課件圖7-4雜交中斷后對標(biāo)記基因的鑒定精選課件六、用中斷雜交實驗作染色體連鎖圖

上圖表示利用這個方法所獲得的結(jié)果，混合9分鐘后取樣時，開始出現(xiàn)少量對疊氮化物有抗性的菌落，說明抗疊氮化物的基因此時已進入F-細胞中，但對T1噬菌體來說，全部F-細胞還屬于敏感型，說明tonA基因還沒有進入F-細胞中。混合11分鐘后，才開始出現(xiàn)抗噬菌體T1的F-細菌?；旌?8分鐘和24分鐘取樣時，又分別出現(xiàn)乳糖發(fā)酵和半乳糖發(fā)酵的基因。這說明Hfr菌株的基因是按一定的線性順序依次進入F-菌株，也就是說，染色體從原點開始以直線方式進入F-細胞的。

精選課件

基因 轉(zhuǎn)入時間 thr+ 8leu+ 8.5Azir 9Tonr 11 lac+18 gal+ 250Thr+Tonslac+gal+Fleu+Azis中斷雜交的實驗結(jié)果精選課件六、用中斷雜交實驗作染色體連鎖圖

根據(jù)中斷雜交的實驗，以Hfr基因在F-細胞中出現(xiàn)的時間為標(biāo)準(zhǔn)，可以作出大腸桿菌的連鎖遺傳圖。根據(jù)供體基因進入受體細胞的順序和時間繪制連鎖圖的技術(shù)，稱為中斷雜交技術(shù)。表7-3:用不同的Hfr菌株進行中斷雜交實驗精選課件F因子和細菌染色體都是環(huán)狀的用不同的Hfr菌株進行中斷雜交實驗所作出的大腸桿菌基因連鎖圖，其基因進入F-細胞的轉(zhuǎn)移的順序不大相同。這個實驗進一步說明F因子和細菌染色體都是環(huán)狀的，而Hfr細胞染色體的形成，那么因F因子插入環(huán)狀染色體的不同位置，因而形成了不同的轉(zhuǎn)移原點和轉(zhuǎn)移方向(如圖)。精選課件F因子插入環(huán)狀染色體的不同位置，

因而形成了不同的轉(zhuǎn)移原點和轉(zhuǎn)移方向精選課件不同Hfr中，F(xiàn)因子插入位置與方向不同精選課件F因子一種質(zhì)?！瞤lasmid〕一種附加體〔整合到染色體上〕

F因子的結(jié)構(gòu)：

1、原點

2、形成性傘毛的基因群

3、DNA復(fù)制酶基因

4、插入序列IS

〔P225〕4精選課件七、細菌的交換過程前面，討論的是雜交中遺傳信息的轉(zhuǎn)移過程，這是根據(jù)雜交中產(chǎn)生的重組子推論出來的，然而重組子被檢出之前，轉(zhuǎn)移的基因如何通過交換過程整合到受體的基因組的呢？真核生物的遺傳交換發(fā)生在兩套基因組之間，而原核類中遺傳物質(zhì)的交換是在一完整的基因組〔F-內(nèi)基因子〕與一不完整的基因組〔供體外基因子〕之間進行的是在局部二倍體或局部合子間進行的。F因子和細菌染色體都是環(huán)狀的精選課件單交換局部二倍體〔局部合子〕的概念

F-染色體與Hfr染色體之間發(fā)生單交換沒有意義，只產(chǎn)生不平衡的局部二倍體線形染色體；二者之間只有發(fā)生雙交換才能產(chǎn)生有活性的重組子。供體外基因子F-內(nèi)基因子局部二倍體或局部合子模式圖精選課件雙交換雙交換

雙交換只有發(fā)生雙交換才能產(chǎn)生有活性的重組子精選課件圖7-11單交換，7-12雙交換精選課件八、重組作圖

在中斷雜實驗中，可以根據(jù)基因轉(zhuǎn)移的先后順序，以時間為單位，得到基因的連鎖關(guān)系。如果兩個基因間的轉(zhuǎn)移時間小于2分鐘，用中斷雜交法所得的圖距不太可靠，應(yīng)采用傳統(tǒng)的重組作圖法。例如，有兩個緊密連鎖的基因lac-(乳糖不發(fā)酵)和ade-(腺嘌呤缺陷型)，為了求得兩個基因間的距離，可采用Hfrlac+ade+和F-lac-ade-的雜交實驗。精選課件八、重組作圖〔P229〕Hfrlac+ade+strsXF-lac-ade-strrlac-(乳糖不發(fā)酵)ade-(腺嘌呤缺陷型〕str代表鏈霉素，s敏感性，r抗性由于ade進入F-細胞的順序較lac為晚，因此只要ade進入F-細胞，lac自然也已經(jīng)進入。如果選出ade+同時也是lac+，說明lac和ade間沒有發(fā)生過交換。如果是lac-，說明兩者之間發(fā)生過交換。根據(jù)中斷雜交法用完全培養(yǎng)基但不加腺嘌呤，可以選出F-ade+的菌落。精選課件Hfrlac+ade+strs

XF-lac-ade-strr

混合60分鐘，至含鏈霉素的根本培養(yǎng)基，Hfr死，未雜交的F-死。選出ade+F-lac+ade+F-lac-ade+外基因子內(nèi)基因子將重組子菌落影印培養(yǎng)于EMB培養(yǎng)基上,lac+菌落紫紅色lac-菌落粉紅色精選課件Hfrlac+ade+F-lac-ade-F-lac-ade-Hfrlac+ade+F-lac-ade-F-lac+ade+Hfrlac+ade+F-lac-ade-F-lac-ade+沒有發(fā)生交換兩個基因都交換到受體上交換發(fā)生在兩個基因之間重組作圖：精選課件1、選擇在腺甘酸〔ade〕缺乏的培養(yǎng)基上生長的類型。它們說明ade基因已轉(zhuǎn)入細胞。2、選出的lac-ade+類型即是重組子，因為ade+已進入，說明lac+也已進入，而lac-ade+表型就是供體受體lac、ade兩個基因間發(fā)生交換的結(jié)果。可用此來計算重組值。重組值的計算

lac-ade之間的圖距為：lac-ade=lac-ade+lac-ade++lac+ade+X100%ade進入F-細胞的順序較lac為晚精選課件八、重組作圖

兩基因間的重組值約等于22%。而這兩個位點間的時間單位約為1分鐘，可見1個時間單位(分鐘)大約相當(dāng)于20%的重組值。根據(jù)大腸桿菌接合實驗的研究，利用中斷雜交，基因重組等方法已繪制出大腸桿菌K12的環(huán)狀遺傳圖。lac-ade=lac-ade+lac-ade++lac+ade+X100%lac-ade=單個整合單個整合+同時整合X100%精選課件AmapoftheE.coligenome,showingselectedgenes.

E.coliK12菌株的基因組精選課件九、性導(dǎo)與F

因子Adelberg在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)一種新的F因子——F′因子F因子整合到宿主細菌染色體上的一種可逆過程，能夠低頻被切除。正常切除，F(xiàn)因子重新離開細菌染色體，形成F+細胞。然而Hfr菌上的F因子偶然環(huán)出時不夠準(zhǔn)確，從染色體上不精確解離，帶有了細菌染色體的基因，這種帶有了染色體基因的F因子稱為F’〔F-prime〕因子。精選課件圖：F因子整合到宿主細菌染色體上的一種可逆過程精選課件圖：F因子的整合，不規(guī)那么環(huán)出得到F’因子精選課件九、F’與性導(dǎo)F’攜帶局部染色體的基因轉(zhuǎn)移到F-,使得F-成為F+,并在新的F+細胞內(nèi)形成了局部二倍體(局部基因以二倍體形式存在)。利用F’因子形成局部二倍體的過程，稱為性導(dǎo)?；颍盒詫?dǎo)是指接合時由F′因子所攜帶的外源DNA整合到細菌染色體的過程。精選課件F

質(zhì)粒精選課件性導(dǎo)

局部二倍體Hfr菌上的F因子從染色體上不精確解離，帶有了細菌染色體的基因精選課件九、性導(dǎo)與F

因子由性導(dǎo)產(chǎn)生的局部二倍體，一方面為確定等位基因顯隱性關(guān)系提供了重要方法，另一方面由于別離出大量的F′因子，每個F′因子攜帶不同的大腸桿菌的基因，包括全部染色體基因，因此，并發(fā)性導(dǎo)是建立遺傳圖的另一手段，即兩個位點必須密切相連才能處在同一個F′因子上。這樣通過兩個位點間重組頻率的計算就可以獲得每個片段的連鎖群。精選課件性導(dǎo)(sexduction)與F?因子精選課件F和F因子F品系轉(zhuǎn)變成Hfr品系的頻率要高于F＋品系。F變成Hfr時F因子整合到相同位點上，而F＋變成Hfr時可整合到不同位點。F×F－高頻傳遞特定的基因，形成局部二倍體，而F＋×F－產(chǎn)生F＋但不轉(zhuǎn)移任何基因，或以10－7將宿主的基因按順序轉(zhuǎn)入受體，受體仍為F－。所轉(zhuǎn)移的基因是不同的。精選課件性導(dǎo)在大腸桿菌的遺傳分析中的重要作用1、F’因子可以自主復(fù)制2、性導(dǎo)形成的局部二倍體可用于不同突變型之間的互補實驗,以確定這兩個突變型是屬于同一或兩個不同的基因3、確定顯隱關(guān)系4、不同F(xiàn)′因子攜帶大腸桿菌的不同基因，因此，并發(fā)性導(dǎo)是建立遺傳圖的另一手段，即兩個位點必須密切相連才能處在同一個F′因子上。這樣通過兩個位點間重組頻率的計算就可以獲得每個片段的連鎖群。精選課件三種不同致育因子的相互關(guān)系：FF’Hfr

(p234)〔1〕F’是帶有局部細菌染色體的F因子,其性質(zhì)在F和Hfr之間?！矆D7-17〕(2)F’因子連同她所帶有的局部細菌染色體可一起轉(zhuǎn)移到F-中，其轉(zhuǎn)移速率近于F因子。利用F’可以形成局部二倍體，進行重組研究。(3)有F因子的細胞是F+細胞，無F因子的細胞是F-細胞。(4)Hfr能以高頻率把細菌染色體轉(zhuǎn)移到F-細菌中，而F因子因位于Hfr染色體的最末端，極少進入。F’因子和F因子很容易轉(zhuǎn)移到F-細胞中，但供體染色體的轉(zhuǎn)移率很低。精選課件大腸桿菌內(nèi)F+F’Hfr的轉(zhuǎn)化

(圖7-17)精選課件F＋，Hfr，F(xiàn)

的接合對照精選課件轉(zhuǎn)化(transformation)(一)、細菌轉(zhuǎn)化實驗(二)、轉(zhuǎn)化過程*(三)、共同轉(zhuǎn)化與遺傳圖譜繪制精選課件轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化：游離的DNA片段被受體細胞吸收，結(jié)果發(fā)生遺傳性狀改變的現(xiàn)象。精選課件(一)、細菌轉(zhuǎn)化實驗1.根底知識野生型肺炎雙球菌(Strep-tococcuspneumoniae)菌落為光滑型，一種突變型為粗糙型，兩者根本差異在于莢膜形成；莢膜的主要成分是多糖，具特殊的抗原性；不同抗原型是遺傳的、穩(wěn)定的，一般情況下不發(fā)生互變。莢膜菌落毒性類型光滑型S發(fā)達光滑有I,II,III粗糙型R無粗糙無I,II精選課件2.Griffith轉(zhuǎn)化研究(1928)精選課件Griffith對其試驗結(jié)論及開展根據(jù)上述研究結(jié)果Griffith認為：(有毒)死細菌中的某種物質(zhì)轉(zhuǎn)移到(無毒)活細菌中，并使之具有毒性，導(dǎo)致小家鼠死亡。他將這種細菌遺傳類型的轉(zhuǎn)變稱為轉(zhuǎn)化，并將引起轉(zhuǎn)化的物質(zhì)稱為轉(zhuǎn)化因子(tranformingprinciple)。但是當(dāng)時的化學(xué)與生化分析技術(shù)還無法鑒定殺死細菌中的成分，因而不知轉(zhuǎn)化因子為何物。精選課件Griffith對其試驗結(jié)論及開展以后一些研究者重復(fù)上述試驗，并且參加了體外培養(yǎng)試驗，即：將加熱殺死的SIII細菌與無毒RII細菌混合培養(yǎng)，然后注入小家鼠體內(nèi)，同樣導(dǎo)致家鼠死亡。說明：----細菌在培養(yǎng)條件下也能夠?qū)崿F(xiàn)遺傳類型間的定向轉(zhuǎn)化。精選課件3.阿維利(Avery)等的轉(zhuǎn)化實驗(1944)精選課件實驗結(jié)論上述實驗結(jié)果說明：來源于加熱殺死的SIII細菌，并使RII細菌轉(zhuǎn)化成為SIII型細菌的轉(zhuǎn)化因子是DNA。正是在這一認識的根底上，將轉(zhuǎn)化定義為：某一基因型的細胞從周圍介質(zhì)中吸收來自另一基因型的DNA而使它的基因型和表現(xiàn)型發(fā)生相應(yīng)變化的現(xiàn)象。精選課件實驗結(jié)論Avery等人的實驗實際上也說明：決定細菌遺傳類型的物質(zhì)是DNA，即證明了DNA就是遺傳物質(zhì)。但由于他們采用的實驗方法當(dāng)時不被人們廣泛接受，而且得出的結(jié)論與當(dāng)時人們的傳統(tǒng)觀念(認為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì))不符合，而長期沒有得到人們的成認。精選課件轉(zhuǎn)化的主要步驟雙鏈DNA分子與細胞外表感受位點進行可逆性結(jié)合。供體DNA片斷被吸入受體細胞。侵入受體細胞的供體DNA轉(zhuǎn)為單鏈，其中一條被降解。未被降解的一條鏈局部或整個插入受體細胞的DNA中。雜合的DNA經(jīng)復(fù)制可以形成親代類型和重組類型的DNA,導(dǎo)致轉(zhuǎn)化細胞的形成與表達。精選課件(二)、轉(zhuǎn)化過程轉(zhuǎn)化現(xiàn)象在細菌中是一種普遍現(xiàn)象。不同細菌轉(zhuǎn)化過程有一定差異，但是它們都存在幾個共同特征，即：1.感受態(tài)與感受態(tài)因子：感受態(tài)指細菌能夠從周圍環(huán)境中吸收DNA分子進行轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)。感受態(tài)主要受一類蛋白質(zhì)(感受態(tài)因子)影響，感受態(tài)因子可以在細菌間進行轉(zhuǎn)移，從感受態(tài)細菌中傳遞到非感受態(tài)細菌中，可以使后者變?yōu)楦惺軕B(tài)。精選課件(二)、轉(zhuǎn)化過程1、感受態(tài)與感受態(tài)因子：一般認為感受態(tài)出現(xiàn)在細菌對數(shù)生長后期，并且某些處理過程可以誘導(dǎo)或加強感受態(tài)，以大腸桿菌為例，用Ca2+處理對數(shù)生長后期的大腸桿菌可以增強其感受能力。2、供體(donor)DNA與受體(receptor)細胞結(jié)合(binding)：結(jié)合發(fā)生在受體細胞特定部位(結(jié)合點)；對供體DNA片段有一定要求；結(jié)合過程是一個可逆過程。精選課件(二)、轉(zhuǎn)化過程3、DNA攝取：當(dāng)細菌結(jié)合點飽和之后，細菌開始攝取外源DNA；細菌在攝取外源DNA時，由DNA移位酶降解其中一條鏈，并利用降解這條鏈產(chǎn)生的能量，將另一條鏈拉進細胞中。

精選課件(二)、轉(zhuǎn)化過程4、聯(lián)會(synapsis)與外源DNA片段整合(integration)：整合就是指單鏈的轉(zhuǎn)化DNA與受體DNA對應(yīng)位點的置換，從而穩(wěn)定地摻入到受體DNA中的過程。實際上就是一個遺傳重組的過程。因而研究整合的分子機制事實上也為遺傳重組的分子機制作出了奉獻。精選課件轉(zhuǎn)化的主要步驟(圖)雙鏈DNA分子與細胞外表感受位點進行可逆性結(jié)合。供體DNA片斷被吸入受體細胞。侵入受體細胞的供體DNA轉(zhuǎn)為單鏈，其中一條被降解。未被降解的一條鏈局部或整個插入受體細胞的DNA中。雜合的DNA經(jīng)復(fù)制可以形成親代類型和重組類型的DNA,導(dǎo)致轉(zhuǎn)化細胞的形成與表達。精選課件細菌轉(zhuǎn)化過程

吸附DNA

---吸收

----整合

精選課件*(三)、共同轉(zhuǎn)化與遺傳圖譜繪制利用共同轉(zhuǎn)化繪制細菌連鎖遺傳圖譜的根本原理：相鄰基因發(fā)生共同轉(zhuǎn)化的概率與兩者的距離間成正向關(guān)系，基因間距離越近，發(fā)生共同轉(zhuǎn)化的頻率越高，反之越低。因此可能通過測定兩基因共同轉(zhuǎn)化的頻率來指示基因間的相對距離。精選課件一二、烈性噬菌體和溫和噬菌體烈性噬菌體2.溫和噬菌體：溶源周期、裂解周期三、轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)2.普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)3.特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)〔局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)〕第三節(jié)噬菌體的遺傳分析

〔著重幾個概念〕四、噬菌體的遺傳重組轉(zhuǎn)導(dǎo)精選課件一、烈性噬菌體T偶數(shù)系列噬菌體的尾絲附著在大腸桿菌外表時，通過尾鞘的收縮將噬菌體DNA經(jīng)中空尾部注入寄主細胞，破壞寄主細胞的遺傳物質(zhì)，并合成大量的噬菌體DNA和蛋白質(zhì)，組成許多新的子噬菌體，最后使細菌裂解，釋放出無數(shù)個子噬菌體。所以這樣的T偶數(shù)系列噬菌體稱為烈性噬菌體。精選課件烈性噬菌體

產(chǎn)生溶菌反響細菌裂解，釋放出子噬菌體精選課件二、溫和噬菌體溫和噬菌體侵入細菌后，細菌并不裂解，即它們有溶源性的生活周期。例如λ和P1噬菌體可代表略有不同的溶源性類型。λ噬菌體附著在大腸桿菌染色體的gal和bio位點之間的attλ座位上，它能通過交換而整合到細菌染色體上，整合的噬菌體稱為原噬菌體(圖)。精選課件λ噬菌體的溶源化和原噬菌體形成精選課件溫和噬菌體一般不出現(xiàn)溶菌反響不出現(xiàn)溶菌反響精選課件溫和噬菌體兩種增殖周期溶源周期細胞不裂解原噬菌體：某些溫和噬菌體侵染細胞后，其DNA整合到宿主細菌染色體中。這種處于整合狀態(tài)的噬菌體DNA稱為原噬菌體。含有原噬菌體的細胞稱為溶源性細菌或溶源菌/體。精選課件原噬菌體不進行DNA復(fù)制和蛋白質(zhì)合成，隨宿主細菌染色體的復(fù)制而同步復(fù)制。并且隨著宿主細菌細胞分裂而平均分配到兩個子細胞中，代代相傳，進入溶源周期。溶菌周期細胞裂解精選課件溫和噬菌體的生活周期細胞不裂解，形成溶源性細菌或溶源菌/體，進入溶源周期整合的原噬菌體也可能被誘導(dǎo)進入裂解周期，也可能自然消失精選課件溫和噬菌體兩種增殖周期溶源周期細胞不裂解溶菌周期細胞裂解在某些情況下，溶源性細菌培養(yǎng)物中會有很小一局部〔10-3—10-6〕，由于原噬菌體脫離整合狀態(tài)，增殖產(chǎn)生大量子噬菌體而導(dǎo)致細菌細胞裂解。精選課件三、轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)是指以噬菌體為媒介所進行的細菌遺傳物質(zhì)的重組過程。〔或〕轉(zhuǎn)導(dǎo)：一個細菌通過溫和噬菌體或缺陷型噬菌體把其遺傳物質(zhì)傳遞給另一細菌。類型普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：象噬菌體P22可以轉(zhuǎn)導(dǎo)沙門氏菌染色體組的任何不同的局部。特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)：象λ噬菌體等只能轉(zhuǎn)導(dǎo)細菌染色體的特定的局部。精選課件三、轉(zhuǎn)導(dǎo)黎德伯格等1956年在傷寒沙門氏菌中發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象。他們用一個不能合成苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸的營養(yǎng)缺陷型和另一個不能合成甲硫氨酸和組氨酸的營養(yǎng)缺陷型雜交，結(jié)果在根本培養(yǎng)基上出現(xiàn)原養(yǎng)型菌落。精選課件三、轉(zhuǎn)導(dǎo)黎德伯格將上述兩種菌株分別放在戴維斯U型管的兩臂內(nèi)，中間用玻璃濾板隔開，以防止細胞接觸，但可以允許比細菌小的物質(zhì)通過，結(jié)果也獲得了野生型重組體。這樣確定，這種野生型重組體是通過一種過濾性因子實現(xiàn)的。以后的研究工作說明，這種過濾性因子是噬菌體P22。P22的遺傳信息可以整合到宿主的染色體中。噬菌體P22可以轉(zhuǎn)導(dǎo)沙門氏菌染色體組的任何不同的局部，因此稱為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)。精選課件三、轉(zhuǎn)導(dǎo)P22侵染細菌后，細菌染色體斷裂成片段，在形成噬菌體顆粒時，偶爾錯誤地把細菌染色體片段包裝在噬菌體蛋白質(zhì)外殼內(nèi)，其中并不包含有噬菌體的遺傳物質(zhì)，這種假噬菌體稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒。由于決定噬菌體感染細菌的能力是噬菌體的外殼蛋白質(zhì)，所以轉(zhuǎn)導(dǎo)顆?？梢晕降郊毦?，并將它的內(nèi)含物注入受體細菌后，形成局部二倍體，導(dǎo)入的基因經(jīng)過重組，整合到宿主的染色體上。精選課件普遍性

轉(zhuǎn)導(dǎo)圖轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率很低〔10-5〕，一般0.3%的噬菌體是轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體精選課件共轉(zhuǎn)導(dǎo)、共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率共轉(zhuǎn)導(dǎo)/并發(fā)轉(zhuǎn)導(dǎo)：phage往往不止轉(zhuǎn)導(dǎo)某一個基因，而是將其附近基因與該基因一起轉(zhuǎn)導(dǎo)。通過基因的共轉(zhuǎn)導(dǎo)，可推測轉(zhuǎn)