5 2011第五章 細(xì)菌的遺傳分析.ppt

1、第五章 細(xì)菌遺傳分析,第一節(jié)、細(xì)菌的接合與重組,細(xì)菌的突變型 F因子/性因子/致育因子 中斷雜交實(shí)驗(yàn),（一）細(xì)菌的突變型,合成代謝功能的突變型營(yíng)養(yǎng)缺陷型 分解代謝功能的突變型 抗性突變型,1、合成代謝功能的突變型營(yíng)養(yǎng)缺陷型,合成代謝功能：原養(yǎng)型/野生型在基本培養(yǎng)基上，具有合成所有代謝和生長(zhǎng)所必須的復(fù)雜有機(jī)分子的功能。 營(yíng)養(yǎng)缺陷型：合成代謝過程需大量基本基因的表達(dá)，當(dāng)其中某一基因發(fā)生突變，將使相應(yīng)的代謝過程不能進(jìn)行。 基因型：Met-，Met,2、分解代謝功能的突變型,分解代謝的功能突變型：一系列分解代謝功能的實(shí)現(xiàn)，也必須有許多有關(guān)基因的表達(dá)。其中任何一個(gè)基因突變，將使相應(yīng)的生化反應(yīng)過程不能進(jìn)行

2、。 Lac：不能分解乳糖 Lac：能分解乳糖,3、抗性突變型,抗藥突變型： 抗鏈霉素突變型：Strr，（野生型Strs） 抗青霉素突變型：Penr ，（野生型Pens ） 抗phage突變型： 抗T1-phage突變型Tonr，（野生型Tons ）,（二） F因子/性因子/致育因子,F因子：環(huán)狀DNA，含6104個(gè)bp，約為大腸桿菌染色體的2。 由原點(diǎn)、致育基因、配對(duì)區(qū)三個(gè)部分組成。,環(huán)狀F因子的模式圖,組成F因子各部分的功能,原點(diǎn)：是轉(zhuǎn)移的起點(diǎn)。 致育基因：其上一些基因編碼生成F纖毛的蛋白質(zhì)，即F+細(xì)胞表面的管狀結(jié)構(gòu)，F(xiàn)纖毛與F-細(xì)胞表面的受體相結(jié)合，在兩個(gè)細(xì)胞間形成細(xì)胞質(zhì)橋。 配對(duì)區(qū)：此處

3、與大腸桿菌DNA多處核苷酸序列相對(duì)應(yīng)（即同源序列），故可通過交換而使F因子整合到大腸桿菌DNA上。,Lederberg和Tatum大腸桿菌雜交試驗(yàn),F+,F+與F-,F+：細(xì)胞質(zhì)中具有F因子的大腸桿菌（供體） F-：細(xì)胞質(zhì)中沒有F因子的大腸桿菌,F+,F因子,大腸桿菌DNA,F-,F+F-,F因子轉(zhuǎn)移的頻率很高，但細(xì)菌DNA間的重組率很低，故稱F+為低頻重組品系（low frequence recombination，Lfr）,電鏡圖,Hfr（high frequence recombinvation）,F因子的整合和環(huán)出,附加體,象F因子既可獨(dú)立存在于染色體之外作為一個(gè)獨(dú)立的復(fù)制子，也可整合

4、到大腸桿菌染色體中作為大腸桿菌復(fù)制子的一部分的遺傳因子，稱為附加體。,（三）中斷雜交實(shí)驗(yàn),1954年Wollmun與Jacob以大腸桿菌為材料，他們想了解Hfr品系什么時(shí)候把它的基因授給F細(xì)胞。,實(shí)驗(yàn)材料,HfrF+：Strs azir tonr lac gal F：Str r azi s tons lac gal,HfrF+F-,實(shí)驗(yàn)方法-中斷雜交實(shí)驗(yàn),兩品系在液體培養(yǎng)基里，通氣混合培養(yǎng)，定時(shí)取樣，猛烈攪拌以中斷雜交，釋稀菌液，在含Str的基本培養(yǎng)基上培養(yǎng)。,實(shí)驗(yàn)結(jié),實(shí)驗(yàn)說明：,Hfr F的DNA從一端開始，以線性方式逐段進(jìn)入F，這一端叫原點(diǎn)或O點(diǎn)。 O點(diǎn) azir tonr lac gal

5、,時(shí)間單位法,以轉(zhuǎn)移時(shí)間單位（每分鐘）作為基因間距單位，可作出Hfr F的“染色體”上的基因分布圖（基因連鎖圖）,在選出的thr+leu+str重組子非選擇標(biāo)記頻率同雜交時(shí)間作圖,假如讓Hfr FF雜交持續(xù)2小時(shí)后中斷雜交，發(fā)現(xiàn)一些F F，這說明Hfr的全部基因轉(zhuǎn)移到F內(nèi)，排列到最后的F因子才進(jìn)入F，使F F 。,E.coli的連鎖群,幾個(gè)Hfr菌株的線性連鎖群的產(chǎn)生,（四）細(xì)菌重組的特點(diǎn),形成部分二倍體 偶數(shù)次交換，形成有活性的重組體,1、形成部分二倍體,部分二倍體：這種含有一個(gè)親體F全部基因組和另一親體部分基因組的合子叫部分合子/部分二倍體。,F-的DNA,Hfr的部分DNA,2、偶數(shù)次交

6、換，形成有活性的重組體,單交換 部分二倍性線狀體 雙交換 重組體線性片斷 偶次交換結(jié)果：只產(chǎn)生一種重組體，而無相應(yīng)的重組體。,+,交換1次,交換2次,a,a,A,A,無活性的線狀體,重組體,第二節(jié) F因子與性導(dǎo),F因子：Hfr的染色體上的F因子脫離下來，帶有細(xì)菌染色體的部分基因，這種新的F因子稱為F因子。 特點(diǎn)：能獨(dú)立復(fù)制 F菌株：具有F因子的菌株 性導(dǎo)：通過F因子將供體細(xì)胞的基因?qū)胧荏w形成部分二倍體的過程叫性導(dǎo)。,Hfr,F因子,F因子的形成：,性導(dǎo)：,F因子,第三節(jié)、轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化作用：是指一種細(xì)胞或生物接受另一種細(xì)胞或生物的遺傳物質(zhì)而表現(xiàn)出后者的性狀或遺傳性狀發(fā)生改變的現(xiàn)象。,發(fā)生轉(zhuǎn)化的頻

7、率很低：,大約為1的受體細(xì)菌可吸收外源DNA并發(fā)生轉(zhuǎn)化。,原因：,受體細(xì)菌的受體部位的數(shù)目是有限的。外源DNA片段只是在受體部位通過。 外源DNA的進(jìn)入，除受體部位外，還必須有酶或蛋白質(zhì)分子，以及能量等的協(xié)同作用。外源DNA只有在酶促旺盛的受體部位進(jìn)入。,感受態(tài)細(xì)胞與感受態(tài)因子,感受態(tài)細(xì)胞：這種能接受外源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)的分子。,轉(zhuǎn)化作用具體過程包括幾個(gè)連續(xù)的過程：,供體細(xì)胞DNA分子與細(xì)胞表面受體部位進(jìn)行可逆性結(jié)合。 供體DNA片段被吸入受體細(xì)胞，并要防止受體DNA酶的破壞。 供體DNA進(jìn)入受體后，立即DNA雙鏈 DNA單鏈。 未被降解的一

8、條單鏈DNA部分或整個(gè)插入受體細(xì)胞的DNA鏈中，形成雜合DNA分子。 這種雜合DNA復(fù)制，分離后形成一個(gè)受體親代類型的DNA和一個(gè)供體與受體DNA結(jié)合的雜種雙鏈DNA，從而導(dǎo)致基因重組形成各種類型的轉(zhuǎn)化子。,細(xì)菌轉(zhuǎn)化的主要步驟,第四節(jié)、轉(zhuǎn)導(dǎo),普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 特異性轉(zhuǎn)導(dǎo),轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）,轉(zhuǎn)導(dǎo)作用：以噬菌體為媒介，將細(xì)菌的小片段DNA或基因，從一個(gè)細(xì)菌轉(zhuǎn)移到另一細(xì)菌的過程叫轉(zhuǎn)導(dǎo)作用。,（一）普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo),J.Lederberg 和 N.Zinder 做了這樣一個(gè)雜交試驗(yàn)：,鼠沙門氏菌的2個(gè)突變菌株： LT22：Phe trp tyr his+ LT2: Phe+ trp+ tyr+ h

9、is LT22+LT2混合培養(yǎng)得野生型,U型管實(shí)驗(yàn),LT22,LT2,濾板：防止細(xì)菌接觸,實(shí)驗(yàn)結(jié)果：得到了野生型細(xì)胞,實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋,p22 的釋放：LT22是帶有P22原phage的細(xì)菌；在培養(yǎng)過程中，少數(shù)LT22細(xì)菌自溶釋放出游離的p22。 p22的侵染： 這種游離的p22通過濾孔進(jìn)入右臂而感染了LT2細(xì)菌。 轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體的形成：在裂解LT2過程中，宿主LT2環(huán)狀染色體被裂解成小片段，某些片段在p22phage組裝時(shí)偶爾被裝入頭部，形成轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體。 這種轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體就將LT2的基因轉(zhuǎn)入LT22。形成部分二倍體，經(jīng)重組后形成原養(yǎng)型菌落。,普遍性 轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制,普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念,象P22、P1這類ph

10、age可以轉(zhuǎn)移細(xì)菌DNA，很多不同部分，這種轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，稱為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)。 普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的頻率較低，約為10-5，兩個(gè)基因同時(shí)轉(zhuǎn)導(dǎo)的頻率則更低， 僅有10-5 10-5=10-10.,（二）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)/特異性轉(zhuǎn)導(dǎo),這類噬菌體只能轉(zhuǎn)移供體基因中的特定基因/特定部分。 如噬菌體是一種附加體(episome), 即可作為一個(gè)復(fù)制因子獨(dú)立存在，又可以整合到細(xì)菌染色體上的特定位點(diǎn)attB位點(diǎn),而形成原噬菌體。 attB位點(diǎn)一邊是gal基因，另一邊是bio。在紫外線誘導(dǎo)下，原噬菌體從細(xì)菌染色體上離開時(shí)，偶爾帶有宿主細(xì)菌基因，包裝形成局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)的噬菌體顆粒，可將供體基因轉(zhuǎn)移至受體細(xì)菌，但僅限于 靠近attB位點(diǎn)附近的基因，如噬菌體專門轉(zhuǎn)導(dǎo)gal和bio基因。,例如： 噬菌體,其DNA整合到細(xì)菌的DNA上，整合位點(diǎn)是一定的，當(dāng)誘導(dǎo)時(shí)（紫外線），噬菌體的DNA脫下帶有細(xì)菌的特定