细菌和噬菌体的遗传分析PPT课件

1、第1页/共45页大肠杆菌大肠杆菌第2页/共45页大肠杆菌的突变型及筛选：1、大肠杆菌的突变型大肠杆菌的突变型(1). 合成代谢功能突变型合成代谢功能突变型（anabolic functional mutant): 缺陷型（缺陷型（deficient) 野生型（野生型（wild type) 营养缺陷型（营养缺陷型（auxotroph) 原养型（原养型（prototroph)met- 甲硫氨基酸突变型甲硫氨基酸突变型 met+ thi- 硫胺突变型硫胺突变型 thi+ pur- 嘌呤突变型嘌呤突变型 pur+(2). 分解代谢功能突变型分解代谢功能突变型（catabolic functional

2、mutant)lac- 乳糖突变型，乳糖突变型， 野生型为野生型为lac+(3). 抗性突变型抗性突变型（resistance mutant)：strr , strs 分别表示对链霉素有抗性和敏感分别表示对链霉素有抗性和敏感T1r, T1s分别表示对分别表示对T1噬菌体有抗性和敏感噬菌体有抗性和敏感第3页/共45页 细菌接合E.coli 接合的发现： 1946年 莱德伯格(Lederberg, J.) 塔特姆 (Tatum) 细菌接合 （conjugation） 第4页/共45页1、 细菌的杂交菌株A: met-bio-thr+leu+thi+（需甲硫氨酸和生物素）菌株B: met+bio+t

3、hr-leu-thi-（需苏氨酸，亮氨酸和硫胺）A B完全液体培养基基本固体培养基结果：出现若干原养型菌落， 频率为10-7 。 基本固体培养基第5页/共45页 质疑： 细菌的杂交实验获得重组子可能原因： 转化 互养第6页/共45页第7页/共45页 结 论 （1）菌株A与菌株B之间发生了杂交，发生了遗传物质的转移，出现了原养型。 （2）杂交过程中，两菌株的接触是必须的。第8页/共45页 F因子F因子因子：是一种质粒，是一种质粒，又称为又称为致育因子（致育因子（fertility factor，F）。）。F菌菌：F纤毛。纤毛。F菌菌：第9页/共45页Transmission electron m

4、icrograph of conjugating E.coli. 第10页/共45页 1、 F因子（F-factor)的结构 配对区域(pairing region) 致育基因(fertility gene)原点(origin) 原点原点(origin):(复制区复制区) 配对区域配对区域(pairing region):(重组区重组区) 致育基因致育基因(fertility gene):(接合转移区接合转移区)F因子第11页/共45页F F+ +F F- -的特点：的特点： (1)F(1)F质粒转移的频率高，1/101/10。 (2)(2)而染色体转移频率低。1010-7-7，使F-F-F

5、F+ F+品系又称为低频重组品系 第12页/共45页高频重组品系高频重组品系HfrHfr（high frequency high frequency recombinationrecombination） CavalliCavalli（19511951）和HayesHayes（19541954）先后从能育的F F+ +品系中分离出两个新的品系，它们和F F- -杂交，出现重组频率很高。比F F+ +F F- -高出10001000倍。这种品系称为高频重组品系HfrHfr。 Hfr Hfr 的特点 ： (1)(1)高频重组，染色体转移频率高， 1000 1000 (2)F(2)F质粒转移频率低

6、F F- -变成F F+ +很少或没有。第13页/共45页第14页/共45页细菌重组的特点第15页/共45页第16页/共45页第17页/共45页第18页/共45页3、大肠杆菌的遗传图谱图距单位：分钟总长度：100分钟起点（0分钟） ：thr座位大肠杆菌的环形遗传学图第19页/共45页 F因子第20页/共45页第21页/共45页(1) 有有F因子的细菌为因子的细菌为F+，无，无F因子为因子为F-，具有致育因子（，具有致育因子（F, F或或Hfr）的菌株就是雄性菌株）的菌株就是雄性菌株(male strains) 。(2) F因子可以整合到细菌染色体上，形成因子可以整合到细菌染色体上，形成Hfr菌

7、株。不同菌株。不同Hfr菌菌株株F因子的整合位点不同。因子的整合位点不同。(3) F因子又可以从因子又可以从Hfr染色体上剪切下来，产生染色体上剪切下来，产生F因子。如果剪因子。如果剪切不准确而带有一段细菌染色体，则称为切不准确而带有一段细菌染色体，则称为F因子。因子。(4) F因子很容易转移到因子很容易转移到F-细胞中，细胞中， F+ F-F+，但是供体染色但是供体染色体的转移频率很低体的转移频率很低, 重组频率很低重组频率很低。(5) Hfr能以高频率把细菌染色体基因转移到能以高频率把细菌染色体基因转移到F-细菌中，却极少使细菌中，却极少使F-变为变为F+（因为（因为F因子位于因子位于Hf

8、r染色体的最末端）；染色体的最末端）；(6) F因子的性质介于因子的性质介于F+和和Hfr之间，即可转移自身，又可以转之间，即可转移自身，又可以转移细菌基因。移细菌基因。第22页/共45页二、转化（transformation）1. 转化：细菌直接从环境中吸收DNA而使自身遗传性状发生改变的现象。在细菌群体中，并非所有细胞均可被转化，能被转化的细胞只占总数的极少数。2. 感受态：能吸收DNA分子而被转化的生理状态。不同的微生物出现感受态的时间和感受态持续的时间是不一样的。3.感受态因子而促进转化作用的酶或蛋白质分子称为感受态因子（competence factor）第23页/共45页 4. 转

9、化过程（1） 感受态的出现（2） 转化因子的吸附和吸收 细胞出现感受后，双链DNA吸附在细胞表面的特异性受体上，然后在DNA内切酶和外切酶的作用下，将其中的一条单链降解，另一条单链与感受态特异蛋白接合而进入细胞内。第24页/共45页第25页/共45页（3）转化因子的整合 进入细胞中的DNA以单链形式与受体细胞的DNA进行重组。重组的片段平均长度为8.5kb。被替代的片段随之降解。5. 转化效率1. 受体细胞的感受态：它决定转化因子能否进入细胞。2. 受体DNA和转化因子的同源性：它决定了转化因子能否整合。第26页/共45页一、噬菌体的结构和形态病毒无细胞结构，仅由蛋白质和核酸构成病毒无细胞结构

10、，仅由蛋白质和核酸构成,可以分为可以分为:(1). 动物病毒动物病毒(2). 植物病毒植物病毒(3). 细菌病毒（噬菌体细菌病毒（噬菌体, bacteriophage, phage）T噬菌体的结构蛋白质外壳核酸第27页/共45页二、噬菌体的繁殖和感染周期(1). 烈性噬菌体: 如T噬菌体吸附细菌裂解,释放出子代噬菌体颗粒细菌染色体降解噬菌体DNA和蛋白质外壳包装成子代噬菌体颗粒第28页/共45页第29页/共45页(2). 温和噬菌体:吸附溶菌周期-uv诱导细菌裂解溶源周期如 噬菌体:原噬菌体第30页/共45页三、 噬菌体的突变型1). 条件致死突变型:(1). 温度敏感突变(2). 抑制因子敏

11、感突变2).宿主范围突变型: E.coli B E.coli B/2 E.coli B+E.coli B/2 h+ + - 半透明噬菌斑 h- + + 透明噬菌斑3).噬菌斑形态突变型:(1). r+ 小噬菌斑,边缘模糊(2). r- 大噬菌斑,边缘清晰: 快速溶菌(rapid lysis)第31页/共45页第32页/共45页噬菌体的基因重组基因重组用T2噬菌体h-r+和h+r-混合感染E.coli B,再用释放出来的子代噬菌体感染E.coli B+E.coli B/2 ,出现四种噬菌斑: 透明小噬菌斑(h-r+ ) 半透明大噬菌斑(h+r-) 透明大噬菌斑(h-r-) 半透明小噬菌斑(h+r

12、+) T2噬菌体的四种噬菌斑重组率= =(h+r+h-r-) 总噬菌斑数第33页/共45页五、 转导与作图 转导(transduction):以噬菌体为媒介,将细菌的染色体片段或基因从一个细菌转移到另一个细菌.供体A 受体B噬菌体第34页/共45页The Lederberg-Zinder experiment using Salmonella. P22噬菌体转导沙门氏菌第35页/共45页第36页/共45页 如果两个基因同时转导的频率则较高,则说明它们相互连锁,成为共转导(cotransduction)。共转导的频率越高,则基因连锁越紧密.反之则基因距离越远.据此可用于细菌染色体的基因作图.第37页/共45页 总结：在细菌中遗传物质有三种转移的形式: 转化（transformation） 接合（conjugation） 转导（transduction）共同特点是： （1）单方向转移； （2）产生部分二倍体（partial diploid）； （3）基因只有整合到环状染色体上才能稳定 地遗传。第38页/共45页 接合 是DNA从细胞到细胞直接转移。 转化 细胞从周围介质中吸收裸露的DNA。 转染 通