第二节细菌的遗传分析ppt课件

1、一、转化一、转化二、接合杂交二、接合杂交三、性导三、性导四、转导四、转导 细菌与细菌之间的遗传物质的交流细菌与细菌之间的遗传物质的交流拟有性过程有四种不同的方式：拟有性过程有四种不同的方式： 细菌经过细胞膜摄取周围环境中细菌经过细胞膜摄取周围环境中DNADNA片段，片段，并经过重组将其整合到本身染色体中的并经过重组将其整合到本身染色体中的过程，称为转化。过程，称为转化。 当外源当外源DNADNA进入宿主后，使宿主进入宿主后，使宿主产生新的表现型时就能测知转化的发生。产生新的表现型时就能测知转化的发生。 关于转化关于转化, ,将在遗传的分子根底中将在遗传的分子根底中讲解。讲解。 在原核生物中，两

2、个细胞在相互接触过程中，在原核生物中，两个细胞在相互接触过程中，遗传物质从一个个体转移到另一个个体的景象遗传物质从一个个体转移到另一个个体的景象称为接合。称为接合。 输出遗传物质的个体称为供体输出遗传物质的个体称为供体donor，又称为又称为“雄性。接受外源遗传物质的个体称雄性。接受外源遗传物质的个体称为受体为受体receptor，又称为雌性。，又称为雌性。 E.coli大肠杆菌是遗传学研讨中运用最大肠杆菌是遗传学研讨中运用最为广泛的细菌。野生型的为广泛的细菌。野生型的E.coli可以在只含有盐可以在只含有盐类和葡萄糖的简单培育基上生长。类和葡萄糖的简单培育基上生长。 1946年，年，Lead

3、erberg和和Tatum发现发现E.coli可以经过接合交换遗传物质。选用两个不可以经过接合交换遗传物质。选用两个不同营养缺陷型的同营养缺陷型的E.coli菌株，菌株，A和和B。A菌株菌株需求在根本培育基中补充甲硫氨酸需求在根本培育基中补充甲硫氨酸met和生物素和生物素bio ，B菌株需求在根本营养菌株需求在根本营养培育基上补充苏氨酸培育基上补充苏氨酸thr和亮氨酸和亮氨酸leu才干生长。采用多营养缺陷型是为了防止才干生长。采用多营养缺陷型是为了防止回复突变干扰实验结果。回复突变干扰实验结果。黎德伯格和塔特姆接合实验 A和和B均不能在根本培育基上生长，但假设均不能在根本培育基上生长，但假设将

4、将A和和B在完全液体培育基上培育几个小时在完全液体培育基上培育几个小时以后再涂布在根本培育基上，就能长出一以后再涂布在根本培育基上，就能长出一些原养型些原养型met+bio+thr+leu+的菌落。的菌落。细菌的野生型又称为原养型。细菌的野生型又称为原养型。 这种原养型菌落的出现是由于营养上的互这种原养型菌落的出现是由于营养上的互补，还是由于两种不同类型细胞直接接触补，还是由于两种不同类型细胞直接接触而交换了遗传物质的结果呢？而交换了遗传物质的结果呢？ 1950年，年，Davis设计了设计了一种一种U型管实型管实验。验。 实验阐明：实验阐明：两个菌株间两个菌株间的直接接触的直接接触是原养型细是

5、原养型细菌出现的必菌出现的必要条件。要条件。 1952年，年，Hages经过实验证明，在结合过程中，经过实验证明，在结合过程中，遗传物质的转移是单向的。一个菌株如遗传物质的转移是单向的。一个菌株如A菌菌株是供体，而另一菌株如株是供体，而另一菌株如B菌株是受体。菌株是受体。 A菌株之所以能成为供体，是由于它含有一个菌株之所以能成为供体，是由于它含有一个性因子性因子sex factor又称致育因子又称致育因子fertility factor，简称，简称F因子。因子。 携带携带F因子的菌株称为供体菌或雄性，用因子的菌株称为供体菌或雄性，用F+表示。没有表示。没有F因子的菌体称为受体菌或雌性，因子的菌

6、体称为受体菌或雌性，用用F表示。表示。 F因子是一个小型的双链环状因子是一个小型的双链环状DNA分子，是染分子，是染色体外遗传物质，是质粒的一种，在分类学上色体外遗传物质，是质粒的一种，在分类学上属于附加体属于附加体episome。 它既能以自主形状存在于细胞质中，又它既能以自主形状存在于细胞质中，又能整合到细菌的染色体内。能整合到细菌的染色体内。F小环与主染色体小环与主染色体大环之间发生一次交换就可以插入到宿主染色大环之间发生一次交换就可以插入到宿主染色体中。体中。F因子整合到因子整合到E.coli染色体上以后，该染色体上以后，该菌株就成为高频重组株菌株就成为高频重组株High freque

7、nce recombination ,Hfr，以，以Hfr表示。表示。F因子因子F 因子的存在形状因子的存在形状 F因子处于自主形状时，可以不依赖宿主细胞因子处于自主形状时，可以不依赖宿主细胞的染色体而独立复制每个的染色体而独立复制每个F+细胞只需一个细胞只需一个F因子。据研讨，因子。据研讨，F因子至少包含有因子至少包含有15个基因，个基因，其中有的基因控制其中有的基因控制F或性伞毛或性伞毛F pillus的构成，的构成，F伞毛是伞毛是F+细胞外表伸出的一种长附细胞外表伸出的一种长附属物。属物。F+与与F+之间互不理睬，但之间互不理睬，但F+和和F一旦一旦相互接触，相互接触，F伞毛就变成了两个

8、细胞之间原生伞毛就变成了两个细胞之间原生质的通道，叫做结合管质的通道，叫做结合管conjugation tube。F+细胞中的细胞中的F因子由结合管向因子由结合管向F传送，使传送，使F变成变成F+。 高频重组菌株高频重组菌株Hfr与与F杂交时，杂交时，重组频率很高，而重组频率很高，而F很少转变为很少转变为F+。 后来发现，后来发现， Hfr中中F因子整合到细菌染因子整合到细菌染色体上了。色体上了。 在在Hfr中，中，F因子的复制是与宿主染色因子的复制是与宿主染色体同步进展的。当体同步进展的。当HfrF时，时，Hfr细细胞可以把部分甚至全部染色体传送给胞可以把部分甚至全部染色体传送给F 受体，而

9、且当供体和受体带有不同受体，而且当供体和受体带有不同的标志基因时，相互之间的重组频率的标志基因时，相互之间的重组频率很高，故而被称为很高，故而被称为HfrHigh frequence recombination。 当当Hfr菌的部分染色体进入菌的部分染色体进入F后，后，F细胞中就有一段细胞中就有一段DNA具有具有2份拷贝，被称为份拷贝，被称为部分二倍体部分二倍体partial diploid或部分合子或部分合子mero zygote。新转入的。新转入的DNA片断称片断称为供体外基因子为供体外基因子exogenote，而受体，而受体的染色体称为受体内基因子的染色体称为受体内基因子endogeno

10、te。细菌的交换过程细菌的交换过程 外基因子和内基因子可以发生交换而产外基因子和内基因子可以发生交换而产生基因重组。部分二倍体中，假设发生生基因重组。部分二倍体中，假设发生单数交换是没有意义的，由于单交换使单数交换是没有意义的，由于单交换使环状的内基因子翻开成为线性环状的内基因子翻开成为线性DNA，这，这种细胞是不能成活的。发生偶数次交换种细胞是不能成活的。发生偶数次交换才干产生可遗传的重组体才干产生可遗传的重组体recombinant和一个片断和一个片断fragment。片断以后为酶所降解。片断以后为酶所降解。 这样，重组后的这样，重组后的F细菌不再是部分二细菌不再是部分二倍体，而是单倍体，

11、得到的重组体的倍体，而是单倍体，得到的重组体的类型只需一个，而不是两个，相反的类型只需一个，而不是两个，相反的重组体是不能存活的例如有，重组体是不能存活的例如有，没有没有。 Wollman和Jacob用中断杂交实验了解接合过程中基因转移的顺序和时间，从而绘制出连锁图。 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图的技术，称为中断杂交技术。 杂交组合为：杂交组合为： Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F thr-leu-azistonslac-gai-strr 将将Hfr菌株和菌株和F菌株混合在一同进展培育，使菌株混合在一同进展培育，使之发生接合，每隔一定时间汲

12、取部分营养液放之发生接合，每隔一定时间汲取部分营养液放入食品搅拌器内搅拌，以中断杂交。经过稀释，入食品搅拌器内搅拌，以中断杂交。经过稀释，接种到含有链霉素的完全培育板上，在培育过接种到含有链霉素的完全培育板上，在培育过程中杀死一切程中杀死一切Hfr 细胞，保管下来的全部为细胞，保管下来的全部为F。然后对构成菌落的然后对构成菌落的F 细胞用影印法检测其基细胞用影印法检测其基因型。因型。 中中断断杂杂交交实实验验 大肠杆菌Hfr strs thr+ leu+ azirtonr gal+ lac+ Fstrr thr- leu- azis tons gal lac 的结果 标志基因 转入的时间min

13、 thr+ 8 leu+ 8.5 azir 9 tonr 11 lac+ 18 galb+ 25中中断断杂杂交交实实验验 结果阐明结果阐明HfrHfr的基因确实是按一定的线性顺的基因确实是按一定的线性顺序依次进入序依次进入F F的。也就是说，是以的。也就是说，是以F DNAF DNA片片断上的酶切断点为原点记做断上的酶切断点为原点记做O O开场以直开场以直线方式进入线方式进入F F 细胞的。基因距细胞的。基因距O O点越近，点越近，进入进入F F 越早，反之越晚。由于在自然形状越早，反之越晚。由于在自然形状下不经搅拌也能中断杂交，因此，距下不经搅拌也能中断杂交，因此，距O O点越点越远的基因进

14、入远的基因进入F F 的时机越少。的时机越少。 根据上述实验结果，用根据上述实验结果，用HfrHfr基因在基因在F F 中出中出现的时间为规范，可以作出大肠杆菌的遗现的时间为规范，可以作出大肠杆菌的遗传连锁图见图传连锁图见图7-57-5。 图中以接合实验的时间分作为遗传间图中以接合实验的时间分作为遗传间隔的单位。隔的单位。 用不同的用不同的HfrHfr菌株进展中断杂交实验菌株进展中断杂交实验做出的做出的E.coliE.coli基因连锁图，其基因向基因连锁图，其基因向F F细细胞转移的顺序大不一样。胞转移的顺序大不一样。 用中断杂交法确定的几个用中断杂交法确定的几个HfrHfr菌株的基因顺序菌株

15、的基因顺序HfrHfr的类型的类型 基基 因因 转转 移移 顺顺 序序HfrH 0 thr pro lac pur gal his gly thiHfrH 0 thr pro lac pur gal his gly thi1 0 thr thi gly his gal pur lac pro1 0 thr thi gly his gal pur lac pro2 0 pro thr thi gly his gal pur lac2 0 pro thr thi gly his gal pur lac3 0 pur lac pro thr thi gly his gal3 0 pur lac pr

16、o thr thi gly his galAB312 0 thi thr pro lac pur gal his glyAB312 0 thi thr pro lac pur gal his gly 从上表中可以看出，转移顺序的差别是由从上表中可以看出，转移顺序的差别是由于各于各HfrHfr之间转移的原点之间转移的原点O O和转移的方和转移的方向不同所致。向不同所致。 该实验阐明该实验阐明F F因子和细菌因子和细菌DNADNA都是环状都是环状的，的，F F因子插入环状染色体的不同位置构成因子插入环状染色体的不同位置构成不同的转移原点和转移方向。不同的转移原点和转移方向。 整合到细菌中的整合到细

17、菌中的F F因子也可以重新分开染色因子也可以重新分开染色体，成为独立的环。这个过程是整合的逆体，成为独立的环。这个过程是整合的逆过程，称为环出过程，称为环出looping outlooping out。 F F因子在环出过程中并不是完全准确因子在环出过程中并不是完全准确无误的，往往连同部分染色体片段一同分无误的，往往连同部分染色体片段一同分开。开。 部分染色体部分染色体DNADNA与与F DNAF DNA的杂合环称为的杂合环称为FF因因子。子。 F所携带的细菌所携带的细菌DNA片段的大小不等，可片段的大小不等，可以是一个基因，也可以长达细菌染色体的以是一个基因，也可以长达细菌染色体的一半。一半

18、。 F因子以极高的频率转移它所携带的基因。因子以极高的频率转移它所携带的基因。 F因子有极高的自整合率，且整合在一定因子有极高的自整合率，且整合在一定的座位上，由于它有与细菌染色体同源的的座位上，由于它有与细菌染色体同源的区段。而区段。而F因子整合在染色体上的位点不是因子整合在染色体上的位点不是固定不变的。固定不变的。 F因子进入受体细胞以后，在整合以前，受体细胞因子进入受体细胞以后，在整合以前，受体细胞就成为部分二倍体。就成为部分二倍体。F因子所携带的基因就可以在受体因子所携带的基因就可以在受体细胞中表达。细胞中表达。例如，某一例如，某一Hfr系系 stock的的F因子在环出时带走了因子在环

19、出时带走了lac+，当此，当此F转移到转移到F lac以后，受体菌以后，受体菌receptor成为成为 F+ lac+的比率很高。但的比率很高。但lac位于染色体的远端，在位于染色体的远端，在中断杂交实验中，只需中断杂交实验中，只需1/100的受体成为的受体成为F+ lac + 。这。这是由于是由于F携带携带 lac+ 基因进入受体后使基因进入受体后使 lac座位成为部分座位成为部分二倍体二倍体Flac+ / lac，lac+对对 lac是显性，所以部分是显性，所以部分二倍体的表现型是二倍体的表现型是 lac+ 。 部分二倍体是不稳定的，部分二倍体是不稳定的，FF因子能够因子能够丧失，使丧失，使Flac+ / lacFlac+ / lac回复为回复为laclac，但但FF也可以与染色体发生重组，构成稳定也可以与染色体发生重组，构成稳定的的lac+lac+菌株。菌