细菌遗传分析-1

哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析第四章细菌的遗传分析哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析一、细菌细胞和基因组哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析1.大小：原核细胞，长约1~2μ，宽约0.5μ；2.结构：细胞壁，鞭毛，质膜，核质体，核糖体，拟核；3.遗传物质：单个主染色体，裸露，为双链环状DNA，一个或多个小染色体(质粒)；4.繁殖：无丝分裂，约20分钟繁殖一代，每个细胞能在较短时间内裂殖到107个子细胞，成为肉眼可见的菌落或克隆；(一)、大肠杆菌（E.coli）的结构特点哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析(二)、E.coli在遗传研究中的优越性1．世代周期短：

20分钟可繁殖一代；2．便于管理和生化分析：个体小，一般在1μ至几μ之间，操作管理方便；哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析3．便于研究基因突变：

裸露的DNA分子和单倍体生物；4．便于研究基因的功能：

影印培养，易检出营养缺陷型突变，有利于从生化角度来研究基因的作用；5．便于研究基因重组：

细菌具有转化、转导和接合作用，可以进行精密的遗传分析；哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析二、E.coli突变型及筛选哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析1.合成代谢功能突变型：又称营养缺陷型，表示：Met-,Met+,metA-，metA+

用各种不完全培养基来筛选(影印法)

2.分解代谢功能突变型:Lac-可由lacX-

、lacY-

或lacZ-

引起伊红-美蓝培养基（EMB培养基）筛选

3.抗性突变型：

用加入抗生素的选择培养基筛选表示：表型Strr或Strs;基因str-或str+。(一)、大肠杆菌的突变类型表型基因型哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析选择培养法：是根据菌株在基本培养基和选择培养基上的生长表现确定菌株的突变型，如原养型和营养缺陷型或对某一抗生素的敏感型和非敏感型(抗性型)；影印法：将完全培养基上的单菌落同时接种到不同的选择培养基上，可对所有菌落进行选择培养，鉴定效率高；(二)、突变型的筛选哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析影印法(抗性突变)莱德伯格等（LederbergJ.和LederbergE.M.,1952）设计。人工诱变哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析完全培养基基本培养基基本培养基+aaB基本培养基+aaA印迹影印法(营养缺陷突变)人工诱变哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析注意：(1)最初的培养基必须是非选择性的，即各种突变型都能够在其上生长；(2)必须采用适当的方法如涂布或划线法，以使培养物菌落之间要分开；!哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析接合（conjugation）转化（transformation）转导（transduction）原核生物遗传物质转移的方式：哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析三、E.coli的接合哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析概念：指原核生物的遗传物质通过细胞的直接接触从

供体(donor)转移到受体(receptor)内的过程。特点：需通过细胞的直接接触。哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析菌株A:

met-bio-thr+leu+thi+（需甲硫氨酸和生物素）菌株B:

met+bio+thr-leu-thi-（需苏氨酸，亮氨酸和硫胺）(一)、大肠杆菌“接合”的发现(莱德伯格和塔特姆，1946)ABAB洗涤洗涤洗涤met+bio+thr+leu+thi+哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析U型管实验Davis,1950

A、B菌株分别培养在基本培养基上è

一边加压和吸引使培养液充分混合è

任何一臂的培养基上均未出现原养型细菌；这种原养型细胞如何出现？∴直接接触(接合)是原养型细菌出现的必要条件。海斯（HayesW.,1952）证明：接合过程是一种单向转移。A菌株遗传物质èB菌株，从供体(donor)到受体(receptor)。哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析菌株A:

met-bio-thr+leu+thi+（需甲硫氨酸和生物素）菌株B:

met+bio+thr-leu-thi-（需苏氨酸，亮氨酸和硫胺）含有链霉素(二)、大肠杆菌“性别”的发现AStrsBStrr出现原养型菌落(10-7)met+bio+thr+leu+thi+抗性相反为什么会导致结果不同

不出现原养型菌落AStrrBStrs哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析正反交结果不同，说明菌株A和B在杂交中的作用不同：菌株A：相当于雄性，是遗传物质的供体菌株B：相当于雌性，是遗传物质的受体在含有链霉素的培养基中：

Astrs×Bstrr:

供体不能繁殖，但并不影响基因转移，受体能够进行细胞分裂，也能接受外源遗传物质发生重组，从而出现原养型菌落；Astrr×

Bstrs:

受体能接受外源遗传物质发生重组，但细胞不能分裂，所以不能重组成原养型菌落；原因解释：哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析(三)、F因子与高频重组品系1.F因子供体和受体的性别差异，是由F因子引起的⑴．F因子：致育因子（性因子），是一种附加体。携带F因子的菌株称为供体菌或雄性，用F＋表示。未携带F因子的菌株为受体菌或雌性，用F－表示。⑵．F因子的组成：染色体外遗传物质，环状DNA；

40~60个蛋白质基因；

2~4个/细胞(雄性内)。哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析⑶．E.coli

与F因子的三种状态：①．没有F因子，即F－；

②．一个自主状态F因子，即F＋；

③．一个整合到宿主染色体内的F因子，即Hfr。哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析(4).F因子的复制F因子独立进行复制哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析2.高频重组品系(Hfr，HighFrequencyRecombination)

F因子整合到细菌染色体上（F＋Hfr细胞），其繁殖与细菌染色体同步;此时，细菌基因的重组频率增加104倍以上；∴染色体上整合有F因子的菌株，称为Hfr菌株;哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析Hfr×F－接合时：(1)F因子产生缺口；(2)细菌染色体由一小段单链的F

因子为前导而转移到F-受体；(3)边转移边复制；(4)接合中断；结果：仅小部分供体菌染色体能够转入受体菌，受体细胞为F－，F因子仍留在供体内。由于受体带有一段供体DNA，因此重组频率增加!哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析部分二倍体中发生交换:

单数交换：打开环状染色体，产生一个线性染色体，这种细胞是不能成活的。

偶数交换：产生可遗传的重组体和片段。哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析细菌重组的特点F-受体只接受了部分供体染色体，形成部分二倍体：

1)只有偶数次的交换才能产生平衡的重组子。

2)不出现相反的重组子，所以在选择培养基上只出现一种重组子。哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析总结：当F因子处于游离状态时，细菌为F+，当整合到宿主染色体上时即为Hfr品系。1)产生重组子的频率不同，Hfr×F－的重组子频率是10-2，而F+×F－产生的重组子仅为10-6；

2)F+×F－的后代常为F+，而Hfr×F－的后代为F－；1)都能与F－进行杂交发生重组；

2)杂交时都要通过接合管和受体菌连接；F+

和Hfr的相同点是：F+

和Hfr的不同点是：F+×F－的后代为F+Hfr×F－的后代为F－

哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析上节课主要内容回顾非顺序四分子的遗传分析方法RF=1/2T+3NPD细胞的遗传分析重要概念：接合、F因子、Hfr哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析(四)、中断杂交与染色体作图中断杂交作图：基因距离的单位是min而不是cM。

1956年，雅各布（JacobF.）和沃尔曼（WollmanE.）：

中断杂交试验：发现接合时遗传物质转移是直线进行。⑴．Hfr菌株与F－菌株混合培养。

Hfr菌株：strs

a+b+c+d+对链霉素敏感

F-菌株：strr

a-b-c-d-抗链霉素⑵．不同时间取样

搅拌器中断杂交稀释含链含链霉素完全培养基杀死Hfr细菌抗str细菌菌落影印培养法：鉴定a+b+c+d+各基因转移时间。哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析⑶．实例：供体：Hfr：strsthr＋

leu＋

azirtonrlac＋

gal＋受体：F－：strrthr－

leu－

azistonslac－

gal－thr+(苏氨酸)、leu+(亮氨酸)、azir(抗叠氮化物)、tonr(抗T1噬菌体)、lac+(乳糖)、gal+(半乳糖)哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析①．8分钟时：thr+进入F

-细胞；②．8.5分钟时：leu+进入F-细胞；③．9分钟时：出现叠氮化物抗性

的菌落；④．11分钟时：出现抗噬菌体T1

的F-细菌；⑤．18分钟时：出现乳糖发酵基因；⑥．25分钟时：出现半乳糖发酵基因；哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析标记基因转入的时间（分钟）频率thr+8100(经选择的)leu+8.5100(经选择的)azis990tons1170lac+1840gal+2525中断杂交作图结果以基因出现的时间为标准è

作出E.coli的遗传连锁图哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析取样时间（分）各非选择标记的重组频率(%)thr+leu+azistonslac+gal+50000010100123001510070310020100887112204010090753830Hfr×F-中断杂交中不同时间非选择标记标记的重组率哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析①.各基因的重组频率随着时间的推移而增加，但在一定程度后便不再增加；②.各基因进入受体的时间不同，重组频率达到最高的时间也不同。哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析Hfr类型原点基因转移顺序HfrHOthr

prolacpurgalhisglythiHfr1

Othrthi

glyhis

gal

purlacproHfr2

Oprothrthiglyhisgalpur

lacHfr3

OpurlacprothrthiglyhisgalHfrAB312

Othithrprolacgurgal

hisgly⑷．用一种大肠杆菌的不同Hfr菌株进行中断杂交实验，作出连锁图，其基因向F-细胞转移的起始基因不同，方向不同，但顺序相同。哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析哈工大-遗传学第四章细菌的遗传分析Hfr类型原点基因转移顺序HfrHOthr

prolacpurg