第六章细菌的遗传分析

第六章细菌的遗传分析

（3学时）廊坊师范学院生命科学学院遗传学教研室第一节细菌的细胞和基因组细菌的细胞CellWallCytoplasmCellMembraneBacteriaHaveCircularChromosomesTerminationofReplicationOriginofReplicationChromosome细菌染色体的复制第二节细菌的结合与染色体作图一．大肠杆菌结合现象的发现1946年，J.Lederberg和E.Tatum大肠杆菌杂交试验：材料：大肠杆菌(Escherichiacoli)K12菌株的两个营养缺陷型品系：品系A基因型:met-bio-thr+leu+thi+品系B基因型:met+bio+thr-leu-thi-.几种可能解释及其分析对上述试验结果原养型菌落可能产生于：亲本细菌A或B发生了回复突变；两品系细胞通过培养基交换养料——互养作用；两品系间发生了转化作用；发生细胞融合，形成了异核体或杂合二倍体。为了验证这些原养型菌落产生的可能而进行的研究最终表明：这些解释均不成立。1950年B.Dawis的U型管试验:滤片孔径很小，可让DNA、0.1μm的游离分子和更小的营养物通过，但细胞不能直接接触。(结果没有得到原养型细菌)Amet-bio-strs

×

加链霉素Bthr-leu-thi-strr

↓

基本培养基+str:出现菌落2结果得出结论:(1)E.coli有相当于高等生物的性别?(2)E.coli的遗传物质是由♂→♀单向传递的。1.细菌“性别”的发现：W.Hayes的实验二．F因子与高频重组Amet-bio-strr

×

加链霉素Bthr-leu-thi-strs

↓

基本培养基+str:没出现菌落2.F因子及其转移F因子、致育因子、F质粒、性因子、附加体质粒(plasmid):指任何染色体以外的稳定遗传的遗传结构。附加体(episome):在细胞中或以游离状态或与染色体以相合状态存在的可稳定遗传的遗传结构,它的存在给细胞带来一定的遗传性状，但它们的缺失并不会造成细胞的死亡。F因子的结构配对区致育基因原点F+与F-的结合Hfr与F-的结合三．细菌重组的特点（1）基因重组发生在部分二倍体中（自然状态下很难把供体基因全部转移过来）。（2）奇数交换无效，偶数交换有效。（3）只出现一种重组子（杂交后代），真核生物出现四种杂交后代。（4）在F+×F-中，结果使F-变为F+，很少发生基因重组（供体与受体之间）。（5）在Hfr×F-中，F-很少变成F+，基因重组频率比较高。杂交后，育性基因没有转移。细菌重组的特点第三节中断杂交与重组作图一．中断杂交实验原理基因从Hfr细胞按次序转入F-细胞，可根据基因进入F-细胞的时间和次序制作基因图谱。Wollman和Jacob于1954年在大肠杆菌中曾进行了以下杂交实验。中断杂交实验二．中断杂交作图选出的thr+leu+strr重组中非选择标记与结合时间作图根据中断杂交实验结果，确定基因间的图距（单位为时间min）E.coli染色体为环形三.重组作图在中断杂交中，根据基因转移的先后次序，以时间为单位求出各基因间的距离，叫做时间作图法。如果基因间转移的时间在两分钟以内，用这种方法求得的基因间距离就不很精确可靠，它为重组作图提供某些基因之间连锁关系及其前后次序的依据。重组作图是根据基因间重组率进行定位的。例如根据中断杂交试验知lac和ade基因是紧密连锁的而且lac比ade先进入受体。试验：Hfrlac+ade+strs×F-lae-ade-strr

lac—ade间重组率：=lac-ade++lac+ade+lac-ade+用时间单位法lac-ade的图距是一分钟，所以时间单位和重组值的关系大致是1min=20%重组值=20cM=20%第四节F’因子与性导一．F’因子二．性导性导在大肠杆菌的遗传学研究中的作用(1)F`因子可自主复制；(2)形成部分二倍体可用作互补试验测定两突变的关系；(3)确定部分二倍体中两基因的显隐关系；(4)利用两基因的“共性导率作图”。第五节细菌的转化与转导作图一．细菌的转化与遗传作图转化：指外源DNA片段不经中间媒介体直接进入感受态细胞进行基因重组形成重组体的过程。转化子：通过转化而形成的重组体。感受态细胞：能接受外源DNA分子并被转化的细菌细胞。感受态因子：促进转化作用的酶或蛋白质分子。转化机制：转化基因间关系及其确定（共转化）DNA低浓度时，转化频率与转化的DNA浓度呈正比关系DNA浓度下降比率A转化率下降比率B转化率下降比率A与B共转化率下降比率A与B关系1/21/21/21/2连锁1/21/21/21/4不连锁Nester等用枯草杆菌进行了如下实验：trp2+his+tyr1+×trp2-his-tyr1-二．细菌的转导与遗传作图LT22phe-trp-tyr-his+×LT2phe+trp+tyr+his-1、转导的发现1952年J.Lederberg，N.Zinder实验结果10-5频率出现野生型菌株。（基本培养基）LT22菌液涂布在基本培养基上出现野生型菌落某种滤过因子将LT-2的基因传递给LT-22，后来的一系列实验证明该滤过因子为P22噬菌体。Lederber实验的解释：LT22是携带了P22原噬菌体的溶源性细菌，LT2是对P22敏感的非溶源性细菌。转导：以噬菌体作为媒介，把一个细菌（供体）的遗传物质转移到另一细菌（受体），中进行基因重组的过程叫转导。转导分为普遍性转导和局限性转导两类。2、普遍性转导普遍性转导：供体细菌的任何一个基因都可能被转移，且几率相等，这种转导为普遍性转导。转导颗粒：将细菌染色体片段包装在噬菌体蛋白质外壳内而产生的假噬菌体（不包含噬菌体的遗传物质）。转导体：由转导颗粒形成的具有重组遗传结构的细菌细胞叫做转导体。共转导（并发转导）：两个紧密连锁的基因往往可以一起被转导，这种结合转导现象叫共转导。应用普遍性转导作图例：P1→供体：thr+leu+azir×thr-leu-azis受体无leu

加azi

无thr

无leu无thrthr+leu+3%thr+azir

0%leu+azir50%leu+thr+2%加azi供体菌受体共转率各种选择性培养基转导子基因型可确定基因排列：thr+—Leu+—azirP1供体菌：supC+trpA+pyrF+

↓

受体菌：supC-trpA-pyrF-↓转导子（1）supC+trpA+pyrF+36（双交换）（2）supC+trpA+pyrF-114（双交换）

（3）supC+trpA-pyrF+0（四交换）（4）supC+trpA-pyrF-453（双交换）603基因顺序是:supCtrpApyrF

如何用共转导率判断基因间的顺序？supC-trpA=(36+114)/(36+114+453)=0.25trpA-pyrF=36/605=0.06supC-pyrF=36/605=0.06如果把三个基因中每两个基因的共转导频率算出来，还可根据这一频率推算出三个基因之间的物理距离：d=同一染色体上两基因之间的物理距离L=转导DNA的平均长度（约为一噬菌体基因组大小）X=两个基因共转导的频率稳定转导与流产转导：稳定转导：指外基因子重组到受体菌基因组中获得能稳定遗传的转导子。流产转导：转导DNA进入受体细胞后，不与受体基因组交换，也不进行DNA复制，稳定独立存在于细胞中。使后代细胞中只有一个细胞具有转导DNA，其他细胞不含转导DNA，后代细胞发生分离。由于细菌不断增殖，故该转导类型的细菌所占比例越来越少，以至最终消失，故称为流产转导。3、局限性转导概念：又称专一性转导（specializedtransduction）是指噬菌体只把细菌基因组中特定部分的基因整合到自己的DNA中，然后转移给受体细菌的过程。低频转导：溶源性细菌中原噬菌体异常解离形成转导噬菌体（λdgal或λdbio）是缺陷噬菌体，感染gal-或bio-受体菌转导子频率很低，且转导子还不能产生噬菌体颗粒，这种转导叫低频转导。高频转导（High-feequencytransduction,HFT）：用双重溶源菌作为转导的供体而进行的转导，释放出的转导噬菌体频率比低频转导高，可达到50%。双重溶源菌：入噬菌体和转导噬菌体同时侵染寄主菌，同时进入寄主菌体内而形成的溶源菌。作业题1、供体菌株为Hfrarg-leu+aziSstrR，受体菌株F-arg+leu-aziRstrS。为了检出和收集重组体F-arg+leu+aziR，应用下列哪一种培养基可以完成这一任务，为什么其他的培养基不可以？（1）基本培养基加链霉素（2）基本培养基加叠氮化钠和亮氨酸（3）基本培养基加叠氮化钠（4）在选择培养基中不加精氨酸和亮氨酸，加链霉素（5）基本培养基加链霉素和叠氮化钠2.假定你证明对过去一个从未描述过的细菌种有遗传重组，如使ab+菌株与a+b菌株混合培养，形成a+b+、ab的重组类型，试说明将采用哪种方式来确定这种重组是转化、转导还是接合的结果。3．在普遍性转导中，供体大肠杆菌细胞的基因型是trpC+pyrF-trpA-，受体细胞的基因型是trpC-pyrF+trpA+。由P1噬菌体媒介转导，对trpC+进行选择，用选择的细胞进一步检查其他基因的转导情况，得到以下的结果：基因型后代数目trpC+pyrF-trpA-274trpC+pyrF+trpA-279trpC+pyrF-trpA+2trpC+pyrF+trpA+46试问：（1）这3个基因的次序是什么？（2）trpC和pyrF以及trpC和trpA的合转导频率是多少？（3）假定P1染色体长为10μm，这些基因之间的物理图距是多少？4．由一个野生型菌株抽提DNA，用来转化一个基因型为的突变型菌株。不