普通遗传学5细菌de分析

第五章细菌的遗传分细菌的概

本章细菌的接合 作中断杂交与重组作F΄因子与性6细菌的转化与转导作图思考题本章 掌握F-菌株、F+菌株、Hfr菌株的概念、区别区别F因子、F´因子的异掌握细菌的遗传作图的原理，了解基本过程细菌的概述细菌的细细菌的突变细菌的培养与突变型筛细菌 在遗传研究中的优越细菌的拟有性过 结构的了解日益深研究材料采用了新的生物类型—一、细菌（bacteria）的细真细菌：大肠杆菌（Escherichiacoli）古细菌：詹氏甲烷球菌杆菌，大约15μm长，0.5μm大肠杆菌(E.coli，其为一条环状的露DNA分子，长1333um。细胞里通常还具有一个或多个小的—质粒。1、结构

一、细菌细菌是单细胞生物2、生长特生长周期短，20分钟一个世代，生长速度快3、遗传特细 露的DNA4 和繁二、细菌的突单一细菌在固体培养基上形成一个菌落（clone）1、合成代谢功能的突变野生型（原养型）：eg:Met+,eg:Met－,ColonyofSerratia粘 2、分解代谢功能的突变野生型：能利用复杂的糖类作为碳源。eg突变型：不能利用复杂的糖类作为碳源。eg:3 抗性 eg:敏感性：eg:

T2s细菌中常用的若干突变 符号见表三、细菌的培养与突变型

一个细胞繁殖而来的纯系。通常采用平板表面涂布法或 可以获得单菌落许多细菌的突变都与培养基营养成分及培养条件有选择培养法为了高效测定所发生的突变，Lederberg设计了影印四、细菌 在遗传研究中的优越性③便于研 的突变④便于研 的作用⑤便于研 的重组五、细菌的拟有性过 细菌的遗传重转化（Transformation）接合（Conjugation）转导（Transduction）性导（

胞的DNA与细胞的DNA可以通过4种细菌生活条件基本培养基（BasalMedium）：BM或无机盐：SO42-、NO3Ca2+、 ：葡萄糖、蔗糖维生素：生物素、Vb完全培养基：CM（CompleteMediumBM＋全部营养物质BM＋某一种（营养）物质细菌的接合 作细菌接合现象的发现和证F因高频重组细菌的交换重一、细菌接合现象的发现和1、1946年，Lederberg和E.L.Tatum的大肠杆菌杂交实验：材料：大肠杆菌(Escherichiacoli)K12菌株的两个菌株A—met－bio－thrleu菌株B—metbio首次证明E.coli的有性生殖 重方法将A、B两菌株混合培养→完全培养基上过夜→离心，各取108涂布在基本培养基。结果：平板上长出原养型菌落，频率为10－7。原养型菌落的产生，是A的thr＋leu＋thi+和B的met+bio+的 组里。原养型菌落回复突变的结果 回复突变频率10-6，两个 变的频率＝10-6×10-6＝10-12<10-A培养液灭菌→滤液加入B培养液→培养→无原养菌互养（Syntrophism）——两个品系分泌的代谢物

互养作用及其A品系：A－BT1S(met－bio－thr+leu+T1B品系：A+B－TR(met+bio+thr－leu－T 试验方法：将A、B品系混合接种在基本培养基表面，证实B.Davis1950年所做的U把A、B菌株分别培养在基本培养基上→培养液充分混合→从两端抽取细菌培养液→接种在基本培养基→结果长出原养型细菌 转导和互养3超微孔滤板：可通过生物大分子、噬菌不能通过：细结论：A，B品系菌株间的直接接触是 重组的前提。在Lederbery和Tatum的试验中，发生了一种不同2、接合二、F因子1、F因子的发现1952年，WHayes杂交试以大肠杆菌K12菌株的两个营养缺陷型为材菌株A—metbio-thrleu菌株B—met+ thr-leu-链霉素处理A菌（不杀死细菌，阻 完全培养基培养一段时 洗涤离B重组体未减 基本培养基链霉素处理B

洗涤离心无重组体产 基本培养大肠杆菌的两种类型Hayes(1952)研究表大肠杆菌两种不同菌株(品系)接合过程中遗传物质的转移是单向的；2、F因子Hayes和Cavalli-Sforza（1953)发现，供体有一个性因子即致育因子—F因子。F因子：环状DNA分子，全长94.5kb，约为全长的2%结构：3个区域 伞毛配对区：可以与细 配对，进行交换整合P161图F因子的特点：有F因子的细菌称为F＋(供体)，表面有没有F因子的细菌称为F－（受体）F＋细菌经吖啶橙处理而丢失，成为F－F＋可以和F－杂交，但不能和F＋F＋×F的杂交后代皆为F＋，而且可以10－7频率获细菌的 的重组频率很低，又称B♀B♀ 三、高频重组1951Cavalli发现用氮芥处理F然后将处理后的F＋×F－→10－4重组子。新的菌株称为高频重组（HighfrequencyofHfr：指F因子整合到宿主细胞 Hfr×F－→F－，出现高频重组，但F－很少变成F＋×F－→2F＋，重组频率很低。Hfr→吖黄素处理，不会丢失F因子。质粒，附加

F因子的实既可存在于之外作为独立的子，又可整合到细菌上作为细菌子的一部分的F杂交时获 整失 游 四、细菌的交换重组F＋→F因子和F＋细菌两个环状DNA分子可以在同源区配子（Hfr）。B A A Hfr×F－只接受部分的供 这些称为供体外子(endogenote)，而受体的完整则称为受体内子（exogenote），部分合子（merozygote）：这种含一个亲本全 细菌的遗传重组是在部分二倍体中进行的。重组是单交

＋

线 ，以后丢失重组细菌交换的特①单交换不能产生完整的重组体，双交换及其它偶②相反的重组体不出现。所以在选择性培养基上只5.3中断杂交与重组作图重组作图一、中断杂交实验原1954E.Wollman和E.Jacob设计完成Hfr：thrleuazirFthr－leu－azis

tonrlac+gal+strstonslac-gal- Hfr+F－菌株混合通气培养，隔段时间取样，放在搅拌器中搅拌以中断杂交，将混合菌液稀释涂布于含有Str的不同选择培养基上，对形成菌落的F－细 选择性标记（selectedmarker）：在杂交中用来选出杂交子代重组体的标记。用供体的thr＋leu＋strs作为选择标记，其他几个基体的。）中断杂交技术（interruptedmating）：这种根据供体 时间绘制连锁图的技术，称为中断杂交技术P165图7－9－b，P164表结果表明，thr+最先进入F-细胞，接合8分钟后便出现了重组体，leu+随后半分钟出现，aziS在9分钟时出在被选择的thrleu+的重组体中，其它的供体接连出现，不同的经过一定时间就上升到一个稳定的水平。分析不同的非选择标记进入受体且重组的时间不同，但 的重组频率随着时间的增加而增加，直至按时间顺序，先重组和后重组的 ，重组率的结论Hfr的是以线性方式转移进入F－的。它以某一特定位点为转移起点（设为0点），以一定的次序将上的转入F－细胞。某些F＋，频率很低。大肠杆菌 呈环形利用不同的Hfr品系进行中断杂交实验，可以给出 的连锁图。下表列出了5株Hfr菌的 连锁顺序，其 向F-品 连锁次Hfr Hfr Hfr HfrOFOF这个实验进一步说明F因子和细 1957年，Wollman和Jacob提出假设：E.coli 的染色体是环状的，可在不同位置上自发地断开。F因子可E.coli的全 转移需要100分钟，每分钟2.3×104bpP166图三、重组作图如果两 间的转移时间小于2分例：紧密连锁二 :lac－，ade－，lac先进入受体，ade居后。如：Hfrlac+ade+strsF－lacade↓完全培养基混合↓基本培养基(无腺嘌呤、加↓F－adestrr分析：⑴F－lac－ade－，供体 组。⑵若重组体为lac+ade+，说明两个 交换，ade和Lac间无交换重组；⑶若重组体为lac－ade+，ade和Lac⑷若重组体为lac＋ade－F－ade+strr菌落→影印培养在EMB( 上，检查能否利用乳糖→紫红色菌落lac+白色菌落 重组组 2

交交换2-3交换

lac+adelac－Rf(lac-ade在lac和ade间发生交换的菌落数菌落总数

×100%

白色菌

白色菌落+暗红色菌（菌落总数5.4、F΄因子与F΄性三种致育因子一、F΄因子1959年，Aderlberg重复Hfr×F－实验时，发现部分Hfr品系回复为F+状态。 的过程是可逆的。Hfr菌株在切除F因子时发生错误切除，分离出一个携带 的遗传因子，这种带有 的F因子称为F΄因子。P168图F΄因子的特点①以极高的比率转移它携带 ②F΄ 不同于F因子随机插入。二、性F΄因子带有部分细菌 ，形成部分二倍体1、性导（ 配对、交 整准确环

准确环

1因～半条染色 5.6、细菌的转化与转导作一、细菌的转化与作转化（transformation）：某些细菌(或其他生物)通过 1、细菌转化的发 oniae)转化实验1944，Avery转化是细 重组的方法之一转化因子（TranformationPrinciple,TP）。2、影响转化的因(1)双球菌成功转化的DN 段至少要有800bp；枯草杆菌最少需要16000bp。(2)转化片段形态:必须是双链。(3)转化片段浓度：每个细胞摄取的DNA分子数不超过10个。(4)受体细胞生理状态；感受态感受态：行转化的生理状态。转化率一般都很低，大约为1%转化低的原⑶必须有酶或蛋白质以及能量等的协同作用3双链DNA分子与受体部位可逆结合→供体DNA进入受体→双链变为单链→插入，形成杂合DNA分子→形成转化子4、转化在遗传分析中的共转化（cotransformation）：供体一条 一般连锁。应用①两 同时转化的效率（连锁或不连锁 定位（遗传作图）（枯草杆菌将抽提的供体DNA浓度降低10如果a、b二 是紧密连锁的，则a、b二 时转化频率也降低10倍如果a、b不连锁，但a、b二 则降低10×10=100倍。在较低浓度范围内，转化频率和转化DNA的浓度成正eg：供 上有两 a+b+，受体为a⑴若a，b独立遗传，共转化的概率为两个 ⑵若a，b连锁，共转化的概率比两个 eg：枯草杆菌(Bacillustrp2his2tyr1+trp－histyr 结果如下：p170表分析：每次只看2 位trp2+trp2+his2+tyr+trphistyr1221重组型＝2600＋107＋3660＋418＝6785亲本型＝11940＋1180＝13120Rftrp2－his2＝重组型/重组型＋亲＝6785/ 二、细菌的转导与作转导（transduction）：指以噬菌体为媒介将1、转导现象的1951LederbergZinder在鼠伤寒沙门氏菌中将两个营养缺陷型LT22和LT2进行杂phe－trp－tyr－met+his+×phe+trp+tyr+met－原因证实

↓混合培养基本培养基↓phe+trp+tyr+met+

a、10－5>10－12（10－6×10－6） U型管试验(防止细胞直接接触)在LT-22的一臂也获得野生型重组体→排除由于接合或性导。c、DNase处理→重组体→排除转对FA的进一步研究证明，FA是噬菌体FA与噬菌体P22用抗P22的 抗噬菌体P22的沙门氏菌菌株对过滤性因子也表现实验结果的解LT22菌株是携带P22噬菌体的溶源性细菌，LT2菌株是对P22噬菌体敏感的非溶源性细菌；在培养过程中，少数LT22菌自溶释放出游离的P22噬菌体，通过U型管底的滤板(Ø 1m)， 裂解LT2菌；宿主 DNA被裂解成小片段某些LT2的 段在P22噬菌体组装时，偶尔转导噬菌体再次进入LT22菌，经重组后产生野生2、转导的类型和特普遍性转导：可以转导细 的任何不同部分 的特异部分。转导的特点：以噬菌体为媒介→将细菌的一段错误包装在噬菌体的蛋白质外壳内→通过转移到另一个受体细胞内。㈠普遍性转导（generalized1、转导的机2、转导作供体a+b+→受体a－b－，得到a+b－a－b＋a+b+转导体选择a+或b+就可以确定两个 Rfab＝单个转导子数/总转导子数选择标记a+或选择b+

a－b＋＋a+b+3、共转导共转导(cotransduction)：如果两个 转导，说明两 双因子转导：观察两个的转导，计算并比较每两个的共转导频率，可以确定在染色例如：供体受 共转导频→a ab→→a ab→a近a在bc之→b远三因子转导：分析一个实验的结果就可以推出三个 例如：供体大肠杆 型a+b+c+，受体 型abc最少的一类转导体代表最难于转导的情。这种转导体的两边为供体 ，而中间为受，如 正确次序为a-b-c，就应为a+bc+eg:假定最少的转导体为a+b+c，这三个 当是a-c-b或b-c-a。频率最低共转导的应用：测 间的连锁关eg:E.coli的P1噬菌体进行转导实P1侵染带leuthrazir用转导颗粒P1再侵染带leu－thr－azis将受体细菌特定培养：培养在一种可选择1～2个标 例如：1、azi＋thr培养基，leu为标 ，只有leu+才生长。150%azir23%leu+3leu+0%33 的连锁关系实验1 说明leu和azi较近，和thr较远；实验2 说明leu位于中间 最大转导片根据共转导频率推 之间的物理距 d＝L1- d=同 上 之间的物理距离L=转导DNA的平均长度（bp，kbp）X=两个 转换X= 例：转导噬菌体 组大小为80kb供体：E.colitrpA+supC+pyrF+受体：E.colitrpA－supC－pyrF－以supC为选择性标记结果： supC+trpA+ 2trpA+3trpA－０4trpA－dl(1dl(1380(13x0.2529.6k根据3可 的顺序为 trpA距离supC－trpA共转导类型是1和频率是36+114/603=0.25，距离为29.6kbsupC－pyrF共转导类型是1和3，频率是0.06，距离为48.7kb。 （二）特殊性转特殊性转导（specializedtransduction）或局限性转导（restrictedtransduction）：由温和性噬菌体进行的转导，只能转导供体组的部分