细菌和病毒的遗传分析专家讲座

1第十章细菌和病毒遗传分析张爱菌和病毒的遗传分析专家讲座第1页2

内容细菌和病毒特点细菌遗传分析噬菌体遗传分析细菌和病毒的遗传分析专家讲座第2页3第一节细菌和病毒特点细菌和病毒的遗传分析专家讲座第3页1.1细菌特点及培养技术

细菌特点

单细胞生物，不一样细菌大小不一，1-2um长，0.5um宽

结构：鞭毛、荚膜、细胞壁、胞膜、胞质、DNA（称为拟核）

遗传物质：1个主染色体、多个微小染色体

微小染色体：也称为质粒，携带不一样基因，使细菌含有不一样性状；被作为基因工程载体4细菌和病毒的遗传分析专家讲座第4页5细菌特点繁殖世代短（20分钟一个世代）会发生突变：菌落形态性状突变：菌落形状、颜色和大小等。

生理特征突变：丧失合成某种营养物质能力营养缺点型（营养缺点型）。抗性突变包含：抗药性或抗感染性。1.1细菌特点及培养技术细菌和病毒的遗传分析专家讲座第5页6细菌和病毒的遗传分析专家讲座第6页1.1细菌特点及培养技术细菌培养技术

固体和液体培养：液体培养后，细菌分裂呈几何级数增殖

吸收少许液体，无菌环境下，涂布在固体培养基上

细胞在固体培养基上不能移动，每个细胞会聚集成群，达107个细胞，肉眼可见（平板培养），称为无性繁殖/克隆7细菌和病毒的遗传分析专家讲座第7页1.1细菌特点及培养技术细菌突变研究方法

1952年创造影印培养法

过程：母板上长成菌落，然后拿一个比培养皿小木板，上面包裹灭菌丝绒，印在母板上，菌落会吸附在丝绒上，然后把丝绒印到不一样成份培养基上。

结果判断：凡是不能够在新培养基上菌落，为缺点菌落。8细菌和病毒的遗传分析专家讲座第8页9细菌固体、稀释培养及菌落细菌和病毒的遗传分析专家讲座第9页10■合成代谢功效突变型:

营养缺点型（auxotroph)野生型（wildtype)

缺点型（deficient) 原养型（prototroph)

Met-

甲硫氨基酸缺点型Met+

Thi-硫胺缺点型 Thi+ Pur-嘌呤缺点型 Pur+■分解代谢功效突变型：lac-乳糖突变型，野生型为lac+■抗性突变型：抗药性或抗感染性

StrR,

StrS分别表示对链霉素有抗性和敏感

T1R,T1S分别表示对T1噬菌体有抗性和敏感R：resistant；S：sensitive细菌突变型和标识细菌和病毒的遗传分析专家讲座第10页11细菌突变型和标识基本培养基（minimalmedium）仅含葡萄糖和无机盐。完全培养基（completemedium）含细菌所必需各种营养成份。细菌和病毒的遗传分析专家讲座第11页121.2病毒生物学特征比细菌结构更为简单，只有一条染色体（DNA或RNA）。病毒结构：蛋白质外壳+包被核酸所组成颗粒。种类：依据宿主(动物、植物、细菌)或遗传物质(DNA或RNA)来分类。感染细菌病毒(Bacterialphage)，称为噬菌体(phage)，是当前经过广泛研究，了解比较清楚一个病毒。

在没有宿主情况下，能够视之为没有生命/或者一堆化合物细菌和病毒的遗传分析专家讲座第12页131.2病毒生物学特征病毒种类

依遗传物质划分：单链DNA，单链RNA，双链DNA，双链RNA依与宿主细胞关系划分：如烈性噬菌体；温和噬菌体细菌和病毒的遗传分析专家讲座第13页14噬菌体细菌和病毒的遗传分析专家讲座第14页151.3细菌和病毒在遗传研究中优越性繁殖世代周期短：min/h易于操作管理和进行化学分析(纯培养与代谢产物累积)，节约空间和人力、物力；便于研究基因突变(表现与选择)；便于研究基因作用

(突变型生长条件与基因作用)；便于研究基因重组

(重组群体大、选择方法简便有效)；遗传物质简单，可作为研究高等生物简单模型细菌和病毒的遗传分析专家讲座第15页1.4细菌和病毒拟有性过程

细菌和病毒不一样于真核生物配子融合有性过程

遗传物质传递：从一个细胞传到另一个细胞细菌拟有性过程：转化、接合、性导、转导16细菌和病毒的遗传分析专家讲座第16页17第二节细菌遗传分析细菌和病毒的遗传分析专家讲座第17页181细菌转化转化：细菌经过细胞膜摄取周围供体DNA片段，并可能将外源DNA片段经过重组整合到自己染色体组过程。+细菌和病毒的遗传分析专家讲座第18页191细菌转化转化：细菌经过细胞膜摄取周围供体DNA片段，并可能将外源DNA片段经过重组整合到自己染色体组过程。+细菌和病毒的遗传分析专家讲座第19页201细菌转化外源DNA要求：双链DNA（环状质粒）；环状/线性

细菌要求：处于感受态状态，可能只发生在细菌生长周期某一时期

细菌和病毒的遗传分析专家讲座第20页211细菌转化转化类型自然转化（naturaltransformation）：细菌能够自然地吸收DNA，如枯草杆菌转化。工程转化（engineeredtransformation）

经过某种处理使细菌能够摄入外源DNA，如大肠杆菌转化:电转化、化学法转化（氯化钙法）。转化效率：约1％

转化片段长度：800bp---20

kb细菌和病毒的遗传分析专家讲座第21页22电转仪和电转杯（仍需是感受态细胞）1细菌转化细菌和病毒的遗传分析专家讲座第22页23转化转化进宿主细胞质粒数目在宿主菌中不等。分为：松弛型质粒（几十至几百个拷贝）严谨型质粒（10个拷贝以下）1细菌转化细菌和病毒的遗传分析专家讲座第23页24转化质粒丢失情况吖黄素处理细胞，不妨碍细菌增殖，有选择性妨碍质粒复制，在细胞中丢失。（有压力才有动力）无选择压力1细菌转化细菌和病毒的遗传分析专家讲座第24页1细菌转化转化过程结合：供体DNA与受体位点结合

双链DNA结合在细胞表面几个受体位点穿入：供体DNA由双链DNA变成单链DNA外切酶降解其中一条链，产生能量，把另外一条单链拉近细胞25细菌和病毒的遗传分析专家讲座第25页1细菌转化转化过程

联会：受体DNA双链部分变为单链，与供体单链DNA互补配对

整合：单链供体DNA与受体DNA对应位点置换，稳定渗透到受体DNA中，伴随受体DNA复制而复制26细菌和病毒的遗传分析专家讲座第26页1细菌转化转化成功前提获知受体DNA序列

供体DNA含有对应序列，可与受体DNA互补配对27细菌和病毒的遗传分析专家讲座第27页1细菌转化质粒转化

过程比较简单。能够以游离状态存在，不一定发生整合28细菌和病毒的遗传分析专家讲座第28页2细菌接合29细菌和病毒的遗传分析专家讲座第29页2细菌接合接合：遗传物质从供体（雄性）转移到受体（雌性）过程30细菌和病毒的遗传分析专家讲座第30页312.1接合现象发觉A菌:met-

bio-

thr+leu+thi+；需要在基本培养基上补充甲硫氨酸和生物素才能生长；B菌：met+bio+

thr-leu-

thi-；需要在基本培养基上补充苏氨酸、亮氨酸和硫胺才能生长；Lederberg和Tatun细菌杂交试验（1946）细菌和病毒的遗传分析专家讲座第31页322.1接合现象发觉AB完全液体培养基基本固体培养基met-bio-

thr+leu+thi+met+bio+

thr-leu-thi-基本固体培养基（不含有上述5种物质）Lederberg和Tatun细菌杂交试验（1946）？细菌和病毒的遗传分析专家讲座第32页332.1接合现象发觉A菌B菌过滤器bio-bio+结果表明：A和B菌即使在完全培养液中生长一段时间，但假如不发生二者之间接触，依然不能在基本培养基上生长。（细菌不能经过滤片，DNA能够经过）戴维斯U型管试验，1950细菌和病毒的遗传分析专家讲座第33页342.1接合现象发觉综合两个试验得出结论：A和B细菌经过接触，发生了杂交，遗传物质发生了交换，产生了与两个亲代菌株不一样野生型met+bio+thr+leu+thi+菌株。A菌和B菌怎么接触呢细菌和病毒的遗传分析专家讲座第34页352.1接合现象发觉F-F+性伞毛：F+细菌表面细长纤毛两株E.coli接合电镜照片细菌和病毒的遗传分析专家讲座第35页362.1接合现象发觉Lederberg和Tatun细菌杂交试验（1946）结果猜测？A菌B菌细菌和病毒的遗传分析专家讲座第36页372.1接合现象发觉Lederberg和Tatun细菌杂交试验（1946）结果猜测？A菌B菌细菌和病毒的遗传分析专家讲座第37页382.1接合现象发觉A菌B菌（链霉素处理，妨碍细菌分裂，能够转移基因；即B菌被链霉素杀死了，失去了繁殖能力，但其DNA还在）基本培养基B菌基因没有转移到A菌细菌和病毒的遗传分析专家讲座第38页392.1接合现象发觉A菌B菌基本培养基A菌基因转移到B菌（链霉素处理，妨碍细菌分裂，能够转移基因；即A菌被链霉素杀死了，失去了繁殖能力，但其DNA还在）细菌和病毒的遗传分析专家讲座第39页402.1接合现象发觉上述现象原因

A菌受处理不能分裂，但能够转移基因（DNA）

B菌未受处理能分裂，在分裂过程中接收A转移过来基因(DNA)

基因间单向发生了交换，最终形成野生型菌落

A菌能够看做供体（雄），B菌能够看做受体（雌）A菌向B菌转移到底是什么物质？细菌和病毒的遗传分析专家讲座第40页412.1接合现象发觉F因子：细菌间被转移物质称为F因子，又被称为质粒、性因子、致育因子。A菌能够看作供体（雄），记为F+，含有F因子；B菌能够看作受体（雌），不含F因子，记为F-。细菌和病毒的遗传分析专家讲座第41页422.1接合现象发觉F因子转移引发细菌间杂交

F因子化学本质是DNA，以自主状态存在于细胞质中或整合到细菌染色体上。F因子细菌和病毒的遗传分析专家讲座第42页43大肠杆菌F因子向F-细胞转移图解细菌和病毒的遗传分析专家讲座第43页442.2高频重组与中止杂交技术F+×F-F+(几乎全部)Hfr：highfrequencyofrecombinationABF+×F-较少F+，较多重组子AB细菌和病毒的遗传分析专家讲座第44页452.2高频重组与中止杂交技术1951年，卡瓦里（Cavalli）等人，1954年海斯（Hayes）先后在A菌株中分离出新菌株。Hfr形成

F因子能够整合到细菌环状DNA上（染色体上），含有重组状态这种F＋菌株叫Hfr（高频重组）菌。特点

(1)能够作为供体，与B杂交，重组频率比A×B高1000倍，称高频重组菌株。

(2)转移F因子频率低细菌和病毒的遗传分析专家讲座第45页46F因子存在状态2.2高频重组与中止杂交技术细菌和病毒的遗传分析专家讲座第46页472.2高频重组与中止杂交技术Hfr怎么进行基因重组？中止杂交技术揭示了上述现象。中止杂交：依据供体基因进入受体细胞次序和时间绘制连锁图技术。

重组次序是什么呢？细菌和病毒的遗传分析专家讲座第47页482.2高频重组与中止杂交技术

苏AA亮AA叠氮化钠噬菌体乳糖半乳糖链霉素F+thr

+

leu+azirtonrlac+gal+strsF-：thr-

leu-azistonslac-gal-strr

将F+与F-同时加入装有完全培养基大试管中，一定时间取样振荡，稀释接种至添加str但不含thrAA和leuAA培养基上，形成含有F-和F+重组子，再把菌落分别转移到只添加azi、ton、以lac或gal为炭源选择性培养基上。细菌和病毒的遗传分析专家讲座第48页492.2高频重组与中止杂交技术F+×F-混合后震荡培养（形成结合管）添加str，无thrAA和leuAAthr+，leu+，strr（首先确定F+和F-重组子含有F+thr+、leu+和F-strr

）(1)混合(2)涂平板那么F+菌其它基因是否也得到重组？重组次序呢？细菌和病毒的遗传分析专家讲座第49页502.2高频重组与中止杂交技术9min11min18min25minazitontacgalazitonlacgalazitonlacgalazitonlacgalF++×F-上述表明：Hfr菌株所携带thr+

、strr

、leu+

、azir

、tonr

、lac+和gal+遗传信息已经被重组进F-；不过，为何在不一样时间取样会出现不一样结果？（3）注：时间为F+和F-混合时间，如9混合9min后中止，混合11min后中止细菌和病毒的遗传分析专家讲座第50页512.2高频重组与中止杂交技术Hfr进入F-频率：从重组子出现，随时间推移，菌落开始增加，直至某一百分数，出现时间越早，百分数越高。（1）F+基因按一定次序和时间间隔进入F-（2）每个基因进入F-有一定频率，且在短时间内到达最高（3）进入F-越早，频率越高（4）F因子进入迟，频率低细菌和病毒的遗传分析专家讲座第51页2.2高频重组与中止杂交技术52一个特定Hfr菌株和F-菌株接合时首先出现F-细胞中供体性状是固定不变

而且各性状出现有一定先后次序

说明供体染色体是从某一特定位置即原点开始逐步转移

标识基因离原点越远，进入F-细胞越迟。不一样Hfr菌株染色体原点不一样，转移方向也不一样。细菌和病毒的遗传分析专家讲座第52页532.2高频重组与中止杂交技术依据重组子出现时间，得到Hfr基因在F-连锁图，距离单位为min，不反应基因间物理距离。中止杂交技术得到基因连锁图ton在azi进入F-后2min后才进入F-，能够认为azi和ton相隔2个单位。

Oazitonlacgal

091118

25细菌和病毒的遗传分析专家讲座第53页542.2高频重组与中止杂交技术用不一样Hfr菌株进行中止杂交试验，基因转移次序，转移起点和转移方向很不相同。大肠杆菌环状染色体细菌和病毒的遗传分析专家讲座第54页552.3F因子整合到细菌染色体过程细菌染色体

Hfr染色体附加体：能够整合到染色体上成为染色体一部分质粒。细菌和病毒的遗传分析专家讲座第55页562.3F因子整合到细菌染色体过程F因子：质粒一个。组成部分：转移原点；形成性伞毛基因群；

DNA复制酶基因；插入序列（含有极性，决定了插入转移方向）细菌和病毒的遗传分析专家讲座第56页572.3F因子整合到细菌染色体过程供体受体细菌和病毒的遗传分析专家讲座第57页582.3F因子整合到细菌染色体过程细菌基因重组特点：单交换造成不平衡部分二倍体线性染色体只有偶数交换才能产生平衡重组子相反重组子不出现细菌和病毒的遗传分析专家讲座第58页592.3F因子整合到细菌染色体过程当两基因转移时间靠近2min时，中止杂交技术测定基因距离不可靠，需要重组作图。重组作图是一个传统作图方法。细菌和病毒的遗传分析专家讲座第59页602.3重组作图（当基因转移时间靠近2min时）HfrF-lac+ade+strslac-ade-strr×完全培养基，添加str，无adeade+strr（lac需深入确定）EMB培养基，伊红美兰培养基，含乳糖lac-ade+（基因发生交换,浅红色菌落）lac+ade+（基因未发生交换，暗红色菌落lac和ade基因重组率（或距离）（lac+ade+）+（lac-ade+）（lac-ade+）×100%lac+（乳糖发酵）和ade-（腺嘌呤缺点型）基因紧密连锁当含有lac+时，lac+基因表示产生lac酶，分解乳糖，产酸，菌落为深紫色；不然为浅红色细菌和病毒的遗传分析专家讲座第60页61

2.3重组作图重组后F-染色体重组后F-染色体细菌和病毒的遗传分析专家讲座第61页622.3重组作图（lac+ade+）+（lac-ade+）（lac-ade+）×100%lac和ade基因重组率（或距离）1min相当于20%重组率细菌和病毒的遗传分析专家讲座第62页3性导63细菌和病毒的遗传分析专家讲座第63页643性导利用F'因子进行细菌基因转移叫做性导。F'：既能够整合到细菌染色体上，又能够从整合细菌染色体随染色体片段上解离下来F因子。F'因子组成：F因子+受体染色体片段细菌和病毒的遗传分析专家讲座第64页65小结细菌遗传普通指质粒在供体与受体之间转移接合和性导是转移方式，转化也是接合一个方式转移物质分为：F因子、性因子、致育因子和F‘因子接合转移物质是F因子，性导转移物质是F‘因子F‘

因子=

F因子+受体染色体片段细菌和病毒的遗传分析专家讲座第65页66小结含有质粒菌株称为F+菌株，不含有质粒称为F-菌株；F+菌株质粒易与受体染色体发成重组称为Hfr菌株附加体是指能够整合到染色体上成为染色体一部分质粒F+、F-、Hfr、

F'各自关系细菌和病毒的遗传分析专家讲座第66页67第三节噬菌体遗传分析烈性噬菌体烈性噬菌体基因重组溶原性噬菌体噬菌体转导细菌和病毒的遗传分析专家讲座第67页68尾管刺突由头部、颈部、尾部组成细菌和病毒的遗传分析专家讲座第68页69■噬菌体特点个体极小：2-200kb，DNA或者RNA，只能借助电镜才可看见，试验时普通用肉眼观察它感染细菌后所形成噬菌斑加以识别。专性寄生：在活体外不具任何生命特征，往往一个噬菌体只感染一个细菌。侵染过程：吸附遗传物质注入复制裂解细菌无细胞结构：化学组成和繁殖方式简单。不一样结构噬菌体（或不一样突变型）可同时感染一个细菌，并能在细菌细胞内进行基因重组，即混合感染。

细菌和病毒的遗传分析专家讲座第69页701烈性噬菌体

定义：当噬菌体感染细菌后，寄主细胞DNA马上停顿活动，由噬菌体DNA指导合成噬菌体DNA和蛋白质，产生新子噬菌体，最终寄主细菌裂解，释放出成熟子噬菌体，这一类噬菌体称之为烈性噬菌体。经过它对相邻细菌连续不停地侵染和裂解，在长满细菌不透明菌落上看到一个圆形透明区——噬菌斑。细菌和病毒的遗传分析专家讲座第70页71噬菌斑描述：大小，透明与不透明，边缘光滑与清楚。细菌和病毒的遗传分析专家讲座第71页721烈性噬菌体烈性噬菌体生活史细菌和病毒的遗传分析专家讲座第72页732烈性噬菌体基因重组烈性噬菌体性状噬菌斑透明程度噬菌斑大小描述半透明透明小大基因h+hr+r细菌和病毒的遗传分析专家讲座第73页742烈性噬菌体基因重组E.coliB(亲本1)(亲本2)两个噬菌体能够经过感染同一宿主菌实现二者之间重组。细菌和病毒的遗传分析专家讲座第74页752烈性噬菌体基因重组E.coliB(亲本1)(亲本2)形成噬菌斑统计各种噬菌斑数目（亲本、重组型）计算重组率同时感染1种细菌细菌和病毒的遗传分析专家讲座第75页76重组率＝h＋r＋＋hr×100％总噬菌斑数

2烈性噬菌体基因重组表型推导基因型透明，小hr＋（亲本）半透明，大h＋r（亲本）半透明，小h＋r＋透明，大hr细菌和病毒的遗传分析专家讲座第76页773温和噬菌体与溶原性细菌温和噬菌体两种增殖周期：溶菌周期和溶原周期12细菌和病毒的遗传分析专家讲座第77页783温和噬菌体和溶原性细菌定义：温和噬菌体：感染细菌后，并不使细菌出现出现溶菌现象噬菌体。溶原性：细菌本身带有噬菌体，但不马上造成溶菌现象。溶原性细菌：被温和噬菌体感染但并不发生溶菌现象细菌