细菌的遗传分析

关于细菌的遗传分析第1页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三主要内容细菌的细胞和基因组(自学)大肠杆菌的突变型及筛选细菌的接合与染色体作图中断杂交与重组作图F`因子与性导细菌的转化与转导作图第2页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三大肠杆菌的突变类型突变型筛选（自学）第二节大肠杆菌的突变型及筛选第3页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三一、大肠杆菌的突变类型1、合成代谢功能的突变型——营养缺陷型

合成代谢功能（anabolicfunction）

命名:Met-,Lys-原养型/野生型在基本培养基上，具有合成所有代谢和生长所必须的复杂有机分子的功能。营养缺陷型：一个必需的基因发生了突变不能进行一个特定的生化反应，从而阻碍整个合成代谢功能的实现。第4页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三2、分解代谢功能的突变型（catabolicfunctionalmutants)

分解代谢功能（anabolicfunction）一系列降解功能的实现也需要许多基因的表达，其中任何一个基因突变都会影响降解功能的实现。如Lac-突变型不能分解乳糖，因此就不能生长在以乳糖为唯一碳源的基本培养基上。第5页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三3、抗性突变型：细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或抗菌素产生抗性。如：抗药突变型：抗链霉素突变型：Strr，（野生型Strs）抗青霉素突变型：Penr，（野生型Pens

）抗phage突变型：抗T1-phage突变型：Tonr，（野生型Tons

）第6页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三细菌接合现象的发现F因子及其转移细菌重组的特点第三节细菌的接合与染色体作图第7页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三一、细菌接合现象的发现菌株A：met-

bio-

thr+

leu+

thi+菌株B：met+

bio+

thr-

leu-

thi-Met+

bio+

thr+

leu+

thi+第8页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三二、F因子及其转移细菌主要是无性繁殖，直到1946年人们才注意到不同品系大肠杆菌间可以杂交，并进行了基因重组，从而首次发现了大肠杆菌也有“性别”。1、细菌的性别第9页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三

2、F因子/性因子/致育因子

F因子：环状DNA，含6×104个bp。大肠杆菌供体中含有，而受体无。由原点、致育基因、配对区三个部分组成。第10页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三环状F因子的模式图第11页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三组成F因子各部分的功能原点：是转移的起点。配对区：此处与大肠杆菌DNA多处核苷酸序列相对应（即同源序列），故可通过交换而使F因子整合到大肠杆菌DNA上。致育基因：其上一些基因编码生成F菌毛的蛋白质，即供体菌细胞表面的管状结构，F菌毛与受体菌细胞表面的受体相结合，在两个细胞间形成细胞质桥。第12页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三3、F+、F-与HfrF+：细胞质中具有F因子的大肠杆菌（供体）F-：细胞质中没有F因子的大肠杆菌（受体）大肠杆菌性别F-F+第13页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三F+F-大肠杆菌性别大肠杆菌DNAF因子第14页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三F因子及其在杂交中的行为细胞质桥(接合管)F+×F-F+F+第15页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三F因子转移的频率很高，但细菌DNA间的重组率很低，故称F+为低频重组品系(lowfrequencerecombination，Lfr)。F+×F-第16页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三Hfr（highfrequencerecombination）F因子整合入大肠杆菌染色体中第17页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三原点致育基因配对区大肠杆菌性别致育基因第18页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三原点配对区细菌染色体F-第19页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三细菌DNA间的重组率很高，故称之为高频重组品系（highfrequencerecombination，Hfr），重组率为10-2。F因子转移的频率很低。第20页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三F因子的环出第21页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三4、附加体象F因子既可独立存在于染色体之外作为一个独立的复制子，也可整合到大肠杆菌染色体中作为大肠杆菌复制子的一部分的遗传物质（遗传因子），称为附加体。第22页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三三、细菌重组的特点及机制细菌重组的特点细菌同源重组的分子基础第23页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三（一）细菌重组的特点中断杂交实验与重组作图细菌重组不同于真核生物的完整二倍体的重组。第24页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三Hfr与F－接合常会形成部分二倍体部分二倍体：这种含有一个亲体F-全部基因组和另一亲体部分基因组的合子叫部分合子（半合子）/部分二倍体。细菌的重组就是指F-的DNA（内基因子）与Hfr的部分DNA（外基因子）之间的重组。F-的DNAHfr的部分DNA第25页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三第26页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三内、外基因子的交换情况单交换部分二倍性线状体双交换重组体＋线性片断偶数次交换结果：只产生一种重组体，而无另一相应的重组体。第27页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三由此可见在细菌的重组中有下列两个特点：1、只有偶数次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。第28页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三（二）细菌同源重组的分子基础RecBCD识别chi序列引发重组RecA催化单链同化Ruv系统解离Holiday连接点第29页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三1、RecBCD识别chi序列引发重组保守的8碱基非对称序列大肠杆菌DNA每5-10Kb自然出现一次被recBCD编码的酶所识别刺激重组——重组热点1）chi

位点第30页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三2）RecBCD酶的功能①能降解DNA的核酸酶（核酸外切酶Ⅴ）②解旋酶活性③ATP酶活性目标：提供一条含游离3’端的单链区域（RecA可以作用的底物）第31页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三RecBCD酶识别chi序列引发重组含游离3’端的单链第32页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三2、RecA催化单链同化①具有蛋白酶活性②在单链DNA和ATP存在的条件下启动DNA单链和与之互补的双链分子进行碱基配对。单链同化：RecA可使一条DNA单链置换一条双链DNA分子中同源链的反应。单链同化需要的条件：a.必须有一个单链DNA分子区域。b.必须有一个具游离3’端的DNA分子；c.该单链区域和3’端必须位于这两个分子的互补区域中。第33页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三具有游离3’端的单链单链具有游离3’端第34页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三3、Ruv系统解离Holiday连接点RuvA：识别Holliday连接点的结构RuvB：具ATP酶的活性，为分支迁移提供动力。RuvC：具有核酸内切酶活性，可特异识别Holliday连接点。第35页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三第36页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三一、中断杂交实验原理二、中断杂交作图三、重组作图（自学）第四节中断杂交与重组作图第37页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三一、中断杂交实验原理

Hfr细胞和F-细胞杂交，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。实验材料

Hfr：thr+leu+azistonslac+gal+strs

F-：thr-leu-azirtonrlac-gal-

strr

strr（F-可以在链霉素培养基上生长）strs（Hfr不能在链霉素培养基上生长）第38页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三实验方法-中断杂交实验两品系在液体培养基里，通气混合培养，定时取样，猛烈搅拌以中断杂交，释稀菌液，在含Str的基本培养基上培养。第39页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三AABBCCDDDDCCB第40页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三二、中断杂交作图实验结果混合时间（min）结果8出现的菌落与F－相同，说明Hfr的基因未进入F－9

出现少量的azis

菌落，说明azis

己从Hfr转移到F－11

出现azistons

型的F－菌落18

出现azistonslac＋型的F－菌落24

出现azistonslac＋gal＋型的F－菌落第41页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三随时间推移，具有某一基因的菌落逐渐增加，达到一定频率后就不再变动，而且愈早转入的基因，所达到的频率也愈高。第42页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三实验结果说明：Hfr的DNA从一端开始，以线性方式逐段进入F－，这一端叫原点或O点。O点

azis

tons

lac＋

gal＋

第43页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三时间单位法以转移时间单位（每分钟）作为基因间距单位，可作出Hfr的“染色体”上的基因分布图（基因连锁图）。第44页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三E.coli的连锁群E.coliK12的基因组环形图为100min第45页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三假如让Hfr×F－杂交持续2h后中断杂交，发现一些F－

F＋。这说明Hfr的全部基因转移到F－内，排列到最后的F因子才进入F－，使F－

F＋。中断杂交实验与重组作图第46页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三原点致育基因配对区致育基因F因子在细菌染色体上有很多插入位点，并且插入的取向不同一个F＋品系可以产生很多Hfr品系第47页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三第48页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三几个Hfr菌株的线性连锁群的产生HfrH菌株的基因转移顺序thrprolacpurgalhisglythiHfr1菌株的基因转移顺序thrthiglyhisgalpurlacpro第49页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三F′因子的形成细菌染色体第五节F′因子与性导第50页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三一、F′因子与F′菌株带有部分细菌染色体的F因子称F′因子。特点：能独立复制

F′菌株：指带有F′因子的细菌。第51页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三二、性导（sexduction或F′

-duction）通过F′因子将供体细胞的基因导入受体形成部分二倍体的过程叫性导。第52页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三性导F′因子F-部分二倍体F′菌株Hfr菌株F′菌株第53页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三aa第54页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三细菌的转化与作图细菌的转导与作图第六节细菌的转化与转导作图第55页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三一、细菌的转化与作图转化作用：从细菌的培养物提取的DNA可以在体外转移到受体细菌中的过程。发生转化的频率很低：大约为1％的受体细菌可吸收外源DNA并发生转化。第56页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三原因：受体细菌的受体部位的数目是有限的。外源DNA片段只是在受体部位通过。外源DNA的进入，除受体部位外，还必须有酶或蛋白质分子，以及能量等的协同作用。外源DNA只有在酶促旺盛的受体部位进入。第57页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三感受态细胞与感受态因子感受态细胞：这种能接受外源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的分子。第58页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三感受态细胞单链通过交换进行整合第59页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三座位转化体类别trp2+---+++his2++-+--+tyr1+++--+-11940366068541826001071180亲本型(++)重组型(+-)和(-+)重组值（重组体数/总数）Trp2-his2Trp2-tyr1His2-tyr1供体trp2+his2+tyr1+

DNA向受体trp2-his2-tyr1-

转化实验中转化体的类别及重组值的计算11940+11802600+107+3660+41811940+1072600+1180+3660+68511940+3660418+1180+685+107第60页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三转化基因间重组值的计算

转化子数(重组体数)亲组合数+转化子数

trp2—his2的重组值=34%trp2—tyr1的重组值=40%his2—tyr1的重组值=13%根据重组值作图：trp234cM

his2

13cMtyr1重组值=

=

(+-)+(-+)(++)+(+-)+(-+)

第61页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三二、细菌的转导与作图普遍性转导与作图特异性转导与作图（后学）转导作用：以噬菌体为媒介，将细菌的小片段DNA或基因，从一个细菌转移到另一细菌的过程叫转导作用。第62页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三（一）普遍性转导与作图J.Lederberg和N.Zinder做了这样一个杂交试验：鼠沙门氏菌的2个突变菌株：

LA22：phe-trp-met+his+LA2：phe+trp+met-his-LA22+LA2混合培养得野生型（10-5）第63页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三U型管实验只允许DNA等大分子及病毒通过，细菌细胞不能通过。Hfr第64页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三实验结果：右臂得到了野生型细胞第65页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三实验结果的解释p22的释放：LA22是带有P22原phage的细菌；在培养过程中，少数LA22细菌自溶释放出游离的p22。p22的侵染：

这种游离的p22通过滤孔进入左臂而感染了LA2细菌。转导噬菌体的形成：在裂解LA2过程中，宿主LA2环状染色体被裂解成小片段，某些片段在P22phage组装时偶尔被装入头部，形成转导噬菌体。这种转导噬菌体就将LA2的基因转入LA22。形成部分二倍体，经重组后形成野生型菌落。第66页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三LA2LA22转导噬菌体第67页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三普遍性转导的概念象P22、P1这类phage可以转移细菌DNA很多不同部分，这种转导作用称为普遍性转导。普遍性转导的频率较低，约为10-5，两个基因同时转导的频率则更低，仅有10-510-5=10-10。如果两个基因同时转导的频率较高则说明是连锁的。共转导/并发转导：两个基因同时转导的现象。第68页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三确定3个基因的顺序如果两个基因共转导频率较高，那么说明这两基因连锁，而且频率越高，则两基因距离越近；反之则越远。双因子转导三因子转导转化与转导作图第69页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三双因子转导

每次观察2个基因的转导，通过确定每2个基因之间的共转导率可确定它们在染色体上的次序。（3次）如：a基因和b基因共转导频率高，a和c共转导频率也高，b和c共转导频率低，则3个基因顺序为bac第70页，讲稿共74页，2023年5月2日，星期三三