第七章细菌的遗传分析

第七章细菌的遗传分析第1页，课件共75页，创作于2023年2月细菌和病毒在遗传研究中的优越性

世代周期短T7phage20—30min

E.Coli20min

群体大一支试管数以百万计

遗传物质简单一条裸露的核酸

单倍体不存在显隐关系第2页，课件共75页，创作于2023年2月第一节细菌的细胞和基因组

1

2μm×0.5μmDNA长约1100μm分子量约2.6×109第3页，课件共75页，创作于2023年2月第4页，课件共75页，创作于2023年2月细胞结构

细胞膜拟核细胞质（核糖体）细胞壁（鞭毛伞毛荚膜芽胞）与真核细胞的差异

缺乏线粒体、叶绿体，无核膜；染色体

裸露的共价闭合环状双链DNA分子附加体

小型环状DNA(质粒)游离或整合状态第5页，课件共75页，创作于2023年2月第6页，课件共75页，创作于2023年2月细菌遗传的实验研究方法(一)细胞计数(培养物细胞浓度)(二)建立纯系的方法(三)选择培养法鉴定突变型与重组型(四)突变型与重组型的批量筛选方法第7页，课件共75页，创作于2023年2月(一)细胞计数(培养物细胞浓度)培养物中微生物计数方法是微生物学的基本实验技术，其基本思路是：对原培养物进行连续稀释；进行平板涂抹培养；由于每个细胞形成一个菌落，计数菌落数；根据稀释倍数计算原培养物中的细胞浓度。第8页，课件共75页，创作于2023年2月(二)建立纯系的方法——纯培养挑取由单个细胞繁殖而来的菌落进行培养就可以获得由一个细胞繁殖而来的纯系。通常采用平板表面涂布法或划线法可以获得单菌落。这种方法获得的纯系，称为“菌种纯”。有时采用显微操纵器进行菌丝尖端切割等方法从单个细胞直接培养建立纯系。采用这种方法获得的纯系称为“菌株纯”。第9页，课件共75页，创作于2023年2月(三)选择培养法鉴定突变型与重组型许多细菌的突变都与培养基营养成分及培养条件有关。营养缺陷型的筛选、鉴定：选择培养法是根据菌株在基本培养基和营养培养基上的生长表现将菌株分为原养型(也称为原生营养型)和营养缺陷型(在基本培养基上不能正常生长，只能在相应的营养培养基上生长)。其它突变类型的筛选、鉴定：对于其它的突变类型(如温度敏感型)，也可以通过培养条件的选择培养来筛选与鉴定。第10页，课件共75页，创作于2023年2月(四)突变型与重组型的批量筛选方法为高效检测、分离混和群体中不同突变型，黎德伯格夫妇设计了影印培养法。该方法原理与选择培养法一致，但是采用影印法将在完全培养基上单菌落同时接种到不同选择培养基上同时对所有菌落进行选择培养，鉴定效率大大提高。第11页，课件共75页，创作于2023年2月影印培养法把长有许多菌落的母种培养皿倒置于包有灭菌丝绒布的木质圆柱印章上，使其沾上来自平板上的菌落。然后可把这一“印章”上的菌落一一接种到不同的选择性培养基平板上。待这些平板培养后，对各平板相同位置上的菌落作对比后，就可选出适当的突变型菌株。第12页，课件共75页，创作于2023年2月影印培养法MM-原养型MM+lay赖氨酸缺陷型MM+leu亮氨酸缺陷型MM+arg精氨酸缺陷型第13页，课件共75页，创作于2023年2月注意：(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。第14页，课件共75页，创作于2023年2月接合转化第二节

细菌的染色体作图性导转导第15页，课件共75页，创作于2023年2月

1.接合现象的发现

1946年J.Leaderberg和E.Tatum

E.ColiK-12菌株Amet-bio-thr+leu+thi+菌株Bmet+bio+thr-leu-thi-一.接合第16页，课件共75页，创作于2023年2月单基因突变率10–6回复突变10-12or10-18如何产生？第17页，课件共75页，创作于2023年2月原养型的出现以A、B菌株直接接触为前提隔离培养后不出现原养型第18页，课件共75页，创作于2023年2月2.F因子及其转移1952年，W.HayesA菌株B菌株链霉素AB混合培养，原养型重组体链霉素BA混合培养，×细菌接合中遗传物质转移单向过程（即从A→B株）细菌分为两个类群（两种接合型)供体（或雄菌株）受体（或雌菌株）第19页，课件共75页，创作于2023年2月2.F因子及其转移

致育因子（或F性因子，也叫F质粒）染色体外的一个共价环状DNA分子（94.5kb细菌DNA的2%1/3基因与接合有关)

接合：原核生物中，遗传物质从供体（“雄性”）转移到受体（“雌性”）的过程。第20页，课件共75页，创作于2023年2月2.F因子及其转移第21页，课件共75页，创作于2023年2月据F因子有无以及存在状态E.Coli有三种类型：

F﹣

不含有F因子

F+含有一个自主状态的F因子

Hfr

(高频重组菌株）含有一个整合到染色体上的F因子第22页，课件共75页，创作于2023年2月F+×F﹣→F+F性伞毛诱导traYz基因表达，产生核酸内切酶第23页，课件共75页，创作于2023年2月Hfr×F﹣→多数为F﹣第24页，课件共75页，创作于2023年2月有4个大肠杆菌菌株1、2、3和4的基因型均为a＋b－,另外4个菌株5、6、7和8的基因型为a－b＋,将两种不同基因型的菌株充分混合后进行平板培养，以确定a＋b＋重组子的频率。在以下结果中，M表示许多重组子，L表示少量重组子，O表示无重组子，请根据下述结果，指出每一菌株的性别类型（Hfr、F＋还是F-）第25页，课件共75页，创作于2023年2月1234OMMOOMMOLOOM8OLLO1×7,2×8,3×8→L1、2、3、7、8不是Hfr2×5,2×6,3×5,3×6,4×7→M5、6、4是Hfr,2、3、7是F－1×5,1×6,1×8,2×7,3×7,4×8→O1是F+

8是F+

F+F－F－HfrHfrHfrF－F+第26页，课件共75页，创作于2023年2月3.中断杂交试验及染色体作图1957年E.Wollman和E.Jacob设计Hfr菌株strsazirtonArgal+lac+F﹣菌株strrazistonAsgal﹣lac﹣链霉素叠氮化物T1噬菌体半乳糖发酵乳糖发酵第27页，课件共75页，创作于2023年2月步骤:供体受体混合培养↓隔时取样↓稀释搅拌，中断杂交↓在含链霉素的完全培养基上选重组子↓鉴定重组体基因型↓记录重组体频率及首次出现的时间↓分析作图

Hfr菌株strsazirtonArgal+lac+F﹣菌株strrazistonAsgal﹣lac﹣第28页，课件共75页，创作于2023年2月第29页，课件共75页，创作于2023年2月Lacgaltonazi第30页，课件共75页，创作于2023年2月Hfr基因转移顺序HfrH123AB3120ThrProlacpurgalhisglythi0ThrThiglyhisgalpurlacpro0ProThrthiglyhisgalpurlac0PurLacprothrthiglyhisgal0ThiThrprolacpurgalhisgly用中断杂交法确定的几个Hfr菌株的基因顺序转移的基因邻里关系不变第31页，课件共75页，创作于2023年2月Hfr基因转移顺序HfrH123AB3120ThrProlacpurgalhisglythi0ThrThiglyhisgalpurlacpro0ProThrthiglyhisgalpurlac0ProLacprothrthiglyhisgal0ThiThrprolacpurgalhisgly第32页，课件共75页，创作于2023年2月有4个大肠杆菌的Hfr菌株按以下顺序转移其标记基因：菌株基因转移顺序MZXWCLANCWALBRUZMURB上述所有Hfr菌株都衍生于同一F+菌株，这些基因在原始菌株的环状染色体上排列顺序如何？MZXWCNALBRU第33页，课件共75页，创作于2023年2月据F因子有无以及存在状态E.Coli有三种类型：

F﹣

不含有F因子

F+含有一个自主状态的F因子

Hfr

(高频重组菌株）含有一个整合到染色体上的F因子第34页，课件共75页，创作于2023年2月接合时：⑴Hfr菌株的基因是按一定的线性顺序依次进入F﹣菌株的。⑵基因位点离原点越近，进入F﹣越早，重组机会越多；反之越晚。⑶F因子插入的位置不同，使不同的Hfr菌株有自己稳定的转移起点和次序。第35页，课件共75页，创作于2023年2月从A到E为源于同一大肠杆菌F＋菌株的5个Hfr株，括号内的数字示中断杂交试验的5个基因进入F－受体菌所需的时间：ABCDE

mal(1)ade(13)pro(3)pro(10)his(7)

str(11)his(28)met(29)gal(16)gal(17)

ser(16)gal(38)xyl(32)his(26)pro(23)ade(36)pro(44)mal(37)ade(41)met(49)

his(51)met(70)str(47)ser(61)xyl(52)⑴绘出F＋菌株的遗传图，表明所有基因的位置，并以分钟表示基因的相对距离。⑵指出F因子在每一Hfr菌株中插入位点和方向。⑶在这些Hfr菌株中，你认为选择那一个基因可以最高的频率获得Hfr接合后体？第36页，课件共75页，创作于2023年2月ABCDEmal(1)ade(13)pro(3)pro(10)his(7)

str(11)his(28)met(29)gal(16)gal(17)

ser(16)gal(38)xyl(32)his(26)pro(23)ade(36)pro(44)mal(37)ade(41)met(49)

his(51)met(70)str(47)ser(61)xyl(52)mal

str

serade

hisgalprometxyl10520151062635ABDCE第37页，课件共75页，创作于2023年2月4.细菌重组与E.Coli染色体作图转移后标记基因间的重组第38页，课件共75页，创作于2023年2月原核生物的遗传交换发生在一个部分二倍体中(完全的基因组和一个不完全的基因组)特点：⑴单交换产生一个不完全二倍体线型染色体，不能存活。⑵偶数交换产生一个环状染色体（存活的重组子），外加一个线型断片。⑶产生一个重组体，并且是单倍体。第39页，课件共75页，创作于2023年2月交换与重组举例第40页，课件共75页，创作于2023年2月Hfr染色体受体染色体ade+lac+ade﹣lac﹣Hfr染色体受体染色体ade+lac+ade﹣lac﹣ade+lac+两基因间无重组ade+lac﹣

两基因间有重组RF==ade+lac﹣(ade+lac+)+(ade+lac﹣)ade+lac﹣ade+重组作图第41页，课件共75页，创作于2023年2月第42页，课件共75页，创作于2023年2月第43页，课件共75页，创作于2023年2月第44页，课件共75页，创作于2023年2月二.性导F′因子:整合到E.Coli染色体上的F因子环出时偶尔不够准确，携带了E.Coli的一些基因，这种F因子称为F′因子。性导：接合时由F′因子所携带的外源DNA整合到细菌染色体上的过程。第45页，课件共75页，创作于2023年2月F′lacF′lactsx可携带一个至多个基因，甚至半条染色体。第46页，课件共75页，创作于2023年2月比较F′、F+和Hfr可知F′因子的特点：⑴是细胞质因子，可携带1至多个紧密连锁的基因。⑵高频率转移它的基因(如同F因子)。⑶有极高的自然整合率，且整合到细菌染色体一定的座位上。Hfr2←pro+—leu+—gal+—lac+—F×F﹣lac-strrF′lac+

strs×F﹣lac-strrlac+频率低lac+频率高第47页，课件共75页，创作于2023年2月F′因子的主要用途⑴构建部分二倍体菌株，用于研究基因的相互作用。显隐性、等位性（互补测验）⑵利用并发性导建立遗传图。

并发性导频率越高，连锁越紧密连锁基因片段通过重组作图第48页，课件共75页，创作于2023年2月F+×F﹣→Hfr×F﹣→多数为F﹣F+F′

×F﹣→F′第49页，课件共75页，创作于2023年2月三.转化转化的发现1928年，F.Griffith肺炎双球菌

第50页，课件共75页，创作于2023年2月转化的发现1928年，F.Griffith肺炎双球菌1944年，O.T.Avery证实转化因子是DNA细菌转化：一个细菌品系由于吸收了从另一细菌品系分离得来的DNA而发生遗传性状的改变的现象。第51页，课件共75页，创作于2023年2月转化的条件：⑴感受态的受体细胞⑵转化因子DNA的大小、形态和浓度⑶受体和供体染色体的同源性第52页，课件共75页，创作于2023年2月转化过程转化因子的吸附↓单链DNA的吸收↓联会与整合第53页，课件共75页，创作于2023年2月第54页，课件共75页，创作于2023年2月F＝×100％＝58.8%196+328196+328+367转化在遗传分析中的应用独立片段连锁片段合转化频率越高连锁越紧密第55页，课件共75页，创作于2023年2月供体菌株trp+his+tyr+受体菌株trp-his-tyr-基因转化子类别trp+---+++his++-+--+tyr+++--+-11940366068541826001071180基因间的重组亲本型（++）重组型（+-和-+）重组值（重组数/总数）trp-his11940+1180=131202600+107+3660+4186785/19905=0.34trp-tyr11940+107=120472600+1180+3660+6858125/20172=0.40his-tyr11940+3660=15600418+1180+685+1072390/17990=0.13133440trphistyr第56页，课件共75页，创作于2023年2月利用对4种药物A、B、C、D具有抗性的一个供体菌株的DNA转化对这4种药物敏感的受体细胞，经初步培养后再将该细胞群涂布到含有各种药物组合的培养基上，结果如下：加入的药物菌落数加入的药物菌落数加入的药物菌落数无10000AB46ABC30A1156AC640ABD42B1148AD942ACD630C1161BC51BCD36D1139BD49ABCD30CD786⑴4个基因中有3个基因似乎是紧密连锁的，另一基因距三者相当远，这是哪一个基因？⑵三个紧密连锁基因的排列顺序如何？BADC或CDA第57页，课件共75页，创作于2023年2月四.转导以噬菌体为媒介所进行的细菌遗传物质重组的过程。转导现象的发现1952年ZinderN.和LederbergJ.鼠伤寒沙门氏菌LA2phe+trp-met+×LA22phe﹣trp+met﹣↓混合培养原养型菌落10﹣5（不可能是回复突变）？转化还是接合第58页，课件共75页，创作于2023年2月⑴FA(过滤性因子)不因DNA酶而失活，说明是非裸露DNA⑵FA与从溶源性细菌分离得到的噬菌体P22质量大小相同⑶对P22的血清敏感，加热失活⑷抗噬菌体P22的沙门菌菌株对FA也表现抗性FA是噬菌体P22出现原养型菌落表明不是接合第59页，课件共75页，创作于2023年2月2.普遍性转导（一般性转导）第60页，课件共75页，创作于2023年2月2.普遍性转导（一般性转导）细菌染色体组中被转导的基因是随机的，转导的DNA片段大小约为一个噬菌体基因组的大小。第61页，课件共75页，创作于2023年2月2.普遍性转导（一般性转导）

普遍性转导频率很低，一般只有0.3%左右的噬菌体是转导噬菌体。如沙门氏菌染色体有2000-3000个基因，噬菌体基因组大小20-30个基因，相当于沙门氏菌染色体的1%。因此任一对基因的转导频率为1%×0.3%=3×10-5

。携带不同基因两病毒颗粒同时感染同一细菌细胞的频率为10-5×10-5。所以如果两个基因同时转导频率较高，说明两个基因连锁。第62页，课件共75页，创作于2023年2月两个基因距离越近，并发转导的可能性越大并发转导频率X=(1﹣d/L)3

d—两基因的距离（Kb)L—最大可包裹DNA长度(Kb)2.普遍性转导（一般性转导）第63页，课件共75页，创作于2023年2月在大肠杆菌中，thr和leu两个基因在细菌基因组中相距约为2%，试问这两个基因能否用P1噬菌体进行并发转导？为什么？如果能，其频率如何？P1噬菌体可包裹2.4%E.Coli基因组，能包裹此两个基因X=(1－—)3=0.46%22.4第64页，课件共75页，创作于2023年2月普遍性转导与作图

利用合转导频率测定基因的连锁关系:供体leu+thr+azis→受体leu﹣thr﹣azir实验选择基因未选择基因结论1leu+50％azir，2％thr+leuazi较近

2thr+3％leu+，0％azirthrleu相邻

3leu+thr+0％azirazi在边上azithrleu第65页，课件共75页，创作于2023年2月在以P1噬菌体进行的普遍性转导系统中，供体菌株的基因型为pur＋nad＋pdx－,受体菌为pur－nad－pdx＋。转导后，首先选择供体等位基因pur＋，然后针对其他等位基因对其中50个pur＋转导子进行筛选，结果如下基因型菌落数nad＋pdx＋

3nad＋pdx－10nad－pdx＋24nad－pdx－13⑴pur和nad基因的并发转导频率是多少？⑵pur和pdx的并发频率是多少？⑶在其他两个座位中哪一个距离pur最近？（3+10）/50=26%（10+13）/50=46%pdx第66页，课件共75页，创作于2023年2月大肠杆菌供体trpA+supC+pyrF+受体trpA-supC-pyrF-P1噬菌体作为载体进行转导，supC+

为选择标记，得到转导子类型和数目如下：（1）

supC+