复旦大学—遗传学 (4).ppt

1、第五章 细菌和染色体的遗传分析,细菌的F因子 细菌的杂交 中断杂交（基因梯度顺序分析） 重组作图 转导 转化 顺序四分子分析 噬菌体基因重组,细菌的遗传分析,1、细菌染色体 细菌染色体大多为裸露的环状闭合DNA双链，没有组蛋白和其他蛋白质结合，也不形成核小体结构。 （这种结构有利于外源DNA的插入。） 2、E.coli基因组概况 E.coli的染色体为闭合双链环状DNA，长约1333um. 2001年10月15日完成了E.coli K12菌株的基因组全序列测定。总共4639221 bp， 4279个蛋白质编码基因，115个编码rRNA和tRNA的基因。（GenBank编号:U00096）,Fi

2、g 17.14 A map of the E. coli genome, showing selected genes., 2003 John Wiley and Sons Publishers,细菌的F因子,营养互补还是其它细胞物质的交流 细菌杂交是染色体的转移 细菌染色体转移不是交互的，是有方向的 F因子,Fig 17.4 The U-tube experiment., 2003 John Wiley and Sons Publishers,3、细菌杂交（遗传分析的重要方法）,（1）F因子的发现,B Strr,E.coli 不同缺陷型菌株A,B分别具有Strs ,Strr两种基因型 。,实

3、验： A Strs,含Str的基本培养基上生长,A Strr,B Strs,含Str的基本培养基上不长,原因：A Strs是作为供体，尽管在Str培养基上不能分裂，但其基因可以转移；B Strr 作为受体，既可以分裂，又可以接受外来基因。反之则不行，若受体B 对Str敏感，接合的细胞不能分裂就不能存活。（发现了A中的F因子）,Fig 17.8 A summary of the classic Lederberg and Tatum experiment., 2003 John Wiley and Sons Publishers,2、F因子的特性,三种大肠杆菌： F+: 携带F因子质粒 F-:

4、没有F因子 Hfr: F 因子整合在染色体上,（1）低频重组：F+ F- = F+ , F+ 重组通过质粒转移、复制进行。,重组频率为10-6左右。,F+ F-,Fig 17.9 F+ x F- conjugation., 2003 John Wiley and Sons Publishers,高频重组（high frequency of recombination）,Hfr,F因子整合到细菌的染色体上时，称为Hfr菌，具有较高频率的重组能力。 Hfr X F F,高频转导：Hfr x F-,F因子部分在最后转移,Fig 17.10 Some of the sites of F-factor

5、integration in the E. coli chromosome., 2003 John Wiley and Sons Publishers,中断杂交,3、梯度转移作图 中断杂交实验：采用Hfr x F- ,根据染色体上基因进入F-细胞的时间和次序作图。 Hfr thr+ leu+ azir tonr lac+ gal+ strs X F- thr- leu- azis tons lac- gal- strr,Fig 17.12 The interrupted mating experiment of Wollman and Jacob., 2003 John Wiley and S

6、ons Publishers,中断杂交的实验结果,基因 转入时间 thr+ 8 leu+ 8.5 Azis 9 Tons 11 lac+ 18 gal+ 25,Fig 17.13 Data from the interrupted mating experiment., 2003 John Wiley and Sons Publishers,重组作图（recombination mapping）,Hfr lac + ade + str s X F- lac - ade - str r,重组作图：,Hfr lac+ ade+,F- lac- ade-,F- lac- ade-,Hfr lac+

7、ade+,F- lac- ade-,F- lac+ ade+,Hfr lac+ ade+,F- lac- ade-,F- lac- ade+,没有发 生交换,两个基因都交换到受体上,交换发生在两个基因之间,重组值计算,(Lac- ade+) Lac- ade+ (Lac+ ade+)+( Lac- ade+) ade+,lac-ade 之间的图距为：,lac-ade =,lac- ade+,lac - ade+ + lac+ade+,x100,1、选择在腺甘酸（ade）缺乏的培养基上生长的类型。它们表明ade基因已转入细胞。,2、选出的lac-ade+类型即是重组子，因为ade+已进入，表明l

8、ac+也已进入，而lac-ade+表型就是供体受体lac、ade两个基因间发生交换的结果。可用此来计算重组值。,2、转导,转导：以噬菌体为载体，将供体菌基因转移到受体菌中的过程。,高频转导：通过双重溶源菌,E.coli, phage,gal,dgal+,非正常 切离,感染gal- E.coli,gal-,gal+,gal-,dgal+,若dgal+进入的同时， 也感染进去,双重溶源菌形成,Fig 17.20 The mechanism of specialized transduction by bacteriophage., 2003 John Wiley and Sons Publishe

9、rs,噬菌体的裂解和溶源化,OL3 OL2 OL PL C I Or3 Or2 Or3 Pr Cro C I 蛋白质 占据裂解方向转录启动子 RNA多聚酶与左操纵子结合，溶源化。,OL3 OL2 OL PL C I Or3 Or2 Or3 Pr Cro 紫外线 C I 蛋白质失活 从占据裂解方向转录启动子上脱落，RNA多聚酶与Cro启动子结合，裂解。,性导（sexduction）,Hfr 菌上的F因子从染色体上不精确解离，带有了染色体的基因，这种带有了染色体的基因的F因子称为F（F-prime）. F上的基因与细菌染色体的基因形成了部分二倍体。 利用F因子形成部分二倍体的过程，称为性导。,Fi

10、g 17.11 The formation of an F factor., 2003 John Wiley and Sons Publishers,用紫外线诱导双重溶源菌，会产生约一半的正常噬菌体 和一半的dgal转导噬菌体，所以它的转导效率很高。 而单纯的转导噬菌体转导频率只有10-6,局限性转导： phage经常插到特定的基因旁，转导该位点附近的基因。如 phage.,普遍性转导：phage整合的位置不固定，染色体上的基因都可以被其转导。 如P22 phage.,共转导：phage往往不止转导某一个基因，而是将其附近基因与该基因一起转导。,通过基因的共转导，可推测转导基因间的次序和距离。

11、,a b,a c,b c,共转导频率,0.6,0.1,0.5,a b c,or c b a,可推测基因a ,b, c在染色体上的排列为：,转化（transformation),没有噬菌体作介导，由DNA直接转入受体细胞的过程，称为转化。 环状DNA转化： 整体进入整合。 片段DNA转化： 单链进入整合。,Fig 17.2 The integration of a circular donor DNA molecule into a circular recipient chromosome requires a single crossover event., 2003 John Wiley

12、and Sons Publishers,Fig 17.18 The establishment of lysogeny., 2003 John Wiley and Sons Publishers,Fig 17.1 In order for successful recombination to occur, an even number of exchanges, two in this case, is required between the circular main chromosome and the linear fragments., 2003 John Wiley and So

13、ns Publishers,Fig 17.15 A single exchange between a linear donor DNA molecule and a circular recipient chromosome does not yield a structurally intact recombinant chromosome., 2003 John Wiley and Sons Publishers,Fig 17.6 Bacterial transformation., 2003 John Wiley and Sons Publishers,Fig 17.17 The fo

14、rmation of generalized transducing viruses and the subsequent transduction of recipient bacteria., 2003 John Wiley and Sons Publishers,顺序四分子分析,粗糙链孢霉（Neurospora crassa） 单倍体营养体在营养或生长环境不利时，转入有性生殖。菌丝产生的单倍体分生孢子与另一个菌丝的原子囊果中的单倍体子囊孢子杂交。形成2倍体的杂合体，该2倍体经过第一次减数分裂，获得一个细胞内含有4个单倍体的产物，4个单倍体产物呈直线排列，称为：四分子，对四分子进行的遗传学

15、研究，称为四分子分析（tetrad analysis）,Fig 9.6a Cultures of Neurospora crassa., 2003 John Wiley and Sons Publishers,Credit: From an INTRODUCTION TO GENETIC ANALYSIS 5e by Griffiths et al. Copyright 1993 by W.H. Freeman and Company. Used by permission.,Fig 9.8 Photomicrograph showing segregation of dark and lig

16、ht ascospores in Neurospora., 2003 John Wiley and Sons Publishers,Credit: Science Source/Photo Researchers,Fig 9.7 Segregation patterns in Neurospora asci., 2003 John Wiley and Sons Publishers,Fig 9.6 Production of ordered tetrads of ascospores in Neurospora., 2003 John Wiley and Sons Publishers,Fig

17、 9.9 Centromere mapping in Neurospora. In Cross 1, the mutant strain, thi-, requires thiamin; in Cross 2, the mutant strain, chol-, requires choline., 2003 John Wiley and Sons Publishers,Fig. 9.17 Somatic-cell hybridization experiments to locate the human TK+ and HPRT+ genes on specific chromosomes.

18、, 2003 John Wiley and Sons Publishers,着丝粒作图,根据四分子标记基因间的交换，计算着丝粒与标记基因的重组值，被称为：着丝粒作图。 例如： Lys- X lys+ Lys- Lys- lys+ lys+ - - + + - + - + - - - - + + + + - - + + - - + +,四分子重组值,着丝粒基因： 重组值 交换型 X 1/2 交换型 非交换型 因为交换型子囊中，只有一半的子囊孢子发生了交换，所以 ，计算重组值时，要乘以 1/2,nic + X + ade + ade nic + + ade nic + PD NPD T T PD

19、NPD T + a + + + + + a + a + + + + + a + + + a n a n + n a n a n + n a n + + + + a + + + a n + n a n a n + n + n a n + M: 1 1 1 1 1 2 2 1 2 2 2 2 2 2,M1: 第一次分裂分离 着丝粒与标记基因的分离时期在第一次减数分裂时期 M2：第二次分裂分离 着丝粒与标记基因的分离时期在第二次减数分裂时期,重组值计算,着丝粒基因重组值 交换型子囊 X 总子囊数 M2 X 1/2 总子囊数,例题,A B X a b A B a b A/a: M1 A B B/b:

20、M1 NPD a b 画出染色体交换图。,Fig 9.3 Cross with linked yeast mutations., 2003 John Wiley and Sons Publishers,突变的检测和基因定位,突变种类： 颠换： 嘌呤与嘧啶之间的突变A:T-C:G 转换: 嘌呤之间或嘧啶之间的突变 同义突变： CAA-CAG pro-pro 错义突变: CAA-CAC pro-his 无义突变: UUA-UAA leu-无义 移码突变： 由于硷基的缺失或增加，造成遗传密 码的移动的突变。,A:T-C:G,A T A A T A T BU G G BU C BU：5溴尿嘧啶，可替换

21、T，以烯醇式存在时， 与G配对。,基因转换（gene conversion）,由于DNA单链发生的交换，产生基因的改变，这种现象称为基因转换。 粪壳菌（sordaria fimicola） g+ : 子囊孢子黑色 g- : 子囊孢子灰色 g+ X g- g+ g- 4:4 + + + + - - - - ; 6:2 + + + + + + - - 5:3 + + + + + - - -; 3:1:1:3 + + + - + - - -,DNA损伤修复,避免差错的修复 光复活修复 切除修复 重组修复 倾向差错的修复 应急修复（SOS）,光复活与切除修复,1949年发现紫外线的对DNA的损伤可以通

22、过可见光照射而提高生存率。 1960年R.B.Setlow 发现紫外线的对DNA的损伤是形成TT二聚体。 光复活酶修复：光复活酶基因表达，解开TT二聚体。 切除修复：Uvr A,B,C基因编码的内切核酸酶切除TT两端1213个bp，然后在DNA多聚酶和DNA连接酶的作用下，以正常的链为复制模板，合成正常的DNA链。,重组修复,1965年A.J.Clark发现uvr突变后，E.coli仍可对紫外线造成的损伤进行修复，发现了重组修复机制。参与基因rec A。 TT 5 3 3 5 5 3 5 3 3 5 3 5 5 3 3 5,DNA复制突变,温度敏感型DNA复制突变型： 温度40度时，正常细菌还

23、可以DNA复制，但是DNA复制突变型受到抑制。 把突变型从许可温度转入非许可温度中培养，一种突变型立刻停止DNA复制，称为DNA复制快停突变型。一种突变型慢慢停止DNA复制，称为DNA复制慢停突变型。,慢停突变型： DNA复制中的发动有关基因的突变，当温度达到突变的敏感温度时，该基因停止发动，但是已经复制的DNA将继续延长，停止在DNA复制终点。 快停突变型： DNA复制中的延长链有关基因的突变，当温度达到突变的敏感温度时，该基因停止转录，表达的蛋白也立即失活，DNA复制不再延长。DNA复制停止在任意阶段。,快停突变型： DNA复制中的启动好有关基因的突变，当温度达到突变的敏感温度时，该基因停止转录，但是已经表到的蛋白将继续发挥复制延长的