细菌的遗传分析精选PPT.ppt

关于细菌的遗传分析第1页，讲稿共74张，创作于星期二主要内容细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组(自学自学)大肠杆菌的突变型及筛选大肠杆菌的突变型及筛选 细菌的接合与染色体作图细菌的接合与染色体作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图FF因子与性导因子与性导细菌的转化与转导作图细菌的转化与转导作图第2页，讲稿共74张，创作于星期二v大肠杆菌的突变类型大肠杆菌的突变类型v突变型筛选（自学）突变型筛选（自学）第3页，讲稿共74张，创作于星期二一、大肠杆菌的突变类型一、大肠杆菌的突变类型1、合成代谢功能的突变型、合成代谢功能的突变型营养缺陷型营养缺陷型 合成代谢功能（合成代谢功能（anabolic function）命名命名:Met-,Lys-原原养养型型/野野生生型型在在基基本本培培养养基基上上，具具有有合合成成所所有有代代谢谢和和生生长长所所必必须须的的复复杂杂有有机机分分子的功能。子的功能。营养缺陷型：一个必需的基因发生了突变不能进营养缺陷型：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。功能的实现。第4页，讲稿共74张，创作于星期二v2、分解代谢功能的突变型（、分解代谢功能的突变型（catabolic functional mutants)分解代谢功能（分解代谢功能（anabolic function）一系列降解功能的实现也需要许多基因的表达，其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。中任何一个基因突变都会影响降解功能的实现。如如Lac-突变型不能分解乳糖，因此就不能生长在以乳糖为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。唯一碳源的基本培养基上。第5页，讲稿共74张，创作于星期二3、抗性突变型：细菌由于某基因的突变而对某些噬菌、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。体或抗菌素产生抗性。如：如：抗药突变型：抗药突变型：抗链霉素突变型：抗链霉素突变型：Strr，（野生型，（野生型Strs）抗青霉素突变型：抗青霉素突变型：Penr，（野生型，（野生型Pens）v抗抗phage突变型：突变型：抗抗T1-phage突变型：突变型：Tonr，（野生型，（野生型Tons）第6页，讲稿共74张，创作于星期二v细菌接合现象的发现细菌接合现象的发现vF因子及其转移因子及其转移v细菌重组的特点细菌重组的特点第7页，讲稿共74张，创作于星期二一、细菌接合现象的发现一、细菌接合现象的发现v菌株菌株A：met-bio-thr+leu+thi+v菌株菌株B：met+bio+thr-leu-thi-Met+bio+thr+leu+thi+第8页，讲稿共74张，创作于星期二二、二、F因子及其转移因子及其转移v细菌主要是无性繁殖，直细菌主要是无性繁殖，直到到1946年人们才注意到不年人们才注意到不同品系大肠杆菌间可以杂同品系大肠杆菌间可以杂交，并进行了基因重组，交，并进行了基因重组，从而首次发现了大肠杆菌从而首次发现了大肠杆菌也有也有“性别性别”。1、细菌的性别、细菌的性别第9页，讲稿共74张，创作于星期二 2、F因子因子/性因子性因子/致育因子致育因子 vF因子：环状因子：环状DNA，含，含6104个个bp。v大肠杆菌供体中含有，而受体无。大肠杆菌供体中含有，而受体无。v由原点、致育基因、配对区三个部分组成。由原点、致育基因、配对区三个部分组成。第10页，讲稿共74张，创作于星期二环状环状F因子的模式图因子的模式图第11页，讲稿共74张，创作于星期二组成组成F因子各部分的功能因子各部分的功能原点原点：是转移的起点。：是转移的起点。配对区配对区：此处与大肠杆菌：此处与大肠杆菌DNA多处核苷酸序列相多处核苷酸序列相对应（即同源序列），故可通过交换而使对应（即同源序列），故可通过交换而使F因子因子整合到大肠杆菌整合到大肠杆菌DNA上。上。致育基因致育基因：其上一些基因编码生成：其上一些基因编码生成F菌毛菌毛的蛋白的蛋白质，即供体菌细胞表面的管状结构，质，即供体菌细胞表面的管状结构，F菌毛菌毛与受与受体菌细胞表面的受体相结合，在两个细胞间形成体菌细胞表面的受体相结合，在两个细胞间形成细胞质桥细胞质桥。第12页，讲稿共74张，创作于星期二3、F+、F-与与HfrvF+：细胞质中具有：细胞质中具有F因因子的大肠杆菌（供体）子的大肠杆菌（供体）vF-：细胞质中没有：细胞质中没有F因因子的大肠杆菌（受体）子的大肠杆菌（受体）大肠杆菌性别大肠杆菌性别F-F+第13页，讲稿共74张，创作于星期二F+F-大肠杆菌性别大肠杆菌性别大肠杆菌大肠杆菌DNAF因子因子第14页，讲稿共74张，创作于星期二F F因子及其在杂因子及其在杂交中的行为交中的行为细胞质桥细胞质桥(接合管接合管)F+F-F+F+第15页，讲稿共74张，创作于星期二F因子转移的频率很高，但因子转移的频率很高，但细细菌菌DNA间的重组率很低间的重组率很低，故，故称称F+为低频重组为低频重组品系品系(low frequence recombination，Lfr)。F+F-第16页，讲稿共74张，创作于星期二Hfr（high frequence recombination）F因子整合入大肠杆菌染色体中因子整合入大肠杆菌染色体中第17页，讲稿共74张，创作于星期二原点原点致育基因致育基因配对区配对区大肠杆菌性别大肠杆菌性别致育基因致育基因第18页，讲稿共74张，创作于星期二原点原点配对区配对区细菌染色体细菌染色体F-第19页，讲稿共74张，创作于星期二细菌细菌DNA间的重组率很高间的重组率很高，故称之为故称之为高频重组高频重组品系品系（high frequence recombination，Hfr），重），重组率为组率为10-2。F因子转移的频率很低。因子转移的频率很低。第20页，讲稿共74张，创作于星期二F因因子子的的环环出出第21页，讲稿共74张，创作于星期二4、附加体、附加体v象象F因子既可独立存在于染色因子既可独立存在于染色体之外作为一个独立的复制体之外作为一个独立的复制子，也可整合到大肠杆菌染子，也可整合到大肠杆菌染色体中作为大肠杆菌复制子色体中作为大肠杆菌复制子的一部分的遗传物质（遗传的一部分的遗传物质（遗传因子），称为因子），称为附加体附加体。第22页，讲稿共74张，创作于星期二三、细菌重组的特点及机制三、细菌重组的特点及机制v细菌重组的特点细菌重组的特点v细菌同源重组的分子基础细菌同源重组的分子基础第23页，讲稿共74张，创作于星期二（一）细菌重组的特点（一）细菌重组的特点中断杂交实验与重组作图中断杂交实验与重组作图v细菌重组不同于真核生物的完整二倍体细菌重组不同于真核生物的完整二倍体的重组。的重组。第24页，讲稿共74张，创作于星期二Hfr 与与F接合常会形成部分二倍体接合常会形成部分二倍体v部部分分二二倍倍体体：这这种种含含有有一一个个亲亲体体F-全全部部基基因因组组和和另另一一亲亲体体部部分分基基因因组组的的合合子子叫叫部部分分合合子子（半半合合子子）/部部分分二倍体。二倍体。v细细菌菌的的重重组组就就是是指指F-的的DNA（内内基基因因子子）与与Hfr的的部部分分DNA（外基因子）（外基因子）之间的重组。之间的重组。F-的的DNAHfr的部的部分分DNA第25页，讲稿共74张，创作于星期二第26页，讲稿共74张，创作于星期二内、外基因子的交换情况内、外基因子的交换情况v单交换单交换 部分二倍性线状体部分二倍性线状体v双交换双交换 重组体线性片断重组体线性片断v偶偶数数次次交交换换结结果果：只只产产生生一一种种重重组组体体，而而无无另一相应的重组体。另一相应的重组体。第27页，讲稿共74张，创作于星期二v由此可见在细菌的重组中有下列两个特点：由此可见在细菌的重组中有下列两个特点：1 1、只有偶数次交换才能产生平衡的重组子；、只有偶数次交换才能产生平衡的重组子；2 2、不出现相反的重组子，所以在选择培养基上、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。只出现一种重组子。第28页，讲稿共74张，创作于星期二（二）细菌同源重组的分子基础（二）细菌同源重组的分子基础vRecBCD识别识别chi序列引发重组序列引发重组vRecA催化单链同化催化单链同化vRuv系统解离系统解离Holiday连接点连接点第29页，讲稿共74张，创作于星期二1、RecBCD识别识别chi序列引发重组序列引发重组v保守的保守的8 8碱基非对称序列碱基非对称序列v大肠杆菌大肠杆菌DNA每每5-10Kb自然出现一次自然出现一次v被被recBCD编码的酶编码的酶所识别所识别v刺激重组刺激重组重组热点重组热点1）chi 位点位点第30页，讲稿共74张，创作于星期二2）RecBCD酶的功能酶的功能 能降解能降解DNA的核酸酶（核酸外切酶的核酸酶（核酸外切酶）解旋酶活性解旋酶活性 ATP酶活性酶活性v目标：提供一条含游离目标：提供一条含游离3端的单链区域端的单链区域 （RecA可以作用的底物可以作用的底物）第31页，讲稿共74张，创作于星期二vRecBCD酶识别酶识别chi序列引发序列引发重组重组含游离含游离3端端的单链的单链 第32页，讲稿共74张，创作于星期二2、RecA催化单链同化催化单链同化 具有蛋白酶活性具有蛋白酶活性 在单链在单链DNA和和ATP存在的条件下启动存在的条件下启动DNA单链和与之互单链和与之互补的双链分子进行碱基配对。补的双链分子进行碱基配对。v单链同化：单链同化：RecA可使一条可使一条DNA单链置换一条双链单链置换一条双链DNA分子中同源链的反应。分子中同源链的反应。单链同化需要的条件：单链同化需要的条件：a.必须有一个必须有一个单链单链DNA分子区域。分子区域。b.必须有一个具必须有一个具游离游离3端端的的DNA分子；分子；c.该单链区域和该单链区域和3端必须位于这两个分子的互补区域端必须位于这两个分子的互补区域中。中。第33页，讲稿共74张，创作于星期二具有游离具有游离3端的单链端的单链单链单链具有游具有游离离3端端第34页，讲稿共74张，创作于星期二3、Ruv系统解离系统解离Holiday连接点连接点vRuvA：识别：识别Holliday连接点的结构连接点的结构vRuvB：具：具ATP酶的活性，为分支迁移提供动酶的活性，为分支迁移提供动力。力。vRuvC：具有核酸内切酶活性，可特异识别：具有核酸内切酶活性，可特异识别Holliday 连接点。连接点。第35页，讲稿共74张，创作于星期二第36页，讲稿共74张，创作于星期二一、中断杂交实验原理一、中断杂交实验原理二、中断杂交作图二、中断杂交作图三、重组作图（自学）三、重组作图（自学）第37页，讲稿共74张，创作于星期二一、中断杂交实验原理一、中断杂交实验原理HfrHfr细胞和细胞和F F-细胞杂交，基因从细胞杂交，基因从HfrHfr细胞按次序转入细胞按次序转入F F-细胞，可根据基因进入细胞，可根据基因进入F F-细胞的时间和次序制作基细胞的时间和次序制作基因图谱。因图谱。实验材料实验材料 Hfr：thr+leu+azis tons lac+gal+strs F-：thr-leu-azir tonr lac-gal-str r str r（F-可以在链霉素培养基上生长）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）不能在链霉素培养基上生长）第38页，讲稿共74张，创作于星期二实验方法实验方法-中断杂交实验中断杂交实验v两品系在液体培养基里，通气混合培养，定时取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，在样，猛烈搅拌以中断杂交，释稀菌液，在含含Str的基本培养基上培养。的基本培养基上培养。第39页，讲稿共74张，创作于星期二AABBCCDDDDCCB第40页，讲稿共74张，创作于星期二二、中断杂交作图二、中断杂交作图实验结果实验结果混合时间混合时间（min）结果结果8出现的菌落与出现的菌落与 F相同，说明相同，说明Hfr的的基因未进入基因未进入F9出现少量的出现少量的azis 菌落，说明菌落，说明azis 己从己从Hfr 转移到转移到F11出现出现azis tons 型的型的F菌落菌落18 出现出现azis tons lac型的型的F菌落菌落24 出现出现azis tons lacgal型的型的F菌落菌落第41页，讲稿共74张，创作于星期二随时间推移，具随时间推移，具有某一基因的菌有某一基因的菌落逐渐增加，达落逐渐增加，达到一定频率后就到一定频率后就不再变动，而且不再变动，而且愈早转入的基因，愈早转入的基因，所达到的频率也所达到的频率也愈高。愈高。第42页，讲稿共74张，创作于星期二实验结果说明：实验结果说明：vHfr 的的DNA从一端开始，以线性方式逐段进从一端开始，以线性方式逐段进入入F，这一端叫，这一端叫原点或原点或O点点。vO点点 azis tons lac gal 第43页，讲稿共74张，创作于星期二时间单位法时间单位法v以转移时间单位（每分钟）作为基因间距单以转移时间单位（每分钟）作为基因间距单位，可作出位，可作出Hfr 的的“染色体染色体”上的基因分布上的基因分布图（基因连锁图）图（基因连锁图）。第44页，讲稿共74张，创作于星期二E.coli的连锁群的连锁群E.coliK12的基因组环的基因组环形图为形图为100min第45页，讲稿共74张，创作于星期二v假如让假如让Hfr F杂交持续杂交持续2h后中断杂交，发现一些后中断杂交，发现一些F F。v这说明这说明Hfr的全部基因转移的全部基因转移到到F内，排列到最后的内，排列到最后的F因子才进入因子才进入F，使，使F F。中断杂交实验与重组作图中断杂交实验与重组作图第46页，讲稿共74张，创作于星期二原点原点致育基因致育基因配对区配对区致育基因致育基因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一个F品系可以产生很多品系可以产生很多Hfr品系品系第47页，讲稿共74张，创作于星期二第48页，讲稿共74张，创作于星期二几个Hfr菌株的线性连锁群的产生Hfr H菌株的基因转移顺序菌株的基因转移顺序 thr pro lac pur gal his gly thiHfr 1菌株的基因转移顺序菌株的基因转移顺序 thr thi gly his gal pur lac pro第49页，讲稿共74张，创作于星期二FF因子的形成因子的形成细菌染色细菌染色体体第50页，讲稿共74张，创作于星期二一、一、F因子与因子与F菌株菌株带有部分细菌染色体的带有部分细菌染色体的F F因子称因子称F F因子因子。特点特点：能独立复制：能独立复制 FF菌株菌株：指带有指带有FF因子的细菌。因子的细菌。第51页，讲稿共74张，创作于星期二二、性导二、性导（sexduction或或F -duction）v通过通过F因子将供体细胞的基因导入受体形成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。部分二倍体的过程叫性导。第52页，讲稿共74张，创作于星期二性导性导F因子因子F-部分二倍体部分二倍体F菌株菌株Hfr菌株菌株F菌株菌株第53页，讲稿共74张，创作于星期二aa第54页，讲稿共74张，创作于星期二v细菌的转化与作图细菌的转化与作图v细菌的转导与作图细菌的转导与作图第55页，讲稿共74张，创作于星期二一、细菌的转化与作图一、细菌的转化与作图v转化作用转化作用：从细菌的培养物提取的：从细菌的培养物提取的DNA可以在体外可以在体外转移到受体细菌中的过程。转移到受体细菌中的过程。v发生转化的频率很低发生转化的频率很低：大约为：大约为1的受体细菌可吸的受体细菌可吸收外源收外源DNA并发生转化。并发生转化。第56页，讲稿共74张，创作于星期二原因原因：v受体细菌的受体部位的数目是有限的。外源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。片段只是在受体部位通过。v外源外源DNA的进入，除受体部位外，还必须有的进入，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。外酶或蛋白质分子，以及能量等的协同作用。外源源DNA只有在只有在酶促旺盛的受体部位酶促旺盛的受体部位进入。进入。第57页，讲稿共74张，创作于星期二感受态细胞与感受态因子感受态细胞与感受态因子v感感受受态态细细胞胞：这这种种能能接接受受外外源源DNA分分子子并并被被转化的细菌细胞。转化的细菌细胞。v感感受受态态因因子子：促促进进转转化化作作用用的的酶酶或或蛋蛋白白质质的的分子。分子。第58页，讲稿共74张，创作于星期二感受态细胞感受态细胞单链单链通过交换通过交换进行整合进行整合第59页，讲稿共74张，创作于星期二座位座位转化体类别转化体类别trp2+-+his2+-+-+tyr1+-+-11940366068541826001071180亲本型亲本型(+)重组型重组型(+-)和和(-+)重组值（重组体重组值（重组体数数/总数）总数）Trp2-his2Trp2-tyr1His2-tyr1供体供体trp2+his2+tyr1+DNA向向受体受体受体受体trptrp2 2-his his2 2-tyr tyr1 1-转化实验中转化体的类别转化实验中转化体的类别及重组值的计算及重组值的计算11940+11802600+107+3660+41811940+1072600+1180+3660+68511940+3660418+1180+685+107第60页，讲稿共74张，创作于星期二转化基因间重组值的计算转化基因间重组值的计算 转化子数转化子数(重组体数重组体数)亲组合数亲组合数+转化子数转化子数 trp2his2的重组值的重组值=34%trp2tyr1的重组值的重组值=40%his2tyr1的重组值的重组值=13%根据重组值作图：根据重组值作图：trp2 34cM his2 13cM tyr1重组值重组值=(+-)+(-+)(+)+(+-)+(-+)第61页，讲稿共74张，创作于星期二二、细菌的二、细菌的转导转导与作图与作图v普遍性转导与作图普遍性转导与作图v特异性转导与作图特异性转导与作图 （后学）（后学）转导作用：以噬菌体为媒转导作用：以噬菌体为媒介，将细菌的小片段介，将细菌的小片段DNA或基因，从一个细菌转移或基因，从一个细菌转移到另一细菌的过程叫转导到另一细菌的过程叫转导作用。作用。第62页，讲稿共74张，创作于星期二（一）普遍性转导与作图（一）普遍性转导与作图vJ.Lederberg 和和 N.Zinder 做了这样一个杂交试验：做了这样一个杂交试验：鼠沙门氏菌的鼠沙门氏菌的2个突变菌株：个突变菌株：LA22：phe-trp-met+his+LA2：phe+trp+met-his-vLA22+LA2混合培养得野生型（混合培养得野生型（10-5）第63页，讲稿共74张，创作于星期二U型管实验型管实验只允许只允许DNA等大等大分子及病毒通过，分子及病毒通过，细菌细胞不能通细菌细胞不能通过。过。Hfr第64页，讲稿共74张，创作于星期二实验结果：实验结果：右臂得到了右臂得到了野生型细胞野生型细胞第65页，讲稿共74张，创作于星期二实验结果的解释实验结果的解释vp22 的释放：的释放：LA22是带有是带有P22原原phage的细菌；在培养过程中，的细菌；在培养过程中，少数少数LA22细菌自溶释放出游离的细菌自溶释放出游离的p22。vp22的侵染：的侵染：这种游离的这种游离的p22通过滤孔进入左臂而感染了通过滤孔进入左臂而感染了LA2细菌。细菌。v转导噬菌体的形成：转导噬菌体的形成：在裂解在裂解LA2过程中，宿主过程中，宿主LA2环状染色环状染色体被裂解成小片段，某些片段在体被裂解成小片段，某些片段在P22phage组装时偶尔被装入组装时偶尔被装入头部，形成头部，形成转导噬菌体转导噬菌体。v这种转导噬菌体就将这种转导噬菌体就将LA2的基因转入的基因转入LA22。形成部分二倍体，。形成部分二倍体，经重组后形成野生型菌落。经重组后形成野生型菌落。第66页，讲稿共74张，创作于星期二LA2LA22转导噬菌体转导噬菌体第67页，讲稿共74张，创作于星期二普遍性转导的概念普遍性转导的概念v象象P22、P1这类这类phage可以转移细菌可以转移细菌DNA很多不同部很多不同部分，这种转导作用称为普遍性转导。分，这种转导作用称为普遍性转导。v普遍性转导的频率较低，约为普遍性转导的频率较低，约为10-5，两个基因同时转导，两个基因同时转导的频率则更低，的频率则更低，仅有仅有10-5 10-5=10-10。如果两个基因如果两个基因同时转导的频率较高则说明是连锁的。同时转导的频率较高则说明是连锁的。v共转导共转导/并发转导：两个基因同时转导的现象。并发转导：两个基因同时转导的现象。第68页，讲稿共74张，创作于星期二确定确定3个基因的顺序个基因的顺序v如果两个基因共转导频率较高，那么说明这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，则两基因距离两基因连锁，而且频率越高，则两基因距离越近；反之则越远。越近；反之则越远。v双因子转导双因子转导v三因子转导三因子转导转化与转导作图转化与转导作图第69页，讲稿共74张，创作于星期二双因子转导双因子转导v 每次观察每次观察2个基因的转导，通过确定每个基因的转导，通过确定每2个基因个基因之间的之间的共转导率共转导率可确定它们在染色体上的次序。可确定它们在染色体上的次序。（3次）次）v如：如：a基因和基因和b基因共基因共转导频转导频率高，率高，a和和c共共转导频转导频率也高，率也高，b和和c共共转导频转导频率低，率低，则则3个基因个基因顺顺序序为为b a cb a c第70页，讲稿共74张，创作于星期二三因子转导三因子转导v1 1次实验（次实验（共转导率共转导率）可确定）可确定3 3个基因的次序。个基因的次序。v例：利用普遍性转导测知例：利用普遍性转导测知leu，thr，azi三个基因顺序。三个基因顺序。v结果在选出的结果在选出的thr+重组子只有重组子只有3%leu+，但无一个同时，但无一个同时也是也是azi+。v若选择若选择leu+重组子，则约有重组子，则约有50%同时也是同时也是azi+。v因此因此3基因次序应为基因次序应为 thr+leu+azi+。第71页，讲稿共74张，创作于星期二v供体：大肠杆菌供体：大肠杆菌trpA+、supC+、pyrF+v受体：大肠杆菌受体：大肠杆菌trpA-、supC-、pyrF-v最初选择的是最初选择的是supC+转导子，检查另转导子，检查另2个基因被转导的情况，结个基因被转导的情况，结果如下：果如下：vsupC+trpA+pyrF+36vsupC+trpA+pyrF-114vsupC+trpA-pyrF+0vsupC+trpA-pyrF-453v总计总计 603三因子转导三因子转导第72页，讲稿共74张，创作于星期二vsupC+与与pyrF+的共转导率是最低的（的共转导率是最低的（0），故三者的排序：），故三者的排序：supC trpA pyrF vsupC+trpA+的的共转导率共转导率：（：（36+114）/603=0.25vsupC+pyrF+的的共转导率共转导率：36/603=0.06v2个基因的共转导率：个基因的共转导率：0-1vd=L（1-3x）vd：2个基因的图距个基因的图距vL：转导：转导DNA的平均长度（一个的平均长度（一个phage基因组的大小）基因组的大小）vx：2个基因共转导率个基因共转导率第73页，讲稿共74张，创作于星期二16.09.2022感感谢谢大大家家观观看看第74页，讲稿共74张，创作于星期二