复旦普通微生物学课件46.ppt

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1、（二）接合（二）接合（conjugation）定义：供体菌（定义：供体菌（“雄雄”）通过其性菌毛与受体菌（）通过其性菌毛与受体菌（“雌雌”）相接触，前）相接触，前者传递不同长度的者传递不同长度的DNA给后者，并在后者细胞中进行双链化或进一步与给后者，并在后者细胞中进行双链化或进一步与核染色体发生交换、整合，从而使后者获得供体菌的遗传性状的现象，核染色体发生交换、整合，从而使后者获得供体菌的遗传性状的现象，称为接合。称为接合。通过接合而获得新性状的受体细胞就是通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合子（接合子（conjugant）研究方法：研究方法：1946年年J.Lederberg等采用等采用E

2、.coli的两株营养缺陷型进行实验，的两株营养缺陷型进行实验，奠定了奠定了方法学基础方法学基础；也为以后的微生物遗传学提供了必要的条件。；也为以后的微生物遗传学提供了必要的条件。存在范围：存在范围： 细菌：细菌：G 较为多见如较为多见如E. coli、Salmonella、Shigella、Serratia、Vibrio 、Azotobacter 、Klebsiella和和Pseudomonas等最为常见等最为常见 放线菌：放线菌：Streptomyces 、Nocardia 接合还可发生在不同属的菌种之间，如接合还可发生在不同属的菌种之间，如E. coli与与Salmonella typhi

3、murium之间或之间或S. typhimurium与与Shigella dysenteriae之间之间E. coli的的F因子：决定性别的质粒，属于附加体（因子：决定性别的质粒，属于附加体（episome），可以通过接），可以通过接合作用获得，也可以通过丫啶类化合物、溴化乙锭或丝裂霉素合作用获得，也可以通过丫啶类化合物、溴化乙锭或丝裂霉素C的处理而的处理而消除。消除。接合接合两个亲本细胞通过直接接触来转移遗传物质的基两个亲本细胞通过直接接触来转移遗传物质的基因重组方式。因重组方式。通过接合而获得新性状的受体细胞就是通过接合而获得新性状的受体细胞就是接合接合子（子（conjugant）1946

4、年用年用E.coli的两个营养缺陷型所作的实验：的两个营养缺陷型所作的实验：Met+bio+thr+leu+Met-bio-thr+leu+Met+bio+thr-leu-Met.bio.thr.leu-混合培养离心洗涤后1、接合及其发现、接合及其发现AB研究细菌接合方法的基本原理研究细菌接合方法的基本原理AB-过滤器U型管实验：型管实验：接合：接合： 供体与受体细胞直供体与受体细胞直接接触，借性菌毛传递接接触，借性菌毛传递DNA，在受体细胞中发，在受体细胞中发生交换、整合，使之获生交换、整合，使之获得供体菌的遗传性状的得供体菌的遗传性状的现象，称为接合。通过现象，称为接合。通过接合而获得新性

5、状的受接合而获得新性状的受体细胞就称接合子。体细胞就称接合子。F因子的存在方式因子的存在方式根据根据F因子在因子在E. coli中的有无，及与染色体的关系，中的有无，及与染色体的关系，可将可将E. coli分为四种类型：分为四种类型： F （“雌性雌性”）菌株：）菌株：细胞中不含有细胞中不含有F因子，因子，细胞表面不具有有性纤毛。细胞表面不具有有性纤毛。可以通过与可以通过与F+、F或或Hfr菌株接合而菌株接合而接受供体菌的接受供体菌的F因因子子、 F因子或因子或Hfr菌株的部分或全部遗传信息，相应菌株的部分或全部遗传信息，相应地可以转变成地可以转变成F+菌株、菌株、 F菌株或重组子。菌株或重组

6、子。据估计，从自然界分离到的据估计，从自然界分离到的2000株株E. coli中约有中约有30%是是F菌株。菌株。 F+（“雄性雄性”）菌株：）菌株：细胞内含有（细胞内含有（14个）游离的个）游离的F因子，因子，细胞表面存在与细胞表面存在与F因子数目相当的性菌毛。因子数目相当的性菌毛。与与F 相接触时，可通过性菌毛将相接触时，可通过性菌毛将F因子转移到因子转移到F 细细胞中，使之也变成胞中，使之也变成F+菌株。菌株。 F因子以很高的频率因子以很高的频率传递，但含传递，但含F因子的宿主细胞的染色体因子的宿主细胞的染色体DNA一般一般并不被转移。并不被转移。F+ F F+ F Hfr（高频重组，（

7、高频重组，high frequency recombination）菌株：）菌株：含有与染色体特定位点整合的含有与染色体特定位点整合的F因子。因子。因该菌株与因该菌株与F 接合后的重组频率比接合后的重组频率比F+ 菌株高几百倍而菌株高几百倍而得名。得名。Hfr菌株与菌株与F菌株接合时，菌株接合时，Hfr染色体双链中的一条单链染色体双链中的一条单链在在F因子处发生断裂，因子处发生断裂，F因子位于线状单链因子位于线状单链DNA的两的两端，整段单链线状染色体从端，整段单链线状染色体从5端开始等速进入端开始等速进入F细胞，细胞，在没有外界干扰的情况下，全部转移过程的完成需要在没有外界干扰的情况下，全部

8、转移过程的完成需要约约120分钟。由于种种原因分钟。由于种种原因DNA转移过程常会发生中转移过程常会发生中断，所以越是前端的基因进入断，所以越是前端的基因进入F 细胞的机会越大。细胞的机会越大。F因子位于线状因子位于线状DNA的末端，进入受体细胞的机会最的末端，进入受体细胞的机会最小，故这种接合引起转性的频率最低，但可以出现各小，故这种接合引起转性的频率最低，但可以出现各种重组子。种重组子。Hfr F H fr + F （在大多数情况下）（在大多数情况下） Hfr F H fr + Hfr （在极少数情况下）（在极少数情况下）F菌株：菌株：细胞中含有游离的、带小段染色体基因的环状细胞中含有游离

9、的、带小段染色体基因的环状F因子，可与因子，可与F 菌株接合，使其成为菌株接合，使其成为F菌株。菌株。F菌株的形成菌株的形成：由由Hfr菌株中的菌株中的F因子在不正常切离而脱离核染因子在不正常切离而脱离核染色体组时所形成，并因此造成细胞染色体发生缺失，色体组时所形成，并因此造成细胞染色体发生缺失， F因子因子也缺失一段也缺失一段DNA.由由Hfr异常释放所生成的异常释放所生成的F菌株，称为菌株，称为初生初生F菌株菌株；由由F 接受外来接受外来F因子所产生的因子所产生的F叫作叫作次生次生F细胞细胞；F因子转导因子转导F-mediated transduction: 利用利用F菌株与菌株与F接合可

10、将接合可将供体染色体供体染色体DNA传入传入F 菌株，从而使菌株，从而使F 既获得供体菌的若既获得供体菌的若干遗传特性，又可获得干遗传特性，又可获得F因子。这种接合方式叫做因子。这种接合方式叫做F因子转导因子转导,又称又称性导性导sexduction. 因为因为F因子可在细菌的染色体多位因子可在细菌的染色体多位点整合，所以点整合，所以F因子转导可实现不同基因的转移和重组。因子转导可实现不同基因的转移和重组。F F F + FF因子转导（因子转导（F-duction）：）：通过通过F菌株与与菌株与与F菌株间的接合，就可以使后者转变成菌株间的接合，就可以使后者转变成F菌株，为菌株，为次次生生F菌株

11、菌株。它是一个。它是一个部分双倍体部分双倍体，具有一个不完整的，具有一个不完整的F因子，缺少部因子，缺少部分基因，仍可进行与分基因，仍可进行与F菌株间的接合。菌株间的接合。由由F因子来传递供体基因的方式，称为因子来传递供体基因的方式，称为F因子转导、性导（因子转导、性导（sexduction）或或F因子媒介的转导（因子媒介的转导（F-mediated transduction）。）。图 ：初生F菌株和次生F菌株的由来接合的一般过程：接合的一般过程： 接合时接合时F+细胞与细胞与F 细胞相遇，性菌毛与细胞相遇，性菌毛与F 细胞表面发生吸细胞表面发生吸附而形成接合管；附而形成接合管； F+细胞内，

12、细胞内，F因子的一条因子的一条DNA单链在特定的位点上发生断裂；单链在特定的位点上发生断裂； 断裂后的单链逐步解开，同时以另一条留存的环状单链做断裂后的单链逐步解开，同时以另一条留存的环状单链做模板，通过模板的滚动，一方面把解开的单链以模板，通过模板的滚动，一方面把解开的单链以5为先导为先导通过性菌毛推入通过性菌毛推入F 细胞中，另一方面，在供体细胞内以滚细胞中，另一方面，在供体细胞内以滚动的环状模板重新合成一条互补的环状单链，以取代传递动的环状模板重新合成一条互补的环状单链，以取代传递到到F 细胞中的那条单链。这种细胞中的那条单链。这种DNA复制机制称为复制机制称为滚环模型滚环模型（roll

13、ing circle model）；）； 在在F 细胞中，以外来的供体细胞中，以外来的供体DNA线状单链为模板合成一条线状单链为模板合成一条互补单链，并随之恢复成环状双链互补单链，并随之恢复成环状双链F因子。因子。 至此，原来的至此，原来的F 菌株变成了菌株变成了F+ 菌株。原来的供体仍为菌株。原来的供体仍为F+ 菌菌株。株。接合中断试验与染色体图：接合中断试验与染色体图： Hfr菌株与菌株与F 菌株接合与菌株接合与F+ 菌株相似，区别在于菌株相似，区别在于F因子被因子被分隔在核染色体组两端，分隔在核染色体组两端，F因子的头先进入受体细胞，然因子的头先进入受体细胞，然后是核染色体组，只有核染色

14、体组完全进入受体细胞之后，后是核染色体组，只有核染色体组完全进入受体细胞之后，F因子的尾才能进入受体菌细胞，完成因子的尾才能进入受体菌细胞，完成DNA的传递。的传递。 Hfr菌株与菌株与F 菌株的接合随时都可能被中断，所以极少出菌株的接合随时都可能被中断，所以极少出现转性的结果，而是形成各种各样的重组子。现转性的结果，而是形成各种各样的重组子。 接合中断试验接合中断试验：由：由Wollman和和Jacob首创（首创（1955），首先），首先认识了原核微生物染色体的环状特性。认识了原核微生物染色体的环状特性。 原理：原理：接合试验的接合试验的DNA转移过程存在着严格的顺序性，在转移过程存在着严格

15、的顺序性，在接合进行中采用定时人为中断的方法，可以获得呈现不同接合进行中采用定时人为中断的方法，可以获得呈现不同数量数量 Hfr 性状的性状的 F 接合子，据此，可以选定几种有特定接合子，据此，可以选定几种有特定整合位点的整合位点的 Hfr 菌株，使之与菌株，使之与F菌株进行接合，并在不同菌株进行接合，并在不同时间使其中断，最后，根据时间使其中断，最后，根据F中出现中出现Hfr菌株中各种形状菌株中各种形状的时间顺序（分钟），可以绘出较为完整的环状的时间顺序（分钟），可以绘出较为完整的环状染色体图染色体图（chromosome map）。 到到1983年年E. coli染色体上已定位染色体上已定位1027个基因。个基因。接合中断试验接合中断试验HfrHfr中中F F因子的整合、断裂和转移因子的整合、断裂和转移abcde