细菌和噬菌体的遗传分析.ppt

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1、细菌遗传分析细菌遗传分析 细菌概述细菌概述1.细菌的细胞：细菌是原核生物（细菌的细胞：细菌是原核生物（prokaryotes)，无细胞核，不进，无细胞核，不进行减数和有丝分裂，而是简单地复制和一分为二。行减数和有丝分裂，而是简单地复制和一分为二。2.细菌的染色体：细菌为单倍体，其染色体为环形双链细菌的染色体：细菌为单倍体，其染色体为环形双链DNA分子，分子，不形成核小体结构。单个主染色体、一个或多个质粒；不形成核小体结构。单个主染色体、一个或多个质粒；3.涂布和繁殖：每个细胞在较短时间内涂布和繁殖：每个细胞在较短时间内(如一夜如一夜)能裂殖到能裂殖到107个子细个子细胞胞，成为肉眼可见的菌落，

2、成为肉眼可见的菌落。细胞壁(cell wall)细胞膜(plasma membrane)拟核(Nucleoid)性纤毛(pili)核糖体(Ribosome)(Flagella)大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌的突变型及筛选：大肠杆菌的突变型及筛选：1、大肠杆菌的突变型大肠杆菌的突变型(1).合成代谢功能突变型合成代谢功能突变型（anabolic functional mutant):缺陷型（缺陷型（deficient)野生型（野生型（wild type)营养缺陷型（营养缺陷型（auxotroph)原养型（原养型（prototroph)met-甲硫氨基酸突变型甲硫氨基酸突变型 met+thi-硫胺突变型

3、硫胺突变型 thi+pur-嘌呤突变型嘌呤突变型 pur+(2).分解代谢功能突变型分解代谢功能突变型（catabolic functional mutant)lac-乳糖突变型，乳糖突变型，野生型为野生型为lac+(3).抗性突变型抗性突变型（resistance mutant)：strr,strs 分别表示对链霉素有抗性和敏感分别表示对链霉素有抗性和敏感T1r,T1s分别表示对分别表示对T1噬菌体有抗性和敏感噬菌体有抗性和敏感 细菌接合细菌接合E.coli 接合的发现：接合的发现：1946年年 莱德伯格莱德伯格(Lederberg,J.)塔特姆塔特姆(Tatum)细菌接合细菌接合（conj

4、ugation）1、细菌的杂交细菌的杂交菌株菌株A:met-bio-thr+leu+thi+（需甲硫氨酸和生物素）（需甲硫氨酸和生物素）菌株菌株B:met+bio+thr-leu-thi-（需苏氨酸，亮氨酸和硫胺（需苏氨酸，亮氨酸和硫胺）A B完全完全液体培养基液体培养基基本基本固体培养基固体培养基结果结果：出现若干原养型菌落，：出现若干原养型菌落，频率为频率为10-7 。基本基本固体培养基固体培养基 质疑：质疑：细菌的杂交实验获得重组子可能原因：细菌的杂交实验获得重组子可能原因：转化转化 互养互养 结结 论论 （1）菌株）菌株A与菌株与菌株B之间发生了杂交，之间发生了杂交，发生了遗传物质的转

5、移，出现了原养型。发生了遗传物质的转移，出现了原养型。（2）杂交过程中，两菌株的）杂交过程中，两菌株的接触接触是必是必须的。须的。F因子因子F因子因子：是一种质粒，是一种质粒，又称为又称为致育因子（致育因子（fertility factor，F）。）。F菌菌：F纤毛。纤毛。F菌菌：Transmission electron micrograph of conjugating.1、F因子因子（F-factor)的结构的结构 配对区域配对区域(pairing region)致育基因致育基因(fertility gene)原点原点(origin)原点原点(origin):(复制区复制区)配对区域配对

6、区域(pairing region):(重组区重组区)致致育育基基因因(fertility gene):(接接合合转转移移区区)F因子因子F+F-的特点：(1)F(1)F质粒转移的频质粒转移的频率高，率高，1/101/10。(2)(2)而染色体转移而染色体转移频率低。频率低。1010-7-7，使，使F-F-F F+F+品系又称为低低频重组品系频重组品系 高频重组品系Hfr（high frequency recombination）CavalliCavalli（19511951）和）和HayesHayes（19541954）先后从）先后从能育的能育的F F+品系品系中分离出中分离出两个新的品系，

7、它们两个新的品系，它们和和F F-杂交，出现重组频杂交，出现重组频率很高。比率很高。比F F+F F-高出高出10001000倍。这种品系称倍。这种品系称为为高频重组品系高频重组品系HfrHfr。Hfr Hfr 的特点的特点 ：(1)(1)高频重组，染色体高频重组，染色体转移频率高，转移频率高，1000 1000(2)F(2)F质粒转移频率低质粒转移频率低 F F-变成变成F F+很少或没有。很少或没有。细菌重组的特点四、中断杂交实验与重组作图（一）中断杂交试验基基因因从从Hfr细细胞胞按按次次序序转转入入F-细细胞胞，可可根根据据基基因因进进入入F-细细胞胞的的时时间间和和次次序序作作成基因

8、图谱。成基因图谱。中断杂交试验Hfr菌株的基因型：菌株的基因型：strs azirtonrgal+lac+leu+thr+F-菌株的基因型：菌株的基因型：strrazistonsgal-lac-leu-thr-基因基因 转入时间（转入时间（min）频率频率 thr+8 100 leu+8.5 100 azs 9 90 Tis 11 70 lac+18 40 gal+25 253、大肠杆菌的遗传图谱、大肠杆菌的遗传图谱图距单位：图距单位：分钟分钟总长度：总长度：100分钟分钟起点（起点（0分钟）分钟）：thr座位座位大肠杆菌的环形遗传学图大肠杆菌的环形遗传学图 F因子因子(1)有有F因子的细菌为

9、因子的细菌为F+，无，无F因子为因子为F-，具有致育因子（，具有致育因子（F,F或或Hfr）的菌株就是雄性菌株）的菌株就是雄性菌株(male strains)。(2)F因子可以整合到细菌染色体上，形成因子可以整合到细菌染色体上，形成Hfr菌株。不同菌株。不同Hfr菌菌株株F因子的整合位点不同。因子的整合位点不同。(3)F因子又可以从因子又可以从Hfr染色体上剪切下来，产生染色体上剪切下来，产生F因子。如果剪因子。如果剪切不准确而带有一段细菌染色体，则称为切不准确而带有一段细菌染色体，则称为F因子。因子。(4)F因子很容易转移到因子很容易转移到F-细胞中，细胞中，F+F-F+，但是供体染色但是供

10、体染色体的转移频率很低体的转移频率很低,重组频率很低重组频率很低。(5)Hfr能以高频率把细菌染色体基因转移到能以高频率把细菌染色体基因转移到F-细菌中，却极少细菌中，却极少使使F-变为变为F+（因为（因为F因子位于因子位于Hfr染色体的最末端）；染色体的最末端）；(6)F因子的性质介于因子的性质介于F+和和Hfr之间，即可转移自身，又可以转之间，即可转移自身，又可以转移细菌基因。移细菌基因。Slide 25二、转化二、转化（transformation）1.转化：转化：细菌直接从环境中吸收细菌直接从环境中吸收DNA而使自身遗传性状发生改变的现而使自身遗传性状发生改变的现象。在细菌群体中，并非

11、所有细胞均可被转化，能被转化的细胞只占象。在细菌群体中，并非所有细胞均可被转化，能被转化的细胞只占总数的极少数。总数的极少数。2.感受态：感受态：能吸收能吸收DNA分子而被转化的生理状态。不同的微生物出分子而被转化的生理状态。不同的微生物出现感受态的时间和感受态持续的时间是不一样的。现感受态的时间和感受态持续的时间是不一样的。3.感受态因子感受态因子而促进转化作用的酶或蛋白质分子称为感受态因而促进转化作用的酶或蛋白质分子称为感受态因子（子（competence factor）Slide 26 4.转化过程转化过程（1）感受态的出现感受态的出现（2）转化因子的吸附和吸收转化因子的吸附和吸收 细胞

12、出现感受后，双链细胞出现感受后，双链DNA吸吸附在细胞表面的特异性受体上，然附在细胞表面的特异性受体上，然后在后在DNA内切酶和外切酶的作用下，内切酶和外切酶的作用下，将其中的一条单链降解，另一条单将其中的一条单链降解，另一条单链与感受态特异蛋白接合而进入细链与感受态特异蛋白接合而进入细胞内。胞内。Slide 27Slide 28（3）转化因子的整合）转化因子的整合 进入细胞中的进入细胞中的DNA以单链形式与受体细胞的以单链形式与受体细胞的DNA进行进行重组。重组的片段平均长度为。被替代的片段随之降解。重组。重组的片段平均长度为。被替代的片段随之降解。5.转化效率转化效率1.受体细胞的感受态：

13、受体细胞的感受态：它决定转化因子它决定转化因子能否进入细胞。能否进入细胞。2.受体受体DNA和转化因子的同源性：和转化因子的同源性：它决它决定了转化因子能否整合。定了转化因子能否整合。一、噬菌体的结构和形态一、噬菌体的结构和形态病毒无细胞结构，仅由蛋白质和核酸构成病毒无细胞结构，仅由蛋白质和核酸构成,可以分为可以分为:(1).动物病毒动物病毒(2).植物病毒植物病毒(3).细菌病毒（噬菌体细菌病毒（噬菌体,bacteriophage,phage）T噬菌体的结构蛋白质外壳核酸二、噬菌体的繁殖和感染周期二、噬菌体的繁殖和感染周期(1).烈性噬菌体烈性噬菌体:如如T噬菌体噬菌体吸附吸附细菌裂解细菌裂

14、解,释放出释放出子代噬菌体颗粒子代噬菌体颗粒细菌染色体降解细菌染色体降解噬菌体噬菌体DNA和蛋和蛋白质外壳包装成白质外壳包装成子代噬菌体颗粒子代噬菌体颗粒(2).温和噬菌体温和噬菌体:吸附吸附溶菌周期溶菌周期-uv诱导诱导细菌裂解细菌裂解溶源周期溶源周期如如 噬菌体噬菌体:原噬菌体原噬菌体三、三、噬菌体的突变型噬菌体的突变型1).条件致死突变型条件致死突变型:(1).温度敏感突变温度敏感突变(2).抑制因子敏感突变抑制因子敏感突变2).宿主范围突变型宿主范围突变型:E.coli B E.coli B/2 E.coli B+E.coli B/2 h+-半透明噬菌斑半透明噬菌斑 h-+透明噬菌斑透

15、明噬菌斑3).噬菌斑形态突变型噬菌斑形态突变型:(1).r+小噬菌斑小噬菌斑,边缘模糊边缘模糊(2).r-大噬菌斑大噬菌斑,边缘清晰边缘清晰:快速溶菌快速溶菌(rapid lysis)噬菌体的基因重组噬菌体的基因重组基因重组基因重组用用T2噬菌体噬菌体h-r+和和h+r-混合感染混合感染E.coli B,再用释放出来的子再用释放出来的子代噬菌体感染代噬菌体感染E.coli B+E.coli B/2,出现出现四四种噬菌斑种噬菌斑:透明小噬菌斑透明小噬菌斑(h-r+)半透明大噬菌斑半透明大噬菌斑(h+r-)透明大噬菌斑透明大噬菌斑(h-r-)半透明小噬菌斑半透明小噬菌斑(h+r+)T2噬菌体的四种

16、噬菌斑噬菌体的四种噬菌斑重组率重组率=(h+r+h-r-)总噬菌斑数总噬菌斑数五、五、转导与作图转导与作图 转导转导(transduction):以噬菌体为媒介以噬菌体为媒介,将细将细菌的染色体片段或基因从一个细菌转移到另一个菌的染色体片段或基因从一个细菌转移到另一个细菌细菌.供体供体A 受体受体B噬菌体噬菌体The Lederberg-Zinder experiment using Salmonella.P22噬菌体转导噬菌体转导沙门氏菌沙门氏菌 如果两个基因同时转导的频率则较高如果两个基因同时转导的频率则较高,则说明则说明它们相互连锁它们相互连锁,成为共转导成为共转导(cotransduc

17、tion)。共转。共转导的频率越高导的频率越高,则基因连锁越紧密则基因连锁越紧密.反之则基因距离反之则基因距离越远越远.据此可用于细菌染色体的基因作图据此可用于细菌染色体的基因作图.总结总结：在细菌中遗传物质有三种转移的形式在细菌中遗传物质有三种转移的形式:转化（转化（transformation）接合（接合（conjugation）转导（转导（transduction）共同特点是：共同特点是：（1）单方向转移；）单方向转移；（2）产生部分二倍体（）产生部分二倍体（partial diploid）；）；（3）基因只有整合到环状染色体上才能稳定）基因只有整合到环状染色体上才能稳定 地遗传。地遗传。接合接合 是是DNA从细胞到细胞直接转移。从细胞到细胞直接转移。转化转化 细胞从周围介质中吸收裸露的细胞从周围介质中吸收裸露的DNA。转染转染 通通过过病病毒毒颗颗粒粒介介导导将将染染色色体体或或质质粒粒DNA转转移移到细胞中到细胞中。真菌类的遗传分析真菌类的遗传分析非交换型子囊的产生非交换型子囊的产生交换型子囊的产生交换型子囊的产生l重组百分率的标准公式如下：重组百分率的标准公式如下：l(第二次减数分裂分离子囊数第二次减数分裂分离子囊数)1/2100%)1/2100%l 子囊总数子囊总数