细菌和病毒的遗传作图.ppt

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1、1单林娜 制作第第6 6章章 细菌及其病毒的遗传作图细菌及其病毒的遗传作图第一节第一节 噬菌体遗传分析噬菌体遗传分析第二节第二节 细菌的转化细菌的转化第三节第三节 细菌的接合细菌的接合第四节第四节 细菌的细菌的性导性导第五节第五节 转导转导2单林娜 制作第一节第一节 噬菌体遗传分析噬菌体遗传分析一、噬菌体的繁殖一、噬菌体的繁殖一、噬菌体的繁殖一、噬菌体的繁殖二、二、噬菌体的突变型噬菌体的突变型噬菌体的突变型噬菌体的突变型三、噬菌体的基因重组三、噬菌体的基因重组三、噬菌体的基因重组三、噬菌体的基因重组四、四、四、四、T2T2T2T2的环形遗传图的环形遗传图的环形遗传图的环形遗传图3单林娜 制作

2、复习1：病毒的一般特性和类型l一类超显微的非细胞生物一类超显微的非细胞生物 l每每一一种种病病毒毒只只含含有有一一种种核核酸酸，DNADNA或或RNARNAl只能在活细胞内营专性寄生只能在活细胞内营专性寄生 l靠靠其其宿宿主主代代谢谢系系统统的的协协助助来来复复制制核核酸、合成蛋白质等组分酸、合成蛋白质等组分 l离离体体条条件件下下，它它们们能能以以无无生生命命的的化化学学大大分分子子状状态态长长期期存存在在并并保保持持其其侵侵染活性染活性 4单林娜 制作病毒的形态构造和化学成分 多数病毒粒子的直径在多数病毒粒子的直径在100nm100nm上下上下 最大的病毒：最大的病毒：牛痘苗病毒牛痘苗病毒

3、直径超过直径超过250nm 250nm 最小的病毒最小的病毒脊髓灰质炎病毒脊髓灰质炎病毒28nm28nm直径直径病毒：细菌：真菌病毒：细菌：真菌=1=1：1010：1001005单林娜 制作病毒粒子的模式构造 图图6-16单林娜 制作复习2：噬菌体的一般特性病毒可根据宿主(动物、植物、细菌)或遗传物质(DNA或RNA)来分类。细细菌菌病病毒毒(Bacterial phage)，称称为为噬噬菌菌体体(phage)(如如图图)，是目前经过广泛研究，了解比较清楚的一种病毒。7单林娜 制作尾鞘六角形基板领环尾针尾丝噬菌体的结构噬菌体的结构8单林娜 制作Phage T4研究最为广泛的研究最为广泛的是是T

4、 T噬菌体：噬菌体：9单林娜 制作噬菌体的特性噬菌体的特性10单林娜 制作一、一、噬菌体的繁殖噬菌体的繁殖根据与宿主的关系噬菌体可分为两类(Two main types of phage)：烈烈性性噬噬菌菌体体（virulent phages)：侵入细菌细胞后，使寄主细胞裂解的噬菌体。如大肠杆菌的T噬菌体T1T7。温温和和噬噬菌菌体体(temperate phages):除偶尔情况外，感染后不裂解细菌的噬菌体。或：能够溶源化细菌的噬菌体称为温和噬菌体。感染细胞后可以进入裂解和溶源两种发育途径。11单林娜 制作一、一、一、一、噬菌体的繁殖噬菌体的繁殖(1)lytic cycle-release

5、new phage in 20-30 min.(2)lysogenic cycle-phage inserts into host chromo.Stays dormant休眠 till awakened by cell stress-then comes free again and enters lytic cycle.12单林娜 制作13单林娜 制作Lytic phagecycle烈性噬菌体烈性噬菌体（virulent virulent phages)phages)的感染的感染周期周期-裂解途径裂解途径不能溶源化细菌的噬菌体称为烈性噬菌体。14单林娜 制作一、一、一、一、噬菌体的繁殖噬菌

6、体的繁殖 裂裂解解(lysis)(lysis)：噬菌体附着到细菌体表，将它的遗传物质注入细菌细胞质中，利用细菌作为它的基质，合成更多的噬菌体，细菌细胞壁破裂后，大量噬菌体被释放出，这一过程称为裂解。释放出的子代噬菌体感染邻近的细胞，这样不断地侵染，最后形成一个圆形的透明区，即噬噬菌菌斑斑(PlaquePlaque)。一个噬菌斑通常含有107108个噬菌体。一个噬菌斑是由一个噬菌体引起的，所以，一个噬菌斑中的噬菌体在遗传上是均一的，相当于一个克隆。15单林娜 制作l l温和噬菌体温和噬菌体(temperate phages)的的感染周期：感染周期：和和P1噬菌体噬菌体 溶源途径溶源途径Lysog

7、enic Cycle：裂解途径裂解途径Lytic Cycle16单林娜 制作Temperate Bacteriophage Lifecycle能够溶源化细菌的噬菌体称为温和噬菌体能够溶源化细菌的噬菌体称为温和噬菌体Lytic CycleLysogenic Cycle17单林娜 制作温和噬菌体温和噬菌体18单林娜 制作Bacteriophage undergoes either lytic replication or lysogeny following infection of E.coli裂解裂解途径途径溶源溶源途径途径原噬菌体原噬菌体（prophage)原病毒原病毒(provirus)溶

8、源性细菌溶源性细菌（lysogenic bacterium)19单林娜 制作一、一、一、一、噬菌体的繁殖噬菌体的繁殖原原原原噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体 (prophage)(prophage)：整合进细菌基因组中的噬菌体称为原噬菌体。在细菌染色体的特异位点整合进整个噬菌体基因组。溶溶溶溶源源源源菌菌菌菌(lysogenic(lysogenic bacterium)bacterium)：含有原噬菌体的细菌具有产生和释放噬菌体的潜力，这种细菌称为溶源菌。溶溶溶溶源源源源菌菌菌菌具具具具有有有有抗抗抗抗某某某某些些些些噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体侵侵侵侵染染染染的的的的能能能能力力力力，但但但但是是是是它

9、它它它可可可可产生噬菌体侵染其它非溶源菌。产生噬菌体侵染其它非溶源菌。产生噬菌体侵染其它非溶源菌。产生噬菌体侵染其它非溶源菌。20单林娜 制作二、噬菌体的突变型二、噬菌体的突变型 l噬菌体遗传性状分为两类：噬菌体遗传性状分为两类：噬菌体遗传性状分为两类：噬菌体遗传性状分为两类：a.a.形形形形成成成成的的的的噬噬噬噬菌菌菌菌斑斑斑斑形形形形状状状状：指指噬噬菌菌斑斑的的大大小小、边边缘缘清清晰晰度度、透明程度。透明程度。b.b.寄主范围寄主范围寄主范围寄主范围：指噬菌体感染和裂解的菌株范围。指噬菌体感染和裂解的菌株范围。l所以有两类突变类型：所以有两类突变类型：Host rangeHost r

10、ange（宿主范围突变体）（宿主范围突变体）（宿主范围突变体）（宿主范围突变体）Plaque morphology(Plaque morphology(噬菌斑形态噬菌斑形态噬菌斑形态噬菌斑形态 )21单林娜 制作二、噬菌体的突变型二、噬菌体的突变型 1.Host range1.Host range（宿主范围突变体）（宿主范围突变体）（宿主范围突变体）（宿主范围突变体）l l 正正正正常常常常的的的的T T2 2噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体h h+：只只只只能能能能侵侵侵侵染染染染E.coliE.coli菌菌菌菌株株株株B B（h h+attacks bacterial strains only,a

11、ttacks bacterial strains only,E.coliE.coli B)B)l l T T2 2噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体的的的的突突突突变变变变体体体体h h：同同同同时时时时可可可可侵侵侵侵染染染染E.coliE.coli菌菌菌菌株株株株B B及及及及B2(h can attacks B2(h can attacks E.coliE.coli strain 1 and strain 1 and)h+接种到 E.coli菌株B及B2的混合培养基上-噬菌斑是半透明的。h接种到 E.coli菌株B及B2的混合培养基上-噬菌斑是透明的。22单林娜 制作二、噬菌体的突变型二、噬菌体的

12、突变型 2.Plaque morphology(2.Plaque morphology(噬菌斑形态噬菌斑形态噬菌斑形态噬菌斑形态)正常的正常的正常的正常的T T噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体r r+：噬菌斑小而边缘模糊噬菌斑小而边缘模糊噬菌斑小而边缘模糊噬菌斑小而边缘模糊 When When individual individual bacterial bacterial cells cells in in a a layer layer(lawn(lawn平平平平板板板板)are are infected,infected,theythey lyse lyse(burst(burst open)

13、open)and and the the newly newly released released phage phage attack attack surrounding surrounding cells cells leaving a clear hole or leaving a clear hole or plaqueplaque斑斑斑斑 in the lawn.in the lawn.T T噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体突突突突变变变变体体体体r r：产产产产生生生生约约约约大大大大两两两两倍倍倍倍的的的的边边边边缘缘缘缘清清清清楚楚楚楚的的的的噬噬噬噬菌菌菌菌斑斑斑斑（速速速速溶溶

14、溶溶性性性性）Mutant Mutant phage phage have have different different plaque appearanceplaque appearance23单林娜 制作r+r24单林娜 制作三、噬菌体的基因重组三、噬菌体的基因重组Hershey等用T2噬菌体的两个不同表型特征：噬菌斑的形态和宿主范围来进行杂交。一个噬菌体的基因型是hr，另一个噬菌体的基因型是h r。重组实验时，把上述两个亲本噬菌体（hr+和h+r）去感染菌株B，使有高比例的细菌同时受到两种噬菌体的感染（称为混合感染或复感染，mixed or double in fection）。25单

15、林娜 制作三、噬菌体的基因重组三、噬菌体的基因重组把把释释放放出出来来的的噬噬菌菌体体（子子代代噬噬菌菌体体）接接种种在在同同时时长长有有菌菌株株B B和和B B2 2的的培培养养基基上上。现现在在可可以以看看到到4 4种种噬噬菌斑（表菌斑（表6-6-5 5，图，图6-6-2121）。）。26单林娜 制作6-21h+r+半小半小hr+透小透小hr透大透大h+r半大半大27单林娜 制作表表6-5 hr+h+r 混合感染混合感染E.coli B和和B2的结果的结果注：h-感染菌株B和B2-透明，h+-只侵染菌株B-半透明；r-噬菌斑大，r+-噬菌斑小 表表 型型推导的基因型推导的基因型 透明透明

16、小小 hrhr+半透明半透明 大大 h h+r r 半透明半透明 小小 h h+r r+透明透明 大大 hrhr 28单林娜 制作噬菌体遗传重组原理示意图噬菌体遗传重组原理示意图29单林娜 制作三、噬菌体的基因重组三、噬菌体的基因重组三、噬菌体的基因重组三、噬菌体的基因重组4 4种噬菌斑中：种噬菌斑中：种噬菌斑中：种噬菌斑中：透明而小（透明而小（透明而小（透明而小（hrhr+）和半透明而大（）和半透明而大（）和半透明而大（）和半透明而大（h h+r r）-亲组合；亲组合；亲组合；亲组合；半透明而小（半透明而小（半透明而小（半透明而小（h h+r r+）和透明而大（）和透明而大（）和透明而大（）

17、和透明而大（hrhr）-重组合。重组合。重组合。重组合。所以重组值可用下式计算：所以重组值可用下式计算：所以重组值可用下式计算：所以重组值可用下式计算：hrh r 重组值重组值 总噬菌斑数总噬菌斑数 100 30单林娜 制作四、四、T2T2的环形遗传图的环形遗传图Hershey根根据据h rhr的的杂杂交交结结果果推推测测T2的的染染色色体体是是线线状状的的，其其实实并并非非如如此此。在在完完成成了了上上述述T2杂杂交交实实验验后后，Hershey又又分分离离出出了了许许多多T2噬噬菌菌体体，详详细细地地研研究究了了T2噬噬菌菌体体的的遗遗传传重重组组。杂杂交交后后果果如如表表6-6所示。所示

18、。31单林娜 制作四、四、T2的环形遗传图的环形遗传图表表表表6-66-6 T T2 2hrhr+T T2 2h h+r r 杂交的重组率杂交的重组率杂交杂交各种基因型的百分比各种基因型的百分比%重组率重组率%h+r+hr+h+rhrhrhr+h h+r r1 11242341224hrhr+h h+r r7 75.956326.412.3hrhr+h h+r r13130.7459390.941.732单林娜 制作 a)1 b)24 r1 h 12.3 r7 h1.7r13 h r1 r7 r13 h r1 r13 h r7r1 r7 h r13r1 h r13 r7图图6-22 r-h6-

19、22 r-h的图距和的图距和r1r1，r7r7，r13r13的不同排列的不同排列r7r1r132 3 4 33单林娜 制作r7r1r13再作杂交：r7r13+r7+r13结果表明：r6-r13的重组值=14%r6-h所以h位于r7及r13之间，排列顺序为 r6-h-r13同理，再做 r1r7+r1+r7 等杂交组合，判断出第二种和第三种排列都是可能的。10多年后G.Streisinger和Edgar（1964年）研究发现T2噬菌体的连锁图是环状的，所以 2，3排列都对。34单林娜 制作图图图图6 6-2 23 335单林娜 制作细菌基因重组的方式细菌基因重组的方式l一一个个细细菌菌细细胞胞的的

20、DNADNA与与另另一一个个细细菌菌细细胞胞DNADNA的的交换重组可以通过四种不同的方式进行：交换重组可以通过四种不同的方式进行：转化转化接合接合性导性导转导转导36单林娜 制作第二节第二节 细菌的转化细菌的转化(transformation)(transformation)一、细菌转化实验一、细菌转化实验一、细菌转化实验一、细菌转化实验二、二、二、二、转化过程转化过程转化过程转化过程三、三、三、三、共同转化与遗传图谱绘制共同转化与遗传图谱绘制共同转化与遗传图谱绘制共同转化与遗传图谱绘制37单林娜 制作转化转化(transformation)l转转转转化化化化(transformation)

21、(transformation)是是是是指指指指某某某某些些些些细细细细菌菌菌菌(或或或或其其其其他他他他生生生生物物物物)能能能能通通通通过过过过其其其其细细细细胞胞胞胞膜膜膜膜摄摄摄摄取取取取周周周周围围围围供供供供体体体体(donor)(donor)的的的的染染染染色色色色体体体体片片片片段段段段，并并并并将将将将此此此此外外外外源源源源DNADNA片片片片段段段段通通通通过过过过重重重重组组组组整整整整合合合合到到到到自己染色体组的过程。自己染色体组的过程。自己染色体组的过程。自己染色体组的过程。l转转转转化化化化中中中中提提提提供供供供遗遗遗遗传传传传物物物物质质质质的的的的细细细细

22、胞胞胞胞称称称称为为为为供供供供体体体体(donor)(donor)，接受供体遗传物质的称为接受供体遗传物质的称为接受供体遗传物质的称为接受供体遗传物质的称为受体受体受体受体(receptor)(receptor)。38单林娜 制作l只只有有当当整整合合的的DNADNA片片段段产产生生新新的的表表现现型型时时，才才能能测知转化的发生。测知转化的发生。l大大 部部 分分 的的 转转 化化 工工 作作 是是 用用 肺肺 炎炎 双双 球球 菌菌(Streptococcus Streptococcus pneumoniaepneumoniae)、枯枯 草草 杆杆 菌菌(Bacillus Bacillu

23、s subtilissubtilis)和和流流感感嗜嗜血血杆杆菌菌(HemophilusHemophilus influenzaeinfluenzae)进行的。进行的。39单林娜 制作一、转化过程一、转化过程l不不同同细细菌菌转转化化过过程程有有一一定定差差异异，但但是是它它们们都都存存在几个共同特征：在几个共同特征：1.1.供供供供 体体体体(donor)DNAdonor)DNA与与与与 受受受受 体体体体(receptor)(receptor)细细细细 胞胞胞胞 结结结结 合合合合(binding)(binding)吸附吸附吸附吸附2.DNA2.DNA的穿入和摄取的穿入和摄取的穿入和摄取的

24、穿入和摄取吸收吸收吸收吸收3.3.联会联会联会联会(synapsissynapsis)与外源与外源与外源与外源DNADNA片段整合片段整合片段整合片段整合(integration)(integration)40单林娜 制作细菌转化过程细菌转化过程41单林娜 制作1.1.供体供体(donor)DNA(donor)DNA与受体与受体(receptor)(receptor)细胞结合细胞结合(binding)(binding)吸附吸附结合发生在受体细胞特定部位；结合发生在受体细胞特定部位；供体供体DNA片段为双链；片段为双链；结合过程是一个可逆过程。结合过程是一个可逆过程。二、转化过程二、转化过程42

25、单林娜 制作感受态与感受态因子感受态与感受态因子l感感感感受受受受态态态态指指指指细细细细菌菌菌菌能能能能够够够够从从从从周周周周围围围围环环环环境境境境中中中中吸吸吸吸收收收收DNADNA分分分分子子子子进进进进行行行行转化的生理状态。转化的生理状态。转化的生理状态。转化的生理状态。l感感受受态态主主要要受受一一类类蛋蛋白白质质(感感受受态态因因子子)影影响响，感感受受态态因因子子可可以以在在细细菌菌间间进进行行转转移移，从从感感受受态态细细菌菌中中传传递到非感受态细菌中，可以使后者变为感受态。递到非感受态细菌中，可以使后者变为感受态。l一一般般认认为为感感受受态态出出现现在在细细菌菌对对数

26、数生生长长后后期期，并并且且某某些些处处理理过过程程可可以以诱诱导导或或加加强强感感受受态态，以以大大肠肠杆杆菌菌为为例例，用用Ca2+(如如Call2)处处理理对对数数生生长长后后期期的的大大肠肠杆杆菌菌可以增强其感受能力。可以增强其感受能力。二、转化过程二、转化过程43单林娜 制作2.DNA2.DNA的穿入和摄取的穿入和摄取-当细菌结合点饱和之后，细菌开始摄取外源DNA；-往往只有一条DNA单链进入细胞，另一条链在膜上降解。二、转化过程二、转化过程44单林娜 制作3.3.联会联会(synapsis)(synapsis)与外源与外源DNADNA片段整合片段整合(integration)(in

27、tegration)整合就是指单链的转化DNA与受体DNA对应位点的置换，稳定地掺入到受体DNA中的过程。整合是一个遗传重组的过程。因而研究整合的分子机制也为遗传重组的分子机制作出了贡献。二、转化过程二、转化过程45单林娜 制作细菌转化过程图解细菌转化过程图解46单林娜 制作细菌转化过程图解细菌转化过程图解47单林娜 制作二、共转化与遗传图谱绘制二、共转化与遗传图谱绘制l利用共同转化绘制细菌连锁遗传图谱的基本原理：利用共同转化绘制细菌连锁遗传图谱的基本原理：相相邻邻基基因因发发生生共共同同转转化化的的概概率率与与两两者者的的距距离离间间成成正正向向关关系系，基基因因间间距距离离越越近近，发发生

28、生共共同同转转化化的的频频率率越越高高，反之越低。反之越低。因因此此可可能能通通过过测测定定两两基基因因共共同同转转化化的的频频率率来来指指示示基基因因间的相对距离间的相对距离。48单林娜 制作转化与遗传图谱转化与遗传图谱l按照概率定律，两个片段同时转化的概率应为它们单独转化的概率的乘积，所以这种情况的概率是很低的。l当两个基因紧密连锁时，它们就有较多的机会包括在同一个DNA片段中，并同时整合到受体染色体中。因此，紧紧密密连连锁锁的的基基因因可可以以通通过过转转化化进进行行作图作图。l例如，黎德伯格等人用枯草杆菌作了如下实验，即以trp2+his2+tyr1+为供体，以trp2-his2-ty

29、r1-为受体进行转化，结果如表。49单林娜 制作转化结果转化结果3660细菌的重组特点是没有相反重组子出现，转化后只能出现七种类型的转化子菌落，不会出现trp2 his2 tyr1。并且在计算各个基因间的距离（重组值）的公式中分母只能有六种类型的数目（排除AB型）。50单林娜 制作知识要点：知识要点：1两个基因相距越远，转化时发生交换的可能性越大。2细菌的重组特点是没有相反重组子出现。转化后只能出现1到7七种类型的转化子菌落，不会出现trp2 his2 tyr1。并且在计算各个基因间的距离（重组值）的公式中分母只能有六种类型的数目（排除AB型）。3双交换类型是数目最少的类型。51单林娜 制作转

30、化与遗传图谱转化与遗传图谱可以看出，trp2、his2和tyr1是连锁的，其中his2和tyr1连锁紧密，这是因为它们并发转化的频率最高。根据重组值计算结果，可知trp2-his2的重组值为0.34%，trp2-tyr1的重组值为0.40%，his2-tyr1的重组值为0.13%，因此，trp2、his2及tyr1的排列顺序为：52单林娜 制作第三节第三节 细菌的细菌的接合接合 (conjugation)(conjugation)一、接合现象的发现和证实一、接合现象的发现和证实一、接合现象的发现和证实一、接合现象的发现和证实二、二、二、二、F F F F因子及其在杂交中的行为因子及其在杂交中的

31、行为因子及其在杂交中的行为因子及其在杂交中的行为三、中断杂交试验作图三、中断杂交试验作图三、中断杂交试验作图三、中断杂交试验作图四、重组作图四、重组作图四、重组作图四、重组作图 在在在在原原原原核核核核生生生生物物物物中中中中，接接接接合合合合是是是是指指指指遗遗遗遗传传传传物物物物质质质质从从从从供供供供体体体体“雄雄雄雄性性性性”转转转转移移移移到受体到受体到受体到受体“雌性雌性雌性雌性”的过程。的过程。的过程。的过程。53单林娜 制作一、接合现象的发现和证实一、接合现象的发现和证实黎德伯格和塔特姆大肠杆菌杂交试验：黎德伯格和塔特姆大肠杆菌杂交试验：l材材料料：大大肠肠杆杆菌菌(Esche

32、richia coli)K12菌菌株株的的两两个营养缺陷型品系：个营养缺陷型品系：A甲硫氨酸缺陷型甲硫氨酸缺陷型met-和生物素缺陷型和生物素缺陷型bio-；B苏氨酸缺陷型苏氨酸缺陷型thr-和亮氨酸缺陷型和亮氨酸缺陷型leu-。l方方法法：将将A、B混混和和，在在基基本本培培养养基基(固固体体)上上涂涂布布培养。培养。l结果：平板上长出原养型菌落结果：平板上长出原养型菌落(+)。54单林娜 制作黎黎德德伯伯格格和和塔塔特特姆姆接接合合试试验验原养型的菌落原养型的菌落progeny55单林娜 制作几种可能解释及其分析几种可能解释及其分析对上述试验结果原养型菌落可能产生于：对上述试验结果原养型菌

33、落可能产生于：亲本细菌亲本细菌A或或B发生了发生了回复突变回复突变；两品系细胞通过培养基交换养料两品系细胞通过培养基交换养料互养作用互养作用；两品系间发生了两品系间发生了转化作用转化作用；发生细胞融合，形成了发生细胞融合，形成了异核体或杂合二倍体。异核体或杂合二倍体。为为验验证证这这些些原原养养型型菌菌落落产产生生的的可可能能而而进进行行的的研研究究最终表明：这些解释均不成立。最终表明：这些解释均不成立。56单林娜 制作回复突变可能的排除回复突变可能的排除Lederbery和和Tatum利利用用的的双双营营养养缺缺陷陷型型菌菌株株进进行行试试验验，已已基基本本排排除除A或或B品品系系发发生生回

34、回复复突突变变产产生生原养型细菌的可能。原养型细菌的可能。单基因回复突变的频率约为单基因回复突变的频率约为10-6；双基因回复突变的频率则为双基因回复突变的频率则为10-12，频率很低。，频率很低。但但试试验验中中产产生生原原养养型型菌菌落落产产生生的的频频率率非非常常高高，因因此此基基本可以排除回复突变的可能。本可以排除回复突变的可能。57单林娜 制作互养作用及其排除互养作用及其排除试验材料试验材料试验材料试验材料：A A品系：品系：品系：品系：A A-B B+T T1 1S S(met(met-biobio-thrthr+leuleu+T T1 1S S)；B B品系：品系：品系：品系：A

35、 A+B B-T T1 1R R(met(met+biobio+thrthr-leuleu-T T1 1R R)。试验方法试验方法试验方法试验方法：将将将将A A、B B品系混合接种在基本培养基表面；品系混合接种在基本培养基表面；品系混合接种在基本培养基表面；品系混合接种在基本培养基表面；短短短短时时时时间间间间后后后后喷喷喷喷T T1 1杀杀杀杀死死死死A A品品品品系系系系，使使使使其其其其不不不不能能能能持持持持续续续续产产产产生生生生thrthr与与与与leuleu供供供供B B品系持续生长。品系持续生长。品系持续生长。品系持续生长。结果与结论结果与结论结果与结论结果与结论：仍然出现原

36、养型菌落。仍然出现原养型菌落。仍然出现原养型菌落。仍然出现原养型菌落。从从从从而而而而表表表表明明明明互互互互养养养养并并并并非非非非原原原原养养养养型型型型菌菌菌菌落落落落出出出出现现现现的的的的原原原原因因因因，而而而而可可可可能能能能发发发发生生生生了了了了遗传重组。遗传重组。遗传重组。遗传重组。Back to P5658单林娜 制作转化作用及其排除转化作用及其排除把品系A的培养液经加热灭菌，加入到B品系的培养物中，未得到原养型菌落；表明原养型菌落可能不是由转化作用产生。戴维斯(Dawis,1950)的U型管试验(结果没有得到原养型细菌)；59单林娜 制作Back to P56结论：不是

37、转结论：不是转化作用。细胞化作用。细胞直接接触是原直接接触是原养型细菌产生养型细菌产生的必要条件。的必要条件。60单林娜 制作异核体和杂合二倍体及其排除异核体和杂合二倍体及其排除:异核体或双杂合二倍体类似于二倍体生物的杂合体，将产生原养型菌落。异核体指由于细胞融合而在细胞内含有遗传组成不同的两个或多个细胞核。双杂合二倍体则是异核体进一步发生核融合，形成二倍体细胞核，核内含有两套遗传物质。细菌为单倍配子体生物，异核体和二倍体只能暂时存在。培养繁殖过程中必将发生分离，产生各种缺陷型菌落。对试验中得到的原养型菌落后代研究表明：后代没有出现预期的性状分离现象。Back to P5661单林娜 制作接合

38、现象的发现和证实接合现象的发现和证实经过上述分析可以认为：经过上述分析可以认为：在在Lederbery和和Tatum的的试试验验中中，发发生生了了一一种种不不同同于于转转化的遗传重组方式，称之为化的遗传重组方式，称之为接合接合。Hayes(1952)研究表明：研究表明：大大肠肠杆杆菌菌两两种种不不同同菌菌株株(品品系系)接接合合过过程程中中遗遗传传物物质质的的转转移是单向的；移是单向的；从从而而认认为为大大肠肠杆杆菌菌存存在在两两种种类类型型品品系系：雌雌性性与与雄雄性性分分别别作为接合过程中遗传物质的供体与受体。作为接合过程中遗传物质的供体与受体。接接合合(conjugation)：遗遗传传

39、物物质质从从供供体体(donor)转转移移到受体到受体(receptor)的重组过程。的重组过程。62单林娜 制作二、二、F F因子及其在杂交中的行为因子及其在杂交中的行为1.F1.F因子：因子：HayesHayes等等进进一一步步研研究究发发现现，大大肠肠杆杆菌菌在在接接合合中中作作供供体体的的能能力力受受细细胞胞 内内 一一 种种 致致 育育 因因 子子(fertility(fertility factor,factor,F F因因子子;sex sex factor,factor,性性因因子子)控制。控制。F F因因子子的的化化学学本本质质是是DNADNA，可可以以自自主主状状态态存存在在

40、于于细细胞胞质质中中或或整整合合到细菌的染色体上。到细菌的染色体上。F F因因子子可可以以在在细细菌菌细细胞胞间间进进行行转转移并传递遗传物质。移并传递遗传物质。63单林娜 制作具有F因子的菌株可作为供体，因为F因子中有控制F性性伞伞毛毛(F pillus)形成的基因。F性伞毛是由供体细胞表面伸出的一种长附属物，当供体与受体细胞相互接合，F性伞毛就成了两个细胞之间原生质的通 道，或 叫 接接接接 合合合合 管管管管(conjugation tube)(conjugation tube)。F+细胞的F因子由接合管向F-传递，使F受体变成F+。接合现象接合现象64单林娜 制作F因子因子及其在杂交中

41、的及其在杂交中的行为行为纤毛纤毛受体受体65单林娜 制作F因子及其在杂交中的行为因子及其在杂交中的行为66单林娜 制作F因子及其在杂交中的行为因子及其在杂交中的行为67单林娜 制作F因子及其在杂交中的行为68单林娜 制作F因子的存在状态因子的存在状态69单林娜 制作Hfr和F-接合70单林娜 制作三、中断杂交试验作图三、中断杂交试验作图雅各布(Jacob，F)和沃尔曼(Wollman，E.)在五十年 代 设 计 了 一 个 著 名 的 中 断 杂 交 试 验(interrupted mating experiment)。他们采用的菌株基因型为：Hfr:thr+leu+aziStonSlac+g

42、al+strsF:thr+leu+aziRtonRlacgal-strR这里，thr、leu、lac、gal分别代表苏氨酸、亮氨酸、乳糖和半乳糖，+代表原养型或发酵型，代表营养缺陷型或不发酵型；azi和tonA分别代表叠氮化纳和T1噬菌体；Str表示链霉素，r代表抗性，s代表敏感。71单林娜 制作1、中断杂交实验、中断杂交实验（Interrupted-mating experiments）巴巴 斯斯 德德 实实 验验 室室，Elie Wolliman和和 Francois Jacob（1954）原原原原理理理理：HfrFHfrF-杂杂交交中中染染色色体体是是定定向向地地、均均匀匀地地、逐逐渐渐

43、进进入入F F-细细菌菌的的，大大部部分分F F因因子子并并没没有有进进入入受受体，中途断开的原理，设计中断杂交试验。体，中途断开的原理，设计中断杂交试验。目目目目的的的的：证证明明接接合合时时遗遗传传物物质质从从供供体体到到受受体体的的转转移移是直线进行的是直线进行的。72单林娜 制作中断杂交试验过程：中断杂交试验过程：.把Hfr菌株与F-菌株混合培养 Hfr：strs thr+leu+azir tonAr gal+lac+F-：strr thr-leu-azis tonAs gal-lac-.培养一定时间取样，把菌液放在搅拌器内搅拌，以中断杂交。.稀释接种到含有链霉素、不含thr、leu的

44、基本培养基上，杀死Hfr菌株与F-菌株。thr、leu-选择性标记.对形成菌进行影印培养测试其基因型，确定个基因转移到F-细胞的时间。个基因非选择性标记。73单林娜 制作74单林娜 制作实验结果实验结果18 8分分钟钟时时：thr+thr+进进入入F F-细细胞胞；8.58.5分分钟钟时时：leu+leu+进入进入F F-细胞。细胞。9 9分分钟钟时时：有有少少量量叠叠氮氮化化物物抗抗性性的的菌菌落落，少少数数aziazir r基因进入基因进入F F-细胞。细胞。.11.11分钟时：出现分钟时：出现抗菌噬体抗菌噬体T1T1的的F F-细菌。细菌。1818和和2525分分钟钟时时：分分别别出出现

45、现乳乳糖糖和和半半乳乳糖糖发发酵酵基基因，即因，即lac+lac+和和galb+galb+进入进入F F-细胞。细胞。75单林娜 制作实验结果实验结果2重组体中各标志基因进入F-细胞中时间不同，达到最高水平的时间也不同；随时间的推延，某个基因的重组率增加，当增至一定程度后，重组率便不再增加。如：10 min azir首次出现，15 min 40%、25 min 后80%，Hfr基因是按一定的线性顺序依次进入F-菌株的。76单林娜 制作thr、leu-选择性标记选择性标记77单林娜 制作78单林娜 制作中断杂交试验中断杂交试验79单林娜 制作2、中断杂交试验作图实验说明：实验说明：Hfr菌株基因

46、是按一定的线性顺序依次进入菌株基因是按一定的线性顺序依次进入F-的；的；离原点愈近，进入愈早，反之则越晚；离原点愈近，进入愈早，反之则越晚；致育因子最后转移。致育因子最后转移。以以基基因因转转移移的的时时间间作作为为基基因因间间距距离离的的单单位位作作连连锁锁图的方法图的方法-时间单位法时间单位法80单林娜 制作81单林娜 制作HfrHfrHfrHfr类型原点基因转移顺序类型原点基因转移顺序类型原点基因转移顺序类型原点基因转移顺序HfrHHfrHHfrHHfrHO O O O thrthrthrthr pro lac pur pro lac pur pro lac pur pro lac pu

47、r gal his gal his gal his gal his glyglyglygly thithithithi 1 1 1 1O O O Othrthrthrthrthithithithiglyglyglyglyhishishishisgalgalgalgalpurpurpurpurlaclaclaclacpropropropro 2 2 2 2O O O Oproproproprothrthrthrthrthithithithiglyglyglyglyhishishishisgalgalgalgalpurpurpurpurlaclaclaclac 3 3 3 3O O O Opurp

48、urpurpurlaclaclaclacproproproprothrthrthrthrthithithithiglyglyglyglyhishishishisgalgalgalgalAB312AB312AB312AB312 O O O Othithithithithrthrthrthrproproproprolaclaclaclacpurpurpurpurgalgalgalgalhishishishisglyglyglygly几个几个Hfr菌株的基因顺序：菌株的基因顺序：中断杂交试验作图中断杂交试验作图82单林娜 制作中断杂交试验作图中断杂交试验作图初看起来，似乎每个菌株的基因转移顺序有所不

49、同。其实，转移的顺序并不是随机的。例如，所有的his基因都有gal在一边，gly在另一边。其他基因也是如此，除非它们在连锁群的另一端。这个实验进一步说明F因子和细菌染色体都是环状的，而Hfr细胞染色体的形成，则因F因子插入环状染色体的不同位置，而形成了不同的转移原点和转移方向。83单林娜 制作The use of different Hfr strains(H,1,2,3,312)that have the fertility factor inserted into the chromosome at different points and in different directions,

50、indicate that the chromosome is circular based on interrupted-mating experiments84单林娜 制作中断杂交试验作图85单林娜 制作86单林娜 制作根据中断杂交的实验，用Hfr基因在F细胞中出现的时间为标准，可以作出大肠杆菌的遗传连锁图。87单林娜 制作3121thrpurgalhisglythiprolac几个几个HfrHfr菌系的中断杂交试验及其连锁图菌系的中断杂交试验及其连锁图差异：差异：差异：差异：不同不同不同不同HfrHfr菌株转移的菌株转移的菌株转移的菌株转移的原点原点原点原点(O)(O)和和和和转移方向转