细菌遗传分析.pptx
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1、第一节 细菌的细胞和染色体一、细菌细胞一、细菌细胞细菌细胞比较小,平均每个细胞含有细菌细胞比较小,平均每个细胞含有12条染色体,没有核膜,具有拟核条染色体,没有核膜,具有拟核1第1页/共78页1.细菌染色体大多是双细菌染色体大多是双链环状的链环状的DNA分子,分子,无蛋白质与之结合;无蛋白质与之结合;2.通常含有一个或多个通常含有一个或多个环状质粒;环状质粒;3.比较容易接受其它比较容易接受其它DNA片段的插入片段的插入二、细菌染色体及其遗传特点2第2页/共78页供体菌和受体菌供体菌和受体菌DNA片段从供体菌转移到受体菌中,这种片段从供体菌转移到受体菌中,这种转移过程是单向的。转移过程是单向的
2、。3第3页/共78页内基因子内基因子(endogenote)和外基因子和外基因子(exogenote)只有偶数次交换才能产生有活性的重组子相反的重组子(reciprocal recombinant)不出现,所以在选择培养基上只出现一种重组子细菌重组中,有两个特点4第4页/共78页A genetic exchange occurs between the main bacterial chromosome and a circular DNA(plasmid)that entered the recipient cell.5第5页/共78页第二节第二节 大肠杆菌的突变型及筛选大肠杆菌的突变型及筛
3、选一、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(anabolic function mutants)合成代谢功能合成代谢功能(anabolic functions):野生型:野生型(wild type)在基本培养基上具有合成所有代谢和生长所在基本培养基上具有合成所有代谢和生长所必需的有机物的功能。必需的有机物的功能。营养缺陷型营养缺陷型(auxotroph):野生型品系的某个必需:野生型品系的某个必需基因发生突变,导致不能完成一个特定的生化反基因发生突变,导致不能完成一个特定的生化反应,从而阻碍整个合成代谢功能的实现。应,从而阻碍整个合成代谢功能的实
4、现。6第6页/共78页野生型菌落同一菌落同一菌落无性分裂原养型不同菌落不同菌落突变营养缺陷型营养缺陷型细菌表型的命名:突变型:突变型:Met、Thi、Pur 野生型:野生型:Met、Thi、Pur 7第7页/共78页2.分解代谢功能的突变型分解代谢功能的突变型(catabolic functional mutation)分解代谢功能分解代谢功能(catabolic function):指野生型指野生型E.coli能利能利用比葡萄糖复杂的不同碳源,转化成葡萄糖或其他简用比葡萄糖复杂的不同碳源,转化成葡萄糖或其他简单的糖类,也能把复杂的氨基酸或脂肪分子降解成乙单的糖类,也能把复杂的氨基酸或脂肪分子
5、降解成乙酸或三羧酸循环的中间产物的功能酸或三羧酸循环的中间产物的功能突变型:突变型:Lac、ara、lacZ、lacY野生型:野生型:Lac、ara、lacZ、lacY8第8页/共78页3.抗性突变型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产生抗性(resistant)。突变型:突变型:Strr、T1r野生型:野生型:Strs、T1s9第9页/共78页细菌中常用的若干突变型基因符号ara阿拉伯糖不能利用met甲硫氨酸缺陷型arg精氨酸缺陷型pur嘌呤缺陷型ade腺嘌呤缺陷型pyr嘧啶缺陷型bio生物素缺陷型str链霉素抗性cys半胱
6、氨酸缺陷型thi硫胺缺陷型gal半乳糖不能利用thr苏氨酸缺陷型lac乳糖不能利用ton噬菌体T1抗性leu亮氨酸缺陷型trp色氨酸缺陷型10第10页/共78页二、突变型的筛选二、突变型的筛选1.糖发酵性突变株糖发酵性突变株Lac的筛选的筛选Lac Lac依红依红-美蓝美蓝 (EMB培养基培养基)金属光泽紫色菌落(Lac)白色菌落(Lac)2.营养缺陷型突变的筛选营养缺陷型突变的筛选营养缺陷型突变营养缺陷型突变(X射线、紫外线等射线、紫外线等)完全培完全培养基养基不能生长不能生长的菌落的菌落鉴定突变型鉴定突变型基本培基本培养基养基印迹法印迹法基本培养基本培养基基aa所有菌落所有菌落11第11页
7、/共78页第三节第三节 大肠杆菌的性别大肠杆菌的性别1.The discovery of conjugation(接合生殖)In 1946,J.Lederberg&E.L.Tatum discovered that E.coli cells can exchange genetic material through the process of conjugation and published in Nature.12第12页/共78页菌株菌株A和菌株和菌株B杂交,产杂交,产生野生型生野生型met+bio+thr+leu+(出现频率为出现频率为10-7)这种能够在基本培养基上生这种能够在基本
8、培养基上生长的细菌是由于营养上的互长的细菌是由于营养上的互补呢补呢(即一些物质从一个菌株即一些物质从一个菌株的细胞中泄漏出来而为另一的细胞中泄漏出来而为另一菌株的细胞所吸收菌株的细胞所吸收)?还是遗?还是遗传物质重组产生的?传物质重组产生的?第13页/共78页菌株A:met-bio-thr+leu+菌株B:met+bio+thr-leu-Davis U-tube说明野生型是遗传说明野生型是遗传物质交换产生的物质交换产生的14第14页/共78页2.F因子与高频重组因子与高频重组(1)F因子一种环状DNA分子,6104bp,大约占E.coli染色体全长的2,可编码94个蛋白质分子,与细菌的结合作用
9、有关;供体细胞含有F因子,称为F菌株,受体细胞不含F因子,称为F菌株;15第15页/共78页F因子结构图因子结构图:F因子包含3个区域:转移起点;致育基因,编码形成F纤毛的蛋白质;配对区,使F因子可以与细菌染色体中多处序列配对,通过交换整合到染色体中。16第16页/共78页F+菌株与菌株与F-菌株的接合菌株的接合17第17页/共78页F因子的特点因子的特点:F因子具有形成性伞毛的因子具有形成性伞毛的基因,使得基因,使得F与与F结合;结合;F与F、F与F间不结合FF杂交18第18页/共78页F因子的繁殖:细菌分裂使得细菌分裂使得F细菌产生细菌产生F细菌,细菌,F细菌细菌产生产生F细菌;细菌;F细
10、菌丢失细菌丢失F因子,成为因子,成为F细菌细菌(acriflavine处理处理);F细菌与细菌与F细菌混合培养时,细菌混合培养时,F细菌可以细菌可以转变为转变为F细菌;细菌;F与与F杂交,只有杂交,只有F因子的传递,细菌的染色体并因子的传递,细菌的染色体并不转移,二者的重组频率只有不转移,二者的重组频率只有10-6,因此,因此F品系称为品系称为低频重组系(低频重组系(Lfr)。)。19第19页/共78页 (2)高频重组(Hfr)In 1950,Cavalli-Stbrza treated an F+strain of E.coli K12 with nitrogen mustard,a pot
11、ent chemical known to induce mutations.From these treated cells,he recovered a strain of donor bacteria that underwent recombination at a rate of 10-4.In 1953,W.Hayes isolated another strain demonstrating a similar elevated frequency.Both strains were designated Hfr,or high-frequency recombination.B
12、ecause Hfr-cells behave as chromosome donors,they are a special class of F+cells.20第20页/共78页FFFHfrFF所有所有很少很少21第21页/共78页F因子整合到因子整合到细菌染色体细菌染色体Hfr与受体细菌与受体细菌染色体的等位染色体的等位基因间可以重基因间可以重组组(10-2)22第22页/共78页F细胞得到的只是部分细胞得到的只是部分F因子,其余部分依赖于整条因子,其余部分依赖于整条Hfr染色体的转移。这样在染色体的转移。这样在HfrF-杂交后代杂交后代大多数重大多数重组子仍为组子仍为FHfr细胞和细
13、胞和F-细胞之间的接合,一般很少有整条细胞之间的接合,一般很少有整条Hfr染色染色体转入体转入F细胞细胞(pilus容易断裂容易断裂),因此:,因此:F受体细胞只接受部分的供体染色体,这样的细胞称受体细胞只接受部分的供体染色体,这样的细胞称为为部分二倍体部分二倍体(partial diploid)或或半合子半合子(merozygote)HfrFF很少很少?23第23页/共78页第四节 中断杂交与重组作图Wollman and Jacob(1954)设计试验,证明基因从设计试验,证明基因从Hfr细胞按细胞按次序转入次序转入F细胞,可以根据基因进入细胞,可以根据基因进入F细胞的时间和次序细胞的时间
14、和次序制作基因图谱。制作基因图谱。一、中断杂交实验原理一、中断杂交实验原理F.JacobE.Wollman24第24页/共78页Hfr thr+leu+azirlac+gal+strsF-thr-leu-azislac-gal-strr间隔一定时间取样,搅间隔一定时间取样,搅拌以中断杂交,稀释菌拌以中断杂交,稀释菌液,防止再度配对液,防止再度配对基本培养基基本培养基链霉素链霉素重组子重组子thr+leu+strr中断杂交实验中断杂交实验25第25页/共78页中断杂交实验结果基因基因转入时间转入时间(min)频率频率thr+(苏氨酸苏氨酸)8100leu+(亮氨酸亮氨酸)8.5100azs(叠氮
15、化钠叠氮化钠)990Tis(T1s)1170lac+(乳糖利用乳糖利用)1840gal+(半乳糖利用半乳糖利用)2525二、中断杂交作图26第26页/共78页(T1S)27第27页/共78页O azi ton lacgalF致育因子致育因子(F+)最后转移到受体最后转移到受体,是线性染色体,是线性染色体的最后一个单位。的最后一个单位。09111825Oazitonlacgal根据中断杂交技术作出的根据中断杂交技术作出的E.coli连锁图连锁图基因图距单位是分钟基因图距单位是分钟28第28页/共78页不同不同Hfr菌株进行中断杂交试验,都可以作成菌株进行中断杂交试验,都可以作成连锁图,连锁图,可
16、是基因转移的顺序、转移起点和转可是基因转移的顺序、转移起点和转移方向却很不相同。移方向却很不相同。Why?大肠杆菌的染色体呈环形表 几个 Hfr 菌株的基因顺序 菌株 转 移 顺 序 Hfr H O thr azi lac tsx gal trp mal xyl metB thi F C O tsx lac azi thr thi metB xyl mal trp gal F J4 O thi metB xyl mal trp gal tsx lac azi thr F P72 O metB thi thr azi lac tsx gal trp mal xyl F 29第29页/共78页几个
17、Hfr菌株的基因顺序 菌株 转 移 顺 序 Hfr H O thr azi lac tsx gal trp mal xyl metB thi F C O tsx lac azi thr thi metB xyl mal trp gal F J4 O thi metB xyl mal trp gal tsx lac azi thr F P72 O metB thi thr azi lac tsx gal trp mal xyl F 30第30页/共78页31第31页/共78页重组作图重组作图(recombination mapping)是根据基因间重是根据基因间重组率进行基因定位组率进行基因定位
18、三、重组作图32第32页/共78页Hfr lac+ade+strs lacadestrr F例如:有两个基因,例如:有两个基因,lac和和ade,根据中断杂交试验,根据中断杂交试验,知道知道这两基因是紧密连锁的这两基因是紧密连锁的,而且,而且ade是在是在lac之后之后进入进入F受体的。受体的。相互作用相互作用60分钟分钟基本培养基(链霉素)重组子lac+ade+strr33第33页/共78页Hfr lac+ade+转入受体细胞后的表现A.因为供体Hfr转入片断不能独立复制,如果未进入F受体的基因组中去,那么在以后的细胞分裂中就丢失了B.如已进入如已进入F基因组,而且在缺乏腺嘌呤的培养基上表型
19、为基因组,而且在缺乏腺嘌呤的培养基上表型为F lacade,表明是,表明是这两个基因之外发生双交换的产物,在这两个基因之外发生双交换的产物,在lacade两基因之间并未发生重组两基因之间并未发生重组34第34页/共78页因此因此lac与与ade之间的图距应为:之间的图距应为:Lac-ade lac-ade+lac+-ade+lac-ade+100lac-ade+ade+100C.只有在缺乏腺嘌呤的完全培养基上选出lac ade才是其真正的重组子35第35页/共78页如果基因距离较远用中断作图很有效;如果基因距离较远用中断作图很有效;如基因距如基因距离较近,用中断杂交不准确离较近,用中断杂交不准
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