细菌和噬菌体的重组和连锁 (2)精选PPT.ppt

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1、GENETICS ZHJNC GENETICS ZHJNCZHJNC GENETICS ZHJNC GENETICSGENETICS ZHJNC GENETICS ZHJNCZHJNC GENETICS ZHJNC GENETICSGENETICS ZHJNC GENETICS ZHJNCZHJNC GENETICS ZHJNC GENETICSGENETICS ZHJNC GENETICS ZHJNCZHJNC GENETICS ZHJNC GENETICS细菌和噬菌体的重组和连锁(2)第1页，讲稿共54张，创作于星期三基本知识细菌是单细胞，它的遗传物质是一个大型的环状核酸分子，称之为基因带

2、，也可称为染色体。若细菌丧失产生某种营养物质（如氨基酸）的能力就称为营养缺陷型，相对于缺陷型的野生菌株叫原养型。病毒的结构是由蛋白质外壳和包裹在中间的一个单一的核酸分子（可称基因带或染色体）组成。第2页，讲稿共54张，创作于星期三例如：细菌的基因组例如：细菌的基因组Onecircularchromosome(4-5Mb)第3页，讲稿共54张，创作于星期三 原养型及原养型及营养缺陷型营养缺陷型鉴别鉴别:基因型的表示：基因型的表示：用它们不能合用它们不能合成的物质的前成的物质的前三个字母三个字母第4页，讲稿共54张，创作于星期三7.1 细菌的遗传分析细菌的杂交 以大肠杆菌为例，大肠杆菌K12中两个

3、菌株A和B，菌株A是供体，含有F因子（F质粒），记作F+，菌株B是受体，没有F因子，记作F-。F因子又称性因子或致育因子，它是能独立增殖的环状DNA分子。F+细菌的表面有称作性伞毛的细长纤毛。当F+细菌与F-细菌结合时，F因子通过性伞毛从F+细菌转移到F-细菌，原来的细菌还仍为F+。不过染色体很少通过结合而转移到F-细菌，所以染色体上的基因的重组频率很低。第5页，讲稿共54张，创作于星期三细菌接合细菌接合杂交杂交实验实验Lederberg和和Tatum1946ABABAB回复突变回复突变or重组重组？第6页，讲稿共54张，创作于星期三细菌接合细菌接合杂交杂交实验实验Lederberg和和Tat

4、um1946ABCDABCDABCD第7页，讲稿共54张，创作于星期三 A A品系：品系：metmet biobio thithi leuleu thrthr（thithi：硫胺素：硫胺素B1B1）B B品系：品系：metmet biobio thithi leuleu thrthr A A+B B A A+B B 基本培基本培 养基养基 met met biobio thithi leuleu thrthr出现频率出现频率:1/10:1/107 7第8页，讲稿共54张，创作于星期三细菌接合细菌接合（示：杂交（示：杂交实验）实验）达尔夫达尔夫DavisU型管实验型管实验第9页，讲稿共54张，创

5、作于星期三细菌接合细菌接合遗传物质的单方向转移遗传物质的单方向转移Hayes实验实验A:met-thr+leu+thi+B:met+thr-leu-thi-Donor：AReceptor：B 大剂量链霉素大剂量链霉素 A A品系品系 无影响无影响 大剂量链霉素大剂量链霉素 B B品系品系 阻止了重组阻止了重组第10页，讲稿共54张，创作于星期三F因子（因子（F质粒）质粒）第11页，讲稿共54张，创作于星期三F质粒与细菌接合质粒与细菌接合第12页，讲稿共54张，创作于星期三F因子特点因子特点F细菌可以把细菌可以把F因子因子传给后代传给后代。F细菌经细菌经吖啶橙处理吖啶橙处理F因子丢失因子丢失，丢

6、失后不再，丢失后不再出现。出现。F可以可以和和F杂交杂交，而，而不能和不能和F杂交杂交。F和和F杂交杂交后代皆为后代皆为F，而且可以以，而且可以以107频频率获得重组体后代。率获得重组体后代。第13页，讲稿共54张，创作于星期三Hfr菌株 因为F因子和细菌的DNA分子都是环状的，在环状的细菌染色体和环状的F因子间通过一个交换，环状F因子就整合到环状的细菌染色体上。F因子整合到细菌染色体上的菌株就是高频重组菌株，称为Hfr菌株。高频重组菌株（Hfr菌株）跟菌株B（F-）杂交时，细菌染色体上基因的重组频率很高，即出现重组子的频率很高。第14页，讲稿共54张，创作于星期三Highfrequencer

7、ecombinationHighfrequencerecombination（图示 F因子整合到细菌染色体的过程）第15页，讲稿共54张，创作于星期三Hfr与与F-的接合（示：细菌的交换过程的接合（示：细菌的交换过程）第16页，讲稿共54张，创作于星期三Hfr品系与品系与F菌株的区别菌株的区别相同相同1、都能和、都能和F杂交。杂交。2、杂交都要通过接合管和受体菌相联接。、杂交都要通过接合管和受体菌相联接。3、高剂量链霉素处理后都不影响杂交，说明它们都、高剂量链霉素处理后都不影响杂交，说明它们都是作为一种供体。是作为一种供体。不同不同1、产生重组子频率不同，、产生重组子频率不同，HfrF为为10

8、4，FF为为107。2、FF后代后代F，HfrF后代后代F。3、F细菌经吖啶橙处理变成细菌经吖啶橙处理变成F，Hfr经吖啶橙经吖啶橙处理仍为处理仍为Hfr。第17页，讲稿共54张，创作于星期三中断杂交技术：把Hfr细菌与F-细菌混合培养，每隔一定时间取样，将试样搅拌并稀释后在选择培养基上培养，使其只有重组子类型可以生长，分析Hfr染色体上基因进入受体细胞（F-细菌）的顺序各所需时间（分钟），这种根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图的技术，称为中断杂交技术。第18页，讲稿共54张，创作于星期三中断杂交实验中断杂交实验巴斯德实验室，巴斯德实验室，ElieWolliman和和Francoi

9、sJacob第19页，讲稿共54张，创作于星期三（1 1）.Wollman.Wollman和和JacobJacob的实验的实验要解决的问题是：要解决的问题是：HfrHfr细菌在交配中，什么时候把基因转移给细菌在交配中，什么时候把基因转移给F F细菌。细菌。方法：把两个菌株混在一起，进行杂交方法：把两个菌株混在一起，进行杂交将二菌株在培养液中通气培养，将二菌株在培养液中通气培养，HfrHfr细菌与细菌与F F细菌开始接细菌开始接触，形成接合管。每隔一定时间取样搅拌，断开结合触，形成接合管。每隔一定时间取样搅拌，断开结合管，使配对的细菌分开。然后稀释菌液，防止再度配管，使配对的细菌分开。然后稀释菌

10、液，防止再度配对。对。将上述菌液涂布在含有链霉素，但不含有苏氨酸和亮氨将上述菌液涂布在含有链霉素，但不含有苏氨酸和亮氨酸的培养基上。这样，带酸的培养基上。这样，带thrthr+和和leuleu+的的HfrHfr菌株对链霉素敏菌株对链霉素敏感；而带有感；而带有strstrr r的的F F菌不能合成苏氨酸和亮氨酸，菌不能合成苏氨酸和亮氨酸，都不能都不能生长生长。只有带。只有带thrthr+和和leuleu+的的HfrHfr菌和带有菌和带有strstrr r的的F F菌的重组菌的重组子可以生长。子可以生长。第20页，讲稿共54张，创作于星期三把中断杂交的细菌放在完全培养基上培养，显然供体、受体菌都把

11、中断杂交的细菌放在完全培养基上培养，显然供体、受体菌都能生长。影响检测。我们只需要把发生重组的重组子检出。这就能生长。影响检测。我们只需要把发生重组的重组子检出。这就必须有一个可供选择用的供体标记基因。这样可以认出重组子，必须有一个可供选择用的供体标记基因。这样可以认出重组子，如在基本培养基中培养选择如在基本培养基中培养选择thrthr+leuleu+重组子。这时重组子。这时thrthr+leuleu+为标为标记基因，可排除受体菌株，但供体菌还能继续存在。为了记基因，可排除受体菌株，但供体菌还能继续存在。为了不选择供体细胞本身，供体细菌也应该带有一个特殊的标不选择供体细胞本身，供体细菌也应该带

12、有一个特殊的标记，能使自己不被选择。例如供体菌对链霉素敏感，这样记，能使自己不被选择。例如供体菌对链霉素敏感，这样当结合体在含有链霉素的培养基上生长时，供体菌株就被当结合体在含有链霉素的培养基上生长时，供体菌株就被杀死了。杀死了。如何检出某一基因的重组子如何检出某一基因的重组子?第21页，讲稿共54张，创作于星期三把中断杂交的细菌稀释接种到含有链霉素的把中断杂交的细菌稀释接种到含有链霉素的基本培养基上，如能形成菌落，它的基因型基本培养基上，如能形成菌落，它的基因型必定是必定是thrthr+leuleu+strstrr r。因为只有这种重组子才。因为只有这种重组子才能生长。并说明供体能生长。并说

13、明供体thrthr+和和leuleu+已进入受体已进入受体并发生重组。我们称在供体菌中被选择的基并发生重组。我们称在供体菌中被选择的基因因thrthr+和和leuleu+为为选择标记基因选择标记基因，而始终不被，而始终不被选择的选择的strstrs s为为反选择标记基因反选择标记基因，而那些还没，而那些还没有进行选择检定的基因为有进行选择检定的基因为非选择标记非选择标记。第22页，讲稿共54张，创作于星期三对每一时刻的重组对每一时刻的重组thr+leu+strr的菌落影印培的菌落影印培养接种到不同的培养基上（如乳糖养接种到不同的培养基上（如乳糖lae+伊伊红红+美兰美兰红色，反之则是粉红色的。

14、红色，反之则是粉红色的。记录重组子中每一非选择标记出现的时间、记录重组子中每一非选择标记出现的时间、出现的频率和持续时间，得图（出现的频率和持续时间，得图（Hfr的非选的非选择标记基因进入择标记基因进入F-所需的时间，以及根据非所需的时间，以及根据非选择标记在各个时间出现的频率作图）。选择标记在各个时间出现的频率作图）。在发生重组的菌落中，如何检别非选择标记基因在发生重组的菌落中，如何检别非选择标记基因第23页，讲稿共54张，创作于星期三各培养基分别具有不同的营养缺陷或某种抑制性物质存在。WollmanWollman和和JacobJacob对重组子对重组子thrthr+leuleu+strst

15、rr r进行菌进行菌落影印培养实验。落影印培养实验。分析分析HfrHfr染色体上染色体上其它非选择性标记其它非选择性标记基因进入基因进入F F细菌细菌的顺序和所需时的顺序和所需时间（分钟），绘间（分钟），绘制连锁图。制连锁图。第24页，讲稿共54张，创作于星期三（2 2）.实验结果及分析实验结果及分析9 9第25页，讲稿共54张，创作于星期三第26页，讲稿共54张，创作于星期三v从从HfrHfr菌株某基因在菌株某基因在F F细菌中出现开始，随着时细菌中出现开始，随着时间的推移，具有该基因的间的推移，具有该基因的菌落逐渐增加，直到某一菌落逐渐增加，直到某一百分数为止。百分数为止。l而且某一基因出

16、现的时间而且某一基因出现的时间愈早，它达到的频率愈高。愈早，它达到的频率愈高。v如叠氮化钠抗性基因出现最早，如叠氮化钠抗性基因出现最早，在在24分钟时就达到大约分钟时就达到大约90的的F-菌落；半乳糖发酵基因出现最菌落；半乳糖发酵基因出现最迟，即使在混和后迟，即使在混和后60分钟也只分钟也只有有30的菌落属于能利用型。的菌落属于能利用型。第27页，讲稿共54张，创作于星期三（3 3）.结论结论染染 色色 体体 从从 一一 端端 开开 始始，（这这一一 端端 称称 为为 原原 点点（o or ri ig gi in n）或或OO），以以 线线 性性 方方 式式 进进 入入F F-细细 胞胞 中中

17、。基基 因因离离 原原 点点 越越 远远，进进 入入F F细细 胞胞 越越 迟迟。离离开开原原点点较较远远的的基基因因，可可能能在在转转移移 过过 程程 停停 止止 以以 前前，仍仍 未未 转转 移移，因因而而 斜斜 率率 较较 低低，达达 到到 的的 最最 高高 值值 也也较较小小。如如果果让让H Hf fr r F F杂杂交交继继续续进进行行，长长 达达 二二 小小 时时，然然 后后 使使 之之 中中断断，这这 样样 发发 现现 某某 些些F F受受 体体 转转 变变 为为H Hf fr r。致致育育因因子子是是最最后后转转移移到到受受体体的的，并并 使使 它它 们们 成成 为为 供供 体

18、体 其其 效效 率率 很很低低，是是因因为为致致育育因因子子是是线线性性染染色色体体 最最 后后 一一 个个 单单 位位，它它 最最 晚晚 进进 入入F F细胞。细胞。第28页，讲稿共54张，创作于星期三（4 4）.作图作图 Wollman Wollman和和JacobJacob认为，根据中断杂交技术，用杂交后认为，根据中断杂交技术，用杂交后HfrHfr基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标，可以作连锁基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标，可以作连锁图。图。遗传距离用时间（分钟）为单位，譬如，遗传距离用时间（分钟）为单位，譬如，tonton在在aziazi开始进开始进入入F F细胞后细胞后2

19、 2分钟进入，那么分钟进入，那么aziazi和和tonton间的遗传距离为间的遗传距离为2 2单位，其它依此类推。单位，其它依此类推。第29页，讲稿共54张，创作于星期三细菌的交换过程 重组子(即重组类型)的产生是由于不同的DNA分子之间发生交换的结果。细菌重组子的产生是由于细菌染色体（F-染色体）与供体DNA分子（部分Hfr染色体）之间发生交换的结果。但发生单交换是没有用的，只有发生偶数的交换才能产生有活性的重组子。根据重组子频率来确定两基因之间的距离并绘制出连锁图，这种根据重组频率作图的方法称之为重组作图。第30页，讲稿共54张，创作于星期三ABbabaABABbaABba+ABba部分二

20、部分二倍体倍体图示：细菌基因的交换图示：细菌基因的交换第31页，讲稿共54张，创作于星期三Hfr lacHfr lac+adeade+(str(strs s)F F-lac lac-adeade-(str(strr r)完全培养基混合培养完全培养基混合培养基本培养基（基本培养基（F F-adeade+菌落菌落）（无腺嘌呤、加链霉素（无腺嘌呤、加链霉素)EMBEMB培养基（影印培养）培养基（影印培养）F F-adeade+laclac-基因间发生交换基因间发生交换F F-adeade+laclac+基因间未发生交换基因间未发生交换加乳糖加乳糖实验方法：实验方法：将重组子菌落影印培养在加将重组子菌

21、落影印培养在加有曙红和美蓝的培养基上：有曙红和美蓝的培养基上：以检验能否利用乳糖。以检验能否利用乳糖。如能发酵乳糖（如能发酵乳糖（lac+），），菌落是紫红色的。菌落是紫红色的。如不能利用（如不能利用（lac-），），菌落是粉红色的。菌落是粉红色的。试验结果：试验结果：亲组合亲组合52重组合重组合15第32页，讲稿共54张，创作于星期三计算重组频率：计算重组频率：重组菌落数重组菌落数/总菌落数总菌落数100%100%=(lac-ade+)/(lac+ade+)+(lac-ade+)=(lac-ade+)/(lac+ade+)+(lac-ade+)100%100%=15/(52+15)=15/(

22、52+15)100%20%100%20%已知中断杂交实验该两个基因相距已知中断杂交实验该两个基因相距1分钟分钟,重组作图与中断杂交作图的图距关系重组作图与中断杂交作图的图距关系:1分钟图距分钟图距20%重组值重组值前面提到，时间单位接近前面提到，时间单位接近2 2分钟时，测得的基因间的距离，不太分钟时，测得的基因间的距离，不太可靠，故应采用比较稳定的重组作图法。可靠，故应采用比较稳定的重组作图法。EcoliEcoli染色体全长：染色体全长：染色体全长：染色体全长：9090分钟；含有：分钟；含有：分钟；含有：分钟；含有：3.6X103.6X106 6bpbp2020 901800cM901800

23、cM第33页，讲稿共54张，创作于星期三三点测交绘制基因图谱三点测交绘制基因图谱第34页，讲稿共54张，创作于星期三F 因子（F 质粒）是带有部分细菌染色体的带有部分细菌染色体的F因子。因子。Hfr通过交换，可以形成带有部分细菌染色体的F 因子，而F 因子又可通过交换整合到细菌染色体上的原来位置，回复到以前的Hfr状态。F 因子连同它所带有的部分细菌染色体可一起转移到F-细胞，并形成部分二倍体。这一特性叫做性导。F 因子转移到F-细胞的转移速率近于F因子。但它把细菌染色体转移过去的效率比Hfr低得多。不过Hfr的致育因子（F因子）极少进入F-细胞。第35页，讲稿共54张，创作于星期三F质粒质粒

24、第36页，讲稿共54张，创作于星期三F 和和F因子因子F 品系转变成品系转变成Hfr品系的品系的频率要高频率要高于于F品系。品系。F 变成变成Hfr时时F 因子整合到因子整合到相同位点相同位点上，而上，而F变变成成Hfr时可整合到时可整合到不同位点不同位点。F F高频传递高频传递特定的基因特定的基因，形成部分二倍体，而，形成部分二倍体，而FF产生产生F但不转移任何基因，或以但不转移任何基因，或以107将宿主将宿主的基因转移，的基因转移，所转移的基因是不同的所转移的基因是不同的。HfrF将将宿主宿主的基因按顺序转入受体，的基因按顺序转入受体，产生重组产生重组子频率较高，子频率较高，为为10。但受

25、体仍为但受体仍为F（？）。第37页，讲稿共54张，创作于星期三性别性别细菌状态细菌状态F因子状态因子状态F-无无F因子因子F+F因子为游离状态因子为游离状态HfrF因子整合到宿主染色体上因子整合到宿主染色体上F 带有部分宿主染色体的带有部分宿主染色体的F因子，因子，为游离状态为游离状态小结：小结：1、细菌细胞的两种性别、四种状态：、细菌细胞的两种性别、四种状态：第38页，讲稿共54张，创作于星期三 F+F-丢失丢失杂交杂交 F+Hfr整合到整合到E.coli 染色体染色体规则脱离规则脱离E.coli 染色体染色体 FHfr 回复回复到到Hfr 染色体染色体不规则脱离不规则脱离E.coli 染色

26、体染色体2、F+、F-、Hfr、F的关系的关系转转变变关关系系第39页，讲稿共54张，创作于星期三F+F-低频重组低频重组HfrF-高频重组高频重组FF-一般为低频重组，但对所携一般为低频重组，但对所携 带的基带的基因是高频重组。因是高频重组。重组频率区别重组频率区别第40页，讲稿共54张，创作于星期三F，Hfr，F 的接合对照的接合对照第41页，讲稿共54张，创作于星期三利用利用利用利用HfrHfr菌株，根据中断杂交试验和基因重组试验及其它基因定菌株，根据中断杂交试验和基因重组试验及其它基因定菌株，根据中断杂交试验和基因重组试验及其它基因定菌株，根据中断杂交试验和基因重组试验及其它基因定位试

27、验的结果，已绘制出的位试验的结果，已绘制出的位试验的结果，已绘制出的位试验的结果，已绘制出的E.coli K12E.coli K12的环状染色体图。的环状染色体图。的环状染色体图。的环状染色体图。第42页，讲稿共54张，创作于星期三7.2 噬菌体的遗传分析烈性噬菌体：噬菌体侵染细菌后，把宿主菌的生物合成装置接收过来，合成更多的噬菌体，最后使细菌细胞烈解并释放出很多子代噬菌体。这种使宿主菌烈解的噬菌体叫烈性噬菌体。如T2噬菌体。温和噬菌体：噬菌体侵染细菌后，细菌好象未被感染一样能继续增殖。如不经诱导宿主菌不发生烈解，这种噬菌体叫温和噬菌体。这种现象叫溶源性，这样的细菌叫溶源性细菌或溶源菌。如P2

28、2、P1和噬菌体。第43页，讲稿共54张，创作于星期三噬菌体的繁殖噬菌体的繁殖第44页，讲稿共54张，创作于星期三噬菌斑的鉴定（噬菌体遗传特性的鉴定）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。由于噬菌体的基因型不同，噬菌斑可以是大的或小的，边缘清晰的或模糊的；另外噬菌体的宿主范围（host range）也可能不同，有些噬菌体可以侵染和裂解某些细菌但不能侵染和裂解另外一些细菌，根据这些就可以鉴定噬菌体遗传特性。第45页，讲稿共54张，创作于星期三T2突变型的两点测交突变型的两点测交T2突突变变型型r-：快快速速溶溶菌菌，大大界界限限分分明明噬噬菌菌斑斑野生型野生型r+：缓慢溶菌，小溶

29、菌斑：缓慢溶菌，小溶菌斑寄寄主主范范围围突突变变型型h-：能能感感染染E.Coil品品系系1、品品系系2。感感染染E.Coil品品系系1、品品系系2共共培培养养，透明噬菌斑透明噬菌斑野野生生型型h+：只只能能感感染染E.Coil品品系系1。感感染染E.Coil品品系系1、品品系系2共共培培养养，半半透透明明噬噬菌斑菌斑第46页，讲稿共54张，创作于星期三T2突变型的两点测交突变型的两点测交重组值重组值(h+r+)+(h-r-)/噬菌斑总数噬菌斑总数100h+r-h-r+感染品系感染品系1子代子代检测重组检测重组感染品系感染品系1、2r-：大界限分明，：大界限分明，r+：小；：小；h-：透明，：

30、透明，h+：半透明：半透明第47页，讲稿共54张，创作于星期三溶源性的遗传基础 细菌的溶源性可以一代代传下去，是因为细菌细胞内含有无感染能力的噬菌体（称之为原噬菌体，prophage）。溶源菌中的原噬菌体可以以游离形式存在细菌细胞中，也可以整合到细菌染色体上，到底以哪一种形式存在，要视噬菌体的种类而定，P1以游离状态存在，而以及80，等以整合状态存在。但只要细菌细胞中侵入了噬菌体，就再也不会受到同一种噬菌体的侵染，即对这种噬菌体有了免疫性。第48页，讲稿共54张，创作于星期三 噬噬菌菌体体与与溶溶源源化化第49页，讲稿共54张，创作于星期三原噬菌体的插入原噬菌体的插入第50页，讲稿共54张，创

31、作于星期三转导（transduction）转导是指以噬菌体为媒介，将细菌的小片段染色体或基因从一个细菌转移到另一细菌的过程。转导有两种，一为普遍性转导(generalized transduction)，一为特异性转导(specialized transduction)。普遍性转导是指噬菌体可以转移细菌染色体的很多不同部分，如P22和P1噬菌体；而特异性转导或称局限性转导(restricted transduction)是指噬菌体只转移细菌染色体的特定部分，如噬菌体。第51页，讲稿共54张，创作于星期三原噬菌体的切除原噬菌体的切除第52页，讲稿共54张，创作于星期三谢谢大家第53页，讲稿共54张，创作于星期三GENETICS ZHJNC GENETICS ZHJNCZHJNC GENETICS ZHJNC GENETICSGENETICS ZHJNC GENETICS ZHJNCZHJNC GENETICS ZHJNC GENETICSGENETICS ZHJNC GENETICS ZHJNCZHJNC GENETICS ZHJNC GENETICSGENETICS ZHJNC GENETICS ZHJNCZHJNC GENETICS ZHJNC GENETICS感谢大家观看04.04.2023第54页，讲稿共54张，创作于星期三