遗传学第6章学习.pptx
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1、第一节第一节 细菌的染色体和突变型细菌的染色体和突变型一、细菌的染色体一、细菌的染色体 1、细菌的染色体一般是环状、细菌的染色体一般是环状DNA分子,分子,也称为也称为基因带基因带(genophore)。)。研研究究表表明明,细细菌菌的的染染色色体体不不是是一一条条裸裸露露的的DNA链链,而而是是以以高高度度的的组组装装形形式式存存在在,这这种种组组装装不不仅仅适适应应于于细细菌菌细细胞胞的的狭狭小小空空间间,而而且且利利于于染染色色体体功功能能的的实实现现,便便于于染染色色体体复复制制和和基基因因的的表达。表达。第1页/共77页二、大肠秆菌的突变型二、大肠秆菌的突变型1、营养缺隙型(、营养缺
2、隙型(auxotroph)2、抗型突变型、抗型突变型 1)抗药性突变型)抗药性突变型2)抗噬菌体突变型)抗噬菌体突变型3、糖类不发酵突变型、糖类不发酵突变型 三、细菌和病毒是遗传学分析的三、细菌和病毒是遗传学分析的 好材料好材料 第2页/共77页细菌是否也有遗传重组?细菌是否也有遗传重组?如何检出如何检出细菌基因重组?细菌基因重组?细菌基因重组的细菌基因重组的直接证据直接证据细菌能否通过相互接触而交换细菌能否通过相互接触而交换DNA第3页/共77页nic+ade x 正常(原养型)正常(原养型)两种两种不同不同的营养缺陷型在完全培的营养缺陷型在完全培养基中混合培养养基中混合培养涂布在涂布在基本
3、培养基基本培养基上看有无菌落上看有无菌落出现出现细菌的杂交细菌的杂交第4页/共77页LederbergTatum第5页/共77页第二节第二节 细菌的遗传分析细菌的遗传分析 一、细菌的杂交一、细菌的杂交E.coli K12中的两个菌株:中的两个菌株:strain A:met-bio-thr+leu+thi+strain B:met+bio+thr-leu-thi-多营养缺陷型多营养缺陷型 第6页/共77页第7页/共77页4、strain A和和strain B之间发生了之间发生了遗传物质的遗传物质的重组重组,产生了重组体产生了重组体。2、strain A和和strain B之间没有发生遗传物质之
4、间没有发生遗传物质的重组,而是的重组,而是转化作用转化作用;可能的解释可能的解释:1、strain A和和strain B之间没有发生遗传物质之间没有发生遗传物质的重组,原养型菌落的出现是由于的重组,原养型菌落的出现是由于营养上的互营养上的互补(互养)补(互养);3、原养型菌落的出现是、原养型菌落的出现是回复突变回复突变的结果的结果。第8页/共77页U型型管管试试验验第9页/共77页细菌接合细菌接合(bacterial conjugation)细菌通过细菌通过细胞的暂时沟通细胞的暂时沟通和和遗传物质的遗传物质的转移转移而导致基因重组的过程。而导致基因重组的过程。细菌存在基因重组细菌存在基因重组
5、基因重组的基因重组的过程?过程?细胞要细胞要直接接触直接接触 How遗传物质的遗传物质的转移转移 How第10页/共77页A B(str)A(str)B混合培养混合培养在基本培养在基本培养基上培养基上培养在基本培养在基本培养基上培养基上培养A B在基本培养在基本培养基上培养基上培养有菌落有菌落没有没有菌落菌落有菌落有菌落频率一样频率一样strain A:met-thr+leu+thi+strain B:met+thr-leu-thi-Hayes的杂交试验的杂交试验第11页/共77页二、大肠杆菌的性别二、大肠杆菌的性别 E.coli中中遗遗传传物物质质的的交交换换不不是是相相互互的的,一一个个菌
6、菌株株提提供供遗遗传传物物质质,称称为为供供体体(donor),另另一一菌菌株株接接受受遗遗传传物物质质,为为受体受体(recepient)。)。1、F因因子子:也也称称为为性性因因子子或或致致育育因因子子(sex sex of of f fertility ertility factorfactor),是是染染色色体体外外能能自自主主复复制制的的环环状状DNADNA分分子子。DonorDonor有有F因因子子,记记作作F+,recepient记作记作F-。第12页/共77页F+分裂分裂F+F-分裂分裂F-F+F-XF+(几乎全部(几乎全部?)F+吖黄素吖黄素F-或自发或自发F+为什么在处理下
7、或自发地成为F-?第13页/共77页E.coli染色体第14页/共77页插入序列插入序列(insertion sequence,IS)复制基因复制基因:与:与F因子的复制有关因子的复制有关致育基因致育基因:形成性伞毛的基因群等:形成性伞毛的基因群等原点原点(origin)O:转移的起点:转移的起点F因子的结构因子的结构 插入序列插入序列 致育基因致育基因复制基因复制基因 O第15页/共77页 F+F-,几乎所有的,几乎所有的F-都变为都变为F+,但,但遗传重组频率很低。遗传重组频率很低。F+F-,因因为为F因因子子是是以以游游离离状状态态存存在在于于E.coli中中,而而遗遗传传重重组组是是指
8、指细细菌菌细细胞胞间间染染色色体上基因的重组体上基因的重组,所以频率很低。所以频率很低。细菌接合的本质细菌接合的本质是什么?是什么?第16页/共77页2、高频重组(、高频重组(High frequency of recombination,Hfr)E.coli的染色体是的染色体是环状环状的;的;F因子和细菌染色体之间通过一个简因子和细菌染色体之间通过一个简单交换,整合到细菌染色体中,成单交换,整合到细菌染色体中,成 为为Hfr染色体。染色体。F因子的插入决定了因子的插入决定了Hfr染染色体的极性色体的极性。第17页/共77页复制基因复制基因细菌染色体细菌染色体O致育基因致育基因OHfr染色体染
9、色体O Hfr品品系系的的极极性性是是指指Hfr染染色色体体在在细细菌菌接合过程中向接合过程中向F-细胞中迁移的细胞中迁移的方向方向。第18页/共77页第19页/共77页 从从一一个个F+品品系系可可以以得得到到许许多多Hfr品品系系,就就是是因因为为F因因子子细细菌菌染染色色体体上上整整合合位位点点及及方向方向不同而造成的不同而造成的。细菌接合的本质是细菌接合的本质是:Hfr x F-。在在F+品品系系中中有有极极少少数数的的Hfr细细胞胞;Hfr染染色色体体迁迁移移到到F-受受体体细细胞胞中中,在在受受体体细细胞中发生重组而出现了原养型菌落胞中发生重组而出现了原养型菌落。第20页/共77页
10、第21页/共77页三、中断杂交技术三、中断杂交技术1、Wollman和和Jacob的中断杂交试验的中断杂交试验 Hfr细细菌菌的的基基因因是是按按一一定定时时间间顺顺序序依依次次地地出出现现在在受受体体细细胞胞,因因为为基基因因位位于于染染色色体体上上,即即Hfr染色体以线性方式进入细胞中染色体以线性方式进入细胞中。同同一一个个Hfr菌菌株株的的转转移移起起始始点点和和转转移移顺顺序序在在不不同同的的杂杂交交试试验验中中都都是是一一样样的的。该该转转移移起起始点称为原点(始点称为原点(origin,O)第22页/共77页Hfr:thr+leu+azir tonr lac+gal+strsF-:
11、thr-leu-azis tons lac-gal-strr每隔一段时间每隔一段时间取样,人为取样,人为中断杂交中断杂交稀释菌液,稀释菌液,防止再度配对防止再度配对涂布在含有涂布在含有str的的基本培养基上基本培养基上Hfr F-通气混合培养通气混合培养str thr leu 为三个选择标记基因选择标记基因选择培养选择培养第23页/共77页选择选择strr thr+leu+的重组子的重组子将其将其影印培养影印培养到若干到若干不同的选择培养基上不同的选择培养基上,以分,以分析析Hfr菌株染色体上非选择标记基因进入菌株染色体上非选择标记基因进入F-细菌的细菌的顺序和所需时间顺序和所需时间第24页/
12、共77页 时间(时间(分钟分钟)基基 因因 频频 率率Thr+8100(选择标记)(选择标记)leu+8 100(选择标记)(选择标记)azir9 90tonr11 70lac+18 40gal+25 25 供供体体基基因因按按一一定定时时间间顺顺序序依依次次地地转转入入F-细细胞胞中中,随随着着时时间间的的推推移移,具具有有某某一一基基因因的的菌菌落落逐逐渐渐增增加加,越越早早转转入入的的基基因因达达到到的的频率也越高频率也越高。第25页/共77页2、中中断断杂杂交交技技术术(interrupted mating technique)根根据据供供体体基基因因进进入入受受体体细细胞胞的的顺顺序
13、序和和时时间间绘制连锁图的技术。绘制连锁图的技术。O azi ton lac gal0 9 11 18 25 minO09 11 1825120azi ton lacgalFmin第26页/共77页H O thr azi lac tsx gal trp mal xyl metB thi FC O tsxtsx lac azi thr thi metB xyl mal trp gal FJ4 O thithi metB xyl mal trp gal tsx lac azi thr FP72 O metB thi thr azi lac tsx gal trp mal xyl F 用用不不同同的
14、的Hfr菌菌株株进进行行中中断断杂杂交交实实验验,都都可可做做成成连连锁锁图图,基基因因转转移移的的顺顺序序、转转移起点移起点和和转移转移方向方向很很不相同不相同。如何理解最后转移的“F”?第27页/共77页第28页/共77页四、细菌的重组作图四、细菌的重组作图 含含有有本本身身的的环环状状染染色色体体和和外外来来的的线线性性染染色色体体片片段段的的细细胞胞 为为 部部 分分 二二 倍倍 体体(partical diploid)或或部部分分合合子子(merozygote)。)。1、细菌的重组特点细菌的重组特点第29页/共77页 部部分分二二倍倍体体中中F-细细菌菌的的完完整整基基因因组组称称为
15、为内内基基因因子子(endogenote),供供体体部部分分基因组称为基因组称为外基因子外基因子(exogenote)。)。细菌的重组在细菌的重组在部分二倍体部分二倍体中中进行进行。ABba供体染色体片段供体染色体片段F-细胞染色体细胞染色体第30页/共77页ABbabaABABbaABba+ABba部分二部分二倍体倍体第31页/共77页只只有有偶偶数数次次交交换换才才能能产产生生平平衡衡的的重重组组子子;选选择择培培养养时时只只出出现现一一种种重重组组子子,相相反反的重组子不出现。的重组子不出现。与真核生物相比,细菌重组的其他特点?细菌基因重组的细菌基因重组的方式为方式为非减数分裂非减数分裂
16、式式的,包括的,包括接合接合、转化转化和和转导转导三种途三种途径。径。第32页/共77页2、重组作图、重组作图 利利用用Hfr菌菌与与F-菌菌株株杂杂交交后后,在在部部分分二二倍倍体体中中,若若两两基基因因相相距距越越近近,在在重重组组体体中中同同时时出出现现的的机机会会越越多多;两两基基因因相相距距越越远远,在在重组体中重组体中同时出现同时出现的机会越的机会越少少。根根据据重重组组体体中中某某一一性性状状单单独独出出现现的的频频率率作作为为两两基基因因间间的的交交换换率率,就就可可以以进进行行基基因因定位。定位。第33页/共77页Hfr:lac+ade+strsF-:lac-ade-strr
17、在含有在含有str的基本培养基上培养的基本培养基上培养选择选择ade+strr的重组子的重组子Hfr F-混合培养混合培养60min再在再在EMB培养基上选择哪些培养基上选择哪些ade+strr的重组子为的重组子为lac+,哪些为,哪些为lac-第34页/共77页lac-ade间间发生交换发生交换l-a+srl+a+a-l-srssl+a+a-l-sssr部分二倍体部分二倍体lac-ade间间未发生交换未发生交换l+a+a-l-srl+a+sr第35页/共77页=交换型重组体数交换型重组体数 交换型重组体数交换型重组体数+未交换型重组体数未交换型重组体数 100%=lac-ade+(lac+a
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