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4.5 细菌的遗传分析和基因定位

4.5 细菌的遗传分析和基因定位. 细菌作为遗传研究对象的特点 结构简单：属于原核生物，无明显细胞核，染色体裸露，不与组蛋白结合，不进行减数分裂。 世代周期短： 20 分钟一代 容易获得各种突变型 ① 合成代谢 缺陷型 ( 营养缺陷型 ) ② 分解代谢 缺陷型 ③ 抗性突变型 易培养，可长期保藏. 细菌之间遗传物质的转移方式. 转化 ：细胞从周围介质中吸收裸露的 DNA 。 接合 ： DNA 从供体菌到受体菌直接转移。 转导 ：由噬菌体所介导的 DNA 从供体菌到受体菌的 转移。. 4.5.1 细菌的转化和基因定位. 转化的类型

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4.5 细菌的遗传分析和基因定位

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  1. 4.5 细菌的遗传分析和基因定位 细菌作为遗传研究对象的特点 • 结构简单：属于原核生物，无明显细胞核，染色体裸露，不与组蛋白结合，不进行减数分裂。 • 世代周期短：20分钟一代 • 容易获得各种突变型 ① 合成代谢缺陷型(营养缺陷型) ②分解代谢缺陷型 ③ 抗性突变型 • 易培养，可长期保藏

  2. 细菌之间遗传物质的转移方式 • 转化：细胞从周围介质中吸收裸露的DNA。 • 接合：DNA从供体菌到受体菌直接转移。 • 转导：由噬菌体所介导的DNA从供体菌到受体菌的转移。

  3. 4.5.1细菌的转化和基因定位 • 转化的类型 ①自然转化（natural transformation） 细菌能够自然地吸收DNA，如枯草杆菌的转化。 ②工程转化（engineered transformation） 通过某种处理使细菌能够摄入外源DNA，如大肠杆菌 的转化。 • 转化效率：约1％ • 转化片段的长度：20kb

  4. 细菌转化过程示意图

  5. 转化在基因定位中的应用 • 判断两个基因的位置关系 ①观察DNA浓度降低时AB基因共转化频率的下降和A、B各自转化频率下降的程度： 程度相同表明；共转化频率下降的程度远大于各自转化频率下降的程度，表明。 ②观察转化频率： AB共转化频率与A、B各自转化的频率相近，表明；相差很远，表明。 • 基因作图：判断基因间的距离 连锁 不连锁 连锁 不连锁

  6. 计算重组值

  7. 遗传作图

  8. 4.5.2 细菌的接合与基因定位 一、接合现象的发现 1946年，莱德伯格(Lederberg) 和塔特姆 (Tatum) A菌株：met－ bio－ thi＋ leu＋ thr＋（thi：硫胺素B1） B菌株：met＋ bio＋ thi－ leu－ thr－ 原养型：met＋ bio＋ thi＋ leu＋ thr＋

  9. A菌株：met－ bio－ thi＋ leu＋ thr＋（thi：硫胺素B1） B菌株：met＋ bio＋ thi－ leu－ thr－ A A+B B 基本 培养基 原养型：met＋ bio＋thi＋ leu＋thr＋ 出现频率：10－7

  10. 分析原因 • 发生了回复突变？ • 可能是转化的结果。 • 培养基中含有某些代谢产物，混合后这些产物互相补充了对方的不足而得以在基本培养基上生长。

  11. Davis(1950) U型管实验 • 结论：重组子的产生需要两个菌株的直接接触，二者之间发生了遗传物质的转移。

  12. 二、遗传物质的转移方向 1953年，海斯(W. Hayes)的杂交实验 ①菌株B（str处理）＋ 菌株A ↓无菌落 结论：接合过程是一种单向转移，从供体到受体。 ②菌株A（str处理）＋ 菌株B ↓ 有菌落

  13. 三、F因子 1. F 因子：致育因子（性因子） 携带F因子的菌株称为供体菌或雄性，用F＋表示。 未携带F因子的菌株为受体菌或雌性，用F－表示。 2. F 因子的组成： ①复制区 (含2个复制起点oriT,oriV)； ②致育基因区； ③配对区（含有4个IS）

  14. 3.F因子的转移：

  15. 4. F+×F-的特点： (1) F因子转移的频率高，1/10，使F-→F+。 (2) 染色体重组频率低；10-6。 (3) F+×F+不发生接合。 因此，F+品系又称为低频重组品系(low frequency recombination，Lfr)。

  16. 四、高频重组 (Hfr) 1.Hfr的形成及转移过程 • 由F因子和细菌染色体的单交换产生； • 转移时带有供体细菌的染色体。

  17. 2.Hfr的特点 ： (1)染色体重组频率高，比 F+×F-高1000倍； (2)F因子转移频率低， F-→F+ 很少或没有。 3.Hfr和F+的联系和区别 联系： 都是雄性菌，含有F质粒 区别： （1）前者高频重组，后者低频重组； （2）前者F因子转移频率低，后者F因子转移频率高； （3）前者F因子整合，后者F因子游离。

  18. 五、中断杂交作图 • 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。

  19. 1961年 Jacob 和 Wollman 供体HfrH ：strs thr＋leu＋azir tonrlac＋ gal＋ 受体F－ ：strr thr－leu－azis tonslac－gal－ • 操作方法：37℃混合培养 每隔一段时间取样 搅拌器中断杂交 涂布含链霉素的基本筛选培养基 影印培养于含链霉素的几种不同的培养基（选择培养基）上观察重组子鉴定各基因的转移时间

  20. HfrH菌株各非选择标记基因进入F－细菌的时间和频率HfrH菌株各非选择标记基因进入F－细菌的时间和频率

  21. 以基因出现的时间为标准，作出E. coli的遗传连锁图

  22. 六、环状连锁图 结论：不同Hfr菌株向F－细胞转移的顺序、起点和方向不同。 表明大肠杆菌的染色体是环状的。

  23. 七、细菌的重组作图 • 细菌重组的特点： ① 基因重组发生在部分二倍体中； ② 只有偶数次交换才能产生平衡的重组子； ③ 在选择培养基上只出现一种重组子，而没有相反的重组子。

  24. 例如：根据中断杂交试验已知lac 和 ade 基因是紧密连锁的，而且 lac 比 ade 先进入受体。 Hfr lac+ade+strs × F- lae-ade-strr

  25. lac-ade+ ×100 (lac+ade+)+(lac-ade+) lac-ade+ ×100 ＝ ade+ • 未重组的基因型是lac+ade+ • 重组体的基因型是lac-ade+ lac-ade间的距离：

  26. 八、F’因子与性导 F’因子：从Hfr染色体上不精确分离产生的含有细菌基因组的 新的F因子。 性导：利用F’因子将供体细胞的基因导入受体形成部分二倍体 的过程。内基因子和外基因子

  27. 一、噬菌体 噬菌体结构组成： 头部：核酸和蛋白质外壳； 颈部：中空的针状结构及外鞘； 尾部：由基板、尾针和尾丝组成。 4.5.3 细菌的转导与作图

  28. 类型： ①烈性噬菌体：使宿主发生裂解的噬菌体。 ②温和噬菌体：除偶尔情况外，感染后不裂解细菌的噬菌体。 • 温和噬菌体的增殖周期： ①溶菌周期：细菌受到感染后，噬菌体迅速增殖，菌体被裂解，噬菌体释放。 ②溶源周期：噬菌体感染细菌后，其DNA整合到细菌染色体中，随宿主染色体的复制而复制，细菌继续增殖。

  29. 原噬菌体：整合到宿主染色体中的噬菌体基因组。原噬菌体：整合到宿主染色体中的噬菌体基因组。 • 溶源性细菌：带有原噬菌体的细菌。 • 附加体：噬菌体既可整合在细菌染色体上，又可游离于细胞质中。

  30. 二、细菌染色体的转导作图 Lederberg  和 N. Zinder的杂交试验(1952年) 沙门氏菌 LT22:phe- trp- tyr- met+ his+ ×LT2: phe+ trp+ tyr+ met- his- 基本培养基 结果:10-5频率出现野生型菌株 结论：重组通过一种过滤性因子实现。 后来发现这种过滤因子是一种温和噬菌体P22。

  31. 转导类型： ①普遍性转导：通过噬菌体可以转移细菌染色体上的任何基因，如P22，P1。 ②特异性转导：噬菌体只能转移细菌染色体的特定部分，如噬菌体。

  32. 1.普遍性转导的过程

  33. 2.普遍性转导作图 ① 原理： • 如果两个基因始终一起转导或同时转导频率较高，那么表明这两个基因是连锁的； • 两个基因同时转导的现象称为共转导或并发转导（contransduction）； • 两基因共转导频率愈高，表明两个基因连锁愈紧密；相反，共转导频率愈低，则表明两个基因距离愈远。

  34. 判断细菌基因间的位置关系 以普遍性转导噬菌体P1为例，测定大肠杆菌的leu、thr、azi三个基因的顺序。 供体 thr+ leu+ azir→受体thr- leu- azis，观察其共转导率。 三个基因间的排列顺序

  35. ② 重组值的计算 a+b+供体 → ab受体

  36. 3.特异性转导(局限性转导) (1)产生机制

  37. (2)低频转导(low-frequency transduction, LFT) 由于不正常环化现象发生的频率较低，在释放出的106个噬菌体中只有1个gal＋转导噬菌体感染受体，因此转导的频率很低，称为低频转导。 λdgal→ gal－受体 ①稳定转导子 ②不稳定：整合—切离

  38. (3)高频转导(high frequency trasduction，HFT) 由于产生λ/λdgal双重溶源菌，使溶菌物中既含有大量的λdgal，又包含正常的λ噬菌体，正常的λ起了辅助缺陷型噬菌体成熟的作用，所以称为辅助噬菌体，从而导致高频转导。

  39. 4.6 噬菌体的重组作图 一、常用的表型特征 ①宿主范围(host range) 野生型h＋ ：能感染E.coliB,不能感染E.coli B/2,噬菌斑半透明； 突变型h：二者均可感染，噬菌斑透明。 ②嗜菌斑形态(plaque morphology) 野生型r＋ ：形成小菌斑(1mm左右)，边缘模糊； 突变型r ：形成大菌斑(2mm左右)，边缘清晰。 ③温度敏感

  40. 二、噬菌体的遗传重组与作图 噬菌体遗传重组原理示意图 用h＋r和hr＋ 共感染E.coliB 噬菌体染色体在宿主细胞内复制 噬菌体染色体间发生重组 噬菌体组装、细菌裂解、子噬菌体释放 接种在E.coliB/B2混合培养物上

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