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第一节 细菌的细胞和染色体. 一 细菌细胞 大小:1-2 m; 繁殖方式:二裂式均等分裂,1代/20 min 分裂特点:均等分裂,无基因重组 二 细菌染色体 P145 表6-1 1 结构: 环状双链 DNA ,单倍性,以折叠或螺旋状态存在 2 大小 :长约250-35000 m( 未螺旋) 3 复制方式: 复制. 二 细菌的突变型. (一)合成代谢功能的突变型:(营养缺陷型) 基本培养基、补充培养基、完全培养基、选择培养基 (二)分解代谢功能的突变型: (三)抗药性突变型:
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第一节 细菌的细胞和染色体 一 细菌细胞 大小:1-2 m; 繁殖方式:二裂式均等分裂,1代/20min 分裂特点:均等分裂,无基因重组 二 细菌染色体P145 表6-1 1 结构: 环状双链DNA,单倍性,以折叠或螺旋状态存在 2 大小:长约250-35000m(未螺旋) 3 复制方式:复制
二 细菌的突变型 (一)合成代谢功能的突变型:(营养缺陷型) 基本培养基、补充培养基、完全培养基、选择培养基 (二)分解代谢功能的突变型: (三)抗药性突变型: 青霉素: penr,pens 链霉素: strr, strs Penicillin Streptomycin 抗性: resistance 敏感: sensitive (四)抗噬菌体突变型T1噬菌体 Tonr Tons T2噬菌体 Ttor Ttos
三 突变型的筛选 例如: 营养缺陷型的筛选: u.v 野生型细菌 完全培养基: 影印培养 基本培养基: 补充培养基 : 氨基酸类 维生素类 系列氨基酸 补充培养基:赖氨酸 脯氨酸 精氨酸….
第三节 大肠杆菌的性别 一 细菌的接合 1经典的杂交实验1946年 Lederberg; Tatum 图7-1 品系A 品系B 基因型: met-bio-thr+leu+thi+ × met+bio+thr-leu-thi- ↓ ↓ ↓ 基本培养基: 无菌落 有10-7 无菌落 2 出现野生型菌落的可能原因: 回复突变、转化、互养、细菌间发生了基因重组
3 转化、互养的排除—U 型管试验 基本培养基 无 无 结论: 1:野生型不是转化(DNase)或互养产生的 2:直接接触对野生型的产生是必要的 证明:细菌发生了基因重组
1 Hayes 的实验 A: met-bio-thr+leu+thi+strs ×加链霉素 B:met+bio+thr-leu-thi-strr ↓ 基本培养基+str:出现菌落 met-bio-thr+leu+thi+ strr♂ ×加链霉素 met+bio+thr-leu-thi- strs♀ ↓ 无菌落 二 E.coli性别的发现 2 结果得出结论: (1)E.coli有相当于高等生物的性别? (2)E.coli的遗传物质是由♂→♀单向传递的
3 Hayes的解释 (1)细菌是有性别的,细菌的性别由性因子F(Fertility)(质粒)决定的: F+ ♂, F- ♀ (2)F因子可以自发地丢失或者得到 F+ ♂ -F+FF- ♀ (3)杂交时雄性亲本必是F+,杂交后都转变成F+ ♂A F+ ×♀ B F- → ♂ A F+,♂ B F+ F因子/致育因子/F质粒/性因子/附加体 质 粒: 指任何染色体以外的稳定遗传的遗传结构 附加体:在细胞中或以游离状态或与染色体相结 合状态存在的可稳定遗传的遗传结构
三 F因子与高频重组 原点:转移的起点 致育基因:其上一些基因编码生成F纤毛的蛋白质,即F+细胞表面的管状结构。F纤毛与F-细胞表面的受体相结合,在两个细胞间形成细胞质桥。还有大量和F因子转移有关的基因 配对区:与大肠杆菌基因组同源的序列,是同源重组的必须的。通过同源重组使F因子整合到大肠杆菌染色体上(DNA) 1 F因子的结构 F因子/致育因子/F质粒/性因子/附加体
2 F因子的整合与解离图6-12 图6-13 3 F因子与高频重组菌株 (Hfr:High frequency recombination) 接合的概念
3 F因子状态与遗传物质转移特点 F因子状态 游离 整合 菌株类型 F+ FˊHfrF- 菌株性别 ♂ ♀ 杂交类型 F+×F- Fˊ×F- Hfr×F- F-×F- 传递特点转移F因子 不转移细菌 基因F- 转 变成 F+ 不能 进行 转移Fˊ因子 还转移细菌个别基因,F-转变成F’ 极少转移F因子,大量转移细菌基因
4 高频重组菌株Hfr Hfr的F因子转移特点: (1)F整合后呈线状 (2)转移起点0位于线状F中间 (3)先转移F因子的一部分, F的后面部分最后转移 (4)大量转移细菌基因
四 细菌基因重组的特点 1 部分二倍体:指完整基因组和部分基因组的细胞(半合子)P151 内基因子:P151 外基因子:P151 2 细菌基因重组的特点: (1) 细菌基因重组是在部分二倍体中进行 (2) 只有偶数交换才产生有活性的重组体 (3)对应重组子不出现 Ab/aB(AB没有ab) [交换仍然是相互的,但是重组结果不是相互的]
第四节 中断杂交与重组作图 一 中断杂交实验作图 1 中断杂交实验Hfr thr+ leu+ azir Tonr lac+ gal+ strs× F-thr- leu- azis tons lac- gal- strr 8′ 9′ 11′ 18′ ↓ ↓ ↓ ↓ 完全培养基+str↓ ↓ ↓ 影印接种: thr leu azi Ton ┆ ┆ ┆
表6-7 Hfr的未选择性标记基因进入F-所需时间 转入时间 出现在F-中的频率 (分钟) 8` thr+ (选择性标记)100% 8.5` leu+ (选择性标记)100% 9` azir 90% 11` tonr 70% 18` lac+ 40% 25` gal+ 25%
2 中断杂交实验作图原理 A)Hfr染色体上基因是从某一点(O)开始,以线性方式进入F- B)离原点愈近的基因进入F-愈早,出现在F-中的比例大,反之则小 3 中断杂交作图 在HfrF-杂交中,把接合中的细菌在不同时间点取样,搅拌中断杂交, 分析受体菌基因型,以Hfr基因出现在F-中的先后为顺序即转移的时间(分钟)为图距单位进行基因作图的方法. 4 作图 (原点)thr leu azi Ton lac gal F 0 8 8.5 9 11 18 25 min
5 E.coli的染色体呈环状 P154表6-4 几个Hfr菌株的基因转移顺序
1) 不同的Hfr品系转移的起始基因是不同的 说明:F因子可以在不同的位点插入细菌染色体 2) Hfr品系的基因只能以一个方向转移进入F- 说明:F因子的行为是有极性的(DNA滚环复制决定) 3) 基因间的相对位置不变 说明:不同品系细菌的基因顺序是相同的 4) 不同Hfr品系按先后顺序转移的基因相互重叠 说明:细菌的染色体是环状的 P153 图 6-9 HfrH 1 thr thi pro 312 注意:两基因转移时间<2分钟,中断杂交法的图距不够精确,应采用传统的重组作图法 2 gly lac his pur gal 3
二 重组作图 (难点) 1 部分二倍体:指完整基因组和部分基因组的细胞(半合子)P151 内基因子:P151 外基因子:P151 2 细菌基因重组的特点: (1) 细菌基因重组是在部分二倍体中进行 (2) 只有偶数交换才产生有存活的重组体 (3)对应重组子不出现 Ab/aB(AB没有ab)[交换仍然是相互的,但是重组结果不是相互的]
二 重组作图 (难点) 1 细菌的重组作图的前提 (1)两个基因紧密连锁 (2)两个基因进入受体菌的先后顺序 例:已知lac和ade紧密连锁,在HfrX品系lac+比ade+先进入F- HfrX lac+ade+strs× F- lac-ade-strr 选择培养基 加str且lac,无ade F- ade+strr (lac-或lac+) 伊红美兰培养基 紫红色菌落ade+lac+ 粉红色菌落ade+lac- P155图6-11B: lac+ ade+ A:lac+ ade+C: lac- ade+ • F- lac+ ade+ 亲组合 52 F- lac- ade+ 重组合 15
2 计算重组体 重组值=重组菌落数/总菌落数 ×100% =(lac- ade+)/[(lac+ ade+ )+(lac- ade+)]×100% = 15/(52+15) ×100% ≈ 20% 已知中断杂交实验该两个基因相距1分钟, 重组作图与中断杂交作图的图距关系: 1分钟图距 ≈ 20% 重组值 3 E.coli染色体全长: 90分钟;含有:4.2×106bp 20 × 90 ≈ 1800 cM
第五节 F`因子与性导 一 F`因子与F`菌株 F`因子:指整合态的F因子从Hfr上异常切割下来,携带了细菌个别基因的缺陷型F因子,但是F`因子仍然可自主复制。F`菌株:指带有F`因子的细菌。
二 性导:指利用F′因子将供体菌的基因导入受体菌形成部分二倍体的过程P156 A F` ×BF- → A F`, BF`(部分二倍体) A F+ ×BF- → A F+, BF+ (不导入供体菌基因) A Hfr ×B F- →A Hfr,BF- (很少成为Hfr,导入大量供体菌基因) 1 性导的特点:只能转移F因子插入位点附近的基因 2 性导在遗传分析中的应用: P156 4点 (1) F`因子可自主复制 (2) 形成部分二倍体可用作互补试验测定两突变的关系 (3) 确定部分二倍体中两基因的显隐关系 (4) 利用两基因的“共性导率作图”
例子: 注意: 部分二倍体 互补试验 显隐关系 共性导率作图 F’(b+c+)多 F’(c+d+)少
第六节 转化与转导作图 一 细菌的转化与作图 (一)转化:指外源DNA片段不经中间媒介体直接进 入感受态细胞进行基因重组形成重组体的过程。 转化子:通过转化而形成的重组体. (二)转化作图 1.1 转化的条件和机制: 供体细菌DNA片段、感受态细胞、受体部位、蛋白参与;片段、进入、同化、复制与修复 1.2 转化基因间关系及其确定(共转化)[DNA低浓度正比关系]
2 转化基因间重组值的计算P158 (+ -)+(- +) (+ +)+(+ -)+(- +) 重组值== 转化子数(重组体数) 亲组合数+转化子数 例:供体trp2+ his2+ tyr1+trp2- his2- tyr1- P158 表6-5的重组值 trp2—his2的重组值=34% trp2—tyr1的重组值=40% his2—tyr1的重组值=13% 根据重组值作图: trp2 34 his2 13 tyr1
二 转导与作图 沙门氏菌(Salmonella typhimurium)Lederberg,Zinder LT22 phe- trp- tyr- his+ × LT2 phe+ trp+ tyr+ his- 基本培养基 野生型:phe+ trp+ tyr+ his+ 10e5 基本培养基 有菌落 结论:有虑过性物质通过,后来证明就是噬菌体P22 如何证明? 三种方法
二 转导与作图 (一)普遍性转导与作图 1 普遍性转导:P22、P1这类phage可以随机转移供体细菌DNA,这种转导作用称为普遍性转导。 (1)普遍性转导的机制 P159 图6-14 (2)普遍性转导特点:随机携带供体菌的基因组DNA,3*10-5
2 普遍性转导作图什么是共转导率? (1) 作图原理:两基因相距越近,被包装到一个噬菌体颗粒的机会就越大,共转导率就越大。共转导率大相距近,反之则相距远 (2)双因子转导作图 如:确定abc三个基因在染色体上的顺序,分别测定a-b、 a-c、 b-c 的共转导率; 如果:a-b的共导率最大,a-c较大,而b-c的最小,则顺序为:b a c
(3)三因子转导作图 例:P1→供体: thr+ leu+ azir ↓ 受体: thr- leu- azis 各种选择性培养基 转导子基因型 共转率 P1+供体菌 受体 leu+ azir 50% 无leu 无thr 加azi 无thr leu+ thr+ 2% thr+ leu+ 3% 无leu 顺序:thr leu azi thr+ azir0% 加azi
(4)中间位点法 P1 供体菌:supC+ trpA+ pyrF+ ↓ 受体菌:supC- trpA- pyrF- ↓
转导子 (1)supC+ trpA+ pyrF+ 36(双交换) (2)supC+ trpA+ pyrF- 114(双交换) (3)supC+ trpA- pyrF+ 0(四交换) (4)supC+ trpA- pyrF- 453(双交换) 基因顺序是: supC trpA pyrF 如何用共转导率判断基因间的顺序? supC trpA (36+114)/(36+114+453)= 0.25 trpA pyrF 36/605 = 0.06 supC pyrF 36/605 = 0.06 为什么?环形染色体
3 共转率与图距 关系公式:d(图距)=L(1-√x) L:转导DNA的平均长度(近似噬菌体基因组大小) X: 两个基因的共转导频率 3
(二)稳定转导与流产转导 稳定转导:指外基因子重组到受体菌基因组中获得能稳定遗传的转导子。 流产转导:指外基因子未重组到受体菌中的不能稳定转导。
(三)局限性转导 1 概念:只能转移细菌染色体特定部分基因的转导. 2 局限性转导的过程和机制 因为噬菌体只能在细菌染色体的特定位点上整合,当解离时只能捕获整合位点两侧的细菌基因,因此转导噬菌体只能是受体菌获得特定的供体菌的基因。
3 低频转导与高频转导 3.1 低频转导:溶源性细菌中原噬菌体异常解离形成转导噬菌体(λdgal 或 λdbio)是缺陷噬菌体,感染gal-或bio-受体菌转导子频率很低,且转导子还不能产生噬菌体颗粒,这种转导叫低频转导 噬菌体 ↓感染 裂解 供体菌→→→转导噬菌体→→→非溶源→ → 溶源性细菌 (溶源菌)(10-6)性细菌 (转导子) 裂解 →→→ 没有噬菌体颗粒
3.2 高频转导:指双重溶源转导子(双重溶源细菌)产生转导噬菌体和正常噬菌体混合物介导转导,频率高称为高频转导。原因就是功能互补了。 噬菌体 ↓感染 裂解 供体菌→→→转导噬菌体→→非溶源→→ 双重溶源性细菌 (溶源菌)(10-6)性细菌 (转导子) 裂解 →→→ 噬菌体颗粒(λdgal, λ)[高频转导]
10-6 解离、感染→ 50%转导噬菌体子