細(xì)菌遺傳分析-1

哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析第四章細(xì)菌的遺傳分析哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析一、細(xì)菌細(xì)胞和基因組哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析1.大?。涸思?xì)胞，長(zhǎng)約1~2μ，寬約0.5μ；2.結(jié)構(gòu)：細(xì)胞壁，鞭毛，質(zhì)膜，核質(zhì)體，核糖體，擬核；3.遺傳物質(zhì)：?jiǎn)蝹€(gè)主染色體，裸露，為雙鏈環(huán)狀DNA，一個(gè)或多個(gè)小染色體(質(zhì)粒)；4.繁殖：無絲分裂，約20分鐘繁殖一代，每個(gè)細(xì)胞能在較短時(shí)間內(nèi)裂殖到107個(gè)子細(xì)胞，成為肉眼可見的菌落或克??；(一)、大腸桿菌（E.coli）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析(二)、E.coli在遺傳研究中的優(yōu)越性1．世代周期短：

20分鐘可繁殖一代；2．便于管理和生化分析：個(gè)體小，一般在1μ至幾μ之間，操作管理方便；哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析3．便于研究基因突變：

裸露的DNA分子和單倍體生物；4．便于研究基因的功能：

影印培養(yǎng)，易檢出營養(yǎng)缺陷型突變，有利于從生化角度來研究基因的作用；5．便于研究基因重組：

細(xì)菌具有轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)和接合作用，可以進(jìn)行精密的遺傳分析；哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析二、E.coli突變型及篩選哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析1.合成代謝功能突變型：又稱營養(yǎng)缺陷型，表示：Met-,Met+,metA-，metA+

用各種不完全培養(yǎng)基來篩選(影印法)

2.分解代謝功能突變型:Lac-可由lacX-

、lacY-

或lacZ-

引起伊紅-美藍(lán)培養(yǎng)基（EMB培養(yǎng)基）篩選

3.抗性突變型：

用加入抗生素的選擇培養(yǎng)基篩選表示：表型Strr或Strs;基因str-或str+。(一)、大腸桿菌的突變類型表型基因型哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析選擇培養(yǎng)法：是根據(jù)菌株在基本培養(yǎng)基和選擇培養(yǎng)基上的生長(zhǎng)表現(xiàn)確定菌株的突變型，如原養(yǎng)型和營養(yǎng)缺陷型或?qū)δ骋豢股氐拿舾行秃头敲舾行?抗性型)；影印法：將完全培養(yǎng)基上的單菌落同時(shí)接種到不同的選擇培養(yǎng)基上，可對(duì)所有菌落進(jìn)行選擇培養(yǎng)，鑒定效率高；(二)、突變型的篩選哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析影印法(抗性突變)萊德伯格等（LederbergJ.和LederbergE.M.,1952）設(shè)計(jì)。人工誘變哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析完全培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基+aaB基本培養(yǎng)基+aaA印跡影印法(營養(yǎng)缺陷突變)人工誘變哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析注意：(1)最初的培養(yǎng)基必須是非選擇性的，即各種突變型都能夠在其上生長(zhǎng)；(2)必須采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄈ缤坎蓟騽澗€法，以使培養(yǎng)物菌落之間要分開；!哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析接合（conjugation）轉(zhuǎn)化（transformation）轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）原核生物遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移的方式：哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析三、E.coli的接合哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析概念：指原核生物的遺傳物質(zhì)通過細(xì)胞的直接接觸從

供體(donor)轉(zhuǎn)移到受體(receptor)內(nèi)的過程。特點(diǎn)：需通過細(xì)胞的直接接觸。哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析菌株A:

met-bio-thr+leu+thi+（需甲硫氨酸和生物素）菌株B:

met+bio+thr-leu-thi-（需蘇氨酸，亮氨酸和硫胺）(一)、大腸桿菌“接合”的發(fā)現(xiàn)(萊德伯格和塔特姆，1946)ABAB洗滌洗滌洗滌met+bio+thr+leu+thi+哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析U型管實(shí)驗(yàn)Davis,1950

A、B菌株分別培養(yǎng)在基本培養(yǎng)基上è

一邊加壓和吸引使培養(yǎng)液充分混合è

任何一臂的培養(yǎng)基上均未出現(xiàn)原養(yǎng)型細(xì)菌；這種原養(yǎng)型細(xì)胞如何出現(xiàn)？∴直接接觸(接合)是原養(yǎng)型細(xì)菌出現(xiàn)的必要條件。海斯（HayesW.,1952）證明：接合過程是一種單向轉(zhuǎn)移。A菌株遺傳物質(zhì)èB菌株，從供體(donor)到受體(receptor)。哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析菌株A:

met-bio-thr+leu+thi+（需甲硫氨酸和生物素）菌株B:

met+bio+thr-leu-thi-（需蘇氨酸，亮氨酸和硫胺）含有鏈霉素(二)、大腸桿菌“性別”的發(fā)現(xiàn)AStrsBStrr出現(xiàn)原養(yǎng)型菌落(10-7)met+bio+thr+leu+thi+抗性相反為什么會(huì)導(dǎo)致結(jié)果不同

不出現(xiàn)原養(yǎng)型菌落AStrrBStrs哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析正反交結(jié)果不同，說明菌株A和B在雜交中的作用不同：菌株A：相當(dāng)于雄性，是遺傳物質(zhì)的供體菌株B：相當(dāng)于雌性，是遺傳物質(zhì)的受體在含有鏈霉素的培養(yǎng)基中：

Astrs×Bstrr:

供體不能繁殖，但并不影響基因轉(zhuǎn)移，受體能夠進(jìn)行細(xì)胞分裂，也能接受外源遺傳物質(zhì)發(fā)生重組，從而出現(xiàn)原養(yǎng)型菌落；Astrr×

Bstrs:

受體能接受外源遺傳物質(zhì)發(fā)生重組，但細(xì)胞不能分裂，所以不能重組成原養(yǎng)型菌落；原因解釋：哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析(三)、F因子與高頻重組品系1.F因子供體和受體的性別差異，是由F因子引起的⑴．F因子：致育因子（性因子），是一種附加體。攜帶F因子的菌株稱為供體菌或雄性，用F＋表示。未攜帶F因子的菌株為受體菌或雌性，用F－表示。⑵．F因子的組成：染色體外遺傳物質(zhì)，環(huán)狀DNA；

40~60個(gè)蛋白質(zhì)基因；

2~4個(gè)/細(xì)胞(雄性內(nèi))。哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析⑶．E.coli

與F因子的三種狀態(tài)：①．沒有F因子，即F－；

②．一個(gè)自主狀態(tài)F因子，即F＋；

③．一個(gè)整合到宿主染色體內(nèi)的F因子，即Hfr。哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析(4).F因子的復(fù)制F因子獨(dú)立進(jìn)行復(fù)制哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析2.高頻重組品系(Hfr，HighFrequencyRecombination)

F因子整合到細(xì)菌染色體上（F＋Hfr細(xì)胞），其繁殖與細(xì)菌染色體同步;此時(shí)，細(xì)菌基因的重組頻率增加104倍以上；∴染色體上整合有F因子的菌株，稱為Hfr菌株;哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析Hfr×F－接合時(shí)：(1)F因子產(chǎn)生缺口；(2)細(xì)菌染色體由一小段單鏈的F

因子為前導(dǎo)而轉(zhuǎn)移到F-受體；(3)邊轉(zhuǎn)移邊復(fù)制；(4)接合中斷；結(jié)果：僅小部分供體菌染色體能夠轉(zhuǎn)入受體菌，受體細(xì)胞為F－，F(xiàn)因子仍留在供體內(nèi)。由于受體帶有一段供體DNA，因此重組頻率增加!哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析部分二倍體中發(fā)生交換:

單數(shù)交換：打開環(huán)狀染色體，產(chǎn)生一個(gè)線性染色體，這種細(xì)胞是不能成活的。

偶數(shù)交換：產(chǎn)生可遺傳的重組體和片段。哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析細(xì)菌重組的特點(diǎn)F-受體只接受了部分供體染色體，形成部分二倍體：

1)只有偶數(shù)次的交換才能產(chǎn)生平衡的重組子。

2)不出現(xiàn)相反的重組子，所以在選擇培養(yǎng)基上只出現(xiàn)一種重組子。哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析總結(jié)：當(dāng)F因子處于游離狀態(tài)時(shí)，細(xì)菌為F+，當(dāng)整合到宿主染色體上時(shí)即為Hfr品系。1)產(chǎn)生重組子的頻率不同，Hfr×F－的重組子頻率是10-2，而F+×F－產(chǎn)生的重組子僅為10-6；

2)F+×F－的后代常為F+，而Hfr×F－的后代為F－；1)都能與F－進(jìn)行雜交發(fā)生重組；

2)雜交時(shí)都要通過接合管和受體菌連接；F+

和Hfr的相同點(diǎn)是：F+

和Hfr的不同點(diǎn)是：F+×F－的后代為F+Hfr×F－的后代為F－

哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析上節(jié)課主要內(nèi)容回顧非順序四分子的遺傳分析方法RF=1/2T+3NPD細(xì)胞的遺傳分析重要概念：接合、F因子、Hfr哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析(四)、中斷雜交與染色體作圖中斷雜交作圖：基因距離的單位是min而不是cM。

1956年，雅各布（JacobF.）和沃爾曼（WollmanE.）：

中斷雜交試驗(yàn)：發(fā)現(xiàn)接合時(shí)遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移是直線進(jìn)行。⑴．Hfr菌株與F－菌株混合培養(yǎng)。

Hfr菌株：strs

a+b+c+d+對(duì)鏈霉素敏感

F-菌株：strr

a-b-c-d-抗鏈霉素⑵．不同時(shí)間取樣

攪拌器中斷雜交稀釋含鏈含鏈霉素完全培養(yǎng)基殺死Hfr細(xì)菌抗str細(xì)菌菌落影印培養(yǎng)法：鑒定a+b+c+d+各基因轉(zhuǎn)移時(shí)間。哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析⑶．實(shí)例：供體：Hfr：strsthr＋

leu＋

azirtonrlac＋

gal＋受體：F－：strrthr－

leu－

azistonslac－

gal－thr+(蘇氨酸)、leu+(亮氨酸)、azir(抗疊氮化物)、tonr(抗T1噬菌體)、lac+(乳糖)、gal+(半乳糖)哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析①．8分鐘時(shí)：thr+進(jìn)入F

-細(xì)胞；②．8.5分鐘時(shí)：leu+進(jìn)入F-細(xì)胞；③．9分鐘時(shí)：出現(xiàn)疊氮化物抗性

的菌落；④．11分鐘時(shí)：出現(xiàn)抗噬菌體T1

的F-細(xì)菌；⑤．18分鐘時(shí)：出現(xiàn)乳糖發(fā)酵基因；⑥．25分鐘時(shí)：出現(xiàn)半乳糖發(fā)酵基因；哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析標(biāo)記基因轉(zhuǎn)入的時(shí)間（分鐘）頻率thr+8100(經(jīng)選擇的)leu+8.5100(經(jīng)選擇的)azis990tons1170lac+1840gal+2525中斷雜交作圖結(jié)果以基因出現(xiàn)的時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)è

作出E.coli的遺傳連鎖圖哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析取樣時(shí)間（分）各非選擇標(biāo)記的重組頻率(%)thr+leu+azistonslac+gal+50000010100123001510070310020100887112204010090753830Hfr×F-中斷雜交中不同時(shí)間非選擇標(biāo)記標(biāo)記的重組率哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析①.各基因的重組頻率隨著時(shí)間的推移而增加，但在一定程度后便不再增加；②.各基因進(jìn)入受體的時(shí)間不同，重組頻率達(dá)到最高的時(shí)間也不同。哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析Hfr類型原點(diǎn)基因轉(zhuǎn)移順序HfrHOthr

prolacpurgalhisglythiHfr1

Othrthi

glyhis

gal

purlacproHfr2

Oprothrthiglyhisgalpur

lacHfr3

OpurlacprothrthiglyhisgalHfrAB312

Othithrprolacgurgal

hisgly⑷．用一種大腸桿菌的不同Hfr菌株進(jìn)行中斷雜交實(shí)驗(yàn)，作出連鎖圖，其基因向F-細(xì)胞轉(zhuǎn)移的起始基因不同，方向不同，但順序相同。哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析哈工大-遺傳學(xué)第四章細(xì)菌的遺傳分析Hfr類型原點(diǎn)基因轉(zhuǎn)移順序HfrHOthr

prolacpurg