細(xì)菌和病毒的遺傳分析

第十章細(xì)菌和病毒的遺傳分析張愛玲138284027161精選課件

內(nèi)容細(xì)菌和病毒的特點細(xì)菌的遺傳分析噬菌體的遺傳分析2精選課件第一節(jié)細(xì)菌和病毒的特點3精選課件1.1細(xì)菌的特點及培養(yǎng)技術(shù)細(xì)菌特點單細(xì)胞生物，不同細(xì)菌大小不一，1-2um長，0.5um寬結(jié)構(gòu)：鞭毛、莢膜、細(xì)胞壁、胞膜、胞質(zhì)、DNA〔稱為擬核〕遺傳物質(zhì)：1個主染色體、多個微小染色體微小染色體：也稱為質(zhì)粒，攜帶不同的基因，使細(xì)菌具有不同的性狀；被作為基因工程的載體4精選課件細(xì)菌特點繁殖世代短〔20分鐘一個世代〕會發(fā)生突變：菌落形態(tài)性狀的突變：菌落的形狀、顏色和大小等。生理特性的突變：喪失合成某種營養(yǎng)物質(zhì)能力的營養(yǎng)缺陷型〔營養(yǎng)缺陷型〕。抗性突變包括：抗藥性或抗感染性。1.1細(xì)菌的特點及培養(yǎng)技術(shù)5精選課件6精選課件1.1細(xì)菌的特點及培養(yǎng)技術(shù)細(xì)菌的培養(yǎng)技術(shù)固體和液體培養(yǎng)：液體培養(yǎng)后，細(xì)菌分裂呈幾何級數(shù)增殖吸取少量液體，無菌環(huán)境下，涂布在固體培養(yǎng)基上細(xì)胞在固體培養(yǎng)基上不能移動，每個細(xì)胞會聚集成群，達(dá)107個細(xì)胞，肉眼可見〔平板培養(yǎng)〕，稱為無性繁殖/克隆7精選課件1.1細(xì)菌的特點及培養(yǎng)技術(shù)細(xì)菌突變研究方法1952年創(chuàng)造的影印培養(yǎng)法過程：母板上長成菌落，然后拿一個比培養(yǎng)皿小的木板，上面包裹滅菌的絲絨，印在母板上，菌落會吸附在絲絨上，然后把絲絨印到不同成分的培養(yǎng)基上。結(jié)果判斷：但凡不能夠在新的培養(yǎng)基上的菌落，為缺陷菌落。8精選課件細(xì)菌的固體、稀釋培養(yǎng)及菌落9精選課件■合成代謝功能突變型: 營養(yǎng)缺陷型〔auxotroph)野生型〔wildtype) 缺陷型〔deficient) 原養(yǎng)型〔prototroph) Met-甲硫氨基酸缺陷型Met+ Thi-硫胺缺陷型 Thi+ Pur-嘌呤缺陷型 Pur+■分解代謝功能突變型：lac-乳糖突變型，野生型為lac+■抗性突變型：抗藥性或抗感染性 StrR,StrS分別表示對鏈霉素有抗性和敏感 T1R,T1S分別表示對T1噬菌體有抗性和敏感R：resistant；S：sensitive細(xì)菌的突變型和標(biāo)識10精選課件細(xì)菌的突變型和標(biāo)識根本培養(yǎng)基〔minimalmedium〕僅含葡萄糖和無機(jī)鹽。完全培養(yǎng)基〔completemedium〕含細(xì)菌所必需的各種營養(yǎng)成分。11精選課件1.2病毒的生物學(xué)特征比細(xì)菌結(jié)構(gòu)更為簡單，只有一條染色體〔DNA或RNA〕。病毒結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)外殼+包被的核酸所組成的顆粒。種類：根據(jù)宿主(動物、植物、細(xì)菌)或遺傳物質(zhì)(DNA或RNA)來分類。感染細(xì)菌的病毒(Bacterialphage)，稱為噬菌體(phage)，是目前經(jīng)過廣泛研究，了解比較清楚的一種病毒。在沒有宿主情況下，可以視之為沒有生命/或者一堆化合物12精選課件1.2病毒的生物學(xué)特征病毒種類

依遺傳物質(zhì)劃分：單鏈DNA，單鏈RNA，雙鏈DNA，雙鏈RNA依與宿主細(xì)胞關(guān)系劃分：如烈性噬菌體；溫和噬菌體13精選課件噬菌體14精選課件1.3細(xì)菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性繁殖世代周期短：min/h易于操作管理和進(jìn)行化學(xué)分析(純培養(yǎng)與代謝產(chǎn)物累積)，節(jié)省空間和人力、物力；便于研究基因的突變(表現(xiàn)與選擇)；便于研究基因作用

(突變型生長條件與基因作用)；便于研究基因重組

(重組群體大、選擇方法簡便有效)；遺傳物質(zhì)簡單，可作為研究高等生物的簡單模型15精選課件1.4細(xì)菌和病毒的擬有性過程

細(xì)菌和病毒不同于真核生物配子融合的有性過程

遺傳物質(zhì)傳遞：從一個細(xì)胞傳到另一個細(xì)胞細(xì)菌的擬有性過程：轉(zhuǎn)化、接合、性導(dǎo)、轉(zhuǎn)導(dǎo)16精選課件第二節(jié)細(xì)菌的遺傳分析17精選課件1細(xì)菌轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化：細(xì)菌通過細(xì)胞膜攝取周圍供體DNA的片段，并可能將外源DNA片段通過重組整合到自己染色體組的過程。+18精選課件1細(xì)菌轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化：細(xì)菌通過細(xì)胞膜攝取周圍供體DNA的片段，并可能將外源DNA片段通過重組整合到自己染色體組的過程。+19精選課件1細(xì)菌轉(zhuǎn)化外源DNA要求：雙鏈DNA〔環(huán)狀質(zhì)?！?；環(huán)狀/線性細(xì)菌要求：處于感受態(tài)狀態(tài)，可能只發(fā)生在細(xì)菌生長周期的某一時期20精選課件1細(xì)菌轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化的類型自然轉(zhuǎn)化〔naturaltransformation〕：細(xì)菌能夠自然地吸收DNA，如枯草桿菌的轉(zhuǎn)化。工程轉(zhuǎn)化〔engineeredtransformation〕通過某種處理使細(xì)菌能夠攝入外源DNA，如大腸桿菌的轉(zhuǎn)化:電轉(zhuǎn)化、化學(xué)法轉(zhuǎn)化〔氯化鈣法〕。轉(zhuǎn)化效率：約1％轉(zhuǎn)化片段的長度：800bp---20kb21精選課件電轉(zhuǎn)儀和電轉(zhuǎn)杯〔仍需是感受態(tài)細(xì)胞〕1細(xì)菌轉(zhuǎn)化22精選課件轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化進(jìn)宿主細(xì)胞的質(zhì)粒數(shù)目在宿主菌中不等。分為：松弛型質(zhì)粒〔幾十至幾百個拷貝〕嚴(yán)謹(jǐn)型質(zhì)?！?0個拷貝以下〕1細(xì)菌轉(zhuǎn)化23精選課件轉(zhuǎn)化的質(zhì)粒喪失情況吖黃素處理細(xì)胞，不阻礙細(xì)菌增殖，有選擇性阻礙質(zhì)粒復(fù)制，在細(xì)胞中喪失?！灿袎毫Σ庞袆恿Α碂o選擇壓力1細(xì)菌轉(zhuǎn)化24精選課件1細(xì)菌轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化過程結(jié)合：供體DNA與受體位點的結(jié)合雙鏈DNA結(jié)合在細(xì)胞外表幾個受體位點穿入：供體DNA由雙鏈DNA變成單鏈DNA外切酶降解其中一條鏈，產(chǎn)生能量，把另外一條單鏈拉近細(xì)胞25精選課件1細(xì)菌轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化過程聯(lián)會：受體DNA雙鏈局部變?yōu)閱捂?，與供體單鏈DNA互補(bǔ)配對整合：單鏈供體DNA與受體DNA對應(yīng)位點置換，穩(wěn)定滲入到受體DNA中，隨著受體DNA復(fù)制而復(fù)制26精選課件1細(xì)菌轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化成功的前提獲知受體DNA的序列

供體DNA含有相應(yīng)的序列，可與受體DNA互補(bǔ)配對27精選課件1細(xì)菌轉(zhuǎn)化質(zhì)粒的轉(zhuǎn)化過程比較簡單?？梢砸杂坞x狀態(tài)存在，不一定發(fā)生整合28精選課件2細(xì)菌接合29精選課件2細(xì)菌接合接合：遺傳物質(zhì)從供體〔雄性〕轉(zhuǎn)移到受體〔雌性〕的過程30精選課件2.1接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)A菌:met-bio-thr+leu+thi+；需要在根本培養(yǎng)基上補(bǔ)充甲硫氨酸和生物素才能生長；B菌：met+bio+thr-leu-thi-；需要在根本培養(yǎng)基上補(bǔ)充蘇氨酸、亮氨酸和硫胺才能生長；Lederberg和Tatun細(xì)菌雜交實驗〔1946〕31精選課件2.1接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)AB完全液體培養(yǎng)基基本固體培養(yǎng)基met-bio-

thr+leu+thi+met+bio+

thr-leu-thi-根本固體培養(yǎng)基〔不含有上述5種物質(zhì)〕Lederberg和Tatun細(xì)菌雜交實驗〔1946〕？32精選課件2.1接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)A菌B菌過濾器bio-bio+結(jié)果表明：A和B菌即使在完全培養(yǎng)液中生長一段時間，但如果不發(fā)生兩者之間的接觸，仍然不能在基本培養(yǎng)基上生長。（細(xì)菌不能通過濾片，DNA可以通過）戴維斯U型管試驗，195033精選課件2.1接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)綜合兩個實驗得出結(jié)論：A和B細(xì)菌通過接觸，發(fā)生了雜交，遺傳物質(zhì)發(fā)生了交換，產(chǎn)生了與兩個親代菌株不同的野生型met+bio+thr+leu+thi+菌株。A菌和B菌怎么接觸的呢34精選課件2.1接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)F-F+性傘毛：F+細(xì)菌外表的細(xì)長纖毛兩株E.coli的接合電鏡照片35精選課件2.1接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)Lederberg和Tatun細(xì)菌雜交實驗〔1946〕結(jié)果猜測？A菌B菌36精選課件2.1接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)Lederberg和Tatun細(xì)菌雜交實驗〔1946〕結(jié)果猜測？A菌B菌37精選課件2.1接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)A菌B菌〔鏈霉素處理，阻礙細(xì)菌分裂，能夠轉(zhuǎn)移基因；即B菌被鏈霉素殺死了，失去了繁殖能力，但其DNA還在〕根本培養(yǎng)基B菌的基因沒有轉(zhuǎn)移到A菌38精選課件2.1接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)A菌B菌根本培養(yǎng)基A菌的基因轉(zhuǎn)移到B菌〔鏈霉素處理，阻礙細(xì)菌分裂，能夠轉(zhuǎn)移基因；即A菌被鏈霉素殺死了，失去了繁殖能力，但其DNA還在〕39精選課件2.1接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象的原因A菌受處理不能分裂，但能夠轉(zhuǎn)移基因〔DNA〕B菌未受處理能分裂，在分裂過程中接受A轉(zhuǎn)移過來的基因(DNA)基因間單向發(fā)生了交換，最終形成野生型菌落A菌可以看做供體〔雄〕，B菌可以看做受體〔雌〕A菌向B菌轉(zhuǎn)移的到底是什么物質(zhì)？40精選課件2.1接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)F因子：細(xì)菌間被轉(zhuǎn)移物質(zhì)稱為F因子，又被稱為質(zhì)粒、性因子、致育因子。A菌可以看作供體〔雄〕，記為F+，含有F因子；B菌可以看作受體〔雌〕，不含F(xiàn)因子，記為F-。41精選課件2.1接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)F因子的轉(zhuǎn)移引起細(xì)菌間雜交

F因子的化學(xué)本質(zhì)是DNA，以自主狀態(tài)存在于細(xì)胞質(zhì)中或整合到細(xì)菌的染色體上。F因子42精選課件大腸桿菌F因子向F-細(xì)胞轉(zhuǎn)移圖解43精選課件2.2高頻重組與中斷雜交技術(shù)F+×F-F+(幾乎所有)Hfr：highfrequencyofrecombinationABF+×F-較少F+，較多重組子AB44精選課件2.2高頻重組與中斷雜交技術(shù)1951年，卡瓦里〔Cavalli〕等人，1954年海斯〔Hayes〕先后在A菌株中別離出新的菌株。Hfr形成F因子可以整合到細(xì)菌環(huán)狀DNA上〔染色體上〕，含有重組狀態(tài)的這種F＋菌株叫Hfr〔高頻重組〕菌。特點(1)可以作為供體，與B雜交，重組頻率比A×B高1000倍，稱高頻重組菌株。(2)轉(zhuǎn)移F因子頻率低45精選課件F因子的存在狀態(tài)2.2高頻重組與中斷雜交技術(shù)46精選課件2.2高頻重組與中斷雜交技術(shù)Hfr怎么進(jìn)行基因的重組？中斷雜交技術(shù)揭示了上述現(xiàn)象。中斷雜交：根據(jù)供體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的順序和時間繪制連鎖圖的技術(shù)。

重組的順序是什么呢？47精選課件2.2高頻重組與中斷雜交技術(shù)蘇AA亮AA疊氮化鈉噬菌體乳糖半乳糖鏈霉素F+thr+leu+azirtonrlac+gal+strsF-：thr-leu-azistonslac-gal-strr將F+與F-同時參加裝有完全培養(yǎng)基的大試管中，一定時間取樣振蕩，稀釋接種至添加str但不含thrAA和leuAA的培養(yǎng)基上，形成含有F-和F+的重組子，再把菌落分別轉(zhuǎn)移到只添加azi、ton、以lac或gal為炭源的選擇性培養(yǎng)基上。48精選課件2.2高頻重組與中斷雜交技術(shù)F+×F-混合后震蕩培養(yǎng)〔形成結(jié)合管〕添加str，無thrAA和leuAAthr+，leu+，strr〔首先確定F+和F-的重組子具有F+的thr+、leu+和F-的strr〕(1)混合(2)涂平板那么F+菌其他基因是否也得到重組？重組順序呢？49精選課件2.2高頻重組與中斷雜交技術(shù)9min11min18min25minazitontacgalazitonlacgalazitonlacgalazitonlacgalF++×F-上述表明：Hfr菌株所攜帶的thr+

、strr

、leu+

、azir

、tonr

、lac+和gal+遺傳信息已經(jīng)被重組進(jìn)F-；但是，為什么在不同的時間取樣會出現(xiàn)不同的結(jié)果？〔3〕注：時間為F+和F-混合的時間，如9混合9min后中斷，混合11min后中斷50精選課件2.2高頻重組與中斷雜交技術(shù)Hfr進(jìn)入F-的頻率：從重組子的出現(xiàn)，隨時間的推移，菌落開始增加，直至某一百分?jǐn)?shù)，出現(xiàn)時間越早，百分?jǐn)?shù)越高?！?〕F+的基因按一定順序和時間間隔進(jìn)入F-〔2〕每個基因進(jìn)入F-有一定頻率，且在短時間內(nèi)到達(dá)最高〔3〕進(jìn)入F-越早，頻率越高〔4〕F因子進(jìn)入遲，頻率低51精選課件2.2高頻重組與中斷雜交技術(shù)一個特定的Hfr菌株和F-菌株接合時首先出現(xiàn)的F-細(xì)胞中供體性狀是固定不變的

而且各性狀的出現(xiàn)有一定的先后次序

說明供體染色體是從某一特定位置即原點開始逐漸轉(zhuǎn)移的

標(biāo)記基因離原點越遠(yuǎn)，進(jìn)入F-細(xì)胞越遲。不同的Hfr菌株的染色體原點不同，轉(zhuǎn)移方向也不同。52精選課件2.2高頻重組與中斷雜交技術(shù)根據(jù)重組子出現(xiàn)時間，得到Hfr基因在F-的連鎖圖，距離單位為min，不反響基因間的物理距離。中斷雜交技術(shù)得到的基因連鎖圖ton在azi進(jìn)入F-后2min后才進(jìn)入F-，可以認(rèn)為azi和ton相隔2個單位。

Oazitonlacgal

091118

2553精選課件2.2高頻重組與中斷雜交技術(shù)用不同Hfr菌株進(jìn)行中斷雜交試驗，基因轉(zhuǎn)移的順序，轉(zhuǎn)移起點和轉(zhuǎn)移方向很不相同。大腸桿菌環(huán)狀染色體54精選課件2.3F因子整合到細(xì)菌染色體的過程細(xì)菌染色體

Hfr染色體附加體：可以整合到染色體上成為染色體一局部的質(zhì)粒。55精選課件2.3F因子整合到細(xì)菌染色體的過程F因子：質(zhì)粒的一種。組成局部：轉(zhuǎn)移的原點；形成性傘毛基因群；DNA復(fù)制酶基因；插入序列〔具有極性，決定了插入轉(zhuǎn)移的方向〕56精選課件2.3F因子整合到細(xì)菌染色體的過程供體受體57精選課件2.3F因子整合到細(xì)菌染色體的過程細(xì)菌基因重組特點：單交換導(dǎo)致不平衡局部二倍體線性染色體只有偶數(shù)交換才能產(chǎn)生平衡的重組子相反重組子不出現(xiàn)58精選課件2.3F因子整合到細(xì)菌染色體的過程當(dāng)兩基因轉(zhuǎn)移時間接近2min時，中斷雜交技術(shù)測定基因距離不可靠，需要重組作圖。重組作圖是一種傳統(tǒng)的作圖方法。59精選課件2.3重組作圖〔當(dāng)基因轉(zhuǎn)移時間接近2min時〕HfrF-lac+ade+strslac-ade-strr×完全培養(yǎng)基，添加str，無adeade+strr〔lac需進(jìn)一步確定〕EMB培養(yǎng)基，伊紅美蘭培養(yǎng)基，含乳糖lac-ade+〔基因發(fā)生交換,淺紅色菌落〕lac+ade+〔基因未發(fā)生交換，暗紅色菌落lac和ade基因重組率〔或距離〕（lac+ade+）+（lac-ade+）（lac-ade+）×100%lac+〔乳糖發(fā)酵〕和ade-〔腺嘌呤缺陷型〕基因緊密連鎖當(dāng)含有l(wèi)ac+時，lac+基因表達(dá)產(chǎn)生lac酶，分解乳糖，產(chǎn)酸，菌落為深紫色；否那么為淺紅色60精選課件

2.3重組作圖重組后F-染色體重組后F-染色體61精選課件2.3重組作圖（lac+ade+）+（lac-ade+）（lac-ade+）×100%lac和ade基因重組率〔或距離〕1min相當(dāng)于20%的重組率62精選課件3性導(dǎo)63精選課件3性導(dǎo)利用F'因子進(jìn)行細(xì)菌基因的轉(zhuǎn)移叫做性導(dǎo)。F'：既可以整合到細(xì)菌染色體上，又可以從整合的細(xì)菌染色體隨染色體片段上解離下來的F因子。F'因子組成：F因子+受體染色體片段64精選課件小結(jié)細(xì)菌的遺傳一般指質(zhì)粒在供體與受體之間的轉(zhuǎn)移接合和性導(dǎo)是轉(zhuǎn)移的方式，轉(zhuǎn)化也是接合的一種方式轉(zhuǎn)移的物質(zhì)分為：F因子、性因子、致育因子和F‘因子接合轉(zhuǎn)移的物質(zhì)是F因子，性導(dǎo)轉(zhuǎn)移的物質(zhì)是F‘因子F‘因子=F因子+受體染色體片段65精選課件小結(jié)含有質(zhì)粒的菌株稱為F+菌株，不含有質(zhì)粒的稱為F-菌株；F+菌株的質(zhì)粒易與受體染色體發(fā)成重組的稱為Hfr菌株附加體是指可以整合到染色體上成為染色體一局部的質(zhì)粒F+、F-、Hfr、F'各自關(guān)系66精選課件第三節(jié)噬菌體的遺傳分析烈性噬菌體烈性噬菌體基因重組溶原性噬菌體噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)67精選課件尾管刺突由頭部、頸部、尾部組成68精選課件■噬菌體的特點個體極?。?-200kb，DNA或者RNA，只能借助電鏡才可看見，實驗時一般用肉眼觀察它感染細(xì)菌后所形成的噬菌斑加以識別。專性寄生：在活體外不具任何生命特征，往往一個噬菌體只感染一種細(xì)菌。侵染過程：吸附遺傳物質(zhì)注入復(fù)制裂解細(xì)菌無細(xì)胞結(jié)構(gòu)：化學(xué)組成和繁殖方式簡單。不同結(jié)構(gòu)的噬菌體〔或不同的突變型〕可同時感染一個細(xì)菌，并能在細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行基因重組，即混合感染。69精選課件1烈性噬菌體

定義：當(dāng)噬菌體感染細(xì)菌后，寄主細(xì)胞的DNA立即停止活動，由噬菌體的DNA指導(dǎo)合成噬菌體的DNA和蛋白質(zhì)，產(chǎn)生新的子噬菌體，最后寄主細(xì)菌裂解，釋放出成熟的子噬菌體，這一類噬菌體稱之為烈性噬菌體。通過它對相鄰細(xì)菌連續(xù)不斷地侵染和裂解，在長滿細(xì)菌的不透明的菌落上看到一個圓形的透明區(qū)——噬菌斑。70精選課件噬菌斑描述：大小，透明與不透明，邊緣光滑與清晰。71精選課件1烈性噬菌體烈性噬菌體生活史72精選課件2烈性噬菌體基因重組烈性噬菌體性狀噬菌斑透明程度噬菌斑大小描述半透明透明小大基因h+hr+r73精選課件2烈性噬菌體基因重組E.coliB(親本1)(親本2)兩個噬菌體可以通過感染同一宿主菌實現(xiàn)兩者之間重組。74精選課件2烈性噬菌體基因重組E.coliB(親本1)(親本2)形成噬菌斑統(tǒng)計各種噬菌斑的數(shù)目〔親本、重組型〕計算重組率同時感染1種細(xì)菌75精選課件重組率＝h＋r＋＋hr×100％總噬菌斑數(shù)

2烈性噬菌體基因重組表型推導(dǎo)基因型透明，小hr＋（親本）半透明，大h＋r（親本）半透明，小h＋r＋透明，大hr76精選課件3溫和噬菌體與溶原性細(xì)菌溫和噬菌體兩種增殖周期：溶菌周期和溶原周期1277精選課件3溫和噬菌體和溶原性細(xì)菌定義：溫和噬菌體：感染細(xì)菌后，并不使細(xì)菌出現(xiàn)出現(xiàn)溶菌現(xiàn)象的噬菌體。溶原性：細(xì)菌本