細(xì)菌和噬菌體重組和連鎖

1、細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖第一張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月基本知識(shí)細(xì)菌是單細(xì)胞，它的遺傳物質(zhì)是一個(gè)大型的環(huán)狀核酸分子，稱之為基因帶，也可稱為染色體。若細(xì)菌喪失產(chǎn)生某種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（如氨基酸）的能力就稱為營(yíng)養(yǎng)缺陷型，相對(duì)于缺陷型的野生菌株叫原養(yǎng)型。病毒的結(jié)構(gòu)是由蛋白質(zhì)外殼和包裹在中間的一個(gè)單一的核酸分子（可稱基因帶或染色體）組成。第二張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月例如：細(xì)菌的基因組One circular chromosome (4-5Mb)第三張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 原養(yǎng)型及營(yíng)養(yǎng)缺陷型鑒別: 基因型的表示：用它們不能合成的物質(zhì)的前三個(gè)字母第四張，PPT共

2、五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7.1 細(xì)菌的遺傳分析細(xì)菌的雜交 以大腸桿菌為例，大腸桿菌K12中兩個(gè)菌株A和B，菌株A是供體，含有F因子（F質(zhì)粒），記作F+，菌株B是受體，沒(méi)有F因子，記作F-。F因子又稱性因子或致育因子，它是能獨(dú)立增殖的環(huán)狀DNA分子。 F+細(xì)菌的表面有稱作性傘毛的細(xì)長(zhǎng)纖毛。當(dāng)F+細(xì)菌與F-細(xì)菌結(jié)合時(shí)，F(xiàn)因子通過(guò)性傘毛從F+細(xì)菌轉(zhuǎn)移到F-細(xì)菌，原來(lái)的細(xì)菌還仍為F+。不過(guò)染色體很少通過(guò)結(jié)合而轉(zhuǎn)移到F-細(xì)菌，所以染色體上的基因的重組頻率很低。第五張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)菌接合雜交實(shí)驗(yàn)Lederberg 和 Tatum 1946ABABAB回復(fù)突變or重組？第六

3、張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)菌接合雜交實(shí)驗(yàn)Lederberg 和 Tatum 1946AB CD AB CDABCD第七張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 A品系：met bio thi leu thr（thi：硫胺素B1） B品系：met bio thi leu thr A A+B B 基本培 養(yǎng)基 met bio thi leu thr出現(xiàn)頻率:1/107第八張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)菌接合（示：雜交實(shí)驗(yàn)）達(dá)爾夫Davis U型管實(shí)驗(yàn)第九張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)菌接合遺傳物質(zhì)的單方向轉(zhuǎn)移Hayes實(shí)驗(yàn)A: met- thr+ l

4、eu+ thi+B: met+ thr- leu- thi-Donor： AReceptor：B 大劑量鏈霉素 A品系 無(wú)影響 大劑量鏈霉素 B品系 阻止了重組第十張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月F 因子（F 質(zhì)粒）第十一張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月F 質(zhì)粒與細(xì)菌接合第十二張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月F因子特點(diǎn)F細(xì)菌可以把F因子傳給后代。F細(xì)菌經(jīng)吖啶橙處理F因子丟失，丟失后不再出現(xiàn)。F可以和F雜交，而不能和F雜交。F和F雜交后代皆為F，而且可以以107頻率獲得重組體后代。第十三張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Hfr菌株 因?yàn)镕因子和細(xì)菌的DNA分

5、子都是環(huán)狀的，在環(huán)狀的細(xì)菌染色體和環(huán)狀的F因子間通過(guò)一個(gè)交換，環(huán)狀F因子就整合到環(huán)狀的細(xì)菌染色體上。 F因子整合到細(xì)菌染色體上的菌株就是高頻重組菌株，稱為Hfr菌株。高頻重組菌株（Hfr菌株）跟菌株B（F-）雜交時(shí)，細(xì)菌染色體上基因的重組頻率很高，即出現(xiàn)重組子的頻率很高。第十四張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月High frequence recombination（圖示 F因子整合到細(xì)菌染色體的過(guò)程）第十五張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Hfr與F-的接合（示：細(xì)菌的交換過(guò)程）第十六張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Hfr品系與F菌株的區(qū)別相同1、都能和F雜交。2、

6、雜交都要通過(guò)接合管和受體菌相聯(lián)接。3、高劑量鏈霉素處理后都不影響雜交，說(shuō)明它們都是作為一種供體。不同1、產(chǎn)生重組子頻率不同，HfrF為104，F(xiàn)F為107。2、 FF后代F， HfrF后代F。3、 F細(xì)菌經(jīng)吖啶橙處理變成F，Hfr經(jīng)吖啶橙處理仍為Hfr。第十七張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月中斷雜交技術(shù)：把Hfr細(xì)菌與F-細(xì)菌混合培養(yǎng)，每隔一定時(shí)間取樣，將試樣攪拌并稀釋后在選擇培養(yǎng)基上培養(yǎng)，使其只有重組子類(lèi)型可以生長(zhǎng)，分析Hfr染色體上基因進(jìn)入受體細(xì)胞（F-細(xì)菌）的順序各所需時(shí)間（分鐘），這種根據(jù)供體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的順序和時(shí)間繪制連鎖圖的技術(shù)，稱為中斷雜交技術(shù)。第十八張，PPT共五

7、十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月中斷雜交實(shí)驗(yàn)巴斯德實(shí)驗(yàn)室，Elie Wolliman和Francois Jacob第十九張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（1）.Wollman和Jacob的實(shí)驗(yàn)要解決的問(wèn)題是：Hfr細(xì)菌在交配中，什么時(shí)候把基因轉(zhuǎn)移給F細(xì)菌。方法：把兩個(gè)菌株混在一起，進(jìn)行雜交將二菌株在培養(yǎng)液中通氣培養(yǎng)，Hfr細(xì)菌與F細(xì)菌開(kāi)始接觸，形成接合管。每隔一定時(shí)間取樣攪拌，斷開(kāi)結(jié)合管，使配對(duì)的細(xì)菌分開(kāi)。然后稀釋菌液，防止再度配對(duì)。將上述菌液涂布在含有鏈霉素，但不含有蘇氨酸和亮氨酸的培養(yǎng)基上。這樣，帶thr+和leu+的Hfr菌株對(duì)鏈霉素敏感；而帶有strr的F菌不能合成蘇氨酸和亮氨酸

8、，都不能生長(zhǎng)。只有帶thr+和leu+的Hfr菌和帶有strr的F菌的重組子可以生長(zhǎng)。第二十張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月把中斷雜交的細(xì)菌放在完全培養(yǎng)基上培養(yǎng)，顯然供體、受體菌都能生長(zhǎng)。影響檢測(cè)。我們只需要把發(fā)生重組的重組子檢出。這就必須有一個(gè)可供選擇用的供體標(biāo)記基因。這樣可以認(rèn)出重組子，如在基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)選擇thr+leu+重組子。這時(shí)thr+leu+為標(biāo)記基因，可排除受體菌株，但供體菌還能繼續(xù)存在。為了不選擇供體細(xì)胞本身，供體細(xì)菌也應(yīng)該帶有一個(gè)特殊的標(biāo)記，能使自己不被選擇。例如供體菌對(duì)鏈霉素敏感，這樣當(dāng)結(jié)合體在含有鏈霉素的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)時(shí)，供體菌株就被殺死了。 如何檢出某一基因

9、的重組子?第二十一張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月把中斷雜交的細(xì)菌稀釋接種到含有鏈霉素的基本培養(yǎng)基上，如能形成菌落，它的基因型必定是thr+leu+strr。因?yàn)橹挥羞@種重組子才能生長(zhǎng)。并說(shuō)明供體thr+和leu+已進(jìn)入受體并發(fā)生重組。我們稱在供體菌中被選擇的基因thr+和leu+為選擇標(biāo)記基因，而始終不被選擇的strs為反選擇標(biāo)記基因，而那些還沒(méi)有進(jìn)行選擇檢定的基因?yàn)榉沁x擇標(biāo)記。 第二十二張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月對(duì)每一時(shí)刻的重組 thr+leu+strr的菌落影印培養(yǎng)接種到不同的培養(yǎng)基上（如乳糖lae+ 伊紅+美蘭紅色，反之則是粉紅色的。記錄重組子中每一非選擇標(biāo)記

10、出現(xiàn)的時(shí)間、出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時(shí)間，得圖（Hfr的非選擇標(biāo)記基因進(jìn)入F-所需的時(shí)間，以及根據(jù)非選擇標(biāo)記在各個(gè)時(shí)間出現(xiàn)的頻率作圖）。在發(fā)生重組的菌落中，如何檢別非選擇標(biāo)記基因第二十三張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月各培養(yǎng)基分別具有不同的營(yíng)養(yǎng)缺陷或某種抑制性物質(zhì)存在。Wollman和Jacob對(duì)重組子thr+leu+strr進(jìn)行菌落影印培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。分析Hfr染色體上其它非選擇性標(biāo)記基因進(jìn)入F細(xì)菌的順序和所需時(shí)間（分鐘），繪制連鎖圖。第二十四張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（2）. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析9第二十五張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二十六張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于

11、2022年6月從Hfr菌株某基因在F細(xì)菌中出現(xiàn)開(kāi)始，隨著時(shí)間的推移，具有該基因的菌落逐漸增加，直到某一百分?jǐn)?shù)為止。而且某一基因出現(xiàn)的時(shí)間愈早，它達(dá)到的頻率愈高。 如疊氮化鈉抗性基因出現(xiàn)最早，在24分鐘時(shí)就達(dá)到大約90的F-菌落；半乳糖發(fā)酵基因出現(xiàn)最遲，即使在混和后60分鐘也只有30的菌落屬于能利用型。第二十七張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（3）.結(jié)論染色體從一端開(kāi)始，（這一端稱為原點(diǎn)（origin）或O），以線性方式進(jìn)入F-細(xì)胞中?；螂x原點(diǎn)越遠(yuǎn)，進(jìn)入F細(xì)胞越遲。離開(kāi)原點(diǎn)較遠(yuǎn)的基因，可能在轉(zhuǎn)移過(guò)程停止以前，仍未轉(zhuǎn)移，因而斜率較低，達(dá)到的最高值也較小。如果讓Hfr F雜交繼續(xù)進(jìn)行，長(zhǎng)

12、達(dá)二小時(shí)，然后使之中斷，這樣發(fā)現(xiàn)某些F受體轉(zhuǎn)變?yōu)镠fr。致育因子是最后轉(zhuǎn)移到受體的，并使它們成為供體其效率很低，是因?yàn)橹掠蜃邮蔷€性染色體最后一個(gè)單位，它最晚進(jìn)入F細(xì)胞。第二十八張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（4）. 作圖 Wollman和Jacob認(rèn)為，根據(jù)中斷雜交技術(shù)，用雜交后Hfr基因最初在受體細(xì)菌中出現(xiàn)的時(shí)間作為指標(biāo)，可以作連鎖圖。遺傳距離用時(shí)間（分鐘）為單位，譬如，ton在azi開(kāi)始進(jìn)入F細(xì)胞后2分鐘進(jìn)入，那么azi和ton間的遺傳距離為2單位，其它依此類(lèi)推。第二十九張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)菌的交換過(guò)程 重組子(即重組類(lèi)型)的產(chǎn)生是由于不同的DNA分子

13、之間發(fā)生交換的結(jié)果。細(xì)菌重組子的產(chǎn)生是由于細(xì)菌染色體（F-染色體）與供體DNA分子（部分Hfr染色體）之間發(fā)生交換的結(jié)果。但發(fā)生單交換是沒(méi)有用的，只有發(fā)生偶數(shù)的交換才能產(chǎn)生有活性的重組子。 根據(jù)重組子頻率來(lái)確定兩基因之間的距離并繪制出連鎖圖，這種根據(jù)重組頻率作圖的方法稱之為重組作圖。第三十張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月ABbabaABABbaABba+ABba部分二倍體圖示：細(xì)菌基因的交換第三十一張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Hfr lac+ade+(strs) F- lac-ade-(strr)完全培養(yǎng)基混合培養(yǎng)基本培養(yǎng)基（F-ade+ 菌落）（無(wú)腺嘌呤、加鏈霉素)E

14、MB培養(yǎng)基（影印培養(yǎng)）F-ade+lac-基因間發(fā)生交換F-ade+lac+基因間未發(fā)生交換加乳糖實(shí)驗(yàn)方法： 將重組子菌落影印培養(yǎng)在加有曙紅和美藍(lán)的培養(yǎng)基上：以檢驗(yàn)?zāi)芊窭萌樘恰Ｈ缒馨l(fā)酵乳糖（lac+），菌落是紫紅色的。如不能利用（lac-），菌落是粉紅色的。試驗(yàn)結(jié)果：親組合 52 重組合 15第三十二張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月計(jì)算重組頻率： 重組菌落數(shù)/總菌落數(shù)100 % =(lac- ade+)/(lac+ ade+ )+(lac- ade+) 100% = 15/(52+15) 100% 20% 已知中斷雜交實(shí)驗(yàn)該兩個(gè)基因相距1分鐘, 重組作圖與中斷雜交作圖的圖距關(guān)系:

15、1分鐘圖距 20% 重組值前面提到，時(shí)間單位接近2分鐘時(shí)，測(cè)得的基因間的距離，不太可靠，故應(yīng)采用比較穩(wěn)定的重組作圖法。 Ecoli染色體全長(zhǎng)：90分鐘；含有：3.6X106bp 20 90 1800 cM第三十三張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月三點(diǎn)測(cè)交繪制基因圖譜第三十四張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月F 因子（ F 質(zhì)粒）是帶有部分細(xì)菌染色體的F因子。Hfr通過(guò)交換，可以形成帶有部分細(xì)菌染色體的F 因子，而F 因子又可通過(guò)交換整合到細(xì)菌染色體上的原來(lái)位置，回復(fù)到以前的Hfr狀態(tài)。F 因子連同它所帶有的部分細(xì)菌染色體可一起轉(zhuǎn)移到F-細(xì)胞，并形成部分二倍體。這一特性叫做性導(dǎo)。

16、F 因子轉(zhuǎn)移到F-細(xì)胞的轉(zhuǎn)移速率近于F因子。但它把細(xì)菌染色體轉(zhuǎn)移過(guò)去的效率比Hfr低得多。不過(guò)Hfr的致育因子（F因子）極少進(jìn)入F-細(xì)胞。第三十五張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月F 質(zhì)粒第三十六張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月F 和F因子F 品系轉(zhuǎn)變成Hfr品系的頻率要高于F品系。F 變成Hfr時(shí)F 因子整合到相同位點(diǎn)上，而F變成Hfr時(shí)可整合到不同位點(diǎn)。F F 高頻傳遞特定的基因，形成部分二倍體，而FF產(chǎn)生F但不轉(zhuǎn)移任何基因，或以107將宿主的基因轉(zhuǎn)移，所轉(zhuǎn)移的基因是不同的。 Hfr F將宿主的基因按順序轉(zhuǎn)入受體，產(chǎn)生重組子頻率較高，為10。但受體仍為F（？）。第三十七張

17、，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月性別細(xì)菌狀態(tài)F因子狀態(tài)F-無(wú)F因子F+F因子為游離狀態(tài)HfrF因子整合到宿主染色體上F帶有部分宿主染色體的F因子，為游離狀態(tài)小結(jié)：1、細(xì)菌細(xì)胞的兩種性別、四種狀態(tài)：第三十八張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 F+F-丟失雜交 F+Hfr整合到E.coli 染色體規(guī)則脫離E.coli 染色體 FHfr 回復(fù)到Hfr 染色體不規(guī)則脫離E.coli 染色體2、F+、 F-、Hfr、F的關(guān)系轉(zhuǎn)變關(guān)系第三十九張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月F+F- 低頻重組HfrF- 高頻重組FF- 一般為低頻重組，但對(duì)所攜 帶的基因是高頻重組。重組頻率區(qū)別第四

18、十張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月F，Hfr，F(xiàn)的接合對(duì)照第四十一張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 利用Hfr菌株，根據(jù)中斷雜交試驗(yàn)和基因重組試驗(yàn)及其它基因定位試驗(yàn)的結(jié)果，已繪制出的E.coli K12的環(huán)狀染色體圖。第四十二張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月7.2 噬菌體的遺傳分析烈性噬菌體：噬菌體侵染細(xì)菌后，把宿主菌的生物合成裝置接收過(guò)來(lái)，合成更多的噬菌體，最后使細(xì)菌細(xì)胞烈解并釋放出很多子代噬菌體。這種使宿主菌烈解的噬菌體叫烈性噬菌體。如T2噬菌體。溫和噬菌體：噬菌體侵染細(xì)菌后，細(xì)菌好象未被感染一樣能繼續(xù)增殖。如不經(jīng)誘導(dǎo)宿主菌不發(fā)生烈解，這種噬菌體叫溫和噬菌體。

19、這種現(xiàn)象叫溶源性，這樣的細(xì)菌叫溶源性細(xì)菌或溶源菌。如P22、P1和噬菌體。 第四十三張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月噬菌體的繁殖第四十四張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月噬菌斑的鑒定（噬菌體遺傳特性的鑒定） 一個(gè)噬菌斑中的噬菌體在遺傳上是均一的，相當(dāng)于一個(gè)克隆。由于噬菌體的基因型不同，噬菌斑可以是大的或小的，邊緣清晰的或模糊的；另外噬菌體的宿主范圍（host range）也可能不同，有些噬菌體可以侵染和裂解某些細(xì)菌但不能侵染和裂解另外一些細(xì)菌，根據(jù)這些就可以鑒定噬菌體遺傳特性。第四十五張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月T2突變型的兩點(diǎn)測(cè)交T2突變型r-：快速溶菌，大界限分明噬菌斑野生型r+：緩慢溶菌，小溶菌斑寄主范圍突變型h-：能感染E. Coil品系1、品系2。感染E. Coil品系1、品系2共培養(yǎng)，透明噬菌斑野生型h+：只能感染E. Coil品系1。感染E. Coil品系1、品系2共培養(yǎng)，半透明噬菌斑 第四十六張，PPT共五十四頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月T2突變型的兩點(diǎn)測(cè)交重組值(h+ r+)+(h- r-)/噬菌斑總數(shù)100 h+ r-h- r+感染品系1子代檢測(cè)重組感染品系1、2r-：大界限分明，r+：??；h-：透明，h+：半透明第四十七