第七章細菌的遺傳分析

第七章細菌的遺傳分析第1頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月細菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性

世代周期短T7phage20—30min

E.Coli20min

群體大一支試管數(shù)以百萬計

遺傳物質(zhì)簡單一條裸露的核酸

單倍體不存在顯隱關系第2頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)細菌的細胞和基因組

1

2μm×0.5μmDNA長約1100μm分子量約2.6×109第3頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第4頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月細胞結構

細胞膜擬核細胞質(zhì)（核糖體）細胞壁（鞭毛傘毛莢膜芽胞）與真核細胞的差異

缺乏線粒體、葉綠體，無核膜；染色體

裸露的共價閉合環(huán)狀雙鏈DNA分子附加體

小型環(huán)狀DNA(質(zhì)粒)游離或整合狀態(tài)第5頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月細菌遺傳的實驗研究方法(一)細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度)(二)建立純系的方法(三)選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型(四)突變型與重組型的批量篩選方法第7頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月(一)細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度)培養(yǎng)物中微生物計數(shù)方法是微生物學的基本實驗技術，其基本思路是：對原培養(yǎng)物進行連續(xù)稀釋；進行平板涂抹培養(yǎng)；由于每個細胞形成一個菌落，計數(shù)菌落數(shù)；根據(jù)稀釋倍數(shù)計算原培養(yǎng)物中的細胞濃度。第8頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月(二)建立純系的方法——純培養(yǎng)挑取由單個細胞繁殖而來的菌落進行培養(yǎng)就可以獲得由一個細胞繁殖而來的純系。通常采用平板表面涂布法或劃線法可以獲得單菌落。這種方法獲得的純系，稱為“菌種純”。有時采用顯微操縱器進行菌絲尖端切割等方法從單個細胞直接培養(yǎng)建立純系。采用這種方法獲得的純系稱為“菌株純”。第9頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月(三)選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型許多細菌的突變都與培養(yǎng)基營養(yǎng)成分及培養(yǎng)條件有關。營養(yǎng)缺陷型的篩選、鑒定：選擇培養(yǎng)法是根據(jù)菌株在基本培養(yǎng)基和營養(yǎng)培養(yǎng)基上的生長表現(xiàn)將菌株分為原養(yǎng)型(也稱為原生營養(yǎng)型)和營養(yǎng)缺陷型(在基本培養(yǎng)基上不能正常生長，只能在相應的營養(yǎng)培養(yǎng)基上生長)。其它突變類型的篩選、鑒定：對于其它的突變類型(如溫度敏感型)，也可以通過培養(yǎng)條件的選擇培養(yǎng)來篩選與鑒定。第10頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月(四)突變型與重組型的批量篩選方法為高效檢測、分離混和群體中不同突變型，黎德伯格夫婦設計了影印培養(yǎng)法。該方法原理與選擇培養(yǎng)法一致，但是采用影印法將在完全培養(yǎng)基上單菌落同時接種到不同選擇培養(yǎng)基上同時對所有菌落進行選擇培養(yǎng)，鑒定效率大大提高。第11頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月影印培養(yǎng)法把長有許多菌落的母種培養(yǎng)皿倒置于包有滅菌絲絨布的木質(zhì)圓柱印章上，使其沾上來自平板上的菌落。然后可把這一“印章”上的菌落一一接種到不同的選擇性培養(yǎng)基平板上。待這些平板培養(yǎng)后，對各平板相同位置上的菌落作對比后，就可選出適當?shù)耐蛔冃途?。?2頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月影印培養(yǎng)法MM-原養(yǎng)型MM+lay賴氨酸缺陷型MM+leu亮氨酸缺陷型MM+arg精氨酸缺陷型第13頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月注意：(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；(2)必須采用適當?shù)姆椒ㄈ缤坎蓟騽澗€法，以使培養(yǎng)物菌落之間要分開。第14頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月接合轉化第二節(jié)

細菌的染色體作圖性導轉導第15頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)

1946年J.Leaderberg和E.Tatum

E.ColiK-12菌株Amet-bio-thr+leu+thi+菌株Bmet+bio+thr-leu-thi-一.接合第16頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月單基因突變率10–6回復突變10-12or10-18如何產(chǎn)生？第17頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月原養(yǎng)型的出現(xiàn)以A、B菌株直接接觸為前提隔離培養(yǎng)后不出現(xiàn)原養(yǎng)型第18頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2.F因子及其轉移1952年，W.HayesA菌株B菌株鏈霉素AB混合培養(yǎng)，原養(yǎng)型重組體鏈霉素BA混合培養(yǎng)，×細菌接合中遺傳物質(zhì)轉移單向過程（即從A→B株）細菌分為兩個類群（兩種接合型)供體（或雄菌株）受體（或雌菌株）第19頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2.F因子及其轉移

致育因子（或F性因子，也叫F質(zhì)粒）染色體外的一個共價環(huán)狀DNA分子（94.5kb細菌DNA的2%1/3基因與接合有關)

接合：原核生物中，遺傳物質(zhì)從供體（“雄性”）轉移到受體（“雌性”）的過程。第20頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2.F因子及其轉移第21頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月?lián)﨔因子有無以及存在狀態(tài)E.Coli有三種類型：

F﹣

不含有F因子

F+含有一個自主狀態(tài)的F因子

Hfr

(高頻重組菌株）含有一個整合到染色體上的F因子第22頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月F+×F﹣→F+F性傘毛誘導traYz基因表達，產(chǎn)生核酸內(nèi)切酶第23頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Hfr×F﹣→多數(shù)為F﹣第24頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月有4個大腸桿菌菌株1、2、3和4的基因型均為a＋b－,另外4個菌株5、6、7和8的基因型為a－b＋,將兩種不同基因型的菌株充分混合后進行平板培養(yǎng)，以確定a＋b＋重組子的頻率。在以下結果中，M表示許多重組子，L表示少量重組子，O表示無重組子，請根據(jù)下述結果，指出每一菌株的性別類型（Hfr、F＋還是F-）第25頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月1234OMMOOMMOLOOM8OLLO1×7,2×8,3×8→L1、2、3、7、8不是Hfr2×5,2×6,3×5,3×6,4×7→M5、6、4是Hfr,2、3、7是F－1×5,1×6,1×8,2×7,3×7,4×8→O1是F+

8是F+

F+F－F－HfrHfrHfrF－F+第26頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月3.中斷雜交試驗及染色體作圖1957年E.Wollman和E.Jacob設計Hfr菌株strsazirtonArgal+lac+F﹣菌株strrazistonAsgal﹣lac﹣鏈霉素疊氮化物T1噬菌體半乳糖發(fā)酵乳糖發(fā)酵第27頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月步驟:供體受體混合培養(yǎng)↓隔時取樣↓稀釋攪拌，中斷雜交↓在含鏈霉素的完全培養(yǎng)基上選重組子↓鑒定重組體基因型↓記錄重組體頻率及首次出現(xiàn)的時間↓分析作圖

Hfr菌株strsazirtonArgal+lac+F﹣菌株strrazistonAsgal﹣lac﹣第28頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Lacgaltonazi第30頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Hfr基因轉移順序HfrH123AB3120ThrProlacpurgalhisglythi0ThrThiglyhisgalpurlacpro0ProThrthiglyhisgalpurlac0PurLacprothrthiglyhisgal0ThiThrprolacpurgalhisgly用中斷雜交法確定的幾個Hfr菌株的基因順序轉移的基因鄰里關系不變第31頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Hfr基因轉移順序HfrH123AB3120ThrProlacpurgalhisglythi0ThrThiglyhisgalpurlacpro0ProThrthiglyhisgalpurlac0ProLacprothrthiglyhisgal0ThiThrprolacpurgalhisgly第32頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月有4個大腸桿菌的Hfr菌株按以下順序轉移其標記基因：菌株基因轉移順序MZXWCLANCWALBRUZMURB上述所有Hfr菌株都衍生于同一F+菌株，這些基因在原始菌株的環(huán)狀染色體上排列順序如何？MZXWCNALBRU第33頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月?lián)﨔因子有無以及存在狀態(tài)E.Coli有三種類型：

F﹣

不含有F因子

F+含有一個自主狀態(tài)的F因子

Hfr

(高頻重組菌株）含有一個整合到染色體上的F因子第34頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月接合時：⑴Hfr菌株的基因是按一定的線性順序依次進入F﹣菌株的。⑵基因位點離原點越近，進入F﹣越早，重組機會越多；反之越晚。⑶F因子插入的位置不同，使不同的Hfr菌株有自己穩(wěn)定的轉移起點和次序。第35頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月從A到E為源于同一大腸桿菌F＋菌株的5個Hfr株，括號內(nèi)的數(shù)字示中斷雜交試驗的5個基因進入F－受體菌所需的時間：ABCDE

mal(1)ade(13)pro(3)pro(10)his(7)

str(11)his(28)met(29)gal(16)gal(17)

ser(16)gal(38)xyl(32)his(26)pro(23)ade(36)pro(44)mal(37)ade(41)met(49)

his(51)met(70)str(47)ser(61)xyl(52)⑴繪出F＋菌株的遺傳圖，表明所有基因的位置，并以分鐘表示基因的相對距離。⑵指出F因子在每一Hfr菌株中插入位點和方向。⑶在這些Hfr菌株中，你認為選擇那一個基因可以最高的頻率獲得Hfr接合后體？第36頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月ABCDEmal(1)ade(13)pro(3)pro(10)his(7)

str(11)his(28)met(29)gal(16)gal(17)

ser(16)gal(38)xyl(32)his(26)pro(23)ade(36)pro(44)mal(37)ade(41)met(49)

his(51)met(70)str(47)ser(61)xyl(52)mal

str

serade

hisgalprometxyl10520151062635ABDCE第37頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月4.細菌重組與E.Coli染色體作圖轉移后標記基因間的重組第38頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月原核生物的遺傳交換發(fā)生在一個部分二倍體中(完全的基因組和一個不完全的基因組)特點：⑴單交換產(chǎn)生一個不完全二倍體線型染色體，不能存活。⑵偶數(shù)交換產(chǎn)生一個環(huán)狀染色體（存活的重組子），外加一個線型斷片。⑶產(chǎn)生一個重組體，并且是單倍體。第39頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月交換與重組舉例第40頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月Hfr染色體受體染色體ade+lac+ade﹣lac﹣Hfr染色體受體染色體ade+lac+ade﹣lac﹣ade+lac+兩基因間無重組ade+lac﹣

兩基因間有重組RF==ade+lac﹣(ade+lac+)+(ade+lac﹣)ade+lac﹣ade+重組作圖第41頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第42頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第43頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第44頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月二.性導F′因子:整合到E.Coli染色體上的F因子環(huán)出時偶爾不夠準確，攜帶了E.Coli的一些基因，這種F因子稱為F′因子。性導：接合時由F′因子所攜帶的外源DNA整合到細菌染色體上的過程。第45頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月F′lacF′lactsx可攜帶一個至多個基因，甚至半條染色體。第46頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月比較F′、F+和Hfr可知F′因子的特點：⑴是細胞質(zhì)因子，可攜帶1至多個緊密連鎖的基因。⑵高頻率轉移它的基因(如同F(xiàn)因子)。⑶有極高的自然整合率，且整合到細菌染色體一定的座位上。Hfr2←pro+—leu+—gal+—lac+—F×F﹣lac-strrF′lac+

strs×F﹣lac-strrlac+頻率低lac+頻率高第47頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月F′因子的主要用途⑴構建部分二倍體菌株，用于研究基因的相互作用。顯隱性、等位性（互補測驗）⑵利用并發(fā)性導建立遺傳圖。

并發(fā)性導頻率越高，連鎖越緊密連鎖基因片段通過重組作圖第48頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月F+×F﹣→Hfr×F﹣→多數(shù)為F﹣F+F′

×F﹣→F′第49頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月三.轉化轉化的發(fā)現(xiàn)1928年，F(xiàn).Griffith肺炎雙球菌

第50頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月轉化的發(fā)現(xiàn)1928年，F(xiàn).Griffith肺炎雙球菌1944年，O.T.Avery證實轉化因子是DNA細菌轉化：一個細菌品系由于吸收了從另一細菌品系分離得來的DNA而發(fā)生遺傳性狀的改變的現(xiàn)象。第51頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月轉化的條件：⑴感受態(tài)的受體細胞⑵轉化因子DNA的大小、形態(tài)和濃度⑶受體和供體染色體的同源性第52頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月轉化過程轉化因子的吸附↓單鏈DNA的吸收↓聯(lián)會與整合第53頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月第54頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月F＝×100％＝58.8%196+328196+328+367轉化在遺傳分析中的應用獨立片段連鎖片段合轉化頻率越高連鎖越緊密第55頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月供體菌株trp+his+tyr+受體菌株trp-his-tyr-基因轉化子類別trp+---+++his++-+--+tyr+++--+-11940366068541826001071180基因間的重組親本型（++）重組型（+-和-+）重組值（重組數(shù)/總數(shù)）trp-his11940+1180=131202600+107+3660+4186785/19905=0.34trp-tyr11940+107=120472600+1180+3660+6858125/20172=0.40his-tyr11940+3660=15600418+1180+685+1072390/17990=0.13133440trphistyr第56頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月利用對4種藥物A、B、C、D具有抗性的一個供體菌株的DNA轉化對這4種藥物敏感的受體細胞，經(jīng)初步培養(yǎng)后再將該細胞群涂布到含有各種藥物組合的培養(yǎng)基上，結果如下：加入的藥物菌落數(shù)加入的藥物菌落數(shù)加入的藥物菌落數(shù)無10000AB46ABC30A1156AC640ABD42B1148AD942ACD630C1161BC51BCD36D1139BD49ABCD30CD786⑴4個基因中有3個基因似乎是緊密連鎖的，另一基因距三者相當遠，這是哪一個基因？⑵三個緊密連鎖基因的排列順序如何？BADC或CDA第57頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月四.轉導以噬菌體為媒介所進行的細菌遺傳物質(zhì)重組的過程。轉導現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1952年ZinderN.和LederbergJ.鼠傷寒沙門氏菌LA2phe+trp-met+×LA22phe﹣trp+met﹣↓混合培養(yǎng)原養(yǎng)型菌落10﹣5（不可能是回復突變）？轉化還是接合第58頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月⑴FA(過濾性因子)不因DNA酶而失活，說明是非裸露DNA⑵FA與從溶源性細菌分離得到的噬菌體P22質(zhì)量大小相同⑶對P22的血清敏感，加熱失活⑷抗噬菌體P22的沙門菌菌株對FA也表現(xiàn)抗性FA是噬菌體P22出現(xiàn)原養(yǎng)型菌落表明不是接合第59頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2.普遍性轉導（一般性轉導）第60頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2.普遍性轉導（一般性轉導）細菌染色體組中被轉導的基因是隨機的，轉導的DNA片段大小約為一個噬菌體基因組的大小。第61頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月2.普遍性轉導（一般性轉導）

普遍性轉導頻率很低，一般只有0.3%左右的噬菌體是轉導噬菌體。如沙門氏菌染色體有2000-3000個基因，噬菌體基因組大小20-30個基因，相當于沙門氏菌染色體的1%。因此任一對基因的轉導頻率為1%×0.3%=3×10-5

。攜帶不同基因兩病毒顆粒同時感染同一細菌細胞的頻率為10-5×10-5。所以如果兩個基因同時轉導頻率較高，說明兩個基因連鎖。第62頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月兩個基因距離越近，并發(fā)轉導的可能性越大并發(fā)轉導頻率X=(1﹣d/L)3

d—兩基因的距離（Kb)L—最大可包裹DNA長度(Kb)2.普遍性轉導（一般性轉導）第63頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月在大腸桿菌中，thr和leu兩個基因在細菌基因組中相距約為2%，試問這兩個基因能否用P1噬菌體進行并發(fā)轉導？為什么？如果能，其頻率如何？P1噬菌體可包裹2.4%E.Coli基因組，能包裹此兩個基因X=(1－—)3=0.46%22.4第64頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月普遍性轉導與作圖

利用合轉導頻率測定基因的連鎖關系:供體leu+thr+azis→受體leu﹣thr﹣azir實驗選擇基因未選擇基因結論1leu+50％azir，2％thr+leuazi較近

2thr+3％leu+，0％azirthrleu相鄰

3leu+thr+0％azirazi在邊上azithrleu第65頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月在以P1噬菌體進行的普遍性轉導系統(tǒng)中，供體菌株的基因型為pur＋nad＋pdx－,受體菌為pur－nad－pdx＋。轉導后，首先選擇供體等位基因pur＋，然后針對其他等位基因對其中50個pur＋轉導子進行篩選，結果如下基因型菌落數(shù)nad＋pdx＋

3nad＋pdx－10nad－pdx＋24nad－pdx－13⑴pur和nad基因的并發(fā)轉導頻率是多少？⑵pur和pdx的并發(fā)頻率是多少？⑶在其他兩個座位中哪一個距離pur最近？（3+10）/50=26%（10+13）/50=46%pdx第66頁，課件共75頁，創(chuàng)作于2023年2月大腸桿菌供體trpA+supC+pyrF+受體trpA-supC-pyrF-P1噬菌體作為載體進行轉導，supC+

為選擇標記，得到轉導子類型和數(shù)目如下：（1）

supC+