Download - 4.5 细菌的遗传分析和基因定位
4.5 细菌的遗传分析和基因定位细菌作为遗传研究对象的特点 结构简单:属于原核生物,无明显细胞核,染色
体裸露,不与组蛋白结合,不进行减数分裂。 世代周期短: 20 分钟一代 容易获得各种突变型 ① 合成代谢缺陷型 ( 营养缺陷型 ) ② 分解代谢缺陷型 ③ 抗性突变型 易培养,可长期保藏
细菌之间遗传物质的转移方式
转化:细胞从周围介质中吸收裸露的 DNA 。 接合: DNA 从供体菌到受体菌直接转移。 转导:由噬菌体所介导的 DNA 从供体菌到受体菌
的 转移。
4.5.1 细菌的转化和基因定位 转化的类型 ① 自然转化( natural transformation ) 细菌能够自然地吸收 DNA ,如枯草杆菌的转化。 ② 工程转化( engineered transformation ) 通过某种处理使细菌能够摄入外源 DNA ,如大肠杆菌
的转化。 转化效率:约 1 % 转化片段的长度: 20kb
细菌转化过程示意
图
转化在基因定位中的应用 判断两个基因的位置关系① 观察 DNA 浓度降低时 AB 基因共转化频率的下降和 A 、
B 各自转化频率下降的程度: 程度相同表明 ;共转化频率下降的程度远大于各自转
化频率下降的程度,表明 。② 观察转化频率: AB 共转化频率与 A 、 B 各自转化的频率相近,表明 ;
相差很远,表明 。 基因作图:判断基因间的距离
连锁不连锁
连锁不连锁
计算重组值
遗传作图
4.5.2 细菌的接合与基因定位
一、接合现象的发现1946 年,莱德伯格 (Lederberg) 和塔特姆 (Tatum)
A 菌株: met - bio - thi + leu + thr +( thi :硫胺素B1 )
B 菌株: met + bio + thi - leu - thr -
原养型: met + bio + thi + leu + thr +
A 菌株: met - bio - thi + leu + thr +( thi :硫胺素 B1 ) B 菌株: met + bio + thi - leu - thr -
A A+B B
基本培养基 原养型: met + bio + thi + leu + thr +
出现频率: 10 - 7
分析原因 发生了回复突变? 可能是转化的结果。 培养基中含有某些代谢产物,混合后这些产物
互相补充了对方的不足而得以在基本培养基上生长。
结论:重组子的产生需要两个菌株的直接接触,二者之间发生了遗传物质的转移。
Davis(1950)U 型管实验
结论:接合过程是一种单向转移,从供体到受体。
二、遗传物质的转移方向1953年,海斯 (W. Hayes) 的杂交实验
① 菌株 B ( str 处理)+ 菌株 A ↓
无菌落
② 菌株 A ( str 处理)+ 菌株B
↓ 有菌落
三、 F因子1. F 因子:致育因子(性因子) 携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性,用 F +表示。 未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性,用 F -表示。2. F 因子的组成: ① 复制区 ( 含 2 个复制起点 oriT,oriV) ; ②致育基因区; ③配对区(含有 4 个 IS)
3. F 因子的转移:
4. F+×F- 的特点:(1) F因子转移的频率高, 1/10 ,使 F-→F+。 (2) 染色体重组频率低; 10-6 。 (3) F+×F+不发生接合。 因此, F+品系又称为低频重组品系 (low frequency re
combination , Lfr) 。
四、高频重组 (Hfr)1.Hfr 的形成及转移过程 由 F因子和细菌染色体的单交换产生; 转移时带有供体细菌的染色体。
2.Hfr 的特点 : (1) 染色体重组频率高,比 F+×F- 高 1000倍;(2)F因子转移频率低, F-→F+ 很少或没有。
3.Hfr 和 F+ 的联系和区别 联系: 都是雄性菌,含有 F质粒 区别:( 1 )前者高频重组,后者低频重组; ( 2 )前者 F因子转移频率低,后者 F因子转移频率高; ( 3)前者 F因子整合,后者 F因子游离。
五、中断杂交作图 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连
锁图的 技术。
1961 年 Jacob 和 Wollman 供体 HfrH : strs thr + leu +azir tonr lac + gal +
受体 F - : strr thr - leu - azis tons lac - gal -
操作方法: 37℃混合培养 每隔一段时间取样 搅拌器中断杂交 涂布含链霉素的基本筛选培养基 影印培养于含链霉素的几种不同的培养基(选择培养基)上 观察重组子 鉴定各基因的转移时间
HfrH菌株各非选择标记基因进入 F -细菌的时间和频率
以基因出现的时间为标准,作出 E. coli 的遗传连锁图
六、环状连锁图
结论:不同 Hfr 菌株向 F -细胞转移的顺序、起点和方向不同。表明大肠杆菌的染色体是环状的。
七、细菌的重组作图 细菌重组的特点:① 基因重组发生在部分二倍体中;② 只有偶数次交换才能产生平衡的重组子;③ 在选择培养基上只出现一种重组子,而没有
相反的重组子。
例如:根据中断杂交试验已知 lac 和 ade 基因是紧密连锁的,而且 lac 比 ade 先进入受体。
Hfr lac+ade+strs × F- lae-ade-strr
未重组的基因型是 lac+ade+ 重组体的基因型是 lac-ade+
lac-ade 间的距离: lac-ade+
(lac+ade+)+(lac-ade+) ×100
lac-ade+ ade+= ×100
八、 F’因子与性导
F’因子:从 Hfr 染色体上不精确分离产生的含有细菌基因组的 新的 F因子。性导:利用 F’因子将供体细胞的基因导入受体形成部分二倍体 的过程。内基因子和外基因子
4.5.3 细菌的转导与作图
一、噬菌体噬菌体结构组成: 头部:核酸和蛋白质外壳; 颈部:中空的针状结构及
外鞘; 尾部:由基板、尾针和尾丝组成。
类型: ①烈性噬菌体:使宿主发生裂解的噬菌体。 ②温和噬菌体:除偶尔情况外,感染后不裂解细菌的噬菌
体。 温和噬菌体的增殖周期: ①溶菌周期:细菌受到感染后,噬菌体迅速增殖,菌体被
裂解,噬菌体释放。 ②溶源周期:噬菌体感染细菌后,其 DNA整合到细菌染色
体中,随宿主染色体的复制而复制,细菌继续增殖。
原噬菌体:整合到宿主染色体中的噬菌体基因组。 溶源性细菌:带有原噬菌体的细菌。 附加体:噬菌体既可整合在细菌染色体上,又可游离于细胞质中。
Lederberg 和 N. Zinder 的杂交试验 (1952 年 ) 沙门氏菌 LT22: phe- trp- tyr- met+ his+ × LT2: phe+ trp+ tyr+ met- his-
二、细菌染色体的转导作图
结果 :10-5 频率出现野生型菌株
基本培养基
结论:重组通过一种过滤性因子实现。 后来发现这种过滤因子是一种温和噬菌体 P22 。
转导类型:①普遍性转导:通过噬菌体可以转移细菌染色体上
的任何基因,如 P22 , P1 。
② 特异性转导:噬菌体只能转移细菌染色体的特定部分,如噬菌体。
1.普遍性转导的过程
2.普遍性转导作图① 原理: 如果两个基因始终一起转导或同时转导频率较高,那么表明这两个基因是连锁的;
两个基因同时转导的现象称为共转导或并发转导( contransduction );
两基因共转导频率愈高,表明两个基因连锁愈紧密;相反,共转导频率愈低,则表明两个基因距离愈远。
判断细菌基因间的位置关系 以普遍性转导噬菌体 P1 为例,测定大肠杆菌的 leu 、 thr 、
azi三个基因的顺序。 供体 thr+ leu+ azir → 受体 thr- leu- azis ,观察其共转导率。
三个基因间的排列顺序
② 重组值的计算 a+b+供体 → ab 受体
3. 特异性转导 (局限性转导 )(1) 产生机制
(2) 低频转导 (low-frequency transduction, LFT) 由于不正常环化现象发生的频率较低,在释放出的 106个噬
菌体中只有 1 个 gal +转导噬菌体感染受体,因此转导的频率很低,称为低频转导。
λdgal→ gal -受体
①稳定转导子
② 不稳定:整合—切离
(3)高频转导 (high frequency trasduction , HFT)
由于产生 λ/λdgal双重溶源菌,使溶菌物中既含有大量的 λdgal ,又包含正常的 λ 噬菌体,正常的 λ起了辅助缺陷型噬菌体成熟的作用,所以称为辅助噬菌体,从而导致高频转导。
4.6 噬菌体的重组作图一、常用的表型特征①宿主范围 (host range) 野生型 h + :能感染 E.coliB,不能感染 E.coli B/2,噬菌斑半透明; 突变型 h:二者均可感染,噬菌斑透明。②嗜菌斑形态 (plaque morphology) 野生型 r + :形成小菌斑 (1mm左右 ) ,边缘模糊; 突变型 r :形成大菌斑 (2mm左右 ) ,边缘清晰。③温度敏感
用 h + r 和 hr +共感染 E.coliB
噬菌体染色体在宿主细胞内复制
噬菌体染色体间发生重组
噬菌体组装、细菌裂解、子噬菌体释放
噬菌体遗传重组原理示意
图
二、噬菌体的遗传重组与作图
接种在 E.coliB/B2混合培养物上
h+r++h r重组值=
总噬菌斑数× 100%
三基因之间的距离
可能的排列顺序
再作杂交: rbrc+ × rc+rb
结果表明: rc-rb 的重组值 >rb-h所以 h位于 rb及 rc 之间,排列顺序为 rb-h-rcT2 噬菌体的连锁图是 环状的,所以 2 , 3 排列都对。
噬菌体的遗传图与 DNA
遗传图: 环形 DNA :线性末端冗余:染色体双链 DNA 分子的两端带
有相同的碱基。头部满装机制