5第五章 细菌的遗传分析.doc

《5第五章 细菌的遗传分析.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《5第五章 细菌的遗传分析.doc（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第五章 细菌的遗传分析 教学基本要求： 1熟练掌握细菌遗传分析的有关内容，如细菌的杂交；因子；高频重组；用中断杂交技术作连锁图；大肠杆菌的染色体呈环形；F因子整合到细菌染色体的过程；细菌的交换过程；重组作图；性导；三种不同的致育因子的相互关系。2理解转化与转导作图的原理，学会实验数据的分析方法。 学时数：4学时 第一节 细菌的细胞和染色体 原核细胞与真核细胞的区别： 1、原核细胞没有核膜，也没有细胞核，只有染色体区，称拟核区；真核细胞具有细胞核，染色体与细胞质分开。 2、原核细胞的染色体是一条裸露的DNA分子，DNA含量校真核细胞少得多，较易插入DNA片断。 3、原核细胞没有线粒体、质体等细胞

2、器。 4、转录和翻译无论在时间上还是空间上都难以分开。 5、原核细胞一经分裂就相互分离，呈单细胞状态。20分钟一代。 共同性: 遗传物质都是核酸，传递信息的密码子是相同的。 原核细胞如 细菌、藻类、支原体。第二节 大肠杆菌的突变型及筛选 一、营养缺陷型 在营养代谢上是有缺陷的，统称为营养缺陷型，而把正常的野生型叫做原养型。 原养型细菌对培养基中的营养成分要求很简单，只要求有葡萄糖和一些无机盐就能生活。这种能保证野生型生活的最低限度的培养基叫做基本培养基。 而营养缺陷型由于基因空突变，丧失了自己制造某种物质（氨基酸，维生素。嘌呤或嘧啶等）的能力，所以在营养代谢上产生了特殊的要求，只有在基本培养基

3、中补加了它们所不能合成的某些物质，才能使营养缺陷型正常生长。这种补加了一定营养物质的基本培养基叫做补充培养基（additive medium）。 完全培养基。 1、合成代谢缺陷型 ：不能合成细菌生长所需要的物质。(1)鉴别：(2)基因型的表示：用它们不能合成的物质的前三个字母来表示印迹法（印章法）简介2、分解代谢缺陷型： 如不能发酵乳糖，阿拉伯糖，甘露糖，木糖，麦芽糖。 (1)鉴别： 如鉴别乳糖发酵缺陷型，在培养基上加伊红和美蓝这两种染料（EMB培养基），原养型菌落是红色，缺陷型为白色菌落。 选择培养基 ： 能把野生型和突变型明显地区别开来，使人们进行选择的培养基。 (2)基因型表示 lac-

4、乳糖不能利用。 gal-半乳糖不能利用。 二、抗药型（resistant） 野生型细菌通常会被一定剂量的某种药物杀死，所以叫做药物敏感型（sensitive）。 1、鉴别 ： 在培养基中加入相应的药物，如青霉素，链霉素。 2、抗药机理 ： 敏感型细菌核糖体30S亚基的S12蛋白和链霉素结合，使翻译发生差错，或使翻译过程的启动作用失效。而抗药型S12变异，不不再和链霉素结合。青霉素抑制细胞壁的形成。 3、基因型的表示： 用该药物名称的前三个字母名称并在右上角附加r表示 抗药型，s表示敏感型。 如 Pens Penr 青霉素 strs strr 链霉素 azir azis 叠氮化钠 注意： 敏感型

5、是野生型三、抗噬菌体突变型 1、原理：野生型细胞壁上有噬菌体的接受点（phage receptor stops）;而抗噬菌体突变型没有噬菌体的接受点。 2、鉴别 ： 噬菌斑。 3、基因型表示：对T1噬菌体抗性变突体Tonr或ton， 敏感型 Tons 或ton+ ， 同理T2噬菌体，Ttos ， Ttor。 4、噬菌体与细菌的关系侵染与抗性 第三节 大肠杆菌的性别 细菌的有性生殖（杂交）最初是在大肠杆菌中发现的。一、经典的杂交试验 Lederberg和Tatum（1046）用大肠杆菌K12的两个菌株A和B的杂交试验： A、B混合培养在完全培养基上过夜，然后离心培养物，把沉淀细胞涂布在基本培养基

6、外，发现长出了菌落，频率10-7（在果蝇中是办不到的）出现了基因重组证实：Davis（1950）U型管试验。两个菌株不能直接接触，只能是培养液和营养物质可以通过。 因此，可以说，菌株A、B接触后，象高等的有性过程一样，发生了杂交。遗传物质有了交换，产生了新组合：野生型重组体。 但是，Lederberg Tatum 解释： 步骤(1)细胞融合（同宗配合）；(2)形成二倍体合子；(3)交换减数分裂 存在问题：两个亲本类型对它们的子裔的遗传贡献并不相同。有些基因组合丢失与典型的减数分裂不同。 本质的认识是从Hayes的一个意外的发现才逐渐清楚，Hayes证明大肠杆菌有性过程是异宗配合。二、遗传物质的

7、单方向转移 Hayes实验1： 菌株A met-thr+leu+thi+ 菌株B met+thr-leu-thi- str处理A + 未处理B存活 有重组（与对照频率一样） 基本培养基 str处理B + 未处理A无存活 Hayes 解释 ：(1)str处理后，不能繁殖，只有另一方繁殖。(2)如果转移是双向的，两种杂交都全出现重组型，供体经链霉素处理后，不能分裂，但仍能转移基因，而受体未受处理，仍能分裂。所以接受转移过来的基因后，有可能在基本培养基上形成菌落。 所以，大肠杆菌中遗传物质的交换不是交互的。事实上，菌株B作为遗传物质的受体，菌株A作为供体。三、F质粒（F因子）的发现 1、Hayes实

8、验2： Hayes偶然发现了A菌株的一个不育的突变型，具有下面的遗传特性： 可育Hayes的解释：大肠杆菌的某些品系的雄性或供体是被一个致育因子（fertility factor）或性因子（sex factor）决定的F因子，具有这种因子的能育品系记为F，相当于雄性。不含这种致育因子F的品系记为F，相当于雌性。 F+细菌的表面有称作性伞毛（sex pili）的细长细毛，由此与F细菌接合，一旦接触后，伞毛发生改变，成为两细胞间的原生质通道细胞质桥或称结合管（conjugation tube），F+细胞的F因子通过接合管向F细胞转递： 使F变成F，F因子还可改变细胞表面的构造，以防F细胞间的接合。

9、2、F质粒 ： F因子就是F质粒。 质粒：是指染色体外的遗传物质。可以自主复制，并在细胞分裂时分配到子细胞中。 特性 ： (1)自主复制 (2)感染 感染性质粒。 F质粒是能独立增殖的环状DNA分子。图示。 F质粒的结构： (1)原点， 转移的起点 (2)致育基因：形成性伞毛的基因群 (3)DNA复制酶基因 (4)插入序列（配对区域）（insertion sequence， IS） 3、F质粒转移的过程：F+F-的过程图示：滚环式复制， 式。4、F+F的特点： (1)F质粒转移的频率高，1/10，使F-F+。 (2)而染色体转移频率低。10-7 。 (3)F+F+不发生接合。 因此，F+品系又

10、称为低频重组品系（low frequency recombination）四、高频重组品系Hfr Cavalli（1951）和Hayes（1954）先后从能育的A品系中分离出两个新的品系，它们和B（F-）杂交，出现重组频率很高。比AF+BF-高出1000倍。这种品系称为高频重组品系Hfr（high frequency recombination）。 1、Hfr 的特点 ： (1)高频重组，染色体转移频率高， 1000 (2)F质粒转移频率低 FF很少或没有。 2、Hfr的形成及转移过程 图示： 配对整合接合接合管复制转移起点。3、Hfr和F+的联系和区别 联系：（1）都是雄性菌，含有F质粒 （

11、2）整合 游离 区别：（1）前者高频重组，后者低频重组； （2）前者F质粒转移频率低，后者F质粒转移频率高； （3）前者F质粒整合，后者F质粒游离 4、附加体的概念，频率高的原因 可见，不同的基因进入受体细胞时间是不同的。位于前端的基因，首先进入，可以想象，基因间的距离越长，转移的时间间隔越长，因此，可以用基因转移的时间长短、顺序来表示基因在染色体上的图距即时间作图法。这要用中断杂交技术。第四节 中断杂交与重组作图 一、中断杂交实验原理与作图 Wollman 和 Jacob想了解Hfr品系在杂交时，什么时候把基因转移给F细菌，他们把两个品系进行杂交 Hfr：thr+ leu+ azir ton

12、r lac+ gal+ strs F-：thr- leu- azis tons lac- gal- strr 问题1： 如何确定基因转移的顺序和时间?混合培养液进行通气培养，每隔一定时间取样，把菌液放入搅拌器内搅动以打断配对的接合管，使接合的细胞分开以中断杂交然后检查某一基因是否发生重组。 问题2：如何检出某一基因的重组子? 把中断杂交的细菌放在完全培养基上培养，显然供体、受体菌都能生长。影响检别，我们只需要把发生重组的重组子检出。这就必须有一个可供选择用的供体标记基因。这样可以认出重组子，如在基本培养基中培养选择thr+leu+重组子。这时thr+leu+为标记基因，可排除受体菌株，但供体菌

13、还能继续存在。为了不选择供体细胞本身，供体细菌也应该带有一个特殊的标记，能使自己不被选择。例如供体菌对链霉素敏感，这样当结合体在含有链霉素的培养基上生长时，供体菌株就被杀死了。 因此，把中断杂交的细菌稀释接种到含有链霉素的基本培养基上，如能形成菌落，它的基因型必定是thr+leu+strr。因为只有这种重组子才能生长。并说明供体thr+和leu+已进入受体并发生重组。我们称在供体菌中被选择的基因thr+和leu+为选择标记，而始终不被选择的strs为反选择标记基因，而那些还没有进行选择检定的基因为非选择标记。 问题3：在发生重组的菌落中，如何检别非选择标记基因。 对每一时刻的重组thr+leu

14、+strr的菌落影印培养接种到不同的培养基上（如乳糖lae+ 伊红红，gal+ 美兰红色）。记录重组子中每一非选择标记出现的时间、出现的频率和持续时间，得右图（Hfr的非选择标记基因进入F-所需的时间，以及根据非选择标记在各个时间出现的频率作图）。从图中可以看到，从Hfr菌株的基因在F-细菌中出现的开始，随着时间的增加，具有这一基因的菌落逐渐增加，直到某一频率为止。而且某一基因出现的时间愈早，它达到的频率愈高。 解释 ： 因为基因在染色体上，从染色体的一端开始，以线性方式按一定的时间顺序依次进入F-细胞，始端称为原点（origin）或0。显然，基因离开原点越远，进入F-细胞越迟。离开原点较远的基因，可能在转移过程停止以前，仍未转移，因而频率较低，达到的最高值也较小。 根据以上实验，如果以转移的时间单位（每分钟）作为基因间的距离单位，就可以作出Hfr染色体上的基因分布图。 如果杂交持续2小时，然后中断交配，就会发现一些细胞转变为Hfr。这说明致育因子是最后转移到受体，是染色体的最后单位。所以频率很低。 中断杂交技术（interrupted mating technique）：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。二、环状的染色体 Woll