细菌和噬菌体的遗传和重组 PPT课件.ppt

第七章第七章细菌和噬菌体的重组和连锁细菌和噬菌体的重组和连锁第一节第一节细菌的遗传分析细菌的遗传分析4在细菌中遗传物质有三种转移的形式:接合接合（conjugation）转化转化（transformation）转导转导（transduction）一一.细菌的接合细菌的接合4一、一、E.coli 接合的发现接合的发现 1946年莱德伯格(Lederberg,J.)和塔特姆 (Tatum)发 现 细 菌 的 接接 合合（conjugation）。细菌接合是指通过细胞的直接接触，遗传信息从供体细胞单向转移到受体细胞的过程。A品系：品系：met bio thi leu thr（thi：硫胺素硫胺素B1）B品系：品系：met bio thi leu thr A A+B B完全培 养基 基本培 养基 met bio thi leu thr（频率频率10-7）2*108个细菌2*108个细菌2*108个细菌 质疑：4转化：细菌的杂交实验获得的重组子可能是转化的结果。4 营养互补：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。二二.单向转移与单向转移与F因子因子 1952年 海斯（W.Hayes）A品系 B品系品系met thi leu thr strs x met bio thi leu thr strs 大剂量链霉素 A +B 对重组后代的产生无影响 大剂量链霉素 B +A 阻止了重组后代的产生4在重组中A和B的作用是不同的4A的作用类似于雄性，B类似于雌性4A和和B的主要区别在于有无的主要区别在于有无F质粒质粒4致育因子（致育因子（fertility factor，F）（1）有有F因因子子的的细细菌菌称称为为F，细细菌菌增增殖殖时时可可把把F因因子传递给后代子传递给后代。（2）没没有有F因因子子的的细细菌菌称称为为F，F细细菌菌自自发发地地或或经经吖吖啶啶橙橙处处理理而而丢丢失失，成成为为F。F因因子子一一经经丢丢失失，细胞中便不再出现；细胞中便不再出现；（3）F可以和可以和F杂交，而不能和杂交，而不能和F杂交；杂交；（4）FF的杂交后代皆为的杂交后代皆为F，而且可以而且可以107 频率获得重组体后代。频率获得重组体后代。三.高频重组(High frequence of recombination,Hfr)41951年年 Cavalli发现发现用氮芥处理用氮芥处理F，然后处理后的然后处理后的FF 10441954年年 Hayes 也分离了也分离了Hfr品系，发现：品系，发现：(1)Hfr使染色体基因重组能力增加上千倍使染色体基因重组能力增加上千倍;(2)传递传递F因子的能力低，因子的能力低，Hfr F F 4 Hayes的解释的解释是是Hfr的的F因子发生了永久性因子发生了永久性改变。改变。FF 重组重组子子 此称为此称为Hfr四.Hfr和F因子的关系 1.F因子的结构因子的结构 (1)复制区复制区:复制起点复制起点 (2)重组区重组区:负责与细菌染色体的重组负责与细菌染色体的重组 (3)接合转移区接合转移区:性伞毛基因等与转移有关性伞毛基因等与转移有关的基因的基因F 因子(F-factor)转 重 移 IS3 组 IS3 区 区 O IS2 P OriT OriV 复 区 制 2.结合的过程：结合的过程：(1)F纤毛纤毛(F pili)的合成的合成,由纤毛素由纤毛素(pilin)蛋白构成，使细胞接触，细胞间形成原蛋白构成，使细胞接触，细胞间形成原生质通道（接合管）；生质通道（接合管）；(2)转移启动转移启动 转移起始区转移起始区(transfer origin,Ori T)切开一条单链切开一条单链,滚环复制；滚环复制；(3)单链转移和复制。单链转移和复制。F+F-F+F+F+F+F+F+Hfr F+Hfr Hfr F-五.中断杂交作图 (interrupted mating experiment)41961年 Jacob 和 Wollman供体：Hfr H strs thrleuazir tonr lac gal受体：F strr thr leu azis tons lacgal杂交后使用链霉素使供体不长,选择thrleu重组子（1）不同的非选择标记进入受体且重组 的时间不同，但都是稳定的；（2）各基因的重组频率随着时间的增加 而增加，直至其极限值；（3）按进入受体时间顺序，先进入和后进入的基因，重组率的极限值逐步减小；9111825 六六、E.coli 的环状染色体的环状染色体Hfr H thr pro lac pur gal his gly thiHfr1 thr thi gly his gal pur lac proHfr2 pro thr thi gly his gal pur lacHfr3 pur lac pro thr thi gly his galF因子的整合特点因子的整合特点(1)整合是通过整合是通过IS序列处的同源重组发生的。序列处的同源重组发生的。(2)F有多个有多个IS 作为整合位点，主要在作为整合位点，主要在IS3处；处；E.coli染色体上有染色体上有20个以上的整合位点；个以上的整合位点；(3)通过与染色体不同位置上的通过与染色体不同位置上的IS整合，形整合，形成不同的成不同的Hfr菌株，对染色体上基因的菌株，对染色体上基因的转移起点不同；转移起点不同；(4)由于由于IS序列有不同的方向，序列有不同的方向，F可以不同可以不同方向整合。方向整合。七七.重组作图重组作图E.coli染色体连锁图染色体连锁图4部分合子部分合子（merozygote）也称半合子半合子，4内基因子内基因子 (endogenote)4外基因子外基因子（exogenote）4例：供体strspur+lac+pro+，受体strrpur-lac-pro-,以pur+为选择标记4pur 和lac间重组值：4Pro和lac间重组值：八.性导(Sexduction)1959年年 Adelberg&Burns重重复复高高频频重重组组实实验验发发现现一一个个新新的的品品系系，既既可可以以高高频频重重组组，又又 可可 高高 频频 致致 育育（使使 F-变变为为 F+)。特点：特点：(1)能高频传递能高频传递F因子；因子；(2)能高频传递特定的基因；能高频传递特定的基因；(3)F 由由Hfr变来，变来，F 整合可变为整合可变为Hfr；(4)形成的部分二倍体后代不稳定，可自发形成的部分二倍体后代不稳定，可自发或诱发失去或诱发失去F因子，同时失去新性状。因子，同时失去新性状。第二节第二节噬菌体的连锁和交换噬菌体的连锁和交换4一、噬菌体的结构和形态一、噬菌体的结构和形态 二二噬菌体噬菌体41951年 Esther Lederberg 发现E.coli K12菌株经UV诱发或偶尔自发放出噬菌体。噬菌体。E.coli K12中有潜伏的、无感染能力状态的噬菌体，称原噬菌体。将这种噬菌体命名为。4侵染E.coli后可进入裂解周期（lytic cycle）或溶源周期（lysogeny）。4合子诱导合子诱导（zygotic induction）Hfr（）F 无溶源性重组子后代,不能出现在受体，后面的基因也不能出现在受体Hfr F（）有溶源性重组子后代，供体的所有基因都有机会进入受体 三、噬菌体的基因重组三、噬菌体的基因重组4菌苔菌苔（lawn）/噬菌斑噬菌斑（plaque）h+h+：侵染侵染B B（半透明）（半透明）,h h：侵染侵染B B和和B2B2（透明）；（透明）；r+r+：小噬菌斑小噬菌斑，r r：大噬菌斑大噬菌斑 转导转导（transduction）一、转导的发现一、转导的发现1952年年发发现现沙沙门门氏氏菌菌在在Davis U型型管管中中仍仍产产生生重重组组子子。认认为由可滤过性因子（为由可滤过性因子（FA）引起。后来发现：引起。后来发现：（1）FA和沙门氏菌噬菌体和沙门氏菌噬菌体P22的宿主范围相同；的宿主范围相同；（2）FA的大小和质量与的大小和质量与P22相同；相同；（3）加热或用）加热或用P22抗血清处理都可以使抗血清处理都可以使P22 和和FA失活，且失活速率相同；失活，且失活速率相同；（4）P22的的侵侵染染性性和和FA的的能能力力都都可可被被一一些些水水解解酶酶，如如DNase和胰蛋白酶所抑制。和胰蛋白酶所抑制。一.普遍性转导错包频率0.31/109/10流产转导小菌落大小约为细菌基因组 1共转导共转导（contransduc）供体thr+leu+azi+x 受体 thr-leu-azi-Leu thr azi重组频率：重组频率：二、特异性转导二、特异性转导又称局限性转导（restricted transduction）J.Lederberg&N.Zinder发现发现 野生型E.coli UV 细胞裂解，收集裂解液 K12()gal 诱导 感染多种非溶原缺陷型 基本 gal 频率106 培养基 选择 转导子 溶源菌：反常切离频率10-6稳定转导子：仅Gal+整合溶源性转导子：高频转导 溶源化gal+gal-gal-gal+（c）iii iii 形成不稳定的转导子形成不稳定的转导子-整个噬菌体整合整个噬菌体整合以10-3频率出现gal-后代4进一步发现:（1）溶源性转导子对超数感染具有“免疫力”。在UV作用下能使细菌裂解，产生成熟的噬菌体。（2）不稳定的gal转导子对超数感染具有“免疫力”，但在UV作用下不能使细菌裂解，不能产生成熟的噬菌体。（3）不稳定的gal 转导子可产生gal后代。4接合接合（conjugation）是通过细胞间的接触，DNA从细胞到细胞直接转移。4转化转化（transformation）细胞从周围介质中吸收裸露的DNA。转染转染 对裸露的病毒基因组DNA/RNA的吸收。（在动物细胞中，从周围介质中吸收任何裸 露DNA都称为转染。在酵母和植物细胞中 导入裸露的DNA可以称为转染或转化)4自然转化自然转化（natural transformation）在自然转化中细菌可以吸收DNA，通过它来进行遗传转化。4工程转化工程转化（engineered transformation）在这种转化中，细菌发生改变使得它 们能摄入并转化外源DNA。4转导转导（transduction）通过病毒颗粒介导将染色体或质粒DNA转移到细胞中。普遍性转导:供体宿主 DNA片断取代病毒基因组被包装在噬菌体颗粒中并转移给受体细菌。(1)载体为P1,P22噬菌体;(2)经错误包装宿主DNA片断和同源重组；(3)可转移任何片断。特异性转导:宿主的一段DNA片段连接到病毒基因组中并转移给受体细菌。(1)载体为噬菌体;(2)经特异位点整合或同源重组;(3)只转移特定的基因。4共同特点是：（1）单方向转移；（2）产生部分二倍体（partial diploid）；（3）基因只有整合到环状染色体上才能稳定地遗传。