细菌遗传课时.ppt
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1、 第七章第七章 细菌的遗传分析细菌的遗传分析一、细菌及其基因组 0.3课时二、转化重组与作图 1.0课时三、接合重组与作图 1.7课时四、性导重组与作图 0.2课时五、转导重组与作图 0.6课时六、同源重组及其机理0.2课时目目 录录一、细菌及其基因组一、细菌及其基因组1.拟核细胞(nucleoid cell):无核膜,原核生物(prokaryotes)2.繁殖快:约20min/代,哺乳动物细胞分裂24h的1/70 3.体积小:长1-5m,宽0.5-1m;4.群体大:一支试 管可盛数百万个个体。(一)细菌细胞(一)细菌细胞(bacterium cell)1、双链环状;2、无蛋白质包装;3、成环
2、短缩变粗。如E.coli 染色体1333m,300m成环为25m,50环后为1.5m。一、细菌及其基因组一、细菌及其基因组(二)细菌基因组(二)细菌基因组(bacterium genome)1.合成功能突变体(anabolic functional mutants)常见7种 met-thr-his-leu-pyr-(嘧啶)cyc-(胱氨酸)thi-(硫氨酸)等2.分解功能突变体(catabolic functional mutants)常见7种 lac-gal-aru-mal-xyl-(木糖)rha-(鼠李糖)pdx-(吡哆醇)等3.抗性突变体(resistant mutants)常见3种 a
3、zir strr tonr分别抗叠氮化钠,链霉素,噬菌体突变,其野生型分别为azis strs tons4.克隆形态突变(form mutants)常见2种 h,r分别为广寄主,速溶型突变,其野生型分别为h+r+5.基础代谢突变(metabolism mutants)抑制无义突变 su+野生型为su-温度敏感突变 ts 野生型为ts+(三三)细菌突变体细菌突变体(Bacterium mutants)一、细菌及其基因组一、细菌及其基因组1.重组频率高 高频重组Hfr细菌的重组率达10-22.突变率高,突变体 突变率多为10-6,变幅为10-4-10-73.易表达检测 单倍体,隐性突变易表达。基本
4、和添加物培养基印迹法接种易鉴别。4.拟有性 细胞内有致育因子,能导致细菌间拟有性结合,能引起细菌间及细菌与病毒间遗传物质转移。(四四)细菌突变特点细菌突变特点一、细菌及其基因组一、细菌及其基因组二、转化重组(二、转化重组(transformation recombination)(一一)转化试验转化试验(transformation experiment)1.Griffith转化实验(1928),肺炎双球菌死S能表达二、二、转化转化重组重组(transformation recombination)(一一)转化试验转化试验(transformation experiment)2.Avery转化
5、实验 (1944)16年后,Avery 死S分别添加S血清RNA酶,DNA酶和蛋白质,再分别与R混合培养。仅添加DNA酶的S性状才不表达。测定死S均为1m长约2万bp的片段。证明死S的DNA片断在没有降解时,能被R吸收并表达,称转化。S-DNA片断被R吸收、表达二、转化重组(二、转化重组(transformation recombination)(二二)转化过程与转化子转化过程与转化子(transformation)2.转化子(transformation)供体DNA片段与受体基因组整合形成的重组DNA分子。3.特点受体允许的特定区间进入;需要酶参加;氯霉素抑制酶活性可抑制DNA转化。需要能量
6、;二硝基苯阻碍能量供应,可抑制DNA转化。转化率低。1.DNA转化过程 转化在生物界普遍存在。吸收联会交换整合表达。二、转化重组(二、转化重组(transformation recombination)(三三)转化作图(转化作图(transformanted mapping)1.Nester转化实验供体:野生型枯草杆菌,碾成 DNA片断(1m,10-6),为什么?接合与转化的化学鉴别 A、B混合培养有wt,添加以下物质后无wt为转化DNA内切酶破坏DNA片断;氯霉素抑制DNA聚合酶活性;二硝基苯抑制能量供应,无wt时为转化,反之则反。1950,Davis,玻璃滤板(孔径10-6),为什么?me
7、t-strs AB thr-strrA、B分别为met-strr、thr-strs时,AB混合后无菌斑,为什么?met-strr AB thr-strs三、接合重组三、接合重组(三三)大肠杆菌性别与致育因子大肠杆菌性别与致育因子(sex and fertility factor)Ex1A的thr+传给B,产生met+thr+strr野生型,有菌斑;Ex1B的met+strr同时传给A应有斑,但因频率低而无斑。即A传给B易,B传给A难,A相当于。Ex2B的met+能高频率传给A,应该有斑但无斑。说明B不 能传给A、不能作供体,相当于。推测细菌中可能有雌雄个体之分。2、性别的发现:1946,Tat
8、um,E.coli met-strs AB thr-strrmet-strr AB thr-strsEx1Ex23.致育因子(fertility factor)大量制片观察,E.coli有2种表型:体表有鞭毛,无鞭毛;鞭毛细菌内有 1小DNA环型颗粒,6104 bp;有转移起点、致育和性鞭毛基因,称致育因子F。有F因子个体相当于,记为F+;无F因子者为,记F-F因子DNA单向复制基因单向传递,F+F-。三、接合重组三、接合重组(三三)大肠杆菌性别与致育因子大肠杆菌性别与致育因子(sex and fertility factor)三、接合重组三、接合重组(4)F因子转移步骤供体F因子引导生出性管
9、插入孔,形成接合管 F因子滚环式DNA复制,边延伸边转移接合管断裂,雌株也有F(三三)大肠杆菌性别与致育因子大肠杆菌性别与致育因子(sex and fertility factor)三、接合重组三、接合重组(四四)低频重组与高频重组低频重组与高频重组(Lfr and Hfr)F+供体中的F因子引生性管,插入受体F-,使F-获得F因子变为 F+供体中F因子的转移频率高,但没有携带细菌基因,称低频重组(low frequency recombination,Lfr)当F因子插入细菌染色体后,细菌基因随F因子转移而转移,频率高达10-2,称高频重组(high frequency recombinat
10、ion,Hfr)1、低频重组与高频重组三、接合重组三、接合重组(四四)低频重组与高频重组低频重组与高频重组(Lfr and Hfr)2、F-、F+与Hfr比较 F+与F-结合 使F-变为F+;使F-长鞭毛;基因转移频率低,称LfrHfr与F-结合 F-仍为F-;F-无鞭毛;基因转移频率高,称Hfr 三、接合重组三、接合重组(五五)接合重组的特点接合重组的特点1.F-仅获得供体部分DNA,因接合管易断。2.供受体DNA片段配对,产生部分二倍体(partial diploid),供体基因称外基因(exogenote),受体基因组称内基因(endogenote)3.内、外基因间发生偶数次交换形成有活
11、性的重组子,奇数次交换形成线状染色体,重组子死亡。4.偶数次交换产生的重组子中一半成活,一半死亡。所以,接合重组率=重组配子数2/总配子数。三、接合重组三、接合重组(六六)中断杂交(中断杂交(the interrupted mating)与作图)与作图 1、中断杂交实验 1954,Wollman,Jacob,E.coliHfr:(aziSstrStonS)F(azirstrr tonr thr-leu-gla-lac-)第2min搅拌中断加str和thr能活者,必定为strr leu+,对leu基因记数仅加str能活者,定为strrleu+thr+,对leu和thr记数加gla+或lac+红色
12、能消失,对gal或lac基因记数加azi或ton亡者为azis tons,对zai或ton基因记数第3min搅拌中断 直到第60min,每隔2min中断取样测定,获得各基因出现时间和数目。受体F-中出现供体基因愈早,表明离起点基因距离愈近,反之则反。定时中断性管,记录基因出现时间和数目。三、接合重组三、接合重组(六六)中断杂交与作图中断杂交与作图 2、中断杂交(interrupted mating)试验结果 重组子出现的时间顺序为基因排列顺序。即thr+leu+aziS TiSlac+gal+重组子菌落百分率随时间延长而增加,达一定频率后不再改变 基因转入愈早,菌落百分率愈高三、接合重组三、接
13、合重组(六六)中断杂交与作图中断杂交与作图 3、基因定位(gene mapping)细菌基因从起点整合,滚环式直线转移,最先表达者离转移起点最近,基因转入的时间顺序就是基因排列顺序,时间间隔就是基因距离。E.coli染色体全长4106bp,100min转毕,相当于2000cM。所以,1min时间间隔20cM,1cM2000bp。gene|_|_|_|_|_|_|_|_|_|_|min:5 10 15 20 25 时间距离时间距离 8 11 18 25cM距离距离 160 220 360 500thr leu azi ton lac gal三、接合重组三、接合重组(六六)中断杂交与作图中断杂交与
14、作图 4、基因精确定位 中断杂交难确定紧密连锁基因距离 中断杂交中已知lac比ade先进入F-lac+ade+与内基因间有a,b两种方式插入受体。在基本培养基上有40个斑,显然是两基因没有交换的亲型lac+ade+;在无ade的完全培养基上有10个斑,必然是两基因间交换产生的重组型lac-ade+。则重组率=lac-ade+数占总数的百分率。Rf(lac-ade)=(lac-ade+)/(lac+ade+lac-ade+)=(10)/(40+10)=20%=(lac-ade+)/ade+所以,1min时间距离20cM;lac+ade+lac-ade-lac+ade-首次转入型lac-ade+重
15、组型基本培养40斑无ade完全10斑5、大肠杆菌染色体呈环状三、接合重组三、接合重组(六六)中断杂交与作图中断杂交与作图 Hfr菌株不同转移基因的起点及方向也不同。Hfr H是thi gallacprotonazithr逆时针方向转移;Hfr1是aziton pro lacgalthr顺时针方向转移,两菌株转移结果证明E.coli为环状染色体。thi为起点逆时针方向azi为起点顺时针方向pro为起点顺时针方向(一)性导因子(一)性导因子(F-factor)当F因子不规则环去,携带有细菌染色体片断时产生含有细菌基因的F因子,称F-factor。F因子不同,插入细菌染色体位置不同,带走细菌基因也不
16、同。则形成的F因子也就不同。F+与Hfr 能相互转变 F因子与寄主基因组交换、整合形成Hfr,与菌株染色体成环剪切和环出会形成F+为可逆过程四、性导重组四、性导重组(sex duction recombination)1、改变受体性别 三者差异:因F 与F+均能使F-变成F+(环状DNA独立),但Hfr不能(插入细菌基因组内)2、基因高频转移 三者差异:F与Hfr均携带细菌基因,基因随F因子高频转移;F+未携带细菌基因,F因子转移快但基因转移率低3、受体形成部分二倍体 三者差异:F与Hfr因携带的细菌基因,能与细菌基因组配对形成部分二倍体,F+却不能。(二)(二)F作用特点及与作用特点及与F+
17、、Hfr差异比较差异比较四、性导重组四、性导重组(sex duction recombination)(三)性导(三)性导(sex duction)概念与过程概念与过程四、性导重组四、性导重组(sex duction recombination)F因子将甲物种基因转入乙物种并表达的过程。1、概念2、过程 F携带甲基因侵入乙部分二倍体内外基因间重组携带基因表达。F+携带甲基因F浸染乙物种F甲基因在乙表达将甲基因插入乙部分二倍体(三)性导(三)性导(sex duction)四、性导重组四、性导重组(sex duction recombination)作基因载体:F因子能自主复制、稳定遗传。显隐性研
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