细菌的遗传分析(2).ppt
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1、l本章重点和难点:了解细菌进行遗传物质本章重点和难点:了解细菌进行遗传物质交流的方式,掌握细菌染色体作图的方法。交流的方式,掌握细菌染色体作图的方法。第七章第七章 细菌的遗传分析细菌的遗传分析细菌和病毒在遗传研究中的优越性细菌和病毒在遗传研究中的优越性 世代周期短世代周期短 T7phage 2030min E.Coli 20min 群体大群体大 一支试管一支试管 数以百万计数以百万计 遗传物质简单遗传物质简单 一条裸露的核酸一条裸露的核酸 单倍体单倍体 不存在显隐关系不存在显隐关系第一节第一节 细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组1 2m0.5m DNA 长约长约1100m 分子量约分子量约2
2、.6109细胞结构细胞结构 细胞膜细胞膜 拟核拟核 细胞质细胞质(核糖体)(核糖体)细胞壁细胞壁 (鞭毛(鞭毛 伞毛伞毛 荚膜荚膜 芽胞)芽胞)与真核细胞的差异与真核细胞的差异 缺乏线粒体、叶绿体,无核膜;缺乏线粒体、叶绿体,无核膜;染色体染色体 裸露的共价闭合环状双链裸露的共价闭合环状双链DNA分子分子附加体附加体 小型环状小型环状DNA(质粒质粒)游离或整合状态游离或整合状态细菌遗传的实验研究方法细菌遗传的实验研究方法(一一)细胞计数细胞计数(培养物细胞浓度培养物细胞浓度)(二二)建立纯系的方法建立纯系的方法(三三)选择培养法鉴定突变型与重组型选择培养法鉴定突变型与重组型(四四)突变型与重
3、组型的批量筛选方法突变型与重组型的批量筛选方法(一一)细胞计数细胞计数(培养物细胞浓度培养物细胞浓度)培养物中微生物计数方法培养物中微生物计数方法是微生物学的基本实验技是微生物学的基本实验技术,其基本思路是:术,其基本思路是:对原培养物进行连续稀对原培养物进行连续稀释;释;进行平板涂抹培养;进行平板涂抹培养;由于每个细胞形成一个由于每个细胞形成一个菌落,计数菌落数;菌落,计数菌落数;根据稀释倍数计算原培根据稀释倍数计算原培养物中的细胞浓度。养物中的细胞浓度。(二二)建立纯系的方法建立纯系的方法纯培养纯培养挑取由单个细胞繁殖而来的挑取由单个细胞繁殖而来的菌落进行培养就可以获得由菌落进行培养就可以
4、获得由一个细胞繁殖而来的纯系。一个细胞繁殖而来的纯系。通常采用平板表面涂布法或通常采用平板表面涂布法或划线法可以获得单菌落。这划线法可以获得单菌落。这种方法获得的纯系,称为种方法获得的纯系,称为“菌种纯菌种纯”。有时采用显微操纵器进行菌有时采用显微操纵器进行菌丝尖端切割等方法从单个细丝尖端切割等方法从单个细胞直接培养建立纯系。采用胞直接培养建立纯系。采用这种方法获得的纯系称为这种方法获得的纯系称为“菌株纯菌株纯”。(三三)选择培养法鉴定突变型与重组型选择培养法鉴定突变型与重组型许多细菌的突变都与培养基营养成分及培养条件许多细菌的突变都与培养基营养成分及培养条件有关。有关。营养缺陷型的筛选、鉴定
5、:营养缺陷型的筛选、鉴定:选择培养法是根据菌株在基本培养基和营养培选择培养法是根据菌株在基本培养基和营养培养基上的生长表现将菌株分为原养型养基上的生长表现将菌株分为原养型(也称为原也称为原生营养型生营养型)和营养缺陷型和营养缺陷型(在基本培养基上不能在基本培养基上不能正常生长,只能在相应的营养培养基上生长正常生长,只能在相应的营养培养基上生长)。其它突变类型的筛选、鉴定:其它突变类型的筛选、鉴定:对于其它的突变类型对于其它的突变类型(如温度敏感型如温度敏感型),也可以,也可以通过培养条件的选择培养来筛选与鉴定。通过培养条件的选择培养来筛选与鉴定。(四四)突变型与重组型的批量筛选方法突变型与重组
6、型的批量筛选方法为高效检测、分离混和群体中不同突变型,黎德为高效检测、分离混和群体中不同突变型,黎德伯格夫妇设计了伯格夫妇设计了影印培养法影印培养法。该方法原理与选择培养法一致,但是采用影印该方法原理与选择培养法一致,但是采用影印法将在完全培养基上单菌落同时接种到不同选法将在完全培养基上单菌落同时接种到不同选择培养基上同时对所有菌落进行选择培养,鉴择培养基上同时对所有菌落进行选择培养,鉴定效率大大提高。定效率大大提高。影印培养法影印培养法把长有许多菌落的母种培养皿倒置于包有灭菌丝绒布的木把长有许多菌落的母种培养皿倒置于包有灭菌丝绒布的木质圆柱印章上,使其沾上来自平板上的菌落。然后可把这质圆柱印
7、章上,使其沾上来自平板上的菌落。然后可把这一一“印章印章”上的菌落一一接种到不同的选择性培养基平板上的菌落一一接种到不同的选择性培养基平板上。待这些平板培养后,对各平板相同位置上的菌落作对上。待这些平板培养后,对各平板相同位置上的菌落作对比后,就可选出适当的突变型菌株。比后,就可选出适当的突变型菌株。影印培养法MM-原养型原养型MM+lay赖氨酸缺陷型赖氨酸缺陷型MM+leu亮氨酸缺陷型亮氨酸缺陷型MM+arg精氨酸缺陷型精氨酸缺陷型注意:注意:(1)最初的培养基必须是非选择性的,即各种突变型都最初的培养基必须是非选择性的,即各种突变型都能够在其上生长;能够在其上生长;(2)必须采用适当的方法
8、如涂布或划线法,以使培养物必须采用适当的方法如涂布或划线法,以使培养物菌落之间要分开。菌落之间要分开。接合接合转化转化第第 二节二节 细菌的染色体作图细菌的染色体作图性导性导转导转导 1.接合现象的发现接合现象的发现 1946年年 J.Leaderberg和和E.Tatum E.Coli K-12 菌株菌株A met-bio-thr+leu+thi+菌株菌株B met+bio+thr-leu-thi-一一.接合接合单基因突变率单基因突变率 10 6回复突变回复突变 10-12 or 10-18如何产生?如何产生?原养型的出现原养型的出现以以A、B菌株直接菌株直接接触为前提接触为前提隔离培养后隔
9、离培养后不出现原养型不出现原养型2.F因子及其转移因子及其转移 1952年,年,W.HayesA菌株菌株B菌株菌株链霉素链霉素AB混合培养,原养型重组体混合培养,原养型重组体链霉素链霉素BA混合培养混合培养,细菌接合中遗传物质转移细菌接合中遗传物质转移单向过程单向过程 (即从(即从A B株)株)细菌分为两个类群(两种接合型细菌分为两个类群(两种接合型)供体供体(或雄菌株)(或雄菌株)受体受体(或雌菌株)(或雌菌株)2.F因子及其转移因子及其转移 致育因子致育因子(或(或F性因子,也叫性因子,也叫F质粒)质粒)染色体外的一个共价环状染色体外的一个共价环状DNA分子分子(94.5kb 细菌细菌DN
10、A的的2%1/3基因与接合有关基因与接合有关)接合:原核生物中,遗传物质从供体(接合:原核生物中,遗传物质从供体(“雄性雄性”)转移到受体()转移到受体(“雌性雌性”)的过程。)的过程。2.F因子及其转移因子及其转移据据 F 因子有无以及存在状态因子有无以及存在状态E.Coli 有三种类型:有三种类型:F 不含有不含有 F 因子因子 F+含有一个自主状态的含有一个自主状态的 F 因子因子 Hfr(高频重组菌株)高频重组菌株)含有一个含有一个整合到染色体上的整合到染色体上的 F 因子因子F+F F+F性伞毛诱导性伞毛诱导traYz基因表达,产生核酸内切酶基因表达,产生核酸内切酶HfrF多数为多数
11、为F 有有4个大肠杆菌菌株个大肠杆菌菌株1、2、3 和和 4 的基因型均为的基因型均为ab,另外另外4个菌株个菌株5、6、7和和8的基因型为的基因型为ab,将两种不将两种不同基因型的菌株充分混合后进行平板培养,以确定同基因型的菌株充分混合后进行平板培养,以确定ab重组子的频率。在以下结果中,重组子的频率。在以下结果中,M表示许多重组子,表示许多重组子,L表示少量重组子,表示少量重组子,O表示无重组子,请根据下述结果,表示无重组子,请根据下述结果,指出每一菌株的性别类型(指出每一菌株的性别类型(Hfr、F还是还是F-)1 2 3 45O M M O6O M M O7L O O M88 O L L
12、 O17,28,38 L1、2、3、7、8 不是不是 Hfr25,26,35,36,47 M5、6、4是是Hfr,2、3、7 是是F15,16,18,27,37,48 O1是是F+8是是F+F+F F HfrHfrHfrFF+3.中断杂交试验及染色体作图中断杂交试验及染色体作图1957年年E.Wollman和和E.Jacob设计设计 Hfr菌株菌株 strs azir tonAr gal+lac+F菌株菌株 strr azis tonAs gal lac链霉素链霉素 叠氮化物叠氮化物 T1噬菌体噬菌体 半乳糖发酵半乳糖发酵 乳糖发酵乳糖发酵步骤步骤:供体受体混合培养供体受体混合培养隔时取样隔时
13、取样稀释搅拌,中断杂交稀释搅拌,中断杂交在含链霉素的完全培养基上选重组子在含链霉素的完全培养基上选重组子鉴定重组体基因型鉴定重组体基因型记录重组体频率及首次出现的时间记录重组体频率及首次出现的时间分析作图分析作图 Hfr菌株菌株 strs azir tonAr gal+lac+F菌株菌株 strr azis tonAs gal lac Lac gal ton aziHfr基因转移顺序基因转移顺序HfrH123AB3120 Thr Pro lac pur gal his gly thi0 Thr Thi gly his gal pur lac pro0 Pro Thr thi gly his g
14、al pur lac0 Pur Lac pro thr thi gly his gal0 Thi Thr pro lac pur gal his gly用中断杂交法确定的几个用中断杂交法确定的几个Hfr菌株的基因顺序菌株的基因顺序转移的基因邻里关系不变转移的基因邻里关系不变Hfr基因转移顺序基因转移顺序HfrH123AB3120 Thr Pro lac pur gal his gly thi0 Thr Thi gly his gal pur lac pro0 Pro Thr thi gly his gal pur lac0 Pro Lac pro thr thi gly his gal0 Th
15、i Thr pro lac pur gal his gly有有4个大肠杆菌的个大肠杆菌的Hfr菌株按以下顺序转移其标记基因:菌株按以下顺序转移其标记基因:菌株菌株 基因转移顺序基因转移顺序1 M Z X W C2 L A N C W3 A L B R U4 Z M U R B5上述所有上述所有Hfr 菌株都衍生于同一菌株都衍生于同一F+菌株,这些基因在菌株,这些基因在原始菌株的环状染色体上排列顺序如何?原始菌株的环状染色体上排列顺序如何?MZXWCNALBRU据据 F 因子有无以及存在状态因子有无以及存在状态E.Coli 有三种类型:有三种类型:F 不含有不含有 F 因子因子 F+含有一个自主
16、状态的含有一个自主状态的 F 因子因子 Hfr(高频重组菌株)高频重组菌株)含有一个含有一个整合到染色体上的整合到染色体上的 F 因子因子接合时接合时:Hfr菌株的基因是按一定的线性顺序依次进入菌株的基因是按一定的线性顺序依次进入 F菌株的。菌株的。基因位点离原点越近,进入基因位点离原点越近,进入F越早,重组机越早,重组机会越多;反之越晚。会越多;反之越晚。F 因子插入的位置不同,使不同的因子插入的位置不同,使不同的Hfr菌株有菌株有自己稳定的转移起点和次序。自己稳定的转移起点和次序。从从A到到E为源于同一大肠杆菌为源于同一大肠杆菌F菌株的菌株的5个个Hfr株,括号株,括号内的数字示中断杂交试
17、验的内的数字示中断杂交试验的5个基因进入个基因进入F受体菌所需的时受体菌所需的时间:间:A B C D E 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)绘出绘出F菌株的遗传图,表明所有基因的位置,菌株的遗传图,表明所有基因的位置,并以分钟表示基因的相对距离。并以分钟表示基因的相对距离。指出指出F因子
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