细菌的遗传分析课件.ppt
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1、细菌的遗传分析主要内容细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组(自学自学)大肠杆菌的突变型及筛选大肠杆菌的突变型及筛选 细菌的接合与染色体作图细菌的接合与染色体作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图FF因子与性导因子与性导细菌的转化与转导作图细菌的转化与转导作图v大肠杆菌的突变类型大肠杆菌的突变类型v突变型筛选(自学)突变型筛选(自学)一、大肠杆菌的突变类型一、大肠杆菌的突变类型1、合成代谢功能的突变型、合成代谢功能的突变型营养缺陷型营养缺陷型 合成代谢功能(合成代谢功能(anabolic function)命名命名:Met-,Lys-原原养养型型/野野生生型型在在基基本本培培养养基基上上,具具
2、有有合合成成所所有有代代谢谢和和生生长长所所必必须须的的复杂有机分子的功能。复杂有机分子的功能。营养缺陷型:一个必需的基因发生了突变不能营养缺陷型:一个必需的基因发生了突变不能进行一个特定的生化反应,从而阻碍整个合成进行一个特定的生化反应,从而阻碍整个合成代谢功能的实现。代谢功能的实现。v2、分解代谢功能的突变型(、分解代谢功能的突变型(catabolic functional mutants)分解代谢功能(分解代谢功能(anabolic function)一系列降解功能的实现也需要许多基因的表达,一系列降解功能的实现也需要许多基因的表达,其中任何一个基因突变都会影响降解功能的实现。其中任何一
3、个基因突变都会影响降解功能的实现。如如Lac-突变型不能分解乳糖,因此就不能生长在突变型不能分解乳糖,因此就不能生长在以乳糖为唯一碳源的基本培养基上。以乳糖为唯一碳源的基本培养基上。3、抗性突变型:细菌由于某基因的突变而对某些噬、抗性突变型:细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或抗菌素产生抗性。菌体或抗菌素产生抗性。如:如:抗药突变型:抗药突变型:抗链霉素突变型:抗链霉素突变型:Strr,(野生型,(野生型Strs)抗青霉素突变型:抗青霉素突变型:Penr,(野生型,(野生型Pens)v抗抗phage突变型:突变型:抗抗T1-phage突变型:突变型:Tonr,(野生型,(野生型Tons)v细菌
4、接合现象细菌接合现象的发现的发现vF因子因子及其转移及其转移v细菌重组的特点细菌重组的特点一、细菌接合现象的发现一、细菌接合现象的发现v菌株菌株A:met-bio-thr+leu+thi+v菌株菌株B:met+bio+thr-leu-thi-Met+bio+thr+leu+thi+二、二、F因子及其转移因子及其转移v细菌主要是无性繁殖,直细菌主要是无性繁殖,直到到1946年人们才注意到不年人们才注意到不同品系大肠杆菌间可以杂同品系大肠杆菌间可以杂交,并进行了基因重组,交,并进行了基因重组,从而首次发现了大肠杆菌从而首次发现了大肠杆菌也有也有“性别性别”。1、细菌的性别、细菌的性别 2、F因子因
5、子/性因子性因子/致育因子致育因子 vF因子:环状因子:环状DNA,含,含6104个个bp。v大肠杆菌供体中含有,而受体无。大肠杆菌供体中含有,而受体无。v由原点、致育基因、配对区三个部分组成。由原点、致育基因、配对区三个部分组成。环状环状F因子的模式图因子的模式图组成组成F因子各部分的功能因子各部分的功能原点原点:是转移的起点。:是转移的起点。配对区配对区:此处与大肠杆菌:此处与大肠杆菌DNA多处核苷酸序列相多处核苷酸序列相对应(即同源序列),故可通过交换而使对应(即同源序列),故可通过交换而使F因子因子整合到大肠杆菌整合到大肠杆菌DNA上。上。致育基因致育基因:其上一些基因编码生成:其上一
6、些基因编码生成F菌毛菌毛的蛋白的蛋白质,即供体菌细胞表面的管状结构,质,即供体菌细胞表面的管状结构,F菌毛菌毛与受与受体菌细胞表面的受体相结合,在两个细胞间形成体菌细胞表面的受体相结合,在两个细胞间形成细胞质桥细胞质桥。3、F+、F-与与HfrvF+:细胞质中具有:细胞质中具有F因因子的大肠杆菌(供体)子的大肠杆菌(供体)vF-:细胞质中没有:细胞质中没有F因因子的大肠杆菌(受体)子的大肠杆菌(受体)大肠杆菌性别大肠杆菌性别F-F+F+F-大肠杆菌性别大肠杆菌性别大肠杆菌大肠杆菌DNAF因子因子F F因子及其在杂因子及其在杂交中的行为交中的行为细胞质桥细胞质桥(接合管接合管)F+F-F+F+F
7、因子转移的频率很高,因子转移的频率很高,但但细菌细菌DNA间的重组率很间的重组率很低低,故称,故称F+为低频重组为低频重组品品系系(low frequence recombination,Lfr)。F+F-Hfr(high frequence recombination)F因子整合入大肠杆菌染色体中因子整合入大肠杆菌染色体中原点原点致育基因致育基因配对区配对区大肠杆菌性别大肠杆菌性别致育基因致育基因原点原点配对区配对区细菌染色体细菌染色体F-细菌细菌DNA间的重组率很间的重组率很高高,故称之为,故称之为高频重组高频重组品品系(系(high frequence recombination,Hfr
8、),),重组率为重组率为10-2。F因子转移的频率很低。因子转移的频率很低。F因因子子的的环环出出4、附加体附加体v象象F因子既可独立存在于染因子既可独立存在于染色体之外作为一个独立的复色体之外作为一个独立的复制子,也可整合到大肠杆菌制子,也可整合到大肠杆菌染色体中作为大肠杆菌复制染色体中作为大肠杆菌复制子的一部分的遗传物质(遗子的一部分的遗传物质(遗传因子),称为传因子),称为附加体附加体。三、细菌重组的三、细菌重组的特点及机制特点及机制v细菌重组的特点细菌重组的特点v细菌同源重组的分子基础细菌同源重组的分子基础(一)细(一)细菌重组的特点菌重组的特点中断杂交实验与重组作图中断杂交实验与重组
9、作图v细菌重组不同于真核生物的完整二倍体细菌重组不同于真核生物的完整二倍体的重组。的重组。Hfr 与与F接合常会形成部分二倍体接合常会形成部分二倍体v部部分分二二倍倍体体:这这种种含含有有一一个个亲亲体体F-全全部部基基因因组组和和另另一一亲亲体体部部分分基基因因组组的的合合子子叫叫部部分分合合子子(半半合合子子)/部分二倍体。部分二倍体。v细细菌菌的的重重组组就就是是指指F-的的DNA(内内基基因因子子)与与Hfr的的部分部分DNA(外基因子)(外基因子)之间的重组。之间的重组。F-的的DNAHfr的部的部分分DNA内、外基因子的交换情况内、外基因子的交换情况v单交换单交换 部分二倍性线状体
10、部分二倍性线状体v双交换双交换 重组体线性片断重组体线性片断v偶偶数数次次交交换换结结果果:只只产产生生一一种种重重组组体体,而而无无另一相应的重组体。另一相应的重组体。v由由此可见在细菌的重组中有下列两个特点:此可见在细菌的重组中有下列两个特点:1 1、只有偶数次交换才能产生平衡的重组子;、只有偶数次交换才能产生平衡的重组子;2 2、不出现相反的重组子,所以在选择培养基、不出现相反的重组子,所以在选择培养基上只出现一种重组子。上只出现一种重组子。(二)细菌同源重组的分子基础(二)细菌同源重组的分子基础vRecBCD识别识别chi序列引发重组序列引发重组vRecA催化单链同化催化单链同化vRu
11、v系统解离系统解离Holiday连接点连接点1、RecBCD识别识别chi序列引发重组序列引发重组v保守的保守的8 8碱基非对称序列碱基非对称序列v大肠杆菌大肠杆菌DNA每每5-10Kb自然出现一次自然出现一次v被被recBCD编码的酶编码的酶所识别所识别v刺激重组刺激重组重组热点重组热点1)chi 位点位点2)RecBCD酶的功能酶的功能 能降解能降解DNA的核酸酶(核酸外切酶的核酸酶(核酸外切酶)解旋酶活性解旋酶活性 ATP酶活性酶活性v目标:提供一条含游离目标:提供一条含游离3端的单链区域端的单链区域 (RecA可以作用的底物可以作用的底物)vRecBCD酶识别酶识别chi序列序列引发重
12、组引发重组含游离含游离3端端的单链的单链 2、RecA催化单链同化催化单链同化 具有蛋白酶活性具有蛋白酶活性 在单链在单链DNA和和ATP存在的条件下启动存在的条件下启动DNA单链和单链和与之互补的双链分子进行碱基配对。与之互补的双链分子进行碱基配对。v单链同化:单链同化:RecA可使一条可使一条DNA单链置换一条双链单链置换一条双链DNA分子中同源链的反应。分子中同源链的反应。单链同化需要的条件:单链同化需要的条件:a.必须有一个必须有一个单链单链DNA分子区域。分子区域。b.必须有一个具必须有一个具游离游离3端端的的DNA分子;分子;c.该单链区域和该单链区域和3端必须位于这两个分子端必须
13、位于这两个分子的互补区域中。的互补区域中。具有游离具有游离3端的单链端的单链单链单链具有游具有游离离3端端3、Ruv系统解离系统解离Holiday连接点连接点vRuvA:识别:识别Holliday连接点的结构连接点的结构vRuvB:具:具ATP酶的活性,为分支迁移提供动酶的活性,为分支迁移提供动力。力。vRuvC:具有核酸内切酶活性,可特异识别:具有核酸内切酶活性,可特异识别Holliday 连接点。连接点。一、一、中断杂交实验中断杂交实验原理原理二、二、中断杂交作图中断杂交作图三、重组作图(自学)三、重组作图(自学)一、中断杂交实一、中断杂交实验原理验原理HfrHfr细胞和细胞和F F-细胞
14、杂交,基因从细胞杂交,基因从HfrHfr细细胞按次序转入胞按次序转入F F-细胞,可根据基因进入细胞,可根据基因进入F F-细胞的时间和次序制作细胞的时间和次序制作基因图谱。基因图谱。实验材料实验材料 Hfr:thr+leu+azis tons lac+gal+strs F-:thr-leu-azir tonr lac-gal-str r str r(F-可以在链霉素培养基上生长)可以在链霉素培养基上生长)strs(Hfr不能不能在链霉素培养基上生长)在链霉素培养基上生长)实验方法实验方法-中断杂交实验中断杂交实验v两品系在液体培养基里,通气混合培养,定时取两品系在液体培养基里,通气混合培养,
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