细菌的遗传分析(1).ppt
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1、第二节第二节 细菌的遗传分析细菌的遗传分析一、转化一、转化二、接合(杂交)二、接合(杂交)三、性导三、性导四、转导四、转导 细菌与细菌之间的遗传物质的交流细菌与细菌之间的遗传物质的交流(拟有性过程)有四种不同的方式:(拟有性过程)有四种不同的方式:12/29/202212/29/20221 1一、转化一、转化(Transformation)细菌通过细胞膜摄取周围环境中细菌通过细胞膜摄取周围环境中DNA片片段,并通过重组将其整合到自身染色体段,并通过重组将其整合到自身染色体中的过程,称为转化。中的过程,称为转化。当外源当外源DNA进入宿主后,使宿主产进入宿主后,使宿主产生新的表现型时就能测知转化
2、的发生。生新的表现型时就能测知转化的发生。关于转化关于转化,将在遗传的分子基础中讲将在遗传的分子基础中讲解。解。12/29/202212/29/20222 2二、接合(二、接合(conjugation)在原核生物中,两个细胞在相互接触过程中,在原核生物中,两个细胞在相互接触过程中,遗传物质从一个个体转移到另一个个体的现象遗传物质从一个个体转移到另一个个体的现象称为接合。称为接合。输出遗传物质的个体称为供体(输出遗传物质的个体称为供体(donor),),又称为又称为“雄性雄性”。接受外源遗传物质的个体称。接受外源遗传物质的个体称为受体(为受体(receptor),),又称为雌性。又称为雌性。E.
3、coli(大肠杆菌)是遗传学研究中应用最大肠杆菌)是遗传学研究中应用最为广泛的细菌。野生型的为广泛的细菌。野生型的E.coli可以在只含有盐可以在只含有盐类和葡萄糖的简单培养基上生长。类和葡萄糖的简单培养基上生长。12/29/202212/29/20223 3(一)杂交实验(一)杂交实验1946年,年,Leaderberg和和Tatum发现发现E.coli可以通过接合交换遗传物质。选用两个不可以通过接合交换遗传物质。选用两个不同营养缺陷型的同营养缺陷型的E.coli菌株,菌株,A和和B。A菌株菌株需要在基本培养基中补充甲硫氨酸(需要在基本培养基中补充甲硫氨酸(met)和生物素(和生物素(bio
4、),B菌株需要在基本营养菌株需要在基本营养培养基上补充苏氨酸(培养基上补充苏氨酸(thr)和亮氨酸和亮氨酸(leu)才能生长。采用多营养缺陷型是为)才能生长。采用多营养缺陷型是为了防止回复突变干扰试验结果。了防止回复突变干扰试验结果。12/29/202212/29/20224 4黎德伯格和塔特姆接合试验12/29/202212/29/20225 5A和和B均不能在基本培养基上生长,但若将均不能在基本培养基上生长,但若将A和和B在完全液体培养基上培养几个小时以在完全液体培养基上培养几个小时以后再涂布在基本培养基上,就能长出一些后再涂布在基本培养基上,就能长出一些原养型(原养型(met+bio+t
5、hr+leu+)的菌落。细菌的菌落。细菌的野生型又称为原养型。的野生型又称为原养型。这种原养型菌落的出现是由于营养上的互这种原养型菌落的出现是由于营养上的互补,还是由于两种不同类型细胞直接接触补,还是由于两种不同类型细胞直接接触而交换了遗传物质的结果呢?而交换了遗传物质的结果呢?黎德伯格和塔特姆接合试验12/29/202212/29/20226 6U型管试验型管试验1950年,年,Davis设计了设计了一种一种U型管试型管试验。验。试验说明:试验说明:两个菌株间两个菌株间的直接接触的直接接触是原养型细是原养型细菌出现的必菌出现的必要条件。要条件。12/29/202212/29/20227 7(
6、二)(二)F因子因子1952年,年,Hages通过实验证明,在结合过程中,通过实验证明,在结合过程中,遗传物质的转移是单向的。一个菌株(如遗传物质的转移是单向的。一个菌株(如A菌菌株)是供体,而另一菌株(如株)是供体,而另一菌株(如B菌株)是受体。菌株)是受体。A菌株之所以能成为供体,是因为它含有一个菌株之所以能成为供体,是因为它含有一个性因子(性因子(sex factor)又称致育因子(又称致育因子(fertility factor),),简称简称F因子。因子。携带携带F因子的菌株称为供体菌或雄性,用因子的菌株称为供体菌或雄性,用F+表示。没有表示。没有F因子的菌体称为受体菌或雌性,因子的菌
7、体称为受体菌或雌性,用用F表示。表示。12/29/202212/29/20228 8(二)(二)F因子因子F因子是一个小型的双链环状因子是一个小型的双链环状DNA分子分子,是染,是染色体外遗传物质,是质粒的一种,在分类学上色体外遗传物质,是质粒的一种,在分类学上属于附加体(属于附加体(episome)。)。它既能以自主状态存在于细胞质中,又能它既能以自主状态存在于细胞质中,又能整合到细菌的染色体内。整合到细菌的染色体内。F小环与主染色体大小环与主染色体大环之间发生一次交换就可以插入到宿主染色体环之间发生一次交换就可以插入到宿主染色体中。中。F因子整合到因子整合到E.coli染色体上以后,该菌染
8、色体上以后,该菌株就成为高频重组株(株就成为高频重组株(High frequence recombination,Hfr),以),以Hfr表示。表示。12/29/202212/29/20229 9F因子因子12/29/202212/29/20221010F 因子的存在状态因子的存在状态12/29/202212/29/20221111(二)(二)F因子因子F因子处于自主状态时,可以不依赖宿主细胞因子处于自主状态时,可以不依赖宿主细胞的染色体而独立复制(每个的染色体而独立复制(每个F+细胞只有一个细胞只有一个F因子)。据研究,因子)。据研究,F因子至少包含有因子至少包含有15个基因,个基因,其中有
9、的基因控制其中有的基因控制F(或性)(或性)伞毛(伞毛(F pillus)的形成,的形成,F伞毛是伞毛是F+细胞表面伸出的一种长附细胞表面伸出的一种长附属物。属物。F+与与F+之间互不理睬,但之间互不理睬,但F+和和F一旦相一旦相互接触,互接触,F伞毛就变成了两个细胞之间原生质伞毛就变成了两个细胞之间原生质的通道,叫做结合管(的通道,叫做结合管(conjugation tube)。)。F+细胞中的细胞中的F因子由结合管向因子由结合管向F传递,使传递,使F变变成成F+。12/29/202212/29/20221212F 因子及因子及其在杂交其在杂交中的行为中的行为12/29/202212/29/
10、20221313(三)高频重组(三)高频重组高频重组菌株(高频重组菌株(Hfr)与)与F杂交时,重杂交时,重组频率很高,而组频率很高,而F很少转变为很少转变为F+。后来发现,后来发现,Hfr中中F因子整合到细菌染因子整合到细菌染色体上了。色体上了。12/29/202212/29/20221414(三)高频重组(三)高频重组在在Hfr中,中,F因子的复制是与宿主染色因子的复制是与宿主染色体同步进行的。当体同步进行的。当HfrF时,时,Hfr细胞细胞可以把部分甚至全部染色体传递给可以把部分甚至全部染色体传递给F 受体,而且当供体和受体带有不同的受体,而且当供体和受体带有不同的标记基因时,相互之间的
11、重组频率很标记基因时,相互之间的重组频率很高,故而被称为高,故而被称为Hfr(High frequence recombination)。)。12/29/202212/29/20221515(三)(三)高频重组高频重组12/29/202212/29/20221616(四)细菌的交换过程(四)细菌的交换过程 当当Hfr菌的部分染色体进入菌的部分染色体进入F后,后,F细细胞中就有一段胞中就有一段DNA具有具有2份拷贝,被称为部份拷贝,被称为部分二倍体(分二倍体(partial diploid)或部分合子或部分合子(mero zygote)。)。新转入的新转入的DNA片断称片断称为供体外基因子(为供
12、体外基因子(exogenote),),而受体而受体的染色体称为受体内基因子的染色体称为受体内基因子(endogenote)。)。12/29/202212/29/20221717细菌的交换过程细菌的交换过程12/29/202212/29/20221818(四)细菌的交换过程(四)细菌的交换过程外基因子和内基因子可以发生交换而产外基因子和内基因子可以发生交换而产生基因重组。部分二倍体中,若发生单生基因重组。部分二倍体中,若发生单数交换是没有意义的,因为单交换使环数交换是没有意义的,因为单交换使环状的内基因子打开成为线性状的内基因子打开成为线性DNA,这种,这种细胞是不能成活的。发生偶数次交换才细胞
13、是不能成活的。发生偶数次交换才能产生可遗传的重组体能产生可遗传的重组体(recombinant)和一个片断)和一个片断(fragment)。片断以后为酶所降解。)。片断以后为酶所降解。12/29/202212/29/20221919(四)细菌的交换过程(四)细菌的交换过程这样,重组后的这样,重组后的F细菌不再是部分二细菌不再是部分二倍体,而是单倍体,得到的重组体的倍体,而是单倍体,得到的重组体的类型只有一个,而不是两个,相反的类型只有一个,而不是两个,相反的重组体是不能存活的(例如有,重组体是不能存活的(例如有,没有没有)。)。12/29/202212/29/20222020(五)用中断杂交技
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