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第五章 细菌和病毒的遗传分析. 学习要点: 1 名词概念 质粒 、 F 因子、 Hfr、 转化子、转导子、性导、 2 了解细菌染色体大小与结构; 3 细菌的突变型的类型; 4 细菌菌株的类型、接合的组合方式与重组特点; 5 中断杂交实验作图的原理与方法; 6 细菌基因重组的特点; 7 转化、转导转移遗传物质的特点与共转率作图。. 第一节 细菌的细胞和染色体. 一 细菌细胞 大小:1-2 m; 繁殖方式:二裂式均等分裂,1代/20 min。 二 细菌染色体 P145 表6-1 1 结构: - PowerPoint PPT Presentation
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第五章 细菌和病毒的遗传分析
学习要点: 1名词概念 质粒、 F 因子、 Hfr 、转化子、转导子、性导、 2 了解细菌染色体大小与结构; 3 细菌的突变型的类型; 4 细菌菌株的类型、接合的组合方式与重组特点; 5 中断杂交实验作图的原理与方法; 6 细菌基因重组的特点; 7 转化、转导转移遗传物质的特点与共转率作图。
第一节 细菌的细胞和染色体
一 细菌细胞 大小: 1-2 m ; 繁殖方式:二裂式均等分裂, 1 代 /20min 。二 细菌染色体 P145 表 6-1 1 结构 : 环状双链 DNA ,单倍性,以折叠或螺旋状态存在; 2 大小:长约 250-35000m( 未螺旋 ) ; 3 复制方式:着膜式复制。 分裂特点:均等分裂,无基因重组。
第二节 大肠杆菌的突变型及筛选
一 细菌作遗传研究材料的优点 1 有许多营养缺陷型 , 且易于选择和鉴定
2 生活周期短 : 繁殖快 , 积累代谢物质多;3 繁殖快 , 数量大 , 易发现和鉴定突变型; 4 结构简单 : DNA 裸露 , 单倍性 , 利于基因精 细结构和基因功能表达调控的研究
二 细菌的突变型
( 一 ) 合成代谢功能的突变型 : (营养缺陷型)( 二 ) 分解代谢功能的突变型:( 三 ) 抗药性突变型 : 青霉素 : penr, pens 链霉素 : strr, strs
penicillinStreptomycin抗性 : resistance 敏感 : sensitive
(四)抗噬菌体突变型 T1 噬菌体 Tonr Tons
T2 噬菌体 Ttor Ttos
三 突变型的筛选
例如: 营养缺陷型的筛选 : u.v 野生型细菌 完全培养基: 影印培养基本培养基: 补充培养基 : 氨基酸类 维生素类 系列氨基酸补充培养基:赖氨酸 脯氨酸 精氨酸… .
第三节 大肠杆菌的性别
一 细菌的接合 1经典的杂交实验 1946 年 Lederberg; Tatum 图
7-1 品系 A 品系 B 基因型 : met-bio-thr+leu+thi+ X met+bio+thr-leu-
thi-
↓ ↓ ↓ 基本培养基 :
无菌落 有 10-7 无菌落
2 出现野生型菌落的可能原因: 回复突变;转化;互养; 细菌间发生了基因重组
3 转化、互养的排除— U 型管试验
无 无结论 :1: 野生型不是转化或互养产生的 ; 2: 两菌株细胞的直接接触对野生型的产生是必要的 .
菌株 A B 菌株
基本培养基
证明:细菌发生了基因重组
二 Ecoli 性别的发现
1 Hayes 的实验A: met-bio-thr+leu+thi+strs
X 加链霉素B: met+bio+thr-leu-thi-strr
↓ 基本培养基 : 出现菌落
met-bio-thr+leu+thi+
strr
X 加链霉素 met+bio+thr-leu-thi-strs ↓
无菌落出现
2 结果得出结论 : (1) Ecoli 有相当于高等生物的性别 (2) Ecoli 的遗传物质是由♂→♀单向传递的 .
♂
♀
3 F 因子的发现
1) Hayes 实验 品系 A strs ♂ ↓ 突变 品系 B strr♀ X A strS 突变型 “♂“ ↓ ↓ 加链霉素 不育 Astrr “♂” X A strs♂ ↓ 加链霉素 品系 B strr♀ X A strr♂ ↓ 重组体
(- F)
(F-)
(+F)
2) Hayes 的解释
( 1 )细菌是有性别的 , 细菌的性别是由性因子 (F) 决定的 , F +♂, F- ♀( 2 ) F 因子可以自发地丢失或者得到 , F+♂ -F
+F F- ♀
( 3 )杂交时产生重组体 , 双亲之一必需是 F+;
F+ X F- → 重组体质 粒 : 指任何染色体以外的遗传结构。附加体 : 在细胞中或以游离状态或与染色体相结 合状态存在的遗传结构。
三 F因子与高频重组1 F 基因子的结构
2F因子的整合与切割 图 6-12 图 6-13
3 F 因子状态与遗传物质转移特点
不能进行极少转移F因子 , 大量转移细菌基因。
转移F因子,还转移细菌个别基因。
F因子状态 游离 整合
菌株类型 F + Fˊ H f r F - 菌株性别 ♂ ♀杂交类型 F +XF - FˊXF - H frXF - F -XF -
传递特点 只转移F 因子不转 移细菌基因。
4 高频重组菌株H fr
Hfr 的F因子转移特点 : (1)F 整合后呈线状; (2) 转移起点 0位于中间; (3)先转移 F 因子的一部分 , F 的后面部分最后转移。
四 细菌基因重组的特点
1 部分二倍体 :指含有一个完整基因组和部分基因组的细胞 .(半合子 )P151
内基因子 :P151 外基因子 :P1512 细菌基因重组的特点 : (1) 细菌基因重组是在部分 二倍体中进行 ; (2)只有偶数交换才产生有 活性的重组体 ; (3) 相反的重组体不出现 .
第四节 中断杂交与重组作图一 中断杂交实验作图 1 中断杂交实验 Hfr thr+ leu+ azir Tonr lac+ gal+
strs
X F- thr- leu- azis tons lac- gal- strr
选择培养基 9′ 11′ 18′ 25′ 加 str ↓ ↓ ↓ ↓
无 thr,leu
↓ ↓ ↓
影印接种 azi Ton lac gal ┆ ┆ ┆
表 6-7 Hfr 的未选择性标记基因进入 F-所需时间
转入时间 转移的 Hfr 基因 出现在 F- 中的频率(分钟) 8` thr+( 选择性标记 ) 100%8.5` leu+( 选择性标记 ) 100% 9` azir开始出现在 F- 11` tonr开始出现在 F- azir已达 30% 18` lac+ 开始出现在 F- azir达 90%, tonr达 75% 25` gal+ 开始出现在 F- azir达 95%, tonr达 80% lac+ 达 3
0%
2 中断杂交实验作图原理A : Hfr 染色体上的基因是从某一点开始 , 以线性 方式进入F - 的 ,B :离原点愈近的基因进入F -愈早 , 出现在F - 中的比例愈大 ,反之 ,则愈小 .
3 中断杂交作图 : 指在 HfrXF- 杂交中 ,把接合中的细菌在不同时间取样 ,搅拌中断杂交 , 分析受体菌基因型 , 以 Hfr 基因出现在F - 中的先后为顺序 ,以转移的时间 ( 分钟 )为图距单位进行基因作图的方法 .
4 作图 ( 原点 ) aziTon lac gal F 0 9 11 18 25min
5 Ecoli 的染色体呈环状P154 表 6-4 几个Hfr 菌株的基因顺序
菌 株 转 移 顺 序HfrH Hfr1Hfr2Hfr3 312
O thr pro lac pur gal his gly thi O thr thi gly his gal pur lac pro 0 pro thr thi gly his gal pur lac 0 pur lac pro thr thi gly his gal 0 thi thr pro lac pur gal his gly
1) 不同的 Hfr 品系转移的起始基因是不同的 ; 说明:F因子可以在不同的位点插入细菌染色体 ;2) 与同一基因相邻的基因是相同的 ; 说明:不同品系细菌的基因顺序是相同的 ;3)Hfr 基因可以两个不同方向转移基因进入F -;4) 一个Hfr 转移的起始基因是另一个Hfr最后转移的基因 说明:细菌的染色体是环状的 . P153 图 6-9
thr
lac his
galpur
thi pro2
gly
HfrH
3
312
1
二 重组作图 (难点 )1 细菌的重组作图的前提(1) 两个基因紧密连锁 ; (2) 两个基因进入受体菌的先后 ;
例:已知 lac 和 ade紧密连锁 ; lac+ 比 ade+先进入F -;2 杂交、选择、统计重组体Hfr lac+ ade+ strs X F- lac- ade- strr
选择培养基
加 str, 无 ade F -ade+strr 伊红美兰培养基
紫红色菌落 ade+ lac+粉红色菌落 ade+ lac-
P155 图 6-11 B: lac+
ade+
A:lac+ ade+ C: lac+
ade+
F- lac+ ade+ 亲组合 52
F- lac- ade+ 重组合 15
3 计算重组体 重组值=重组菌落数 /总菌落数 X100 % =(lac- ade+)/[(lac+ ade+ )+(lac-
ade+)]X100% = 15/(52+15)X100% ≈ 20% 已知中断杂交实验该两个基因相距 1 分钟 , 重组作图与中断杂交作图的图距关系 : 1 分钟图距 ≈ 20% 重组值4 Ecoli 染色体全长: 90 分钟;含有: 3.6X106bp 20X90 ≈ 1800 cM
第五节 F` 因子与性导
一 F` 因子与 F` 菌株 F` 因子:指整合态的 F 因子从 Hfr上错误切割下来, 且带有细菌个别基因的 F 因子。 F` 菌株:指带有 F` 因子的细菌。二 性导 : P156 指利用F因子将供体菌的基因导入受体形成部 分二倍体的过程。
Hfr X F- → Hfr + F- F`X F- → F`+ F`
1 性导的特点 :只能转移F因子插入位点附近的基因。 2 性导在遗传分析中的应用: P156 4 点(1) F` 因子可自主复制;(2) 性导所形成的部分二倍体可用作测定两突变形间的互补试验;(3) 确定部分二倍体中两基因的显隐系;(4) 利用两基因的共性导率作图 .
第六节 转化与转导作图
一 细菌的转化与作图 (一)转化:指外源DNA片断不经中间媒介体直接进 入感受态细胞进行基因重组形成重组体的过程。 转化子:通过转化而形成的重组体 . (二)转化作图 1 转化作图的条件 : 2 转化基因间关系及其确定
DNA浓度下降比率
A 转化率下降比率
B 转化率下降比率
A 与 B 共转化率下降比
率
A 与 B关系
1/2 1/2 1/2 1/2 连锁1/2 1/2 1/2 1/4 不连锁
2 转化基因间重组值的计算
转化子数 ( 重组体数 ) 亲组合数 + 转化子数
例 :供体 trp2+ his2+ tyr1+trp2- his2- tyr1- P158 表 6-5 的重组值 trp2—his2 的重组值 =34% trp2—tyr1 的重组值 =40% his2—tyr1 的重组值 =13% 根据重组值作图: trp2 34 his2 13 tyr1
重组值 = = (+ -)+(- +)(+ +)+(+ -)+(- +)
二 转导与作图 ( 一 )普遍性转导与作图 1 普遍性转导: (1)普遍性转导的机制 P159 图 6-14 (2)普遍性转导特点 : 2 普遍性转导作图 (1) 作图原理 : 两基因的共转率愈大相距愈近,反之则愈远 (2 )双因子转导作图 例如:确定 abc 三个基因在染色体上的顺序, 分别测定 a-b 、 a-c 、 b-c 的共转导率; 如果: a-b 的共导率最大, a-c较大,而 b-c 的最小, 则顺序为: b a c
(2) 两点法基因顺序的确定
(1) 杂交测定三个共转率 :例: P1→供体 thr+ leu+ azir
X 受体 thr- leu- azis
转导子基因型 共转率 leu+ azir 50 % leu+ thr+ 2 %thr+ leu+ 3 %thr+ azir 0 %
基因可能顺序 thr azi leu或 thr leu azi
基因顺序是 : thr leu azi
2 )三因子转导作图
2 )三因子转导作图 例: P1→供体 thr+ leu+ azir
X 受体 thr- leu- azis
各种选择性培养基 转导子基因型 共转率
P1+供体菌 受体
leu
加加 aziazi
加azi
无无thr
无 leu
无 thr
thr+ leu+ 3%
thr+ azithr+ azir 0%
leu+ azir 50%
leu+ thr+ 2%
(2) 中间位点法 供体菌: supC+ trpA+ pyrF+ X 受体菌: supC- trpA- pyrF- ↓
基因顺序是 : supC trpA pyrF
转导子 ( 1 ) supC+ trpA+ pyrF+ 36 (双交换) ( 2 ) supC+ trpA+ pyrF- 114 (双交换) ( 3 ) supC+ trpA- pyrF+ 0 (四交换) ( 4 ) supC+ trpA- pyrF- 453 (双交换)
3 )共转率与图距
关系公式 : d( 图距 )=L(1-√x)L :转导 DNA 的平均长度X: 两个基因的共转导频率
3
3 稳定转导与流产转导 稳定转导:指外基因子重组到受体菌基因组中的转导。 流产转导:指外基因子未重组到受体菌中的不能 稳定转导。
(二)局限性转导 1概念: 2 转导的机制 : 3 低频转导与高频转导 噬菌体 ↓ 感染供体菌→裂解液 ( 转导噬菌体 )(溶源菌 ) (10-6)
双重溶源性转导子 ↓ 裂解、感染50%转导子 ( 高频转导 )
非溶源性细菌
溶源性细菌
→溶源性转导子或重组型转导子(低频转导 )
→
(二)局限性转导1概念:只能转移细菌染色体特定部分基因的转导 . 2 局限性转导的过程 3 转导的机制 : 是因为噬菌体在细菌染色体的特定位 点上整合。 4 低频转导与高频转导 噬菌体 ↓ 感染供体菌→裂解液 ( 转导噬菌体 )→非溶源 (溶源菌 ) (10-6) 性细菌
溶源性转导子
重组性转导子
低频转导:指溶源性细菌经诱导所释放的噬菌体所 进行的转导 .
高频转导:指双重溶源转导子所进行的转导。
dgal+
↓ ↙
dgal+
dgal+
→裂解 →感染
50%转导子
50%溶源性转导子
双重溶源性转导子
10-6
裂解、感染→ 50% 转导子