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1、关于细菌的遗传分析(2)第1页，讲稿共67张，创作于星期二细菌的遗传分析1、细菌染色体 细菌染色体大多为裸露的环状闭合细菌染色体大多为裸露的环状闭合DNADNA双链，没有组双链，没有组蛋白和其他蛋白质结合，也不形成核小体结构。蛋白和其他蛋白质结合，也不形成核小体结构。（这种结构有利于外源（这种结构有利于外源DNADNA的插入。）的插入。）2、E.coli基因组概况 E.coliE.coli的染色体为闭合双链环状的染色体为闭合双链环状DNADNA，长约，长约1333um.1333um.2001 2001年年1010月月1515日完成了日完成了E.coli K12E.coli K12菌株的基因组全
2、序列菌株的基因组全序列测定。总共测定。总共4639221 bp4639221 bp，42794279个蛋白质编码基因，个蛋白质编码基因，115115个编码个编码rRNArRNA和和tRNAtRNA的基因。（的基因。（GenBankGenBank编号编号:U00096:U00096）第2页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 17.14 A map of the Fig 17.14 A map of the E.coliE.coli genome,showing selected genome,showing selected genes.genes.2003 John Wiley and Son
3、s Publishers第3页，讲稿共67张，创作于星期二细菌的F因子营养互补还是其它细胞物质的交流细菌杂交是染色体的转移细菌染色体转移不是交互的，是有方向的F因子第4页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 17.4 The U-tube experiment.Fig 17.4 The U-tube experiment.2003 John Wiley and Sons Publishers第5页，讲稿共67张，创作于星期二3 3、细菌杂交（遗传分析的重要方法）、细菌杂交（遗传分析的重要方法）（1）F因子的发现B StrrE.coli 不同缺陷型菌株A,B分别具有Strs,Strr两种基因型。实
4、验：A Strs含Str的基本培养基上生长A StrrB Strs含Str的基本培养基上不长原因：A Strs是作为供体，尽管在Str培养基上不能分裂，但其基因可以转移；B Strr 作为受体，既可以分裂，又可以接受外来基因。反之则不行，若受体B 对Str敏感，接合的细胞不能分裂就不能存活。（发现了A中的F因子）第6页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 17.8 A summary of the classic Lederberg and Tatum Fig 17.8 A summary of the classic Lederberg and Tatum experiment.experim
5、ent.2003 John Wiley and Sons Publishers第7页，讲稿共67张，创作于星期二2、F因子的特性三种大肠杆菌：F+:携带F因子质粒F-:没有F因子Hfr:F 因子整合在染色体上（1）低频重组：F+F-=F+,F+重组通过质粒转移、复制进行。重组频率为10-6左右。第8页，讲稿共67张，创作于星期二F+F-第9页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 17.9 F+x F-conjugation.Fig 17.9 F+x F-conjugation.2003 John Wiley and Sons Publishers第10页，讲稿共67张，创作于星期二高频重组（hi
6、gh frequency of recombination）,Hfr F因子整合到细菌的染色体上时，称为Hfr菌，具有较高频率的重组能力。Hfr X F F 第11页，讲稿共67张，创作于星期二高频转导：Hfr x F-F因子部分在最后转移第12页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 17.10 Some of the sites of F-factor integration in the Fig 17.10 Some of the sites of F-factor integration in the E.coliE.coli chromosome.chromosome.2003 John
7、 Wiley and Sons Publishers第13页，讲稿共67张，创作于星期二中断杂交3 3、梯度转移作图、梯度转移作图中断杂交实验：采用中断杂交实验：采用Hfr x F-,Hfr x F-,根据染根据染色体上基因进入色体上基因进入F-F-细胞的时间和次序细胞的时间和次序作图。作图。Hfr thr+leu+azir tonr lac+gal+strs X F-thr-leu-azis tons lac-gal-strr 第14页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 17.12 The interrupted mating Fig 17.12 The interrupted mating
8、 experiment of Wollman and Jacob.experiment of Wollman and Jacob.2003 John Wiley and Sons Publishers第15页，讲稿共67张，创作于星期二中断杂交的实验结果中断杂交的实验结果基因基因 转入时间转入时间thrthr+8 8 leuleu+8.58.5AziAzis s 9 9 TonTons s 1111 laclac+1818 galgal+25 25 第16页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 17.13 Data from the interrupted mating experiment.F
9、ig 17.13 Data from the interrupted mating experiment.2003 John Wiley and Sons Publishers第17页，讲稿共67张，创作于星期二重组作图（recombination mapping）Hfr lac+ade+str s s X F-X F-lac-ade-str r r 第18页，讲稿共67张，创作于星期二重组作图：重组作图：Hfr lac+ade+F-lac-ade-F-lac-ade-Hfr lac+ade+F-lac-ade-F-lac+ade+Hfr lac+ade+F-lac-ade-F-lac-ade
10、+没有发生交换两个基因都交换到受体上交换发生在两个基因之间第19页，讲稿共67张，创作于星期二重组值计算 (Lac-ade+)Lac-ade+(Lac+ade+)+(Lac-ade+)ade+第20页，讲稿共67张，创作于星期二lac-ade 之间的图距为：lac-ade=lac-ade+lac-ade+lac+ade+x1001、选择在腺甘酸（ade）缺乏的培养基上生长的类型。它们表明ade基因已转入细胞。2、选出的lac-ade+类型即是重组子，因为ade+已进入，表明lac+也已进入，而lac-ade+表型就是供体受体lac、ade两个基因间发生交换的结果。可用此来计算重组值。第21页，
11、讲稿共67张，创作于星期二2、转导转导：以噬菌体为载体，将供体菌基因转移到受体菌中的过程。高频转导：通过双重溶源菌E.coli phagegaldgal+非正常切离感染gal-E.coligal-gal+gal-dgal+若dgal+进入的同时，也感染进去双重溶源菌形成第22页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 17.20 The mechanism of specialized transduction by Fig 17.20 The mechanism of specialized transduction by bacteriophage.bacteriophage.2003 John
12、 Wiley and Sons Publishers第23页，讲稿共67张，创作于星期二 噬菌体的裂解和溶源化噬菌体的裂解和溶源化OL3 OL2 OL PL C I Or3 Or2 Or3 Pr Cro C I 蛋白质 占据裂解方向转录启动子RNA多聚酶与左操纵子结合，溶源化。第24页，讲稿共67张，创作于星期二 OL3 OL2 OL PL C I Or3 Or2 Or3 Pr Cro 紫外线 C I 蛋白质失活 从占据裂解方向转录启动子上脱落，RNA多聚酶与Cro启动子结合，裂解。第25页，讲稿共67张，创作于星期二性导（sexduction）Hfr 菌上的F因子从染色体上不精确解离，带有了
13、染色体的基因，这种带有了染色体的基因的F因子称为F（F-prime）.F上的基因与细菌染色体的基因形成了部分二倍体。利用F因子形成部分二倍体的过程，称为性导。第26页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 17.11 The formation of an F factor.Fig 17.11 The formation of an F factor.2003 John Wiley and Sons Publishers第27页，讲稿共67张，创作于星期二 用紫外线诱导双重溶源菌，会产生约一半的正用紫外线诱导双重溶源菌，会产生约一半的正常噬菌体常噬菌体 和一半的和一半的 dgaldgal转导噬菌体
14、，所以它的转导噬菌体，所以它的转导效率很高。转导效率很高。而单纯的而单纯的 转导噬菌体转导频率只有转导噬菌体转导频率只有1010-6-6局限性转导局限性转导：phagephage经常插到特定的基因旁，转导经常插到特定的基因旁，转导该位点附近的基因。如该位点附近的基因。如 phage.phage.普遍性转导普遍性转导：phagephage整合的位置不固定，染色体整合的位置不固定，染色体上的基因都可以被其转导。上的基因都可以被其转导。如如P22 phage.P22 phage.第28页，讲稿共67张，创作于星期二共转导共转导：phagephage往往不止转导某一个基因，而是将往往不止转导某一个基因
15、，而是将其附近基因与该基因一起转导。其附近基因与该基因一起转导。通过基因的共转导，可推测转导基因间的次通过基因的共转导，可推测转导基因间的次序和距离。序和距离。a b a c b c共转导频率共转导频率0.60.10.5 a b c or c b a 可推测基因可推测基因a,b,ca,b,c在在染色体上的排列为：染色体上的排列为：第29页，讲稿共67张，创作于星期二转化（transformation)没有噬菌体作介导，由DNA直接转入受体细胞的过程，称为转化。环状DNA转化：整体进入整合。片段DNA转化：单链进入整合。第30页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 17.2 The integra
16、tion of a circular donor DNA molecule into Fig 17.2 The integration of a circular donor DNA molecule into a circular recipient chromosome requires a single crossover a circular recipient chromosome requires a single crossover event.event.2003 John Wiley and Sons Publishers第31页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 17.18
17、 The establishment Fig 17.18 The establishment of lysogeny.of lysogeny.2003 John Wiley and Sons Publishers第32页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 17.1 In order for successful recombination to occur,an Fig 17.1 In order for successful recombination to occur,an even number of exchanges,two in this case,is required even
18、 number of exchanges,two in this case,is required between the circular main chromosome and the linear between the circular main chromosome and the linear fragments.fragments.2003 John Wiley and Sons Publishers第33页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 17.15 A single exchange between a linear donor DNA Fig 17.15 A single
19、 exchange between a linear donor DNA molecule and a circular recipient chromosome does not yield molecule and a circular recipient chromosome does not yield a structurally intact recombinant chromosome.a structurally intact recombinant chromosome.2003 John Wiley and Sons Publishers第34页，讲稿共67张，创作于星期二
20、Fig 17.6 Bacterial transformation.Fig 17.6 Bacterial transformation.2003 John Wiley and Sons Publishers第35页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 17.17 The formation of generalized transducing viruses and the Fig 17.17 The formation of generalized transducing viruses and the subsequent transduction of recipient bacteria
21、.subsequent transduction of recipient bacteria.2003 John Wiley and Sons Publishers第36页，讲稿共67张，创作于星期二顺序四分子分析粗糙链孢霉（Neurospora crassa）单倍体营养体在营养或生长环境不利时，转入有性生殖。菌丝产生的单倍体分生孢子与另一个菌丝的原子囊果中的单倍体子囊孢子囊孢子子杂交。形成2倍体的杂合体，该2倍体经过第一次减数分裂，获得一个细胞内含有4个单倍体的产物，4个单倍体产物呈直线排列，称为：四分子，对四分子进行的遗传学研究，称为四分子分析（tetrad analysis）第37页，讲
22、稿共67张，创作于星期二Fig 9.6a Cultures of Fig 9.6a Cultures of Neurospora crassa.Neurospora crassa.2003 John Wiley and Sons PublishersCredit:From an INTRODUCTION TO GENETIC ANALYSIS 5e by Griffiths et al.Copyright 1993 by W.H.Freeman and Company.Used by permission.第38页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 9.8 Photomicrograph sh
23、owing segregation of dark and light Fig 9.8 Photomicrograph showing segregation of dark and light ascospores in ascospores in Neurospora.Neurospora.2003 John Wiley and Sons PublishersCredit:Science Source/Photo Researchers第39页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 9.7 Segregation patterns in Fig 9.7 Segregation patterns
24、 in NeurosporaNeurospora asci.asci.2003 John Wiley and Sons Publishers第40页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 9.6 Production of ordered tetrads of ascospores in Fig 9.6 Production of ordered tetrads of ascospores in Neurospora.Neurospora.2003 John Wiley and Sons Publishers第41页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 9.9 Centromere mapping
25、in Fig 9.9 Centromere mapping in Neurospora.Neurospora.In Cross 1,the mutant strain,In Cross 1,the mutant strain,thithi-,requires thiamin;in Cross 2,the mutant strain,requires thiamin;in Cross 2,the mutant strain,chol-,chol-,requires requires cholinecholine.2003 John Wiley and Sons Publishers第42页，讲稿
26、共67张，创作于星期二Fig.9.17 Somatic-cell hybridization experiments to locate the Fig.9.17 Somatic-cell hybridization experiments to locate the human TKhuman TK+and HPRT and HPRT+genes on specific chromosomes.genes on specific chromosomes.2003 John Wiley and Sons Publishers第43页，讲稿共67张，创作于星期二着丝粒作图 根据四分子标记基因间的
27、交换，计算着丝粒与标记根据四分子标记基因间的交换，计算着丝粒与标记基因的重组值，被称为：着丝粒作图。基因的重组值，被称为：着丝粒作图。例如：例如：LysLys-X X lyslys+LysLys-LysLys-lys lys+lys lys+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+第44页，讲稿共67张，创作于星期二四分子重组值着丝粒基因：着丝粒基因：重组值重组值 交换型交换型 X 1/2X 1/2 交换型交换型 非交换型非交换型 因为交换型子囊中，只有一半的子囊孢子发生因为交换型子囊中，只有一半的子囊孢子发生了交换，所以了交换，所以 ，计算重组值时，要乘以，计算重组值时，要乘以 1/
28、21/2 第45页，讲稿共67张，创作于星期二 nic +X +ade nic +X +ade +ade +ade nic +nic +ade +ade nic +nic +PD NPD T T PD NPD T PD NPD T T PD NPD T +a +a +a +a +a +a +a +a n a n+n a n a +a +a n a n+n a n a n +n a n +a +a n +n a n +a +a n +n a n a n +n+n a n+n +n a n a n +n+n a n+M:1 1 1 1 1 2 2 1 2 2 2 2 2 2 M:1 1 1 1 1
29、 2 2 1 2 2 2 2 2 2 第46页，讲稿共67张，创作于星期二M1:第一次分裂分离 着丝粒与标记基因的分离时期在第一次减数分裂时期着丝粒与标记基因的分离时期在第一次减数分裂时期M2：第二次分裂分离 着丝粒与标记基因的分离时期在第二次减数分裂着丝粒与标记基因的分离时期在第二次减数分裂时期时期第47页，讲稿共67张，创作于星期二重组值计算着丝粒基因重组值 交换型子囊 X 总子囊数 M2 X 1/2 总子囊数 第48页，讲稿共67张，创作于星期二例题 A B X a b A B X a b A B A B a b a b A/a:M1 A B A/a:M1 A BB/b:M1 B/b:M
30、1 NPD a bNPD a b画出染色体交换图。画出染色体交换图。第49页，讲稿共67张，创作于星期二Fig 9.3 Cross with linked yeast mutations.Fig 9.3 Cross with linked yeast mutations.2003 John Wiley and Sons Publishers第50页，讲稿共67张，创作于星期二突变的检测和基因定位突变种类：突变种类：颠换：颠换：嘌呤与嘧啶之间的突变嘌呤与嘧啶之间的突变A:T-C:GA:T-C:G转换转换:嘌呤之间或嘧啶之间的突变嘌呤之间或嘧啶之间的突变同义突变：同义突变：CAA-CAG pro-
31、proCAA-CAG pro-pro错义突变错义突变:CAA-CAC pro-his:CAA-CAC pro-his无义突变无义突变:UUA-UAA leu-:UUA-UAA leu-无义无义移码突变：移码突变：由于硷基的缺失或增加，造成遗传密由于硷基的缺失或增加，造成遗传密 码的移动的突变。码的移动的突变。第51页，讲稿共67张，创作于星期二A:T-C:G A A T TA AA AT A T T A T BU G G BU G G BU C BU CBUBU：5 5溴尿嘧啶，可替换溴尿嘧啶，可替换T T，以烯醇式存在时，以烯醇式存在时，与与G G配对。配对。第52页，讲稿共67张，创作于星
32、期二基因转换（gene conversion）由于由于DNADNA单链发生的交换，产生基因的改变，这单链发生的交换，产生基因的改变，这种现象称为基因转换。种现象称为基因转换。粪壳菌（粪壳菌（sordaria fimicolasordaria fimicola）g+:g+:子囊孢子黑色子囊孢子黑色g-:g-:子囊孢子灰色子囊孢子灰色 g+X g-g+X g-g+g+g-g-4:4 +-;6:2 +-4:4 +-;6:2 +-5:3 +-;3:1:1:3 +-+-5:3 +-;3:1:1:3 +-+-第53页，讲稿共67张，创作于星期二DNA损伤修复避免差错的修复光复活修复切除修复重组修复倾向差错
33、的修复应急修复（SOS）第54页，讲稿共67张，创作于星期二光复活与切除修复 1949 1949年发现紫外线的对年发现紫外线的对DNADNA的损伤可以通过可见的损伤可以通过可见光照射而提高生存率。光照射而提高生存率。19601960年年R.B.Setlow R.B.Setlow 发现紫外线的对发现紫外线的对DNADNA的损伤是的损伤是形成形成T TT T二聚体。二聚体。光复活酶修复：光复活酶基因表达，解开光复活酶修复：光复活酶基因表达，解开T TT T二聚体。二聚体。切除修复：切除修复：Uvr A,B,CUvr A,B,C基因编码的内切核酸酶切除基因编码的内切核酸酶切除T TT T两端两端12
34、121313个个bpbp，然后在，然后在DNADNA多聚酶和多聚酶和DNADNA连连接酶的作用下，以正常的链为复制模板，合成正接酶的作用下，以正常的链为复制模板，合成正常的常的DNADNA链。链。第55页，讲稿共67张，创作于星期二重组修复19651965年年A.J.ClarkA.J.Clark发现发现uvruvr突变后，突变后，E.coliE.coli仍可对紫外仍可对紫外线造成的损伤进行修复，发现了重组修复机制。线造成的损伤进行修复，发现了重组修复机制。参与基因参与基因rec Arec A。T TT T 5 5 3 33 3 5 55 5 3 53 5 3 33 3 5 35 3 5 5 5
35、 5 3 33 3 5 5 第56页，讲稿共67张，创作于星期二DNA复制突变温度敏感型DNA复制突变型：温度40度时，正常细菌还可以DNA复制，但是DNA复制突变型受到抑制。把突变型从许可温度转入非许可温度中培养，一种突变型立刻停止DNA复制，称为DNA复制快停突变型。一种突变型慢慢停止DNA复制，称为DNA复制慢停突变型。第57页，讲稿共67张，创作于星期二慢停突变型：DNA复制中的发动有关基因的突变，当温度达到突变的敏感温度时，该基因停止发动，但是已经复制的DNA将继续延长，停止在DNA复制终点。快停突变型：DNA复制中的延长链有关基因的突变，当温度达到突变的敏感温度时，该基因停止转录，
36、表达的蛋白也立即失活，DNA复制不再延长。DNA复制停止在任意阶段。第58页，讲稿共67张，创作于星期二快停突变型：DNA复制中的启动好有关基因的突变，当温度达到突变的敏感温度时，该基因停止转录，但是已经表到的蛋白将继续发挥复制延长的功能，直到蛋白质用完或失活后，DNA链复制停止。第59页，讲稿共67张，创作于星期二Aems法诱变沙门式杆菌缺陷型，不能在基本培养基上生长，当培养皿的中间涂上待测的药物时，如果没有回复突变，就没有菌落出现，如果出现突变，在药物周围会有菌落生长。与对照相比，突变频率高，说明待测药物诱变强。第60页，讲稿共67张，创作于星期二突变率突变率突变率:生物群体中基因突变的比
37、例。生物群体中基因突变的比例。显性基因的突变率计算显性基因的突变率计算 软骨发育不全症是常染色体显性遗传病。软骨发育不全症是常染色体显性遗传病。如果在如果在9407594075的婴儿中发现的婴儿中发现1010例本病患者，其中有例本病患者，其中有2 2例的亲体也患此病，计算该基因的突变率。例的亲体也患此病，计算该基因的突变率。（10102 2）/2(94075-2)/2(94075-2)=4.2 X 10 =4.2 X 10-5-5第61页，讲稿共67张，创作于星期二常染色体隐性突变的检测-_-_-X -X -X -X -X -X -如果有隐性突变如果有隐性突变_ _ _ -_ _ _ -就看不
38、到野生型就看不到野生型 第62页，讲稿共67张，创作于星期二细菌突变的检测 细菌诱变后，是由于后来培养过程中出现的变异还是细菌诱变后，是由于后来培养过程中出现的变异还是诱变时出现的变异？诱变时出现的变异？链霉素抗性细菌在含有链霉素的培养基上可以生长，链霉素抗性细菌在含有链霉素的培养基上可以生长，敏感型不能生长，突变型是诱变的，还是筛选的？敏感型不能生长，突变型是诱变的，还是筛选的？实验（影印培养）：实验（影印培养）：含链霉素含链霉素 生长生长 生长生长 细菌诱变细菌诱变 不含链霉素不含链霉素 不生长不生长 不生长不生长 第63页，讲稿共67张，创作于星期二营养依赖型突变筛选 如果有如果有8 8
39、种种E.coliE.coli的营养依赖突变型，如何检测它们分别是的营养依赖突变型，如何检测它们分别是哪一种缺陷？哪一种缺陷？添加添加 A B C D E F G H A B C D E F G H 1 +1 +2 +2 +3 +3 +4 +4 +5 +5 +6 +6 +7 +7 +8 +8 +第64页，讲稿共67张，创作于星期二 添加添加 ABC CDE EFG GHAABC CDE EFG GHA1 1 B B2 2 D D3 3 F F4 4 H H5 5 A A6 6 C C7 7 E E8 8 G G 第65页，讲稿共67张，创作于星期二例题 如果有一些经过诱变的菌株，一般情况下，每一种菌株可能是21种氨基酸中的一种缺陷型，如何对这些缺陷型作鉴定。（鉴定出是对哪种氨基酸的依赖）第66页，讲稿共67张，创作于星期二感感谢谢大大家家观观看看第67页，讲稿共67张，创作于星期二