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1、关于细菌与噬菌体的遗传重组分析第一页，本课件共有84页 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第二页，本课件共有84页 第三页，本课件共有84页 第四页，本课件共有84页第一节第一节 细菌的遗传分析细菌的遗传分析一、细菌遗传的研究方法二、遗传分析1.转化（Transformation）2.接合（Conjunction）3.性导（Sexduction）4.转导（Transduction）第五页，本课件共有84页一、细菌遗传的研究方法u 理化诱变：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）：ade ade his his 2、分解代谢功能的突变型分解代谢功能的
2、突变型：lac lac（乳糖）galgal（半乳糖）3、抗性突变型抗性突变型：3.1 抗药性：strstr(链霉素)aziazi(叠氮化物叠氮化物叠氮化物叠氮化物)3.2 抗噬菌体：T2s(+)T2r(-)tonAs tonAr (T1)第六页，本课件共有84页第七页，本课件共有84页细菌生活条件：基本培养基（Basal Medium）：无机盐：SO42-、NO3-、Ca2+、Mg2+糖 ：葡萄糖、蔗糖 维生素：生物素、Vbs 仅能满足微生物野生型菌株生长需要的培养基 完全培养基：BM全部营养物质 凡可满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或者半天然培养基 选择培养基：凡是只能满足相应的营养缺陷
3、型生长需要的组合培养基 原养型、营养突变型、条件致死突变型 p206 第八页，本课件共有84页u 试验方法：Lederberg et al.1952 第九页，本课件共有84页二、遗传分析（1）发现：1928，Griffith：肺炎双球菌转化实验 1944，Avery：转化子DNA 转化是细菌基因重组的方法之一。（2）概念：细菌吸附游离态的外源双链细菌吸附游离态的外源双链DNA，将单链，将单链DNA分子吸分子吸收进入细胞后，不经过复制整合到细菌染色体中，并发生收进入细胞后，不经过复制整合到细菌染色体中，并发生遗传重组的过程。遗传重组的过程。1、转化（、转化（Transformation）p213
4、第十页，本课件共有84页（3）转化DNA（转化子）的特点：a.DNA浓度与转化子数目的关系 饱和：50/cell,原因：在细菌的 细胞壁或细胞膜上有固定 数量的DNA接受座位，故 一般细菌摄取的DNA分子 数小于10个。b.DNA片段大小：不能太小太小：肺炎双球菌转化：DNA片断至少有800个碱基对；枯草杆菌的转化：DNA片断至少有16000个碱基对。c.双链吸附：单链DNA不被转化 d.单链进入细菌。DNA浓度转化子数目第十一页，本课件共有84页（4）受体细胞的特点 a.感受态：DNA合成刚刚停止、蛋白质合成继续活跃，活跃合成的蛋白质可使细菌细胞壁易于接受转化DNA。只有感受态的受体细胞才能
5、摄取并转化外源DNA，而这种感受态也只能发生在细菌生长周期的某一时间范围内。b.感受态的本质：部分原生质化：10/cell 酶受体：第十二页，本课件共有84页（5）转化过程：双链结合与单链穿入双链结合与单链穿入：双链双链DNA分子结合分子结合在接受座位上。可逆，可被DNA酶降解，接受座位饱和性；单链单链DNA摄取摄取，不可逆，不受DNA酶破坏。穿入穿入后，由外切酶或DNA移位酶降解其中一条链。联会：联会：DNA片段与细菌染色体部分联部分联会会。亲缘关系越远，联会越小、转化可能性越小。整合整合(重组重组)：单链的转化DNA与受体DNA对应位点的置换置换，从而稳定地参入到受体DNA中。第十三页，本
6、课件共有84页（6）转化成功：感受态、吸附、整合。（7）转化与基因重组作图：第十四页，本课件共有84页2、接合（、接合（Conjugation）（1）概念：在原核生物中，遗传物质从供体-“雄性”转移到受体-“雌性”的过程。DNA接触接触（供体 donor）（受体receptor）第十五页，本课件共有84页（2）发现与证实：a.发现：发现：发现：发现：LederbergTatum（1946 营养缺陷型）第十六页，本课件共有84页b.证实证实转化作用的排除：A（杀死）B 或者 AB（杀死）（无）Davis U型管试验 （无）DNase处理 （有）回复突变突变的排除：回复突变突变的排除：单个基因回复
7、突变频率10-6 两个基因同时回复突变的频率 10-610-610-12 1012（106 106）排除回复突变。）排除回复突变。b.戴维斯戴维斯U型管试验型管试验 (防止细胞直接接触防止细胞直接接触)也获得野生型重组也获得野生型重组 体。排除由于接合或性导体。排除由于接合或性导 c.DNase 处理处理重组体。排除重组体。排除转化。转化。推测：某种过滤性因子（推测：某种过滤性因子（FA）可以穿过）可以穿过DavisU型管滤片。抗血清可型管滤片。抗血清可 以抑制重组体出现。以抑制重组体出现。P22噬菌体。噬菌体。（2）发现与证实：）发现与证实：第四十六页，本课件共有84页（3）普遍性转导：）普
8、遍性转导：a.概念概念 供供体体细细菌菌染染色色体体组组的的任任何何部部分分都都可可以以组组装装到到转转导导颗颗粒粒中，从而可以转移到受体细菌中。（中，从而可以转移到受体细菌中。（P1）第四十七页，本课件共有84页b.并发性导（并发性导（co-transduction）与细菌作图）与细菌作图合转导（并发转导、共转导）：合转导（并发转导、共转导）：两个基因同时被包装到一个转导颗粒，从而一起重两个基因同时被包装到一个转导颗粒，从而一起重组到受体细菌的染色体上。组到受体细菌的染色体上。二因子作图：二因子作图：供体供体 受体受体 合转导频率合转导频率 a+b+a-b-30%ab 近近 a+c+a-c-
9、35%ac 近近 a在在bc之间之间 b+c+b-c-3%bc 远远三因子作图：三因子作图：供体供体 受体受体 合转导频率合转导频率 leu+thr+azi+leu-thr-azi-第四十八页，本课件共有84页实验1：leu azi thr azi leu thr实验2：azi leu thr实验3：最大转导片段p227第四十九页，本课件共有84页 根据合转导频率推导基因之间的物理距离d基因之间的物理距离（bp，kbp）L转导DNA的平均长度（bp，kbp）X两个基因合转导的频率第五十页，本课件共有84页（4）特殊性转导（局限性转导）特殊性转导（局限性转导）att att 温和性噬菌体进行的转
10、导，只能转导部分基因。第五十一页，本课件共有84页NRJAN R A JNRRAJNRAJJARNJARN d galbio+I I 噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体DNADNA特异性特异性特异性特异性 整合到细菌染色体。整合到细菌染色体。整合到细菌染色体。整合到细菌染色体。II II 噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体DNADNA准确准确准确准确 环出。环出。环出。环出。III III 噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体DNADNA不准不准不准不准 确环出确环出确环出确环出特殊性转特殊性转特殊性转特殊性转 导噬菌体的形成。导噬菌体的形成。导噬菌体的形成。导噬菌体的形成。d gal /d gal /d biod bio第
11、五十二页，本课件共有84页 d gald gal E.coliE.coliUV50%+50%d galgal（5）高频转导高频转导（HFT）NRAJNRJN R A JN R A 第五十三页，本课件共有84页第二节第二节 噬菌体的遗传分析噬菌体的遗传分析一、噬菌体是一类病毒一、噬菌体是一类病毒 病毒（病毒（Virus）：超显微、无细胞、活细胞专）：超显微、无细胞、活细胞专 性寄生的大分子（微生物）性寄生的大分子（微生物）1.特点：特点：a.a.个体小：通过个体小：通过个体小：通过个体小：通过DavisDavis滤器滤器滤器滤器b.b.专性寄生：脱离活体无生命，无代谢专性寄生：脱离活体无生命，无
12、代谢专性寄生：脱离活体无生命，无代谢专性寄生：脱离活体无生命，无代谢c.c.无细胞：蛋白质无细胞：蛋白质无细胞：蛋白质无细胞：蛋白质DNADNA（RNARNA）d.d.繁殖方式简单繁殖方式简单繁殖方式简单繁殖方式简单第五十四页，本课件共有84页2.分类：分类：分类：分类：动物：球形、卵圆形动物：球形、卵圆形动物：球形、卵圆形动物：球形、卵圆形 寄主：寄主：植物：杆状、丝状植物：杆状、丝状 细菌：蝌蚪状细菌：蝌蚪状 双链双链双链双链DNADNA：，T2T2、4 4、6 6 单链单链单链单链DNADNA：X 类，动物病类，动物病 毒、噬菌体毒、噬菌体毒、噬菌体毒、噬菌体 单链单链单链单链RNA 双
13、链双链RNA 植物病毒、艾滋病毒植物病毒、艾滋病毒植物病毒、艾滋病毒植物病毒、艾滋病毒遗传物质：遗传物质：第五十五页，本课件共有84页烟草花叶病毒烟草花叶病毒烟草花叶病毒烟草花叶病毒 腺病毒腺病毒腺病毒腺病毒 T T4 4 噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体 爱滋病病毒爱滋病病毒爱滋病病毒爱滋病病毒 RNA DNA DAN RNARNA DNA DAN RNA第五十六页，本课件共有84页二、噬菌体分类二、噬菌体分类概念：概念：原指细菌为寄主，后来推广原指细菌为寄主，后来推广 到真菌的病毒。到真菌的病毒。1.烈性噬菌体：烈性噬菌体：P2、P4、P6、T系列系列（T1-T7）2.温和性噬菌体：温和性噬菌体：
14、和和P1 1第五十七页，本课件共有84页1.烈性噬菌体烈性噬菌体（1）形态结构（）形态结构（T偶列）偶列）第五十八页，本课件共有84页（2）.繁殖和感染周期繁殖和感染周期（营养繁殖：噬菌体（营养繁殖：噬菌体DNA不整合；不整合；150 噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体/Cell）吸附吸附吸附吸附细菌裂解细菌裂解细菌裂解细菌裂解释放出子代噬菌体颗粒释放出子代噬菌体颗粒释放出子代噬菌体颗粒释放出子代噬菌体颗粒细菌染色体降解细菌染色体降解细菌染色体降解细菌染色体降解蛋白质外壳包装蛋白质外壳包装蛋白质外壳包装蛋白质外壳包装DNADNADNADNA成成成成 子代噬子代噬子代噬子代噬菌体颗粒菌体颗粒菌体颗粒菌体颗
15、粒第五十九页，本课件共有84页2.温和噬菌体:（1）形态结构）形态结构第六十页，本课件共有84页（2）繁殖和感染周期）繁殖和感染周期:吸附吸附吸附吸附溶菌周期溶菌周期溶菌周期溶菌周期UV UV 诱导诱导诱导诱导细菌裂解细菌裂解细菌裂解细菌裂解溶源周期溶源周期溶源周期溶源周期 噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体（原噬菌体）（原噬菌体）（原噬菌体）（原噬菌体）P P P P1 1 1 1噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体第六十一页，本课件共有84页几个相关的概念几个相关的概念溶原性：噬菌体外壳蛋白的合成以及溶菌功溶原性：噬菌体外壳蛋白的合成以及溶菌功能受到抑制。能受到抑制。溶原性细菌：溶原性细菌：“携带携带”原噬菌体
16、的细菌。原噬菌体的细菌。原噬菌体：溶原性细菌中的噬菌体原噬菌体：溶原性细菌中的噬菌体DNA分子。分子。无外壳；无侵染能力。无外壳；无侵染能力。第六十二页，本课件共有84页噬菌体DNA的插入att第六十三页，本课件共有84页三、噬菌体遗传的研究方法三、噬菌体遗传的研究方法1.获得突变株：处理营养期细菌或者游离噬菌体获得突变株：处理营养期细菌或者游离噬菌体 四类突变株：四类突变株：1）寄主范围突变株（）寄主范围突变株（host range mutant）2）噬菌斑（）噬菌斑（plaque mutant）3）温度敏感性：）温度敏感性：野生型：野生型：37C、43 C 均可繁殖均可繁殖 突变型：突变型
17、：43ts：仅37 C 繁殖繁殖 4）溶菌酶：）溶菌酶：ee第六十四页，本课件共有84页1）寄主范围突变株（）寄主范围突变株（host range mutant）l l寄主范围：寄主范围：寄主范围：寄主范围：指噬菌体感染和裂解的菌株范围指噬菌体感染和裂解的菌株范围指噬菌体感染和裂解的菌株范围指噬菌体感染和裂解的菌株范围 。某种噬菌体只能侵染某一种菌的个别菌系，某种噬菌体只能侵染某一种菌的个别菌系，突变后寄主范围变宽或变窄。突变后寄主范围变宽或变窄。T2：h+噬菌体噬菌体：只侵染只侵染 E.coli B株株；h 突变株突变株：E.coli B&B/2第六十五页，本课件共有84页2）噬菌斑突变株（
18、）噬菌斑突变株（plaque mutant）l l噬菌斑形状：噬菌斑的大小、边缘噬菌斑形状：噬菌斑的大小、边缘噬菌斑形状：噬菌斑的大小、边缘噬菌斑形状：噬菌斑的大小、边缘清晰度、透明程度。清晰度、透明程度。清晰度、透明程度。清晰度、透明程度。例如：例如：例如：例如：T噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体 rA A r1 1 r r r r（rapid lysis）rB rrB r1313（噬菌斑小、边缘模糊）噬菌斑小、边缘模糊）噬菌斑小、边缘模糊）噬菌斑小、边缘模糊）（速溶型，噬菌斑大、边缘清晰（速溶型，噬菌斑大、边缘清晰（速溶型，噬菌斑大、边缘清晰（速溶型，噬菌斑大、边缘清晰 ）rC rrC r7 7
19、m m m 小型（小型（小型（小型（minuteminute）c c c 透明（透明（透明（透明（clear）t t t t 半透明（半透明（turbid）第六十六页，本课件共有84页2、杂交试验、杂交试验 双重感染双重感染第六十七页，本课件共有84页（1）E.Coli BE.Coli BE.Coli BE.Coli BB/2B/2 二点测验第六十八页，本课件共有84页基因型基因型基因型基因型 噬菌斑噬菌斑噬菌斑噬菌斑1.1.h h+r r+半透明、小半透明、小半透明、小半透明、小2.2.h h-r r-透明、大透明、大透明、大透明、大3.3.h h+r r-半透明、大半透明、大半透明、大半透
20、明、大4.4.h h-r r+透明、小透明、小透明、小透明、小重组值重组值重组值重组值 100%100%重组型重组型重组型重组型亲型亲型亲型亲型1+21+21+2+3+41+2+3+4第六十九页，本课件共有84页第七十页，本课件共有84页 rbrcrbh h在中间在中间rch第七十一页，本课件共有84页（2）三点测验第七十二页，本课件共有84页第七十三页，本课件共有84页3、重组测验、重组测验 第七十四页，本课件共有84页1955年，美国的年，美国的S.Benzer（本泽）用大肠杆菌（本泽）用大肠杆菌T4噬菌体噬菌体作为材料，研究作为材料，研究快速溶菌快速溶菌（rapid lysis）突变型）
21、突变型r的的基因精细结构基因精细结构表表4-1 T4的突变型的突变型r和野生型和野生型r+在不同菌株上的噬在不同菌株上的噬菌斑菌斑 类类 型型不同大肠杆菌菌斑平板上的表型不同大肠杆菌菌斑平板上的表型BK()S野生型野生型rII+小小噬菌斑噬菌斑小小噬菌斑噬菌斑小小噬菌斑噬菌斑突变型突变型rII大大噬菌斑噬菌斑无噬菌斑无噬菌斑（致死）（致死）小小噬菌斑噬菌斑第七十五页，本课件共有84页第七十六页，本课件共有84页第七十七页，本课件共有84页4、互补测验、互补测验 第七十八页，本课件共有84页互补作用互补作用：两个突变型细胞的两条同源染色体同处在一个两个突变型细胞的两条同源染色体同处在一个杂合体细
22、胞或局部合子时，野生型基因补偿突杂合体细胞或局部合子时，野生型基因补偿突变基因的缺陷而使细胞的表型恢复正常的作用。变基因的缺陷而使细胞的表型恢复正常的作用。否则，两种突变型一定具有相同功能损伤。否则，两种突变型一定具有相同功能损伤。互补测验互补测验（complementation test）（顺反位置效应测验）:比较顺式和反式构型的细胞，从而判断两个突比较顺式和反式构型的细胞，从而判断两个突变是否属于同一基因的测验变是否属于同一基因的测验测验基因间是测验基因间是否互补否互补。第七十九页，本课件共有84页反式构型反式构型：两个突变分别位于两条同源染色体上的基因组两个突变分别位于两条同源染色体上的
23、基因组合。合。顺式构型顺式构型：两个突变位于同一个染色体上的基因组合。两个突变位于同一个染色体上的基因组合。第八十页，本课件共有84页第八十一页，本课件共有84页5、缺失作图、缺失作图第八十二页，本课件共有84页点突变和缺失突变的区别：点突变和缺失突变的区别：1、点突变是单个位点的突变，缺失突变是多个位、点突变是单个位点的突变，缺失突变是多个位点的突变；点的突变；2、点突变可回复，而缺失突变不可；、点突变可回复，而缺失突变不可；3、点突变之间可发生重组，缺失突变同另一个基、点突变之间可发生重组，缺失突变同另一个基因组在这个缺失区的点突变因组在这个缺失区的点突变 间不可重组，即无法间不可重组，即
24、无法通过重组而恢复野生型核苷酸顺序。通过重组而恢复野生型核苷酸顺序。第八十三页，本课件共有84页缺失作图：缺失作图：Benzer根据这一原理很方便地把数千根据这一原理很方便地把数千个独立的个独立的r突变定位在突变定位在r遗传图上更小的区段内，遗传图上更小的区段内，此方法称缺失作图。此方法称缺失作图。凡是能和某一缺失突变进行重组的，他的位置一定不在凡是能和某一缺失突变进行重组的，他的位置一定不在缺失范围内，凡是不能重组的，它的位置一定在缺失范缺失范围内，凡是不能重组的，它的位置一定在缺失范围内。围内。缺失缺失 1 缺失缺失 2 a b c 细线表示缺失区，二者分别与各种突变体杂交，缺失细线表示缺失区，二者分别与各种突变体杂交，缺失2只有与只有与a区区中突变体杂交才能产生野生型重组体，缺失中突变体杂交才能产生野生型重组体，缺失1只有与只有与 c区突变区突变体杂交才能产生野生型重组体，但体杂交才能产生野生型重组体，但2个缺失与个缺失与b区的突变体杂交区的突变体杂交均不能产生野生型重组体。均不能产生野生型重组体。第八十四页，本课件共有84页