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1、关于细菌和病毒的遗传关于细菌和病毒的遗传PPT1现在学习的是第1页，共52页2第一节第一节 细菌的遗传重组细菌的遗传重组一、转化一、转化二、接合二、接合三、三、F因子与性导因子与性导*四、质粒及其遗传四、质粒及其遗传现在学习的是第2页，共52页3一、转化一、转化(transformation)(一一)、细菌转化实验、细菌转化实验(二二)、转化过程、转化过程*(三三)、共同转化与遗传图谱绘制、共同转化与遗传图谱绘制现在学习的是第3页，共52页4(一一)、细菌转化实验、细菌转化实验1.基础知识基础知识v野生型肺炎双球菌菌落为野生型肺炎双球菌菌落为光滑型光滑型，一种突变型为，一种突变型为粗粗糙型糙型
2、，两者根本差异在于，两者根本差异在于荚膜形成荚膜形成v荚膜的主要成分是多糖，荚膜的主要成分是多糖，具特殊的抗原性具特殊的抗原性v不同抗原型是遗传的、稳不同抗原型是遗传的、稳定的，一般情况下不发生定的，一般情况下不发生互变互变荚膜荚膜菌落菌落毒性毒性类型类型光滑型光滑型S发达发达光滑光滑有有I,II,III粗糙型粗糙型R无无粗糙粗糙无无I,II现在学习的是第4页，共52页52.Griffith转化研究转化研究(1928)现在学习的是第5页，共52页6Griffith对其试验结论及发展对其试验结论及发展v根据上述研究结果根据上述研究结果Griffith认为：认为：(有毒有毒)死细菌中的某种物质转移
3、到死细菌中的某种物质转移到(无毒无毒)活细菌中，并使之具有毒活细菌中，并使之具有毒性，导致小家鼠死亡性，导致小家鼠死亡将这种细菌遗传类型的转变称为将这种细菌遗传类型的转变称为转化转化，并将引起转化的物质称，并将引起转化的物质称为为转化因子转化因子(tranforming principle)但是当时的化学与生化分析技术还无法鉴定杀死细菌中的确切但是当时的化学与生化分析技术还无法鉴定杀死细菌中的确切成分，因而不能确定转化因子为何物成分，因而不能确定转化因子为何物v以后一些研究者重复上述试验，并且加入了以后一些研究者重复上述试验，并且加入了体外培养体外培养试验，即：试验，即：将加热杀死的将加热杀死
4、的SIII细菌与无毒细菌与无毒RII细菌混合培养，然后注入细菌混合培养，然后注入小家鼠体内，同样导致家鼠死亡。表明：小家鼠体内，同样导致家鼠死亡。表明：细菌在培养条件下也能够实现遗传类型间的定向转化细菌在培养条件下也能够实现遗传类型间的定向转化现在学习的是第6页，共52页7v1944年，年，Avery在离体条在离体条件下完成转化。件下完成转化。现在学习的是第7页，共52页8实验结论实验结论v实验结果表明：来源于加热杀死的实验结果表明：来源于加热杀死的SIII细菌，并使细菌，并使 RII细菌细菌转化成为转化成为SIII型细菌的型细菌的转化因子是转化因子是DNAv正是在这一认识的基础上，将转化定义
5、为：正是在这一认识的基础上，将转化定义为：某些细菌能通过其细胞膜摄取周围供体的染色体片段，并将此外某些细菌能通过其细胞膜摄取周围供体的染色体片段，并将此外源源DNA片段通过重组整合到自己染色体组的过程片段通过重组整合到自己染色体组的过程vAvery等人的实验实际上也表明：决定细菌遗传类型的物质是等人的实验实际上也表明：决定细菌遗传类型的物质是DNA，即证明了，即证明了DNA就是遗传物质就是遗传物质但由于他们采用的实验方法当时不被人们广泛接受，而且得出的结论但由于他们采用的实验方法当时不被人们广泛接受，而且得出的结论与当时人们的传统观念与当时人们的传统观念(认为蛋白质是遗传物质认为蛋白质是遗传物
6、质)不符合，而长期没有不符合，而长期没有得到人们的承认得到人们的承认现在学习的是第8页，共52页9(二二)、转化过程、转化过程v转化现象在细菌中是一种普遍现象。不同细菌转化过程有一定转化现象在细菌中是一种普遍现象。不同细菌转化过程有一定差异，但是它们都存在几个方面的特征，即：差异，但是它们都存在几个方面的特征，即：v感受态与感受态因子：感受态与感受态因子：感受态感受态指细菌能够从周围环境中吸收指细菌能够从周围环境中吸收DNA分子进行转化的生分子进行转化的生理状态理状态感受态主要受一类蛋白质感受态主要受一类蛋白质(感受态因子感受态因子)影响，感受态因子可以在影响，感受态因子可以在细菌间进行转移，
7、从感受态细菌中传递到非感受态细菌中，细菌间进行转移，从感受态细菌中传递到非感受态细菌中，可以使后者变为感受态可以使后者变为感受态转化可以分为自然转化（枯草杆菌）和人工转化（大肠杆菌）。转化可以分为自然转化（枯草杆菌）和人工转化（大肠杆菌）。用用Ca2+(如如CaCl2)处理大肠杆菌可以增强其感受能力处理大肠杆菌可以增强其感受能力现在学习的是第9页，共52页10(二二)、转化过程、转化过程(p157-158)v供体供体(donor)DNA与受体与受体(receptor)细胞结合细胞结合(binding)：结合发生在受体细胞特定部位结合发生在受体细胞特定部位(结合点结合点)对供体对供体DNA片段有
8、一定要求片段有一定要求结合是一个可逆过程结合是一个可逆过程vDNA摄取：摄取：当细菌结合点饱和之后，细菌开始摄取外源当细菌结合点饱和之后，细菌开始摄取外源DNA往往只有一条往往只有一条DNA单链进入细胞单链进入细胞(单链摄入单链摄入)，另一条链在膜上降解，另一条链在膜上降解v联会联会(synapsis)与外源与外源DNA片段整合片段整合(integration)：整合整合指单链转化指单链转化DNA与受体与受体DNA对应位点置换，稳定掺入到受体对应位点置换，稳定掺入到受体DNA中中的过程，实际上就是的过程，实际上就是遗传重组遗传重组过程过程研究整合的分子机制也就是研究遗传重组的分子机制研究整合的
9、分子机制也就是研究遗传重组的分子机制现在学习的是第10页，共52页11现在学习的是第11页，共52页12*(三三)、转化与基因重组作图、转化与基因重组作图v由于由于DNA是以小片段的形式进入受体的：是以小片段的形式进入受体的：u距离很远距离很远的两个基因很难同时存在于一个片段中，同时转化受体。的两个基因很难同时存在于一个片段中，同时转化受体。u基因间距离越近基因间距离越近，它们就有较多的机会整合到受体染色体中。，它们就有较多的机会整合到受体染色体中。现在学习的是第12页，共52页13*枯草杆菌共转化遗传作图枯草杆菌共转化遗传作图现在学习的是第13页，共52页14二、接合二、接合(一一)、接合现
10、象的发现和证实、接合现象的发现和证实(二二)、F因子及其在杂交中的行为因子及其在杂交中的行为*(三三)、中断杂交试验作图、中断杂交试验作图现在学习的是第14页，共52页15(一一)、接合现象的发现和证实、接合现象的发现和证实黎德伯格和塔特姆大肠杆菌杂交试验：黎德伯格和塔特姆大肠杆菌杂交试验：v材料：材料：大肠杆菌大肠杆菌(Escherichia coli)K12菌株的两个营养缺陷型菌株的两个营养缺陷型品系品系A甲硫氨酸缺陷型甲硫氨酸缺陷型met-和生物素缺陷型和生物素缺陷型bio-B苏氨酸缺陷型苏氨酸缺陷型thr-和亮氨酸缺陷型和亮氨酸缺陷型leu-v方法：方法：将将A、B混和，在基本培养基混
11、和，在基本培养基(固体固体)上涂布培养上涂布培养v结果：结果：平板上长出平板上长出原养型菌落原养型菌落(+)现在学习的是第15页，共52页16黎德伯格和塔特姆接合试验黎德伯格和塔特姆接合试验现在学习的是第16页，共52页17几种可能解释及其分析几种可能解释及其分析v对上述试验结果原养型菌落可能产生于：对上述试验结果原养型菌落可能产生于：亲本细菌亲本细菌A或或B发生了发生了回复突变回复突变两品系细胞通过培养基交换养料两品系细胞通过培养基交换养料互养作用互养作用两品系间发生了两品系间发生了转化作用转化作用发生细胞融合，形成了发生细胞融合，形成了异核体或杂合二倍体异核体或杂合二倍体v为了验证这些原养
12、型菌落产生的可能而进行的研为了验证这些原养型菌落产生的可能而进行的研究最终表明：究最终表明：这些解释均不成立这些解释均不成立现在学习的是第17页，共52页18回复突变可能的排除回复突变可能的排除vLederbery和和Tatum采用的是双营养缺陷型菌株，已基本排除采用的是双营养缺陷型菌株，已基本排除A或或B品系发生回复突变产生原养型细菌的可能品系发生回复突变产生原养型细菌的可能v理论分析：理论分析：单基因回复突变的频率约为单基因回复突变的频率约为10-6双基因回复突变的频率则为双基因回复突变的频率则为10-12，频率很低，频率很低但试验中产生原养型菌落产生的频率非常高，因此基本可以排除回复突但
13、试验中产生原养型菌落产生的频率非常高，因此基本可以排除回复突变的可能变的可能v对照实验：对照实验：单独接种未产生原养型菌落单独接种未产生原养型菌落现在学习的是第18页，共52页19*互养作用及其排除互养作用及其排除v试验材料：试验材料：A品系：品系：A-B+T1S(met-bio-thr+leu+T1S)B品系：品系：A+B-T1R(met+bio+thr-leu-T1R)v试验方法：试验方法：将将A、B品系混合接种在基本培养基表面品系混合接种在基本培养基表面短时间后喷短时间后喷T1杀死杀死A品系，使其不能持续产生品系，使其不能持续产生thr、leu供供B品系生长品系生长v结果与结论：结果与结
14、论：仍然出现原养型菌落仍然出现原养型菌落互养并非前述原养型菌落出现的原因，而可能发生了互养并非前述原养型菌落出现的原因，而可能发生了遗传重组遗传重组现在学习的是第19页，共52页20*转化作用及其排除转化作用及其排除vLederbery和和Tatum曾把品系曾把品系A的培养液经加热后，加入到的培养液经加热后，加入到B品品系的培养物中，未得到原养型系的培养物中，未得到原养型菌落；表明原养型菌落可能菌落；表明原养型菌落可能不不是由转化作用产生是由转化作用产生v戴维斯戴维斯(Dawis,1950)的的U型管试型管试验验结果：没有得到原养型细菌结果：没有得到原养型细菌结论：细胞直接接触是原养型细结论：
15、细胞直接接触是原养型细菌产生的必要条件菌产生的必要条件现在学习的是第20页，共52页21现在学习的是第21页，共52页22*异核体和杂合二倍体的可能性异核体和杂合二倍体的可能性v出现原养型菌落的另一种可能是：出现原养型菌落的另一种可能是：细胞融合产生异核体或双杂合二倍体，类似二倍体生物的杂合体可产生原养细胞融合产生异核体或双杂合二倍体，类似二倍体生物的杂合体可产生原养型菌落型菌落异核体异核体指由于细胞融合而在细胞内含有遗传组成不同的两个或多个细胞核指由于细胞融合而在细胞内含有遗传组成不同的两个或多个细胞核双杂合二倍体双杂合二倍体则是异核体进一步发生核融合，形成二倍体细胞核，核则是异核体进一步发
16、生核融合，形成二倍体细胞核，核内含有两种遗传物质内含有两种遗传物质v但细菌为单倍配子体生物，异核体和二倍体只能暂时存在，但细菌为单倍配子体生物，异核体和二倍体只能暂时存在，继续培养将发生分离继续培养将发生分离v对试验中得到的原养型菌落后代研究表明：对试验中得到的原养型菌落后代研究表明：后代没有出现预期的性状分离现象后代没有出现预期的性状分离现象现在学习的是第22页，共52页23(一一)、接合现象的发现和证实、接合现象的发现和证实v根据上述研究可以认为：根据上述研究可以认为：在在Lederbery和和Tatum及其它类似试验中，发生了一种及其它类似试验中，发生了一种不同于转化的遗传重组方式，称之
17、为不同于转化的遗传重组方式，称之为接合接合v海斯海斯(1952)研究表明：研究表明：大肠杆菌两种不同菌株大肠杆菌两种不同菌株(品系品系)接合过程中遗传物质的接合过程中遗传物质的转移是转移是单向的单向的认为大肠杆菌存在两种类型品系，分别作为接合过程认为大肠杆菌存在两种类型品系，分别作为接合过程中遗传物质的中遗传物质的供体供体与与受体受体v接合接合(conjugation)：遗传物质从供体遗传物质从供体(donor)转移到受体转移到受体(receptor)的重组的重组过程过程现在学习的是第23页，共52页24现在学习的是第24页，共52页25(二二)、F因子及其在杂交中的行为因子及其在杂交中的行为
18、1.F因子因子v海斯等进一步研究发现，大肠杆海斯等进一步研究发现，大肠杆菌在接合中作供体的能力受细胞菌在接合中作供体的能力受细胞内一种内一种致育因子致育因子(fertility factor/F因子，因子，sex factor/性因子性因子)控制控制vF因子的化学本质是因子的化学本质是DNA，可以，可以自主状态存在于细胞质中或整合自主状态存在于细胞质中或整合到细菌的染色体上到细菌的染色体上vF因子可在细菌细胞间进行转移因子可在细菌细胞间进行转移现在学习的是第25页，共52页26F因子与细菌结构、生理差异因子与细菌结构、生理差异现在学习的是第26页，共52页27F因子的存在状态因子的存在状态现在
19、学习的是第27页，共52页282.F因子及其在杂交中的行为因子及其在杂交中的行为现在学习的是第28页，共52页292.F因子及其在杂交中的行为因子及其在杂交中的行为现在学习的是第29页，共52页302.F因子及其在杂交中的行为因子及其在杂交中的行为现在学习的是第30页，共52页31*(三三)、中断杂交试验作图、中断杂交试验作图现在学习的是第31页，共52页32中断杂交试验中断杂交试验vHfr:thr+leu+azi S tonS lac+gal+strS F _:thr _ leu _ azi R ton R lac_ gal_ strR 将两种细胞混合培养，每个一定时间取样，把菌液放在食物将
20、两种细胞混合培养，每个一定时间取样，把菌液放在食物搅拌器内搅拌，以中断接合。将中断接合的细菌接种到含有链霉搅拌器内搅拌，以中断接合。将中断接合的细菌接种到含有链霉素的不同培养基上，测定形成了什么样的重组体。素的不同培养基上，测定形成了什么样的重组体。结果表明结果表明thr+最先进入最先进入F-细胞，接合细胞，接合8分钟后出现了重组体。分钟后出现了重组体。leu+随后随后0.5分钟出现，分钟出现，azi S 在在9分钟后出现等等。分钟后出现等等。现在学习的是第32页，共52页33*(三三)、中断杂交试验作图、中断杂交试验作图现在学习的是第33页，共52页34现在学习的是第34页，共52页35三、
21、三、F因子与性导因子与性导vF因子准确整合与环出因子准确整合与环出整合整合环出环出(切离切离)现在学习的是第35页，共52页36F因子转移与性导因子转移与性导(sexduction)vF因子的转移因子的转移v性导性导(sexduction)现在学习的是第36页，共52页37第三节第三节 噬菌体与转导噬菌体与转导一、烈性噬菌体及其遗传作图一、烈性噬菌体及其遗传作图二、温和噬菌体及其遗传作图二、温和噬菌体及其遗传作图三、转导与细菌遗传作图三、转导与细菌遗传作图现在学习的是第37页，共52页38一、烈性噬菌体一、烈性噬菌体vThe structure of bacteriophage T4 incl
22、uding:an icosahedral head filled with DNAa tail consisting of a collar,tube sheath,base plate,and tail fibers现在学习的是第38页，共52页39vLife cycle of bacteriophage T4现在学习的是第39页，共52页40*烈性噬菌体烈性噬菌体(T2)的遗传作图的遗传作图现在学习的是第40页，共52页41二、温和噬菌体二、温和噬菌体现在学习的是第41页，共52页42*温和噬菌体的遗传作图温和噬菌体的遗传作图现在学习的是第42页，共52页43第三节第三节 噬菌体与转导噬菌
23、体与转导一、烈性噬菌体及其遗传作图一、烈性噬菌体及其遗传作图二、温和噬菌体及其遗传作图二、温和噬菌体及其遗传作图三、转导与细菌遗传作图三、转导与细菌遗传作图现在学习的是第43页，共52页44三、转导三、转导v*转导现象的发现转导现象的发现沙门氏杆菌两个营养缺陷型沙门氏杆菌两个营养缺陷型u甲硫氨酸、组氨酸甲硫氨酸、组氨酸(met-his-phe+trp+tyr+)u苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸(phe-trp-tyr-met+his+)基本培养基上混合培养基本培养基上混合培养u产生原养型菌落产生原养型菌落是否接合、转化是否接合、转化u不是接合，通过一种过滤性因子不是接合，通过
24、一种过滤性因子(filterable agent,FA)实现实现uFA不能为不能为DNA酶降解，也不是转化酶降解，也不是转化FA的实体的实体u溶原性噬菌体溶原性噬菌体P22现在学习的是第44页，共52页45The Lederberg-Zinder experiment using Salmonella现在学习的是第45页，共52页46转导的概念与类型转导的概念与类型v转导转导(transduction)：噬菌体介导的细菌细胞间遗传转移噬菌体介导的细菌细胞间遗传转移(重组重组)过程过程v转导的类型转导的类型普遍性转导普遍性转导(generalized transduction)u如如P1、P22
25、噬菌体介导噬菌体介导特殊性转导特殊性转导(specialized transduction)u专化性转导专化性转导/局限转导局限转导u如如噬菌体介噬菌体介导导现在学习的是第46页，共52页47普遍性转导普遍性转导v在噬菌体感染的末期，细菌染色体被断裂成许多在噬菌体感染的末期，细菌染色体被断裂成许多小片段，在形成噬菌体颗粒时，少数噬菌体将细小片段，在形成噬菌体颗粒时，少数噬菌体将细菌的菌的DNA误认做是它们自己的误认做是它们自己的DNA，并以其外壳，并以其外壳蛋白将其包围，从而形成转导噬菌体。由于可以蛋白将其包围，从而形成转导噬菌体。由于可以转导细菌染色体的组的任何不同部分，因此称为转导细菌染色
26、体的组的任何不同部分，因此称为普遍性转导。普遍性转导。v两个基因同在一起转导就是合转导，合转导的频两个基因同在一起转导就是合转导，合转导的频率愈，表明两个基因在染色体上的距离愈近，连率愈，表明两个基因在染色体上的距离愈近，连锁愈密切。锁愈密切。现在学习的是第47页，共52页48普遍性转导与细菌遗传作图普遍性转导与细菌遗传作图v普遍性转导普遍性转导随机转移细菌染色体片段随机转移细菌染色体片段实质与转化相似实质与转化相似v共共/合转导合转导(cotransduction)两个基因同时转导两个基因同时转导可以进行细菌遗传作图可以进行细菌遗传作图与共转化作图类似与共转化作图类似现在学习的是第48页，共
27、52页49特殊性转导与细菌遗传作图特殊性转导与细菌遗传作图v特殊性转导特殊性转导转移转移噬菌体插入位点两噬菌体插入位点两侧侧的的细细菌基因菌基因噬菌体的不正确切离噬菌体的不正确切离实质实质与性与性导导相似相似现在学习的是第49页，共52页50本章要点本章要点(基本概念基本概念)v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v细菌的拟有性过程与遗传重组细菌的拟有性过程与遗传重组转化、接合、性导、转导转化、接合、性导、转导转化因子转化因子F-菌株、菌株、F+菌株、菌株、Hfr菌株菌株F因子、因子、F因子因子v烈性噬菌体及浸染循环烈性噬菌体及浸染循环v温和噬菌体及其溶原周期温和噬菌体
28、及其溶原周期原噬菌体、溶源性细菌原噬菌体、溶源性细菌现在学习的是第50页，共52页51参考书参考书v如果希望深入了解、学习微生物遗传及其在遗传如果希望深入了解、学习微生物遗传及其在遗传学的发展、生物技术中的应用，可参考下面两本学的发展、生物技术中的应用，可参考下面两本书：书：1.普通微生物遗传学普通微生物遗传学丁友肪、陈宁编，南开大学出版社，丁友肪、陈宁编，南开大学出版社，19902.遗传分析导论遗传分析导论David I.Suzuki,Anthony J.F.Griffiths,Richard C.Lewontin著，兰斌等译，陕西人民教育出版社，著，兰斌等译，陕西人民教育出版社，1990现在学习的是第51页，共52页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第52页，共52页