《遗传学》07.细菌和病毒的遗传(55P).ppt

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1、第七章第七章 细菌和病毒的遗传细菌和病毒的遗传 第一节第一节 细菌和病毒的遗传研究方法及细菌和病毒的遗传研究方法及意义意义 第二节第二节 噬菌体的遗传分析噬菌体的遗传分析 第三节第三节 细菌的遗传分析细菌的遗传分析 小小 结结 本章重点：细菌四种拟有性生殖的区别 F、F，和Hfr的异同点 部分二倍体交换重组作图本章难点：噬菌体遗传分析 利用并发转导基因定位 重组作图 第一节第一节 细菌和病毒的遗传研究细菌和病毒的遗传研究 方法及意义方法及意义 一、细菌的研究方法一、细菌的研究方法 1单胞分离 菌液菌液 稀释稀释 涂布在固体涂布在固体培基培基 单个细胞分离单个细胞分离形成肉眼可见菌落形成肉眼可见

2、菌落细菌单胞分离细菌单胞分离 2 2影印法测定变异影印法测定变异 采用影印法测定细菌是否发生变异以及发生何采用影印法测定细菌是否发生变异以及发生何种变异。种变异。细菌变异主要有细菌变异主要有形态特征形态特征变异和变异和生理特性生理特性变异。变异。形态特征变异：形态特征变异：菌落大小、形状、颜色菌落大小、形状、颜色 生理特性变异：生理特性变异：（1）营养缺陷型：）营养缺陷型：丧失合成某种营养物质的能力丧失合成某种营养物质的能力，在基本培养基上不能生长。，在基本培养基上不能生长。原养型（野生型）：原养型（野生型）：能够在基本培养基上生长。能够在基本培养基上生长。（2）抗性突变：）抗性突变：抗药性和

3、抗感染型。抗药性和抗感染型。影印法测定细菌变异（引自李惟基等，（引自李惟基等，2007）影印法过程示意图影印法过程示意图二、病毒的研究方法二、病毒的研究方法1.获得变异获得变异 亚硝酸、羟胺、乙基黄酸乙酯（EES）等化学药剂诱导发生变异。常见变异：常见变异：寄主范围变异寄主范围变异：野生型（h）、突变型（h）噬菌斑突变：噬菌斑突变：野生型（r）、突变型（r）2杂交试验杂交试验 双重感染分析子代噬菌体中重组型的频率。三、细菌和病毒遗传研究的优越性三、细菌和病毒遗传研究的优越性 1世代周期短。细菌每20分钟可繁殖一代，病毒每小时上百几何级数繁殖增加。2便于管理和生化分析。个体小，操作管理方便，在一

4、个小试管中可得到大量群体。3.遗传物质简单，便于遗传研究。仅有一条染色体。4.便于研究基因突变。群体大容易检测到，无显隐性，基因都能表现性状。5便于研究基因作用。容易获得营养缺陷型。第二节第二节 噬菌体的遗传分析噬菌体的遗传分析 一、噬菌体的繁殖一、噬菌体的繁殖 1烈性噬菌体 2.温和性噬菌体侵染细菌侵染细菌 溶源阶段溶源阶段 稳定遗传稳定遗传 理化因素作用理化因素作用 进入溶菌阶段进入溶菌阶段 裂解寄主而释放裂解寄主而释放 二、噬菌体的重组二、噬菌体的重组 T T2 2噬菌体噬菌体 h h+感染B菌株，产生半透明斑。h h感染B和B/2菌株，产生透明斑 r r+产生正常斑：小而边缘模糊 r

5、r产生突变斑：大而边缘清楚 h h+r r感染B菌株产生半透明大斑 hrhr+感染B和B/2菌株，产生透明小斑 h+rhr+亲 型 重组型 h h+r hrr hr+hr hhr hr r+半透明 透明 透明 半透明 大斑 小斑 大斑 小斑 rah+r+h rbh+r+h rch+r+h 24%12.3%1.6%ra-h rb-h rc-h 根据上述实验结果，有四种排列：进一步试验rcrbrcrb结果，rcrbrbh和rch，可知，h在rb和rc中间。即第2和第3种排列是正的。（1）（2）（3）（4）第三节第三节 细菌的遗传分析细菌的遗传分析一、转化一、转化 细菌细胞通过其细胞膜摄取周围供体细

6、菌细胞通过其细胞膜摄取周围供体DNADNA片段，并通过重组整合到自己染色体中片段，并通过重组整合到自己染色体中的过程。的过程。转化过程：转化过程：（一）供体（一）供体DNADNA附着附着 在受体细胞表面在受体细胞表面 影响因素：影响因素：供体供体DNA片段大小片段大小 不同细菌要求转化的片不同细菌要求转化的片段大小不同。肺炎双球菌要求段大小不同。肺炎双球菌要求800核苷酸对以核苷酸对以上；枯草杆菌要求上；枯草杆菌要求1600核苷酸对以上。核苷酸对以上。供体供体DNA片段形态片段形态 供体供体DNA必需是双链。必需是双链。供体供体DNA片段浓度片段浓度 供体供体DNA片段数目越多片段数目越多越容

7、易发生转化，但不同细菌只能与特定数量越容易发生转化，但不同细菌只能与特定数量DNA片段结合片段结合 取决于细胞上接受座位数。取决于细胞上接受座位数。受体细胞生理状态受体细胞生理状态 感受状态细胞才能发生感受状态细胞才能发生转化转化 DNA合成刚结束，蛋白质合成仍在进合成刚结束，蛋白质合成仍在进行时的细胞。行时的细胞。（二）供体DNA进入受体细胞体内外切酶或DNA移位酶降解其中一条单链，并释放能量，将另一条单链拉入细胞体内。（三）联会与整合联会：联会：外源外源DNADNA进入受体细胞后与受体细菌进入受体细胞后与受体细菌DNADNA的同源区段发生联会，形成部分二倍体。的同源区段发生联会，形成部分二

8、倍体。部分二倍体：部分二倍体：细菌拟有性生殖过程中，外源细菌拟有性生殖过程中，外源DNADNA与受体与受体DNADNA同源区段联会，使受体细胞部分同源区段联会，使受体细胞部分DNADNA形成二倍体。形成二倍体。供体外基因子：供体外基因子：部分二倍体中的外源部分二倍体中的外源DNADNA。受体内基因子：受体内基因子：部分二倍体中受体细胞的部分二倍体中受体细胞的DNADNA。整合（重组）：整合（重组）：部分二倍体发生交换，部分二倍体发生交换，将外源将外源DNADNA置换到受体染色体中。置换到受体染色体中。部分二倍体发生交换只有偶数（双交换、四部分二倍体发生交换只有偶数（双交换、四交换）交换才有意义

9、，既不破坏受体交换）交换才有意义，既不破坏受体DNADNA的环的环状结构，又将外源状结构，又将外源DNADNA置换到受体染色置换到受体染色体中。而奇数交换体中。而奇数交换将受体环状将受体环状DNADNA打开打开成线性成线性DNADNA，重组转，重组转化子不能成活。化子不能成活。细菌转化过程示意图转化过程动态图转化过程动态图 转化重组作图转化重组作图：用一野生型细菌菌株提取出来的DNA转化一个不能合成丙氨酸（ala）、脯氨酸（pro）、精氨酸（arg）的突变菌株，获得下列结果：alaala+pro pro+arg arg+8400 8400 ala ala+pro pro argarg+2100

10、 2100 ala ala+pro pro argarg 840840 ala ala+pro pro+argarg 420420 ala ala propro+arg arg+14001400 ala ala propro argarg+840840 ala ala propro+argarg 840840 重组率重组型转化子/转化子总数100 alaalapropro间的重组率间的重组率(2100+840+1400+840)/(2100+840+1400+840+8400+420)(2100+840+1400+840)/(2100+840+1400+840+8400+420)3737 al

11、aalaargarg间的重组率间的重组率(840+420+1400+840)/(840+420+1400+840+8400+2100)(840+420+1400+840)/(840+420+1400+840+8400+2100)2525 proproargarg间的重组率间的重组率(2100+420+840+840)/(2100+420+840+840+8400+1400)(2100+420+840+840)/(2100+420+840+840+8400+1400)30%30%所以，三基因间的距离和顺序为：所以，三基因间的距离和顺序为：ala25arg30proala25arg30pro 二、

12、接合二、接合 两个细菌细胞发生接触后遗传物质从供体向受体转两个细菌细胞发生接触后遗传物质从供体向受体转移的过程。移的过程。两个不同缺陷型大肠杆菌：两个不同缺陷型大肠杆菌：A菌株：菌株：metbiothrleuB菌株：菌株：metbiothrleuA和和B都不能在基本培养基都不能在基本培养基上生长。上生长。AB混合培养在完全培养混合培养在完全培养基基 转移至基本培养基转移至基本培养基 出现菌落，即产生了原出现菌落，即产生了原养型（养型（metbiothrleu）为什么会出现原养型？为什么会出现原养型？（1）是否是自然回复突变？）是否是自然回复突变？实验中原养型出现的频率（实验中原养型出现的频率（

13、105）远远高于）远远高于A或或B自然回复突变频率（自然回复突变频率（10121014），且），且A或或B单独培养不能产生原养型。单独培养不能产生原养型。（2）是否是发生了转化？）是否是发生了转化？U型管实验不能产生原养型型管实验不能产生原养型，说明，说明细菌细胞直接接触细菌细胞直接接触是原养型细胞产生的必要是原养型细胞产生的必要条件。条件。进一步研究发现，遗传物质是从A向B转移，即A是供体，B是受体。为什么？（一）F因子之所以A是供体，B是受体，是因为A体内含有致育因子（F因子）。含有F因子的菌株称为F菌株，作为供体；不含F因子的菌株称为F菌株，作为受体。uF F因子的实质因子的实质F fa

14、ctor：是一种质粒，有独立自主复制和转移到其他细：是一种质粒，有独立自主复制和转移到其他细胞中去的能力。共价闭合环状胞中去的能力。共价闭合环状DNADNA，全长，全长94.5kb94.5kb。质粒质粒（plasmidplasmid）:存在于细菌染色体以外的存在于细菌染色体以外的DNADNA。对细菌的生存并非必须，但能给细菌带来一些额外的对细菌的生存并非必须，但能给细菌带来一些额外的功能（如抗菌素抗性等）。功能（如抗菌素抗性等）。F因子的结构因子的结构（引自李惟基等，2007）（1 1）不含）不含F F因子，即因子，即F F；（2 2）F F因子独立于细菌染色体以外的自主因子独立于细菌染色体以

15、外的自主F F因因子，即子，即F F；（3 3）F F因子直接整合在细菌染色体上，即因子直接整合在细菌染色体上，即HfrHfr（高频重组型）。（高频重组型）。uF F因子的存在状态因子的存在状态F因子的环出和整合是可逆的因子的环出和整合是可逆的Hfr菌株菌株F菌株菌株 FF F Fu细菌的接合方式细菌的接合方式(1)F+(1)F+与与F-F-混合培养相互接触，混合培养相互接触，F+F+供体菌上供体菌上的性伞毛形成两细胞之间的接合管的性伞毛形成两细胞之间的接合管(2)(2)核酸内切酶在核酸内切酶在F F因子的转移起点（因子的转移起点（oriToriT）的一）的一条链上产生一个缺口，然后条链上产生

16、一个缺口，然后55末端单链通过接末端单链通过接合管进入受体细胞合管进入受体细胞(3)F(3)F因子上的单链因子上的单链DNADNA和正在转移的单链和正在转移的单链DNADNA，各，各自为模板，在自为模板，在DNADNA聚合酶的作用下合成双链聚合酶的作用下合成双链DNADNA(4)(4)完成完成F F因子向受体细胞转移以及因子向受体细胞转移以及DNADNA的合的合成成(5)(5)在在DNADNA连接酶的作用下完成接合，形成两连接酶的作用下完成接合，形成两个个F+F+细胞细胞F F因子转移频因子转移频率很高，细菌率很高，细菌DNADNA转移频率转移频率极低。极低。HfrF Hfr FF F因子整合到因子整合到细菌染色体上细菌染色体上形成形成HfrHfr菌株菌株接合时，细菌接合时，细菌DNADNA以一小段以一小段F FDNADNA作为前导向受体作为前导向受体F F转移。一转移。一般仅小部分细菌般仅小部分细菌DNADNA发生转移就发生转移就中断接合，所以，只转移小部分中断接合，所以，只转移小部分细菌细菌DNADNA，F FDNADNA仍留在供体内仍留在供体内。由此，。由此，细菌细菌DNADNA