哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析第四章細菌的遺傳分析哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析一、細菌細胞和基因組哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析1.大小：原核細胞，長約1~2μ，寬約0.5μ；2.結構：細胞壁，鞭毛，質膜，核質體，核糖體，擬核；3.遺傳物質：單個主染色體，裸露，為雙鏈環狀DNA，一個或多個小染色體(質粒)；4.繁殖：無絲分裂，約20分鐘繁殖一代，每個細胞能在較短時間內裂殖到107個子細胞，成為肉眼可見的菌落或克隆；(一)、大腸桿菌（E.coli）的結構特點哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析(二)、E.coli在遺傳研究中的優越性1．世代周期短：

20分鐘可繁殖一代；2．便于管理和生化分析：個體小，一般在1μ至幾μ之間，操作管理方便；哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析3．便于研究基因突變：

裸露的DNA分子和單倍體生物；4．便于研究基因的功能：

影印培養，易檢出營養缺陷型突變，有利于從生化角度來研究基因的作用；5．便于研究基因重組：

細菌具有轉化、轉導和接合作用，可以進行精密的遺傳分析；哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析二、E.coli突變型及篩選哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析1.合成代謝功能突變型：又稱營養缺陷型，表示：Met-,Met+,metA-，metA+

用各種不完全培養基來篩選(影印法)

2.分解代謝功能突變型:Lac-可由lacX-

、lacY-

或lacZ-

引起伊紅-美藍培養基（EMB培養基）篩選

3.抗性突變型：

用加入抗生素的選擇培養基篩選表示：表型Strr或Strs;基因str-或str+。(一)、大腸桿菌的突變類型表型基因型哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析選擇培養法：是根據菌株在基本培養基和選擇培養基上的生長表現確定菌株的突變型，如原養型和營養缺陷型或對某一抗生素的敏感型和非敏感型(抗性型)；影印法：將完全培養基上的單菌落同時接種到不同的選擇培養基上，可對所有菌落進行選擇培養，鑒定效率高；(二)、突變型的篩選哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析影印法(抗性突變)萊德伯格等（LederbergJ.和LederbergE.M.,1952）設計。人工誘變哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析完全培養基基本培養基基本培養基+aaB基本培養基+aaA印跡影印法(營養缺陷突變)人工誘變哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析注意：(1)最初的培養基必須是非選擇性的，即各種突變型都能夠在其上生長；(2)必須采用適當的方法如涂布或劃線法，以使培養物菌落之間要分開；!哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析接合（conjugation）轉化（transformation）轉導（transduction）原核生物遺傳物質轉移的方式：哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析三、E.coli的接合哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析概念：指原核生物的遺傳物質通過細胞的直接接觸從

供體(donor)轉移到受體(receptor)內的過程。特點：需通過細胞的直接接觸。哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析菌株A:

met-bio-thr+leu+thi+（需甲硫氨酸和生物素）菌株B:

met+bio+thr-leu-thi-（需蘇氨酸，亮氨酸和硫胺）(一)、大腸桿菌“接合”的發現(萊德伯格和塔特姆，1946)ABAB洗滌洗滌洗滌met+bio+thr+leu+thi+哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析U型管實驗Davis,1950

A、B菌株分別培養在基本培養基上è

一邊加壓和吸引使培養液充分混合è

任何一臂的培養基上均未出現原養型細菌；這種原養型細胞如何出現？∴直接接觸(接合)是原養型細菌出現的必要條件。海斯（HayesW.,1952）證明：接合過程是一種單向轉移。A菌株遺傳物質èB菌株，從供體(donor)到受體(receptor)。哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析菌株A:

met-bio-thr+leu+thi+（需甲硫氨酸和生物素）菌株B:

met+bio+thr-leu-thi-（需蘇氨酸，亮氨酸和硫胺）含有鏈霉素(二)、大腸桿菌“性別”的發現AStrsBStrr出現原養型菌落(10-7)met+bio+thr+leu+thi+抗性相反為什么會導致結果不同

不出現原養型菌落AStrrBStrs哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析正反交結果不同，說明菌株A和B在雜交中的作用不同：菌株A：相當于雄性，是遺傳物質的供體菌株B：相當于雌性，是遺傳物質的受體在含有鏈霉素的培養基中：

Astrs×Bstrr:

供體不能繁殖，但并不影響基因轉移，受體能夠進行細胞分裂，也能接受外源遺傳物質發生重組，從而出現原養型菌落；Astrr×

Bstrs:

受體能接受外源遺傳物質發生重組，但細胞不能分裂，所以不能重組成原養型菌落；原因解釋：哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析(三)、F因子與高頻重組品系1.F因子供體和受體的性別差異，是由F因子引起的⑴．F因子：致育因子（性因子），是一種附加體。攜帶F因子的菌株稱為供體菌或雄性，用F＋表示。未攜帶F因子的菌株為受體菌或雌性，用F－表示。⑵．F因子的組成：染色體外遺傳物質，環狀DNA；

40~60個蛋白質基因；

2~4個/細胞(雄性內)。哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析⑶．E.coli

與F因子的三種狀態：①．沒有F因子，即F－；

②．一個自主狀態F因子，即F＋；

③．一個整合到宿主染色體內的F因子，即Hfr。哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析(4).F因子的復制F因子獨立進行復制哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析2.高頻重組品系(Hfr，HighFrequencyRecombination)

F因子整合到細菌染色體上（F＋Hfr細胞），其繁殖與細菌染色體同步;此時，細菌基因的重組頻率增加104倍以上；∴染色體上整合有F因子的菌株，稱為Hfr菌株;哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析Hfr×F－接合時：(1)F因子產生缺口；(2)細菌染色體由一小段單鏈的F

因子為前導而轉移到F-受體；(3)邊轉移邊復制；(4)接合中斷；結果：僅小部分供體菌染色體能夠轉入受體菌，受體細胞為F－，F因子仍留在供體內。由于受體帶有一段供體DNA，因此重組頻率增加!哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析部分二倍體中發生交換:

單數交換：打開環狀染色體，產生一個線性染色體，這種細胞是不能成活的。

偶數交換：產生可遺傳的重組體和片段。哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析細菌重組的特點F-受體只接受了部分供體染色體，形成部分二倍體：

1)只有偶數次的交換才能產生平衡的重組子。

2)不出現相反的重組子，所以在選擇培養基上只出現一種重組子。哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析總結：當F因子處于游離狀態時，細菌為F+，當整合到宿主染色體上時即為Hfr品系。1)產生重組子的頻率不同，Hfr×F－的重組子頻率是10-2，而F+×F－產生的重組子僅為10-6；

2)F+×F－的后代常為F+，而Hfr×F－的后代為F－；1)都能與F－進行雜交發生重組；

2)雜交時都要通過接合管和受體菌連接；F+

和Hfr的相同點是：F+

和Hfr的不同點是：F+×F－的后代為F+Hfr×F－的后代為F－

哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析上節課主要內容回顧非順序四分子的遺傳分析方法RF=1/2T+3NPD細胞的遺傳分析重要概念：接合、F因子、Hfr哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析(四)、中斷雜交與染色體作圖中斷雜交作圖：基因距離的單位是min而不是cM。

1956年，雅各布（JacobF.）和沃爾曼（WollmanE.）：

中斷雜交試驗：發現接合時遺傳物質轉移是直線進行。⑴．Hfr菌株與F－菌株混合培養。

Hfr菌株：strs

a+b+c+d+對鏈霉素敏感

F-菌株：strr

a-b-c-d-抗鏈霉素⑵．不同時間取樣

攪拌器中斷雜交稀釋含鏈含鏈霉素完全培養基殺死Hfr細菌抗str細菌菌落影印培養法：鑒定a+b+c+d+各基因轉移時間。哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析⑶．實例：供體：Hfr：strsthr＋

leu＋

azirtonrlac＋

gal＋受體：F－：strrthr－

leu－

azistonslac－

gal－thr+(蘇氨酸)、leu+(亮氨酸)、azir(抗疊氮化物)、tonr(抗T1噬菌體)、lac+(乳糖)、gal+(半乳糖)哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析①．8分鐘時：thr+進入F

-細胞；②．8.5分鐘時：leu+進入F-細胞；③．9分鐘時：出現疊氮化物抗性

的菌落；④．11分鐘時：出現抗噬菌體T1

的F-細菌；⑤．18分鐘時：出現乳糖發酵基因；⑥．25分鐘時：出現半乳糖發酵基因；哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析標記基因轉入的時間（分鐘）頻率thr+8100(經選擇的)leu+8.5100(經選擇的)azis990tons1170lac+1840gal+2525中斷雜交作圖結果以基因出現的時間為標準è

作出E.coli的遺傳連鎖圖哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析取樣時間（分）各非選擇標記的重組頻率(%)thr+leu+azistonslac+gal+50000010100123001510070310020100887112204010090753830Hfr×F-中斷雜交中不同時間非選擇標記標記的重組率哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析①.各基因的重組頻率隨著時間的推移而增加，但在一定程度后便不再增加；②.各基因進入受體的時間不同，重組頻率達到最高的時間也不同。哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析Hfr類型原點基因轉移順序HfrHOthr

prolacpurgalhisglythiHfr1

Othrthi

glyhis

gal

purlacproHfr2

Oprothrthiglyhisgalpur

lacHfr3

OpurlacprothrthiglyhisgalHfrAB312

Othithrprolacgurgal

hisgly⑷．用一種大腸桿菌的不同Hfr菌株進行中斷雜交實驗，作出連鎖圖，其基因向F-細胞轉移的起始基因不同，方向不同，但順序相同。哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析哈工大-遺傳學第四章細菌的遺傳分析Hfr類型原點基因轉移順序HfrHOthr

prolacpurg