關于細菌的遺傳分析第1頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五主要內容細菌的細胞和基因組(自學)大腸桿菌的突變型及篩選細菌的接合與染色體作圖中斷雜交與重組作圖F`因子與性導細菌的轉化與轉導作圖第2頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五大腸桿菌的突變類型突變型篩選（自學）第二節大腸桿菌的突變型及篩選第3頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五一、大腸桿菌的突變類型1、合成代謝功能的突變型——營養缺陷型

合成代謝功能（anabolicfunction）

命名:Met-,Lys-原養型/野生型在基本培養基上，具有合成所有代謝和生長所必須的復雜有機分子的功能。營養缺陷型：一個必需的基因發生了突變不能進行一個特定的生化反應，從而阻礙整個合成代謝功能的實現。第4頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五2、分解代謝功能的突變型（catabolicfunctionalmutants)

分解代謝功能（anabolicfunction）一系列降解功能的實現也需要許多基因的表達，其中任何一個基因突變都會影響降解功能的實現。如Lac-突變型不能分解乳糖，因此就不能生長在以乳糖為唯一碳源的基本培養基上。第5頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五3、抗性突變型：細菌由于某基因的突變而對某些噬菌體或抗菌素產生抗性。如：抗藥突變型：抗鏈霉素突變型：Strr，（野生型Strs）抗青霉素突變型：Penr，（野生型Pens

）抗phage突變型：抗T1-phage突變型：Tonr，（野生型Tons

）第6頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五細菌接合現象的發現F因子及其轉移細菌重組的特點第三節細菌的接合與染色體作圖第7頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五一、細菌接合現象的發現菌株A：met-

bio-

thr+

leu+

thi+菌株B：met+

bio+

thr-

leu-

thi-Met+

bio+

thr+

leu+

thi+第8頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五二、F因子及其轉移細菌主要是無性繁殖，直到1946年人們才注意到不同品系大腸桿菌間可以雜交，并進行了基因重組，從而首次發現了大腸桿菌也有“性別”。1、細菌的性別第9頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五

2、F因子/性因子/致育因子

F因子：環狀DNA，含6×104個bp。大腸桿菌供體中含有，而受體無。由原點、致育基因、配對區三個部分組成。第10頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五環狀F因子的模式圖第11頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五組成F因子各部分的功能原點：是轉移的起點。配對區：此處與大腸桿菌DNA多處核苷酸序列相對應（即同源序列），故可通過交換而使F因子整合到大腸桿菌DNA上。致育基因：其上一些基因編碼生成F菌毛的蛋白質，即供體菌細胞表面的管狀結構，F菌毛與受體菌細胞表面的受體相結合，在兩個細胞間形成細胞質橋。第12頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五3、F+、F-與HfrF+：細胞質中具有F因子的大腸桿菌（供體）F-：細胞質中沒有F因子的大腸桿菌（受體）大腸桿菌性別F-F+第13頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五F+F-大腸桿菌性別大腸桿菌DNAF因子第14頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五F因子及其在雜交中的行為細胞質橋(接合管)F+×F-F+F+第15頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五F因子轉移的頻率很高，但細菌DNA間的重組率很低，故稱F+為低頻重組品系(lowfrequencerecombination，Lfr)。F+×F-第16頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五Hfr（highfrequencerecombination）F因子整合入大腸桿菌染色體中第17頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五原點致育基因配對區大腸桿菌性別致育基因第18頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五原點配對區細菌染色體F-第19頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五細菌DNA間的重組率很高，故稱之為高頻重組品系（highfrequencerecombination，Hfr），重組率為10-2。F因子轉移的頻率很低。第20頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五F因子的環出第21頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五4、附加體象F因子既可獨立存在于染色體之外作為一個獨立的復制子，也可整合到大腸桿菌染色體中作為大腸桿菌復制子的一部分的遺傳物質（遺傳因子），稱為附加體。第22頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五三、細菌重組的特點及機制細菌重組的特點細菌同源重組的分子基礎第23頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五（一）細菌重組的特點中斷雜交實驗與重組作圖細菌重組不同于真核生物的完整二倍體的重組。第24頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五Hfr與F－接合常會形成部分二倍體部分二倍體：這種含有一個親體F-全部基因組和另一親體部分基因組的合子叫部分合子（半合子）/部分二倍體。細菌的重組就是指F-的DNA（內基因子）與Hfr的部分DNA（外基因子）之間的重組。F-的DNAHfr的部分DNA第25頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五第26頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五內、外基因子的交換情況單交換部分二倍性線狀體雙交換重組體＋線性片斷偶數次交換結果：只產生一種重組體，而無另一相應的重組體。第27頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五由此可見在細菌的重組中有下列兩個特點：1、只有偶數次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。第28頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五（二）細菌同源重組的分子基礎RecBCD識別chi序列引發重組RecA催化單鏈同化Ruv系統解離Holiday連接點第29頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五1、RecBCD識別chi序列引發重組保守的8堿基非對稱序列大腸桿菌DNA每5-10Kb自然出現一次被recBCD編碼的酶所識別刺激重組——重組熱點1）chi

位點第30頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五2）RecBCD酶的功能①能降解DNA的核酸酶（核酸外切酶Ⅴ）②解旋酶活性③ATP酶活性目標：提供一條含游離3’端的單鏈區域（RecA可以作用的底物）第31頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五RecBCD酶識別chi序列引發重組含游離3’端的單鏈第32頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五2、RecA催化單鏈同化①具有蛋白酶活性②在單鏈DNA和ATP存在的條件下啟動DNA單鏈和與之互補的雙鏈分子進行堿基配對。單鏈同化：RecA可使一條DNA單鏈置換一條雙鏈DNA分子中同源鏈的反應。單鏈同化需要的條件：a.必須有一個單鏈DNA分子區域。b.必須有一個具游離3’端的DNA分子；c.該單鏈區域和3’端必須位于這兩個分子的互補區域中。第33頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五具有游離3’端的單鏈單鏈具有游離3’端第34頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五3、Ruv系統解離Holiday連接點RuvA：識別Holliday連接點的結構RuvB：具ATP酶的活性，為分支遷移提供動力。RuvC：具有核酸內切酶活性，可特異識別Holliday連接點。第35頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五第36頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五一、中斷雜交實驗原理二、中斷雜交作圖三、重組作圖（自學）第四節中斷雜交與重組作圖第37頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五一、中斷雜交實驗原理

Hfr細胞和F-細胞雜交，基因從Hfr細胞按次序轉入F-細胞，可根據基因進入F-細胞的時間和次序制作基因圖譜。實驗材料

Hfr：thr+leu+azistonslac+gal+strs

F-：thr-leu-azirtonrlac-gal-

strr

strr（F-可以在鏈霉素培養基上生長）strs（Hfr不能在鏈霉素培養基上生長）第38頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五實驗方法-中斷雜交實驗兩品系在液體培養基里，通氣混合培養，定時取樣，猛烈攪拌以中斷雜交，釋稀菌液，在含Str的基本培養基上培養。第39頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五AABBCCDDDDCCB第40頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五二、中斷雜交作圖實驗結果混合時間（min）結果8出現的菌落與F－相同，說明Hfr的基因未進入F－9

出現少量的azis

菌落，說明azis

己從Hfr轉移到F－11

出現azistons

型的F－菌落18

出現azistonslac＋型的F－菌落24

出現azistonslac＋gal＋型的F－菌落第41頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五隨時間推移，具有某一基因的菌落逐漸增加，達到一定頻率后就不再變動，而且愈早轉入的基因，所達到的頻率也愈高。第42頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五實驗結果說明：Hfr的DNA從一端開始，以線性方式逐段進入F－，這一端叫原點或O點。O點

azis

tons

lac＋

gal＋

第43頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五時間單位法以轉移時間單位（每分鐘）作為基因間距單位，可作出Hfr的“染色體”上的基因分布圖（基因連鎖圖）。第44頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五E.coli的連鎖群E.coliK12的基因組環形圖為100min第45頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五假如讓Hfr×F－雜交持續2h后中斷雜交，發現一些F－

F＋。這說明Hfr的全部基因轉移到F－內，排列到最后的F因子才進入F－，使F－

F＋。中斷雜交實驗與重組作圖第46頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五原點致育基因配對區致育基因F因子在細菌染色體上有很多插入位點，并且插入的取向不同一個F＋品系可以產生很多Hfr品系第47頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五第48頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五幾個Hfr菌株的線性連鎖群的產生HfrH菌株的基因轉移順序thrprolacpurgalhisglythiHfr1菌株的基因轉移順序thrthiglyhisgalpurlacpro第49頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五F′因子的形成細菌染色體第五節F′因子與性導第50頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五一、F′因子與F′菌株帶有部分細菌染色體的F因子稱F′因子。特點：能獨立復制

F′菌株：指帶有F′因子的細菌。第51頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五二、性導（sexduction或F′

-duction）通過F′因子將供體細胞的基因導入受體形成部分二倍體的過程叫性導。第52頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五性導F′因子F-部分二倍體F′菌株Hfr菌株F′菌株第53頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五aa第54頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五細菌的轉化與作圖細菌的轉導與作圖第六節細菌的轉化與轉導作圖第55頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五一、細菌的轉化與作圖轉化作用：從細菌的培養物提取的DNA可以在體外轉移到受體細菌中的過程。發生轉化的頻率很低：大約為1％的受體細菌可吸收外源DNA并發生轉化。第56頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五原因：受體細菌的受體部位的數目是有限的。外源DNA片段只是在受體部位通過。外源DNA的進入，除受體部位外，還必須有酶或蛋白質分子，以及能量等的協同作用。外源DNA只有在酶促旺盛的受體部位進入。第57頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五感受態細胞與感受態因子感受態細胞：這種能接受外源DNA分子并被轉化的細菌細胞。感受態因子：促進轉化作用的酶或蛋白質的分子。第58頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五感受態細胞單鏈通過交換進行整合第59頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五座位轉化體類別trp2+---+++his2++-+--+tyr1+++--+-11940366068541826001071180親本型(++)重組型(+-)和(-+)重組值（重組體數/總數）Trp2-his2Trp2-tyr1His2-tyr1供體trp2+his2+tyr1+

DNA向受體trp2-his2-tyr1-

轉化實驗中轉化體的類別及重組值的計算11940+11802600+107+3660+41811940+1072600+1180+3660+68511940+3660418+1180+685+107第60頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五轉化基因間重組值的計算

轉化子數(重組體數)親組合數+轉化子數

trp2—his2的重組值=34%trp2—tyr1的重組值=40%his2—tyr1的重組值=13%根據重組值作圖：trp234cM

his2

13cMtyr1重組值=

=

(+-)+(-+)(++)+(+-)+(-+)

第61頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五二、細菌的轉導與作圖普遍性轉導與作圖特異性轉導與作圖（后學）轉導作用：以噬菌體為媒介，將細菌的小片段DNA或基因，從一個細菌轉移到另一細菌的過程叫轉導作用。第62頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五（一）普遍性轉導與作圖J.Lederberg和N.Zinder做了這樣一個雜交試驗：鼠沙門氏菌的2個突變菌株：

LA22：phe-trp-met+his+LA2：phe+trp+met-his-LA22+LA2混合培養得野生型（10-5）第63頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五U型管實驗只允許DNA等大分子及病毒通過，細菌細胞不能通過。Hfr第64頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五實驗結果：右臂得到了野生型細胞第65頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五實驗結果的解釋p22的釋放：LA22是帶有P22原phage的細菌；在培養過程中，少數LA22細菌自溶釋放出游離的p22。p22的侵染：

這種游離的p22通過濾孔進入左臂而感染了LA2細菌。轉導噬菌體的形成：在裂解LA2過程中，宿主LA2環狀染色體被裂解成小片段，某些片段在P22phage組裝時偶爾被裝入頭部，形成轉導噬菌體。這種轉導噬菌體就將LA2的基因轉入LA22。形成部分二倍體，經重組后形成野生型菌落。第66頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五LA2LA22轉導噬菌體第67頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五普遍性轉導的概念象P22、P1這類phage可以轉移細菌DNA很多不同部分，這種轉導作用稱為普遍性轉導。普遍性轉導的頻率較低，約為10-5，兩個基因同時轉導的頻率則更低，僅有10-510-5=10-10。如果兩個基因同時轉導的頻率較高則說明是連鎖的。共轉導/并發轉導：兩個基因同時轉導的現象。第68頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五確定3個基因的順序如果兩個基因共轉導頻率較高，那么說明這兩基因連鎖，而且頻率越高，則兩基因距離越近；反之則越遠。雙因子轉導三因子轉導轉化與轉導作圖第69頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五雙因子轉導

每次觀察2個基因的轉導，通過確定每2個基因之間的共轉導率可確定它們在染色體上的次序。（3次）如：a基因和b基因共轉導頻率高，a和c共轉導頻率也高，b和c共轉導頻率低，則3個基因順序為bac第70頁，共74頁，2023年，2月20日，星期五三