细菌和噬菌体的遗传和重组.ppt

第七章 细菌和噬菌体的重组和连锁 第一节 细菌的遗传分析,在细菌中遗传物质有三种转移的形式: 接合（conjugation） 转化（transformation） 转导（transduction）,一. 细菌的接合,一、E.coli 接合的发现 1946年莱德伯格(Lederberg, J.) 和塔特姆 (Tatum) 发现细菌的接合（conjugation）。 细菌接合是指通过细胞的直接接触，遗传信息从供体细胞单向转移到受体细胞的过程。,A品系：met bio thi leu thr（thi：硫胺素B1） B品系：met bio thi leu thr A A+B B 完全培 养基 基本培 养基 met bio thi leu thr（频率10-7）,2*108个细菌,2*108个细菌,2*108个细菌,质疑： 转化：细菌的杂交实验获得的重组子可能是转化的结果。 营养互补：培养基中含有某些代谢产物，混合后这些产物互相补充了对方的不足而得以在基本培养基上生长。,二. 单向转移与F因子,1952年 海斯（W. Hayes） A品系 B品系 met thi leu thr strs x met bio thi leu thr strs 大剂量链霉素 A +B 对重组后代的产生无影响 大剂量链霉素 B +A 阻止了重组后代的产生 在重组中A和B的作用是不同的 A的作用类似于雄性，B类似于雌性 A和B的主要区别在于有无F质粒,致育因子（fertility factor，F） （1）有F因子的细菌称为F，细菌增殖时可把F因子传递给后代。 （2）没有F因子的细菌称为F，F细菌自发地或经吖啶橙处理而丢失，成为F。F因子一经丢失，细胞中便不再出现； （3）F可以和F杂交，而不能和F杂交； （4）FF的杂交后代皆为F，而且可以107 频率获得重组体后代。,三.高频重组(High frequence of recombination, Hfr),1951年 Cavalli发现 用氮芥处理F ，然后处理后的FF 104 1954年 Hayes 也分离了Hfr品系，发现： (1)Hfr使染色体基因重组能力增加上千倍; (2) 传递F因子的能力低，Hfr F F Hayes的解释是Hfr的F因子发生了永久性改变。,FF 重组子 此称为Hfr,四.Hfr和F因子的关系,1.F因子的结构 (1)复制区: 复制起点 (2)重组区:负责与细菌染色体的重组 (3)接合转移区: 性伞毛基因等与转移有关的基因,F 因子 (F-factor),转 重 移 IS3 组 IS3 区 区 O IS2 P OriT OriV 复 区 制,2.结合的过程：,(1)F纤毛(F pili)的合成,由纤毛素(pilin)蛋白构成，使细胞接触，细胞间形成原生质通道（接合管）； (2)转移启动 转移起始区(transfer origin, Ori T) 切开一条单链,滚环复制； (3)单链转移和复制。,F + F-F + + F +,F +F + + F +,F + Hfr,F + Hfr,Hfr F -,五. 中断杂交作图 (interrupted mating experiment),1961年 Jacob 和 Wollman 供体：Hfr H strs thrleuazir tonr lac gal 受体：F strr thr leu azis tons lacgal 杂交后使用链霉素使供体不长, 选择thrleu重组子,（1）不同的非选择标记进入受体且重组 的时间不同，但都是稳定的； （2）各基因的重组频率随着时间的增加 而增加，直至其极限值； （3）按进入受体时间顺序，先进入和后进入的基因，重组率的极限值逐步减小；,9,11,18,25,六、E.coli 的环状染色体,Hfr H thr pro lac pur gal his gly thi Hfr1 thr thi gly his gal pur lac pro Hfr2 pro thr thi gly his gal pur lac Hfr3 pur lac pro thr thi gly his gal,F因子的整合特点,整合是通过IS序列处的同源重组发生的。 F有多个IS 作为整合位点，主要在IS3处； E.coli染色体上有20个以上的整合位点； 通过与染色体不同位置上的IS整合，形成不同的Hfr菌株，对染色体上基因的转移起点不同； 由于IS序列有不同的方向，F可以不同方向整合。,七. 重组作图E.coli染色体连锁图,部分合子（merozygote）也称半合子， 内基因子 (endogenote) 外基因子（exogenote） 例：供体strspur+lac+pro+，受体strrpur-lac-pro-,以pur+为选择标记 pur 和lac间重组值：,Pro和lac间重组值：,八.性导 (Sexduction),1959年 Adelberg & Burns重复高频重组实验发现一个新的品系，既可以高频重组，又可高频致育（使F-变为F+)。 特点： (1)能高频传递F因子； (2)能高频传递特定的基因； (3) F 由Hfr变来，F 整合可变为Hfr； (4)形成的部分二倍体后代不稳定，可自发或诱发失去F因子，同时失去新性状。,第二节 噬菌体的连锁和交换,一、噬菌体的结构和形态,二噬菌体,1951年 Esther Lederberg 发现E.coli K12菌株经UV诱发或偶尔自发放出噬菌体。 E.coli K12中有潜伏的、无感染能力状态的噬菌体，称原噬菌体。将这种噬菌体命名为。 侵染E.coli后可进入裂解周期（lytic cycle）或溶源周期（lysogeny）。,合子诱导（zygotic induction） Hfr（） F 无溶源性重组子后代, 不能出现在受体， 后面的基因也不能出现在受体 Hfr F（） 有溶源性重组子后代，供体的所有基因都有机会进入受体,三、噬菌体的基因重组,菌苔（lawn）/噬菌斑（plaque） h+：侵染B（半透明）,h：侵染B和B2（透明）； r+：小噬菌斑，r：大噬菌斑,转导（transduction）,一、转导的发现 1952年发现沙门氏菌在Davis U型管中仍产生重组子。认为由可滤过性因子（FA）引起。后来发现： （1） FA和沙门氏菌噬菌体P22的宿主范围相同； （2）FA的大小和质量与P22相同； （3）加热或用P22抗血清处理都可以使P22 和FA失活，且失活速率相同； （4）P22的侵染性和FA的能力都可被一些水解酶，如DNase和胰蛋白酶所抑制。,一.普遍性转导,错包频率0.3,1/10,9/10流产转导小菌落,大小约为细菌基因组 1,共转导（contransduc） 供体thr+leu+azi+ x 受体 thr-leu-azi-,Leu thr azi,重组频率：,二、特异性转导,又称局限性转导（restricted transduction） J. Lederberg & N. Zinder发现 野生型E.coli UV 细胞裂解，收集裂解液 K12 () gal 诱导 感染多种非溶原缺陷型 基本 gal 频率106 培养基 选择 转导子,溶源菌：反常切离频率10-6,稳定转导子：仅Gal+整合,溶源性转导子：高频转导,溶源化,gal+,gal-,gal- gal+,（c）iii 形成不稳定的转导子-整个噬菌体整合,以10-3频率出现gal-后代,进一步发现: （1）溶源性转导子对超数感染具有 “免疫力” 。在UV作用下能使细菌裂解，产生成熟的噬菌体。 （2）不稳定的gal转导子对超数感染具有 “免疫力”，但在UV作用下不能使细菌裂解，不能产生成熟的噬菌体。 （3）不稳定的gal 转导子可产生gal后代。 。,接合（conjugation） 是通过细胞间的接触，DNA从细胞到细胞直接转移。 转化（transformation） 细胞从周围介质中吸收裸露的DNA。 转染 对裸露的病毒基因组DNA/RNA的吸收。 （在动物细胞中，从周围介质中吸收任何裸 露DNA都称为转染。 在酵母和植物细胞中 导入裸露的DNA可以称为转染或转化),自然转化（natural transformation） 在自然转化中细菌可以吸收DNA，通过它来进行遗传转化。 工程转化（engineered transformation） 在这种转化中，细菌发生改变使得它 们能摄入并转化外源DNA。,转导（transduction） 通过病毒颗粒介导将染色体或质粒DNA转移到细胞中。 普遍性转导:供体宿主 DNA片断取代病毒基因组被包装在噬菌体颗粒中并转移给受体细菌。 (1) 载体为P1,P2