细菌和病毒的遗传分析ppt课件

.,1,第十章细菌和病毒的遗传分析,张爱.,2,内容,细菌和病毒的特点细菌的遗传分析噬菌体的遗传分析,.,3,第一节,细菌和病毒的特点,.,4,1.1细菌的特点及培养技术,细菌特点单细胞生物，不同细菌大小不一，1-2um长，0.5um宽结构：鞭毛、荚膜、细胞壁、胞膜、胞质、DNA（称为拟核）遗传物质：1个主染色体、多个微小染色体微小染色体：也称为质粒，携带不同的基因，使细菌具有不同的性状；被作为基因工程的载体,.,5,细菌特点繁殖世代短（20分钟一个世代）会发生突变：菌落形态性状的突变：菌落的形状、颜色和大小等。生理特性的突变：丧失合成某种营养物质能力的营养缺陷型（营养缺陷型）。抗性突变包括：抗药性或抗感染性。,1.1细菌的特点及培养技术,.,6,.,7,1.1细菌的特点及培养技术,细菌的培养技术固体和液体培养：液体培养后，细菌分裂呈几何级数增殖吸取少量液体，无菌环境下，涂布在固体培养基上细胞在固体培养基上不能移动，每个细胞会聚集成群，达107个细胞，肉眼可见（平板培养），称为无性繁殖/克隆,.,8,1.1细菌的特点及培养技术,细菌突变研究方法1952年发明的影印培养法过程：母板上长成菌落，然后拿一个比培养皿小的木板，上面包裹灭菌的丝绒，印在母板上，菌落会吸附在丝绒上，然后把丝绒印到不同成分的培养基上。结果判断：凡是不能够在新的培养基上的菌落，为缺陷菌落。,.,9,细菌的固体、稀释培养及菌落,.,10,合成代谢功能突变型:营养缺陷型（auxotroph)野生型（wildtype)缺陷型（deficient)原养型（prototroph)Met-甲硫氨基酸缺陷型Met+Thi-硫胺缺陷型Thi+Pur-嘌呤缺陷型Pur+分解代谢功能突变型：lac-乳糖突变型，野生型为lac+抗性突变型：抗药性或抗感染性StrR,StrS分别表示对链霉素有抗性和敏感T1R,T1S分别表示对T1噬菌体有抗性和敏感R：resistant；S：sensitive,细菌的突变型和标识,.,11,细菌的突变型和标识,基本培养基（minimalmedium）仅含葡萄糖和无机盐。完全培养基（completemedium）含细菌所必需的各种营养成分。,.,12,1.2病毒的生物学特征,比细菌结构更为简单，只有一条染色体（DNA或RNA）。病毒结构：蛋白质外壳+包被的核酸所组成的颗粒。种类：根据宿主(动物、植物、细菌)或遗传物质(DNA或RNA)来分类。感染细菌的病毒(Bacterialphage)，称为噬菌体(phage)，是目前经过广泛研究，了解比较清楚的一种病毒。在没有宿主情况下，可以视之为没有生命/或者一堆化合物,.,13,1.2病毒的生物学特征,病毒种类依遗传物质划分：单链DNA，单链RNA，双链DNA，双链RNA依与宿主细胞关系划分：如烈性噬菌体；温和噬菌体,.,14,噬菌体,.,15,1.3细菌和病毒在遗传研究中的优越性,繁殖世代周期短：min/h易于操作管理和进行化学分析(纯培养与代谢产物累积)，节省空间和人力、物力；便于研究基因的突变(表现与选择)；便于研究基因作用(突变型生长条件与基因作用)；便于研究基因重组(重组群体大、选择方法简便有效)；遗传物质简单，可作为研究高等生物的简单模型,.,16,1.4细菌和病毒的拟有性过程,细菌和病毒不同于真核生物配子融合的有性过程遗传物质传递：从一个细胞传到另一个细胞细菌的拟有性过程：转化、接合、性导、转导,.,17,第二节,细菌的遗传分析,.,18,1细菌转化,转化：细菌通过细胞膜摄取周围供体DNA的片段，并可能将外源DNA片段通过重组整合到自己染色体组的过程。,+,.,19,1细菌转化,转化：细菌通过细胞膜摄取周围供体DNA的片段，并可能将外源DNA片段通过重组整合到自己染色体组的过程。,+,.,20,1细菌转化,外源DNA要求：双链DNA（环状质粒）；环状/线性细菌要求：处于感受态状态，可能只发生在细菌生长周期的某一时期,.,21,1细菌转化,转化的类型自然转化（naturaltransformation）：细菌能够自然地吸收DNA，如枯草杆菌的转化。工程转化（engineeredtransformation）通过某种处理使细菌能够摄入外源DNA，如大肠杆菌的转化:电转化、化学法转化（氯化钙法）。转化效率：约1转化片段的长度：800bp-20kb,.,22,电转仪和电转杯（仍需是感受态细胞）,1细菌转化,.,23,转化转化进宿主细胞的质粒数目在宿主菌中不等。分为：松弛型质粒（几十至几百个拷贝）严谨型质粒（10个拷贝以下）,1细菌转化,.,24,转化的质粒丢失情况吖黄素处理细胞，不妨碍细菌增殖，有选择性阻碍质粒复制，在细胞中丢失。（有压力才有动力）,无选择压力,1细菌转化,.,25,1细菌转化,转化过程结合：供体DNA与受体位点的结合双链DNA结合在细胞表面几个受体位点穿入：供体DNA由双链DNA变成单链DNA外切酶降解其中一条链，产生能量，把另外一条单链拉近细胞,.,26,1细菌转化,转化过程联会：受体DNA双链部分变为单链，与供体单链DNA互补配对整合：单链供体DNA与受体DNA对应位点置换，稳定渗入到受体DNA中，随着受体DNA复制而复制,.,27,1细菌转化,转化成功的前提获知受体DNA的序列供体DNA含有相应的序列，可与受体DNA互补配对,.,28,1细菌转化,质粒的转化过程比较简单。可以以游离状态存在，不一定发生整合,.,29,2细菌接合,.,30,2细菌接合,接合：遗传物质从供体（雄性）转移到受体（雌性）的过程,.,31,2.1接合现象的发现,A菌:met-bio-thr+leu+thi+；需要在基本培养基上补充甲硫氨酸和生物素才能生长；B菌：met+bio+thr-leu-thi-；需要在基本培养基上补充苏氨酸、亮氨酸和硫胺才能生长；,Lederberg和Tatun细菌杂交实验（1946）,.,32,2.1接合现象的发现,met-bio-thr+leu+thi+met+bio+thr-leu-thi-,基本固体培养基（不含有上述5种物质）,Lederberg和Tatun细菌杂交实验（1946）,？,.,33,2.1接合现象的发现,戴维斯U型管试验，1950,.,34,2.1接合现象的发现,综合两个实验得出结论：A和B细菌通过接触，发生了杂交，遗传物质发生了交换，产生了与两个亲代菌株不同的野生型met+bio+thr+leu+thi+菌株。,A菌和B菌怎么接触的呢,.,35,2.1接合现象的发现,F-,F+,性伞毛：F+细菌表面的细长纤毛,两株E.coli的接合电镜照片,.,36,2.1接合现象的发现,Lederberg和Tatun细菌杂交实验（1946）结果猜想,？,A菌B菌,.,37,2.1接合现象的发现,Lederberg和Tatun细菌杂交实验（1946）结果猜想,？,A菌B菌,.,38,2.1接合现象的发现,A菌B菌,（链霉素处理，阻碍细菌分裂，能够转移基因；即B菌被链霉素杀死了，失去了繁殖能力，但其DNA还在）,基本培养基,B菌的基因没有转移到A菌,.,39,2.1接合现象的发现,A菌B菌,基本培养基,A菌的基因转移到B菌,（链霉素处理，阻碍细菌分裂，能够转移基因；即A菌被链霉素杀死了，失去了繁殖能力，但其DNA还在）,.,40,2.1接合现象的发现,上述现象的原因A菌受处理不能分裂，但能够转移基因（DNA）B菌未受处理能分裂，在分裂过程中接受A转移过来的基因(DNA)基因间单向发生了交换，最终形成野生型菌落A菌可以看做供体（雄），B菌可以看做受体（雌）,A菌向B菌转移的到底是什么物质？,.,41,2.1接合现象的发现,F因子：细菌间被转移物质称为F因子，又被称为质粒、性因子、致育因子。A菌可以看作供体（雄），记为F+，含有F因子；B菌可以看作受体（雌），不含F因子，记为F-。,.,42,2.1接合现象的发现,F因子的转移引起细菌间杂交F因子的化学本质是DNA，以自主状态存在于细胞质中或整合到细菌的染色体上。,F因子,.,43,大肠杆菌F因子向F-细胞转移图解,.,44,2.2高频重组与中断杂交技术,Hfr：highfrequencyofrecombination,AB,.,45,2.2高频重组与中断杂交技术,1951年，卡瓦里（Cavalli）等人，1954年海斯（Hayes）先后在A菌株中分离出新的菌株。Hfr形成F因子可以整合到细菌环状DNA上（染色体上），含有重组状态的这种F菌株叫Hfr（高频重组）菌。特点(1)可以作为供体，与B杂交，重组频率比AB高1000倍，称高频重组菌株。(2)转移F因子频率低,.,46,F因子的存在状态,2.2高频重组与中断杂交技术,.,47,2.2高频重组与中断杂交技术,Hfr怎么进行基因的重组？中断杂交技术揭示了上述现象。中断杂交：根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图的技术。重组的顺序是什么呢？,.,48,2.2高频重组与中断杂交技术,苏AA亮AA叠氮化钠噬菌体乳糖半乳糖链霉素F+thr+leu+azirtonrlac+gal+strsF-：thr-leu-azistonslac-gal-strr将F+与F-同时加入装有完全培养基的大试管中，一定时间取样振荡，稀释接种至添加str但不含thrAA和leuAA的培养基上，形成含有F-和F+的重组子，再把菌落分别转移到只添加azi、ton、以lac或gal为炭源的选择性培养基上。,.,49,2.2高频重组与中断杂交技术,F+F-,混合后震荡培养（形成结合管）,添加str，无thrAA和leuAA,thr+，leu+，strr,（首先确定F+和F-的重组子具有F+的thr+、leu+和F-的strr）,(1)混合,(2)涂平板,那么F+菌其他基因是否也得到重组？重组顺序呢？,.,50,2.2高频重组与中断杂交技术,9min,11min,18min,25min,F+F-,（3）,注：时间为F+和F-混合的时间，如9混合9min后中断，混合11min后中断,.,51,2.2高频重组与中断杂交技术,Hfr进入F-的频率：从重组子的出现，随时间的推移，菌落开始增加，直至某一百分数，出现时间越早，百分数越高。,（1）F+的基因按一定顺序和时间间隔进入F-（2）每个基因进入F-有一定频率，且在短时间内达到最高（3）进入F-越早，频率越高（4）F因子进入迟，频率低,.,52,2.2高频重组与中断杂交技术,一个特定的Hfr菌株和F-菌株接合时首先出现的F-细胞中供体性状是固定不变的而且各性状的出现有一定的先后次序说明供体染色体是从某一特定位置即原点开始逐渐转移的标记基因离原点越远，进入F-细胞越迟。不同的Hfr菌株的染色体原点不同，转移方向也不同。,.,53,2.2高频重组与中断杂交技术,根据重组子出现时间，得到Hfr基因在F-的连锁图，距离单位为min，不反应基因间的物理距离。,中断杂交技术得到的基因连锁图ton在azi进入F-后2min后才进入F-，可以认为azi和ton相隔2个单位。,.,54,2.2高频重组与中断杂交技术,用不同Hfr菌株进行中断杂交试验，基因转移的顺序，转移起点和转移方向很不相同。,大肠杆菌环状染色体,.,55,2.3F因子整合到细菌染色体的过程,细菌染色体Hfr染色体,附加体：可以整合到染色体上成为染色体一部分的质粒。,.,56,2.3F因子整合到细菌染色体的过程,F因子：质粒的一种。组成部分：转移的原点；形成性伞毛基因群；DNA复制酶基因；插入序列（具有极性，决定了插入转移的方向）,.,57,2.3F因子整合到细菌染色体的过程,供体受体,.,58,2.3F因子整合到细菌染色体的过程,细菌基因重组特点：单交换导致不平衡部分二倍体线性染色体只有偶数交换才能产生平衡的重组子相反重组子不出现,.,59,2.3F因子整合到细菌染色体的过程,当两基因转移时间接近2min时，中断杂交技术测定基因距离不可靠，需要重组作图。重组作图是一种传统的作图方法。,.,60,2.3重组作图（当基因转移时间接近2min时）,HfrF-,lac+ade+strslac-ade-strr,完全培养基，添加str，无ade,ade+strr（lac需进一步确定）,EMB培养基，伊红美兰培养基，含乳糖,lac-ade+（基因发生交换,浅红色菌落）,lac+ade+（基因未发生交换，暗红色菌落,lac和ade基因重组率（或距离）,100%,lac+（乳糖发酵）和ade-（腺嘌呤缺陷型）基因紧密连锁,当含有lac+时，lac+基因表达产生lac酶，分解乳糖，产酸，菌落为深紫色；否则为浅红色,.,61,2.3重组作图,重组后F-染色体,重组后F-染色体,.,62,2.3重组作图,100%,lac和ade基因重组率（或距离）,1min相当于20%的重组率,.,63,3性导,.,64,3性导,利用F因子进行细菌基因的转移叫做性导。F：既可以整合到细菌染色体上，又可以从整合的细菌染色体随染色体片段上解离下来的F因子。F因子组成：F因子+受体染色体片段,.,65,小结,细菌的遗传一般指质粒在供体与受体之间的转移接合和性导是转移的方式，转化也是接合的一种方式转移的物质分为：F因子、性因子、致育因子和F因子接合转移的物质是F因子，性导转移的物质是F因子F因子=F因子+受体染色体片段,.,66,小结,含有质粒的菌株称为F+菌株，不含有质粒的称为F-菌株；F+菌株的质粒易与受体染色体发成重组的称为Hfr菌株附加体是指可以整合到染色体上成为染色体一部分的质粒F+、F-、Hfr、F各自关系,.,67,第三节噬菌体的遗传分析,烈性噬菌体烈性噬菌体基因重组溶原性噬菌体噬菌体转导,.,68,尾管,刺突,由头部、颈部、尾部组成,.,69,噬菌体的特点,个体极小：2-200kb，DNA或者RNA，只能借助电镜才可看见，实验时一般用肉眼观察它感染细菌后所形成的噬菌斑加以识别。,专性寄生：在活体外不具任何生命特征，往往一个噬菌体只感染一种细菌。侵染过程：吸附遗传物质注入复制裂解细菌,无细胞结构：化学组成和繁殖方式简单。,不同结构的噬菌体（或不同的突变型）可同时感染一个细菌，并能在细菌细胞内进行基因重组，即混合感染。,.,70,1烈性噬菌体,定义：当噬菌体感染细菌后，寄主细胞的DNA立即停止活动，由噬菌体的DNA指导合成噬菌体的DNA和蛋白质，产生新的子噬菌体，最后寄主细菌裂解，释放出成熟的子噬菌体，这一类噬菌体称之为烈性噬菌体。通过它对相邻细菌连续不断地侵染和裂解，在长满细菌的不透明的菌落上看到一个圆形的透明区噬菌斑。,.,71,噬菌斑描述：大小，透明与不透明，边缘光滑与清晰。,.,72,1烈性噬菌体,烈性噬菌体生活史,.,73,2烈性噬菌体基因重组,烈性噬菌体性状,.,74,2烈性噬菌体基因重组,两个噬菌体可以通过感染同一宿主菌实现两者之间重组。,.,75,2烈性噬菌体基因重组,形成噬菌斑,统计各种噬菌斑的数目（亲本、重组型）,计算重组率,同时感染1种细菌,.,76,2烈性噬菌体基因重组,.,77,3温和噬菌体与溶原性细菌,温和噬菌体两种增殖周期：溶菌周期和溶原周期,1,2,.,78,3温和噬菌体和溶原性细菌,定义：温和噬菌体：感染细菌后，并不使细菌出现出现溶菌现象的噬菌体。溶原性：细菌本身带有噬菌体，但不立即导致溶菌的现象。溶原性细菌：被温和噬菌体感染但并不发生溶菌现象的细菌。原噬菌体：细胞内含有的无感染能力的的噬菌体。,.,79,3温和噬菌体和溶原性细菌,溶原菌中原噬菌体的存在形式：游离在细胞质中，增殖与细菌染色体不同步整合到细