微生物遗传-6-细菌基因转移

1、F因子的四种细胞形式a）F-菌株， 不含F因子，没有性菌毛，但可以通过 接合作用接收 F因子而变成雄性菌株（F+）；b b）F+菌株， F因子独立存在，细胞表面有性菌毛。c）Hfr菌株，F因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性菌毛。d）F菌株，Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游离的但携带一小段染色体基因的F因子，特称为F因子。 细胞表面同样有性菌毛。Hfr菌株的F因子插入到染色体DNA上，因此只要发生接合转移过程，就可以把部分甚至全部细菌染色体传递给F-细胞并发生重组，由此而得名为高频重组菌株高频重组菌株（能十分有效地转移细菌基因能十分有效地转移细菌基因）。2）Hfr F-

2、杂交 F- Hfr菌株仍然保持着F+细胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一样与F-细胞进行接合。所不同的是，当OriT序列被缺刻螺旋酶识别而产生缺口后，F因子的先导区(leading region)结合着染色体DNA向受体细胞转移，F因子除先导区以外，其余绝大部分是处于转移染色体的末端，由于转移过程常被中断，因此F因子不易转入受体细胞中，故HfrF-杂交后的受体细胞大多数仍然是F-（即不能使受体菌变成供体）。染色体上越靠近F因子的先导区的基因，进入的机会就越多，在F-中出现重组子的的时间就越早，频率也高。 中断杂交（interrupted mating）技术和基因定位利用HfrF-的接合过程，在

3、不同时间取样，并把样品猛烈搅拌以分散接合中的细菌，然后分析受体细菌基因型，以时间(分钟)为单位绘制遗传图谱，该图谱是细菌染色体上基因顺序的直接反映。 图9.27 不同Hfr菌株的形成方式，以不同的起点不同的顺序转移基因。（a）细菌染色体为环状，可以不同的IS位点打开，F质粒插入进去。（b） Hfr菌株的部分基因顺序。大肠杆菌基因组很大（全部转移需要100分钟），其遗传图谱须用多株F因子整合在不同位置的Hfr菌才能完成1.3.2 1.3.2 转导（转导（transductiontransduction） 由噬菌体介导的细菌细胞间进行遗传交换的一种方由噬菌体介导的细菌细胞间进行遗传交换的一种方式，

4、一个细胞的式，一个细胞的DNADNA通过病毒载体的感染转移到另一通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中个细胞中 由转导作用而获得供体细胞部分遗传性状的重组受由转导作用而获得供体细胞部分遗传性状的重组受体细胞称为体细胞称为转导子转导子 （transductanttransductant） 携带供体部分遗传物质（携带供体部分遗传物质（DNADNA片段）的噬菌体称为片段）的噬菌体称为转导噬菌体。转导噬菌体。 细菌转导的二种类型细菌转导的二种类型普遍性转导普遍性转导局限性转导局限性转导 转导模型转导噬菌体为什么转导噬菌体为什么“错错”将宿主的将宿主的DNADNA包裹进去包裹进去? ?噬菌体的噬菌体的DN

5、ADNA包装酶也能识别染色体包装酶也能识别染色体DNADNA上类似上类似pacpac的位点的位点并进行切割，以并进行切割，以“headful”“headful”的包装机制包装进的包装机制包装进P22P22噬菌体噬菌体外壳，形成只含宿主外壳，形成只含宿主DNADNA的转导噬菌体颗粒的转导噬菌体颗粒（假噬菌体假噬菌体）因为染色体上的pac与P22 DNA的pac序列不完全相同，利用效率较低，这种“错装”机率一般仅约10-6-10-8 形成转导颗粒的噬菌体可以是温和的，也形成转导颗粒的噬菌体可以是温和的，也可以是烈性的，但必须具有能偶尔识别宿主可以是烈性的，但必须具有能偶尔识别宿主DNADNA的包装

6、机制，并在宿主基因组完全降解的包装机制，并在宿主基因组完全降解以前进行包装。以前进行包装。普遍性转导的基本要求普遍性转导的基本要求普遍性转导的三种后果普遍性转导的三种后果1、进入受体的外源、进入受体的外源DNA通过与细胞染色体通过与细胞染色体的重组交换而形成稳定的转导子的重组交换而形成稳定的转导子2、流产转导（、流产转导（abortive transduction）转导转导DNA不能进行重组和复制，但其携带的基因不能进行重组和复制，但其携带的基因可经过转录而得到表达。可经过转录而得到表达。3、外源、外源DNA被降解，转导失败。被降解，转导失败。局限性转导（specialized transdu

7、ction）温和噬菌体感染温和噬菌体感染整合到细菌染色体的特定位点上整合到细菌染色体的特定位点上宿主细胞发生溶源化宿主细胞发生溶源化溶源菌因诱导而发生裂解时，溶源菌因诱导而发生裂解时，在前噬菌体二侧的少数宿主在前噬菌体二侧的少数宿主基因因偶尔发生的不正常切基因因偶尔发生的不正常切割而连在噬菌体割而连在噬菌体DNADNA上上部分缺陷的温和噬菌体部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因转移到受体菌中把供体菌的少数特定基因转移到受体菌中1.3 1.3 转化（转化（transformationtransformation）定义定义：受体细胞直接吸收供体细胞的受体细胞直接吸收供体细胞的DNA片段片段,

8、 并与其染色体并与其染色体同源片段进行遗传物质交换，从而使受体细胞获得新的遗传性同源片段进行遗传物质交换，从而使受体细胞获得新的遗传性状的现象。状的现象。 抽提抽提 导入导入 ssDNA 整合整合 供体细胞供体细胞 dsDNA 受体细胞受体细胞 转化子转化子 感受态感受态 复制复制 每毫升菌液的转化子数转化频率转化频率 = 每毫升菌液的细胞数经转化后出现了供体性状的受体细胞称为转化子（经转化后出现了供体性状的受体细胞称为转化子（ transformant），即转化成功的菌落。，即转化成功的菌落。 自然遗传转化（自然遗传转化（natural genetic transformation）人工转化

9、（人工转化（artificial transformation）感受态细胞：感受态细胞：具有摄取外源具有摄取外源DNA能力的细胞能力的细胞（competent cell）自然感受态与人工感受态的不同？自然感受态与人工感受态的不同？ 自然感受态的出现是细胞一定生长阶段的自然感受态的出现是细胞一定生长阶段的生理特性（如肺炎链球菌的感受态出现在对生理特性（如肺炎链球菌的感受态出现在对数生长期）受细菌自身的基因控制数生长期）受细菌自身的基因控制 人工感受态则是通过人为诱导的方法，使细人工感受态则是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取胞具有摄取DNADNA的能力，或人为地将的能力，或人为地将DNADNA导

10、入细导入细胞内。胞内。 （该过程与细菌自身的遗传控制无关！）（该过程与细菌自身的遗传控制无关！）感受态的机理感受态的机理局部原生质体化假说局部原生质体化假说 处于感受态的细胞局部失去了细胞壁，处于感受态的细胞局部失去了细胞壁，使外源使外源DNADNA能顺利经膜进入菌体。能顺利经膜进入菌体。酶受体假说酶受体假说 受体细胞表面出现了一种能结合受体细胞表面出现了一种能结合DNADNA并使并使之进入细胞的酶。之进入细胞的酶。自然转化过程的特点自然转化过程的特点a a）对核酸酶敏感；）对核酸酶敏感；c c）转化是否成功及转化效率的高低主要取决于转化）转化是否成功及转化效率的高低主要取决于转化（DNADN

11、A）给体菌株和转化受体菌株之间的亲源关系；）给体菌株和转化受体菌株之间的亲源关系；d d）通常情况下质粒的自然转化效率要低得多；）通常情况下质粒的自然转化效率要低得多；b b）不需要活的）不需要活的DNADNA给体细胞；给体细胞；人工转化人工转化用CaClCaCl2 2处理细胞，电穿孔处理细胞，电穿孔等是常用的人工转化手段（使细胞膜更易于透过DNA ）。在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组手段，是基因工程的奠基石和基础技术；手段，是基因工程的奠基石和基础技术；不是由细菌自身的基因所控制；不是由细菌自身的基因所控制；用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于一用多种不同的技