细菌和噬菌体的遗传分析学习教案

1、会计学1细菌和噬菌体的遗传细菌和噬菌体的遗传(ychun)分析分析第一页，共45页。第2页/共45页第二页，共45页。大肠杆菌大肠杆菌(d chn n jn)(d chn n jn)的的突变型及筛选：突变型及筛选：1、大肠杆菌、大肠杆菌(d chn n jn)的突变型的突变型(1). 合成代谢功能突变型（合成代谢功能突变型（anabolic functional mutant): 缺陷型（缺陷型（deficient) 野生型（野生型（wild type) 营养缺陷型（营养缺陷型（auxotroph) 原养型（原养型（prototroph)met- 甲硫氨基酸突变型甲硫氨基酸突变型 met+ t

2、hi- 硫胺突变型硫胺突变型 thi+ pur- 嘌呤突变型嘌呤突变型 pur+(2). 分解代谢功能突变型（分解代谢功能突变型（catabolic functional mutant)lac- 乳糖突变型，乳糖突变型， 野生型为野生型为lac+(3). 抗性突变型（抗性突变型（resistance mutant)：strr , strs 分别表示对链霉素有抗性和敏感分别表示对链霉素有抗性和敏感T1r, T1s分别表示对分别表示对T1噬菌体有抗性和敏感噬菌体有抗性和敏感第3页/共45页第三页，共45页。 细菌细菌(xjn)接合接合E.coli 接合的发现接合的发现(fxin)： 1946年年

3、莱德伯格莱德伯格(Lederberg, J.) 塔特姆塔特姆 (Tatum) 细菌接合细菌接合 （conjugation） 第4页/共45页第四页，共45页。1、 细菌细菌(xjn)的杂交的杂交菌株菌株A: met-bio-thr+leu+thi+（需甲硫氨酸和生物素）（需甲硫氨酸和生物素）菌株菌株B: met+bio+thr-leu-thi-（需苏氨酸，亮氨酸和硫胺（需苏氨酸，亮氨酸和硫胺）A B完全完全液体培养基液体培养基基本基本固体培养基固体培养基结果：出现结果：出现(chxin)若干原养型菌落，若干原养型菌落， 频率为频率为10-7 。 基本基本(jbn)固体固体培养基培养基第5页/共

4、45页第五页，共45页。 质疑： 细菌的杂交实验(shyn)获得重组子可能原因： 转化 互养第6页/共45页第六页，共45页。第7页/共45页第七页，共45页。 结结 论论 （1）菌株）菌株A与菌株与菌株B之间发生之间发生(fshng)了杂了杂交，发生交，发生(fshng)了遗了遗传物质的转移，出现了原传物质的转移，出现了原养型。养型。 （2）杂交过程中，两）杂交过程中，两菌株的接触是必须的。菌株的接触是必须的。第8页/共45页第八页，共45页。 F因子因子(ynz)F因子：是一种因子：是一种(y zhn)质粒，又称为致育因子（质粒，又称为致育因子（fertility factor，F）。）。

5、F菌：菌：F纤毛。纤毛。F菌：菌：第9页/共45页第九页，共45页。Transmission electron micrograph of conjugating E.coli. 第10页/共45页第十页，共45页。 1、 F因子因子(ynz)（F-factor)的结构的结构 配对区域配对区域(pairing region) 致育基因致育基因(fertility gene)原点原点(origin) 原点原点(origin):(复制区复制区) 配对区域配对区域(pairing region):(重组重组(zhn z)区区) 致育基因致育基因(fertility gene):(接合转接合转移区移区

6、)F因子因子(ynz)第11页/共45页第十一页，共45页。第12页/共45页第十二页，共45页。F+F+F-F-高出高出10001000倍。这种倍。这种品系称为高频品系称为高频重组重组(zhn (zhn z)z)品系品系HfrHfr。第13页/共45页第十三页，共45页。第14页/共45页第十四页，共45页。第15页/共45页第十五页，共45页。第16页/共45页第十六页，共45页。第17页/共45页第十七页，共45页。第18页/共45页第十八页，共45页。3、大肠杆菌、大肠杆菌(d chn n jn)的遗传图谱的遗传图谱图距单位：分钟图距单位：分钟总长度：总长度：100分钟分钟起点起点(q

7、din)（0分钟）分钟） ：thr座位座位大肠杆菌大肠杆菌(d chn n jn)的环形遗传学图的环形遗传学图第19页/共45页第十九页，共45页。 F因子因子(ynz)第20页/共45页第二十页，共45页。第21页/共45页第二十一页，共45页。(1) 有有F因子的细菌为因子的细菌为F+，无，无F因子为因子为F-，具有致育因子（，具有致育因子（F, F或或Hfr）的菌株就是雄性菌株）的菌株就是雄性菌株(male strains) 。(2) F因子可以整合因子可以整合(zhn h)到细菌染色体上，形成到细菌染色体上，形成Hfr菌株。不同菌株。不同Hfr菌株菌株F因子的整合因子的整合(zhn h

8、)位点不同。位点不同。(3) F因子又可以从因子又可以从Hfr染色体上剪切下来，产生染色体上剪切下来，产生F因子。如果剪切不因子。如果剪切不准确而带有一段细菌染色体，则称为准确而带有一段细菌染色体，则称为F因子。因子。(4) F因子很容易转移到因子很容易转移到F-细胞中，细胞中， F+ F-F+，但是供体染色体，但是供体染色体的转移频率很低的转移频率很低, 重组频率很低。重组频率很低。(5) Hfr能以高频率把细菌染色体基因转移到能以高频率把细菌染色体基因转移到F-细菌中，却极少使细菌中，却极少使F-变为变为F+（因为（因为F因子位于因子位于Hfr染色体的最末端）；染色体的最末端）；(6) F

9、因子的性质介于因子的性质介于F+和和Hfr之间，即可转移自身，又可以转移之间，即可转移自身，又可以转移细菌基因。细菌基因。第22页/共45页第二十二页，共45页。3.感受态因子感受态因子(ynz)而促进转化作用的酶或蛋白质分子称为感受态因子而促进转化作用的酶或蛋白质分子称为感受态因子(ynz)（competence factor）第23页/共45页第二十三页，共45页。第24页/共45页第二十四页，共45页。第25页/共45页第二十五页，共45页。第26页/共45页第二十六页，共45页。一、噬菌体的结构一、噬菌体的结构(jigu)和形态和形态病毒无细胞结构，仅由蛋白质和核酸构成病毒无细胞结构，

10、仅由蛋白质和核酸构成,可以分为可以分为(fn wi):(1). 动物病毒动物病毒(2). 植物病毒植物病毒(3). 细菌病毒（噬菌体细菌病毒（噬菌体, bacteriophage, phage）T噬菌体的结构蛋白质外壳核酸第27页/共45页第二十七页，共45页。二、噬菌体的繁殖二、噬菌体的繁殖(fnzh)和感染和感染周期周期(1). 烈性烈性(lixng)噬菌体噬菌体: 如如T噬菌体噬菌体吸附吸附(xf)细菌裂解细菌裂解,释放出释放出子代噬菌体颗粒子代噬菌体颗粒细菌染色体降解细菌染色体降解噬菌体噬菌体DNA和蛋和蛋白质外壳包装成白质外壳包装成子代噬菌体颗粒子代噬菌体颗粒第28页/共45页第二十

11、八页，共45页。第29页/共45页第二十九页，共45页。(2). 温和温和(wnh)噬菌体噬菌体:吸附(xf)溶菌周期溶菌周期(zhuq)-uv诱导诱导细菌裂解细菌裂解溶源周期溶源周期如如 噬菌体噬菌体:原噬菌体原噬菌体第30页/共45页第三十页，共45页。三、三、 噬菌体的突变型噬菌体的突变型1). 条件致死突变条件致死突变(tbin)型型:(1). 温度敏感突变温度敏感突变(tbin)(2). 抑制因子敏感突变抑制因子敏感突变(tbin)2).宿主范围突变宿主范围突变(tbin)型型: E.coli B E.coli B/2 E.coli B+E.coli B/2 h+ + - 半透明噬菌

12、斑半透明噬菌斑 h- + + 透明噬菌斑透明噬菌斑3).噬菌斑形态突变噬菌斑形态突变(tbin)型型:(1). r+ 小噬菌斑小噬菌斑,边缘模糊边缘模糊(2). r- 大噬菌斑大噬菌斑,边缘清晰边缘清晰: 快速溶菌快速溶菌(rapid lysis)第31页/共45页第三十一页，共45页。第32页/共45页第三十二页，共45页。噬菌体的基因噬菌体的基因(jyn)重组重组基因重组基因重组用用T2噬菌体噬菌体h-r+和和h+r-混合混合(hnh)感染感染E.coli B,再用释放出来的子代噬菌体感染再用释放出来的子代噬菌体感染E.coli B+E.coli B/2 ,出现四种噬菌斑出现四种噬菌斑:透

13、明小噬菌斑透明小噬菌斑(h-r+ )半透明大噬菌斑半透明大噬菌斑(h+r-)透明大噬菌斑透明大噬菌斑(h-r-)半透明小噬菌斑半透明小噬菌斑(h+r+) T2噬菌体的四种噬菌体的四种(s zhn)噬菌斑噬菌斑重组率重组率= =(h+r+h-r-) 总噬菌斑数总噬菌斑数第33页/共45页第三十三页，共45页。五、五、 转导转导(zhun do)与作图与作图 转导(transduction):以噬菌体为媒介,将细菌的染色体片段或基因从一个(y )细菌转移到另一个(y )细菌.供体A 受体B噬菌体噬菌体第34页/共45页第三十四页，共45页。The Lederberg-Zinder experime

14、nt using Salmonella. P22噬菌体转导噬菌体转导(zhun do)沙门氏菌沙门氏菌第35页/共45页第三十五页，共45页。第36页/共45页第三十六页，共45页。 如果两个基因同时转导的频率则较高如果两个基因同时转导的频率则较高,则说明它们相互连锁则说明它们相互连锁,成为共转导成为共转导(cotransduction)。共转导的频率越高。共转导的频率越高,则基因连锁越紧密则基因连锁越紧密.反之反之(fnzh)则基因距离越远则基因距离越远.据此可用于细菌染色体的基因作图据此可用于细菌染色体的基因作图.第37页/共45页第三十七页，共45页。 总结：总结： 在细菌中遗传物质有三

15、种转移在细菌中遗传物质有三种转移的形式的形式: 转化（转化（transformation） 接合（接合（conjugation） 转导（转导（transduction） 共同特点是：共同特点是： （1）单方向转移；）单方向转移； （ 2 ） 产 生 部 分 二 倍 体 （） 产 生 部 分 二 倍 体 （partial diploid）；）； （3）基因）基因(jyn)只有整合到只有整合到环状染色体上才能稳定环状染色体上才能稳定 地遗传。地遗传。第38页/共45页第三十八页，共45页。接合接合 是是DNA从细胞到细胞直接从细胞到细胞直接(zhji)转移转移。转化转化 细胞从周围介质中吸收裸露的细胞从周围介质中吸收裸露的DNA。转染转染 通过病毒颗粒介导将染色体或质粒通过病毒颗粒介导将染色体或质粒DNA转移到细胞中。转移到细