microbialgenetics细菌和放线菌的基因重组和遗传分析学习教案

1、会计学1microbialgenetics细菌和放线菌的基因重细菌和放线菌的基因重组和遗传分析组和遗传分析第一页，编辑于星期六：二十点 十六分。第1页/共118页第二页，编辑于星期六：二十点 十六分。第2页/共118页第三页，编辑于星期六：二十点 十六分。A. TransformationTransfer of free DNA to a bacterial genome.free DNA第3页/共118页第四页，编辑于星期六：二十点 十六分。free DNArecipient cellgeneral recombination一般重组一般重组(同源重组同源重组)Transformant 转化

2、子转化子chromosome第4页/共118页第五页，编辑于星期六：二十点 十六分。General recombination is not necessary because plasmids have origins of replicationtransformantfree DNA (plasmid)TB第5页/共118页第六页，编辑于星期六：二十点 十六分。一、转化作用的发现一、转化作用的发现第6页/共118页第七页，编辑于星期六：二十点 十六分。第7页/共118页第八页，编辑于星期六：二十点 十六分。第8页/共118页第九页，编辑于星期六：二十点 十六分。第9页/共118页第十页，

3、编辑于星期六：二十点 十六分。 Competence :The capacity of cells to take up free DNAa. Some cells are naturally competentb. In some cells, competence can be induced by chemical and physical treatmentc. In most cells, competence can be induced by electroporation.TB第10页/共118页第十一页，编辑于星期六：二十点 十六分。第11页/共118页第十二页，编辑于星期六

4、：二十点 十六分。第12页/共118页第十三页，编辑于星期六：二十点 十六分。第13页/共118页第十四页，编辑于星期六：二十点 十六分。感受态诱导感受态诱导( (实验实验) )第14页/共118页第十五页，编辑于星期六：二十点 十六分。10107 7转化子转化子ugug质粒质粒DNADNA。第15页/共118页第十六页，编辑于星期六：二十点 十六分。n对于对于大肠杆菌大肠杆菌，10109 9- - 10101010转化子转化子ugDNA.ugDNA.第16页/共118页第十七页，编辑于星期六：二十点 十六分。电转化仪（转化细菌和真菌）电转化仪（转化细菌和真菌）3)Transformation

5、 Application:Recombinant DNA technology电击杯电击杯第17页/共118页第十八页，编辑于星期六：二十点 十六分。利用利用Gene gun转化转化DNA第18页/共118页第十九页，编辑于星期六：二十点 十六分。第19页/共118页第二十页，编辑于星期六：二十点 十六分。感受态特异蛋白感受态特异蛋白第20页/共118页第二十一页，编辑于星期六：二十点 十六分。细胞分泌小蛋白细胞分泌小蛋白,而导致细菌而导致细菌感受态的形成感受态的形成,在营养缺乏的在营养缺乏的饥饿状态下，细胞易产生感饥饿状态下，细胞易产生感受态因子受态因子 在自然转化中感受态因子与细胞表面在自

6、然转化中感受态因子与细胞表面受体相互作用产生自溶素，自溶素可受体相互作用产生自溶素，自溶素可使细胞表面的使细胞表面的DNA 结合蛋白和核酸酶结合蛋白和核酸酶裸露。核酸酶可完全降解裸露。核酸酶可完全降解DNA，所以，所以自然转化很难发生。自然转化很难发生。 第21页/共118页第二十二页，编辑于星期六：二十点 十六分。第22页/共118页第二十三页，编辑于星期六：二十点 十六分。第23页/共118页第二十四页，编辑于星期六：二十点 十六分。细菌转化细菌转化第24页/共118页第二十五页，编辑于星期六：二十点 十六分。第25页/共118页第二十六页，编辑于星期六：二十点 十六分。. .第26页/共

7、118页第二十七页，编辑于星期六：二十点 十六分。第27页/共118页第二十八页，编辑于星期六：二十点 十六分。(1)如果如果ab是连锁的，是连锁的，当当DNA浓度下降时（下降浓度下降时（下降10倍），倍），ab转化频率的下转化频率的下降趋势与降趋势与 a或或b相同（下降相同（下降10倍倍).(2)如果如果ab是不连锁的是不连锁的， ab转化频率是转化频率是 a和和b的乘积的乘积；当；当DNA浓度下降时，浓度下降时，ab转化频率的下降将远远转化频率的下降将远远超过超过a和和b（下降（下降100倍倍) 。外源外源DNA(a和和b基因基因)转化转化第28页/共118页第二十九页，编辑于星期六：二十

8、点 十六分。b b+ + +a+a+ +b b+ +）n共转指数越大，两个基因相距共转指数越大，两个基因相距越近越近. .第29页/共118页第三十页，编辑于星期六：二十点 十六分。7类转化子3个基因相对位置？个基因相对位置？共转指数共转指数=a+b+ (a+b-+ a-b+ +a+b+)共转指数越大，两个基因相距越近共转指数越大，两个基因相距越近.第30页/共118页第三十一页，编辑于星期六：二十点 十六分。第31页/共118页第三十二页，编辑于星期六：二十点 十六分。第32页/共118页第三十三页，编辑于星期六：二十点 十六分。第33页/共118页第三十四页，编辑于星期六：二十点 十六分。

9、细细菌菌接接合合作作用用第34页/共118页第三十五页，编辑于星期六：二十点 十六分。对接合现象的解释：对接合现象的解释：（1）可能是细菌接合后发生基因重组的结果；）可能是细菌接合后发生基因重组的结果；（2）细菌并没有接合，而是交换了）细菌并没有接合，而是交换了DNA（转化）；（转化）；（3）细菌细胞并没有接合，而是通过培养基交换了）细菌细胞并没有接合，而是通过培养基交换了养料，即互养；养料，即互养；（4）细菌细胞并没有接合，而是亲本细菌发生了回）细菌细胞并没有接合，而是亲本细菌发生了回复突变的结果；复突变的结果；（5）虽经接合而未发生基因重组，只是形成异核体或杂）虽经接合而未发生基因重组，只

10、是形成异核体或杂合二倍体。合二倍体。第35页/共118页第三十六页，编辑于星期六：二十点 十六分。接合作用的证明接合作用的证明1、转化作用的排除、转化作用的排除 由于在报道接由于在报道接合试验结果之前合试验结果之前转化实验已经是转化实验已经是众所周知，因此众所周知，因此有人怀疑该结果有人怀疑该结果是由转化所导致是由转化所导致的。的。1950年，年，B.D.Davis设计设计了了U形管实验否形管实验否定了这一推测（定了这一推测（见右图）见右图）第36页/共118页第三十七页，编辑于星期六：二十点 十六分。2、互养的排除、互养的排除 营养缺陷型细菌通过培养基交换养料而产生的现象称营养缺陷型细菌通过

11、培养基交换养料而产生的现象称为互养。为互养。 Lederberg 和和 Tatum将培养过一种营养缺陷型细菌将培养过一种营养缺陷型细菌的培养基经过灭菌、过滤，然后加入到另一营养缺陷型的培养基经过灭菌、过滤，然后加入到另一营养缺陷型菌培养物中。即使前一种菌在培养、灭菌、过滤之前曾菌培养物中。即使前一种菌在培养、灭菌、过滤之前曾发生过裂解，也不能是后一种菌产生原养型。发生过裂解，也不能是后一种菌产生原养型。第37页/共118页第三十八页，编辑于星期六：二十点 十六分。3、回复突变的排除、回复突变的排除 若要发生两种突变的回复突变，其几率为若要发生两种突变的回复突变，其几率为1012，这是不可能的。

12、这是不可能的。第38页/共118页第三十九页，编辑于星期六：二十点 十六分。4、异核体和杂合二倍体的排除、异核体和杂合二倍体的排除ABABABABAB异核体异核体杂合二倍体杂合二倍体单倍重组体单倍重组体 异核体和杂合二倍体的遗传性状不稳定，在传异核体和杂合二倍体的遗传性状不稳定，在传代过程中会发生性状分离，但事实恰恰相反，原代过程中会发生性状分离，但事实恰恰相反，原养型菌落的基因型是稳定的，证明是单倍重组体养型菌落的基因型是稳定的，证明是单倍重组体。第39页/共118页第四十页，编辑于星期六：二十点 十六分。DonorRecipient第40页/共118页第四十一页，编辑于星期六：二十点 十六

13、分。F因子因子/ F质粒质粒第41页/共118页第四十二页，编辑于星期六：二十点 十六分。第42页/共118页第四十三页，编辑于星期六：二十点 十六分。第43页/共118页第四十四页，编辑于星期六：二十点 十六分。第44页/共118页第四十五页，编辑于星期六：二十点 十六分。第45页/共118页第四十六页，编辑于星期六：二十点 十六分。F plasmiddonor cell (F+)F- pilusThe F-pilus is used for cell-cell attachmentrecipient cell (F-)chromosomechromosomeF+F-Crosses第46页/

14、共118页第四十七页，编辑于星期六：二十点 十六分。replication andtransfer of ssDNAF+exconjugantF+Note that the recipient cell becomes F+oriT胞质桥胞质桥第47页/共118页第四十八页，编辑于星期六：二十点 十六分。F因子一条单链因子一条单链在在oriT（转移和合（转移和合成位点）打开，成位点）打开，5 端通过通道进入受端通过通道进入受体体 受体细胞和供体细受体细胞和供体细胞中两个单链采取滚胞中两个单链采取滚环复制，环复制， F因子全部因子全部转移。转移。供体染色体供体染色体DNA 并不转移。并不转移。第

15、48页/共118页第四十九页，编辑于星期六：二十点 十六分。滚滚环环复复制制第49页/共118页第五十页，编辑于星期六：二十点 十六分。第50页/共118页第五十一页，编辑于星期六：二十点 十六分。第51页/共118页第五十二页，编辑于星期六：二十点 十六分。chromosomeHfr strainintegratedF plasmidF plasmidintegrationFormation of Hfr strainF+ strain第52页/共118页第五十三页，编辑于星期六：二十点 十六分。缺刻螺旋酶缺刻螺旋酶第53页/共118页第五十四页，编辑于星期六：二十点 十六分。Hfr部分基因

16、组转移部分基因组转移，转移频率比，转移频率比F+ F-高高1000倍以上，为倍以上，为高频重组高频重组转移时首先在转移时首先在oriT开始，然后小部分开始，然后小部分F因子，接着染色体基因子，接着染色体基因组，最后是大部分因组，最后是大部分F因子，因子，Hfr全部基因组转移全部基因组转移很难，所以很难，所以Hfr F-仍为仍为F-细胞。细胞。第54页/共118页第五十五页，编辑于星期六：二十点 十六分。3） F F-接合作用接合作用第55页/共118页第五十六页，编辑于星期六：二十点 十六分。An improperly excised F plasmid containing a segmen

17、t of bacterial chromosomal DNA. F x F- Crosses:HfrFimproperexcisionF- plasmidF第56页/共118页第五十七页，编辑于星期六：二十点 十六分。FFFFFF-FF-oriT5-P3-OH第57页/共118页第五十八页，编辑于星期六：二十点 十六分。第58页/共118页第五十九页，编辑于星期六：二十点 十六分。第59页/共118页第六十页，编辑于星期六：二十点 十六分。序的直接反映。序的直接反映。第60页/共118页第六十一页，编辑于星期六：二十点 十六分。第61页/共118页第六十二页，编辑于星期六：二十点 十六分。第6

18、2页/共118页第六十三页，编辑于星期六：二十点 十六分。期细菌混合，培养。期细菌混合，培养。第63页/共118页第六十四页，编辑于星期六：二十点 十六分。供体菌：供体菌：Hfr：strsthr+leu+azisT1slac+gal+受体菌受体菌：F-： strrthr-leu-azirT1rlac-gal-第64页/共118页第六十五页，编辑于星期六：二十点 十六分。第65页/共118页第六十六页，编辑于星期六：二十点 十六分。T1r第66页/共118页第六十七页，编辑于星期六：二十点 十六分。第67页/共118页第六十八页，编辑于星期六：二十点 十六分。第68页/共118页第六十九页，编辑

19、于星期六：二十点 十六分。大肠杆菌基因大肠杆菌基因组很大（组很大（全部转全部转移移需要需要100分钟分钟），），第69页/共118页第七十页，编辑于星期六：二十点 十六分。第70页/共118页第七十一页，编辑于星期六：二十点 十六分。第三节、转导作用（第三节、转导作用（transduction） 19511951莱德伯格和津德发现转导作用莱德伯格和津德发现转导作用转导作用转导作用：由噬菌体介导的遗传物质单方面转移的：由噬菌体介导的遗传物质单方面转移的作用作用以鼠伤寒沙门氏菌为材料以鼠伤寒沙门氏菌为材料:LT-2(met:LT-2(met- -hishis- -) )和和LT-LT-22(phe

20、22(phe- -trptrp- -tyrtyr- -) ) 培养数小时培养数小时, ,在在LT-22LT-22一端出现一端出现野生型。野生型。LT-22LT-22带有带有P22P22温和噬菌体温和噬菌体, ,可以自由通过滤板。可以自由通过滤板。第71页/共118页第七十二页，编辑于星期六：二十点 十六分。LT-22(pheLT-22(phe- -trptrp- -tyrtyr- -) )P22P22温和噬菌体温和噬菌体鼠伤寒沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌LT-22野生型野生型 第72页/共118页第七十三页，编辑于星期六：二十点 十六分。第三节、转导作用（第三节、转导作用（transduction）

21、这里值得注意的是T一偶数噬菌体的DNA中不含有一般的胞嘧啶而含有5-羟甲基胞嘧啶)。 第73页/共118页第七十四页，编辑于星期六：二十点 十六分。第74页/共118页第七十五页，编辑于星期六：二十点 十六分。第75页/共118页第七十六页，编辑于星期六：二十点 十六分。第76页/共118页第七十七页，编辑于星期六：二十点 十六分。第77页/共118页第七十八页，编辑于星期六：二十点 十六分。第78页/共118页第七十九页，编辑于星期六：二十点 十六分。第79页/共118页第八十页，编辑于星期六：二十点 十六分。第80页/共118页第八十一页，编辑于星期六：二十点 十六分。第81页/共118页

22、第八十二页，编辑于星期六：二十点 十六分。第82页/共118页第八十三页，编辑于星期六：二十点 十六分。第83页/共118页第八十四页，编辑于星期六：二十点 十六分。第84页/共118页第八十五页，编辑于星期六：二十点 十六分。第85页/共118页第八十六页，编辑于星期六：二十点 十六分。第86页/共118页第八十七页，编辑于星期六：二十点 十六分。第87页/共118页第八十八页，编辑于星期六：二十点 十六分。二、转导噬菌体的类型二、转导噬菌体的类型Potentially any donor gene can be transferred供体菌供体菌受体菌受体菌第88页/共118页第八十九页，

23、编辑于星期六：二十点 十六分。recipient celltransducing particlegeneral recombinationtransductantrecipient chromosome第89页/共118页第九十页，编辑于星期六：二十点 十六分。prophage(integrated bacterial virus)improper excisiondonor cell (lysogen)transducingparticlesviralreplicationchromosome第90页/共118页第九十一页，编辑于星期六：二十点 十六分。E. coli噬菌体噬菌体galbi

24、ogalbiogalbiogalbiogalbiobiogalattattp pattattb b第91页/共118页第九十二页，编辑于星期六：二十点 十六分。E. coli噬菌体噬菌体galbiogalbiogalbiogalbiogalbiobiogalattattp pattattb bDNA分子脱离寄主染色体分子脱离寄主染色体第92页/共118页第九十三页，编辑于星期六：二十点 十六分。第93页/共118页第九十四页，编辑于星期六：二十点 十六分。着着脱离受体又形成脱离受体又形成galgal- -细胞细胞. .第94页/共118页第九十五页，编辑于星期六：二十点 十六分。温和噬菌体温和

25、噬菌体进行局限性转导进行局限性转导第95页/共118页第九十六页，编辑于星期六：二十点 十六分。第96页/共118页第九十七页，编辑于星期六：二十点 十六分。4)高频转导高频转导：局限性转导存在的另外一局限性转导存在的另外一种转导方式种转导方式:dg和和同时感染寄主同时感染寄主(gal-)，首先整合到受体染色首先整合到受体染色体上，体上，dg通过单交换整通过单交换整和和, 由于由于能提自我供复制的能提自我供复制的所有条件所有条件,因此因此dg和和均能均能够大量复制够大量复制,诱导后两者都诱导后两者都可以成熟，从细胞中释放出可以成熟，从细胞中释放出来来.其中其中50%的转导噬菌体的转导噬菌体可转

26、导可转导gal。10-6双重溶原菌第97页/共118页第九十八页，编辑于星期六：二十点 十六分。第98页/共118页第九十九页，编辑于星期六：二十点 十六分。第99页/共118页第一百页，编辑于星期六：二十点 十六分。第100页/共118页第一百零一页，编辑于星期六：二十点 十六分。形成微小菌落形成微小菌落转导转导DNA不能与受体菌不能与受体菌DNA进行重组并复制，进行重组并复制，也不迅速消失，（只是借住而已）仅表现稳定也不迅速消失，（只是借住而已）仅表现稳定转录、转译、表达的现象。转录、转译、表达的现象。受体菌进行分裂时，只有一个子细胞获得这段受体菌进行分裂时，只有一个子细胞获得这段DNA，

27、另一子细胞仅获得供体基因的产物，另一子细胞仅获得供体基因的产物酶，在表型上出现供体菌的某一特征。并且，酶，在表型上出现供体菌的某一特征。并且，每经过一次分裂，就受到一次每经过一次分裂，就受到一次“稀释稀释”。所以，只。所以，只能在选择性培养基平板上形成一个微小菌落（即其能在选择性培养基平板上形成一个微小菌落（即其中只有一个细胞是转导子）。中只有一个细胞是转导子）。第101页/共118页第一百零二页，编辑于星期六：二十点 十六分。第102页/共118页第一百零三页，编辑于星期六：二十点 十六分。普遍性转导与局限性转导比较：普遍性转导与局限性转导比较：比较项目比较项目普遍性转导普遍性转导局限性转导局限性转导转导的发生转导的发生自发自发人工诱导人工诱导噬菌体形成噬菌体形成错误的装配错误的装配前噬菌体的反常切除前噬菌体的反常切除内含内含DNADNA只含宿主染色体只含宿主染色体DNADNA含噬菌体和宿主含噬菌体和宿主DNADNA转导性状转导性状供体的任何性状供体的任何性状前噬菌体邻近两端的前噬菌体邻近两端的DNADNA片断片断转导过程转导过程通过双交换使转导通过双交换使转导DN