细菌的遗传分析

细菌的遗传分析第一页，共六十四页，2022年，8月28日细菌的遗传分析1、细菌染色体

细菌染色体大多为裸露的环状闭合DNA双链，没有组蛋白和其他蛋白质结合，也不形成核小体结构。（这种结构有利于外源DNA的插入。）2、E.coli基因组概况

E.coli的染色体为闭合双链环状DNA，长约1333um.2001年10月15日完成了E.coliK12菌株的基因组全序列测定。总共4639221bp，4279个蛋白质编码基因，115个编码rRNA和tRNA的基因。（GenBank编号:U00096）第二页，共六十四页，2022年，8月28日Fig17.14AmapoftheE.coligenome,showingselectedgenes.©2003JohnWileyandSonsPublishers第三页，共六十四页，2022年，8月28日细菌的F因子营养互补还是其它细胞物质的交流细菌杂交是染色体的转移细菌染色体转移不是交互的，是有方向的F因子第四页，共六十四页，2022年，8月28日Fig17.4TheU-tubeexperiment.©2003JohnWileyandSonsPublishers第五页，共六十四页，2022年，8月28日3、细菌杂交（遗传分析的重要方法）（1）F因子的发现BStrrE.coli不同缺陷型菌株A,B分别具有Strs,Strr两种基因型。实验：AStrs含Str的基本培养基上生长AStrrBStrs含Str的基本培养基上不长原因：AStrs是作为供体，尽管在Str培养基上不能分裂，但其基因可以转移；BStrr

作为受体，既可以分裂，又可以接受外来基因。反之则不行，若受体B对Str敏感，接合的细胞不能分裂就不能存活。（发现了A中的F因子）第六页，共六十四页，2022年，8月28日Fig17.8AsummaryoftheclassicLederbergandTatumexperiment.©2003JohnWileyandSonsPublishers第七页，共六十四页，2022年，8月28日2、F因子的特性三种大肠杆菌：F+:携带F因子质粒F-:没有F因子Hfr:F因子整合在染色体上（1）低频重组：F+хF-=F+,

F+重组通过质粒转移、复制进行。

重组频率为10-6左右。第八页，共六十四页，2022年，8月28日F+

хF-第九页，共六十四页，2022年，8月28日Fig17.9F+xF-conjugation.©2003JohnWileyandSonsPublishers第十页，共六十四页，2022年，8月28日高频重组（highfrequencyofrecombination）,HfrF因子整合到细菌的染色体上时，称为Hfr菌，具有较高频率的重组能力。

HfrXF－

F－

第十一页，共六十四页，2022年，8月28日高频转导：HfrxF-F因子部分在最后转移第十二页，共六十四页，2022年，8月28日Fig17.10SomeofthesitesofF-factorintegrationintheE.colichromosome.©2003JohnWileyandSonsPublishers第十三页，共六十四页，2022年，8月28日中断杂交3、梯度转移作图中断杂交实验：采用HfrxF-,根据染色体上基因进入F-细胞的时间和次序作图。

Hfrthr+leu+azirtonrlac+gal+strs

XF-thr-leu-azistonslac-gal-strr

第十四页，共六十四页，2022年，8月28日Fig17.12TheinterruptedmatingexperimentofWollmanandJacob.©2003JohnWileyandSonsPublishers第十五页，共六十四页，2022年，8月28日中断杂交的实验结果

基因 转入时间 thr+ 8 leu+ 8.5 Azis 9Tons 11 lac+ 18 gal+ 25第十六页，共六十四页，2022年，8月28日Fig17.13Datafromtheinterruptedmatingexperiment.©2003JohnWileyandSonsPublishers第十七页，共六十四页，2022年，8月28日重组作图（recombinationmapping）Hfrlac+ade+strsXF-lac-ade-strr

第十八页，共六十四页，2022年，8月28日重组作图：Hfrlac+ade+F-lac-ade-F-lac-ade-Hfrlac+ade+F-lac-ade-F-lac+ade+Hfrlac+ade+F-lac-ade-F-lac-ade+没有发生交换两个基因都交换到受体上交换发生在两个基因之间第十九页，共六十四页，2022年，8月28日重组值计算(Lac-ade+)Lac-ade+(Lac+ade+)+(Lac-ade+)ade+第二十页，共六十四页，2022年，8月28日lac-ade之间的图距为：lac-ade=lac-ade+lac-ade++lac+ade+x1001、选择在腺甘酸（ade）缺乏的培养基上生长的类型。它们表明ade基因已转入细胞。2、选出的lac-ade+类型即是重组子，因为ade+已进入，表明lac+也已进入，而lac-ade+表型就是供体受体lac、ade两个基因间发生交换的结果。可用此来计算重组值。第二十一页，共六十四页，2022年，8月28日2、转导转导：以噬菌体为载体，将供体菌基因转移到受体菌中的过程。高频转导：通过双重溶源菌E.coliphagegaldgal+非正常切离感染gal-E.coligal-gal+gal-dgal+若dgal+进入的同时，也感染进去双重溶源菌形成第二十二页，共六十四页，2022年，8月28日Fig17.20Themechanismofspecializedtransductionbyλbacteriophage.©2003JohnWileyandSonsPublishers第二十三页，共六十四页，2022年，8月28日噬菌体的裂解和溶源化

OL3OL2OLPLCIOr3Or2Or3PrCroCI蛋白质占据裂解方向转录启动子RNA多聚酶与左操纵子结合，溶源化。第二十四页，共六十四页，2022年，8月28日

OL3OL2OLPLCIOr3Or2Or3PrCro

紫外线CI蛋白质失活从占据裂解方向转录启动子上脱落，RNA多聚酶与Cro启动子结合，裂解。

第二十五页，共六十四页，2022年，8月28日性导（sexduction）Hfr菌上的F因子从染色体上不精确解离，带有了染色体的基因，这种带有了染色体的基因的F因子称为F’（F-prime）.F’上的基因与细菌染色体的基因形成了部分二倍体。利用F因子形成部分二倍体的过程，称为性导。第二十六页，共六十四页，2022年，8月28日Fig17.11TheformationofanF’factor.©2003JohnWileyandSonsPublishers第二十七页，共六十四页，2022年，8月28日

用紫外线诱导双重溶源菌，会产生约一半的正常噬菌体和一半的dgal转导噬菌体，所以它的转导效率很高。而单纯的转导噬菌体转导频率只有10-6局限性转导：

phage经常插到特定的基因旁，转导该位点附近的基因。如phage.普遍性转导：phage整合的位置不固定，染色体上的基因都可以被其转导。如P22phage.第二十八页，共六十四页，2022年，8月28日共转导：phage往往不止转导某一个基因，而是将其附近基因与该基因一起转导。通过基因的共转导，可推测转导基因间的次序和距离。abacbc共转导频率0.60.10.5abcorcba可推测基因a,b,c在染色体上的排列为：第二十九页，共六十四页，2022年，8月28日转化（transformation)

没有噬菌体作介导，由DNA直接转入受体细胞的过程，称为转化。环状DNA转化：整体进入整合。片段DNA转化：单链进入整合。第三十页，共六十四页，2022年，8月28日Fig17.2TheintegrationofacirculardonorDNAmoleculeintoacircularrecipientchromosomerequiresasinglecrossoverevent.©2003JohnWileyandSonsPublishers第三十一页，共六十四页，2022年，8月28日Fig17.18Theestablishmentoflysogeny.©2003JohnWileyandSonsPublishers第三十二页，共六十四页，2022年，8月28日Fig17.1Inorderforsuccessfulrecombinationtooccur,anevennumberofexchanges,twointhiscase,isrequiredbetweenthecircularmainchromosomeandthelinearfragments.©2003JohnWileyandSonsPublishers第三十三页，共六十四页，2022年，8月28日Fig17.15AsingleexchangebetweenalineardonorDNAmoleculeandacircularrecipientchromosomedoesnotyieldastructurallyintactrecombinantchromosome.©2003JohnWileyandSonsPublishers第三十四页，共六十四页，2022年，8月28日Fig17.6Bacterialtransformation.©2003JohnWileyandSonsPublishers第三十五页，共六十四页，2022年，8月28日Fig17.17Theformationofgeneralizedtransducingvirusesandthesubsequenttransductionofrecipientbacteria.©2003JohnWileyandSonsPublishers第三十六页，共六十四页，2022年，8月28日顺序四分子分析粗糙链孢霉（Neurosporacrassa）单倍体营养体在营养或生长环境不利时，转入有性生殖。菌丝产生的单倍体分生孢子与另一个菌丝的原子囊果中的单倍体子囊孢子杂交。形成2倍体的杂合体，该2倍体经过第一次减数分裂，获得一个细胞内含有4个单倍体的产物，4个单倍体产物呈直线排列，称为：四分子，对四分子进行的遗传学研究，称为四分子分析（tetradanalysis）第三十七页，共六十四页，2022年，8月28日Fig9.6aCulturesofNeurosporacrassa.©2003JohnWileyandSonsPublishersCredit:FromanINTRODUCTIONTOGENETICANALYSIS5ebyGriffithsetal.Copyright©1993byW.H.FreemanandCompany.Usedbypermission.第三十八页，共六十四页，2022年，8月28日Fig9.8PhotomicrographshowingsegregationofdarkandlightascosporesinNeurospora.©2003JohnWileyandSonsPublishersCredit:ScienceSource/PhotoResearchers第三十九页，共六十四页，2022年，8月28日Fig9.7SegregationpatternsinNeurosporaasci.©2003JohnWileyandSonsPublishers第四十页，共六十四页，2022年，8月28日Fig9.6ProductionoforderedtetradsofascosporesinNeurospora.©2003JohnWileyandSonsPublishers第四十一页，共六十四页，2022年，8月28日Fig9.9CentromeremappinginNeurospora.InCross1,themutantstrain,thi-,requiresthiamin;inCross2,themutantstrain,chol-,requirescholine.©2003JohnWileyandSonsPublishers第四十二页，共六十四页，2022年，8月28日Fig.9.17Somatic-cellhybridizationexperimentstolocatethehumanTK+andHPRT+genesonspecificchromosomes.©2003JohnWileyandSonsPublishers第四十三页，共六十四页，2022年，8月28日着丝粒作图

根据四分子标记基因间的交换，计算着丝粒与标记基因的重组值，被称为：着丝粒作图。例如：Lys-X

lys+

Lys-Lys-lys+lys+

--++

-+-+

----++++

--++--+

+

第四十四页，共六十四页，2022年，8月28日四分子重组值着丝粒－基因：重组值＝交换型X1/2

交换型＋非交换型因为交换型子囊中，只有一半的子囊孢子发生了交换，所以，计算重组值时，要乘以

1/2

第四十五页，共六十四页，2022年，8月28日

nic+X+ade

+adenic++adenic+

PDNPDTTPDNPDT+a+++++a+a+++++a+++anan+nanan+nan++++a+++an+nanan+n+nan+M:11111221222222

第四十六页，共六十四页，2022年，8月28日M1:第一次分裂分离

着丝粒与标记基因的分离时期在第一次减数分裂时期M2：第二次分裂分离着丝粒与标记基因的分离时期在第二次减数分裂时期第四十七页，共六十四页，2022年，8月28日重组值计算着丝粒－基因重组值＝交换型子囊X½

总子囊数＝M2X1/2

总子囊数

第四十八页，共六十四页，2022年，8月28日例题

ABXab

ABabA/a:M1ABB/b:M1NPDab画出染色体交换图。第四十九页，共六十四页，2022年，8月28日Fig9.3Crosswithlinkedyeastmutations.©2003JohnWileyandSonsPublishers第五十页，共六十四页，2022年，8月28日突变的检测和基因定位突变种类：颠换：嘌呤与嘧啶之间的突变A:T---C:G转换:嘌呤之间或嘧啶之间的突变同义突变：CAA---CAGpro---pro错义突变:CAA---CACpro---his无义突变:UUA---UAAleu---无义移码突变：由于硷基的缺失或增加，造成遗传密码的移动的突变。第五十一页，共六十四页，2022年，8月28日A:T------C:GATAATATBUGGBUCBU：5’－溴尿嘧啶，可替换T，以烯醇式存在时，与G配对。第五十二页，共六十四页，2022年，8月28日基因转换（geneconversion）

由于DNA单链发生的交换，产生基因的改变，这种现象称为基因转换。粪壳菌（sordariafimicola）g+:子囊孢子黑色g-:子囊孢子灰色

g+Xg-g+g-4:4++++----;6:2++++++--5:3+++++---;3:1:1:3+++-+---第五十三页，共六十四页，2022年，8月28日DNA损伤修复避免差错的修复光复活修复切除修复重组修复倾向差错的修复应急修复（SOS）第五十四页，共六十四页，2022年，8月28日光复活与切除修复1949年发现紫外线的对DNA的损伤可以通过可见光照射而提高生存率。

1960年R.B.Setlow发现紫外线的对DNA的损伤是形成T＝T二聚体。光复活酶修复：光复活酶基因表达，解开T＝T二聚体。切除修复：UvrA,B,C基因编码的内切核酸酶切除T＝T两端12－13个bp，然后在DNA多聚酶和DNA连接酶的作用下，以正常的链为复制模板，合成正常的DNA链。第五十五页，共六十四页，2022年，8月28日重组修复1965年发现uvr突变后，E.coli仍可对紫外线造成的损伤进行修复，发现了重组修复机制。参与基因recA。

T＝T5’－－－－－－－3’3’－－－－－－－5’5’－－－－－－－3’5’－－－－－－－3’3’－－－－－5’3’－－－－－－－5’

5’－－－－－－－3’3’－－－－－－－5’

第五十六页，共六十四页，2022年，8月28日DNA复制突变温度敏感型DNA复制突变型：温度40度时，正常细菌还可以DNA复制，但是DNA复制突变型受到抑制。把突变型从许可温度转入非许可温度中培养，一种突变型立刻停止DNA复制，称为DNA复制快停突变型。一种突变型慢慢停止DNA复制，称为DNA复制慢停突变型。第五十七页，共六十四页，2022年，8月28日慢停突变型：

DNA复制中的发动有关基因的突变，当温度达到突变的敏感温度时，该基因停止发动，但是已经复制的DNA将继续延长，停止在DNA复制终点。快停突变型：

DNA复制中的延长链有关基因的突变，当温度达到突变的敏感温度时，该基因停止转录，表达的蛋白也立即失活，DNA复制不再延长。DNA复制停止在任意阶段。第五十八页，共六十四页，2022年，8月28日快停突变型：

DNA复制中的启动好有关基因的突变，当温度达到突变的敏感温度时，该基因停止转录，但是已经表到的蛋白将继续发挥复制延长的功能，直到蛋白质用完或失活后，DNA链复制停止。第五十九页，共六十四页，2022年，8月28日Aems法诱变沙门式杆菌缺陷型，不能在基本培养基上生长，当培养皿的中间涂上待测的药物时，如果没有回复突变，就没有菌落出现，如果出现突变，在药物周围会有菌落生长。与对照相比，突变频率高，说明待测药物诱变强。第六十页，共六十四页，2022年，8月28日突变率突变率:生物群体中基因突变的比例。

显性基因的突变率计算软骨发育不全症是常染色体显