《遗传学课件细菌》PPT课件.ppt

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1、第七章第七章 细菌的遗传分析细菌的遗传分析第一节第一节 细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组第二节第二节 大肠杆菌的突变型及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选 第三节第三节 细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图第五节第五节 F 因子因子与性导与性导第六节第六节 细菌的转化与转导作图细菌的转化与转导作图第七节第七节 一个基因一种酶一个基因一种酶第一节第一节第一节第一节 细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组1.细菌的细胞细菌的细胞 细菌细菌包括包括真细菌真细菌和和古细菌古细菌。真细菌主要包括细菌、放线菌、蓝细

2、菌、真细菌主要包括细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体、衣原体等。这些细菌以多种形态存在，基本形态为支原体、立克次氏体、衣原体等。这些细菌以多种形态存在，基本形态为 球形、杆状和螺旋状。球形、杆状和螺旋状。细菌的大小随种类不同而异，量度细菌的大小的单位是微米（细菌的大小随种类不同而异，量度细菌的大小的单位是微米（um）。）。通常，球菌：直径通常，球菌：直径 0.2-1.5um；杆菌：宽杆菌：宽长长 0.5-1um1-5um；螺菌：宽、长、螺距。螺菌：宽、长、螺距。细菌是结构简单的单细胞生物，基本结构包括细胞壁、细胞膜、拟核、细菌是结构简单的单细胞生物，基本结构包括细胞壁、细胞膜、拟核、核糖

3、体、细胞质及内含物；特殊结构有荚膜和鞭毛等。核糖体、细胞质及内含物；特殊结构有荚膜和鞭毛等。细菌细胞很小，不便于操作。遗传学很少研究单个细菌细胞，而是研细菌细胞很小，不便于操作。遗传学很少研究单个细菌细胞，而是研究细菌细胞的群体。究细菌细胞的群体。将来源于一个培养物的稀释样品进行平板接种后，每个细菌细胞都会将来源于一个培养物的稀释样品进行平板接种后，每个细菌细胞都会进行繁殖形成肉眼可见的细胞群，即菌落或克隆。进行繁殖形成肉眼可见的细胞群，即菌落或克隆。大肠杆菌的细胞和菌落大肠杆菌的细胞和菌落 （a）大肠杆菌扫描电镜照片）大肠杆菌扫描电镜照片（b）两个子细胞的电镜照片）两个子细胞的电镜照片（c）

4、大肠杆菌的菌落）大肠杆菌的菌落 第一节第一节第一节第一节 细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组 细菌细菌不通过有性方式繁殖，细菌染色体不凝缩，没有着丝粒，也没有不通过有性方式繁殖，细菌染色体不凝缩，没有着丝粒，也没有 纺锤体结构。纺锤体结构。细菌繁殖：细菌繁殖：双链环形双链环形 DNA 分子随着细胞伸长而采取二分分裂的方式分子随着细胞伸长而采取二分分裂的方式 分开。分开。细菌染色体的复制和细胞分裂细菌染色体的复制和细胞分裂 （a）大肠杆菌释放染色体的电镜照片（）大肠杆菌释放染色体的电镜照片（b）细胞分裂时染色体的复制和分布）细胞分裂时染色体的复制和分布第一节

5、第一节第一节第一节 细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组2.细菌的基因组细菌的基因组 细菌细胞的大部分遗传信息位于一条环状的双链细菌细胞的大部分遗传信息位于一条环状的双链 DNA 分子上，这个分子上，这个 DNA分子一般被称为细菌的染色体，存在于细胞内一个称为分子一般被称为细菌的染色体，存在于细胞内一个称为“拟核拟核”的区的区域中。这种结构有利于外源域中。这种结构有利于外源 DNA 的插入。细菌的染色体长度为的插入。细菌的染色体长度为 250-35,000 um 不等。不等。第一节第一节第一节第一节 细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组细菌

6、的细胞和基因组 （1）拟核结构）拟核结构 电镜观察表明：拟核结构最显著的特征是其电镜观察表明：拟核结构最显著的特征是其DNA被包裹压缩成一个个被包裹压缩成一个个 有序的环状结构域（有序的环状结构域（loop domain）。）。大肠杆菌基因组长大肠杆菌基因组长4.7106 bp，在松弛状况时长，在松弛状况时长 1,300 um，是其细胞，是其细胞 长度的长度的 1,000 倍，必须压缩最少倍，必须压缩最少 1,000 倍后才能装入细胞中。倍后才能装入细胞中。大肠杆菌染色体超螺旋折叠的结构大肠杆菌染色体超螺旋折叠的结构 第一节第一节第一节第一节 细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基

7、因组细菌的细胞和基因组 （2）大肠杆菌基因组概况）大肠杆菌基因组概况 大肠杆菌的染色体为闭合双链环状大肠杆菌的染色体为闭合双链环状 DNA，长约，长约 1,333 um。1997 年测定完成大肠杆菌年测定完成大肠杆菌 K-12 MG1655 菌株全基因组菌株全基因组:4,639,221（约（约 4.7106）bp 其中：其中：87.8 编码蛋白质；编码蛋白质；0.8 编码稳定性编码稳定性RNA；0.7%无编码功能的重复序列；无编码功能的重复序列；11 属于调节序列或具有其它功能。属于调节序列或具有其它功能。编码蛋白质序列中总共编码编码蛋白质序列中总共编码 4288 种已知和未知的蛋白质（可读框

8、），种已知和未知的蛋白质（可读框），其中约其中约 38 功能不明。功能不明。在在 K-12 MG1655 菌株中，基因的平均长度为菌株中，基因的平均长度为 950 bp,基因之间的平均基因之间的平均 间隔约为间隔约为 118 bp，但是菌株之间可能会有很大的差别。，但是菌株之间可能会有很大的差别。第一节第一节第一节第一节 细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组 2005 年报道了第二个菌株年报道了第二个菌株 K-12 W3110 基因组的完整序基因组的完整序列。比较列。比较K-12 MG1655 菌株和菌株和 K-12 W3110 菌株，发现两者基菌株，发现两

9、者基因组大小并不是一致的。因组大小并不是一致的。K-12 W3110 基因组大小为基因组大小为 4,646,332bp，基因总数为，基因总数为 4,464个。个。K-12 W3110 与与K-12 MG1655 两者相同的基因为两者相同的基因为 4,453个。个。第一节第一节第一节第一节 细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组细菌的细胞和基因组第二节第二节第二节第二节 大肠杆菌的突变型及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选 1.大肠杆菌的突变类型大肠杆菌的突变类型 （1）合成代谢功能的突变型合成代谢功能的突变型 野生型品系在基本培养基上

10、具有合成所有代谢和生长所必需的复杂有野生型品系在基本培养基上具有合成所有代谢和生长所必需的复杂有 机物的功能，这称为合成代谢功能，这需要大量基因的正常表达。机物的功能，这称为合成代谢功能，这需要大量基因的正常表达。（2）分解代谢功能的突变型分解代谢功能的突变型 野生型大肠杆菌能使复杂的糖类转化成葡萄糖或其他简单的糖类，也野生型大肠杆菌能使复杂的糖类转化成葡萄糖或其他简单的糖类，也 能将其他复杂分子转变为便于利用的更小的中间物，这些降解功能称为分能将其他复杂分子转变为便于利用的更小的中间物，这些降解功能称为分 解代谢功能。解代谢功能。如果其中任何一个必需的基因发生了突变都不能进行一个特定的生化如

11、果其中任何一个必需的基因发生了突变都不能进行一个特定的生化 反应，从而阻碍整个合成代谢功能的实现，这种突变型称为营养缺陷型。反应，从而阻碍整个合成代谢功能的实现，这种突变型称为营养缺陷型。它们多是条件致死突变，因为能通过在基本培养基中添加所需的有机成分它们多是条件致死突变，因为能通过在基本培养基中添加所需的有机成分 使具有这种突变的细菌存活。使具有这种突变的细菌存活。同样，一系列降解功能的实现也需要许多有关基因的表达，其中任何同样，一系列降解功能的实现也需要许多有关基因的表达，其中任何 一个基因的突变都会影响降解功能的实现。一个基因的突变都会影响降解功能的实现。例如：例如：Lac 突变型不能分

12、解乳糖，因此就不能生长在以乳糖为唯一突变型不能分解乳糖，因此就不能生长在以乳糖为唯一 碳源的基本培养基中，而野生型碳源的基本培养基中，而野生型 Lac+细菌都能利用乳糖。细菌都能利用乳糖。Lac 表型可能表型可能 是因为是因为 lac Z+或或 lac Y+基因发生突变，基因发生突变，分别产生了基因型分别产生了基因型 lac Z 或或 lac Y 的突变型菌株。这种菌株显然也是条件致死突变型。的突变型菌株。这种菌株显然也是条件致死突变型。（3）抗性突变型）抗性突变型 细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或抗生素产生抗性，对噬菌体细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或抗生素产生抗性，对噬菌体 的抗性

13、突变往往是以某种方式改变细菌的膜蛋白，从而某种噬菌体不能吸的抗性突变往往是以某种方式改变细菌的膜蛋白，从而某种噬菌体不能吸 附或吸附在这种突变细菌上的能力降低。裂繁殖。附或吸附在这种突变细菌上的能力降低。裂繁殖。细菌对各种抗生素的抗性机制各不相同。如对链霉素抗性突变的细菌是细菌对各种抗生素的抗性机制各不相同。如对链霉素抗性突变的细菌是由于核糖体的由于核糖体的30S亚基的亚基的S12蛋白变异，链霉素能和敏感细菌（野生型）的蛋白变异，链霉素能和敏感细菌（野生型）的 S12 结合，从而使翻译过程发生差错或者使翻译过程的启动作用失效。结合，从而使翻译过程发生差错或者使翻译过程的启动作用失效。而抗链霉素

14、突变型的而抗链霉素突变型的 S12 不再和链霉素结合，因此抗性突变细菌可以不再和链霉素结合，因此抗性突变细菌可以 在链霉素存在的情况下，进行正常的翻译作用和正常的分裂繁殖。在链霉素存在的情况下，进行正常的翻译作用和正常的分裂繁殖。第二节第二节第二节第二节 大肠杆菌的突变型及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选 问题和思考问题和思考请就滥用抗生素谈谈你的看法。请就滥用抗生素谈谈你的看法。第二节第二节第二节第二节 大肠杆菌的突变型及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选 细菌中某些突变型的基因符号细菌中某些突变型的基

15、因符号 arg精氨酸缺陷型lac乳糖不能利用ade腺嘌呤缺陷型gal半乳糖不能利用cys胱氨酸缺陷型ara阿拉伯糖不能利用leu亮氨酸缺陷型rha鼠李糖不能利用pro脯氨酸缺陷型str链霉素抗性met甲硫氨酸缺陷型mal麦芽糖不能利用bio生物素缺陷型man甘露糖不能利用phe苯丙氨酸缺陷型thi硫胺缺陷型pur嘌呤缺陷型pyr嘧啶缺陷型pdx吡哆醇缺陷型azi叠氮化钠抗性thr苏氨酸缺陷型ton噬菌体T1抗性第二节第二节第二节第二节 大肠杆菌的突变型及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选 问题和思考问题和思考第二节第二节第二节第二节 大肠杆菌的突变型

16、及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选 如何筛选缺陷性的细菌？如何筛选缺陷性的细菌？2.细菌的培养与突变型筛选细菌的培养与突变型筛选 细菌的培养与突变型筛选细菌的培养与突变型筛选 （a）细菌的培养 （b）突变型筛选 第二节第二节第二节第二节 大肠杆菌的突变型及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选大肠杆菌的突变型及其筛选 1.细菌接合现象的发现细菌接合现象的发现 1946年，年，Lederberg 等的一等的一 个实验发现两型的大肠杆菌之间个实验发现两型的大肠杆菌之间 确有遗传物质的交换。确有遗传物质的交换。可能的原因？可能的原因？第三

17、节第三节第三节第三节 细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移实验一实验一1.细菌接合现象的发现细菌接合现象的发现 A 营养互饲营养互饲 C 杂交，交换遗传物质重组？杂交，交换遗传物质重组？B 基因突变基因突变 如何验证？如何验证？第三节第三节第三节第三节 细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移1.细菌接合现象的发现细菌接合现象的发现 1950年，年，Davis 设计了设计了 U 型管，从型管，从 U 型管两端取型管两端取样培养，没有出现原养型菌样培养，没有出现原养型菌落。可见，只有菌株落。可见，

18、只有菌株 A 和和菌株菌株B 的细胞通过接触后，的细胞通过接触后，象高等生物的有性过程一样，象高等生物的有性过程一样，发生了杂交，遗传物质有了发生了杂交，遗传物质有了交换，才产生了与两个亲代交换，才产生了与两个亲代不同的野生型的细菌。不同的野生型的细菌。第三节第三节第三节第三节 细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移2.F 因子及其转移因子及其转移 大肠杆菌中遗传物质的交换不是交互的，事实上一个菌株（菌株大肠杆菌中遗传物质的交换不是交互的，事实上一个菌株（菌株 B）作为遗传物质的受体，另一个菌株作为遗传物质的供体（菌株作为遗传物质的受体，另一个

19、菌株作为遗传物质的供体（菌株 A），这种），这种 单向的基因交换可以比之于单向的基因交换可以比之于“性性”的差别，所以，可以把供体看作是雄性的差别，所以，可以把供体看作是雄性菌株，而把受体看作是雌性菌株。菌株，而把受体看作是雌性菌株。Hayes 实验：实验：菌株菌株A met thr+leu+thi+菌株菌株 B met+thr leu thi 实验二实验二第三节第三节第三节第三节 细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移 两两个个 E.coli 细细胞胞的的结结合合 第三节第三节第三节第三节 细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移细菌的接

20、合与染色体转移细菌的接合与染色体转移 已经证实已经证实 F 因子是一种质粒因子是一种质粒，能够自我复制的环状能够自我复制的环状DNA分子，作用象分子，作用象 一个微型染色体，包含约一个微型染色体，包含约 100 个基因。个基因。F 因子的重要性质：因子的重要性质：F 因子能够复制它的因子能够复制它的DNA，使它能够保持使它能够保持存在于正在分裂的细胞群存在于正在分裂的细胞群 体中；体中；携带携带 F 因子的细胞产生伞毛因子的细胞产生伞毛-微小的蛋白质表面管，使微小的蛋白质表面管，使 F+细胞能细胞能 与其他细胞吸附，并且保持它们的接触。与其他细胞吸附，并且保持它们的接触。F 因子的性质因子的性

21、质 第三节第三节第三节第三节 细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移 F+细胞能够转移新合成的环状细胞能够转移新合成的环状 F 基因组拷贝到受体细胞基因组拷贝到受体细胞 F-中去。中去。结果是：结果是：F-F+，F+F+?F 因因子子的的性性质质 F+细胞通常阻止与另一个细胞通常阻止与另一个 F+细胞接触，并且通常不转移细胞接触，并且通常不转移 F 基因组基因组 到到 F+细胞。细胞。F 因因子子的的性性质质 偶尔，偶尔，F 因子将自己整合进宿主细菌染色体上。因子将自己整合进宿主细菌染色体上。第三节第三节第三节第三节 细菌的接合与染色体转移细菌

22、的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移 F 因子将自己整合进宿主细菌染色体上因子将自己整合进宿主细菌染色体上后后，当它与，当它与 F-接合接合时时，F 因子因子 也能与它自己的也能与它自己的DNA一起转移宿主染色体基因（标记一起转移宿主染色体基因（标记基因基因）到受体细胞到受体细胞。F 因子的性质因子的性质 第三节第三节第三节第三节 细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移 偶尔，整合的偶尔，整合的 F 因子也能切离细菌染色体回到细胞质中，少数情况因子也能切离细菌染色体回到细胞质中，少数情况 下，切离染色体时，出现误切，下

23、，切离染色体时，出现误切，F 因子上带有宿主的少数基因，形成环状因子上带有宿主的少数基因，形成环状 的的 F 因子。这种含有细菌染色体基因的因子。这种含有细菌染色体基因的 F 因子叫做因子叫做 F 因子。因子。实验室中，要使实验室中，要使 F+F-，最有效的方法是用吖黄素处理。调节吖黄，最有效的方法是用吖黄素处理。调节吖黄 素的浓度，使该浓度不妨碍细菌的增殖，但可以选择性地抑制素的浓度，使该浓度不妨碍细菌的增殖，但可以选择性地抑制 F 因子的复因子的复 制，在含有吖黄素的培养液中培养制，在含有吖黄素的培养液中培养 F+细菌，所有的细菌都成为细菌，所有的细菌都成为 F-。F 因因子子的的性性质质

24、 第三节第三节第三节第三节 细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移3.高频重组高频重组 当当 F+F时时 F F+的频率高达的频率高达95%以上；以上；染色体基因的重组频率不到染色体基因的重组频率不到 10-6。人们在菌株人们在菌株A中发现了一个新的菌株，中发现了一个新的菌株，当新当新 F+F时时 染色体基因的重组频率高于染色体基因的重组频率高于 F+F的一千倍；的一千倍；F F+的频率极低。的频率极低。这个新的菌株就叫做高频重组这个新的菌株就叫做高频重组（high frequency of recombination）菌株，简称菌株，简称 H

25、fr。这个。这个 Hfr 与与 F杂交为什么会出现高频率的重组呢？杂交为什么会出现高频率的重组呢？第三节第三节第三节第三节 细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移细菌的接合与染色体转移1.用中断杂交技术作连锁图用中断杂交技术作连锁图 第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图Wollman 等思考这个问题，想了解等思考这个问题，想了解 Hfr 细菌在杂交中什么时候把基细菌在杂交中什么时候把基转移给转移给 F细菌的。他们选用了下面两个菌株进行杂交：细菌的。他们选用了下面两个菌株进行杂交：Hfr:thr+leu+a

26、zir tonr lac+gal+strs F:thr leuazis tons lacgalstrr 实验三实验三Hfr:thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F:thrleuazistonslacgalstrr 接合接合 定时中断定时中断 含链霉素但不含苏氨酸含链霉素但不含苏氨酸和亮氨酸的基本培养基：和亮氨酸的基本培养基：两个原始亲本两个原始亲本（Hfr 和和F）菌株都不能生长。菌株都不能生长。只有带有只有带有 thr+和和 leu+的的 Hfr菌体与带有菌体与带有 strr 的的 F 菌体菌体的重组子才可以生长。基因的重组子才可以生长。基因型至少是型至少是 thr+l

27、eu+strr。取样检测取样检测 Hfr F 第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图 能够在上述培养基上生长的细菌重组子，已知基因型至少是能够在上述培养基上生长的细菌重组子，已知基因型至少是 thr+leu+strr，这是实验中的选择性标记基因。再对这些重组子进行影印法培养，这是实验中的选择性标记基因。再对这些重组子进行影印法培养，分析分析 Hfr 染色体上其它非选择性标记基因进入染色体上其它非选择性标记基因进入 F的顺序和时间，绘制出的顺序和时间，绘制出 连锁图。连锁图。分分 钟钟转移的转移的 Hfr 基因基因 9 09 azir1

28、1 azir tonr18 azir tonr lac+25 azir tonr lac+gal+Hfr 的未选择性标记基因进入的未选择性标记基因进入F所需的时间所需的时间 第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图 实验的基本过程：实验的基本过程：基本培养基中基本培养基中的碳源为：的碳源为：乳糖乳糖或或半乳糖半乳糖第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图 如果让如果让 HfrF杂交继续进行，长达二小时，然后使其中断，发现某杂交继续进行，长达二小时，然后使其中断，发现某 些受体也转

29、变为些受体也转变为 Hfr。实际上，实际上，F 因子最后也转移到受体细胞中。因子最后也转移到受体细胞中。F 因子是线性染色体的最因子是线性染色体的最 后的一个单位，它的转移效率很低。这样，我们可以得到下面这样的连锁后的一个单位，它的转移效率很低。这样，我们可以得到下面这样的连锁 图形：图形：结论：结论：Hfr 细菌的基因按一定的时间和顺序依次地出现在细胞中。细菌的基因按一定的时间和顺序依次地出现在细胞中。根据中断杂交技术，如果用杂交后根据中断杂交技术，如果用杂交后 Hfr 基因最初在受体细胞中出现的基因最初在受体细胞中出现的 时间作为相对距离，可以绘制连锁图。时间作为相对距离，可以绘制连锁图。

30、第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图2.大肠杆菌的染色体呈环状大肠杆菌的染色体呈环状 用了几种不同的用了几种不同的 Hfr 菌株进行中断杂交试验，都可以作成连锁图，可菌株进行中断杂交试验，都可以作成连锁图，可 是它们中基因的转移顺序、转移起点和转移方向却并不相同。是它们中基因的转移顺序、转移起点和转移方向却并不相同。菌菌 株株转转 移移 顺顺 序序Hfr HOthrazilactsxgaltrpmalxylmetBthiF COtsxlacazithrthimetBxylmaltrpgalF J4OthimetBxylmaltrpg

31、altsxlacazithrF P72OmetBthithrazilactsxgaltrpmalxylF 几个几个 Hfr 菌株的基因顺序菌株的基因顺序 从表中可见，尽管这些从表中可见，尽管这些 Hfr 菌株的基因的转移顺序、转移起点和转移菌株的基因的转移顺序、转移起点和转移方向很不相同，但不是随机的，存在着某种规律。方向很不相同，但不是随机的，存在着某种规律。第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图Hfr 染色体的形成都可以用染色体的形成都可以用 F 因子插入到环状染色体的不同地点来说明因子插入到环状染色体的不同地点来说明四个四个Hf

32、r 菌株的基因转移顺序的原因菌株的基因转移顺序的原因 从该假设中得到并证实几个结论：从该假设中得到并证实几个结论：F 因子的插入方向将决定因子的插入方向将决定 Hfr 染色体染色体 的极性；的极性；插入的插入的F因子的一端将是原点，从原因子的一端将是原点，从原 点点 Hfr 染色体的转移开始；染色体的转移开始；F 因子的另一端因子的另一端 为末端，一般并不被转移，除非整个染色体为末端，一般并不被转移，除非整个染色体 都被转移。都被转移。F 因子的未端常与育性有关，如因子的未端常与育性有关，如 果这个末端也被转移，受体细胞将被转变成果这个末端也被转移，受体细胞将被转变成 雄性细胞（雄性细胞（F+

33、）。）。第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图阅读阅读P165P165的图的图第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图思考纵坐标的思考纵坐标的%是如何得到的？为什么是如何得到的？为什么曲线有高有底？有没有问题？曲线有高有底？有没有问题？3.F 因子整合到细菌染色体的过程因子整合到细菌染色体的过程 现在知道，现在知道，F 因子是环状的，细菌的染色体也是环状的。因子是环状的，细菌的染色体也是环状的。F 因子的插因子的插 入决定了入决定了 Hfr 染色体的染色体的极性极性，F 因子所

34、在的地方是末端，与因子所在的地方是末端，与 F 因子相对的因子相对的 一点是原点，是染色体转移的起点。在环状的细菌的染色体与环状的一点是原点，是染色体转移的起点。在环状的细菌的染色体与环状的 F 因因 子之间只要发生一个简单的交换，就可以形成一个较大的环。子之间只要发生一个简单的交换，就可以形成一个较大的环。F 因子是一种质粒，可以自律地复制，在细胞分裂时分配到子细胞。因子是一种质粒，可以自律地复制，在细胞分裂时分配到子细胞。F 因子又是附加体，既可游离于细胞质，又可整合到细菌的染色体上去。因子又是附加体，既可游离于细胞质，又可整合到细菌的染色体上去。环状的环状的 F 因子，通过交换整合到环状

35、的细菌染色体上，形成因子，通过交换整合到环状的细菌染色体上，形成 Hfr 染色体染色体第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图 F 因子含有的因子含有的 IS 聚集在聚集在F因子的因子的 某个区域，另一方面，在某个区域，另一方面，在 E.coli 染色染色 体的各个区域也有多数体的各个区域也有多数 IS 存在。存在。环形的环形的F因子包括一下几个部分：因子包括一下几个部分：原点，是转移的起点；原点，是转移的起点；形成性伞毛的基因群；形成性伞毛的基因群；DNA 复制酶基因；复制酶基因；插入序列插入序列 IS（insertion seque

36、nce），与其插入细菌染色体的过程），与其插入细菌染色体的过程 有关。有关。IS 有极性，或左或右，交换后整有极性，或左或右，交换后整 合到染色体的方向也就随之而定。上合到染色体的方向也就随之而定。上 述的各述的各 Hfr 菌株染色体的原点和转移菌株染色体的原点和转移 方向不同，可以认为是方向不同，可以认为是 F 因子整合到因子整合到 细菌染色体的不同细菌染色体的不同 IS 部位的结果。部位的结果。第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图 F 因子插入到宿主的染色体因子插入到宿主的染色体 （a）F 因子插入的交换机制因子插入的交换机制

37、（b）F 因子的基本结构因子的基本结构 （c）Hfr 的形成及其基因转移的形成及其基因转移 第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图 现在把大肠杆菌的性过程概括如下：现在把大肠杆菌的性过程概括如下：第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图4.细菌的交换过程细菌的交换过程 上面只讨论了杂交中遗传信息的转移过程，供体的遗传信息被转移后上面只讨论了杂交中遗传信息的转移过程，供体的遗传信息被转移后 的命运如何呢？显然，在重组子被检出之前，被转移的遗传基因必须通过的命运如何呢？显然，在重组

38、子被检出之前，被转移的遗传基因必须通过 交换才能整合到受体的基因组中去。现在就要讨论这种交换的特点。交换才能整合到受体的基因组中去。现在就要讨论这种交换的特点。原核类中的遗传交换与真核类的不同，交换不是像在真核类那样在两原核类中的遗传交换与真核类的不同，交换不是像在真核类那样在两 整套基因组之间进行，而是在一完整的基因组（称作整套基因组之间进行，而是在一完整的基因组（称作F内基因子）与一不内基因子）与一不 完整的基因组（称作外基因子）之间，即在所谓的完整的基因组（称作外基因子）之间，即在所谓的部分二倍体部分二倍体或或部分合子部分合子 之间进行。之间进行。部分合子模式图部分合子模式图 第四节第四

39、节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图 细菌的交换是在部分二倍体之间进行的，细菌的交换是在部分二倍体之间进行的，但如果部分二倍体中但如果部分二倍体中 F完完 整的染色体与整的染色体与 Hfr 部分染色体之间发生的是奇次交换则是无效的，因为在部分染色体之间发生的是奇次交换则是无效的，因为在 环断裂后，产生的是不平衡的部分二倍体线性染色体。环断裂后，产生的是不平衡的部分二倍体线性染色体。如果部分二倍体中如果部分二倍体中 F完整的染色体与完整的染色体与 Hfr 部分染色体之间发生的是部分染色体之间发生的是 偶次交换，就产生平衡的重组子和片段，片段在以

40、后的细胞分裂中丢失。偶次交换，就产生平衡的重组子和片段，片段在以后的细胞分裂中丢失。所以，在细菌的重组中，有两个特点：所以，在细菌的重组中，有两个特点：只有偶次交换才能产生平衡的重组子；只有偶次交换才能产生平衡的重组子；相反的重组子不出现，在选择培养基上只出现一种重组子。相反的重组子不出现，在选择培养基上只出现一种重组子。第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图 5.重组作图重组作图 在中断杂交实验中，我们根据基因转移的先后次序，以时间为单位得在中断杂交实验中，我们根据基因转移的先后次序，以时间为单位得 出了基因的连锁关系。如果两基因间

41、转移的时间单位接近两分钟，用中断出了基因的连锁关系。如果两基因间转移的时间单位接近两分钟，用中断 杂交技术，连锁关系就不可靠。这时，可用传统的重组作图法。杂交技术，连锁关系就不可靠。这时，可用传统的重组作图法。有两个基因有两个基因 lac 和和 ade，根据中断杂交试验，知道这两个基因是紧密，根据中断杂交试验，知道这两个基因是紧密 连锁的。就连锁的。就 Hfr 供体来说，供体来说，ade 有可能在有可能在 lac 之前进入之前进入 F 受体，受体，ade 也有也有 可能在可能在 lac 之后进入之后进入 F受体。受体。现在，我们选用一种现在，我们选用一种 ade 在在 lac 之后进入之后进入

42、 F受体的受体的 Hfr 供体与供体与F杂交。杂交。ade 在在 lac 之前进入之前进入 F 受体：受体：ade 在在 lac 之后进入之后进入 F 受体：受体：adelacadelac转移方向转移方向转移方向转移方向adelac转移方向转移方向ade 在在 lac 之后进入之后进入 F 受体：受体：第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图 Hfr:lac+ade+str s F:lacadestrr含链霉素的基本培养基含链霉素的基本培养基（碳源为葡萄糖）：（碳源为葡萄糖）：两个原始亲本（两个原始亲本（Hfr 和和F）菌株都不能生长。

43、）菌株都不能生长。只有带有只有带有ade+的的 Hfr菌体菌体与带有与带有 strr 的的 F 菌体的菌体的重组子才可以生长。基因重组子才可以生长。基因型至少是型至少是 ade+strr。混合培养混合培养60分钟分钟第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图 因为因为 ade 是在是在 lac 之后进入之后进入 F受体的，转移顺序在受体的，转移顺序在 ade+前面的前面的lac+自自 然也已进入，所以选出的然也已进入，所以选出的 Fade+strr，一定是由同时得到，一定是由同时得到 ade+和和 lac+的的部分二倍体起源的。部分二倍体

44、起源的。外基因子外基因子内基因子内基因子 lac+一个部分二倍体一个部分二倍体 ade lac ade+第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图 把得到的重组子菌落影印在由曙红和美蓝的培养基（把得到的重组子菌落影印在由曙红和美蓝的培养基（EMB）上，检测）上，检测 它是否能够利用乳糖。它是否能够利用乳糖。如能发酵乳糖如能发酵乳糖（lac+），），菌落紫红色；如不能发菌落紫红色；如不能发 酵乳糖（酵乳糖（lac），菌落粉红色。），菌落粉红色。基因型基因型 ade+strr 影印影印 在碳源为在碳源为乳糖乳糖的培养基中检测的培养基中检测 能

45、否利用乳糖。如能发酵乳糖能否利用乳糖。如能发酵乳糖 （lac+），），菌落紫红色；如菌落紫红色；如 不能发酵乳糖（不能发酵乳糖（lac），菌落），菌落 粉红色。粉红色。紫红色菌落：紫红色菌落：ade+lac+strr 粉红色菌落：粉红色菌落：ade+lacstrr第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图 对得到的重组子（对得到的重组子（Fade+strr）进行能否利用乳糖的检测，结果有能）进行能否利用乳糖的检测，结果有能 够利用乳糖的紫红色菌落（够利用乳糖的紫红色菌落（Fade+lac+strr）和不能发酵乳糖的粉红色菌落）和不能发酵乳

46、糖的粉红色菌落（Fade+lacstrr），这提示在），这提示在ade+-lac之间发生过交换。之间发生过交换。ade+lacstrrade+lac+strrade+strr strs ade+lac+strr ade lac strr ade+lac+strr ade+lac双交换发生在双交换发生在ade-lac 两侧两侧双交换发生在双交换发生在ade-lac 之间之间 strs ade+lac+strr ade lac紫红色紫红色菌落菌落粉红色粉红色菌落菌落第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图 我们选得的我们选得的Fade+如果

47、同时是如果同时是lac+，表明，表明 lac-ade之间没有发生交换；之间没有发生交换；如果是如果是lac，则表明在这两个基因之间发生过交换，所以求两基因之间的，则表明在这两个基因之间发生过交换，所以求两基因之间的 重组值，可用下式表示：重组值，可用下式表示：lacade+lacade+lac+ade+lacade+ade+100%=100%=22%象象 lac 和和 ade这样两个座位，根据时间单位方法，距离是这样两个座位，根据时间单位方法，距离是1分钟，用重分钟，用重 组方法重组值是组方法重组值是22%，时间和重组值的关系大约是，时间和重组值的关系大约是1个时间单位（个时间单位（1分钟）分

48、钟）相当于相当于 20%重组值。因为时间单位接近重组值。因为时间单位接近2分钟时，测得的基因间的距离就分钟时，测得的基因间的距离就 不那么可靠，所以应该采用比较稳定的重组作图法。不那么可靠，所以应该采用比较稳定的重组作图法。中断杂交作图和重组作图法的关系如何？中断杂交作图和重组作图法的关系如何？根据中断杂交实验、基因重组实验及其它基因定位实验的结果，目前根据中断杂交实验、基因重组实验及其它基因定位实验的结果，目前 已经绘制出大肠杆菌的环状遗传学图。已经绘制出大肠杆菌的环状遗传学图。第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图 1963 年，

49、年，E.coli 大约准确定位了大约准确定位了 100 个基因。个基因。1990 年，年，E.coli 超过超过 1,400 个基因被定位。个基因被定位。1997 年，定位了年，定位了 4,288 个基因。个基因。2005 年，定位了年，定位了 4,464 个基因。个基因。注意：注意：基因型中的基因特性（基因型中的基因特性（lac+，lac 等等）与连锁图中的基因座位（）与连锁图中的基因座位（lac，gal 等等）的表示差别。）的表示差别。第四节第四节第四节第四节 中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图1.性导性导 1959 年，在大肠杆菌中发现了一种新的年，

50、在大肠杆菌中发现了一种新的 F 因子，具有这种新的因子，具有这种新的 F 因子因子 的菌株称为的菌株称为 F。当当 F F时时 F F 的频率与的频率与 F+F时时 F F+的相当；的相当；能象能象 Hfr 那样转移基因，但效率很低。那样转移基因，但效率很低。例如，有一例如，有一Hfr菌株，这菌株的菌株，这菌株的 lac+座位接近座位接近 Hfr 染色体的末端。在染色体的末端。在 这个菌株中，又发现了一个新的这个菌株中，又发现了一个新的 F+菌株，能把菌株，能把 lac+以很高的频率转移到以很高的频率转移到 Flac受体，使受体细胞在表型上成为受体，使受体细胞在表型上成为F+lac+。通过通过