细菌遗传分析
细菌的遗传分析
两个位点间的时间约为1分钟，约相当于20%的重组值。
-
已知中断杂交实验该两个基因相距1分钟, 从而得出: 1分钟图距 ≈ 20% 重组值
(中断杂交作图)
(重组作图)
4 Ecoli染色体全长：90分钟；含有：3.6X106bp 20X90 ≈ 1800 cM
课上练习P181第12题
12题解: 据题意 Hfr gal+lac+(A)X F-gal-lac-(B)→F-gal+早,多;lac晚,少. F+ gal+lac+(C)X F-gal-lac-(B)→F+lac+早,多;无gal+ 从AXB中知: gal和lac位于F因子插入位点两侧,gal原点最近。 从CXB中知: C菌株是F因子从细菌染色体上错误切割下来,且 带有细菌lac+的菌株F`lac。 将菌株A与B混合培养一段时间(不到90分钟)后，取混 合液接种在lac-EMB上。紫红色菌落带有分解lac的基因。 将该菌落的细菌又与F-lac-strrB杂交。如该细菌是Flac+ strrB，则无重组子产生。 如该细菌F`lac+ strrB， 则有较多重组子产生。
第六节 细菌的转化与转导作图
一 细菌的转化 受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来 自供体菌的游离DNA片段，并把它整合到自己 的基因组中，而获得部分新的遗传性状的基因转 移过程，称为转化。
通过转化方式而形成的杂种后代，称转化子 （transformant）。
转化过程
⑤非转化子
⑤转化子, 获得供体基因
两个基因进入受体菌的先后;
lac-（乳糖不发酵）ade-（腺嘌呤缺陷型） 完全培养基 （无腺嘌呤、加链霉素）
遗传学第五章细菌的遗传分析
普遍性转导（generalized transduction)
A 细菌
进入裂解周期时， 由于噬菌体颗粒的 错误包装，将A菌 部分染色体片段 包装入噬菌体，形成 转导噬菌体。
以λ噬菌体为例：
遗传学第五章细菌的遗传分析
• λ噬菌体简介 （1）形态及遗传物质
遗传学第五章细菌的遗传分析
（2）基因组
相关功能的基因聚集成簇
遗传学第五章细菌的遗传分析
遗传学第五章细菌的遗传分析
遗传学第五章细菌的遗传分析
七、细菌同源重组的机制
（一）细菌同源重组的特点 （二）细菌同源重组的分子基础 1、重组热点
chi序列
5′ GCTGGTGG 3′ 3′ CGACCACC 5′ 2、重组相关的酶 RecBCD, RecA, RuvA, RuvB, RuvC
遗传学第五章细菌的遗传分析
遗传学第五章细菌的遗传分析
遗传学第五章细菌的遗传分析
遗传学第五章细菌的遗传分析
五、 中断杂交试验（interrupted mating experiment）和基因定位
1957，Wollman and Jacob
遗传学第五章细菌的遗传分析
遗传学第五章细菌的遗传分析
遗传学第五章细菌的遗传分析
六、转化（transformation）和转导作图 （一）转化
概念：转化是指某一基因型的细胞从周围 介质中吸收来自另一基因型细胞的DNA而 使受体的基因型和表型发生相应变化的现 象。
B 细菌
遗传学第五章细菌的遗传分析
细菌的遗传分析
Fig 17.8 A summary of the classic Lederberg and Tatum experiment.
© 2003 John Wiley and Sons Publishers
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+ х F- = F+ , F+ 重组通过质粒转移、复制 进行。 重组频率为10-6左右。
© 2003 John Wiley and Sons Publishers
重组作图（recombination mapping）
Hfr lac + ade + str
r
s
X F-
lac - ade - str
重组作图：
Hfr lac+ ade+
没有发
生交换 F两个基因都交 换到受体上 F交换发生在 两个基因之 间 Flacade+ lac+ ade+ lacade-
Fig 17.4 The U-tube experiment.
© 2003 John Wiley and Sons Publishers
3、细菌杂交（遗传分析的重要方法）
（1）F因子的发现
E.coli 不同缺陷型菌株A,B分 别具有Strs ,Strr两种基因型 。
实验：
A Strs
B Strr
© 2003 John Wiley and Sons Publishers
中断杂交的实验结果
基因 thr+ leu+ Azis Tons lac+ gal+ 转入时间 8 8.5 9 11 18 25
第七章 细菌的遗传分析
二.转导与作图
转导就是以病毒作为载体把遗传信息从一个细菌细 胞传到另一个细菌细胞. • 普遍性转导与作图 宿主DNA随机地被携带在病毒中而导致的转导即~。
通过3因子转导可以得到不同类型的转导子及其频率， 频率最低的一类是最难于转导的。
局限性转导与作图
噬菌体只能转导供体基因组中的特定基因的转导即~
第七章 细菌的遗传分析
第一节 细菌的细胞和染色体
一、细菌细胞 拟核，小，分裂快 二、细菌染色体 双链、环状DNA分子，裸露
第二节 大肠杆菌的突变型筛选
一、大肠杆菌的突变类型 (一)合成代谢功能的突变型（anabolic functional mutants） (二)分解代谢功能的突变型（catabolic functional mutants） (三)抗性突变型（resistant mutants）
二、突变型筛选
对于不同的突变型具有相应的筛选手段
第三节 大肠杆菌的性别
一、大肠杆菌性别的发现 含链霉素的培养基： Astrs×B strr→原养型菌落 Astrr×B strs→无原养型菌落 说明： A为雄性，是供体(donor) B为雌性，是受体(receptor) 遗传物质单向转移
二、F 因子与高频重组
• • • • • 接合 中断杂交 杀死Hfr 检查F-细菌所含基因 作图
二、中断杂交作图
根据供体
基因进入
受体细胞
的顺序和
时间绘制
连锁图。
三.重组作图
• 中断杂交作图是根据基因转移的先后次 序,以时间为单位进行定位的,而重组作图 是根据基因间重组率进行定位的. • 如基因距离较远用中断杂交作图是有效 的,但是基因距离较近,基因间转移时间在 2分钟之内,用重组作图
细菌及病毒的遗传分析h
trp2+ his2+ tyr1+转化trp2- his2- tyr1- 实验 trp2 34 his2 13 tyr1
Hfr菌株在切除F因子时发生错误切除，分离出一个携带F因子和部分宿主染色体基因的遗传因子，这种带有宿主染色体基因的F因子称为F΄因子。
T2噬菌体的基因重组
将两种不同的T2突变体进行杂交，对其杂交子代进行重组分析 杂交方法： 将Ttor和Ttos两种大肠杆菌细胞混合 同时接种高浓度的T2噬菌体的h-r+和h+r-两种突变体，保证绝大多数细菌都被一个以上噬菌体感染 两种不同的噬菌体DNA可能在宿主细胞内进行重组，从而产生非亲本型子代h+r+和h-r-。 亲本型 重组型
F因子在杂交中的行为——接合过程
（三）中断杂交实验作图
中断杂交实验作图
1分钟≈20%的重组值
二、转化
转化(transformation)：指某些细菌(或其它生物)能通过其细胞膜摄取周围介质中的DNA片段，并将此外源DNA片段整合到自己染色体组中的过程。 （一）转化的过程 非感受态细胞 外源DNA被洗掉了 转化因子 感受态细胞 外源DNA仍与细胞结合 整合 吸收 整合 供体单链DNA进入受体细胞后与受体染色体的某一部分联会，并进一步置换受体的对应染色体区段的过程。
第十章 细菌及病毒的遗传分析(2h)
1
第一节 细菌和病毒遗传研究的意义
2
第二节 噬菌体的基因重组
3
第三节 细菌基因重组
4
本章要求
5
思考题
繁殖世代所需时间短；
易于管理和进行化学分析；
便于研究基因的作用；
便于研究基因的突变；
遗传物质较简单，便于用作研究基因结构、功能及调控机制的材料。
细菌的遗传分析
Question
• 我们已知在F＋×F－杂交中，几乎所有F－细菌变 为F＋, F＋×F－→F＋;
• 而在Hfr ×F－杂交中，尽管出现高频重组，但F－ 细菌很少转变为F＋细菌。这个问题使遗传学家感 到迷惑不解。？
中断杂交实验 (Interrupted-mating experiment）
Wollman 和 Jacob进行中断杂交实验:
细菌的遗传分析
概述
• 细菌、放线菌和蓝细菌等均属于原核生物(prokaryotes)。 • 主要特征：没有核膜，其核基因组是由一个裸露的环状
DNA分子构成，称为拟核。细胞内没有以膜为基础的 细胞器，也不进行典型的有丝分裂和减数分裂。 • 细菌是单细胞生物，结构简单，繁殖能力强，分布广， 世代周期短，个体数量多，在正常条件下，完成一个世 代仅20 min， 较容易诱变和筛选各类型突变。 • 细菌不仅是许多病毒的宿主细胞，而且有自身的遗传特 性，又易于培养建立纯系，长期保存，成为遗传学研究 的常用实验材料。
Hfr ： thr+ Leu+ azir tonr Lac+ gal+ strs ×
F- ：thr－ Leu－ azis tons Lac－ gal－ strr
azi：叠氮化钠； ton：噬菌体T1； str：链霉素； Lac：乳糖； gal：半乳糖
结果发现Hfr的未选择性标记基
因进入F－所需时间： • 9分钟时：
细菌的细胞结构：简单 (原核生物） • 基本结构: 细胞壁 (cell wall), 细胞膜 (cell membrane)； 拟核 ( nucleoid )，核糖体 (ribosome), 细胞质 (cytoplasm)，内含物等；
• 特殊结构: 一定条件下具有的结构 e.g. 荚膜 (capsule) 和鞭毛 (flagella)
第7章 细菌的遗传分析
外基因子 内基因子 不能复制，细菌不能繁殖
重组型 不能复制，丢失
7.4
中断杂交与重组作图
7.4.1 中断杂交实验原理
7.4.2 中断杂交作图
7.4.3 重组作图 原理及方法
• 90% 编码蛋白质（ encode protein ）
7.2 大肠杆菌的突变型及其筛选
7.2.1 大肠杆菌的突变类型 7.2.2 细菌的培养与突变型筛选
结合一起讲
大肠杆菌的突变类型
一、营养缺陷型 1.合成代谢缺陷型
2.分解代谢缺陷型
二、抗性突变型
一、营养缺陷型
在营养代谢上是有缺陷的菌株，统称为营养缺陷型，而把 正常的野生型叫做原养型。 –基本培养基：能满足野生型菌株营养要求的最低成分的组 合培养基。 –补充培养基：在基本培养基中有针对性地加上某一种或几
(1)细胞融合（同宗配合）；
(2)形成二倍体合子；
(3)减数分裂 －交换
• 存在问题：
–两个亲本类型对它们的子裔的遗传贡 献并不相同。有些基因组合丢失。
7.3.2 F因子及其转移
(一)、Hayes(1952)实验：
菌株A 菌株B met - thr + leu + thi + × met + thr - leu - thi –
Lederberg及其研究生Zinder（1951）为了验证 鼠伤寒沙门氏菌（Salmenella typhimurium）中 是否也存在着接合现象，进行了下列实验： LT22 phe- trp- met- his+ X LT2 phe+trp+met+his-
医学课件第7章细菌的遗传分析
第二节 大肠杆菌的突变型及筛选
一、大肠杆菌的突变类型
1. 合成代谢功能的突变型(anabolic function mutants) •合成代谢功能(anabolic functions)：野生型(wild type)在基本培养基上具有合成所有代谢和生长所 必需的有机物的功能。 •营养缺陷型(auxotroph)：野生型品系的某个必需 基因发生突变，导致不能完成一个特定的生化反 应，从而阻碍整个合成代谢功能的实现。
In 1953, W. Hayes isolated another strain demonstrating a similar elevated frequency.
Both strains were designated Hfr, or high-frequency recombination. Because Hfr- cells behave as chromosome donors, they are a special class of F+ cells.
20
F＋×F－
Hfr×F－
所有 F＋
很少 F＋
21
•F因子整合到 细菌染色体
•Hfr与受体细 菌染色体的等 位基因间可以 重组(10-2)
22
很少 Hfr×F－
F＋ ？
Hfr细胞和F-细胞之间的接合，一般很少有整条Hfr染色 体转入F－细胞(pilus容易断裂)，因此：
F－细胞得到的只是部分F因子，其余部分依赖于整条 Hfr染色体的转移。这样在Hfr×F-杂交后代大多数重 组子仍为F－
41
a+b+c+ in cross 1 << a+b+c+ in cross 2
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第四章细菌和病毒的遗传(一) 名词解释：1.原养型：如果一种细菌能在基本培养基上生长，也就是它能合成它所需要的各种有机化合物，如氨基酸、维生素及脂类，这种细菌称为原养型。
2.转化(transformation)：指细菌细胞（或其他生物）将周围的供体DNA，摄入到体内，并整合到自己染色体组的过程。
3.转导：以噬菌体为媒介，把一个细菌的基因导入另一个细菌的过程。
即细菌的一段染色体被错误地包装在噬菌体的蛋白质外壳内，通过感染转移到另一受体菌中。
4.性导(sexduction)：细菌细胞在接合时，携带的外源DNA整合到细菌染色体上的过程。
5.接合(coniugation)：指遗传物质从供体—“雄性”转移到受体—“雌性”的过程。
6.Hfr菌株：高频重组菌株，F因子通过配对交换，整合到细菌染色体上。
7.共转导（并发转导）(cotransduction)：两个基因一起被转导的现象称。
8.普遍性转导：能够转导细菌染色体上的任何基因。
9.局限转导：由温和噬菌体（λ、）进行的转导称为特殊转导或限制性转导。
以λ噬菌体的转导，可被转导的只是λ噬菌体在细菌染色体上插入位点两侧的基因。
10.att位点：噬菌体和细菌染色体上彼此附着结合的位点，通过噬菌体与细菌的重组，噬菌体便在这些位点处同细菌染色体整合或由此离开细菌染色体。
11.原噬菌体(prophage)：某些温和噬菌体侵染细菌后，其DNA整合到宿主细菌染色体中。
处于整合状态的噬菌体DNA称为～～。
12.溶原性细菌：含有原噬菌体的细胞，也称溶原体。
13.F＋菌株：带有F因子的菌株作供体，提供遗传物质。
(二) 是非题：1.在大肠杆菌中，“部分二倍体”中发生单数交换，能产生重组体。
（）2.由于F因子可以以不同的方向整合到环状染色体的不同位置上，从而在结合过程中产生不同的转移原点和转移方向。
（）3.受体细菌可以在任何时候接受外来的大于800bp的双链DNA分子。
（）4.在中断杂交试验中，越早进入F-细胞的基因距离F+因子的致育基因越远。
（）5.在接合过程中，Hfr菌株的基因是按一定的线性顺序依次进入F-菌株的，距离转移原点愈近的基因，愈早进入F-细胞。
（）6.F因子整合到宿主细胞染色体上，偶然会带有细菌染色体片段不准确环出，这时的F因子为F’因子。
（）7.F’因子由于带有宿主细胞染色体片段,所以很容易整合到宿主细胞上。
（）8.特殊性转导是由温和噬菌体进行的转导。
（）9.转化和转导在进行细菌遗传物质重组的过程中，其媒介是不同的，前者是噬菌体，后者是细菌的染色体。
（）10.F’因子所携带的外源DNA进入受体菌后，通过任何形式的交换都能将有关基因整合到受体菌染色体组中。
（）答案：1. (-) 2. (+) 3. (-) 4. ( +) 5. (+ ) 6. (+) 7. (+) 8. (-) 9. (-) 10. (-) (三) 选择题：1．在Hfr×F-的杂交中，染色体转移过程的起点决定于（）（A）受体F-菌株的基因型（B）Hfr菌株的基因型（3）Hfr菌株的表现型（D）接合的条件2．在E.coli F(+)str(s)lac(+) 与F(-)str(r)lac(-)两菌株的杂交中，预期的菌株将在下列哪种培养基上被选择出来（）：（A）乳糖培养基（B）乳糖、链霉等培养基（C）葡萄糖、str培养基（D）阿拉伯糖培养基3．在噬菌体的繁殖过程中，形成噬菌体颗粒的时候，偶而会发生错误将细菌染色体片段包装在噬菌体蛋白质外壳内。
这种假噬菌体称为（4）。
（A）假噬菌体（B）F因子（C）温和性噬菌体（D）转导颗粒4．大肠杆菌A菌株（met-bio-thr+leu+）和B菌株（met+bio+thr-leu-）在U型管实验培养后出现了野生型（met+bio+thr+leu+）,证明了这种野生型的出现可能属于（）（A）接合（B）转化（C）性导（D）都不是答案：1. (B) 2. (B) 3. (D) 4. (B)(四) 填空题：1．在原核生物中，是指遗传物质从供体转换到受体的过程；以噬菌体为媒介所进行的细菌遗传物质重组的过程称。
2．戴维斯的“U”型管试验可以用来区分细菌的遗传重组是由于还是由于。
3．细菌的遗传重组是由接合还是由转导所致，可以通过试验加以鉴别，其依据是。
4．用S（35）标记的噬菌体感染细菌放在液体培养基中培养，而后分离菌体和培养液，绝大部分的放射性将在测得。
5．将E.Coli放入含有氚标记的胸腺嘧啶培养基中培养一个世代，取出后再在无放射性的培养基中培养2个世代，被标记的细胞比例应该是。
6．入噬菌属于噬菌体，噬菌体是通过一种叫做的拟有性过程实现遗传重组。
7．用ab+菌株与a+b菌株混合培养可形成ab、a+b+重组型。
但在混合前，如果把它们分别放在戴维斯U型管的两侧，若不能形成重组体，说明其重组是通过产生的。
如果重组前用DNA酶处理，若不能形成重组体，说明其重组是通过产生的。
如果在重组前用抗血清（如P22）处理，若不能形成重组体，说明其重组是通过产生的。
8．野生型T4噬菌体能侵染大肠杆菌B菌株和K12(λ)株，形成小而边缘模糊的噬菌斑，而突变型T4噬菌体能侵染大肠杆菌B菌株，形成大而边缘清楚的噬菌斑，但不能侵染K12(λ)株。
通过两种不同突变型的杂交，可以估算出两个突变型之间的重组值，大肠杆菌K12(λ)株在估算两个突变型重组值试验中的作用是。
9．以噬菌体为媒介所进行的细菌遗传物质的重组过程称为。
答案：1.①接合②转导 2. ①转化②接合 3.①U型管②细菌是否直接接触4.①液体培养基5.①25%6.①温合性②转导7.①接合②转化③转导8. ①选择重组体9. ①转导(五) 问答与计算：1．从遗传学的角度看，细菌杂交与高等生物的杂交的主要区别是什么？答：高等生物遗传物质的传递是通过减数分裂和受精作用进行的，并遵守分离规律，两亲的遗传贡献是相等的。
而细菌遗传物质的传递是单向的，不遵守分离规律，两亲的遗传贡献是不相等的。
2．为什么在特殊转导中，环状染色体比棒状染色体容易溶源化？答：特殊性转导是由噬菌体染色体从供体(宿主)染色体上环出的特定基因的转导，转导体本身为环状。
与环状受体染色体只要一个单交换即可插入，而与棒状染色体则要偶数次交换方能插入。
3．为什么用P(32)和S(35)标记噬菌体能证明进入细菌细胞的遗传物质是DNA而不是蛋白质？答：因为DNA分子不含S而含P，而蛋白质分子含S而不含P，因此利用P(32)标记的只能是DNA，而S(35)标记的只能是蛋白质，而不是DNA。
经过测定，如果进入细菌的是P(32)而不是S(35)，就证明噬菌体的遗传物质是DNA而不是蛋白质。
4．λ原噬菌体位于E.coli的gal和bio基因之间，而lac和gal 基因相距约10分钟。
问得到lac-gal转导颗粒的机率有多大？答：机率近于零。
因为lac座位太远，不能λ噬菌体的头部。
5．某菌株的基因型为ACNRX，但基因的顺序不知道。
用其DNA 去转化基因型为acnrx的菌株，产生下列基因型的菌株：AcnRx，acNrX，aCnRx，AcnrX和aCnrx等，问ACNRX的顺序如何？答：NXARC或CRAXN6．用一野生型菌株的DNA转化ala- pro- arg-的突变型菌株，产生下列不同类型的菌落：ala+pro+arg+(8400)，ala+pro-arg+(2100)，ala+pro-arg+(840)，ala+pro+arg-(420)，ala-pro+arg+(1400)，ala-pro-arg+(840)，ala-pro+arg-(840)。
求这些基因间遗传图距和顺序？答：RF(ala-pro)=0.37；RF(ala-arg)=0.25；RF(pro-arg)=0.30 7．用一般性转导对细菌的三个基因作图，宿主细胞是a+bc+。
转导噬菌体感染这个细胞，裂解释放后，再悉染ab+c细胞，获得各基因型细胞如下：a+b+c，3％；a+bc+，46％；a+b+c+，27％，abc+，1％；a+bc，23％。
三基的顺序及各距如何(假定abc总是并发转导)？答：b─31─a─27─c8．为了确定T4噬菌体rⅡ区两突变间的重组值，用两种突变噬菌体加倍感染大肠杆菌品系B。
裂解液以1:10(7)比例稀释后涂敷在品系K上，又以1:10(9)比例稀释后涂敷在品系B上。
在K和B中分别发现2个和20个噬菌斑。
试计算重组值？答：0.2％。
9．在Hfr leu+str s×F-leu-str r 中，如果要得到重组体leu+str r，如何选择重组体？为什么？（leu+为亮氨酸原养型，leu-为亮氨酸营养缺陷型，str s为链霉素敏感型，str r为链霉素抗性）。
答：在基本培养基中加链霉素。
因为重组体leu+ str r是抗链霉素的，而Hfr leu+ str s后菌株是链霉素敏感型，在有链霉素的培养基上将被杀死。
10．解释为什么不同的Hf r菌株具有不同的转移起点和方向？答：不同Hfr株的F因子整合到细菌染色体中的位点及方向不同；F因子的位置和方向决定了转移起点和方向。
11．细菌和病毒的遗传物质的传递方式与真核生物有何不同？答：细菌缺乏明确的核膜和线粒体等细胞器，也不能进行典型的有丝分裂和减数分裂，因此它的染色体传递和重组方式与真核生物不尽相同。
病毒是比细菌更为简单的生物，它们也是只有一条染色体，即单倍体。
有些病毒的染色体是DNA，另外一些病毒的染色体是RNA。
所以病毒主要是由蛋白质外壳及其包被的核酸所组成的颗粒。
由于病毒缺乏代谢和分裂所必要的细胞质和细胞器，所以它们必须侵染细胞并接管宿主细胞的代谢机器，以提供本身所需要的一切物质。
他们必须生活在细胞内。
真核生物的有性过程特征在于形成配子时的减数分裂。
遗传物质的交换、分离和独立分配的机制都是通过减数分裂实现的。
虽然细菌和病毒不具备真核生物配子进行融合的过程，但它们的遗传物质也必须从一个细胞传递到另一个细胞，并且也能形成重组体。
细菌获取外源遗传物质有四种不同的方式：转化、接合、转导和性导。
当一个细菌被一个以上的病毒粒子所侵染时，噬菌体也能在细菌体内交换遗传物质，如果两个噬菌体属于不同品系，那么它们之间可以发生遗传物质的部分交换（重组）。
12．用噬菌体P1进行普遍性转导，供体菌的标记是pur+nad-pdx+,受体菌的标记是pur-nad+pdx-。
转导后选择具有pur+的转导子，然后在1000个pur+转导子中，检定其它供体菌的标记是否同时转导过来。
具体结果如下：基因型菌落数nad+pdx+12nad+pdx-243nad-pdx+501nad -pdx -244合计 1000请问：1. pur 和 nad 的共转导率是多少？2. pur 和pdx 的共转导率是多少？3. nad 和pdx 在pur 的同一边，还是在它的两侧？4.您能作出这三个标记基因的遗传连锁图吗？请在此基础上解释上述的实验结果。