第6章：细菌的遗传分析.ppt

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1、第六章第六章 细菌的遗传分析细菌的遗传分析重点：转重点：转 化、接化、接 合、性合、性 导、转导、转 导导第一节第一节细菌的一般特点细菌的一般特点一、细菌的细胞与染色体一、细菌的细胞与染色体1 1、大小、大小:细胞较小、长约细胞较小、长约1 12 2、宽约宽约0.50.5；2 2、结构：细胞壁、结构：细胞壁、质膜、质膜、细胞质及细胞质及内含物、拟核、核糖体、内含物、拟核、核糖体、鞭毛鞭毛；3.3.遗传物质：单个主染色体、一个遗传物质：单个主染色体、一个或多个小染色体或多个小染色体(质粒质粒)；4.4.繁殖：每个细胞在较短时间内繁殖：每个细胞在较短时间内(如如一夜一夜)能裂殖到能裂殖到10107

2、 7个子细胞成为个子细胞成为肉眼可见的菌落或克隆肉眼可见的菌落或克隆(clone)(clone)后代。后代。细菌细胞结构模式图细菌细胞结构模式图细菌细胞结构解析图细菌细胞结构解析图5 5、细菌的染色体、细菌的染色体6 6、细菌的繁殖方法、细菌的繁殖方法大肠杆菌的培养通大肠杆菌的培养通常用常用LBLB培养基：培养基：每升培养基含水解每升培养基含水解酪蛋白酪蛋白1010克、克、NaClNaCl 1010克、克、5 5克酵母提取克酵母提取物，物，pH 7.0pH 7.0。制平板。制平板用的固体培养基还要用的固体培养基还要加加1515克琼脂粉，然后克琼脂粉，然后高压灭菌。高压灭菌。液体培养液体培养:3

3、7:37，280-300rpm280-300rpm。二：二：E.coliE.coli 的突变型及筛选的突变型及筛选1 1、细菌的突变型、细菌的突变型（1 1）、原养型：野生菌株则可在基本培养基上生长。）、原养型：野生菌株则可在基本培养基上生长。用不同的选择性培养基用不同的选择性培养基 测知突变的特性。测知突变的特性。（2 2）、营养缺陷型：）、营养缺陷型：丧失合成某种营养物质的丧失合成某种营养物质的能力，不能在基本培养基能力，不能在基本培养基上生长的突变型；上生长的突变型；（3 3）、抗性突变型：）、抗性突变型：如抗药性或抗感染性。如抗药性或抗感染性。例如：青霉素（例如：青霉素（penrpen

4、r）抗性突变的菌落抗性突变的菌落（4 4）、其它突变型：）、其它突变型：耐高温、降解环境污染物、某种物质的产量特高等。耐高温、降解环境污染物、某种物质的产量特高等。2、测定突变的方法、测定突变的方法影印法影印法黎德伯格等黎德伯格等(Lederberg J.和和Lederberg E.M.,1952)设计设计Lederberg J.,1958 Lederberg J.,1958 NobelNobel奖获得者，发现细菌转导和接合3 3、细菌的遗传重组方式、细菌的遗传重组方式一个菌株的一个菌株的DNADNA与另一菌株与另一菌株DNADNA的交换重组的交换重组可以通过四种方式实现：可以通过四种方式实现

5、：.接接 合合.性性 导导.转转 化化.转转 导导接合和性导是通过一种叫接合和性导是通过一种叫F F质粒或质粒或F F因子的介质因子的介质将供体细菌的将供体细菌的DNADNA转移到受体细胞中的。转移到受体细胞中的。转导是通过噬菌体将供体细菌的转导是通过噬菌体将供体细菌的DNADNA转移到受体转移到受体细胞中的。细胞中的。三、细菌的质粒三、细菌的质粒1 1、定义：质粒是细菌染色体以外的遗传物质，双链环、定义：质粒是细菌染色体以外的遗传物质，双链环状状DNADNA，不是细菌正常生长和繁殖所必需，但可以使，不是细菌正常生长和繁殖所必需，但可以使含有质粒的细菌具有一些独特的生物学特性。含有质粒的细菌具

6、有一些独特的生物学特性。2 2、特征：、特征：.赋予细菌某些表型赋予细菌某些表型F F 质粒：致育性质质粒：致育性质粒；粒；R R 质粒：耐药性质质粒：耐药性质粒；粒；ViVi质粒：毒力质粒质粒：毒力质粒;ColCol质粒：细菌素质粒：细菌素质粒；质粒；代谢质粒。代谢质粒。.可分为相容性与不相容性两种可分为相容性与不相容性两种 相容性：几种质粒共存于一个细菌内；相容性：几种质粒共存于一个细菌内；不相容性：几种质粒不能存于一个细菌内。不相容性：几种质粒不能存于一个细菌内。.可自行丢失或人工消除可自行丢失或人工消除 消除后相应的特性也消失消除后相应的特性也消失.可在细菌间转移可在细菌间转移接合、性

7、导等方式接合、性导等方式3 3、重要的质粒、重要的质粒.质粒质粒(致育质粒致育质粒)：是决定大肠杆菌不同菌株细胞：是决定大肠杆菌不同菌株细胞间遗传物质转移能力的一种间遗传物质转移能力的一种致育因子致育因子(fertility(fertility factor),factor),又叫因子、性因子又叫因子、性因子(sex factor)(sex factor)。约为。约为细菌组细菌组DNADNA的的2 2，94.5kb94.5kb，其基因组中包括转移、，其基因组中包括转移、复制和插入等基因簇。复制和插入等基因簇。.耐药性质粒：编码重金属盐类和抗生素的耐受性耐药性质粒：编码重金属盐类和抗生素的耐受性

8、,包括接合性包括接合性(R)(R)耐药性质粒和非接合性耐药性质粒。耐药性质粒和非接合性耐药性质粒。.毒力质粒或毒力质粒或ViVi质粒：编码与致病性有关的致病因子质粒：编码与致病性有关的致病因子,如大肠埃希菌质粒编码的耐热性肠毒素如大肠埃希菌质粒编码的耐热性肠毒素(ST)(ST)和不耐和不耐热性肠毒素热性肠毒素(LT)(LT)。.细菌素质粒：编码各种细菌素细菌素质粒：编码各种细菌素,如大肠杆菌如大肠杆菌ColCol质粒质粒编码的大肠杆菌素。编码的大肠杆菌素。.代谢质粒：编码产生各种相关的代谢酶代谢质粒：编码产生各种相关的代谢酶,如沙门菌如沙门菌发酵乳糖的能力是质粒编码。发酵乳糖的能力是质粒编码。

9、他们选择了两个不同营养缺陷型的他们选择了两个不同营养缺陷型的 E.coliE.coli菌株菌株A A菌株：菌株：metmet-bio bio-thr thr+leu leu+,需加甲硫氨酸和生物素；需加甲硫氨酸和生物素；B B菌株：菌株：metmet+bio bio+thr thr-leu leu-，需加苏氨酸和亮氨酸。需加苏氨酸和亮氨酸。A+B A+B 菌株混合培养，在完全培养基上，几小时后菌株混合培养，在完全培养基上，几小时后离心，洗涤，然后涂布到基本培养基上培养，长出了原离心，洗涤，然后涂布到基本培养基上培养，长出了原养型（养型（Met+bio+thr+leuMet+bio+thr+le

10、u+）菌落。）菌落。第二节：大肠杆菌的性因子和接合第二节：大肠杆菌的性因子和接合19461946年，年，LederbergLederberg和和TatumTatum发现发现E.coliE.coli细胞之间通细胞之间通过接合可以交换遗传物质过接合可以交换遗传物质一、大肠杆菌的遗传重组现象一、大肠杆菌的遗传重组现象频率为频率为10-7二、前述遗传重组的特点二、前述遗传重组的特点A A、B B两个菌株分别培两个菌株分别培养在装基本培养基的养在装基本培养基的U U形形管内，管内，U U形管底部是细胞形管底部是细胞不能透过，而不能透过，而DNADNA等大分等大分子能自由进出的隔膜。子能自由进出的隔膜。不

11、断地加压和吸引使培养不断地加压和吸引使培养液反复混合下培养，结果是两液反复混合下培养，结果是两边的培养基上均未长出原养型边的培养基上均未长出原养型细菌。细菌。直接接触直接接触(接合接合)是原养是原养型细胞出现的必要条件。型细胞出现的必要条件。2 2、接合过程是一种单向转移、接合过程是一种单向转移遗传物质的过程遗传物质的过程海斯海斯(Hayes W.,1952)(Hayes W.,1952)的实验：的实验：F首先用高剂量的链霉素处理菌株首先用高剂量的链霉素处理菌株1 1或菌株或菌株2 2（用链霉（用链霉素处理菌株可以阻碍细菌的分裂，但不杀死它们），素处理菌株可以阻碍细菌的分裂，但不杀死它们），F

12、处理过的菌株处理过的菌株1+1+未处理过的菌株未处理过的菌株2 2 基本培养基基本培养基上有存活的菌落上有存活的菌落 F处理过的菌株处理过的菌株2+2+未处理过的菌株未处理过的菌株1 1 基本培养基上基本培养基上没有存活的菌落没有存活的菌落F不是一个交互的过程不是一个交互的过程F证明：证明：遗传物质的过程。遗传物质的过程。三、三、F F 因子因子F F因子上具有因子上具有40406060个蛋白质基因个蛋白质基因,每个每个细胞内细胞内2 24 4个个F F因子。因子。F F因子可整合到细菌的基因子可整合到细菌的基因组因组DNADNA上，这样的细菌上，这样的细菌叫高频重组叫高频重组(Hfr(Hfr

13、)品系。品系。供体有一个性因子供体有一个性因子(即即F F因子因子):):FF F因子是染色体外一种附加体因子是染色体外一种附加体,即环状即环状DNA(FDNA(F质粒质粒)。F携带携带F F因子的菌株称为供体菌或雄性因子的菌株称为供体菌或雄性,用用F F表示；未表示；未携带携带F F因子的菌株为受体菌或雌性，因子的菌株为受体菌或雌性，用用F F表示。表示。FF F因子可从因子可从F F向向F F的转移。的转移。FStrStrR R就在就在F F质粒上。质粒上。致致育育基基因因配对区配对区F FF F+F FF FHfrHfrF FF F+从从F F+到到HfrHfr的整合过程的整合过程细菌细

14、菌基因组基因组F F+细胞细胞F F质粒质粒F F+质粒的配质粒的配对区与细菌对区与细菌基因组内一基因组内一些特定区段些特定区段相互靠近。相互靠近。F F+因子因子HfrHfr基因组基因组四、细菌的结合示意图四、细菌的结合示意图5F F菌毛菌毛整合管整合管五、细菌重组的特点五、细菌重组的特点1.1.单数交换：打开环状染单数交换：打开环状染色体，产生一个线性染色体，产生一个线性染色体，这种细胞因没有色体，这种细胞因没有线性染色体的复制机制线性染色体的复制机制而不能成活。而不能成活。2.2.偶数交换：偶数交换：产生可遗传产生可遗传的重组子和的重组子和一个片段。一个片段。3.3.一次双交换一次双交换

15、只产生只产生一种重一种重组子。组子。六：中断杂交与基因重组六：中断杂交与基因重组为了证明接合时遗传物质从供体到受体的转移是直为了证明接合时遗传物质从供体到受体的转移是直线式进行的，线式进行的，JacobJacob和和WollmanWollman在五十年代设计了一个著在五十年代设计了一个著名的中断杂交试验。即用名的中断杂交试验。即用HfrHfr菌株与菌株与F F-菌株混合培养。菌株混合培养。HfrHfr菌株：菌株：strstrS S a a+b b+c c+d d+对链霉素敏感对链霉素敏感F F-菌株：菌株：strstrR R a a-b b-c c-d d-抗链霉素抗链霉素：1 1、基本做法、

16、基本做法得到结果是：得到结果是：在每个时间点取的样中，分别具有在每个时间点取的样中，分别具有 a a+、b b+、c c+或或d d+的菌落有多少的菌落有多少。出出况况2 2、实验原理、实验原理HfrHfr菌株：苏氨酸菌株：苏氨酸(thr(thr+)、亮氨酸亮氨酸(leu(leu+)、抗叠氮化物、抗叠氮化物(azi(azir r)、抗、抗T1T1噬菌体噬菌体(ton(tonr r)、半乳糖半乳糖(gal(gal+)、乳糖、乳糖(lac(lac+)F F 菌株：菌株：thrthr 、leuleu 、aziazis s、tontons s、galgal 、laclac 型。型。3 3、中断杂交实验结果、中断杂交实验结果重组子中各标志基重组子中各标志基因进入因进入F F-细胞中时间细胞中时间不同，达到最高水平不同，达到最高水平的时间也不同；的时间也不同；随时间的推迟，有随时间的推迟，有某个基因的菌落增加；某个基因的菌落增加；一定程度后，便不再一定程度后，便不再增加。增加。如：如：10 ton10 tonr r首次出现首次出现,1515时时40%40%、2525后后80%80%HfrHfr中的