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第六章细菌的遗传分析.doc

上传人:kpmy5893 文档编号:8730900 上传时间:2019-07-09 格式:DOC 页数:10 大小:56KB
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1、遗传学教案第六章细菌的遗传分析1第 六 章 细 菌 的 遗 传 分 析 ( 4h)教学目的:掌握大肠杆菌的突变类型、转化、转导的概念及大肠杆菌的性别;明确细菌的中断杂交实验及重组过程;了解大肠杆菌的转化作图及转导作图。教学重点:中断杂交实验及重组过程。教学难点:大肠杆菌的转化作图及转导作图。第 一 节 细 菌 的 细 胞 和 染 色 体一 、 细 菌 细 胞二 、 细 菌 染 色 体第 二 节 大 肠 杆 菌 的 突 变 型 及 筛 选一 、 大 肠 杆 菌 的 突 变 类 型二 、 突 变 型 筛 选 ( 自 学 )第 三 节 大 肠 杆 菌 性 别一 、 大 肠 杆 菌 性 别 的 发 现

2、二 、 F 因 子三 、 F+、 F-与 Hfr四 、 附 加 体第 四 节 中 断 杂 交 与 重 组 作 图一 、 中 断 杂 交 实 验二 、 中 断 杂 交 作 图三 、 细 菌 重 组 特 点四 、 重 组 作 图遗传学教案第六章细菌的遗传分析2第 五 节 F 因 子 与 性 导一 、 F 因 子二 、 F 因 子 特 点三 、 F 菌 株四 、 性 导第 六 节 转 化 与 转 导 作 图一 、 细 菌 的 转 化 与 作 图二 、 转 导 与 作 图遗传学教案第六章细菌的遗传分析3第 六 章 细 菌 的 遗 传 分 析 ( 4h)第 一 节 细 菌 的 细 胞 和 染 色 体一

3、、 细 菌 细 胞 :在 适 宜 的 条 件 下 , 每 20min 繁 殖 一 代 。二 、 细 菌 的 染 色 体 :一 般 由 双 链 DNA 分 子 组 成 的 环 状 , 长 度 为 250-35 000 m。大 肠 杆 菌 : 染 色 体 长 为 1 333 m , 而 细 胞 为 2 m1 m。 第 二 节 大 肠 杆 菌 的 突 变 型 及 筛 选一 、 大 肠 杆 菌 细 菌 的 突 变 类 型1、 合 成 代 谢 功 能 的 突 变 型 营 养 缺 陷 型合 成 代 谢 功 能 : 原 养 型 /野 生 型 在 基 本 培 养 基 上 , 具 有 合 成 所 有 代 谢 和

4、 生 长 所必 须 的 复 杂 有 机 分 子 的 功 能 称 为 合 成 代 谢 功 能 。营 养 缺 陷 型 : 合 成 代 谢 过 程 需 大 量 基 本 基 因 的 表 达 。 当 其 中 某 一 基 因 发 生 突变 , 将 使 相 应 的 代 谢 过 程 不 能 进 行 。基 因 型 : 取 其 所 不 能 合 成 的 这 种 物 质 的 英 文 名 称 前 三 个 字 母 ( 第 一 个 字 母大 写 ) 在 右 肩 上 方 标 出 “ ”。 Met : 甲 硫 氨 酸 缺 陷 型 , Met : 野 生 型 /原 养 型 。2. 分 解 代 谢 功 能 的 突 变 型分 解 代

5、 谢 的 功 能 突 变 型 : 一 系 列 分 解 代 谢 功 能 的 实 现 , 也 必 须 有 许 多 有 关基 因 的 表 达 。 其 中 任 何 一 个 基 因 突 变 , 将 使 相 应 的 生 化 反 应 过 程 不 能 进 行 。 这种 突 变 型 分 解 代 谢 的 功 能 突 变 型 。Lac : 不 能 分 解 乳 糖 , 在 以 乳 糖 为 唯 一 碳 源 的 培 养 基 上 不 能 生 长 发 育 。Lac : 野 生 型 能 分 解 乳 糖 。3. 抗 性 突 变 型遗传学教案第六章细菌的遗传分析4抗 药 突 变 型 : 抗 链 霉 素 突 变 型 : Strr (

6、野 生 型 Strs)抗 青 霉 素 突 变 型 : Penr ( 野 生 型 Pens)抗 phage 突 变 型 :抗 T1phage 突 变 型 :( 野 生 型 Tons)第 三 节 大 肠 杆 菌 性 别一 、 大 肠 杆 菌 性 别 的 发 现细 菌 主 要 是 无 性 繁 殖 , 直 到 1946 年 人 们 才 注 意 到 不 同 品 系 大 肠 杆 菌 间 可 以杂 交 , 并 进 行 了 基 因 重 组 , 从 而 首 次 发 现 了 大 肠 杆 菌 也 有 “性 别 ”。二 、 F 因 子 /性 因 子 /致 育 因 子F 因 子 : 环 状 DNA, 含 6104 个

7、bp, 约 为 大 肠 杆 菌 染 色 体 的 2 。 由 原 点 、致 育 基 因 、 配 对 区 三 部 分 组 成 。环 状 F 因 子 模 式 图组 成 F 因 子 各 部 分 的 功 能原 点 : 是 转 移 的 起 点 。 这 些 基 因 使 它 具 有 感 染 性 ( 具 有 供 体 的 功 能 ) 。配 对 区 : 此 处 与 大 肠 杆 菌 DNA 多 处 核 苷 酸 序 列 相 对 应 ( 即 同 源 序 列 ) , 故可 通 过 交 换 而 使 F 因 子 整 合 到 大 肠 杆 菌 DNA 上 。致 育 基 因 : 其 上 的 一 些 基 因 编 码 生 成 F 纤 毛

8、 的 蛋 白 质 , 即 F+细 胞 表 面 的 管状 结 构 , F 纤 毛 与 F-细 胞 表 面 的 受 体 相 结 合 , 在 两 个 细 胞 间 形 成 细 胞 质 桥 。三 、 F+、 F-与 HfrF+: 细 胞 质 中 具 有 F 因 子 的 大 肠 杆 菌 记 为 F+( 供 体 ) 。F-: 细 胞 质 中 没 有 F 因 子 的 大 肠 杆 菌 记 为 F-( 受 体 ) 。附 加 体 象 F 因 子 既 可 独 立 存 在 于 染 色 体 之 外 作 为 一 个 独 立 的 复 制 子 ,也 可 整 合 到 大 肠 杆 菌 染 色 体 中 作 为 大 肠 杆 菌 复 制

9、 子 的 一 部 分 的 遗 传 因 子 , 称为 附 加 体 。F 因 子 转 移 的 频 率 很 高 , 但 细 菌 DNA 间 的 重 组 率 很 低 , 故 称 F+为 低 频 重 组 品 系遗传学教案第六章细菌的遗传分析5( low frequence recombination, Lfr) , 重 组 率 为 百 万 分 之 一 ( 10-6) 。细 菌 DNA 间 的 重 组 率 很 高 , 故 称 之 为 高 频 重 组 品 系 ( high frequence recombination, Hfr) , 重 组 率 为 10-2。F 因 子 转 移 的 频 率 很 低 。四

10、、 附 加 体象 F 因 子 既 可 独 立 存 在 于 染 色 体 之 外 作 为 一 个 独 立 的 复 制 子 , 也 可 整 合 到大 肠 杆 菌 染 色 体 中 作 为 大 肠 杆 菌 复 制 子 的 一 部 分 的 遗 传 物 质 (遗 传 因 子 ), 称 为 附加 体 。 第 四 节 中 断 杂 交 与 重 组 作 图1954 年 Wollmun 与 Jacob 以 大 肠 杆 菌 为 材 料 , 他 们 想 了 解 Hfr 品 系 什 么 时候 把 它 的 基 因 授 给 F-细 胞 。 一 、 中 断 杂 交 实 验HfrF+: Strs azir tonr lac gal

11、( 链 霉 素 ) ( 叠 氮 化 钠 ) ( T1 phage) ( 乳 糖 ) ( 半 乳糖 )F : Str r azi s tons lac gal实 验 方 法 -中 断 杂 交 实 验Hfr F + F 在 液 体 培 养 基 里 , 通 气 混 合 培 养 , 定 时 取 样 , 猛 烈 搅 拌 以 中 断杂 交 , 释 稀 菌 液 , 在 含 Str 的 基 本 培 养 基 上 培 养 。二 、 中 断 杂 交 作 图实 验 结 果 :8 : 出 现 的 菌 落 与 F 相 同 , 说 明 Hfr 的 基 因 未 进 入 F 。9 : 出 现 少 量 的 azir 菌 落 ,

12、说 明 azir 己 从 Hfr 转 移 到 F 。11 : 出 现 azir tonr 型 的 F 菌 落 。18 : 出 现 azir tonr lac 型 的 F 菌 落 。遗传学教案第六章细菌的遗传分析624 : 出 现 azir tonrlac gal 型 的 F 菌 落 。实 验 结 果 说 明 : 上 述 四 个 基 因 azir 、 tonr、 lac 、 gal 在 混 合 后 24 分 钟 内 , 以 一定 顺 序 和 时 间 间 隔 , 先 后 从 Hfr F 进 入 F 的 细 菌 中 去 。 从 上 述 实 验 结 果 可 想 象 :Hfr F 的 DNA 从 一 端

13、 开 始 , 以 线 性 方 式 逐 段 进 入 F , 这 一 端 叫 原 点 或 O 点 。O 点 azir tonr lac gal 。离 O 点 越 近 的 基 因 越 早 进 入 F , 其 曲 线 斜 率 大 , 最 大 值 也 大 ( 图 中 可 见 ) 。 反之 , 离 O 点 越 远 , 越 晚 进 入 F , 其 曲 线 斜 率 小 , 最 大 值 也 小 。时 间 单 位 法 : 以 转 移 时 间 单 位 ( 每 分 钟 ) 作 为 基 因 间 距 单 位 , 可 作 出 Hfr F的 “染 色 体 ”上 的 基 因 分 布 图 ( 基 因 连 锁 图 ) 。假 如 让

14、 Hfr F F 杂 交 持 续 2 小 时 后 中 断 杂 交 , 发 现 一 些 F F ,这 说 明 Hfr 的 全 部 基 因 转 移 到 F 内 , 排 列 到 最 后 的 F 因 子 才 进 入 F , 使 F F 。Wollman 和 Jacob 用 不 同 的 Hfr 品 系 进 行 大 量 的 中 断 杂 交 试 验 , 并 作 出 基 因 连锁 图 。 粗 看 表 , 5 个 Hfr 品 系 基 因 转 移 的 顺 序 好 象 很 不 相 同 。 细 看 之 : 发 现 一 规律 , 任 一 行 中 任 何 一 对 相 邻 的 基 因 在 其 他 各 行 中 也 是 相 邻

15、 的 。例 如 , H: trp 和 xyl 位 于 mal 之 两 侧 , 为 trp mal xyl。 在 其 他 品 系 中 也 是 如此 。 这 说 明 每 个 品 系 的 基 因 排 列 顺 序 都 是 相 同 的 , 不 同 之 处 是 原 点 和 转 移 的 方向 。 H 品 系 的 原 点 在 thr 与 thi 之 间 , 方 向 为 Othrazilac。 T4 品 系 的 原点 在 thi 与 thr 之 间 , 方 向 为 OthimetBthr。H 与 T4 的 原 点 相 同 , 但 转 移 方 向 正 好 相 反 。 根 据 上 述 实 验 结 果 分 析 , 大

16、 肠杆 菌 DNA 应 是 环 状 。三 、 细 菌 重 组 的 特 点1、 形 成 部 分 二 倍 体Hfr F 由 于 供 体 的 染 色 体 一 段 一 段 转 移 到 F 。 且 它 们 间 的 接 合 随 时 会断 裂 。 所 以 F 得 到 的 位 置 是 Hfr 的 部 分 基 因 形 成 部 分 合 子 。 又 因 为 致 育 基 因 位于 大 肠 杆 菌 基 因 的 最 后 , 所 以 只 有 当 Hfr 的 基 因 全 部 转 移 进 去 , 致 育 基 因 才 转 进入 。部 分 二 倍 体 : 这 种 含 有 一 个 亲 体 F 全 部 基 因 组 和 另 一 亲 体

17、部 分 基 因 组 的 合 子遗传学教案第六章细菌的遗传分析7叫 部 分 合 子 /部 分 二 倍 体 。2、 偶 数 次 交 换 , 形 成 有 活 性 的 重 组 体部 分 二 倍 体 中 , 假 如 发 生 一 次 交 换 , 只 产 生 二 倍 性 线 状 体 , 在 分 裂 过 程 中被 淘 汰 , 只 有 发 生 偶 数 次 交 换 , 才 产 生 有 活 性 的 重 组 体 。单 交 换 二 倍 体 线 状 体双 交 换 重 组 体 线 性 片 断偶 次 交 换 结 果 : 只 产 生 一 种 重 组 体 , 而 无 相 应 的 重 组 体 。三 、 重 组 作 图Hfr lac

18、+ade+ F- lac-ade- ; 转 移 顺 序 : lacadelac-ade 的 重 组 值 的 计 算第 五 节 F 因 子 与 性 导F 因 子 : Hfr 的 染 色 体 上 的 F 因 子 脱 离 下 来 , 带 有 细 菌 染 色 体 的 部 分 基 因 ,这 种 新 的 F 因 子 称 为 F 因 子 。特 点 : 能 独 立 复 制 。F 菌 株 : 具 有 F 因 子 的 菌 株 。性 导 : 通 过 F 因 子 将 供 体 细 胞 的 基 因 导 入 受 体 形 成 部 分 二 倍 体 的 过 程 叫 性导 。F因 子 的 形 成性 导第 六 节 转 化 与 转 导

19、 作 图一 、 细 菌 的 转 化 与 作 图转 化 作 用 : 是 指 一 种 细 胞 或 生 物 接 受 另 一 种 细 胞 或 生 物 的 遗 传 物 质 而 表 现出 后 者 的 性 状 或 遗 传 性 状 发 生 改 变 的 现 象 。 转 化 作 用 首 先 由 Avery 等 人 于 1944遗传学教案第六章细菌的遗传分析8年 在 肺 炎 双 球 菌 中 发 现 , 此 后 在 其 它 细 菌 中 也 发 现 有 这 种 转 化 作 用 。发 生 转 化 的 频 率 很 低 : 大 约 为 1 的 受 体 细 菌 可 吸 收 外 源 DNA 并 发 生 转 化 。原 因 : 受

20、体 细 菌 的 受 体 部 位 的 数 目 是 有 限 的 。 受 体 细 菌 壁 上 并 非 任 何 区 域都 允 许 外 源 DNA 片 段 通 过 , 只 是 在 特 定 区 域 形 成 临 时 性 通 道 , 这 一 特 定 区 域 称为 受 体 部 位 。外 源 DNA 的 进 入 , 除 受 体 部 位 外 , 还 必 须 有 酶 或 蛋 白 质 分 子 , 以 及 能 量 等的 协 同 作 用 。 外 源 DNA 只 有 在 酶 促 旺 盛 的 受 体 部 位 进 入 。感 受 态 细 胞 与 感 受 态 因 子感 受 态 细 胞 : 这 种 能 接 受 外 源 DNA 分 子

21、并 被 转 化 的 细 菌 细 胞 。感 受 态 因 子 : 促 进 转 化 作 用 的 酶 或 蛋 白 质 的 分 子 。转 化 的 主 要 步 骤 : 双 链 ( 供 体 细 胞 ) DNA 分 子 与 细 胞 表 面 受 体 部 位 进 行 可 逆 性 结 合 。 供 体 DNA 片 段 被 吸 入 受 体 细 胞 , 并 要 防 止 受 体 DNA 酶 的 破 坏 。 供 体 DNA 进 入 受 体 后 , 立 即 DNA 双 链 DNA 单 链 , 其 中 一 条 被 降 解 。 未 被 降 解 的 一 条 单 链 DNA 部 分 或 整 个 插 入 受 体 细 胞 的 DNA 链

22、中 , 形 成 杂合 DNA 分 子 。 这 种 杂 合 DNA 复 制 , 分 离 后 形 成 一 个 受 体 亲 代 类 型 的 DNA 和 一 个 供 体 与受 体 DNA 结 合 的 杂 种 双 链 DNA, 从 而 导 致 基 因 重 组 形 成 各 种 类 型 的 转 化 子 。供 体 trp2+his2+try1+DNA 向 受 体 trp2-his2-try1-转 化 实 验 中 转 化 体 的 类 别 及 重 组值 的 计 算 , 作 出 三 个 基 因 的 连 锁 图 。二 、 转 导 与 作 图 转 导 作 用 : 以 噬 菌 体 为 媒 介 , 将 细 菌 的 小 片

23、段 DNA 或 基 因 , 从 一 个 细 菌 转移 到 另 一 细 菌 的 过 程 叫 转 导 作 用 。1、 普 遍 性 转 导 与 作 图我 们 已 学 过 了 大 肠 杆 菌 的 不 同 品 系 间 可 以 进 行 杂 交 。 杂 交 即 通 过 细 胞 间 接 触 接 合 而 完 成 的 , 那 么 在 沙 门 氏 菌 里 是 否 也 有 接 合 现 象 呢 ?J.Lederberg 和 N.Zinder 做 了 这 样 一 个 杂 交 试 验 : U 型 管 实 验遗传学教案第六章细菌的遗传分析9LT22: Phe trp tyr his+LT2: Phe+ trp+ tyr+ h

24、isLA22+LA2 混 合 培 养 得 野 生 型 ( 10-5)实 验 结 果 : 右 臂 得 到 了 野 生 型 细 胞实 验 结 果 的 解 释 : p22 的 释 放 : LA22 是 带 有 P22 原 phage 的 细 菌 ; 在 培 养过 程 中 , 少 数 LA22 细 菌 自 溶 释 放 出 游 离 的 p22。p22 的 侵 染 : 这 种 游 离 的 p22 通 过 滤 孔 进 入 左 臂 而 感 染 了 LA2 细 菌 。转 导 噬 菌 体 的 形 成 : 在 裂 解 LA2 过 程 中 , 宿 主 LA2 环 状 染 色 体 被 裂 解 成 小片 段 , 某 些

25、片 段 在 p22phage 组 装 时 偶 尔 被 装 入 头 部 , 形 成 转 导 噬 菌 体 。 这 种 转导 噬 菌 体 就 将 LA2 的 基 因 转 入 LA22。 形 成 部 分 二 倍 体 , 经 重 组 后 形 成 原 养 型菌 落 。 普 遍 性 转 导 的 概 念 : 象 P22、 P1 这 类 phage 可 以 转 移 细 菌 DNA, 很 多 不 同部 分 , 这 种 转 导 作 用 , 称 为 普 遍 性 转 导 。普 遍 性 转 导 的 频 率 较 低 , 约 为 10-5, 两 个 基 因 同 时 转 导 的 频 率 则 更 低 , 仅有 10-5 10-5

26、=10-10共 转 导 /并 发 转 导 : 两 个 基 因 同 时 转 导 的 现 象确 定 3 个 基 因 的 顺 序 :双 因 子 转 导 : 就 是 每 次 观 察 2 个 基 因 的 转 导 , 通 过 确 定 每 2 个 基 因 之 间 的 共转 导 率 可 确 定 它 们 在 染 色 体 上 的 次 序 。 ( 3 次 )三 因 子 转 导 : 1 次 实 验 可 确 定 3 个 基 因 的 次 序 。供 体 : 大 肠 杆 菌 trpA+、 supC+、 pyrF+受 体 : 大 肠 杆 菌 trpA-、 supC-、 pyrF-最 初 选 择 的 是 supC+转 导 子 ,

27、 检 查 另 2 个 基 因 被 转 导 的 情 况 , 结 果 如 下 :supC+ trpA+ pyrF+ 36supC+ trpA+ pyrF- 114supC+ trpA- pyrF+ 0supC+ trpA- pyrF- 453总 计 603supC+与 pyrF+的 共 转 导 率 是 最 低 的 ( 0) ,遗传学教案第六章细菌的遗传分析10故 三 者 的 排 序 : supC+ trpA- pyrF+ supC+ trpA+的 共 转 导 率 : ( 36+114) /603=0.25supC+ pyrF+ 的 共 转 导 率 : 36/603=0.062 个 基 因 的 共

28、转 导 率 : 0-1d=L( 1-3 x )d: 2 个 基 因 的 图 距L: 转 导 DNA 的 平 均 长 度 ( 一 个 phage 基 因 组 的 大 小 )x: 2 个 基 因 共 转 导 率2、 局 限 性 转 导 /特 异 性 转 导这 类 噬 菌 体 只 能 转 移 供 体 基 因 中 的 特 定 基 因 /特 定 部 分 。如 噬 菌 体 是 一 种 附 加 体 , 即 可 作 为 一 个 复 制 因 子 独 立 存 在 , 又 可 以 整 合 到细 菌 染 色 体 上 的 特 定 位 点 attB 位 点 ,而 形 成 原 噬 菌 体 。attB 位 点 一 边 是 g

29、al 基 因 , 另 一 边 是 bio。 在 紫 外 线 诱 导 下 , 原 噬 菌 体 从 细菌 染 色 体 上 离 开 时 , 偶 尔 带 有 宿 主 细 菌 基 因 , 包 装 形 成 局 限 性 转 导 的 噬 菌 体 颗粒 , 可 将 供 体 基 因 转 移 至 受 体 细 菌 , 但 仅 限 于 靠 近 attB 位 点 附 近 的 基 因 , 如 噬 菌 体 专 门 转 导 gal 和 bio 基 因 。例 如 : 噬 菌 体 其 DNA 整 合 到 细 菌 的 DNA 上 , 整 合 位 点 是 一 定 的 , 当 诱 导时 ( 紫 外 线 ) , 噬 菌 体 的 DNA 脱 下 带 有 细 菌 的 特 定 基 因 gal 。 但 噬 菌 体 的 DNA也 少 了 一 段 。 记 作 dgal ( gal 是 细 菌 的 基 因 ) 。 称 为 dgal 转 导 粒 子 。 dgal 转 导 粒 子 : 约 丧 失 了 25 的 噬 菌 体 DNA, 但 具 有 完 整 的 外 壳 。仍 能 感 染 细 菌 , dgal+转 导 子 去 感 染 gal 细 菌 形 成 部 分 二 倍 体 形 成 原 养型 gal+细 菌 。

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