第二章基因重组

第二节 真菌的有性生殖
一.红色面包霉（Neurospora Crassa）的生活史和遗传规 律 1、 生活史：
2、 红色面包霉杂交的遗传分析
A a A A
n
A
n
n
A A
n
A
n
A
A a
A a
n
n
A
n
a a
n
a a
2n
2n
n n
n
a
n
a
(第一次分裂分离) 红色面包霉杂交的遗传分析
a
n n
a
n
8个子囊孢子排列的六种方式：
4、F+细胞经吖啶类药物处理后转变成F-（这种药物浓度很低， 不致于抑制细菌生长）；而Hfr细胞经同样处理后性质仍然 不变。这说明F+与Hrf虽都含有F因子，但它们在细胞中存 在的状态不一样。
(三) 大肠杆菌杂交的几种可能 1.F+×F-杂交 2.Hfr×F-杂交 3.F’×F-杂交
三、中断杂交 利用Hfr×F-的二个菌株结合，在连续间断的不同时间 内取样，放在中断器内，以人为机械的方法，中断Hfr×F的接合，分别将接合子涂在一系列不同的选择培养基上， 通过在不同的选择培养基上在不同时间内出现的重组子， 可以将某一基因的位置确定下来。这一方法称为中断杂交。 利用中断杂交可以进行基因定位。
单交换
二线双交换 三线双交换 a A a A 三线双交换 四线双交换 a A
100% a B
NPD(ab AB ab AB)
交换类型
染色体图象
重组
四分体类型
染色体交换和重组及四分体类型的关系
第三节、真菌的准性生殖
一、准性生殖的概念：
准性生殖是指真菌中，不通过减数分裂而导致基因重 组的一种生殖方式。他的整个过程包括几个相互联系的阶 段，即：异核体的形成，杂合二倍体的形成，体细胞杂交 及染色体单倍化。
2×106
基本培养基
大肠杆菌k-12菌株的基因重组
1.排除遗传物质的渗入
2.排除细胞的互养 菌株A 3.排除回复突变 菌株B
杂交个体单倍体的证实： 非选择标记：
通过滤器
图 一种U型管，一臂放菌株A,一 臂放菌株B，中间由滤器隔开，未 发现有原养型细胞出现
在某种培养条件下，可能起到排除亲本的某些基因标 记。
F因子转导
细胞暂时沟通
细菌杂交
R因子转移 转导
细胞不接触
转化
二、微生物杂交和他们生活史的关系
所谓生活史： 对于高等动，植物而言，他的某些细胞（精原细胞和 卵原细胞都是二倍体（2n），通过减数分裂而产生单倍体 的生殖细胞，通过受精作用又成为二倍体细胞，并进一步 发育为双倍体的个体，这一过程称为生活史。
自然丢失
F
自主复制
F
F-
F+
细菌染色体DNA F F
F+
重组脱离
F
F’
Hfr
F质粒
F+
性纤毛
F-
F+× F-
F+
F+
+
F
F
-
5’
性伞毛
F+
F+
F
-
F
5’
F+× F-的接合作用
1
1
6
2 5 3 4 met 1 2 3 4 5 ser 6 str
6 5 4 thr leu pro lac gal str met 2
二、致育因子和细菌杂交 （一）F因子： F因子的基 因结构如下：
rδ
IS3
重组区段
IS3
插入与 切除
IS2
Z I D T S G 传递 转移操 H 纵子 O F N U C W finP 第一区段：控制 V 自主复制的区段 oriT 第二区段：控制 细菌间传递作用 的区段 第三区段：重组 区段
fex
A n A A n A B B B a n a a b b n b A b
联会
A a
2n
B b A A b b n b
A a 2n
B b a a
第一次核 分裂 同源染色 体分开 B B n a
第二次核分裂 B a
B
A
B
a
b
A
b
a
B
AB.AB.ab.ab(PD)
Ab.Ab.aB.aB(NPD)
当二个基因有一个基因在染色体分离时与着丝粒之间发生交换， 而另一个基因未发生交换，则会出现一种类型的子囊，即T型。
二、准性生殖过程
（一）异核体的形成
1.互养解释的排除 2.单倍重组体和二倍体的排除 （二）杂和二倍体的形成 （三）体细胞重组 1.染色体交换 2.染色体单倍化
三、准性生殖和有性生殖的异同点 准性生殖和有性生殖的共同点： 准性生殖和有性生殖有类似的遗传现象。如：核融合， 形成杂合二倍体、随后染色体再分离、染色体之间进行交 换，出现重组体等。由此可见，准性生殖和有性生殖最根 本的相同之处就是均能导致基因重组，从而丰富遗传物质 基础，出现子代多样性。 准性生殖和有性生殖的不同点： 1.有性生殖导致产生有性孢子，有性孢子在形态、生理上 与体细胞有一定的区别，且基因重组一般是发生在性细胞 中；准性生殖的细胞与体细胞无区别，基因重组是发生在 有丝分裂的体细胞交换中，没有性过程, 没有性孢子。 2.有性生殖是通过减数分裂进行基因重组，减数分裂是一 个有规律的协调的过程；准性生殖过程中染色体交换和染 色体单倍体化都是不规律的偶然发生的过程，且频率极低。
（一）高等动植物生活史
双倍体细胞 个体 减数分裂 单倍体细胞 配偶子 异核体细胞 （暂时存在） 双倍体细胞 （结合子）
双倍体细胞
单倍体细胞 减数分裂
(二）大肠杆菌k-12生活史
单倍体细胞 无性繁殖系 单倍体细胞 （暂时存在） 减数分裂 异核体细胞 双倍体细胞 单倍体细 胞
（三）不完全菌生活史
无性繁殖系 单倍体细胞 无性繁殖系 单倍体细胞 （暂时存在） 减数分裂 异核菌丝体 双倍体菌丝 无性繁殖系
1) AAAAaaaa 2)aaaaAAAA 3)AAaaAAaa 4)aaAAaaAA 5)AAaaaaAA 6)aaAAAAaa
第一次分裂分离
第二次分裂分离
为什么会出现第二次分裂分离的子囊呢？如下图
A
a
A
A
n
A
n
n
a A a
n
a
n n
a
A a
A a
n
n
A a A A
n n
A
2n
2n
n
n
n
a
第二次分裂分离
第一节
1．杂交：
微生物的杂交和遗传体制
一.微生物遗传体制的概念
基因不同的个体或品种间通过接触使染色体重新搭配 （组合）而产生新个体的过程叫杂交。而在杂交的群体中 进行选育就叫杂交育种。
2.微生物遗传体制
基因重组类别
基因重组涉及范
供受体关系
部分染色 整套染色体 体
真菌有性生殖
个别或少数基因
细胞融合
真菌准性生殖
A B a b 联会 A a n 2n A a b b n b A B b A a 2n B b 第一次核分 裂 同源染色体 分开 A a B B n A B
An a
n A
B B
A a
b b n
第二次核分裂 B A
b
a
B
a
b
a
b
a
B
AB.aB.Ab.ab(T)
Ab.ab.AB.aB(T)
如果二个基因同时都与着丝粒发生交换，根据同 样的道理就有可能出现三种类型的子囊： PD:T:NPD=1:2:1
3、以红色面包霉作为遗传分析的材料有什么优越性
1)能直接测定某个基因的存在； 2)很容易观测到一次减数分裂所产生的四分体中一对基因 的分离现象，从而证明相对性状的基因在数目上大致相 等的； 3)根据子囊排列的方式推算出某一基因与着丝粒之间的相 对距离： 某一基因与着 第二次分裂分离子囊数×1/2 ×100% 丝粒的距离= 子囊总数 = 图距单位 4)利用测定某一基因与着丝粒的距离，从而间接测出基因 与基因的距离。
1
2
插入与 切除 IS3
IS2
传递
Z I D T S G 转移操 H 纵子 O F N U C finP W V oriT
复制
第一区段：控制 fex 自主复制的区段 第二区段：控制 细菌间传递作用 的区段 rep 第三区段：重组 oriV 区段 inc
rep
自主复制
大肠杆菌F质粒的基因图
(二)三种状态的 E.coli 细菌之间的关系
二、酵母菌的杂交及遗传分析
1．酵母菌的生活史：
核 配 质配 出芽 体细胞 (2n) 减数分裂 a A A a a
a 出芽
A A 出芽 a A A A a a
4个单倍 体的核
形成成熟子囊
2．酵母菌的遗传分析
双基因杂交的四分体类型
四分体 类型 PD NPD T 四 分 体 内 容 结合相AB×ab AB AB ab ab Ab Ab aB aB AB Ab aB ab 排斥相Ab×aB Ab AB aB aB AB AB ab ab Ab AB ab aB
单倍体细胞
细菌，真菌同高等动，植物生活史的比较： 1．高等动植物以双倍体为主，细菌以单倍体为主，真菌 介于两者之间，但更接近于细菌； 2．高等动植物的双倍体分化形成二倍体个体，细菌的单 倍体分裂而形成无性繁殖系，真菌虽是多细胞的，但他 可以由单一体细胞生长成独立的菌株，它的单倍体，双 倍体或异核体都能形成无性繁殖系； 3．就“性”的分化而言，微生物中没有严格的性细胞和 体细胞之分（除个别能产生有性孢子的真菌种类之外）， 而高等动植物中性，体细胞区分明显。
A B C A a B b C c A a B C c a b c
b
A B C
a b c
(A)
A a B b C c A a B b C c
A B C A b c a B C a b c
(B)
体细胞交换模式图
(A)不发生交换
(B)发生交换
ABC
E D F
ABC
abc GH T 和F-能杂交，Hfr和F-也能杂交，F-和F-则不能杂交，说 明F-不同于F+与Hrf，F+与Hfr有相同的地方； 2、从F+细胞群中可以得到Hfr菌株，从Hfr菌株中也可以得到 F+的菌株，而从F-中则不可能得到Hfr和F+菌株，说明F+与 Hrf都含有F因子，而F-没有；
3、F+和F-杂交后，后代转变为F+，在杂交过程中出现的重组 频率大约只有10-6；而Hfr与 F-和F-杂交后，后代仍然是F-， 但重组频率都高于上种好多倍。这说明F+与Hrf虽然都能 导致基因重组，但它们是有区别的；
a
n
n
a
n
还原分裂： 在减数分裂的第一次核分裂时，如果来自一个亲本 的二个基因（如图二个A）趋向一极，而来自另一个亲本 的二个基因（如图二个a）趋向另一极这种分裂方式称为 还原分裂（意思是指分裂后还原到杂交之前的二个亲本 的状态）。 均等分裂： 如果来自亲本的各一个基因一起趋向一极，另外各一 个基因（如图中Aa）趋向另一极，意思是分裂后的二个核 中各含有相等的基因这种分裂方式称为均等分裂。
基因连锁
交换 四分体类型
基因不连锁
和着丝粒的交换 二个染色体都不 交换 一个发生交换 二个同时交换 四分体类型
不交换
单交换
PD
T
1PD:1NPD
T 1PD:2T:1NPD
双交换 1PD:2T:1NPD
多交换 1PD:4T:1NPD
不交换
A a A a A
b 0% B b 50% B b 0% PD(Ab Ab aB aB) B b 50% T (ab AB Ab aB) B b 50% T (Ab aB ab AB) B b T (Ab ab AB aB) PD(Ab Ab aB aB)
abc
GH T ght
e d f
ABC abc GH T GH T ght
E D F e d f
ABC abc ght
E D F e d f
染色体的不分离行为
四、研究异核体的意义 1．异核体在遗传分析中可以用来测定等位基因和非等位 基因；
2．异核体可以作为细胞质基因测定的工具。
第四节
细菌的接合作用
有连锁关系的二个基因之间杂交产生的子囊类型
A A a a b b B B A A a a b b B B AB ab AB ab Ab aB Ab aB
A
A a a A A a a Ab ab AB aB b b B B
b
b B B A A a a Ab ab b b B B AB aB
没有连锁关系的二个基因之间，三种子囊类型出现的比例： 杂交型：AB×ab 在染色体分离时，二个基因与着丝粒之间都未发生交换，结 果只会出现PD和NPD两种类型，并且比例是PD: NPD=1:1
复制
rep
oriV
rep
inc
自主复制
大肠杆菌F质粒的基因图
点样法
（—） ①
（—）+A ②
(—）+B ③
(—）+A+B ④
依次点种 一. 四种都不长 二. 1.3不长，2.4长 A+B+ A-B+
A-B+
A+B-
三. 1.2不长，3.4长，
四. 1.2.3不长，4长
A+BA-B-
重组区段
IS3
rδ
一、 细菌基因重组的发现和证实 （一）细菌基因重组的发现 （二）细菌基因重组的证实 标记： 以基因发生突变的特点来标记某菌株的性质，这种突 变的基因就称为该菌株的标记（简单的说突变的基因表型 就是标记）。
A- B+ lac- ST T1S
完全培养基
A+ B- lac+SS T1T
2×106
106
106