细菌的遗传分析 优秀课件
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细菌的遗传分析 ppt课件
指在hfr??f杂交中把接合中的细菌在不同时间取样搅拌中断杂交分析受体菌基因型以hfr基因出现在f中的先后为顺序以转移的时间分钟为图距单位进行基因作图的方法不同时间取样搅拌中断杂交分析受体菌基因型以hfr基因出现在f中的先后为顺序以转移的时间分钟为图距单位进行基因作图的方法
第六节 细菌的遗传分析
微生物作为遗传研究材料的优越性
ppt课件
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按照细菌出现感受态的方式，可把转 化分为三种类型
自然转化(naturally occuring transformation)：细 菌自发地出现感受态，如肺炎链球菌，流感嗜血杆菌， 枯草杆菌等。 人 工 诱 导 的 感 受 态 (artificially induced competence) ：如 Ca2+ 诱导的大肠杆菌等发生的转 化。 原生质体转化(protoplast transformation)：将DNA 分 子 连 同 PEG 一 同 加 入 原 生 质 体 ， 造 成 细 胞 摄 取 DNA 。 还 可 以 用 电 穿 孔 法 (electroporation) 代 替 PEG ， 用 高 压 脉 冲 电 流 在 细 胞 膜 上 击 成 小 孔 ， 使 DNA 分子通过小孔而导入细胞，又称为电转化。可 适用于多种细菌，放线菌和真核细胞的转化。
结果与结论：
仍然出现原养型菌落。 从而表明互养并非原养型菌落出现的原因，而可能发生 了遗传重组。
ppt课件 26
转化作用及其排除
Lederberg 和 Tatum 曾 把 品系 A 的培养液经加热灭 菌，加入到 B 品系的培养 物中，未得到原养型菌落； 表明原养型菌落可能不是 由转化作用产生。 戴维斯(Dawis, 1950) 的 U 型管试验(结果没有得到原 养型细菌)； 实验结论：细胞直接接触 是原养型细菌产生的必要 条件。 ppt课件
第六节 细菌的遗传分析
微生物作为遗传研究材料的优越性
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按照细菌出现感受态的方式，可把转 化分为三种类型
自然转化(naturally occuring transformation)：细 菌自发地出现感受态，如肺炎链球菌，流感嗜血杆菌， 枯草杆菌等。 人 工 诱 导 的 感 受 态 (artificially induced competence) ：如 Ca2+ 诱导的大肠杆菌等发生的转 化。 原生质体转化(protoplast transformation)：将DNA 分 子 连 同 PEG 一 同 加 入 原 生 质 体 ， 造 成 细 胞 摄 取 DNA 。 还 可 以 用 电 穿 孔 法 (electroporation) 代 替 PEG ， 用 高 压 脉 冲 电 流 在 细 胞 膜 上 击 成 小 孔 ， 使 DNA 分子通过小孔而导入细胞，又称为电转化。可 适用于多种细菌，放线菌和真核细胞的转化。
结果与结论：
仍然出现原养型菌落。 从而表明互养并非原养型菌落出现的原因，而可能发生 了遗传重组。
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转化作用及其排除
Lederberg 和 Tatum 曾 把 品系 A 的培养液经加热灭 菌，加入到 B 品系的培养 物中，未得到原养型菌落； 表明原养型菌落可能不是 由转化作用产生。 戴维斯(Dawis, 1950) 的 U 型管试验(结果没有得到原 养型细菌)； 实验结论：细胞直接接触 是原养型细菌产生的必要 条件。 ppt课件
第五章 细菌的遗传分析
中断杂交实验与重组作图
致育基因 配对区
原点
致育基因
F因子在细菌染色体上有很多插入位点，并且插入的取向不同 一个F＋品系可以产生很多Hfr品系
几个Hfr菌株的线性连锁群的产生
Hfr H菌株的基因转移顺序 thr pro lac pur gal his gly thi Hfr 1菌株的基因转移顺序 thr thi gly his gal pur lac pro
三、重组作图
Hfr lac+ade+ ×F- lac-ade- ；转移顺序: 先 lac, 后ade．
Hfr lac+ ade+ 无交
F- lac- ade-
换
Hfr lac+ ade+
外部
F- lac- ade-
交换
Hfr lac+ ade+ 之间
F- lac- ade-
交换
F- lac- ade-
3、抗性突变型：细菌由于某基因的突变而对某些噬 菌体或抗菌素产生抗性。
如：抗药突变型： 抗链霉素突变型：Strr，（野生型Strs） 抗青霉素突变型：Penr，（野生型Pens ）
❖ 抗phage突变型： 抗T1-phage突变型：Tonr，（野生型Tons ）
❖ 细菌接合现象的发现 ❖ F因子及其转移 ❖ 细菌重组的特点
❖ 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。
转化与转导作图
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。
感受态细胞
第五章 细菌的遗传分析
转导（transduction）就是以病毒作为载体
将遗传信息从一个细菌细胞传递到另一 个细菌细胞。
转导颗粒：把细菌染色体片段包装在噬
菌体蛋白质外壳内而产生的假噬菌体， 其中并不包含噬菌体的遗传物质。
转导
普遍性转导 局限性转导
2.普遍性转导与作图 普遍性转导（general transduclion）： 能够转导细菌染色体上的任何基因。 如：P 和P 这类噬菌体所进行的转导。
2.分解代谢功能的突变型 ■ 野生型的分解代谢功能正常 ■ 突变型由于基因的改变影响了分解代 谢功能 如：Lac-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，而野生型细菌Lac+都能利用乳糖。
3.抗性突变型 细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或 抗菌素产生抗性。 如：抗链霉素突变型Str-，相应的野生型 为Str+。
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
F+ F+ FHfr Hfr FFF+
第五节 F′因子与 性导
一、F′因子
F＋
Hfr
1959年，Adelberg和Burns发现： 整合到细菌染色体上的F因子，在环出时不够准 确，携带出细菌染色体上的一些基因，这种带 有染色体基因的附加体称为F′因子（ F′factor） F′因子携带染色体的节段大小：从一个标准基 因到半个细菌染色体。
3.转化的过程
4.转化作图 在转化过程中，DNA小片段 → 受体。 ■相距很远的二个基因很难同时存在于一个DNA 片段中，一般不能同时进行转化。 ■两个基因紧密连锁时，它们就有较多的机会包 括在同一个DNA片段中，并同时整合到受体染 色体里——共转化（cotransformation），共 转化的基因一般是连锁的。
第二节细菌的遗传分析ppt课件
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（五）用中断杂交技术作连锁图
• 根据上述试验结果，用Hfr基因在F－ 中出 现的时间为标准，可以作出大肠杆菌的遗 传连锁图（见图7-5）。
• 图中以接合实验的时间（分）作为遗传距 离的单位。 用不同的Hfr菌株进行中断杂交试验做 出的E.coli基因连锁图，其基因向F－细胞 转移的顺序大不相同。
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细菌的交换过程
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（四）细菌的交换过程
• 外基因子和内基因子可以发生交换而产 生基因重组。部分二倍体中，若发生单
数交换是没有意义的，因为单交换使环 状的内基因子打开成为线性DNA，这种 细胞是不能成活的。发生偶数次交换才 能产生可遗传的重组体（recombinant） 和一个片断（fragment）。片断以后为 酶所降解。
转入的时间（min） 8
8.5
9
11
18
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中 断 杂 交 试 验
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（五）用中断杂交技术作连锁图
• 结果说明Hfr的基因确实是按一定的线性顺 序依次进入F－的。也就是说，是以F DNA片 断上的酶切断点为原点（记做O）开始以直 线方式进入F－ 细胞的。基因距O点越近，进 入F－ 越早，反之越晚。由于在自然状态下 不经搅拌也能中断杂交，因此，距O点越远 的基因进入F－ 的机会越少。
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四、转导（Transduction）
• 以噬菌体为媒介，将细菌的小片段染色体或 基因从一个细菌细胞转移到另一个细菌细胞 的过程叫做转导。 转导是细菌遗传物质传递和交换的又一 重要方式，它与转化、转导、接合的主要不 同之处在于是以噬菌体为媒介的。
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3. 营养缺陷型的筛选：用印迹法(replica-plated method) 把在完全培养基上生长的菌落影印到基本培养基上， 鉴别出不能生长的克隆。再把它们转移到含有单一 营养物质的培养基上，判定该突变型需要哪一种营 养物质。
第三节 细菌的杂交和性别
（大肠杆菌的性别）
一、细菌的杂交 二、F因子和高频重组 三、细菌重组的特点
细胞壁(cell wall) 细胞膜(plasma membrane)
鞭毛(Flagella)
性纤毛(pili) 拟核(Nucleoid) 核糖体(Ribosome)
细菌染色体的着膜复制
二、细菌的染色体： 细菌为单倍体，其染色体为环形双链DNA 分子，不形成核小体结构。（P146图）
三、细菌是遗传学研究的好材料： 1. 结构简单； 2. 世代时间短； 3. 后代个体多； 4. 各种突变类型多。
F+lac+
F+lac+
低频重组(low frequency recombination，Lfr)：
F+与F- 之间的杂交只有F因子的转移，因此尽管F因子的 转移频率很高，但是供受体细菌染色体的重组频率却很低， 约为10-6，因此F+品系称低频重组品系(菌株)。(P149图A)
F+ 移－高频重组 (P149图B)
细菌的遗传分析
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节 • 第五节 • 第六节
细菌的细胞和染色体 大肠杆菌的突变型及筛选 细菌的杂交和性别 中断杂交与重组作图 F’因子和性导 转化与转导作图
第一节 细菌的细胞和染色体
一、 细菌的细胞：
真核生物（eukaryotes) 细胞有细胞核，进行减数分裂 和有丝分裂；细菌是原核生物（prokaryotes)，没有细 胞核，不进行减数分裂和有丝分裂。而是简单地复制和 一分为二。
一、细菌的杂交
（3个经典实验）
1. 菌株A: met- bio- thr+ leu+ thi+ （需甲硫氨酸和生物素） 菌株B: met+ bio+ thr- leu- thi- （需苏氨酸，亮氨酸和硫胺）
A
B
完全液体培养基
基本固体培养基平皿
出现若干原养型菌落， 频率为10-7
2. U形管实验
）
三、细菌重组的特点
真核生物：完全合子 原核生物：部分二倍体（部分合子），含有一个亲本的
全部基因组和另一亲本的部分基因组。 外基因子：供体Hfr提供的部分基因组； 内基因子：受体F- 提供的完整基因组。 供体的外基因子
二、 F因子与高频重组
1. F因子（F-factor) ：又称性因子或致
育因子。它是能独立增殖的环状DNA分子。 供体细菌：细胞质中具有F因子（F+，♂)。
F+细菌表面有性伞毛(sex pili)，即F纤毛。 受体细菌：不含F因子(F-， ♀) 。
F因子的结构
致育基因 (fertility gene)
(1) F因子的转移－低频重组
F+lac+ F+lac+
F-lacF-lac-
a. F+细胞与F-细胞接触并结 合，形成细胞质桥 (cytoplasm bridge)，即 结合管(conjugation tube)。
b. F因子进行滚环复制，通 过结合管转移到F- 细胞。
c. F- 细菌转变成F+细菌。
Hfr × F-
F- （重组型）
F因子特点
• F＋细菌可以把F因子传给后代； • F＋细菌经吖啶橙处理F因子丢失，丢失后不再
出现；
• F＋可以和F－杂交，给其复制后的F因子，使F－ 变为F＋ ；
• F因子还可以改变细胞表面的构造，以防止F＋ 细菌间的接合；
• Hfr 和F－杂交时，F-受体很少得到完整的F因 子，因此大多数重组子仍为F-。
Met+ Thi+ Pur+
2. 分解代谢功能突变型（catabolic functional mutant):
lac- 乳糖突变型， 野生型为lac+
3. 抗性突变型（resistance mutant):
Strr （ Str- ）抗链霉素突变型, Strs （Str+ ）链霉素敏感型
Penr （ Pen-）抗青霉素突变型, Pens （Pen+）青霉素敏感型
T1r
抗T1噬菌体，
T1s 对T1噬菌体敏感
二、 突变型筛选：
1. 根据菌落特点筛选：如Lac-突变菌株在伊红-美蓝培 养基（EMB）上形成白色或粉红色菌落，而lac+ 菌落为有金属光泽的紫色菌落。
2. 抗性突变型的筛选：将细菌涂布在含有某种抗生素 或噬菌体的培养基上，能形成菌落的就是抗性突变 菌株。
配对区域(pairing region) 原点(origin)
F因子由3个区域组成： 1)原点(origin)：转移的起点； 2)配对区域(pairing region)：与整合有关； 3)致育基因(fertility gene)：使细菌具有感 染力，其中有编码性纤毛的基因。
2.低频重组和高频重组:
高频重组(High frequency recombination，Hfr)：
如果F因子整合到细菌染色体上，这种染色体上带有 一个整合的F因子的品系，与F-细胞结合后可将供体染色 体的一部分或全部传递给F-受体，当供体和受体的等位基
因带有不同的遗传标记时，可以观察到它们之间发生重组， 重组频率可达到10-2以上，称为高频重组品系（菌株）。
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. 合成代谢功能突变型（anabolic functional mutant):
基本培养基 完全培养基
营养缺陷型（auxotroph) 缺陷型（deficient) Met- 甲硫氨酸突变型 Thi- 硫胺突变型 Pur- 嘌呤突变型
野生型（wild type) 原养型（prototroph)
3. 菌株A: met- thr+ leu+ thi+ （需甲硫氨酸） 菌株B: met+ thr- leu- thi- （需苏氨酸，亮氨酸和硫胺）
A Strs
B Strr
A Strr
B Strs
含有链霉素的 基本培养基
出现原养型菌落
不出现原养型菌落
说明菌株A和B在杂交中的作用不同，A为遗传物质的供体 (donor)，相当于雄性；而B为受体(recipient)，相当于雌性。
第三节 细菌的杂交和性别
（大肠杆菌的性别）
一、细菌的杂交 二、F因子和高频重组 三、细菌重组的特点
细胞壁(cell wall) 细胞膜(plasma membrane)
鞭毛(Flagella)
性纤毛(pili) 拟核(Nucleoid) 核糖体(Ribosome)
细菌染色体的着膜复制
二、细菌的染色体： 细菌为单倍体，其染色体为环形双链DNA 分子，不形成核小体结构。（P146图）
三、细菌是遗传学研究的好材料： 1. 结构简单； 2. 世代时间短； 3. 后代个体多； 4. 各种突变类型多。
F+lac+
F+lac+
低频重组(low frequency recombination，Lfr)：
F+与F- 之间的杂交只有F因子的转移，因此尽管F因子的 转移频率很高，但是供受体细菌染色体的重组频率却很低， 约为10-6，因此F+品系称低频重组品系(菌株)。(P149图A)
F+ 移－高频重组 (P149图B)
细菌的遗传分析
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节 • 第五节 • 第六节
细菌的细胞和染色体 大肠杆菌的突变型及筛选 细菌的杂交和性别 中断杂交与重组作图 F’因子和性导 转化与转导作图
第一节 细菌的细胞和染色体
一、 细菌的细胞：
真核生物（eukaryotes) 细胞有细胞核，进行减数分裂 和有丝分裂；细菌是原核生物（prokaryotes)，没有细 胞核，不进行减数分裂和有丝分裂。而是简单地复制和 一分为二。
一、细菌的杂交
（3个经典实验）
1. 菌株A: met- bio- thr+ leu+ thi+ （需甲硫氨酸和生物素） 菌株B: met+ bio+ thr- leu- thi- （需苏氨酸，亮氨酸和硫胺）
A
B
完全液体培养基
基本固体培养基平皿
出现若干原养型菌落， 频率为10-7
2. U形管实验
）
三、细菌重组的特点
真核生物：完全合子 原核生物：部分二倍体（部分合子），含有一个亲本的
全部基因组和另一亲本的部分基因组。 外基因子：供体Hfr提供的部分基因组； 内基因子：受体F- 提供的完整基因组。 供体的外基因子
二、 F因子与高频重组
1. F因子（F-factor) ：又称性因子或致
育因子。它是能独立增殖的环状DNA分子。 供体细菌：细胞质中具有F因子（F+，♂)。
F+细菌表面有性伞毛(sex pili)，即F纤毛。 受体细菌：不含F因子(F-， ♀) 。
F因子的结构
致育基因 (fertility gene)
(1) F因子的转移－低频重组
F+lac+ F+lac+
F-lacF-lac-
a. F+细胞与F-细胞接触并结 合，形成细胞质桥 (cytoplasm bridge)，即 结合管(conjugation tube)。
b. F因子进行滚环复制，通 过结合管转移到F- 细胞。
c. F- 细菌转变成F+细菌。
Hfr × F-
F- （重组型）
F因子特点
• F＋细菌可以把F因子传给后代； • F＋细菌经吖啶橙处理F因子丢失，丢失后不再
出现；
• F＋可以和F－杂交，给其复制后的F因子，使F－ 变为F＋ ；
• F因子还可以改变细胞表面的构造，以防止F＋ 细菌间的接合；
• Hfr 和F－杂交时，F-受体很少得到完整的F因 子，因此大多数重组子仍为F-。
Met+ Thi+ Pur+
2. 分解代谢功能突变型（catabolic functional mutant):
lac- 乳糖突变型， 野生型为lac+
3. 抗性突变型（resistance mutant):
Strr （ Str- ）抗链霉素突变型, Strs （Str+ ）链霉素敏感型
Penr （ Pen-）抗青霉素突变型, Pens （Pen+）青霉素敏感型
T1r
抗T1噬菌体，
T1s 对T1噬菌体敏感
二、 突变型筛选：
1. 根据菌落特点筛选：如Lac-突变菌株在伊红-美蓝培 养基（EMB）上形成白色或粉红色菌落，而lac+ 菌落为有金属光泽的紫色菌落。
2. 抗性突变型的筛选：将细菌涂布在含有某种抗生素 或噬菌体的培养基上，能形成菌落的就是抗性突变 菌株。
配对区域(pairing region) 原点(origin)
F因子由3个区域组成： 1)原点(origin)：转移的起点； 2)配对区域(pairing region)：与整合有关； 3)致育基因(fertility gene)：使细菌具有感 染力，其中有编码性纤毛的基因。
2.低频重组和高频重组:
高频重组(High frequency recombination，Hfr)：
如果F因子整合到细菌染色体上，这种染色体上带有 一个整合的F因子的品系，与F-细胞结合后可将供体染色 体的一部分或全部传递给F-受体，当供体和受体的等位基
因带有不同的遗传标记时，可以观察到它们之间发生重组， 重组频率可达到10-2以上，称为高频重组品系（菌株）。
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. 合成代谢功能突变型（anabolic functional mutant):
基本培养基 完全培养基
营养缺陷型（auxotroph) 缺陷型（deficient) Met- 甲硫氨酸突变型 Thi- 硫胺突变型 Pur- 嘌呤突变型
野生型（wild type) 原养型（prototroph)
3. 菌株A: met- thr+ leu+ thi+ （需甲硫氨酸） 菌株B: met+ thr- leu- thi- （需苏氨酸，亮氨酸和硫胺）
A Strs
B Strr
A Strr
B Strs
含有链霉素的 基本培养基
出现原养型菌落
不出现原养型菌落
说明菌株A和B在杂交中的作用不同，A为遗传物质的供体 (donor)，相当于雄性；而B为受体(recipient)，相当于雌性。