细菌的遗传分析PPT课件
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细菌的遗传分析
主要内容
• 细菌的细胞和基因组(自学) • 大肠杆菌的突变型及筛选 • 细菌的接合与染色体作图 • 中断杂交与重组作图 • F`因子与性导 • 细菌的转化与转导作图
❖ 大肠杆菌的突变类型 ❖ 突变型筛选（自学）
一、大肠杆菌的突变类型
1、合成代谢功能的突变型——营养缺陷型 合成代谢功能（anabolic function）
分解代谢功能（anabolic function）
一系列降解功能的实现也需要许多基因的表达， 其中任何一个基因突变都会影响降解功能的实现。
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上。
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
一、细菌接合现象的发现
❖ 菌株A：met- bio- thr+ leu+ thi+ ❖ 菌株B：met+ bio+ thr- leu- thi-
Met+ bio+ thr+ leu+ thi+
（一）细菌重组的特点
❖ 细菌重组不同于真核生物的完整二倍体 的重组。
Hfr 与F－接合常会形成部分二倍体
F-的DNA
Hfr的部 分DNA
❖ 部分二倍体：这种含有一个亲体F-全部基因组和另 一亲体部分基因组的合子叫部分合子（半合子）/ 部分二倍体。
❖ 细菌的重组就是指F-的DNA（内基因子）与Hfr的 部分DNA （外基因子）之间的重组。
营养缺陷型：一个必原需养的型基/野因生发型生在了基突本培变养不基能上， 进行一个特定的生化具反有应合，成所从有而代阻谢碍和整生个长合所必成须的 代谢功能的实现。 复杂有机分子的功能。
命名: Met-, Lys-
❖ 2、分解代谢功能的突变型（catabolic functional mutants)
• F因子转移的频率很低。
F
因 子 的 环 出
4、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Байду номын сангаас肠杆菌复制 子的一部分的遗传物质（遗 传因子），称为附加体。
三、细菌重组的特点及机制 ❖ 细菌重组的特点 ❖ 细菌同源重组的分子基础
中断杂交实验与重组作图
2） RecBCD酶的功能
① 能降解DNA的核酸酶（核酸外切酶Ⅴ） ② 解旋酶活性 ③ ATP酶活性 ❖ 目标：提供一条含游离3’端的单链区域
（ RecA可以作用的底物）
❖ RecBCD 酶识别
chi序列 含游离3’ 引发重组
端的单链
2、 RecA催化单链同化
① 具有蛋白酶活性 ② 在单链DNA和ATP存在的条件下启动DNA单链和
与之互补的双链分子进行碱基配对。 ❖ 单链同化： RecA可使一条DNA单链置换一条双链
DNA分子中同源链的反应。
单链同化需要的条件：
a. 必须有一个单链DNA分子区域。b.必须有一个具游离3’ 端的DNA分子； c.该单链区域和3’端必须位于这两个分 子的互补区域中。
具有游离3’ 端的单链
单链
具有游 离3’端
二、F因子及其转移
1、细菌的性别
❖ 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”。
2、F因子/性因子/致育因子 ❖ F因子：环状DNA，含6×104个bp。 ❖ 大肠杆菌供体中含有，而受体无。 ❖ 由原点、致育基因、配对区三个部分组成。
3、F+、F-与Hfr
❖ F+：细胞质中具有F因 子的大肠杆菌（供体）
❖ F-：细胞质中没有F因
F-
子的大肠杆菌（受体）
大肠杆菌性别
F+
大肠杆菌 DNA
F+
大肠杆菌性别
F因子
F-
F因子及其在 杂交中的行为
细胞质桥(接合管)
F+× F-
F+ F+
F+×F-
•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(low frequence recombination，Lfr)。
（二）细菌同源重组的分子基础
❖ RecBCD识别chi序列引发重组 ❖ RecA催化单链同化 ❖ Ruv系统解离Holiday连接点
1、RecBCD识别chi序列引发重组 1）chi 位点
❖ 保守的8碱基非对称序列
❖ 大肠杆菌DNA每5-10Kb自然出现一次 ❖ 被recBCD编码的酶所识别 ❖ 刺激重组——重组热点
环状F因子的模式图
组成F因子各部分的功能
• 原点：是转移的起点。
• 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：其上一些基因编码生成F菌毛的蛋白 质，即供体菌细胞表面的管状结构，F菌毛与受 体菌细胞表面的受体相结合，在两个细胞间形成 细胞质桥。
Hfr（high frequence recombination）
F因子整合入大肠杆菌染色体中
致育基因 配对区
原点
大肠杆菌性别
致育基因
原点 配对区
F-
细菌染色体
•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。
3、Ruv系统解离Holiday连接点
❖ RuvA：识别Holliday连接点的结构
❖ RuvB：具ATP酶的活性，为分支迁移提供动 力。
❖ RuvC：具有核酸内切酶活性，可特异识别 Holliday 连接点。
一、中断杂交实验原理 二、中断杂交作图 三、重组作图（自学）
一、中断杂交实验原理
Hfr细胞和F-细胞杂交，基因从Hfr细胞按次序转入F细胞，可根据基因进入F-细胞的时间和次序制作基 因图谱。
内、外基因子的交换情况
❖ 单交换 部分二倍性线状体 ❖ 双交换 重组体＋线性片断 ❖ 偶数次交换结果：只产生一种重组体，而无
另一相应的重组体。
❖ 由此可见在细菌的重组中有下列两个特点： 1、只有偶数次交换才能产生平衡的重组子； 2、不出现相反的重组子，所以在选择培养基
上只出现一种重组子。
主要内容
• 细菌的细胞和基因组(自学) • 大肠杆菌的突变型及筛选 • 细菌的接合与染色体作图 • 中断杂交与重组作图 • F`因子与性导 • 细菌的转化与转导作图
❖ 大肠杆菌的突变类型 ❖ 突变型筛选（自学）
一、大肠杆菌的突变类型
1、合成代谢功能的突变型——营养缺陷型 合成代谢功能（anabolic function）
分解代谢功能（anabolic function）
一系列降解功能的实现也需要许多基因的表达， 其中任何一个基因突变都会影响降解功能的实现。
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上。
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
一、细菌接合现象的发现
❖ 菌株A：met- bio- thr+ leu+ thi+ ❖ 菌株B：met+ bio+ thr- leu- thi-
Met+ bio+ thr+ leu+ thi+
（一）细菌重组的特点
❖ 细菌重组不同于真核生物的完整二倍体 的重组。
Hfr 与F－接合常会形成部分二倍体
F-的DNA
Hfr的部 分DNA
❖ 部分二倍体：这种含有一个亲体F-全部基因组和另 一亲体部分基因组的合子叫部分合子（半合子）/ 部分二倍体。
❖ 细菌的重组就是指F-的DNA（内基因子）与Hfr的 部分DNA （外基因子）之间的重组。
营养缺陷型：一个必原需养的型基/野因生发型生在了基突本培变养不基能上， 进行一个特定的生化具反有应合，成所从有而代阻谢碍和整生个长合所必成须的 代谢功能的实现。 复杂有机分子的功能。
命名: Met-, Lys-
❖ 2、分解代谢功能的突变型（catabolic functional mutants)
• F因子转移的频率很低。
F
因 子 的 环 出
4、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Байду номын сангаас肠杆菌复制 子的一部分的遗传物质（遗 传因子），称为附加体。
三、细菌重组的特点及机制 ❖ 细菌重组的特点 ❖ 细菌同源重组的分子基础
中断杂交实验与重组作图
2） RecBCD酶的功能
① 能降解DNA的核酸酶（核酸外切酶Ⅴ） ② 解旋酶活性 ③ ATP酶活性 ❖ 目标：提供一条含游离3’端的单链区域
（ RecA可以作用的底物）
❖ RecBCD 酶识别
chi序列 含游离3’ 引发重组
端的单链
2、 RecA催化单链同化
① 具有蛋白酶活性 ② 在单链DNA和ATP存在的条件下启动DNA单链和
与之互补的双链分子进行碱基配对。 ❖ 单链同化： RecA可使一条DNA单链置换一条双链
DNA分子中同源链的反应。
单链同化需要的条件：
a. 必须有一个单链DNA分子区域。b.必须有一个具游离3’ 端的DNA分子； c.该单链区域和3’端必须位于这两个分 子的互补区域中。
具有游离3’ 端的单链
单链
具有游 离3’端
二、F因子及其转移
1、细菌的性别
❖ 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”。
2、F因子/性因子/致育因子 ❖ F因子：环状DNA，含6×104个bp。 ❖ 大肠杆菌供体中含有，而受体无。 ❖ 由原点、致育基因、配对区三个部分组成。
3、F+、F-与Hfr
❖ F+：细胞质中具有F因 子的大肠杆菌（供体）
❖ F-：细胞质中没有F因
F-
子的大肠杆菌（受体）
大肠杆菌性别
F+
大肠杆菌 DNA
F+
大肠杆菌性别
F因子
F-
F因子及其在 杂交中的行为
细胞质桥(接合管)
F+× F-
F+ F+
F+×F-
•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(low frequence recombination，Lfr)。
（二）细菌同源重组的分子基础
❖ RecBCD识别chi序列引发重组 ❖ RecA催化单链同化 ❖ Ruv系统解离Holiday连接点
1、RecBCD识别chi序列引发重组 1）chi 位点
❖ 保守的8碱基非对称序列
❖ 大肠杆菌DNA每5-10Kb自然出现一次 ❖ 被recBCD编码的酶所识别 ❖ 刺激重组——重组热点
环状F因子的模式图
组成F因子各部分的功能
• 原点：是转移的起点。
• 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：其上一些基因编码生成F菌毛的蛋白 质，即供体菌细胞表面的管状结构，F菌毛与受 体菌细胞表面的受体相结合，在两个细胞间形成 细胞质桥。
Hfr（high frequence recombination）
F因子整合入大肠杆菌染色体中
致育基因 配对区
原点
大肠杆菌性别
致育基因
原点 配对区
F-
细菌染色体
•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。
3、Ruv系统解离Holiday连接点
❖ RuvA：识别Holliday连接点的结构
❖ RuvB：具ATP酶的活性，为分支迁移提供动 力。
❖ RuvC：具有核酸内切酶活性，可特异识别 Holliday 连接点。
一、中断杂交实验原理 二、中断杂交作图 三、重组作图（自学）
一、中断杂交实验原理
Hfr细胞和F-细胞杂交，基因从Hfr细胞按次序转入F细胞，可根据基因进入F-细胞的时间和次序制作基 因图谱。
内、外基因子的交换情况
❖ 单交换 部分二倍性线状体 ❖ 双交换 重组体＋线性片断 ❖ 偶数次交换结果：只产生一种重组体，而无
另一相应的重组体。
❖ 由此可见在细菌的重组中有下列两个特点： 1、只有偶数次交换才能产生平衡的重组子； 2、不出现相反的重组子，所以在选择培养基
上只出现一种重组子。