细菌遗传分析
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细菌的遗传分析
15/(52+15)X100% = 22%
两个位点间的时间约为1分钟，约相当于20%的重组值。
-
已知中断杂交实验该两个基因相距1分钟, 从而得出: 1分钟图距 ≈ 20% 重组值
(中断杂交作图)
(重组作图)
4 Ecoli染色体全长：90分钟；含有：3.6X106bp 20X90 ≈ 1800 cM
课上练习P181第12题
12题解: 据题意 Hfr gal+lac+(A)X F-gal-lac-(B)→F-gal+早,多;lac晚,少. F+ gal+lac+(C)X F-gal-lac-(B)→F+lac+早,多;无gal+ 从AXB中知: gal和lac位于F因子插入位点两侧,gal原点最近。 从CXB中知: C菌株是F因子从细菌染色体上错误切割下来,且 带有细菌lac+的菌株F`lac。 将菌株A与B混合培养一段时间(不到90分钟)后，取混 合液接种在lac-EMB上。紫红色菌落带有分解lac的基因。 将该菌落的细菌又与F-lac-strrB杂交。如该细菌是Flac+ strrB，则无重组子产生。 如该细菌F`lac+ strrB， 则有较多重组子产生。
第六节 细菌的转化与转导作图
一 细菌的转化 受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来 自供体菌的游离DNA片段，并把它整合到自己 的基因组中，而获得部分新的遗传性状的基因转 移过程，称为转化。
通过转化方式而形成的杂种后代，称转化子 （transformant）。
转化过程
⑤非转化子
⑤转化子, 获得供体基因
两个基因进入受体菌的先后;
lac-（乳糖不发酵）ade-（腺嘌呤缺陷型） 完全培养基 （无腺嘌呤、加链霉素）
两个位点间的时间约为1分钟，约相当于20%的重组值。
-
已知中断杂交实验该两个基因相距1分钟, 从而得出: 1分钟图距 ≈ 20% 重组值
(中断杂交作图)
(重组作图)
4 Ecoli染色体全长：90分钟；含有：3.6X106bp 20X90 ≈ 1800 cM
课上练习P181第12题
12题解: 据题意 Hfr gal+lac+(A)X F-gal-lac-(B)→F-gal+早,多;lac晚,少. F+ gal+lac+(C)X F-gal-lac-(B)→F+lac+早,多;无gal+ 从AXB中知: gal和lac位于F因子插入位点两侧,gal原点最近。 从CXB中知: C菌株是F因子从细菌染色体上错误切割下来,且 带有细菌lac+的菌株F`lac。 将菌株A与B混合培养一段时间(不到90分钟)后，取混 合液接种在lac-EMB上。紫红色菌落带有分解lac的基因。 将该菌落的细菌又与F-lac-strrB杂交。如该细菌是Flac+ strrB，则无重组子产生。 如该细菌F`lac+ strrB， 则有较多重组子产生。
第六节 细菌的转化与转导作图
一 细菌的转化 受体菌自然或在人工技术作用下直接摄取来 自供体菌的游离DNA片段，并把它整合到自己 的基因组中，而获得部分新的遗传性状的基因转 移过程，称为转化。
通过转化方式而形成的杂种后代，称转化子 （transformant）。
转化过程
⑤非转化子
⑤转化子, 获得供体基因
两个基因进入受体菌的先后;
lac-（乳糖不发酵）ade-（腺嘌呤缺陷型） 完全培养基 （无腺嘌呤、加链霉素）
第七章 细菌遗传分析
1)不同的Hfr品系转移的起始基因是不同的; 说明：Ｆ因子可以在不同的位点插入细菌染色体; 2)与同一基因相邻的基因是相同的; 说明：不同品系细菌的基因顺序是相同的; 3)Hfr基因可以两个不同方向转移基因进入Ｆ-; 4)一个Hfr转移的起始基因是另一个Hfr最后转移的基因 说明：细菌的染色体是环状的. HfrH 1 thr pro 312 2 gly lac his pur gal 3
第四节
中断杂交与重组作图
一 中断杂交实验作图
1中断杂交实验 Hfr thr+ leu+ azir Tonr lac+ gal+ strs X F- thr- leu- azis tons lac- gal- strr
选择培养基 加str
9′ ↓
11′ ↓ ↓
18′ ↓ ↓ ┆
25′ ↓ ↓ ┆
无thr,leu
第七章 细菌的遗传分析 学习要点：
１名词概念 转化、转染、转导、质粒、性导、F因子、Hfr、转 化子、转导子、半合子、附加体、高频转导、低频转 导、感受态因子、特异性转导、合子诱导 2 了解细菌染色体大小与结构；
3 细菌的突变型的类型； 4 细菌菌株的类型、接合的组合方式与重组特点； 5 中断杂交实验作图的原理与方法；
第六节 转化与转导作图
一 细菌的转化与作图 （一）转化：指外源DNA片断不经中间媒介体直接进 入感受态细胞进行基因重组形成重组体的过程。 转化子：通过转化而形成的重组体. （二）转化作图 1 转化作图的条件: 2 转化基因间关系及其确定
DNA浓度 下降比率 1/2 1/2 A转化率下 B转化率 降比率 下降比率 1/2 1/2 1/2 1/2 A与B共转化 率下降比率 1/2 1/4 A与B 关系 连锁 不连锁
细菌的遗传分析
Fig 17.8 A summary of the classic Lederberg and Tatum experiment.
© 2003 John Wiley and Sons Publishers
2、F因子的特性
三种大肠杆菌： F+: 携带F因子质粒 F-: 没有F因子 Hfr: F 因子整合在染色体上 （1）低频重组：F+ х F- = F+ , F+ 重组通过质粒转移、复制 进行。 重组频率为10-6左右。
© 2003 John Wiley and Sons Publishers
重组作图（recombination mapping）
Hfr lac + ade + str
r
s
X F-
lac - ade - str
重组作图：
Hfr lac+ ade+
没有发
生交换 F两个基因都交 换到受体上 F交换发生在 两个基因之 间 Flacade+ lac+ ade+ lacade-
Fig 17.4 The U-tube experiment.
© 2003 John Wiley and Sons Publishers
3、细菌杂交（遗传分析的重要方法）
（1）F因子的发现
E.coli 不同缺陷型菌株A,B分 别具有Strs ,Strr两种基因型 。
实验：
A Strs
B Strr
© 2003 John Wiley and Sons Publishers
中断杂交的实验结果
基因 thr+ leu+ Azis Tons lac+ gal+ 转入时间 8 8.5 9 11 18 25
细菌的遗传分析教案
细菌的遗传分析教案教案标题：细菌的遗传分析教案目标：1. 了解细菌的遗传特征和分析方法。
2. 掌握细菌遗传分析的基本实验步骤和技术。
3. 培养学生的实验设计和数据分析能力。
教案步骤：引入：1. 引发学生对细菌遗传分析的兴趣，例如通过展示细菌对人类健康和环境的重要性。
2. 引导学生思考细菌的遗传特征对其生存和适应环境的影响。
知识讲解：3. 介绍细菌的基本遗传特征，包括DNA结构、基因、突变等概念。
4. 解释细菌遗传分析的重要性和应用领域，如药物抗性研究、疾病传播机制等。
5. 介绍细菌遗传分析的基本实验步骤，包括细菌培养、DNA提取、PCR扩增、凝胶电泳等。
实验设计：6. 分组讨论，学生根据所学知识设计一个细菌遗传分析实验，可以选择具体的细菌种类和研究目标。
7. 学生列出实验所需材料和步骤，并解释实验设计的合理性和预期结果。
实验操作：8. 学生按照实验设计完成实验操作，包括细菌培养、DNA提取、PCR扩增等。
9. 引导学生注意实验操作的细节和注意事项，确保实验结果的准确性和可靠性。
数据分析：10. 学生收集实验数据，并进行数据分析，包括PCR产物的凝胶电泳结果分析。
11. 引导学生根据实验结果进行推理和讨论，解释实验结果的意义和可能的影响。
总结：12. 学生总结实验过程和结果，回顾实验设计的合理性和实验操作的可行性。
13. 引导学生思考细菌遗传分析的局限性和未来发展方向。
作业：14. 布置相关阅读任务，要求学生进一步了解细菌遗传分析的前沿研究和应用。
15. 要求学生撰写实验报告，包括实验设计、结果分析和讨论等内容。
评估：16. 对学生的实验报告进行评估，包括实验设计的合理性、数据分析的准确性和结果讨论的深度。
17. 针对学生的评估结果，提供个别或整体的反馈和指导，帮助学生提升实验设计和数据分析能力。
教学资源：- 细菌培养基和培养器具- DNA提取试剂盒- PCR扩增仪和相关试剂- 凝胶电泳设备和试剂- 相关教材和参考书籍- 计算机和投影仪教学延伸：1. 组织学生参观相关实验室或研究机构，了解实际细菌遗传分析的应用和研究进展。
细菌的遗传分析
Question
• 我们已知在F＋×F－杂交中，几乎所有F－细菌变 为F＋, F＋×F－→F＋;
• 而在Hfr ×F－杂交中，尽管出现高频重组，但F－ 细菌很少转变为F＋细菌。这个问题使遗传学家感 到迷惑不解。？
中断杂交实验 (Interrupted-mating experiment）
Wollman 和 Jacob进行中断杂交实验:
细菌的遗传分析
概述
• 细菌、放线菌和蓝细菌等均属于原核生物(prokaryotes)。 • 主要特征：没有核膜，其核基因组是由一个裸露的环状
DNA分子构成，称为拟核。细胞内没有以膜为基础的 细胞器，也不进行典型的有丝分裂和减数分裂。 • 细菌是单细胞生物，结构简单，繁殖能力强，分布广， 世代周期短，个体数量多，在正常条件下，完成一个世 代仅20 min， 较容易诱变和筛选各类型突变。 • 细菌不仅是许多病毒的宿主细胞，而且有自身的遗传特 性，又易于培养建立纯系，长期保存，成为遗传学研究 的常用实验材料。
Hfr ： thr+ Leu+ azir tonr Lac+ gal+ strs ×
F- ：thr－ Leu－ azis tons Lac－ gal－ strr
azi：叠氮化钠； ton：噬菌体T1； str：链霉素； Lac：乳糖； gal：半乳糖
结果发现Hfr的未选择性标记基
因进入F－所需时间： • 9分钟时：
细菌的细胞结构：简单 (原核生物） • 基本结构: 细胞壁 (cell wall), 细胞膜 (cell membrane)； 拟核 ( nucleoid )，核糖体 (ribosome), 细胞质 (cytoplasm)，内含物等；
• 特殊结构: 一定条件下具有的结构 e.g. 荚膜 (capsule) 和鞭毛 (flagella)
医学课件第7章细菌的遗传分析
5
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. 合成代谢功能的突变型(anabolic function mutants) •合成代谢功能(anabolic functions)：野生型(wild type)在基本培养基上具有合成所有代谢和生长所 必需的有机物的功能。 •营养缺陷型(auxotroph)：野生型品系的某个必需 基因发生突变，导致不能完成一个特定的生化反 应，从而阻碍整个合成代谢功能的实现。
In 1953, W. Hayes isolated another strain demonstrating a similar elevated frequency.
Both strains were designated Hfr, or high-frequency recombination. Because Hfr- cells behave as chromosome donors, they are a special class of F+ cells.
20
F＋×F－
Hfr×F－
所有 F＋
很少 F＋
21
•F因子整合到 细菌染色体
•Hfr与受体细 菌染色体的等 位基因间可以 重组(10-2)
22
很少 Hfr×F－
F＋ ？
Hfr细胞和F-细胞之间的接合，一般很少有整条Hfr染色 体转入F－细胞(pilus容易断裂)，因此：
F－细胞得到的只是部分F因子，其余部分依赖于整条 Hfr染色体的转移。这样在Hfr×F-杂交后代大多数重 组子仍为F－
41
a+b+c+ in cross 1 << a+b+c+ in cross 2
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. 合成代谢功能的突变型(anabolic function mutants) •合成代谢功能(anabolic functions)：野生型(wild type)在基本培养基上具有合成所有代谢和生长所 必需的有机物的功能。 •营养缺陷型(auxotroph)：野生型品系的某个必需 基因发生突变，导致不能完成一个特定的生化反 应，从而阻碍整个合成代谢功能的实现。
In 1953, W. Hayes isolated another strain demonstrating a similar elevated frequency.
Both strains were designated Hfr, or high-frequency recombination. Because Hfr- cells behave as chromosome donors, they are a special class of F+ cells.
20
F＋×F－
Hfr×F－
所有 F＋
很少 F＋
21
•F因子整合到 细菌染色体
•Hfr与受体细 菌染色体的等 位基因间可以 重组(10-2)
22
很少 Hfr×F－
F＋ ？
Hfr细胞和F-细胞之间的接合，一般很少有整条Hfr染色 体转入F－细胞(pilus容易断裂)，因此：
F－细胞得到的只是部分F因子，其余部分依赖于整条 Hfr染色体的转移。这样在Hfr×F-杂交后代大多数重 组子仍为F－
41
a+b+c+ in cross 1 << a+b+c+ in cross 2
细菌的遗传分析-1
哈工大哈工大-遗传学 第六章 细菌的遗传分析
(二)、突变型的筛选 二、
选择培养法： 选择培养法：
是根据菌株在基本培养基和选择培养基上的生长表现确 是根据菌株在基本培养基和选择培养基上的生长表现确 基本培养基 定菌株的突变型， 原养型和营养缺陷型或对某一抗生素的 定菌株的突变型，如原养型和营养缺陷型或对某一抗生素的 敏感型和非敏感型(抗性型 ； 敏感型和非敏感型 抗性型)； 抗性型
人工诱变
哈工大哈工大-遗传学
第六章 细菌的遗传分析
营养缺陷突变) 影印法(营养缺陷突变)
人工诱变 完全培养基
印迹
基本培养基 +aaA
基本培养基
哈工大哈工大-遗传学 第六章 细菌的遗传分析
基本培养基 +aaB
原核生物遗传物质转移的方式： 原核生物遗传物质转移的方式： 接合（ 接合（conjugation） ） 转化（ 转化（transformation） ） 转导（transduction） 转导（ ）
哈工大哈工大-遗传学 第六章 细菌的遗传分析
因子的三种状态： ⑶． E.coli 与F 因子的三种状态： 因子， ①．没有F因子，即F－； 没有 因子 因子， ②．一个自主状态F因子，即F＋； 一个自主状态 因子 因子， ③．一个整合到宿主染色体内的F因子，即Hfr。 一个整合到宿主染色体内的 因子 。
哈工大哈工大-遗传学 第六章 细菌的遗传分析
(三)、F 因子与高频重组品系 1. F 因子
供体和受体的性别差异，是由F因子引起的 供体和受体的性别差异，是由 因子引起的 因子 因子：致育因子（性因子），是一种附加体。 ），是一种附加体 ⑴．F 因子：致育因子（性因子），是一种附加体。 携带F因子的菌株称为供体菌或雄性， 表示。 携带 因子的菌株称为供体菌或雄性，用F＋表示。 因子的菌株称为供体菌或雄性 未携带F因子的菌株为受体菌或雌性， 表示。 未携带 因子的菌株为受体菌或雌性，用F－表示。 因子的菌株为受体菌或雌性 ⑵．F 因子的组成： 因子的组成： 染色体外遗传物质，环状 染色体外遗传物质，环状DNA； ； 40~60个蛋白质基因； 个蛋白质基因； 个蛋白质基因 2~4个/细胞 雄性内 。 个 细胞 雄性内)。 细胞(雄性内
(二)、突变型的筛选 二、
选择培养法： 选择培养法：
是根据菌株在基本培养基和选择培养基上的生长表现确 是根据菌株在基本培养基和选择培养基上的生长表现确 基本培养基 定菌株的突变型， 原养型和营养缺陷型或对某一抗生素的 定菌株的突变型，如原养型和营养缺陷型或对某一抗生素的 敏感型和非敏感型(抗性型 ； 敏感型和非敏感型 抗性型)； 抗性型
人工诱变
哈工大哈工大-遗传学
第六章 细菌的遗传分析
营养缺陷突变) 影印法(营养缺陷突变)
人工诱变 完全培养基
印迹
基本培养基 +aaA
基本培养基
哈工大哈工大-遗传学 第六章 细菌的遗传分析
基本培养基 +aaB
原核生物遗传物质转移的方式： 原核生物遗传物质转移的方式： 接合（ 接合（conjugation） ） 转化（ 转化（transformation） ） 转导（transduction） 转导（ ）
哈工大哈工大-遗传学 第六章 细菌的遗传分析
因子的三种状态： ⑶． E.coli 与F 因子的三种状态： 因子， ①．没有F因子，即F－； 没有 因子 因子， ②．一个自主状态F因子，即F＋； 一个自主状态 因子 因子， ③．一个整合到宿主染色体内的F因子，即Hfr。 一个整合到宿主染色体内的 因子 。
哈工大哈工大-遗传学 第六章 细菌的遗传分析
(三)、F 因子与高频重组品系 1. F 因子
供体和受体的性别差异，是由F因子引起的 供体和受体的性别差异，是由 因子引起的 因子 因子：致育因子（性因子），是一种附加体。 ），是一种附加体 ⑴．F 因子：致育因子（性因子），是一种附加体。 携带F因子的菌株称为供体菌或雄性， 表示。 携带 因子的菌株称为供体菌或雄性，用F＋表示。 因子的菌株称为供体菌或雄性 未携带F因子的菌株为受体菌或雌性， 表示。 未携带 因子的菌株为受体菌或雌性，用F－表示。 因子的菌株为受体菌或雌性 ⑵．F 因子的组成： 因子的组成： 染色体外遗传物质，环状 染色体外遗传物质，环状DNA； ； 40~60个蛋白质基因； 个蛋白质基因； 个蛋白质基因 2~4个/细胞 雄性内 。 个 细胞 雄性内)。 细胞(雄性内
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
医学：细菌的遗传分析和基因定位
质粒和转座子
除了染色体，细菌中还可 能含有质粒和转座子等可 移动遗传元件。
基因密度和结构
细菌基因组中的基因密度 较高，且基因结构相对简 单，通常不含内含子。
基因表达调控
转录调控
细菌通过调节转录起始和转录终止来控制基因表 达。
翻译调控
细菌通过调节翻译起始和翻译终止来控制蛋白质 合成。
适应性调控
细菌在应对环境变化时，会迅速调整基因表达以 适应新环境。
医学细菌的遗传分析和基因定位
contents
目录
• 细菌遗传学基础 • 细菌遗传分析技术 • 基因定位技术 • 医学中细菌遗传和基因定位的应用 • 未来展望与挑战
01 细菌遗传学基础
细菌基因组结构
01
02
03
环状染色体
细菌的基因组通常由一个 环状染色体组成，其大小 通常在数百万至数千万碱 基对之间。
因功能研究和基因克隆等。
04 医学中细菌遗传和基因定 位的应用
病原菌的遗传特征分析
病原菌的遗传特征分析有助于了解病 原菌的传播途径、变异规律和致病机 制，为疾病的预防和治疗提供科学依 据。
通过全基因组测序等技术手段，可以 全面揭示病原菌的基因组结构和变异 情况，为快速诊断和有效控制疾病提 供支持。
抗生素抗性的遗传基础
抗生素抗性的遗传基础研究有助于发 现新的抗生素药物靶点，为开发新型 抗生素提供理论支持。
通过研究病原菌对不同抗生素的抗性 机制，可以了解抗性基因的传播方式 和抗性进化规律，为制定有效的抗感 染治疗方案提供依据。
疾病与基因变异的关系研究
疾病与基因变异的关系研究有助于发现新的疾病易感基因和致病基因，为疾病的 预测、预防和治疗提供新思路。
公平获取资源
第七章 细菌的遗传分析
7细菌的遗传分析 细菌（bacteria）、放线菌（actinomycetes）和蓝细菌（cyanobacteria）等均属于原核生物（prokaryotes）。
这类生物的主要特征是没有核膜，其核基因组是由一个裸露的环状DNA分子构成，因此称为拟核（nucleoid），原核细胞（prokaryocyte）也由此而得名。
该基因组编码功能相关蛋白质的基因或相互协同调节作用的几个基因往往成簇排列成一个操纵子。
细胞内没有以膜为基础的细胞器，也不进行典型的有丝分裂和减数分裂。
因此它们的遗传物质传递规律和重组机制与真核生物不完全相同。
由于细菌是单细胞生物，结构简单，繁殖力强，分布广，世代周期短，个体数量多，在正常条件下，完成一个世代仅20min，较容易诱变和筛选各类突变型。
细菌不仅是许多病毒的宿主细胞，而且有自身的遗传特性，又易于培养建立纯系和长期保存等优点，已成为遗传学研究中常用的实验材料之一。
特别是大肠杆菌的研究与应用最为广泛和深入，遗传背景也较清楚，基因组测序也是最早完成的生物之一，碱基对为4639229bp，预测基因数4377，其中4290编码蛋白，其余编码RNA。
许多基因不仅已定位在染色体上，而且对其功能的研究也较深入。
为此本章主要以大肠杆菌为材料，讨论细菌的遗传物质的传递规律与染色体作图以及细菌同源重组的分子机制。
153 7畅1 细菌的细胞和基因组7畅1畅1 细菌的细胞 细菌包括真细菌（eubac teri a ），如大肠杆菌（Escherchi a co li ）和古细菌（archaebacteri a ），如詹氏甲烷球菌（M ethanococcus jannaschii ）。
这些细菌以多种形态存在：球菌（cocc i ）、杆菌（bacilli ）和螺旋菌（sp i 唱rilla ）等。
其大小随种类不同而异，杆菌以长和宽表示，一般长为1～5μm ，宽0畅5～1μm ；球菌以直径大小表示，一般为0畅5～1μm ；螺旋菌是测量其弯曲形长度，一般长为1～50μm ，直径为0畅5～1μm 。
细菌的遗传分析
*
（六）大肠杆菌的染色体呈环状
从上表中可以看出，转移顺序的差异是由于各Hfr之间转移的原点（O）和转移的方向不同所致。
该实验说明F因子和细菌DNA都是环状的，F因子插入环状染色体的不同位置形成不同的转移原点和转移方向。
*
（六）大肠杆菌的染色体呈环状
*
三、性导（sexduction） （一）F’因子 整合到细菌中的F因子也可以重新离开染色体，成为独立的环。这个过程是整合的逆过程，称为环出（looping out）。 F因子在环出过程中并不是完全准确无误的，往往连同部分染色体片段一同离开。 部分染色体DNA与F DNA的杂合环称为F’因子。
*
（四）细菌的交换过程
这样，重组后的F－细菌不再是部分二倍体，而是单倍体，得到的重组体的类型只有一个，而不是两个，相反的重组体是不能存活的（例如有＋＋，没有――）。
*
（五）用中断杂交技术作连锁图
Wollman和Jacob用中断杂交实验了解接合过程中基因转移的顺序和时间，从而绘制出连锁图。
根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图的技术，称为中断杂交技术。
*
（一）杂交实验
1946年，Leaderberg和Tatum发现E.coli可以通过接合交换遗传物质。选用两个不同营养缺陷型的E.coli菌株，A和B。A菌株需要在基本培养基中补充甲硫氨酸（met）和生物素（bio） ，B菌株需要在基本营养培养基上补充苏氨酸（thr）和亮氨酸（leu）才能生长。采用多营养缺陷型是为了防止回复突变干扰试验结果。
*
黎德伯格和塔特姆接合试验
*
黎德伯格和塔特姆接合试验
A和B均不能在基本培养基上生长，但若将A和B在完全液体培养基上培养几个小时以后再涂布在基本培养基上，就能长出一些原养型（met+bio+thr+leu+）的菌落。细菌的野生型又称为原养型。
（六）大肠杆菌的染色体呈环状
从上表中可以看出，转移顺序的差异是由于各Hfr之间转移的原点（O）和转移的方向不同所致。
该实验说明F因子和细菌DNA都是环状的，F因子插入环状染色体的不同位置形成不同的转移原点和转移方向。
*
（六）大肠杆菌的染色体呈环状
*
三、性导（sexduction） （一）F’因子 整合到细菌中的F因子也可以重新离开染色体，成为独立的环。这个过程是整合的逆过程，称为环出（looping out）。 F因子在环出过程中并不是完全准确无误的，往往连同部分染色体片段一同离开。 部分染色体DNA与F DNA的杂合环称为F’因子。
*
（四）细菌的交换过程
这样，重组后的F－细菌不再是部分二倍体，而是单倍体，得到的重组体的类型只有一个，而不是两个，相反的重组体是不能存活的（例如有＋＋，没有――）。
*
（五）用中断杂交技术作连锁图
Wollman和Jacob用中断杂交实验了解接合过程中基因转移的顺序和时间，从而绘制出连锁图。
根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图的技术，称为中断杂交技术。
*
（一）杂交实验
1946年，Leaderberg和Tatum发现E.coli可以通过接合交换遗传物质。选用两个不同营养缺陷型的E.coli菌株，A和B。A菌株需要在基本培养基中补充甲硫氨酸（met）和生物素（bio） ，B菌株需要在基本营养培养基上补充苏氨酸（thr）和亮氨酸（leu）才能生长。采用多营养缺陷型是为了防止回复突变干扰试验结果。
*
黎德伯格和塔特姆接合试验
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黎德伯格和塔特姆接合试验
A和B均不能在基本培养基上生长，但若将A和B在完全液体培养基上培养几个小时以后再涂布在基本培养基上，就能长出一些原养型（met+bio+thr+leu+）的菌落。细菌的野生型又称为原养型。
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7章 细菌的遗传分析
以1/107的频率长出原养型
菌落，而单独的A和B则不
能在基本培养基上生长。
实验结果可能的解释：
1. A、B两个菌株之间发生杂交导致某种形式的遗传重组？
2. 原养型菌落的出现不一定是基因型的改变，可能是培养上
的互补，即一些物质从一个品系பைடு நூலகம்细胞中泄漏出来而被另
一个品系的细胞所吸收？
3. 还是另一种可能，是基因型的改变，但不一定是由于两个
一碳源的基本培养基中，而野生型Lac＋细菌都能利用乳糖。
Lac－表型可能是因为lacZ＋或lacY＋基因发生突变，分别产生
了基因型为lacZ－或lacY－的突变型菌株。这种菌株显然亦是
条件致死突变型。
（3）抗性突变型（ resistant mutants）
细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或抗生素产生抗性（
：
1、细菌的遗传物质的传递规律
2、细菌染色体作图
3、细菌同源重组的分子机制
7.1 细菌的细胞和基因组
7.1.1 细菌的细胞
7.1.2 细菌的基因组
7.1.1 细菌的细胞
E. coli 细胞
E. coli 的拟核 nucleoid
E. coli 的菌落colony
细菌:
真细菌（eubacteria）如大肠杆菌（Escherchia coli
而其细胞长度约为2 μm 、宽1μm ，必须压缩最少1 000倍后
才能装入细胞中。
对拟核成分分析表明，DNA占80％，其余为RNA和蛋白质。
已分离出HU、H1等DNA结合蛋白，类似于真核染色体的结
构蛋白，可能与结构域的形成有关。大肠杆菌拟核中约有100
个结构域，每个相当于40 kb，各个结构域具有相对的独立性
菌落，而单独的A和B则不
能在基本培养基上生长。
实验结果可能的解释：
1. A、B两个菌株之间发生杂交导致某种形式的遗传重组？
2. 原养型菌落的出现不一定是基因型的改变，可能是培养上
的互补，即一些物质从一个品系பைடு நூலகம்细胞中泄漏出来而被另
一个品系的细胞所吸收？
3. 还是另一种可能，是基因型的改变，但不一定是由于两个
一碳源的基本培养基中，而野生型Lac＋细菌都能利用乳糖。
Lac－表型可能是因为lacZ＋或lacY＋基因发生突变，分别产生
了基因型为lacZ－或lacY－的突变型菌株。这种菌株显然亦是
条件致死突变型。
（3）抗性突变型（ resistant mutants）
细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或抗生素产生抗性（
：
1、细菌的遗传物质的传递规律
2、细菌染色体作图
3、细菌同源重组的分子机制
7.1 细菌的细胞和基因组
7.1.1 细菌的细胞
7.1.2 细菌的基因组
7.1.1 细菌的细胞
E. coli 细胞
E. coli 的拟核 nucleoid
E. coli 的菌落colony
细菌:
真细菌（eubacteria）如大肠杆菌（Escherchia coli
而其细胞长度约为2 μm 、宽1μm ，必须压缩最少1 000倍后
才能装入细胞中。
对拟核成分分析表明，DNA占80％，其余为RNA和蛋白质。
已分离出HU、H1等DNA结合蛋白，类似于真核染色体的结
构蛋白，可能与结构域的形成有关。大肠杆菌拟核中约有100
个结构域，每个相当于40 kb，各个结构域具有相对的独立性
细菌遗传分析
第四章细菌和病毒的遗传(一) 名词解释：1.原养型：如果一种细菌能在基本培养基上生长，也就是它能合成它所需要的各种有机化合物，如氨基酸、维生素及脂类，这种细菌称为原养型。
2.转化(transformation)：指细菌细胞（或其他生物）将周围的供体DNA，摄入到体内，并整合到自己染色体组的过程。
3.转导：以噬菌体为媒介，把一个细菌的基因导入另一个细菌的过程。
即细菌的一段染色体被错误地包装在噬菌体的蛋白质外壳内，通过感染转移到另一受体菌中。
4.性导(sexduction)：细菌细胞在接合时，携带的外源DNA整合到细菌染色体上的过程。
5.接合(coniugation)：指遗传物质从供体—“雄性”转移到受体—“雌性”的过程。
6.Hfr菌株：高频重组菌株，F因子通过配对交换，整合到细菌染色体上。
7.共转导（并发转导）(cotransduction)：两个基因一起被转导的现象称。
8.普遍性转导：能够转导细菌染色体上的任何基因。
9.]10.局限转导：由温和噬菌体（λ、）进行的转导称为特殊转导或限制性转导。
以λ噬菌体的转导，可被转导的只是λ噬菌体在细菌染色体上插入位点两侧的基因。
11.att位点：噬菌体和细菌染色体上彼此附着结合的位点，通过噬菌体与细菌的重组，噬菌体便在这些位点处同细菌染色体整合或由此离开细菌染色体。
12.原噬菌体(prophage)：某些温和噬菌体侵染细菌后，其DNA整合到宿主细菌染色体中。
处于整合状态的噬菌体DNA称为～～。
13.溶原性细菌：含有原噬菌体的细胞，也称溶原体。
14.F＋菌株：带有F因子的菌株作供体，提供遗传物质。
(二) 是非题：1.在大肠杆菌中，“部分二倍体”中发生单数交换，能产生重组体。
（）2.由于F因子可以以不同的方向整合到环状染色体的不同位置上，从而在结合过程中产生不同的转移原点和转移方向。
（）3.受体细菌可以在任何时候接受外来的大于800bp的双链DNA分子。
（）4.在中断杂交试验中，越早进入F-细胞的基因距离F+因子的致育基因越远。
细菌的遗传分析
大肠杆菌的突变型及筛选
有关的几个概念
基本培养基(minimal medium） ： 凡能满足某一菌种野生型菌株营养要求的最低成分的组合 培养基。 完全培养基（complete medium) ： 凡可满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或者半天然 培养基。完全培养基营养丰富，全面，一般可在基本培 养基中加入富含氨基酸，维生素和碱基之类的天然物质 配制而成。
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。
F’因子使细菌带有某些突出的特点：
F’因子转移基因比率极高，如同F+因子转移 比率； F’因子的自然整合率极高，并且整合在一定 的座位上。因为携带有与细菌染色体一样的同 源区段；而正常F因子可在不同座位整合。
菌细胞与F因子
F´因子– 整合到染色体上的F因子,在切除中带 有部分染色体片段,是带有部分染色体的附件体 F+菌株(Lfr菌株) : 带有F因子的菌株作供体,提 供遗传物质,F因子转移频率很高，染色体不转 移 F-菌株: 不带有F因子的菌株,受体,接受遗传物 质 Hfr菌株:高频重组菌株,F因子通过配对交换,整 合到细菌染色体上,细菌结合时部分或全部染色 体传递给受体
有关的几个概念
一、基因和基因产物的符号 1) 基因型：３个字母，小写，斜体，右上字 母表示野生/突变、抗性/敏感性
gal (基因型 可以利用半乳糖 野生型) gal 、 gal (基因型 半乳糖突变型)
2) 表型：３个字母，正体，第一字母大写， + Gal Gal 、Gal
-
+
有关的几个概念
Amp 表型为氨苄青霉素抗性 AmpS 表型为氨苄青霉素敏感 ３） 特定的突变型以它们被分离的前后顺 序编号来表示（编号正写）：gal K32 ４） 一个操纵子有多个结构基因:在基因座 名称后用正写大写字母表示： Lac Z、Lac Y、 Lac A （结构基因） Lac Z、Lac Y、 Lac A （基因产物）
细菌的遗传分析
总数
202
208
372
202+208-372 = 38 9.3+0.95=10. 25
38/ 4000=0.95%
THE END
生物工程10-1班 周志丹 1068121105
粗糙脉孢菌Lys+×Lys-杂交子代子囊类型
(1) 子 囊 类 型 子囊型 分裂类 型 + + 105 M1 (2) + + 129 M1 (3) + + 9 M2 (4) + + 5 M2 (5) + + 10 M2 (6) + + 16 M2
未交换型
交换型
３、分裂模式
第一次分裂模式（ＭⅠ模式）：没有
2、nic 和 ad 分别位于着丝点的两侧还是同侧
如果n、a在异侧上，则PD与NPD都是 由双交换形成，因而PD与NPD的频率相
等。但是，表1的实验数据显示，同处
MⅡMⅡ的PD子囊数为90，同处 MⅡMⅡ的NPD子囊数为1，PD多于
NPD。于是n、a在同侧。
着丝粒 ~ nic 之间发生交换的子囊为 101 着丝粒~ ad 之间发生交换的子囊为186
4、作图：
0 nic
5.05 cM
ade
5.25cM
9.3cM<10.25cM
10.25cM－9.30cM=0.95cM， 0.95%为双交换率值。
RF（着丝粒-nic） =[(4)(5)(6)(7) ÷1000] × 1/2 × 100% =[ (5+90+1+5) ÷1000]×1/2 = 5.05 % RF（着丝粒-ad） = [(3) (5) (6) (7) ÷1000] × 1/2 × 100% =[ (90+90+1+5) ÷1000]×1/2 = 9.30 % 1、nic 和ad 这两个基因是否连锁 ?
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4 高频重组菌株Ｈfr
Hfr的Ｆ因子转移特点: (1)F整合后呈线状； (2)转移起点0位于中间； (3)先转移F因子的一部分, F的后面部分最后转移。
四 细菌基因重组的特点
１ 部分二倍体:指含有一个 完整基因组和部分基因组 的细胞.(半合子) 内基因子: 外基因子: ２ 细菌基因重组的特点: (1)细菌基因重组是在部分 二倍体中进行; (2)只有偶数交换才产生有 活性的重组体; (3)相反的重组体不出现.
２）Hayes 的解释
（1）细菌是有性别的,细菌的性别是由性因子(F) 决定的, F+♂, F- ♀ （2）F因子可以自发地丢失或者得到, -Ｆ F +♂ F- ♀ +Ｆ （3）杂交时产生重组体,双亲之一必需是F+; F+ X F- → 重组体 质 粒: 指任何染色体以外的遗传结构。 附加体: 在细胞中或以游离状态或与染色体相结 合状态存在的遗传结构。
影印接种
azi
Ton
lac
gal ┆
Hfr的未选择性标记基因进入F-所需时间 转入时间 转移的Hfr基因 出现在F-中的频率 （分钟） 8` thr+(选择性标记) 100% 8.5` leu+(选择性标记) 100% 9` azir开始出现在F11` tonr开始出现在F- azir已达30% 18` lac+开始出现在F- azir达90%，tonr达75% 25` gal+开始出现在F- azir达95%，tonr达80% lac+达30%
第四节
中断杂交与重组作图
一 中断杂交实验作图
1中断杂交实验 Hfr thr+ leu+ azir Tonr lac+ gal+ strs X F- thr- leu- azis tons lac- gal- strr
选择培养基 加str
9′ ↓
11′ ↓ ↓
18′ ↓ ↓ ┆
25′ ↓ ↓ ┆
无thr,leu
基本概念：
1、转化：从细菌培养物提取DNA可以在体外 转移到受体菌中，该过程称为转化。 2、转染：人工利用噬菌体进行外源DNA的重 组拼接，同时利用细菌对外源DNA的吸收过 程，转移目的基因的过程。
供体 DNA + E.coli B 基因组 E.coli B
ห้องสมุดไป่ตู้共培养
细菌需具备感受态：氯化钙和低温处理
3、转导：利用噬菌体感染细菌的特性，将外源 DNA整合至噬菌体基因组，并随噬菌体感染细 菌过程，导入至受体细菌中的过程
3 转化、互养的排除—U 型管试验
菌株A B菌株
基本培养基 无 无 结论:1: 野生型不是转化或互养产生的; 2:两菌株细胞的直接接触对野生型的产生是必要的. 证明：细菌发生了基因重组
二 Ecoli性别的发现
1 Hayes 的实验 A: met-bio-thr+leu+thi+strs met-bio-thr+leu+thi+ ♂ strr X 加链霉素 B: met+bio+thr-leu-thi-strr X 加链霉素 ♀ ↓ met+bio+thr-leu-thi-strs
二 细菌的突变型
(一)合成代谢功能的突变型:（营养缺陷型） (二)分解代谢功能的突变型： (三)抗药性突变型: 青霉素: penr, pens penicillin 链霉素: strr, strs Streptomycin 抗性: resistance （四）抗噬菌体突变型 敏感 : sensitive T1噬菌体 Tonr Tons T2噬菌体 Ttor Ttos
三 突变型的筛选 例如： 营养缺陷型的筛选: u.v 野生型细菌 完全培养基： 影印培养 基本培养基： 补充培养基 ： 氨基酸类 维生素类 系列氨基酸 补充培养基：赖氨酸 脯氨酸 精氨酸….
第三节 细菌的接合与染色体作图 一 细菌的接合 １经典的杂交实验 1946年 Lederberg; Tatum 品系A 品系B 基因型: met-bio-thr+leu+thi+ X met+bio+thr-leu-thi↓ ↓ ↓ 基本培养基: 无菌落 有10-7 无菌落 2 出现野生型菌落的可能原因： 回复突变；转化；互养； 细菌间发生了基因重组
三 Ｆ因子与高频重组 1 F基因子的结构
２Ｆ因子的整合与切割
3 F因子状态与遗传物质转移特点 Ｆ因子状态 游离 整合
菌株类型 Ｆ+ Fˊ Ｈf r Ｆ菌株性别 ♂ ♀ 杂交类型 Ｆ+ＸＦFˊＸＦ- ＨfrＸＦ- Ｆ-ＸＦ 不能进行 传递特点 只转移Ｆ 转移Ｆ因 极少转移Ｆ 因子不转 子，还转 因子,大量 移细菌基因。 移细菌个 转移细菌基 别基因。 因。
第二节 大肠杆菌的突变型及筛选 一 细菌作遗传研究材料的优点 1 有许多营养缺陷型 ,且易于选择和鉴定 2 生活周期短 : 繁殖快,积累代谢物质多； 基本培养基 补充培养基 3 繁殖快 ,数量大,易发现和鉴定突变型； 完全培养基 4 结构简单 : DNA裸露,单倍性,利于基因精 选择培养基 细结构和基因功能表达调控的研究
+ 噬菌体基 因组 大肠杆菌基因组
4、性导：细菌之间通过有性接合，转移遗传因 子的过程，是通过致育因子F因子介导将供体细 菌DNA片段输入到受体细菌中而形成一个部分 二倍体的过程。
第一节 细菌的细胞和染色体
一 细菌细胞 大小：1-2 m； 繁殖方式：二裂式均等分裂，1代/20min。 二 细菌染色体 P156 表7-1 1 结构: 环状双链DNA，单倍性，以折叠或螺旋状态存在； 2 大小：长约250-35000m(未螺旋)； 3 复制方式：着膜式复制。 分裂特点：均等分裂，无基因重组。
↓
基本培养基:出现菌落 2 结果得出结论: (1) Ecoli有相当于高等生物的性别 (2) Ecoli的遗传物质是由♂→♀单向传递的.
无菌落出现
3 F因子的发现 １）Hayes实验 品系A strs ♂ ↓突变 (- F) 品系B strr♀ X A strS 突变型 “♂“ (F-) ↓加链霉素 ↓ 不育 Astrr “♂” X A strs♂ ↓加链霉素 品系B strr♀ X A strr♂ (+F) ↓ 重组体