第六章 细菌的遗传分析

A: Hfr FHfr B: FHfr C: F-
lac+ ade+ lac- adelac+ ade+ lac- adelac+ ade+ lac- ade-
F- lacF- lac+
adeade+
F- lac- ade+
A：外基因子与内基因子之间未发生重组；B： lac- ade 两基因之 外发生双交换；C： lac- ade 两基因间发生交换产生重组子。 ●重组率=lac-ade+/(lac+ ade+)+(lac- ade+)×100% =22%
第三节 细菌的接合与染色体作图
• 一 、大肠杆菌性别的发现 大肠杆菌Ｋ12中有两个这样的菌株：
A菌株：met-bio-thr+leu+thi+ B菌株：met+bio+thr-leu-thiA strs菌株× B strr菌株 A strr菌株× B strs菌株 基本培养基 基本培养基 产生原养型 产生原养型 A strs菌株× B strr菌株 A strr菌株× B strs菌株 链霉素培养基 链霉素培养基 产生原养型 不产生原养型
细菌重组的特点
-（a）：接合后形成的部分二倍体，包括外基因子和内基因子； （b）：内基因子和外基因子之间单交换形成一个线性染色体；
（c）：双交换形成一个完整的重组染色体和一个游离片段，这一 片段随以后的分裂而丢失。
• 可见：原核类中的交换并不像真核生物那样
在两整套基因组间进行，而是在一完整的基因
• 二、F因子与高频重组 大肠杆菌中供体与受体的区别：是否具有一种 微小的质粒---F因子（F factor或 F element)， 又称性因子或致育因子。供体含有F因子，此 菌株就称为F+，受体不含F因子，此菌株就称 为F- 。
原点 转移起始点
致育基因
使它具有感染性，其中一些编 码F纤毛（性馓毛）
0 OHale Waihona Puke Baidu
5
10
15 lac
20
25 gal
min
az Ti
E.coli中断杂交作图
基因距离以分钟为单位 • 同一个Hfr菌株的转移的起始点在以及转移顺序在不同 实验中都是相同的。但一个F+品系可产生许多Hfr品系， 这是因为F因子在细菌染色体上有许多插入位点而且其 插入取向不同而形成的。用这些不同Hfr菌株进行中断 杂交实验，则它们的转移起点、基因转移顺序以及转 移方向都不相同。
• 二、中断杂交作图 中断杂交实验结果
基因
thr+ leu+ azs Tis lac+ gal+
转入时间（ min）
8 8.5 9 11 18 25
频率
100 100 90 70 40 25
不同基因在F-中出现的时间和达到的稳定转移 频率不同，表明它们同转移起始点之间，以及 它们之间的顺序和距离不同。
• 其它突变类型的筛选、鉴定：
– 对于其它的突变类型(如温度敏感型)，也可以通过 培养条件的选择培养来筛选与鉴定。
• 选择培养法一次可鉴定、筛选一种突变型，但 要检测分离含有多种突变型的混和菌株，仅采 用选择培养法要进行多次试验才能够达到目的、 效率太低。 • 为高效检测、分离混和群体中不同突变型，黎 德伯格夫妇设计了影印培养法。 – 该方法原理与选择培养法一致，但是采用影 印法将在完全培养基上单菌落同时接种到不 同选择培养基上同时对所有菌落进行选择培 养，鉴定效率大大提高。
第六章 细菌的遗传分析
• 真核生物基因分离、自由组合及连锁交换均通 过有性过程(减数分裂——受精)实现。细菌和 病毒均属于原核生物不存在严格意义上的有性 过程。 • 但细菌细胞内除了染色体外还有一些寄生性复 制因子(如噬菌体和质粒，也被称为核外或染 色体外因子)，它们可以在细胞间传递，并且 形成细菌染色体间以及细菌染色体与核外遗传 因子间的重组体。
配对区域
与受体染色体上同源序列配对，交换整合 到受体菌中，成为受体染色体的一部分
F因子及其在杂交中的行为
• F+品系称为低频重组（low frequency recombination，Lfr)：F因子转移频率很高， 但两者染色体之间重组频率很低，大约是每百 万个细胞发生一次重组。 • Hfr品系称为高频重组（ high frequency recombination，Hfr）：因为Hfr细胞与F-细胞 接合后可以将供体染色体的一部分或全部传递 给受体F-，当供体和受体的等位基因带有不同 标记时，在她们之间就可以发生重组，重组频 率可达到0.01以上。
猛烈搅拌以中断接合中的细菌，然后分析受体 菌的基因型，这是在大肠杆菌等细菌中用来测 定基因位置的一种方法。
• 中断杂交试验（interrupted mating experiment）研究细菌接合过程中基因转 移状况的一种遗传学实验方法。将接合 中的细菌按不同时间取样，并将样品放 入搅拌器内猛烈搅拌，以打断细菌的接 合管，终止接合。由于接合时间不同， 不同长度的细菌染色体（基因组）从供 体转移到受体，分析受体的基因型即可 知细菌染色体的基因转移顺序，以确定 细菌染色体上基因位置（包括基因顺序 和距离）。
• 限量补充培养法： 把诱变处理后的细胞 接种在含有微量（＜0.01%）蛋白胨的 基本培养基平板上，野生型细胞就迅速 长成较大的菌落，而营养缺陷型则缓慢 生长成小菌落。若需获得某一特定营养 缺陷型，可再在基本培养基中加入微量 的相应物质。 在基本培养基中加入抗生 素，野生型菌株被杀死，营养缺陷型不 能在基本培养基中生长而被保留下来。
组（ F-内基因子）与一不完整的基因组（ Hfr
外基因子）间进行，即在部分二倍体间进行。
因此，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。
第四节 中断杂交与重组作图
• 一、中断杂交实验原理
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。 Wollman和Jacob 于1954年在大肠杆菌中曾进行了以下杂交实验： Hfr：thr+leu+azsTislac+gal+strs× F-:thr-leu-azrTirlac-galstrr把接合中的细菌在不同时间取样，并把样品
• 三、细菌重组的特点
Hfr细胞和F- 细胞之间的接合管常会自发断裂，进入 的Hfr染色体也随之断裂，一般说很少有整条Hfr染色 体转入F- 细胞的，因此： （一） F- 细胞得到的只是F因子的一部分，F因子其余部 分依赖于整条Hfr染色体的转移，这样Hfr ×F- 杂交中 选出的大多数重组子仍为F-。 （二） F- 受体细胞只接受部分的供体染色体，这样的细 胞就称为部分二倍体（partial diploid)或称为半合子 (merozygote)。供体与受体的重组是内基因子（ F- 染 色体DNA）与外基因子（ Hfr部分染色体DNA）的同 源部分配对、交换，产生重组子。其中单交换产生的 是不平衡的部分二倍体线性染色体，而双交换产生的 是有活性的环状重组子和片段。
• （二）分解代谢功能的突变型（catabolic functional mutants):条件致死突变型。 分解代谢功能（ anabolic function）：野生型 大肠杆菌能利用比葡萄糖复杂的不同碳源，因 为它能把复杂的糖类转化成葡萄糖或其他简单 的糖类，也能把复杂分子如氨基酸或脂肪酸降 解为乙酸或三羧酸循环的中间产物。这些降解 功能称~。 同样，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。
• 蛋白胨:是一种外观呈淡黄色的粉剂，具 有肉香的特殊气息。它作为微生物培养 基的主要原料，在抗生素，医药工业， 发酵工业，生化制品及微生物学科研等 领域中的用量均很大；不同的生物体需 要特定的氨基酸和多肽，因此存在各种 蛋白胨，一般来说，用于蛋白胨生产的 蛋白包括动物蛋白（酪蛋白、肉类）和 植物蛋白（豆类）两种。
• 注意：
– (1)最初的培养基必须是非选择性的， 即各种突变型都能够在其上生长； – (2)必须采用适当的方法如涂布或划线 法，以使培养物菌落之间要分开。
影印培养法：
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….
第二节 大肠杆菌的突变型及筛选
• 一、大肠杆菌的突变类型
（一）合成代谢功能的突变型（anabolic
functional mutants) : 合成代谢功能(anabolic function):野生型（原养 型）品系在基本培养基上具有合成所有代谢和 生长所必须的复杂有机物的功能。 营养缺陷型：一个必需的基因发生了突变不能 进行一个特定的生化反应，从而阻碍整个合成 代谢功能的实现。 条件致死突变
• 三、重组作图 • 如果2个基因间的转移时间<2min则用中断杂交作图不
可靠，应采用传统的重组作图法。 ●杂交 Hfr lac+ade + ×F-lac- adelac -乳糖不发酵 ade-腺嘌呤缺陷型 用完全培养基但不加腺嘌呤，可选出F-ade+的菌落 ●由于lac+ ade +近，两者相继进入时间相距很短，难以 准确界定，所以只能根据产物确定。（已知两基因紧 密连锁，且lac+ 先进入F- 受体） ●如果选出ade+同时也选出lac+ ，说明lac- ade 间没有发 生过交换；如果是lac-ade+说明发生交换。
•
两个位点之间的时间单位约为1min，可见1个时间单位（分钟） 大约相当于20%的重组值 。 • 用重组率与中断杂交法测的基因距离大致符合的，根据接合的 实验，用中断杂交法基因重组等方法已绘制出大肠杆菌K12环状 遗传图（图7-10C）。
第五节 F’因子与性导
一 F`因子与F`菌株
Hfr F+因子的时候，F因子偶尔可能获得细 菌染色体的一部分,而保留着对遗传地点的“记
忆”。这种带有部分细菌染色体的F因子称F’
因子。当F’因子再整合到细菌染色体时，它就
只能在原来的地点配对、交换而插入其中，而
不能象F因子那样可以在任何位点整合。 F`菌株：指带有F`因子的细菌。
• 二、性导 F’因子转入受体细胞后，由于引入体细胞 的部分基因，从而形成部分二倍体，这 种利用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 （sexduction或F’---duction ）
– 这种重组体结构类似于真核生物减数分裂过程中形 成的重组体结构。
第一节 细菌的细胞和染色体
• 一、细菌细胞 细胞比较小，仅含有1-2条染色体，每条附着在细胞膜 上的一定区域，无核膜，称拟核。细菌每20分钟繁殖 一代 • 二、细菌染色体 大都是双链DNA环状结构，长度从25~35000不等，裸 露，无蛋白质结合，也不形成核小体，所以其染色体 的显著特点是：易于接受带有相同或不同物种的基因 或DNA片段的插入。 大肠杆菌染色体DNA以折叠或螺旋状态存在，且依赖 于RNA分子的作用。（P156）
• 原因解释：菌株A相当于雄性，是遗传物质
的供体（donor) ，而菌株B相当于雌性，是遗 传物质的受体。所以在含有链霉素的培养基中， Astrs菌株× Bstrr菌株这一杂交组合可以得到原 养型，原因是供体虽然对链霉素敏感，细胞不 能分裂，但并不影响供体的基因转移；受体对 链霉素有抗性，所以不影响细胞分裂，也不影 响接受外源遗传物质发生重组，从而出现原养 型菌落。而反交（A strr菌株× B strs菌株）就 不能得到原养型，因为受体对链霉素敏感，虽 然供体转移遗传物质，但受体细胞不能分裂， 所以不能重组成原养型菌落。
• （三）抗性突变型：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。
• 二、突变型的筛选
• 营养缺陷型的筛选、鉴定：
– 选择培养法是根据菌株在基本培养基和营养（补充） 培养基上的生长表现将菌株分为原养型(也称为原生 营养型)与营养缺陷型(在基本培养基上不能正常生 长，只能在相应的营养培养基上生长)。
补充知识 • 基本培养基：凡能满足某一菌种野生型 和原养型菌株营养要求的最低成分的组 合培养基。 • 完全培养基：在基本培养基中加入一些 富含生长因子的物质，以满足该微生物 各种营养缺陷型要求。 • 补充培养基：在基本培养基中有针对性 地加上某一种或几种其自身不能合成的 成分，以满足相应营养缺陷型生长的培 养基。