第二节 细菌的遗传分析
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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）
细菌的遗传与变异ppt课件
第二章 细菌的遗传与变异
1
遗传(heredity)：细菌子代与亲代在
生物学性状上的相似性。
变异(variation)：细菌子代与亲代
之间存在某些性状上出现的差异性。
2
第一节 细菌变异现象
形态与结构变异
菌体形态的变异 特殊构造的变异
菌落变异 毒力变异 耐药性变异
3
菌体形态的变异
青霉素、溶菌酶
卡介苗
13年(230代)
7
耐药性变异
细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药。 多重耐药性，甚至产生药物依赖性。
8
第二节 细菌遗传变异的物质基础
1.细菌的染色体(chromosome) 2.质粒(plasmids) 3.噬菌体(bacteriophages/phages) 4.转位因子（transposable element） 5.整合子（integron）
9
一、细菌的染色体
主要特点 1.不形成染色体结构 2.基因的连续性 3.结构基因单拷贝，rRNA基因等多拷贝
10
二、质粒(plasmids)
主要特点 1.能自我复制并传给子代，有些质粒可整合到细
菌核质DNA上。 2.可从一个菌转移到另一个菌。 3.质粒可自行丢失。 4.质粒赋予细菌某些重要的生物学性状。
23
温和噬菌体
24
整 合 在 细 菌 DNA 上 的 噬 菌 体 基 因 称 前 噬 菌 体 （prophage）。
带有前噬菌体的细菌称溶原性细菌（lysogenic bacteria ）。
前噬菌体存在于细菌内，导致细菌基因和性状发 生改变，这种现象称溶原性转换。
温和噬菌体有溶原性周期和裂解周期。 毒性噬菌体只有裂解周期。
11
1
遗传(heredity)：细菌子代与亲代在
生物学性状上的相似性。
变异(variation)：细菌子代与亲代
之间存在某些性状上出现的差异性。
2
第一节 细菌变异现象
形态与结构变异
菌体形态的变异 特殊构造的变异
菌落变异 毒力变异 耐药性变异
3
菌体形态的变异
青霉素、溶菌酶
卡介苗
13年(230代)
7
耐药性变异
细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药。 多重耐药性，甚至产生药物依赖性。
8
第二节 细菌遗传变异的物质基础
1.细菌的染色体(chromosome) 2.质粒(plasmids) 3.噬菌体(bacteriophages/phages) 4.转位因子（transposable element） 5.整合子（integron）
9
一、细菌的染色体
主要特点 1.不形成染色体结构 2.基因的连续性 3.结构基因单拷贝，rRNA基因等多拷贝
10
二、质粒(plasmids)
主要特点 1.能自我复制并传给子代，有些质粒可整合到细
菌核质DNA上。 2.可从一个菌转移到另一个菌。 3.质粒可自行丢失。 4.质粒赋予细菌某些重要的生物学性状。
23
温和噬菌体
24
整 合 在 细 菌 DNA 上 的 噬 菌 体 基 因 称 前 噬 菌 体 （prophage）。
带有前噬菌体的细菌称溶原性细菌（lysogenic bacteria ）。
前噬菌体存在于细菌内，导致细菌基因和性状发 生改变，这种现象称溶原性转换。
温和噬菌体有溶原性周期和裂解周期。 毒性噬菌体只有裂解周期。
11
细菌的遗传分析 优秀课件
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。
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。
第二节细菌的遗传分析
关于转化,将在遗传的分子基础中讲 解。
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2
二、接合（conjugation）
• 在原核生物中，两个细胞在相互接触过程中， 遗传物质从一个个体转移到另一个个体的现象 称为接合。 输出遗传物质的个体称为供体（donor）， 又称为“雄性”。接受外源遗传物质的个体称 为受体（receptor），又称为雌性。 E.coli（大肠杆菌）是遗传学研究中应用最 为广泛的细菌。野生型的E.coli可以在只含有盐 类和葡萄糖的简单培养基上生长。
2020/4/16
4
黎德伯格和塔特姆接合试验
2020/4/16
5
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。
• 这种原养型菌落的出现是由于营养上的互 补，还是由于两种不同类型细胞直接接触 而交换了遗传物质的结果呢？
第二节 细菌的遗传分析
细菌与细菌之间的遗传物质的交流 （拟有性过程）有四种不同的方式：
一、转化 二、接合（杂交） 三、性导 四、转导
2020/4/16
1
一、转化（Transformation）
• 细菌通过细胞膜摄取周围环境中DNA片 段，并通过重组将其整合到自身染色体 中的过程，称为转化。
当外源DNA进入宿主后，使宿主产 生新的表现型时就能测知转化的发生。
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10
F 因子的存在状态
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11
（二）F因子
• F因子处于自主状态时，可以不依赖宿主细胞 的染色体而独立复制（每个F+细胞只有一个F 因子）。据研究，F因子至少包含有15个基因， 其中有的基因控制F（或性）伞毛（F pillus） 的形成，F伞毛是F+细胞表面伸出的一种长附 属物。F+与F+之间互不理睬，但F+和F－一旦 相互接触，F伞毛就变成了两个细胞之间原生 质的通道，叫做结合管（conjugation tube）。 F+细胞中的F因子由结合管向F－传递，使F－变 成F+。
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二、接合（conjugation）
• 在原核生物中，两个细胞在相互接触过程中， 遗传物质从一个个体转移到另一个个体的现象 称为接合。 输出遗传物质的个体称为供体（donor）， 又称为“雄性”。接受外源遗传物质的个体称 为受体（receptor），又称为雌性。 E.coli（大肠杆菌）是遗传学研究中应用最 为广泛的细菌。野生型的E.coli可以在只含有盐 类和葡萄糖的简单培养基上生长。
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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。
• 这种原养型菌落的出现是由于营养上的互 补，还是由于两种不同类型细胞直接接触 而交换了遗传物质的结果呢？
第二节 细菌的遗传分析
细菌与细菌之间的遗传物质的交流 （拟有性过程）有四种不同的方式：
一、转化 二、接合（杂交） 三、性导 四、转导
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1
一、转化（Transformation）
• 细菌通过细胞膜摄取周围环境中DNA片 段，并通过重组将其整合到自身染色体 中的过程，称为转化。
当外源DNA进入宿主后，使宿主产 生新的表现型时就能测知转化的发生。
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F 因子的存在状态
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11
（二）F因子
• F因子处于自主状态时，可以不依赖宿主细胞 的染色体而独立复制（每个F+细胞只有一个F 因子）。据研究，F因子至少包含有15个基因， 其中有的基因控制F（或性）伞毛（F pillus） 的形成，F伞毛是F+细胞表面伸出的一种长附 属物。F+与F+之间互不理睬，但F+和F－一旦 相互接触，F伞毛就变成了两个细胞之间原生 质的通道，叫做结合管（conjugation tube）。 F+细胞中的F因子由结合管向F－传递，使F－变 成F+。
细菌的遗传分析
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。
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。（P153图6-9）
• 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-胸嘌呤缺陷型 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。
• 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。
细菌和噬菌体的遗传分析
由于lac+ 比ade+先进入受体，此时lac+ 已进入受体但不一定重组到细菌染色体上，两种情况：
(四) 重组作图
如果两个基因间的转移时间小于2分钟，用中断杂交法所得的图距不太可靠，应采用传统的重组作图法。例如，有两个紧密连锁的基因lac-(乳糖不发酵)和ade-(腺嘌呤缺陷型)，为了求得两个基因间的距离，可采用Hfr lac+ ade+和F- lac- ade-的杂交实验。用完全培养基但不加腺嘌呤，可以选出F- ade+的菌落。
A 、B混合培养，基本培养基上有10-7－10-8菌落，
*
1、个别细菌由营养缺陷型转变为原养型 a、基因突变 A bio- met- bio+ met+ 或 B thr- leu- thi- thr+ leu+ thi+ 但单独培养都未突变，间接说明不是。 b 、A B二细菌杂交 得 bio- met- thr+） leu+ thi+ bio+ met+ thr+ leu+ thi+ bio+ met+ thr- leu- thi- 2、营养物质互补 A 能合成B不能合成物质,而B能合成A不能合成物质，混合后二种物质被同一细菌利用，可生长。
第二节 噬菌体的遗传分析
噬菌体
*
(二)类型 １．烈性噬菌体 遗传学上应用较广泛的是大肠杆菌的T偶数系列噬菌体。它们的外貌都象蝌蚪状(如图)。 T偶数系列噬菌体具有六角形的头部，其内部含有双链DNA分子，尾部包括一个中空的针状结构及外鞘。末端是基板，由尾丝及尾针组成。 T偶数系列噬菌体的尾丝附着在大肠杆菌表面时，通过尾鞘的收缩将噬菌体DNA经中空尾部注入寄主细胞，破坏寄主细胞的遗传物质，并合成大量的噬菌体DNA和蛋白质，组成许多新的子噬菌体，最后使细菌裂解，释放出无数个子噬菌体。所以这样的T偶数系列噬菌体称为烈性噬菌体。
(四) 重组作图
如果两个基因间的转移时间小于2分钟，用中断杂交法所得的图距不太可靠，应采用传统的重组作图法。例如，有两个紧密连锁的基因lac-(乳糖不发酵)和ade-(腺嘌呤缺陷型)，为了求得两个基因间的距离，可采用Hfr lac+ ade+和F- lac- ade-的杂交实验。用完全培养基但不加腺嘌呤，可以选出F- ade+的菌落。
A 、B混合培养，基本培养基上有10-7－10-8菌落，
*
1、个别细菌由营养缺陷型转变为原养型 a、基因突变 A bio- met- bio+ met+ 或 B thr- leu- thi- thr+ leu+ thi+ 但单独培养都未突变，间接说明不是。 b 、A B二细菌杂交 得 bio- met- thr+） leu+ thi+ bio+ met+ thr+ leu+ thi+ bio+ met+ thr- leu- thi- 2、营养物质互补 A 能合成B不能合成物质,而B能合成A不能合成物质，混合后二种物质被同一细菌利用，可生长。
第二节 噬菌体的遗传分析
噬菌体
*
(二)类型 １．烈性噬菌体 遗传学上应用较广泛的是大肠杆菌的T偶数系列噬菌体。它们的外貌都象蝌蚪状(如图)。 T偶数系列噬菌体具有六角形的头部，其内部含有双链DNA分子，尾部包括一个中空的针状结构及外鞘。末端是基板，由尾丝及尾针组成。 T偶数系列噬菌体的尾丝附着在大肠杆菌表面时，通过尾鞘的收缩将噬菌体DNA经中空尾部注入寄主细胞，破坏寄主细胞的遗传物质，并合成大量的噬菌体DNA和蛋白质，组成许多新的子噬菌体，最后使细菌裂解，释放出无数个子噬菌体。所以这样的T偶数系列噬菌体称为烈性噬菌体。
细菌及病毒的遗传分析h
trp2+ his2+ tyr1+转化trp2- his2- tyr1- 实验 trp2 34 his2 13 tyr1
Hfr菌株在切除F因子时发生错误切除，分离出一个携带F因子和部分宿主染色体基因的遗传因子，这种带有宿主染色体基因的F因子称为F΄因子。
T2噬菌体的基因重组
将两种不同的T2突变体进行杂交，对其杂交子代进行重组分析 杂交方法： 将Ttor和Ttos两种大肠杆菌细胞混合 同时接种高浓度的T2噬菌体的h-r+和h+r-两种突变体，保证绝大多数细菌都被一个以上噬菌体感染 两种不同的噬菌体DNA可能在宿主细胞内进行重组，从而产生非亲本型子代h+r+和h-r-。 亲本型 重组型
F因子在杂交中的行为——接合过程
（三）中断杂交实验作图
中断杂交实验作图
1分钟≈20%的重组值
二、转化
转化(transformation)：指某些细菌(或其它生物)能通过其细胞膜摄取周围介质中的DNA片段，并将此外源DNA片段整合到自己染色体组中的过程。 （一）转化的过程 非感受态细胞 外源DNA被洗掉了 转化因子 感受态细胞 外源DNA仍与细胞结合 整合 吸收 整合 供体单链DNA进入受体细胞后与受体染色体的某一部分联会，并进一步置换受体的对应染色体区段的过程。
第十章 细菌及病毒的遗传分析(2h)
1
第一节 细菌和病毒遗传研究的意义
2
第二节 噬菌体的基因重组
3
第三节 细菌基因重组
4
本章要求
5
思考题
繁殖世代所需时间短；
易于管理和进行化学分析；
便于研究基因的作用；
便于研究基因的突变；
遗传物质较简单，便于用作研究基因结构、功能及调控机制的材料。
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
第7章细菌的遗传分析
一 大肠杆菌的突变类型
1. 合成代谢功能的突变型（anabolic functional mutants) 2. 分解代谢功能的突变型（catabolic functional mutants)
3. 抗性突变型
1. 合成代谢功能的突变型
野生型或原养型大肠杆菌能生长在十分简单的基本培养基上。 野生型品系具有在基本培养基上合成所有代谢和生长必需的有 机物功能。 合成代谢功能的突变，多为条件致死突变。 营养缺陷型菌株的命名 如: 甲硫氨酸缺陷型 野生型 MetMet+
2. 便于研究基因突变与基因作用：显隐性都表现，可 设计各种营养缺陷型，来对应基因的功能。
3. 便于研究基因的精细结构：遗传物质简单, 只含裸 露DNA或RNA。 4. 易管理和化学分析。 一个试管可装很多; 易于获得 大的数量用于分析。
5. 可用作研究高等生物的简单模型。高等生物复杂， 可用细菌来代替某种研究。
在检查F- 细胞是否得到thr+，可用不加thr而含str、 leu的培养基，在这里，只有thr+strR才能生长， 能长的细胞就是供体thr+已经进入受体并发生了 重组的细胞。试验结果列于表。
可以看到，从 Hfr菌株的基因 在F－细菌中出 现开始，随着时 间的推移，具有 这一基因的菌落 逐渐增加，直到 某一百分数为止； 基因出现的时间 愈早，它所达到 百分数也愈高.
细菌DNA的折叠或螺旋化过程依赖于RNA分子的作用
细菌细胞内除了染色体外还有一些染色体外复制 因子(如质粒). 它们可以在细胞间传递，并且与细 菌染色体或核外遗传因子进行重组。
质粒：细菌中除主染 色体之外，能进行自 主复制的遗传单位。 可随细胞分裂分配到 子细胞中。
1. 合成代谢功能的突变型（anabolic functional mutants) 2. 分解代谢功能的突变型（catabolic functional mutants)
3. 抗性突变型
1. 合成代谢功能的突变型
野生型或原养型大肠杆菌能生长在十分简单的基本培养基上。 野生型品系具有在基本培养基上合成所有代谢和生长必需的有 机物功能。 合成代谢功能的突变，多为条件致死突变。 营养缺陷型菌株的命名 如: 甲硫氨酸缺陷型 野生型 MetMet+
2. 便于研究基因突变与基因作用：显隐性都表现，可 设计各种营养缺陷型，来对应基因的功能。
3. 便于研究基因的精细结构：遗传物质简单, 只含裸 露DNA或RNA。 4. 易管理和化学分析。 一个试管可装很多; 易于获得 大的数量用于分析。
5. 可用作研究高等生物的简单模型。高等生物复杂， 可用细菌来代替某种研究。
在检查F- 细胞是否得到thr+，可用不加thr而含str、 leu的培养基，在这里，只有thr+strR才能生长， 能长的细胞就是供体thr+已经进入受体并发生了 重组的细胞。试验结果列于表。
可以看到，从 Hfr菌株的基因 在F－细菌中出 现开始，随着时 间的推移，具有 这一基因的菌落 逐渐增加，直到 某一百分数为止； 基因出现的时间 愈早，它所达到 百分数也愈高.
细菌DNA的折叠或螺旋化过程依赖于RNA分子的作用
细菌细胞内除了染色体外还有一些染色体外复制 因子(如质粒). 它们可以在细胞间传递，并且与细 菌染色体或核外遗传因子进行重组。
质粒：细菌中除主染 色体之外，能进行自 主复制的遗传单位。 可随细胞分裂分配到 子细胞中。
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。
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（六）大肠杆菌的染色体呈环状
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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。
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（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――）。
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（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。
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（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。
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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。
细菌的遗传分析(1)
特点：
⑴单交换产生一个不完全二倍体线型染色体， 不能存活。
⑵偶数交换产生一个环状染色体（存活的重组子）， 外加一个线型断片。
⑶ 产生一个重组体，并且是单倍体。
交换与重组举例
可编辑版
40
重组作图
ade+
lac+
ade﹣ lac﹣
ade+ lac+
Hfr染色体 受体染色体
两基因间无重组
ade+ lac+ ade﹣ lac﹣
1是F+
8是F+
3. 中断杂交试验及染色体作图
1957年E.Wollman和E.Jacob设计
Hfr菌株 strs azir tonAr F﹣菌株 strr azis tonAs
gal+ lac+ gal﹣ lac﹣
链霉素 叠氮化物 T1噬菌体 半乳糖发酵 乳糖发酵
Hfr菌株 strs azir tonAr F﹣菌株 strr azis tonAs
Hfr2 ←pro+—leu+—gal+—lac+—F × F﹣ lac- strr lac+频率低
F′lac+ strs ×F﹣ lac- strr
lac+频率高
可编辑版
47
F′因子的主要用途
⑴ 构建部分二倍体菌株，用于研究基因的 相互作用。 显隐性、等位性（互补测验）
⑵ 利用并发性导建立遗传图。
• 性导 • 转导
可编辑版
15
一. 接合
1. 接合现象的发现
1946年 J.Leaderberg和E.Tatum
E.Coli K-12
菌株A met- bio- thr+ leu+ thi+ 菌株B met+ bio+ thr- leu- thi-
⑴单交换产生一个不完全二倍体线型染色体， 不能存活。
⑵偶数交换产生一个环状染色体（存活的重组子）， 外加一个线型断片。
⑶ 产生一个重组体，并且是单倍体。
交换与重组举例
可编辑版
40
重组作图
ade+
lac+
ade﹣ lac﹣
ade+ lac+
Hfr染色体 受体染色体
两基因间无重组
ade+ lac+ ade﹣ lac﹣
1是F+
8是F+
3. 中断杂交试验及染色体作图
1957年E.Wollman和E.Jacob设计
Hfr菌株 strs azir tonAr F﹣菌株 strr azis tonAs
gal+ lac+ gal﹣ lac﹣
链霉素 叠氮化物 T1噬菌体 半乳糖发酵 乳糖发酵
Hfr菌株 strs azir tonAr F﹣菌株 strr azis tonAs
Hfr2 ←pro+—leu+—gal+—lac+—F × F﹣ lac- strr lac+频率低
F′lac+ strs ×F﹣ lac- strr
lac+频率高
可编辑版
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F′因子的主要用途
⑴ 构建部分二倍体菌株，用于研究基因的 相互作用。 显隐性、等位性（互补测验）
⑵ 利用并发性导建立遗传图。
• 性导 • 转导
可编辑版
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一. 接合
1. 接合现象的发现
1946年 J.Leaderberg和E.Tatum
E.Coli K-12
菌株A met- bio- thr+ leu+ thi+ 菌株B met+ bio+ thr- leu- thi-
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2
二,接合(conjugation) 接合(conjugation)
在原核生物中,两个细胞在相互接触过程中, 在原核生物中,两个细胞在相互接触过程中, 遗传物质从一个个体转移到另一个个体的现象 称为接合. 称为接合. 输出遗传物质的个体称为供体( 输出遗传物质的个体称为供体(donor), ), 又称为"雄性" 又称为"雄性".接受外源遗传物质的个体称 为受体( ),又称为雌性 为受体(receptor),又称为雌性. ),又称为雌性. E.coli(大肠杆菌)是遗传学研究中应用最 (大肠杆菌) 为广泛的细菌.野生型的E.coli可以在只含有盐 为广泛的细菌.野生型的 可以在只含有盐 类和葡萄糖的简单培养基上生长. 类和葡萄糖的简单培养基上生长.
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(五)用中断杂交技术作连锁图
Wollman和Jacob用中断杂交实验了解 用中断杂交实验了解 接合过程中基因转移的顺序和时间, 接合过程中基因转移的顺序和时间, 从而绘制出连锁图. 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, 时间绘制连锁图的技术,称为中断杂 交技术. 交技术.
第二节 细菌的遗传分析
细菌与细菌之间的遗传物质的交流 拟有性过程)有四种不同的方式: (拟有性过程)有四种不同的方式:
一,转化 接合(杂交) 二,接合(杂交) 三,性导 四,转导
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转化(Transformation) 一,转化(Transformation)
细菌通过细胞膜摄取周围环境中 细菌通过细胞膜摄取周围环境中DNA片 片 段,并通过重组将其整合到自身染色体 中的过程,称为转化. 中的过程,称为转化. 当外源DNA进入宿主后,使宿主产 进入宿主后, 当外源 进入宿主后 生新的表现型时就能测知转化的发生. 生新的表现型时就能测知转化的发生. 关于转化, 关于转化,将在遗传的分子基础中讲 解.
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(四)细菌的交换过程
这样,重组后的F-细菌不再是部分二 这样,重组后的 倍体,而是单倍体, 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, 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++, 重组体是不能存活的(例如有++, 没有――). 没有 ).
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F 因子及 其在杂交 中的行为
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(三)高频重组
高频重组菌株(Hfr)与F-杂交时,重 高频重组菌株( ) 杂交时, 组频率很高, 很少转变为F 组频率很高,而F-很少转变为 +. 后来发现, Hfr中F因子整合到细菌染 后来发现, 中 因子整合到细菌染 色体上了. 色体上了.
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转入的时间(min) 8 8.5 9 11 18 25
24
中 断 杂 交 试 验
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25
(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 结果说明Hfr的基因确实是按一定的线性顺 Hfr 序依次进入F-的.也就是说,是以F DNA片 序依次进入F 也就是说,是以F DNA片 断上的酶切断点为原点(记做O 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, 线方式进入F- 细胞的.基因距O点越近,进 越早,反之越晚. 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, 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. 的基因进入F- 的机会越少.
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(三) 高频重组
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(四)细菌的交换过程
菌的部分染色体进入F 当Hfr菌的部分染色体进入 -后,F-细 菌的部分染色体进入 胞中就有一段DNA具有 份拷贝,被称为部 具有2份拷贝 胞中就有一段 具有 份拷贝, 分二倍体( 分二倍体(partial diploid)或部分合子 ) ).新转入的 (mero zygote).新转入的 ).新转入的DNA片断称 片断称 为供体外基因子( ),而受体 为供体外基因子(exogenote),而受体 ), 的染色体称为受体内基因子 (endogenote). ).
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(二)F因子
F因子是一个小型的双链环状 因子是一个小型的双链环状DNA分子,是染 分子, 因子是一个小型的双链环状 分子 色体外遗传物质,是质粒的一种, 色体外遗传物质,是质粒的一种,在分类学上 属于附加体( 属于附加体(episome). ). 它既能以自主状态存在于细胞质中, 它既能以自主状态存在于细胞质中,又能 整合到细菌的染色体内. 小环与主染色体大 整合到细菌的染色体内.F小环与主染色体大 环之间发生一次交换就可以插入到宿主染色体 因子整合到E.coli染色体上以后,该菌 染色体上以后, 中.F因子整合到 因子整合到 染色体上以后 株就成为高频重组株( 株就成为高频重组株(High frequence recombination ,Hfr),以Hfr表示. ),以 表示 表示. ),
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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, 生基因重组.部分二倍体中,若发生单 数交换是没有意义的, 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 状的内基因子打开成为线性 , 细胞是不能成活的. 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( 能产生可遗传的重组体(recombinant) ) 和一个片断( ).片断以后为 和一个片断(fragment).片断以后为 ). 酶所降解. 酶所降解.
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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 根据上述试验结果, Hfr基因在F 基因在 现的时间为标准, 现的时间为标准,可以作出大肠杆菌的遗 传连锁图(见图7 传连锁图(见图7-5). 图中以接合实验的时间(分)作为遗传距 图中以接合实验的时间( 离的单位. 离的单位. 用不同的Hfr菌株进行中断杂交试验做 用不同的 菌株进行中断杂交试验做 出的E.coli基因连锁图,其基因向 -细胞 基因连锁图, 出的 基因连锁图 其基因向F 转移的顺序大不相同. 转移的顺序大不相同.
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中 断 杂 交 试 验
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试验结果
大肠杆菌Hfr strs thr+ leቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ+ azirtonr gal+ lac+ × F-strr thr- leu- azis tons gal- lac- 的 结果 标记基因 thr+ leu+ azir tonr lac+ galb+
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U型管试验
1950年, 年 Davis设计了 设计了 一种U型管试 一种 型管试 验. 试验说明: 试验说明: 两个菌株间 的直接接触 是原养型细 菌出现的必 要条件. 要条件.
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(二)F因子
1952年,Hages通过实验证明,在结合过程中, 年 通过实验证明, 通过实验证明 在结合过程中, 遗传物质的转移是单向的.一个菌株( 遗传物质的转移是单向的.一个菌株(如A菌 菌 是供体,而另一菌株( 菌株) 株)是供体,而另一菌株(如B菌株)是受体. 菌株 是受体. A菌株之所以能成为供体,是因为它含有一个 菌株之所以能成为供体, 菌株之所以能成为供体 性因子( 性因子(sex factor)又称致育因子(fertility )又称致育因子( factor),简称 因子. ),简称 因子. ),简称F因子 携带F因子的菌株称为供体菌或雄性 因子的菌株称为供体菌或雄性, 携带 因子的菌株称为供体菌或雄性,用F+ 表示.没有F因子的菌体称为受体菌或雌性 因子的菌体称为受体菌或雌性, 表示.没有 因子的菌体称为受体菌或雌性, 表示. 用F-表示.
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(三)高频重组
在Hfr中,F因子的复制是与宿主染色 中 因子的复制是与宿主染色 体同步进行的. 体同步进行的.当Hfr×F-时,Hfr细 × 细 胞可以把部分甚至全部染色体传递给F 胞可以把部分甚至全部染色体传递给 -受体,而且当供体和受体带有不同的 受体, 标记基因时, 标记基因时,相互之间的重组频率很 故而被称为Hfr( 高,故而被称为 (High frequence recombination). ).
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(五)用中断杂交技术作连锁图
杂交组合为: 杂交组合为: Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs × F- thr-leu-azistonslac-gai-strr 将Hfr菌株和 -菌株混合在一起进行培养,使 菌株和F 菌株和 菌株混合在一起进行培养, 之发生接合, 之发生接合,每隔一定时间吸取部分营养液放 入食品搅拌器内搅拌,以中断杂交.经过稀释, 入食品搅拌器内搅拌,以中断杂交.经过稀释, 接种到含有链霉素的完全培养板上,在培养过 接种到含有链霉素的完全培养板上, 程中杀死所有Hfr 细胞,保留下来的全部为 -. 细胞,保留下来的全部为F 程中杀死所有 然后对形成菌落的F 然后对形成菌落的 - 细胞用影印法检测其基因 型.
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F因子 因子
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F 因子的存在状态