第二节 细菌的遗传分析

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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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中 断 杂 交 试 验
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试验结果
大肠杆菌Hfr strs thr+ leu+ 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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(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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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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(一)杂交实验
1946年,Leaderberg和Tatum发现 年 发现E.coli 和 发现 可以通过接合交换遗传物质. 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 菌株, 和 . 菌株 同营养缺陷型的 菌株 需要在基本培养基中补充甲硫氨酸( 需要在基本培养基中补充甲硫氨酸(met) ) 和生物素( ) 和生物素(bio) ,B菌株需要在基本营养 菌株需要在基本营养 培养基上补充苏氨酸( )和亮氨酸( ) 培养基上补充苏氨酸(thr)和亮氨酸(leu) 才能生长. 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. 回复突变干扰试验结果.
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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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转入的时间(min) 8 8.5 9 11 18 25
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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 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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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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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 和 均不能在基本培养基上生长 均不能在基本培养基上生长, A和B在完全液体培养基上培养几个小时以 和 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, 后再涂布在基本培养基上,就能长出一些 原养型( 的菌落. 原养型(met+bio+thr+leu+)的菌落.细菌 的野生型又称为原养型. 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? 而交换了遗传物质的结果呢?
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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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(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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(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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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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F因子 因子
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F 因子的存在状态
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(二)F因子
F因子处于自主状态时,可以不依赖宿主细胞 因子处于自主状态时, 因子处于自主状态时 的染色体而独立复制(每个F+细胞只有一个 细胞只有一个F 的染色体而独立复制(每个 细胞只有一个 因子).据研究, 因子至少包含有 个基因, ).据研究 因子至少包含有15个基因 因子).据研究,F因子至少包含有 个基因, 其中有的基因控制F(或性)伞毛( 其中有的基因控制 (或性)伞毛(F pillus) ) 的形成,F伞毛是 +细胞表面伸出的一种长附 的形成, 伞毛是F 伞毛是 属物. 之间互不理睬, 属物.F+与F+之间互不理睬,但F+和F-一旦 相互接触, 伞毛就变成了两个细胞之间原生 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( 质的通道,叫做结合管(conjugation tube). ). F+细胞中的 因子由结合管向 -传递,使F-变 细胞中的F因子由结合管向 传递, 因子由结合管向F 成F+.
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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). ).