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第六章 细菌的遗传分析

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第六章 细菌的遗传分析

第六章 细菌的遗传分析


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)
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。


双因子转导
三因子转导
双因子转导

每次观察2个基因的转导，通过确定每2个 基因之间的共转导率可确定它们在染色体上 的次序。（3次） 如：a基因和b基因共转导频率高，a和c共转 导频率也高，b和c共转导频率低，则3个基 因顺序为 b a c

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
2） RecBCD酶的功能

转导噬菌体的形成：在裂解LA2过程中，宿主LA2环 状染色体被裂解成小片段，某些片段在P22phage组装 时偶尔被装入头部，形成转导噬菌体。

这种转导噬菌体就将LA2的基因转入LA22。形成部 分二倍体，经重组后形成野生型菌落。
LA2
转导噬菌体
LA22
普遍性转导的概念

象P22、P1这类phage可以转移细菌DNA很多不
实验方法-中断杂交实验

两品系在液体培养基里，通气混合培养，定时 取样，猛烈搅拌以中断杂交，释稀菌液，在含 Str的基本培养基上培养。
细菌的遗传分析 优秀课件

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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。
细菌的遗传分析 ppt课件

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指在hfr??f杂交中把接合中的细菌在不同时间取样搅拌中断杂交分析受体菌基因型以hfr基因出现在f中的先后为顺序以转移的时间分钟为图距单位进行基因作图的方法不同时间取样搅拌中断杂交分析受体菌基因型以hfr基因出现在f中的先后为顺序以转移的时间分钟为图距单位进行基因作图的方法
第六节 细菌的遗传分析
微生物作为遗传研究材料的优越性
ppt课件
15
按照细菌出现感受态的方式，可把转 化分为三种类型
自然转化(naturally occuring transformation)：细 菌自发地出现感受态，如肺炎链球菌，流感嗜血杆菌， 枯草杆菌等。 人 工 诱 导 的 感 受 态 (artificially induced competence) ：如 Ca2+ 诱导的大肠杆菌等发生的转 化。 原生质体转化(protoplast transformation)：将DNA 分 子 连 同 PEG 一 同 加 入 原 生 质 体 ， 造 成 细 胞 摄 取 DNA 。 还 可 以 用 电 穿 孔 法 (electroporation) 代 替 PEG ， 用 高 压 脉 冲 电 流 在 细 胞 膜 上 击 成 小 孔 ， 使 DNA 分子通过小孔而导入细胞，又称为电转化。可 适用于多种细菌，放线菌和真核细胞的转化。

结果与结论：
仍然出现原养型菌落。 从而表明互养并非原养型菌落出现的原因，而可能发生 了遗传重组。
ppt课件 26
转化作用及其排除

Lederberg 和 Tatum 曾 把 品系 A 的培养液经加热灭 菌，加入到 B 品系的培养 物中，未得到原养型菌落； 表明原养型菌落可能不是 由转化作用产生。 戴维斯(Dawis, 1950) 的 U 型管试验(结果没有得到原 养型细菌)； 实验结论：细胞直接接触 是原养型细菌产生的必要 条件。 ppt课件
6第六章细菌和噬菌体的遗传-PPT课件

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（1）F－×F+
杂交时，F+的性纤毛在二者间形成接合管→F+中 的F质粒在O点处切开，以O为先导，F拖后，按 滚环复制的方式拷贝并转移到F－中→产生两个 F+→F+的染色体几乎没有进入F－→两种细菌的染 色体未发生重组。 O F F质粒
染 色 体
F质粒
接合
F＋ F－
（2）Hfr× F－
杂交时，Hfr细菌的性纤毛在二者间形成接合 管→结合态的F质粒在O点处切开，形成两端－ 一端为O点,一端为基因F→以O为先导，F拖后， 按滚环复制方式向F－转移→进入F－的Hfr菌染 色体上的基因与F－染色体间发生交换重组→重 组频率高于游离态1000倍，因此称高频重组菌 株。
·
这种通过不同时间分别阻断细菌的有性接合， 从而确定细菌染色体上的基因距离的方法，称 细菌阻断交配基因作图法。
3、重组方式
接合时，供体染色体片段（外基因子）进 入受体细胞→同受体染色体的同源区段 （内基因子）进行配对→形成部分二倍体 →发生交换重组： 单交换→产生不平衡的线性染色体 双交换→有活性的重组体和线性片段（在 细胞分裂中丢失。
第六章 细菌和病毒的遗传重组
第一节 第二节 细菌的遗传基础和遗传分析 噬菌体的遗传基础和和遗传分析
第一节 细菌的遗传基础和遗传分析
一、细菌的遗传基础
原核生物 真核生物
裸露的DNA分子 DNA呈环状 单倍体，基因单个存 在
DNA与蛋白质结合成染色体 DNA呈线状 二倍体，常染色体上基因成 对
（一）细菌细胞
整合过程 O F F质粒
主染色体
整合过程 O F F质粒 O F
a bHfr细菌 d
e
根据F因子，细菌分为： 雌性细菌(受体细菌，F－）－不含F因子，表面无性 纤毛。
第六章细菌和噬菌体的遗传分析

第六章细菌和噬菌体的遗传分析


18
五、细菌的遗传作图
（一）细菌的遗传重组 原核生物的遗传重组实质上是指受体中插入来自供体的遗传性不同 的DNA片段，并把这种DNA片段或它的复本整合为受体基因组的一部分。 受体的遗传重组可以通过三种途径来实现： 1、接合 供体细菌的DNA通过接合管进入受体细菌，实现基因重组。 2、转化 游离的细菌DNA片段被不同的细菌细胞（受体）吸收. 3、转导 一种细菌的DNA片段经过温和的或有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌
2
霉菌菌落
3
大肠杆菌
4
二、细菌的突变型
（一）营养缺陷型 生理特性的突变包括：丧失合成某种营养物质能力的营养缺陷型。 （二）抗药突变型 抗性突变包括：抗药性或抗感染性。
5
三、细菌有性杂交
1964年Ledeberg和Tatum用大肠杆菌K，证明细菌有性杂交存在。 （一）大肠杆菌杂交试验
A bio-(生物素) met-（甲硫氨酸） thr+（苏） leu+（亮） thi+（VB1） B bio+(生物素) met+（甲硫氨酸） thr-（苏） leu-（亮） thi-（VB1） A、B都为营养缺陷型，在基本培养基上不能生长。
h+r × hr+
子代噬菌体基因型 h+r hr+ h+r+ hr 含B/B2培养基上噬菌斑 大半透明 小透明 小半透明 大透明 交换值＝重组型噬菌体数/总噬菌斑数×100%= h+r++hr/总×100% =小半透明+大透明/总×100% （二）连锁图 T2快速溶菌突变型有多种，如ra、rb、rc都形成大噬菌斑，用不同类 型快速溶菌突变型与宿主范围突变型杂交，结果如下： 杂交组合 h+r hr+ h+r+ hr 重组值 h－r图距 h+ra×hr+ 34.0% 42% 12% 12% 24% 24 h+rb×hr+ 32.0% 56% 5.9% 6.4% 12.3% 12.3 h+rc×hr+ 39.0% 59% 0.7% 0.9% 1.6% 1.6 按图距h、ra、rb、rc有4种排列
细菌的遗传分析

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

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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。
细菌的遗传分析教案

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。

(优选)细菌的遗传分析打印

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• 如果两个基因离得很近，有可能位于同一个DNA片段上， 那么它们共转化的频率将接近于单个基因转化的频率。
• 若共转化的频率要比两个单个基因转化频率相乘积高的 话，那么这两个基因一定是紧密连锁的。
• 基因的顺序也可以通过共转化的结 果来分析确定，例如p＋和q＋常常共 转化，而q＋和o＋也常常共转化，但 基因p＋和o＋从未发生共转化，那么 这三个基因的顺序一定是p – q - o。某些处理过程可以诱导或加强感受态， 以 生大 长肠 后杆 期菌的为大例肠，杆用菌可Ca以2+(增如强Ca其C感l2)受处能理力对。数
按照细菌出现感受态的方式，可
把转化分为三种类型
1. 自然转化(naturally occuring transformation)：细菌 自发地出现感受态，如肺炎链球菌，流感嗜血杆菌， 枯草杆菌等。
2和3：工程转化（engineered transformation）
转化过程
图7-13 细菌转化的机制
(三) 共同转化与遗传图谱绘制
• 通过转化可以测定基因的连锁、基因的排列顺序 以及图距。原理如下：
• 如果在供体的染色体上有两个离得很远的基因a＋和b＋， 我们将会发现它们总是在不同的DNA片段上，这样如果 有一个a＋b＋供体和ab受体，那共转化（cotransformation） 即两个基因同时转化的概率是由两个基因单独转化的概 率的乘积。若每个基因的转化频率是10－3的话，那么这 两个基因同时被转化的频率应为10－3×10－3＝10－6。
突变型的筛选
例如： 营养缺陷型的筛选: u.v
野生型细菌
CM 完全培养基： MM 基本培养基：
影印培养
影印实验（replica plating ）
Joshua Lederberg & Esther Lederberg（1952）
细菌的遗传分析

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)
高中生物第六章遗传和变异知识点总结_

高中生物第六章遗传和变异知识点总结_

高中生物第六章遗传和变异知识点总结_名词：1、T２噬菌体：这是一种寄生在大肠杆菌里的病毒。

它是由蛋白质外壳和存在于头部内的DNA所构成。

它侵染细菌时可以产生一大批与亲代噬菌体一样的子代噬菌体。

2、细胞核遗传：染色体是主要的遗传物质载体，且染色体在细胞核内，受细胞核内遗传物质控制的遗传现象。

3、细胞质遗传：线粒体和叶绿体也是遗传物质的载体，且在细胞质内，受细胞质内遗传物质控制的遗传现象。

语句：1、证明DNA是遗传物质的实验关键是：设法把DNA与蛋白质分开，单独直接地观察DNA的作用。

2、肺炎双球菌的类型：①、R型（英文Rough是粗糙之意），菌落粗糙，菌体无多糖荚膜，无毒，注入小鼠体内后，小鼠不死亡。

②、S型（英文Smooth是光滑之意）：菌落光滑，菌体有多糖荚膜，有毒，注入到小鼠体内可以使小鼠患病死亡。

如果用加热的方法杀死S型细菌后注入到小鼠体内，小鼠不死亡。

2、格里菲斯实验：格里菲斯用加热的办法将S型菌杀死，并用死的S型菌与活的R型菌的混合物注射到小鼠身上。

小鼠死了。

（由于R型经不起死了的S型菌的DNA（转化因子）的诱惑，变成了S型）。

3、艾弗里实验说明DNA是转化因子的原因：将S型细菌中的多糖、蛋白质、脂类和DNA等提取出来，分别与R型细菌进行混合；结果只有DNA与R型细菌进行混合，才能使R型细菌转化成S型细菌，并且的含量越高，转化越有效。

4、艾弗里实验的结论：DNA是转化因子，是使R 型细菌产生稳定的遗传变化的物质，即DNA是遗传物质。

4、噬菌体侵染细菌的实验：①噬菌体侵染细菌的实验过程：吸附侵入复制组装释放。

②DNA中P的含量多，蛋白质中P的含量少；蛋白质中有S而DNA中没有S，所以用放射性同位素３５S标记一部分噬菌体的蛋白质，用放射性同位素３２P标记另一部分噬菌体的DNA。

用35P标记蛋白质的噬菌体侵染后，细菌体内无放射性，即表明噬菌体的蛋白质没有进入细菌内部；而用3２P标记DNA的噬菌体侵染细菌后，细菌体内有放射性，即表明噬菌体的DNA进入了细菌体内。

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

第六章 细菌的遗传分析


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 大肠杆菌的性别
一 细菌的接合
１经典的杂交实验 1946年 Lederberg; Tatum 图7-1
↓
↓
┆┆
表6-7 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F-
11` 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%
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
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;
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 生活周基期本短培:养基繁殖快,积累代谢物质多； 3 繁殖快补,充数培量养大基,易发现和鉴定突变型； 4 结构简完 选单全择:培培D养养N基基A裸露,单倍性,利于基因精
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• （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)。
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
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
– 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）
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 ）
• 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。
• 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。
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%
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。
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。
• 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。
•
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
• 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。
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）。
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。
• 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。
• （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。