細(xì)菌和噬菌體的遺傳和重組

1、第七章細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖第一節(jié)細(xì)菌的遺傳分析,在細(xì)菌中遺傳物質(zhì)有三種轉(zhuǎn)移的形式:接合（conjugation）轉(zhuǎn)化（transformation）轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）,一. 細(xì)菌的接合,一、E.coli 接合的發(fā)現(xiàn) 1946年萊德伯格(Lederberg, J.) 和塔特姆 (Tatum) 發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的接合（conjugation）。 細(xì)菌接合是指通過細(xì)胞的直接接觸，遺傳信息從供體細(xì)胞單向

2、轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞的過程。,A品系：met－ bio－ thi＋ leu＋ thr＋（thi：硫胺素B1） B品系：met＋ bio＋ thi－ leu－ thr－ A A+B B完全培 養(yǎng)基 基本培 養(yǎng)基

3、 met ＋ bio ＋ thi＋ leu＋ thr＋（頻率10-7）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2*108個(gè)細(xì)菌,2*108個(gè)細(xì)菌,2*108個(gè)細(xì)菌,質(zhì)疑：⑴轉(zhuǎn)化：細(xì)菌的雜交實(shí)驗(yàn)獲得的重組子可能是轉(zhuǎn)化的結(jié)果。⑵ 營養(yǎng)互補(bǔ)：培養(yǎng)基中含有某些代謝產(chǎn)物，混合后這些產(chǎn)物互相補(bǔ)充了對(duì)方的不足而得以在基本培養(yǎng)基上生長。,二. 單向轉(zhuǎn)移與F因子,1952年 海斯（W. Hayes）A品系

4、 B品系met－ thi＋ leu＋ thr＋ strs x met＋ bio＋ thi－ leu－ thr－ strs 大劑量鏈霉素 A +B 對(duì)重組后代的產(chǎn)生無影響 大劑量鏈霉素 B +A 阻止了重組后代的產(chǎn)生在重組中A和B的作用是不同的A的作用類似于雄性，B

5、類似于雌性A和B的主要區(qū)別在于有無F質(zhì)粒,,,,,致育因子（fertility factor，F(xiàn)）（1）有F因子的細(xì)菌稱為F＋，細(xì)菌增殖時(shí)可把F因子傳遞給后代。（2）沒有F因子的細(xì)菌稱為F－，F(xiàn)＋細(xì)菌自發(fā)地或經(jīng)吖啶橙處理而丟失，成為F－。F因子一經(jīng)丟失，細(xì)胞中便不再出現(xiàn)；（3）F＋可以和F－雜交，而不能和F＋雜交；（4）F＋×F－的雜交后代皆為F＋，而且可以10－7 頻率獲得重組體后代。,三.高頻重

6、組(High frequence of recombination, Hfr),1951年 Cavalli發(fā)現(xiàn)用氮芥處理F＋ ，然后處理后的F＋×F－ 10－41954年 Hayes 也分離了Hfr品系，發(fā)現(xiàn)： (1)Hfr使染色體基因重組能力增加上千倍; (2) 傳遞F因子的能力低，Hfr ×F － F － Hayes的解釋是Hfr的F因子發(fā)

7、生了永久性改變。,,F＋×F－ 重組子 此稱為Hfr,,四.Hfr和F因子的關(guān)系,1.F因子的結(jié)構(gòu) (1)復(fù)制區(qū): 復(fù)制起點(diǎn) (2)重組區(qū):負(fù)責(zé)與細(xì)菌染色體的重組 (3)接合轉(zhuǎn)移區(qū): 性傘毛基因等與轉(zhuǎn)移有關(guān)的基因,,F 因子 (F-factor),轉(zhuǎn) 重

8、 移 IS3 δ 組 IS3 區(qū) 區(qū)

9、 O IS2 P OriT OriV 復(fù) 區(qū) 制,,,,,,,,,,,,,,,,,2.結(jié)合的過程：,(1)F纖毛

10、(F pili)的合成,由纖毛素(pilin)蛋白構(gòu)成，使細(xì)胞接觸，細(xì)胞間形成原生質(zhì)通道（接合管）；(2)轉(zhuǎn)移啟動(dòng) 轉(zhuǎn)移起始區(qū)(transfer origin, Ori T) 切開一條單鏈,滾環(huán)復(fù)制；(3)單鏈轉(zhuǎn)移和復(fù)制。,F + × F-→F + + F +,F +→F + + F +,F + → Hfr,,F + → Hfr,,Hfr ×F -,五. 中斷雜交作圖 (interrupted mat

11、ing experiment),1961年 Jacob 和 Wollman供體：Hfr H strs thr＋leu＋azir tonr lac＋ gal＋受體：F－ strr thr－ leu－ azis tons lac－gal－雜交后使用鏈霉素使供體不長, 選擇thr＋leu＋重組子,,（1）不同的非選擇標(biāo)記進(jìn)入受體且重組 的時(shí)間不同，但都是穩(wěn)定的；（2）各基因的重組頻率隨著時(shí)間的增加 而增加，直至

12、其極限值；（3）按進(jìn)入受體時(shí)間順序，先進(jìn)入和后進(jìn)入的基因，重組率的極限值逐步減??；,,9,11,18,25,六、E.coli 的環(huán)狀染色體,Hfr H thr pro lac pur gal his gly thiHfr1 thr thi gly his gal pur lac proHfr2 pro thr thi gly his gal pur lacHfr3 pur lac pro thr thi

13、gly his gal,F因子的整合特點(diǎn),整合是通過IS序列處的同源重組發(fā)生的。F有多個(gè)IS 作為整合位點(diǎn)，主要在IS3處； E.coli染色體上有20個(gè)以上的整合位點(diǎn)；通過與染色體不同位置上的IS整合，形成不同的Hfr菌株，對(duì)染色體上基因的轉(zhuǎn)移起點(diǎn)不同；由于IS序列有不同的方向，F(xiàn)可以不同方向整合。,,七. 重組作圖－E.coli染色體連鎖圖,部分合子（merozygote）也稱半合子，內(nèi)基因子 (endogenote)

14、外基因子（exogenote）例：供體strspur+lac+pro+，受體strrpur-lac-pro-,以pur+為選擇標(biāo)記pur 和lac間重組值：,,,,Pro和lac間重組值：,八.性導(dǎo) (Sexduction),1959年 Adelberg & Burns重復(fù)高頻重組實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的品系，既可以高頻重組，又可高頻致育（使F-變?yōu)镕+)。特點(diǎn)：(1)能高頻傳遞F因子；(2)能高頻傳遞特定的基因；(3)

15、F’ 由Hfr變來，F(xiàn) ’整合可變?yōu)镠fr；(4)形成的部分二倍體后代不穩(wěn)定，可自發(fā)或誘發(fā)失去F’因子，同時(shí)失去新性狀。,,第二節(jié)噬菌體的連鎖和交換,一、噬菌體的結(jié)構(gòu)和形態(tài),,,,二．λ噬菌體,1951年 Esther Lederberg 發(fā)現(xiàn)E.coli K12菌株經(jīng)UV誘發(fā)或偶爾自發(fā)放出噬菌體。 E.coli K12中有潛伏的、無感染能力狀態(tài)的噬菌體，稱原噬菌體。將這種噬菌體命名為λ。λ侵染E.coli后可進(jìn)入裂解周期（lyt

16、ic cycle）或溶源周期（lysogeny）。,,合子誘導(dǎo)（zygotic induction） Hfr（λ）× F－ 無溶源性重組子后代,λ不能出現(xiàn)在受體， λ后面的基因也不能出現(xiàn)在受體Hfr × F－（λ） 有溶源性重組子后代，供體的所有基因都有機(jī)會(huì)進(jìn)入受體,,,三、噬菌體的基因重組,菌苔（lawn）/噬菌斑（plaque）h+：侵染B（半透明）,h：侵染B和B2（透明）；

17、r+：小噬菌斑，r：大噬菌斑,,轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）,一、轉(zhuǎn)導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)1952年發(fā)現(xiàn)沙門氏菌在Davis U型管中仍產(chǎn)生重組子。認(rèn)為由可濾過性因子（FA）引起。后來發(fā)現(xiàn)： （1） FA和沙門氏菌噬菌體P22的宿主范圍相同； （2）FA的大小和質(zhì)量與P22相同； （3）加熱或用P22抗血清處理都可以使P22 和FA失活，且失活速率相同； （4）P22的侵染性和FA的能力都可被一些水解酶，如DNase

18、和胰蛋白酶所抑制。,一.普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo),錯(cuò)包頻率～0.3％,1/10,,～9/10流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)小菌落,大小約為細(xì)菌基因組 1％,共轉(zhuǎn)導(dǎo)（contransduc）供體thr+leu+azi+ x 受體 thr-leu-azi-,√,,,Leu thr azi,重組頻率：,,二、特異性轉(zhuǎn)導(dǎo),又稱局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（restricted transduction） J. Lederberg & N.

19、 Zinder發(fā)現(xiàn) 野生型E.coli UV 細(xì)胞裂解，收集裂解液 K12 (λ) gal＋ 誘導(dǎo) 感染多種非溶原缺陷型 基本 gal＋ 頻率10－6 培養(yǎng)基 選擇

20、 轉(zhuǎn)導(dǎo)子,,,,,,溶源菌：反常切離頻率10-6,穩(wěn)定轉(zhuǎn)導(dǎo)子：僅Gal+整合,溶源性轉(zhuǎn)導(dǎo)子：高頻轉(zhuǎn)導(dǎo),溶源化,,,,,,gal+,,,,,gal-,gal- gal+,,,,,（c）iii 形成不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子----整個(gè)噬菌體整合,,以10-3頻率出現(xiàn)gal-后代,,,進(jìn)一步發(fā)現(xiàn):（1）溶源性轉(zhuǎn)導(dǎo)子對(duì)超數(shù)感染具有 “免疫力” 。在UV作用下能使細(xì)菌裂解，產(chǎn)生成熟的噬菌體。（2）不穩(wěn)定的gal＋轉(zhuǎn)導(dǎo)子對(duì)超數(shù)感染

21、具有 “免疫力”，但在UV作用下不能使細(xì)菌裂解，不能產(chǎn)生成熟的噬菌體。（3）不穩(wěn)定的gal＋ 轉(zhuǎn)導(dǎo)子可產(chǎn)生gal－后代。。,,接合（conjugation） 是通過細(xì)胞間的接觸，DNA從細(xì)胞到細(xì)胞直接轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)化（transformation） 細(xì)胞從周圍介質(zhì)中吸收裸露的DNA。 轉(zhuǎn)染 對(duì)裸露的病毒基因組DNA/RNA的吸收。 （在動(dòng)物細(xì)胞中，從周圍介質(zhì)中吸收任何裸

22、 露DNA都稱為轉(zhuǎn)染。 在酵母和植物細(xì)胞中 導(dǎo)入裸露的DNA可以稱為轉(zhuǎn)染或轉(zhuǎn)化),自然轉(zhuǎn)化（natural transformation） 在自然轉(zhuǎn)化中細(xì)菌可以吸收DNA，通過它來進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化。工程轉(zhuǎn)化（engineered transformation） 在這種轉(zhuǎn)化中，細(xì)菌發(fā)生改變使得它 們能攝入并轉(zhuǎn)化外源DNA。,轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction） 通過

23、病毒顆粒介導(dǎo)將染色體或質(zhì)粒DNA轉(zhuǎn)移到細(xì)胞中。 普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo):供體宿主 DNA片斷取代病毒基因組被包裝在噬菌體顆粒中并轉(zhuǎn)移給受體細(xì)菌。 (1) 載體為P1,P22噬菌體; (2) 經(jīng)錯(cuò)誤包裝宿主DNA片斷和同源重組；(3) 可轉(zhuǎn)移任何片斷。 特異性轉(zhuǎn)導(dǎo):宿主的一段DNA片段連接到病毒基因組中并轉(zhuǎn)移給受體細(xì)菌。 (1) 載體為λ噬菌體; (2) 經(jīng)特異位點(diǎn)整合或同源重組; (3) 只轉(zhuǎn)移特定的基因。,,共同特點(diǎn)是