细菌的遗传分析-ppt课件.ppt
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1、微生物作为遗传研究材料的优越性微生物作为遗传研究材料的优越性作为遗传研究材料具有独特优势,了解微生物遗传研究有助于理解多年来分子生物学、分子遗传学理论发展。 世代周期短,繁殖世代所需时间短; 易于操作管理和进行化学分析(纯培养与代谢产物累积); 便于研究基因的突变(表现与选择); 便于研究基因的作用(突变型生长条件与基因作用); 便于研究基因的重组(重组群体大、选择方法简便有效); 遗传物质比较简单,可作为研究高等生物的简单模型; 在研究基因结构、功能与表达调控时更为简便。同时:微生物的应用领域日益扩大、成就突出(微生物工程);在遗传工程(包括动植物)中,作为重要研究材料、工具,也具有决定性作
2、用。第六节 细菌的遗传分析1ppt课件二、细菌遗传的实验研究方法(一) 细胞计数(培养物细胞浓度)(二) 建立纯系的方法(三) 选择培养法鉴定突变型与重组型(四) 突变型与重组型的批量筛选方法2ppt课件( (一) ) 细胞计数( (培养物细胞浓度) )培养物中微生物计数方法是微生物学的基本实验技术,其基本思路是: 对原培养物进行连续稀释; 进行平板涂布(或混合倒平板)培养; 由于每个细胞形成一个菌落,计数菌落数; 根据稀释倍数计算原培养物中的细胞浓度。3ppt课件( (二) ) 建立纯系的方法纯培养4ppt课件( (三) ) 选择培养法鉴定突变型与重组型许多细菌的突变都与培养基营养成分及培养
3、条件有关。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)。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。5ppt课件( (四) ) 突变型与重组型的批量筛选方法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
4、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。6ppt课件 细菌的基因组 nucleoid(+plasmid)nucleoid(+plasmid)1 1 结构: : P107 环状双链DNADNA,单倍性,以折叠或螺旋状态存在; 2 2 大小:长约25035000 m( (未螺旋) ); 3 3 复制方式:着膜式复制。 分裂特点:均等分裂,无基因重组。7ppt课件Plasmid p108-1098ppt课件图图7-3大肠杆菌染色体的基本结构图解大肠杆菌染色体的基本结构图解9ppt课件 细菌的突变型( (一) )合成代谢功能的突变型 ana
5、bolic functional mutants: : 营养缺陷型,auxotroph, X-( (二) )分解代谢功能的突变型: c catabolic functional mutants: : laclac- -等( (三) )抗性突变型 resistant mutants 1 1 抗药性突变型: : 青霉素: penr, pens 链霉素: strr, strs penicillinStreptomycin抗性抗性: resistance 敏感敏感: sensitive, susceptive 2 抗噬菌体突变型抗噬菌体突变型 T1噬菌体噬菌体 Tonr Tons T2噬菌体噬菌体 T
6、tor Ttos T6噬菌体噬菌体 Tsxr Tsxs10ppt课件 突变型的筛选例如: 营养缺陷型的筛选: u.v : 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. .CMMMSM影印实验(影印实验(replica plating )Joshua Lederberg & Esther Lederberg(1952)11ppt课件在细菌中遗传物质有三种转移的形式。转化(transformation)接合(conjugation)转导(transduction)其共同特点是:(1)单方向转移;(2)都产
7、生部分二倍体;(3)外源基因只有整合到环状染色体上才能稳定地遗传。 12ppt课件13ppt课件(一) 细菌转化实验 (二) 转化过程(三) 共转化与遗传图谱绘制 转转 化化一、一、 细菌的转化与作图细菌的转化与作图转化(transformation) :指外源DNADNA片段不经中间媒介体直接进入感受态细胞进行基因重组形成重组体的过程。转化子:通过转化而形成的重组体。P99 P99 证明证明DNADNA是遗传物质的经典是遗传物质的经典实验一:转化实验实验一:转化实验14ppt课件感受态与感受态因子: 感受态感受态指细菌能够从周围环境中吸收指细菌能够从周围环境中吸收DNADNA分子进行转化的生
8、理状态。分子进行转化的生理状态。 感受态主要受一类蛋白质感受态主要受一类蛋白质( (感受态因子感受态因子) )影响,感受态因子可以在细菌间进行转移,影响,感受态因子可以在细菌间进行转移,从感受态细菌中传递到非感受态细菌中,可以使后者变为感受态。从感受态细菌中传递到非感受态细菌中,可以使后者变为感受态。 一般认为感受态出现在细菌对数生长后期,并且某些处理过程可以诱导或加强感受一般认为感受态出现在细菌对数生长后期,并且某些处理过程可以诱导或加强感受态,以大肠杆菌为例,用态,以大肠杆菌为例,用CaCa2+2+( (如如CaClCaCl2 2) )处理对数生长后期的大肠杆菌可以增强其感处理对数生长后期
9、的大肠杆菌可以增强其感受能力。受能力。15ppt课件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.人 工 诱 导 的 感 受 态 ( a r t i f i c i a l l y i n d u c e d competence):如Ca2+诱导的大肠杆菌等发生的转化。3.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(electroporatio
10、n)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。2和3:工程转化(engineered transformation) 16ppt课件转化过程17ppt课件18ppt课件图图7-13细菌转化的机制细菌转化的机制19ppt课件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 ab供 体 和 a b 受 体 , 那 共 转 化(cotransformation)即两个基因同时转化的概率是由
11、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103的话,那么这两个基因同时被转化的频率应为103103106。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。 ( (三) ) 共同转化与遗传图谱绘制20ppt课件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。由于转化片段的大小是可以控制的,因此两个基因共转化的频率可以和转化片段的平均大小相等。
12、通过转化片段平均大小相关的共转化频率测定,就可以获得这些基因的连锁图谱。21ppt课件利用共同转化绘制细菌连锁遗传图谱的基本原理: 相邻基因发生共同转化的概率与两者的距离间成正向关系,基因间距离越近,发生共同转化的频率越高,反之越低。 因此可能通过测定两基因共同转化的频率来指示基因间的相对距离。2 转化基因间重组值的计算 a a、b b单个整合个体数 a a、b b单个整合+ +同时整合总体数重组值重组值= = = = (+ -)+(- +)(+ -)+(- +)(+ +)+(+ -)+(- +)(+ +)+(+ -)+(- +) P93 q21P93 q2122ppt课件出现野生型菌落的可能
13、原因: 回复突变;转化;互养; 细菌间发生了基因重组 细菌的接合与染色体作图细菌的接合与染色体作图23ppt课件几种可能解释及其分析对上述试验结果原养型菌落可能产生于: 亲本细菌亲本细菌A A或或B B发生了发生了回复突变回复突变; 两品系细胞通过培养基交换养料两品系细胞通过培养基交换养料互养作用互养作用; 两品系间发生了两品系间发生了转化作用转化作用; 发生细胞融合,形成了发生细胞融合,形成了异核体或杂合二倍体异核体或杂合二倍体。为了验证这些原养型菌落产生的可能而进行的研究最终表明:这些解释均不成立。24ppt课件回复突变可能的排除Lederberg和Tatum利用的双营养缺陷型菌株进行试验
14、,已基本排除A或B品系发生回复突变产生原养型细菌的可能。 单基因回复突变的频率约为单基因回复突变的频率约为1010-6-6; 双基因回复突变的频率则为双基因回复突变的频率则为1010-12-12,频率很低。,频率很低。 但试验中产生原养型菌落产生的频率非常高,因此基本可但试验中产生原养型菌落产生的频率非常高,因此基本可以排除回复突变的可能。以排除回复突变的可能。25ppt课件互养作用及其排除试验材料: A A品系:品系:A A- -B B+ + T T1 1s s( (metmet- -biobio- -thrthr+ +leuleu+ +T T1 1s s) ); B B品系:品系:A A+
15、 +B B- - T T1 1r r( (metmet+ +biobio+ +ththr r- -leuleu- -T T1 1r r) )。试验方法: 将将A A、B B品系混合接种在基本培养基表面;品系混合接种在基本培养基表面; 短时间后喷短时间后喷T T1 1杀死杀死A A品系,使其不能持续产生品系,使其不能持续产生ThrThr与与LeuLeu供供B B品系持续生长。品系持续生长。结果与结论: 仍然出现原养型菌落。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,而可能发生从而表明互养并非原养型菌落出现的原因,而可能发生了了遗传重组遗传重组。26ppt课件转化作用及其排除Led
16、erberg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。27ppt课件异核体和杂合二倍体的可能性出现原养型菌落的另一种可能是细菌细胞发生融合,产生异核体或双杂合二倍体。这两种情况类似于二倍体生物的杂合体将产生原养型菌落。 异核体异核体指由于细胞融合而在细胞内含有遗传组成不同的两指由于细胞融合而在细胞内含有遗传组成不同的两个或多个细胞核。个或多个细胞核。 双杂合二倍体双杂合二倍体则是异核体进一步发生
17、核融合,形成二倍体则是异核体进一步发生核融合,形成二倍体细胞核,核内含有两种遗传物质。细胞核,核内含有两种遗传物质。但细菌为单倍配子体生物,异核体和二倍体只能暂存在。培养繁殖过程中必将发生分离,产生各种缺陷型菌落。对试验中得到的原养型菌落后代研究表明: 后代没有出现预期的性状分离现象后代没有出现预期的性状分离现象。28ppt课件经过上述分析可以认为: 在在LederbergLederberg和和TatumTatum及其它类似试验中,发生了一种不同于及其它类似试验中,发生了一种不同于转化的遗传重组方式,称之为转化的遗传重组方式,称之为接合接合(conjugationconjugation)。由于
18、历史的局限,从一开始莱德伯格和塔特姆就根据真核的重组来解释他们的发现,认为细菌接合是一个彼此交换遗传物质的过程。29ppt课件F F因子及其在杂交中的行为致育因子(fertility factor, F因子; sex factor, 性因子) 。F因子的化学本质是DNA,可以自主状态存在于细胞质中或整合到细菌的染色体上。F因子可以在细菌细胞间进行转移并传递遗传物质。图图F因子的结构因子的结构图图F因子的整合因子的整合30ppt课件F F因子状态与遗传物质转移特点因子状态与遗传物质转移特点F factor31ppt课件F因子状态与遗传物质转移特点不能进行不能进行极少转移极少转移因子因子, ,大量
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