高中生物竞赛细菌和病毒的遗传课件共86张

第10章 细菌和病毒的遗传 遗传学的发展与研究材料密切相关： • 性状遗传 植物（豌豆） • 细胞遗传 果蝇 • 分子遗传 细菌和病毒 • 遗传学从细胞水平发展到分子水平的另一 个重要原因是对基因的化学和物理结构的 深入了解。 第1节 细菌和病毒 真核生物(eukaryote) 原核生物(prokaryote) 原核细胞： • 没有核膜和明确的核结构，没有细胞器， 不进行有丝分裂和减数分裂，只通过简单 的裂殖方式增殖。 • 遗传物质简单 一、细菌（Bacteria） • 细菌是单细胞原核生物 • 是地球上生物量最大的一类生物，占据了 地球上大部分的生物干重。 大肠杆菌 E.coli E.Coli 的拟核 细菌的繁殖非常快 • 在适宜的条件下，每20分钟繁殖一代 • 一个细胞繁殖n代，就有2n-1+1个细胞。 • 一昼夜24小时，72代，271+1＝2.36×1021 细菌遗传研究的方法： • 基本培养基（minimal medium） • 完全培养基（complete medium） 细菌的表现型： • 菌落形态 颜色、大小、边缘状态等 • 营养需求 野生型（prototroph） 营养缺陷型（auxotroph） • 对药物、噬菌体和其他因素的反应 青霉素（penicillin）：pens penr 细菌的平板培养 细菌的稀释培养及菌落 影印培养法 二、病毒 virus • 病毒按寄主可分为： 动物病毒，植物病毒，细菌病毒。 • 病毒按遗传物质可分： RNA病毒，DNA病毒。 噬菌体 bacteriophage，phage • 细菌病毒 • 是研究得比较清楚的病毒。 • 噬菌体侵染细菌后在均匀生长的细菌培养 板上形成噬菌斑（plaque）。 • 根据噬菌斑的形态和生长特点可以鉴别不 同的噬菌体。 噬菌体的分类 按其在宿主细胞中的生活方式分为： 温和噬菌体 烈性噬菌体 T4噬菌体形态 T4 phage的结构模式 烈性噬菌体 virulent phage 温和噬菌体（temperate phage） u 具有溶原性（lisogeny）的生活周期。 u 侵入细菌以后，细菌细胞并不马上裂解。 λ噬菌体（λ phage） • 侵入细菌后，细菌并不裂解 • λ噬菌体的DNA通过交换整合到细菌染色 体上。 • 随着细菌DNA一起复制。 溶原性细菌（lysogenic bacterium）。 u 被溶原性噬菌体感染了的细菌。 u 整合在寄主染色体中的噬菌体DNA称为原 噬菌体（prophage）。 溶源周期→裂解周期： u 原噬菌体通过诱导（induction）可转变 为烈性噬菌体，进入裂解周期。 u 诱导方式：UV、温度改变、与非溶原性细 菌接合等。 u 诱导使阻遏物失活，噬菌体的基因表达， 进入裂解周期。 P1 噬菌体 P1 phage u 感染E.coli以后，不整合到细菌DNA上， 而是独立存在于寄主细胞内。 u 不影响宿主细胞的正常代谢 u P1 DNA 自主复制，并分配到宿主的子细胞 中去，而且可以多于一个拷贝。 u受P1 噬菌体感染的细菌也可以因诱导而进 入裂解周期。 三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性 • ①世代周期短 • ②易于管理和进行生物化学分析 • ③遗传物质比较简单 • ④是单倍体，便于研究基因的突变 • ⑤便于遗传操作 • ⑥可用作研究高等生物的简单模型。 四、细菌和病毒的拟有性过程 u 真核生物有性生殖的本质：遗传物质的交流与重组。 u 细菌和病毒不能进行有性生殖。 u 细菌和病毒的遗传物质也可以传递。 u 这种遗传物质的传递，被称之为拟有性过程。 u 拟有性过程指的是细菌或病毒获取外源遗传物质的 方式。 拟有性过程： u 当不同的病毒颗粒同时感染一个细菌时，他们在 细菌体内可以交换遗传物质，形成重组体。 u 细菌获取外源遗传物质有4种方式： 转化（transformation） 接合（conjugation） 性导（sexduction） 转导（transduction） 第2节 噬菌体的遗传分析 混合感染（mixed infection）： l 两个基因型不同的噬菌体同时感染一个宿 主细胞，又称为双重感染（double infection）。 l 共同生存在同一个宿主细胞中的两个噬菌 体DNA也可以发生交换，产生基因重组。 T2 phage的重组作图 u 一个正常的T2 phage产生的噬菌斑小而边缘 模糊，记为r＋； u 突变体r-产生的噬菌斑大而边缘清晰。 u r- T2 噬菌体是速溶（rapid lysis）突变体。 T2 phage的重组作图 u 正常的T2 噬菌体能感染E.coli B株，h＋。 u 突变型E.coli B株能抗T2的感染，记为B/2 株。 u h＋的突变型h-又能克服B/2株的抗性，既能 侵染B株又能侵染B/2株。 T2 phage 和 E.coli的关系 B B/2 h+ 能感染 不能感染 h- 能感染 能感染 T2 基因重组试验： u h- 和 h＋ 噬菌体均能感染E.coli B株。 u 用基因型为r＋h- 和 r-h＋的两种T2 噬菌体 同时感染E.coli B株（双重感染）。 u 将双重感染后释放出来的子代噬菌体接种 在同时长有B株和B/2株的培养板上，记录 噬菌斑的数目和形态。 T2 plaques • h＋r－ 42 半透明，大 • h－r＋ 34 透明，小 • h－r－ 12 透明，大 • h＋r＋ 12 半透明，小 亲本型 重组型 u 重组率（Rf）＝24％＝24cM T2 phage重组试验结果 根据上表结果可以分别作出3个连锁图 有四种可能的排列顺序 思考题： 你能否确定这4个基因座的关系？还缺什么条 件？怎么解决? λ噬菌体的基因重组与作图 u Kaiser(1955)，λ噬菌体的重组作图。 u 用UV照射获得了5个λphage的突变型： s型，噬菌斑较小， mi型，噬菌斑特别小， c型，噬菌斑完全清晰， co1型，噬菌斑中间模糊，四周清晰， co2型，噬菌斑的中部较co1型更为浓密。 λ噬菌体s co1 mi × ＋ ＋ ＋的杂交结果及分析作图 λ噬菌体s co1 mi 基因连锁图 第3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： u 转化（transformation） u 结合（cojugation） u 性导（sexduction） u 转导（transduction） 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Chr中的过程。 转 化 示 意 图 转化示意图 trp2+his2+tyr1+ （供体）×trp2-his2-tyr1-（受体） 的转化类型及重组率计算 根据上表计算结果绘制的连锁图 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 体的现象称为结合。 细 菌 的 接 合 试 验 细菌接合的电镜照片 F因子 u A菌株之所以能成为供体，是因为它含有 一个性因子（sex factor），又称致育因 子（fertility factor），简称F因子。 u 附加体： 质 粒 相关概念： u F u F＋ u F－ u Hfr：High frequency recombination u F′ F′因子的形成 接 合 过 程 示 意 图 接合过程示意图 Hfr 菌 株 的 形 成 及 其 基 因 转 移 Hfr菌株的形成及其基因转移 部分二倍体： u 当Hfr菌的部分染色体进入F－细胞后，F－ 细胞中就成为部分二倍体（partial diploid）或部分合子（merozygote）。 u 新转入的DNA片断称为供体外基因子 （exogenote），而受体的染色体称为受体 内基因子（endogenote）。 部分二倍体及其交换 中断杂交试验 u Hfr中的DNA向F－转移时，是从酶切端点开 始直线式进行的。 u 因此可以用于基因作图。 中断杂交试验： Hfr：strs thr+ leu+ azis tonAs galb+ lac+ F－：strr thr- leu- azir tonAr galb－ lac－ strr 对链霉素有抗性 azir 对叠氮化合物有抗性 tonAr 对T1噬菌体有抗性 thr+ leu+ galb+ lac+ 对苏氨酸、亮氨酸、半 乳糖和乳糖为原养型 中断杂交后，接合后体中各个性状出现的频率 大肠杆菌Hfr strs thr+ leu+ azis tonAs galb+ lac+ × F- strr thr- leu- azir tonAr galb- lac-的结果 根据中断杂交试验绘制的连锁图 用中断杂交试验确定的几个Hfr菌株的基因顺序 F因子插入的位置及方向 重组作图 a 重组体的基因型是lac＋ade＋ b 重组体的基因型是lac－ade＋ 大 肠 杆 菌 染 色 体 图 三、性导 u性导（sexduction）： 以F′因子为媒介，将供体细胞的部分遗传 物质导入受体细胞形成部分二倍体。 u并发性导（co－sexduction）： 两个相邻的基因，同处于一个F′因子上被 转移，称为并发性导。 性 导 过 程 示 意 图 四、转导 transduction u 以噬菌体为媒介，将细菌的小片段染色体 或基因从一个细菌细胞转移到另一个细菌 细胞的过程。 转导颗粒 transducing particle u 将宿主DNA片断包装在蛋白质外壳内的假 噬菌体。 普遍性转导 普 遍 性 转 导 普遍性转导 共转导（cotransduction） u 两个基因被包装在一个转导颗粒中转导。 以E.coli的P1噬菌体进行下列转导： • 供体thr＋leu＋ azir • 受体thr－leu－azis • 先用P1 噬菌体感染供体菌株，再用来自供 体的新一代P1噬菌体感染受体菌株。 • 然后检测受体菌基因型。 检测结果： 选择标记 非选择标记 1 leu+ 50% azir ，2% thr+ 2 thr+ 3% leu+ ， 0％ azir 3 thr+leu+ 0% azir 转导颗粒与染色体之间通过四次交换 形成转导体，这种转导体的频率最低 作业： 7、8、10