di truyền học vi khuẩn và virus

Khái niệm  Là hiện tượng tiếp xúc trực tiếp giữa hai tế bào vi khuẩn và kèm theo việc truyền vật chất di truyền từ tế bào thể cho sang tế bào thể nhận  Sơ đồ sự tiếp hợp giữa hai tế bà

DI TRUYỀN HỌC VI KHUẨN VÀ

VIRUS

I Những đặc điểm trong nghiên cứu DTH vi khuẩn.

II Các phương thức trao đổi vật chất di

truyền ở vi khuẩn và ứng dụng trong

nghiên cứu DTH.

I Những đặc điểm trong nghiên

2 Vi khuẩn phụ thuộc vào một loại chất dinh dưỡng để

sinh trưởng Ví dụ: cần bổ sung alanine: ala -, đột biến khuyết dưỡng alanine.

3 Vi khuẩn mẫn cảm hoặc kháng với một loại thuốc hoặc phage Ví dụ tet r.

4 Đột biến có điều kiện Ví dụ: mẫn cảm nhiệt độ (42

hoặc 10 o C).

Vật chất di truyền của vi khuẩn

mạch kép, dạng vòng kết hợp với protein.

kháng kháng sinh…)

II Các phương thức trao đổi vật

chất di truyền ở vi khuẩn

A. Biến nạp (transformation) : Không cần sự tiếp

xúc giữa tế bào thể cho và thể nhận Thể nhận

tự lấy ADN từ ngoài vào

B. Tiếp hợp (conjugation): Cần sự tiếp xúc tế bào

thể cho và thể nhận Vật chất di truyền được truyền qua ống tiếp hợp

C. Tải nạp (transduction): Có sự tham gia của

phage hay thể thực khuẩn (virus lây nhiễm vi khuẩn)

A Biến nạp (transformation)

nạp

Khám phá hiện tượng biến nạp: Fredrich Griffith (1928) với

vi khuẩn gây viêm phổi Streptococcus pneumoniae

 Biến nạp tự

nhiên ở B

subtilis

2 Xây dựng bản đồ di truyền bằng biến

 Nếu hai gen rất gần nhau thì tần số đồng biến nạp xấp xỉ tần số biến nạp đơn

 Từ tần số đồng biến nạp  xác định liên kết

 Ví dụ

B Tiếp hợp

1. Khái niệm

2. Khám phá ra hiện tượng tiếp hợp

3. Nhân tố F, tế bào F+ và F- và sự tiếp hợp F+ và

F

-4. Tế bào Hfr và Sự tiếp hợp giữa Hfr và F

-5. Lập bản đồ di truyền bằng tiếp hợp ở vi khuẩn

6. Plasmid F’

B Tiếp hợp (conjugation)

1 Khái niệm

 Là hiện tượng tiếp xúc trực tiếp giữa hai tế bào vi khuẩn và kèm theo việc truyền vật chất di truyền

từ tế bào thể cho sang tế bào thể nhận

 Sơ đồ sự tiếp hợp giữa hai tế bào vi khuẩn

2 Khám phá ra hiện tượng tiếp hợp

 Lederberg và Tatum (1956 )

 Escherichia coli

 Chủng A: met−bio−thr+leu+thi+

 Chủng B: met+bio+thr−leu−thi−

 Trộn lẫn A và B vài giờ, cấy lên MT

Xuất hiện khuẩn lạc sinh trưởng bình thường

 Kết luận: Có hiện tượng tái tổ hợp di truyền

giữa hai dạng A và B, hình thành dạng lai:

met+bio+thr+leu+thi+

Không sống được trên môi trường tối thiểu (MM)

 Hiện tượng tái tổ hợp di truyền giữa các tế bào E.coli: dạng A(met−bio−thr+leu+thi+ )

dạng B (met+bio+thr−leu−thi− ) không thể sinh trưởng trên môi trường tối thiểu (MM)

plasmid chứa gen truyền,

gen quy định lông giới

Quá trình tiếp hợp giữa F+ và F

mạch đứt đó được truyền sang tế bào

F được thực hiện ở cả hai tế bào

4 Tế bào Hfr và Sự tiếp hợp

giữa Hfr và F

Xen nhân tố F vào nhiễm sắc thể E coli bằng trao đổi chéo

Tiếp hợp giữa Hfr và F

- Hai tế bào hình thành ống tiếp hợp.

 Nhân tố F từ thể cho được tách do mở ADN mạch vòng ở vị trí bất kỳ Hai sợi đơn của phân tử ADN kép được tách nhau ra, một đầu chui qua ống tiếp hợp, kéo theo một số gen của NST, được truyền sang tế bào nhận, sợi bổ trợ còn lại được tổng hợp bên tế bào nhận.

 Nếu các gen nằm trong phân tử ADN được truyền sang có những đoạn tương đồng với NST tế bào nhận thì

có thể xảy ra hiện tượng trao đổi chéo, tái tổ hợp và có thể được phát hiện, nghiên cứu Nếu toàn bộ một sợi đơn của NST vi khuẩn cho và phần còn lại của nhân tố F được truyền sang tế bào nhận, tế bào nhận F - sẽ trở thành tế bào F + , tuy nhiên rẩt hiếm khi như vậy.

Điểm khác biệt trong sự tiếp hợp ở F- và

 Quá trình truyền ADN ở Hfr

thường bị đứt quãng Vì vậy trong

tiếp hợp Hfr × F - , sau khi được

truyền, F - vẫn là F - vì đoạn cuối

của nhân tố F không được truyền

sang.

 Đoạn ADN của Hfr được truyền

sang tế bào nhận không tạo thành

mạch vòng, không tự sao chép

được Có trao đổi chéo, tái tổ hợp

với NST thể nhận.

5 Lập bản đồ di truyền bằng tiếp

hợp ở vi khuẩn

 Phương pháp ngắt quãng tiếp hợp:

+ Lai Hfr azi+ton+lac+gal+ × F−azi−ton−lac−gal−

+ Làm đứt cầu tiếp hợp tại những thời điểm xác định khác nhau

+ Dùng môi trường chọn lọc để xác định các

gen được truyền

+ Lập biểu đồ tần số tái tổ hợp hình thành qua tiếp hợp theo thời gian

+ Xác định trật tự các gen trên NST (bằng thời gian truyền gen)

Trật tự các gen được truyền là

azi, ton, lac, gal

 Để lập bản đồ gen vi khuẩn cần phải sử dụng nhiều

chủng Hfr khác nhau Thí nghiệm sẽ cho các kết quả

truyền gen theo những trật tự khác nhau vì mỗi chủng Hfr có hướng truyền gen khác nhau Đó cũng là bằng

chứng cho thấy NST vi khuẩn có mạch vòng.

 Ví dụ: Thí nghiệm ngắt quãng tiếp hợp với 4 chủng Hfr ở

E coli cho kết quả truyền gen như sau:

nhân tố F và hướng truyền gen

của các chủng Hfr như hình bên.

Bản đồ gen của E coli

6 Plasmid F’

 Là plasmid F bị cắt bỏ khỏi NST vi khuẩn sau khi lồng ghép Vi khuẩn từ Hfr trở thành F +

 Quá trình cắt bỏ thường không chính xác nên một số

gen của vi khuẩn cũng bị cắt theo.

 Khi cho F’ tiếp hợp vào vi khuẩn, nó sẽ sinh ra thể lưỡng bội một phần.

F’ được sử dụng để phân tích bổ

trợ

 Ví dụ: Thu được 2 chủng đột biến cùng khuyết dưỡng arginine, ký hiệu argC và argB Hai đột biến trên cùng 1 gen hay ở 2 gen khác nhau?

 Tạo F’ có kiểu gen argC + argB rồi lai với 2 chủng đột biến.

 Nếu hai đột biến đều mọc được trên môi trường chọn lọc => 2 chủng đều mang đột biến ở gen C.

 Nếu một chủng mọc được thì chủng đó mang đột biến ở C.

 Nếu cả hai chủng đều không mọc được thì cả hai đều mang đột biến ở B.

C Tải nạp

1 Khái niệm

2 Các chu trình sống của phage

3 Tải nạp chung & Tải nạp đặc hiệu

C Tải nạp (transduction)

1 Khái niệm

 Là quá trình truyền vật chẩt di truyền (ADN) từ thể cho sang thể nhận nhờ phage.

2 Các chu trình sống của phage

tế bào vi khuẩn khi chúng xâm

nhập VK này, đây là các

phage sinh tan Ví dụ: phage

T2, T4.

sử dụng nguyên liệu của tế

bào vi khuẩn để tái bản ADN

của chúng, tạo vỏ protein rồi

phá vỡ tế bào vi khuẩn và giải

phóng ra các phage con Các

phage tạo thành tiếp tục xâm

nhiễm các tế bào vi khuẩn liền

kề.

Virus lây nhiễm tế bào vi khuẩn

2.2 Tái tổ hợp di truyền trong chu trình sinh

tan

nhiễm một tế bào vi khuẩn, chúng có thể tái tổ hợp với nhau tạo ra phage con có kiểu hình tái tổ hợp

kia là tạo vết tan sáng, nhỏ Sau một chu trình sinh tan, chúng có thể tạo ra các phage con có kiểu hình mới: tạo vết tan đục, nhỏ hoặc tạo vết tan sáng, rộng.

phage bằng cách sử dụng tái tổ hợp ở phage.

Lây nhiễm kép

E coli bởi hai phage

Các dạng vết tan phage thế hệ sau từ phép lai h − r + × h + r −

Kiểu hình Kiểu genTrong, nhỏ

Đục, to Đục, nhỏ

2.3 Chu trình tiềm tan

chủ

khuẩn và không phá vỡ tể bào vi khuẩn (thể tiềm tan), còn ADN phage nằm trên NST vi khuẩn được gọi là prophage

con.

thể được hoạt hóa, tách khỏi NST vi khuẩn và tạo vỏ bọc protein rồi bắt đầu chu trình sinh tan,

Các chu kỳ khác nhau của phage tiềm tan đối

với tế bào chủ của nó

Lồng ghép ADN phage với NST vi

ADN vi khuẩn đính vào nhau sau đó đứt nối và xảy ra quá trình trao đổi chéo để tạo ra NST lồng ghép, với sự xúc tác

Mô hình hợp nhất ADN phage λ vào NST E coli Tái tổ hợp tương

hỗ xảy ra giữa vị trí đính đặc hiệu trên λ ADN vòng và vùng đặc hiệu trên NST vi khuẩn ở giữa hai gen gal và bio.

2.3 Thí nghiệm phát hiện hiện tượng tải

tái tổ hợp được xác định là phage P22

3 Tải nạp chung & Tải nạp đặc hiệu

3.1 Tải nạp chung

kỳ gen nào của thể cho cũng có thể được truyền sang thể nhận bởi phage

phage tải nạp chung.

Cơ chế tải nạp chung Chỉ một tỉ lệ nhỏ các phage thế hệ con (khoảng 1/10000) mang gen của thể cho.

♦ Cơ chế tải nạp chung

 Phage T1 tạo ra enzyme nuclease cắt ADN vi khuẩn thể cho thành các đoạn có kích thước tương đương với ADN phage

 Hình thành hạt tải nạp (phage mang gen của thể cho) chứa các đoạn cắt ngẫu nhiên từ NST vi khuẩn

 Hạt tải nạp xâm nhiễm tế bào vi khuẩn E coli

khác, chúng có thể trao đổi chéo tại các đoạn tương đồng với NST vi khuẩn nhận

 Sử dụng môi trường chọn lọc, người ta có thể

♦ Phân tích di truyền bằng tải nạp

chung

 Có thể dùng tải nạp chung để lập bản đồ gen

 Các gen nằm xa nhau trên NST ít khi được

truyền cùng nhau sang tế bào nhận

 Hiện tượng tải nạp cả hai gen đang xét (các gen đánh dấu) được gọi là đồng tải nạp

 Tần số đồng tải nạp tỉ lệ nghịch với khoảng

cách các gen

 Việc nghiên cứu đồng tải nạp có thể xác định được trật tự các gen, giúp xây dựng bản đồ di truyền

3.2 Tải nạp đặc hiệu

 Là hiện tượng tải nạp trong đó phage chỉ có thể truyền một số gen nhất định từ vi khuẩn cho sang vi khuẩn nhận

 Tải nạp đặc hiệu xảy ra do phage tiềm tan vi khuẩn chủ, ADN của nó xen vào NST vi khuẩn chủ tại vị trí nhất định

♦ Cơ chế tải nạp đặc hiệu

 Trong điều kiện cụ thể, ở các tế bào tiềm tan, sự sinh tan bắt đầu

 Khi ADN phage tách khỏi NST vi khuẩn, nó có thể bị cắt không chính xác nên tạo ra ADN phage mang một số gen nào đó của vi khuẩn

 Khi xâm nhiễm tế bào vi khuẩn khác, phage mang gen vi khuẩn có thể trao đổi chéo ở các đoạn tương đồng và truyền gen sang vi khuẩn nhận