构建连锁图通常需要经过生物的有性过程,大肠杆菌是原核生物,其生活史和生殖方式与动植物有很大差异,你能说明构建大肠杆菌连锁图的原理吗有人申请自然科学基金,要构建叶绿体的遗传连锁图,你觉得可行吗为什么
参考答案:
解析:细菌进行基因转移有三种途径:转化(transformation)、转导(transduction)和接合(conjugation)。此三种方法均可用于基因定位。对大肠杆菌进行基因连锁分析,主要采用细菌接合定位法。
接合是指两个单细胞通过彼此间的暂时连接,使其中一方接受另一方的遗传物质的现象。在细菌的接合中,供体细胞称雄性细胞,受体细胞称雌性细胞。这种“性别”差异是根据它们是否具有F因子而区分的。
F因子亦称可育因子。它在细菌中以两种状态存在,一是独立于染色体外的游离状态,此时的细胞称为F+细胞。F+细胞可通过接合将F因子转移到F-受体细胞。F因子亦可整合在细菌的染色体上,即以整合状态存在,此时它能将细菌的染色体高频地转移到F-受体细胞中,故称此细胞为高频重组(Hfr)细胞。
在接合中,有三种不同的方法可用作细菌染色体的基因定位:转移梯度定位、时间单位定位与计数重组体定位。
(1)转移梯度定位
表1 Hfr与F-细胞的特性
先将Hfr雄性细胞与F-雌性细胞在液体培养基中混合25分钟(所用Hfr及F-细胞特性见表1),然后将此混合液涂布于含有链霉素的合成培养基中。Hfr细胞因为有Strs,故不能在含链霉素的培养基中生长;F-细胞由于不能合成亮氨酸和丝氨酸,故不能在缺失亮氨酸和丝氨酸的合成培养基中生长。只有那些Thr+、Leu+(来自Hfr)与Strr(来自F-)的重组体,才能在Strr、Leu-、Thr-的培养基上生长。将上述重组体放在含有叠氮化钠、噬菌体T1侵染以及乳糖或半乳糖作为惟一糖源的合成培养基中生长,结果表明,在所有的Thr+、Leu+、Strr的阳性克隆中,90%是azis,70%是T1s,40%是Lac+,25%是Gal+。其百分比正好代表了连锁强度,据此可作出连锁图。
(2)时间单位定位
遗传梯度定位及计数重组体定位,只能得出基因在染色体上的相对位置。为了得到特定基因在染色体上排列的绝对位置,可用时间单位定位法。将上述的Hfr和F-细胞在液体培养基中混合,每隔一定时间取样,并用搅拌器搅拌以中断接合,然后涂布于特殊的选择培养基上,检测哪些基因已从供体整合到受体染色体中。表中的结果表明:供体染色体是线性地进入受体细胞的,假定供体染色体的转移速率是定值,则表中的数据代表了基因的确切位置,可用来作细菌染色体的细胞学图。实验表明,37℃时,大肠杆菌整个染色体的转移需要90分钟。已知大肠杆菌染色体为环状,故可以时间为单位作图。
表2 不同的基因从Hfr转移到F-细胞所需时间间隔
(3)计数重组值基因定位
通过计数重组值来推算基因的重组值,从而进行基因定位的方法称为计数重组值定位。在细菌接合过程中,只有部分染色体呈暂时的二倍体状态,为了保证转移染色体部分包含所需研究的基因,所选择的供体染色体必须包含一个已知位点的基因。
例如将Thr+Leu+的Hfr细胞与Thr-Leu-的F-细胞融合,从时间图数据得知,Leu基因在Thr基因之后进入F-细胞,所以任何Leu+的重组体均有可能是Thr+。如果这两个基因之间没有发生交换,则将出现Thr+ Leu+的重组体。若两个基因发生重组,则重组体是Thr-Leu+。我们可以从计算重组体(Thr-Leu+)与非重组体加重组体的总数(Thr+ Leu++Thr-Leu+)的比值来推测二基因间的重组频率。
将重组单位与时间单位相比较,可以发现一个时间单位相当于20个重组单位。一般来说,当基因间的距离少于3个时间单位时,用重组频率能得到很好的结果;若大于3个时间单位,即大于60个重组单位时,两个连锁基因重组分析的结果会不连锁。所以,在这样情况下不能用重组频率的分析方法来定位。
在所有生物中都有分离和连锁现象。对各种生物进行连锁分析的基本前提是:
首先,基因是在染色体上的,在细胞分裂过程中,每个染色体的两个染色单体,各自进入一个细胞。染色体在间期复制时,上面所带的基因也复制一次。细胞分裂一次,形成的两个子细胞中,染色体完全一样,所有的基因也完全一样,所以双亲的遗传特性可以通过受精卵的连续有丝分裂而正确地传递下来。生殖细胞形成时,进行减数分裂。在减数分裂时,不同对的染色体彼此独立分离,同时同源染色体间又可相互部分交换,这就造成多种配子,因而造成多种合子。这是生物变异的重要原因之一,为生物进化和培育新品种提供了丰富的素材。
其次,有减数分裂,才有分离现象,没有减数分裂,就没有分离现象。只有进行有性生殖的生物,才有减数分裂,才出现分离现象,这就能解释许多遗传现象。植物中的分根、插枝、嫁接等是无性繁殖,不进行减数分裂,所以一点也没有分离,后代的基因型完全一样,遗传特性就非常一致。
最后,为什么基因主要位于染色体上,而不是坐落在细胞中其他部分呢这是因为基因位于染色体上时,每一基因座上的基因只要两份就可保证基因的正确分离和组合。在有丝分裂时,随着染色体的等分,位于其上的基因也均等地分向两极,所以就每一基因座而言,每一细胞都均等地得到二份。而在减数分裂中,随着同源染色体的分离,位于其上的基因也正确地分离,所以就每一基因座而言,每一性细胞都可正确地得到一份。而在雌雄配子的结合过程中,又随着细胞中染色体数的回复而重新组合。如果基因是在细胞中的其他部分,例如在细胞质中,那么每一基因一定要有相当多的份数,才能保证每个子细胞都能分到一部分,可是还不能保证正确的分离。
根据以上前提,不能对叶绿体基因组进行连锁分析,也就是不能构建叶绿体的遗传连锁图,因为叶绿体基因组表现为母性遗传。
(王永飞 卜庆梅 答)