di truyền học vi khuẩn và virus

DI TRUYỀN HỌC VI KHUẨN VÀ
DI TRUYỀN HỌC VI KHUẨN VÀ
VIRUS
VIRUS
I. Những đặc điểm trong nghiên cứu DTH vi
I. Những đặc điểm trong nghiên cứu DTH vi
khuẩn.
khuẩn.
II. Các phương thức trao đổi vật chất di
II. Các phương thức trao đổi vật chất di
truyền ở vi khuẩn và ứng dụng trong
truyền ở vi khuẩn và ứng dụng trong
nghiên cứu DTH.
nghiên cứu DTH.

I.
I.
Những đặc điểm trong nghiên
Những đặc điểm trong nghiên
cứu DTH vi khuẩn
cứu DTH vi khuẩn

Dễ nuôi cấy, sinh sản nhanh, có nhiều đột biến.
Dễ nuôi cấy, sinh sản nhanh, có nhiều đột biến.

Các loại đột biến:
Các loại đột biến:

1. Vi khuẩn không có khả năng sử dụng một loại chất dinh
1. Vi khuẩn không có khả năng sử dụng một loại chất dinh
dưỡng để sinh trưởng. Ví dụ: không sử dụng được
dưỡng để sinh trưởng. Ví dụ: không sử dụng được
galactose-
galactose-
gal
gal
-
-


2. Vi khuẩn phụ thuộc vào một loại chất dinh dưỡng để
2. Vi khuẩn phụ thuộc vào một loại chất dinh dưỡng để
sinh trưởng. Ví dụ: cần bổ sung alanine:
sinh trưởng. Ví dụ: cần bổ sung alanine:
ala
ala
-
-
, đột biến
, đột biến
khuyết dưỡng alanine.
khuyết dưỡng alanine.


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

phage. Ví dụ
tet
tet
r
r
.
.




4. Đột biến có điều kiện. Ví dụ: mẫn cảm nhiệt độ (42
4. Đột biến có điều kiện. Ví dụ: mẫn cảm nhiệt độ (42
hoặc 10
hoặc 10
o
o
C)
C)
.
.

Vật chất di truyền của vi khuẩn
Vật chất di truyền của vi khuẩn
-
Nhiễm sắc thể vi khuẩn: 1 phân tử ADN
Nhiễm sắc thể vi khuẩn: 1 phân tử ADN
mạch kép, dạng vòng kết hợp với protein.
mạch kép, dạng vòng kết hợp với protein.
-

Các plasmid (plasmid giới tính, plasmid
Các plasmid (plasmid giới tính, plasmid
kháng kháng sinh…)
kháng kháng sinh…)

II.
II.
Các phương thức trao đổi vật
Các phương thức trao đổi vật
chất di truyền ở vi khuẩn
chất di truyền ở vi khuẩn
A.
A.
Biến nạp
Biến nạp


(transformation)
(transformation)


: Không cần sự tiếp
: Không cần sự tiếp
xúc giữa tế bào thể cho và thể nhận. Thể nhận
xúc giữa tế bào thể cho và thể nhận. Thể nhận
tự lấy ADN từ ngoài vào.
tự lấy ADN từ ngoài vào.
B.
B.
Tiếp hợp

Tiếp hợp


(conjugation): Cần sự tiếp xúc tế bào
(conjugation): Cần sự tiếp xúc tế bào
thể cho và thể nhận. Vật chất di truyền được
thể cho và thể nhận. Vật chất di truyền được
truyền qua ống tiếp hợp.
truyền qua ống tiếp hợp.
C.
C.
Tải nạp
Tải nạp


(transduction): Có sự tham gia của
(transduction): Có sự tham gia của
phage hay thể thực khuẩn (virus lây nhiễm vi
phage hay thể thực khuẩn (virus lây nhiễm vi
khuẩn).
khuẩn).

A.
A.
Biến nạp (transformation
Biến nạp (transformation
)
)

1. Khái niệm

1. Khái niệm

2. Xây dựng bản đồ di truyền bằng biến
2. Xây dựng bản đồ di truyền bằng biến
nạp
nạp

A.
A.
Biến nạp (transformation
Biến nạp (transformation
)
)
1. Khái niệm
1. Khái niệm

Là quá trình truyền ADN được tách chiết hay ADN trực
Là quá trình truyền ADN được tách chiết hay ADN trực
tiếp từ tế bào cho sang tế bào nhận.
tiếp từ tế bào cho sang tế bào nhận.

Tế bào khả biến (competent): Tế bào dễ dàng tiếp nhận
Tế bào khả biến (competent): Tế bào dễ dàng tiếp nhận
ADN thể cho
ADN thể cho

Vi khuẩn khả biến tự nhiên:
Vi khuẩn khả biến tự nhiên:
Diplococcus pneumoniae,
Diplococcus pneumoniae,

Bacillus subtilis
Bacillus subtilis



Vi khuẩn cần xử lý trước khi biến nạp:
Vi khuẩn cần xử lý trước khi biến nạp:
Escherichia coli
Escherichia coli

Khám phá hiện tượng biến nạp: Fredrich Griffith (1928) với
Khám phá hiện tượng biến nạp: Fredrich Griffith (1928) với
vi khuẩn gây viêm phổi
vi khuẩn gây viêm phổi
Streptococcus pneumoniae
Streptococcus pneumoniae


Biến nạp tự
Biến nạp tự
nhiên ở
nhiên ở
B.
B.
subtilis
subtilis

2. Xây dựng bản đồ di truyền bằng biến
2. Xây dựng bản đồ di truyền bằng biến
nạp

nạp

Tần số biến nạp; tần số đồng biến nạp
Tần số biến nạp; tần số đồng biến nạp

VD: Tần số biến nạp đơn của mỗi gen là
VD: Tần số biến nạp đơn của mỗi gen là
1/10
1/10
3
3
.
.

Hai gen xa nhau: tần số đồng biến nạp (biến
Hai gen xa nhau: tần số đồng biến nạp (biến
nạp đồng thời cả hai gen) = 1/10
nạp đồng thời cả hai gen) = 1/10
3
3
x 1/10
x 1/10
3
3
=
=
1/10
1/10
6
6

.
.

Nếu hai gen rất gần nhau thì tần số đồng biến
Nếu hai gen rất gần nhau thì tần số đồng biến
nạp xấp xỉ tần số biến nạp đơn.
nạp xấp xỉ tần số biến nạp đơn.

Từ tần số đồng biến nạp
Từ tần số đồng biến nạp


xác định liên kết
xác định liên kết
gen và trật tự các gen trên NST.
gen và trật tự các gen trên NST.




Ví dụ
Ví dụ

B. Tiếp hợp
B. Tiếp hợp
1.
1.
Khái niệm
Khái niệm
2.

2.
Khám phá ra hiện tượng tiếp hợp
Khám phá ra hiện tượng tiếp hợp
3.
3.
Nhân tố F, tế bào F
Nhân tố F, tế bào F
+
+
và F
và F
-
-
và sự tiếp hợp F
và sự tiếp hợp F
+
+
và
và
F
F
-
-
4.
4.
Tế bào Hfr và Sự tiếp hợp giữa Hfr và F
Tế bào Hfr và Sự tiếp hợp giữa Hfr và F
-
-
5.

5.
Lập bản đồ di truyền bằng tiếp hợp ở vi khuẩn
Lập bản đồ di truyền bằng tiếp hợp ở vi khuẩn
6.
6.
Plasmid F’
Plasmid F’

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

2
2
. Khám phá ra hiện tượng tiếp hợp
. Khám phá ra hiện tượng tiếp hợp

Lederberg và Tatum (1956 )
Lederberg và Tatum (1956 )


Escherichia coli
Escherichia coli

Chủng A:
Chủng A:
met
met
−
−
bio
bio
−
−
thr
thr
+
+
leu
leu
+
+
thi
thi
+
+

Chủng B:
Chủng B:
met

met
+
+
bio
bio
+
+
thr
thr
−
−
leu
leu
−
−
thi
thi
−
−

Trộn lẫn A và B vài giờ, cấy lên MT
Trộn lẫn A và B vài giờ, cấy lên MT
Xuất hiện khuẩn lạc sinh trưởng bình thường
Xuất hiện khuẩn lạc sinh trưởng bình thường

Kết luận: Có hiện tượng tái tổ hợp di truyền
Kết luận: Có hiện tượng tái tổ hợp di truyền
giữa hai dạng A và B, hình thành dạng lai:
giữa hai dạng A và B, hình thành dạng lai:
met

met
+
+
bio
bio
+
+
thr
thr
+
+
leu
leu
+
+
thi
thi
+
+
Không sống được trên
môi trường tối thiểu (MM)


Hiện tượng tái tổ hợp di
Hiện tượng tái tổ hợp di
truyền giữa các tế bào E.coli:
truyền giữa các tế bào E.coli:
dạng A(
dạng A(
met

met
−
−
bio
bio
−
−
thr
thr
+
+
leu
leu
+
+
thi
thi
+
+
)
)
dạng B (
dạng B (
met
met
+
+
bio
bio
+

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

3. Nhân tố F, tế bào F
3. Nhân tố F, tế bào F
+
+
và F
và F
-
-

và sự
và sự
tiếp hợp F
tiếp hợp F
+
+
và F
và F
-
-



Plasmid
Plasmid

Plasmid F (nhân tố F –
Plasmid F (nhân tố F –
nhân tố giới tính):
nhân tố giới tính):
plasmid chứa gen truyền,
plasmid chứa gen truyền,
gen quy định lông giới
gen quy định lông giới
tính
tính

Tế bào cho: F
Tế bào cho: F
+

+
(mang
(mang
nhân tố F)
nhân tố F)

Tế bào nhận: F
Tế bào nhận: F
-
-
(không
(không
mang nhân tố F)
mang nhân tố F)

Quá trình tiếp hợp giữa F
Quá trình tiếp hợp giữa F
+
+
và F
và F
-
-

Hai tế bào vi khuẩn tiến sát vào nhau
Hai tế bào vi khuẩn tiến sát vào nhau

Hình thành cầu tiếp hợp
Hình thành cầu tiếp hợp


Nhân tố F từ tế bào F
Nhân tố F từ tế bào F
+
+
đứt ở một mạch,
đứt ở một mạch,
mạch đứt đó được truyền sang tế bào
mạch đứt đó được truyền sang tế bào
F
F
-
-
. Quá trình tổng hợp sợi bổ sung của
. Quá trình tổng hợp sợi bổ sung của
F được thực hiện ở cả hai tế bào
F được thực hiện ở cả hai tế bào

Kết quả: hình thành hai tế bào F
Kết quả: hình thành hai tế bào F
+
+


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

-

Các tế bào Hfr
Các tế bào Hfr

Là các tế bào vi khuẩn
Là các tế bào vi khuẩn
mang nhân tố F đã
mang nhân tố F đã
được lồng ghép vào
được lồng ghép vào
NST của vi khuẩn
NST của vi khuẩn

Khi tiếp hợp với tế bào
Khi tiếp hợp với tế bào
nhận, có khả năng
nhận, có khả năng
truyền đi một số gen
truyền đi một số gen
của NST tế bào vi
của NST tế bào vi
khuẩn qua ống tiếp hợp
khuẩn qua ống tiếp hợp

Có tần số tái tổ hợp
Có tần số tái tổ hợp
cao.
cao.

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

Tiếp hợp giữa Hfr và F
Tiếp hợp giữa Hfr và F
-
-



Hai tế bào hình thành ống tiếp hợp.
Hai tế bào hình thành ống tiếp hợp.



Nhân tố F từ thể cho được tách do mở ADN mạch
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
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
được tách nhau ra, một đầu chui qua ống tiếp hợp, kéo
theo một số gen của NST, được truyền sang tế bào nhận,
theo một số gen của NST, được truyền sang tế bào nhận,
sợi bổ trợ còn lại được tổng hợp bên 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

Nếu các gen nằm trong phân tử ADN được truyền
sang có những đoạn tương đồng với NST tế bào nhận thì
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
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
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
của NST vi khuẩn cho và phần còn lại của nhân tố F
được truyền sang tế bào nhận, tế bào nhận F
được truyền sang tế bào nhận, tế bào nhận F
-
-
sẽ trở
sẽ trở
thành tế bào F
thành tế bào F
+
+
, tuy nhiên rẩt hiếm khi như vậy.
, tuy nhiên rẩt hiếm khi như vậy.



Điểm khác biệt trong sự tiếp hợp ở F
Điểm khác biệt trong sự tiếp hợp ở F
-
-
và
và

Hfr
Hfr

Trình tự truyền gen từ các chủng
Trình tự truyền gen từ các chủng
Hfr thể cho sang thể nhận khác
Hfr thể cho sang thể nhận khác
nhau vì nhân tố F có thể lồng
nhau vì nhân tố F có thể lồng
ghép ở các vị trí khác nhau trên
ghép ở các vị trí khác nhau trên
NST vi khuẩn.
NST vi khuẩn.

Quá trình truyền ADN ở Hfr
Quá trình truyền ADN ở Hfr
thường bị đứt quãng. Vì vậy trong
thường bị đứt quãng. Vì vậy trong
tiếp hợp Hfr
tiếp hợp Hfr
×
×
F
F
-
-
, sau khi được
, sau khi được
truyền, F
truyền, F

-
-
vẫn là F
vẫn là F
-
-
vì đoạn cuối
vì đoạn cuối
của nhân tố F không được truyền
của nhân tố F không được truyền
sang.
sang.

Đoạn ADN của Hfr được truyền
Đoạn ADN của Hfr được truyền
sang tế bào nhận không tạo thành
sang tế bào nhận không tạo thành
mạch vòng, không tự sao chép
mạch vòng, không tự sao chép
được. Có trao đổi chéo, tái tổ hợp
được. Có trao đổi chéo, tái tổ hợp
với NST thể nhận.
với NST thể nhận.

Tóm tắt các sự kiện diễn ra trong quá trình tiếp hợp ở
E. coli

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

hợp ở vi khuẩn

Phương pháp ngắt quãng tiếp hợp:
Phương pháp ngắt quãng tiếp hợp:


+ Lai Hfr
+ Lai Hfr
azi
azi
+
+
ton
ton
+
+
lac
lac
+
+
gal
gal
+
+


×
×
F
F

−
−
azi
azi
−
−
ton
ton
−
−
lac
lac
−
−
gal
gal
−
−


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


+ Dùng môi trường chọn lọc để xác định các
+ Dùng môi trường chọn lọc để xác định các
gen được truyền.
gen được truyền.

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


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

Trật tự các gen
được truyền là
azi, ton, lac, gal
Thí nghiệm ngắt quãng tiếp hợp ở vi khuẩn E. coli.