Bài giảng Di truyền vi khuẩn - Nguyễn Thanh Tố Nhi

DI TRUYỀN VI KHUẨN GV: Ths. Nguyễn Thanh Tố Nhi VẬT LIỆU DI TRUYỀN CỦA VI KHUẨN SỰ SAO CHÉP CỦA NST CÁC KIỂU SAO CHÉP ADN Ở E.COLI Kiểu theta hay Cairns Kiểu lăn vòng TÁI TỔ HỢP DI TRUYỀN VÀ SỰ TRUYỀN CÁC TÍNH TRẠNG Khái niệm Các con đường chuyển ADN từ TB cho sang TB nhận DI TRUYỀN VI KHUẨN VẬT LIỆU DI TRUYỀN CỦA VI KHUẨN SV NNT & VIRUS: Qtr ss cận hữu tính Đặc điểm di truyền của VK: Truyền thông tin 1 chiều từ TB cho sang TB nhận, tạo hợp tử từng phần Thể cho chỉ chuyển 1 đoạn của bộ gen sang thể nhận nên chỉ lưỡng bội ở 1 phần Bộ gen là phân tử ADN trần, chỉ có 1 nhóm liên kết gen, tái tổ hợp là lai phân tử Vật chất di truyền VK: thể nhiễm sắc là 1 phân tử ADN xoắn kép dạng vòng, không màng nhân, không Protein bảo vệ SỰ SAO CHÉP CỦA NST Thường sử dụng E.coli trong nghiên cứu bộ máy di truyền Thông tin di truyền TBVK nằm trên 1 phân tử ADN mạch kép, vòng đơn gọi là genophore hay NST SỰ SAO CHÉP CỦA NST Sinh sản vô tính bằng ngắt đôi ADN gắn trực tiếp vào màng NSC, sao chép thành 2 bản gắn chung nhau trên màng NSC Khi TB kéo dài ra, các bản sao ADN tách xa nhau do phần màng giữa chúng lớn dần ra CÁC KIỂU SAO CHÉP ADN Ở E.COLI Kiểu sao chép theta (θ) hay Cairns Bắt đầu từ điểm Ori, đi theo 1 hoặc 2 chiều quanh vòng tròn ADN vòng đang sao chép: dạng “con mắt”, chẻ 3 sao chép lan dần, tạo 2 ADN lai. ADN sao chép được gắn vào TB, bảo đảm chúng tách nhau ra trong phân bào CÁC KIỂU SAO CHÉP ADN Ở E.COLI Kiểu sao chép theta (θ) hay Cairns E.coli chỉ có 1 điểm Ori cả ADN thành 1 đơn vị sao chép thống nhất: replicon SV NNT: chỉ có 1 replicon (đơn vị sao chép) CÁC KIỂU SAO CHÉP ADN Ở E.COLI Kiểu lăn vòng Xảy ra ở VK thông qua tiếp hợp 1 mạch đơn ADN trong vòng xoắn kép bị cắt, làm khuôn tổng hợp sợi ADN bổ sung 2 sợi tổ hợp lại thành dạng xoắn kép mới TÁI TỔ HỢP DI TRUYỀN & TRUYỀN CÁC TÍNH TRẠNG Khái niệm Các con đường chuyển ADN từ TB cho sang TB nhận Khái niệm VK: cơ thể đơn bội, chỉ có 1 tổ hợp gen Cũng có VK tạo hợp tử, tuy nhiên chỉ hợp nhất 1 phần của 2 TB: VLDT từ TB cho chỉ chuyển 1 phần qua TB nhận hợp tử không hoàn toàn NST của TB cho kết đôi với NST của TB nhận ở đoạn tương ứng, các đoạn riêng lẻ trao đổi cho nhau Ở lần phân chia thể nhân & TB kê tiếp, tạo ra những TB chỉ chứa các NST đã được tái tổ hợp Các con đường chuyển ADN từ TB cho sang TB nhận Tiếp hợp Biến nạp Tải nạp Cơ chế sinh sản của thực khuẩn thể Chu trình tiêu giải Chu trình tiêu giải tiềm ẩn Tải nạp không đặc hiệu Tải nạp đặc hiệu TIẾP HỢP TIẾP HỢP Là sự truyền ADN từ TB này sang TB khác qua sự tiếp xúc 2 TB VK tiếp hợp có 2 giới: Giới đực (F+): cho ADN, có yếu tố F, có pili Giới cái (F-): nhận ADN, không có yếu tố F, không có pili F- x F- không tái tổ hợp F+ x F- F- thành F+ F+ x F+ Tái tổ hợp được, tần số rất thấp TIẾP HỢP Yếu tố F(fertility): Là 1 phân tử di truyền (episome) Cấu trúc ADN xoắn kép, mạch vòng, nằm ngoài NST Có khả năng tự sao chép Episome ở F+: yếu tố giới tính Quy định hình thành pili phái TIẾP HỢP TB F+: Yếu tố F: ADN nằm ngoài NST Trong quá trình truyền yếu tố F, không có 1 đoạn ADN nào của NST được truyền qua TB nhận TB Hfr: Yếu tố F Gắn vào NST của VK Sao chép cùng với NST của VK Khi tiếp hợp: Hfr chỉ truyền hệ gen, không hoặc rất ít truyền 1 phần yếu tố F cho TB nhận Sao chép độc lập TIẾP HỢP Hfr ≠ F+: Không truyền yếu tố F tự do cho TB nhận Trong TB Hfr: yếu tố F gắn với hệ gen của VK Khi tiếp hợp: Hfr chỉ truyền hệ gen, không hoặc rất ít truyền 1 phần yếu tố F cho TB nhận TIẾP HỢP Hfr x F- Hfr hình thành ống tiếp hợp NST Hfr tháo xoắn, sao chép ADN theo kiểu lăn vòng 1 phần ADN mới chui vào ống tiếp hợp, xâm nhập F-, thay thế 1 đoạn ADN của F- 1 Hfr, 1 F- mang gen TB cho TIẾP HỢP 2 F+ F+ x F- BIẾN NẠP Griffith nghiên cứu hiện tượng biến nạp ở Streptococcus pneumoniae BIẾN NẠP Chỉ những biến đổi tính trạng của VK, dưới ảnh hưởng của ADN hòa tan xâm nhập Các yếu tố ảnh hưởng: Kích thước đoạn ADN được truyền từ TB cho qua thành TB & màng TB nhận có phân tử lượng 106 – 107 Dalton, chứa 10 – 20 gen Tế bào nhận ở trạng thái sinh lý đặc biệt: khả năng dung nạp BIẾN NẠP 3 giai đoạn của quá trình biến nạp: Thâm nhập của ADN Bắt cặp Sao chép BIẾN NẠP Thâm nhập của ADN ADN mạch kép thể cho chui qua màng TB của thể nhận  1 mạch ADN mạch kép thể cho bị DNAse của TB nhận cắt BIẾN NẠP Bắt cặp ADN của TB nhận biến tính tách rời 2 mạch ở 1 đoạn Bắt cặp với 1 đoạn ADN của TB cho vừa chui vào BIẾN NẠP Sao chép Sau khi bắt cặp tạo đoạn lai, ADN sao chép tạo 2 sợi: 1 sợi kép ADN của TB nhận 1 sợi kép có mang ADN TB cho BIẾN NẠP TẢI NẠP Là hiện tượng chuyển ADN từ TB cho sang TB nhận nhờ thực khuẩn thể - phage Phage chỉ chuyển 1 đoạn nhỏ ADN của TB cho Được thực hiện bởi virus ôn hòa Có 2 cơ chế phage sinh sản trong TB VK: Chu trình tiêu giải Chu trình tiêu giải tiềm ẩn TẢI NẠP Phage làm chết TB chủ: phage độc, ss theo chu trình tiêu giải Các giai đoạn của chu trình tiêu giải Sợi đuôi của phage gắn vào điểm nhận trên mặt ngoài TB E.coli Ống đuôi co lại tạo lỗ thủng xuyên thành & màng TB, bơm ADN vào trong TB (capsid rỗng của phage còn lại bên ngoài TB) Phiên mã & dịch mã các gen của virus Những enzym đầu tiên tạo ra cắt ADN của TB chủ Chu trình tiêu giải Các giai đoạn của chu trình tiêu giải Các nucleotid được dùng để sao chép ADN virus Protein của capsid được tổng hợp thành 3 phần riêng: đầu đa diện, ống đuôi, sợi đuôi ADN & protein mới của phage tự ráp lại thành virion con E.lysozym phá vỡ vách TB TB VK vỡ, 100 – 200 virion thoát ra, lặp lại chu trình mới TẢI NẠPChu trình tiêu giải TẢI NẠPChu trình tiêu giải TẢI NẠPChu trình tiêu giải Thời gian chu trình: 20 – 30’ ở 37oC Các TBVK & phage ký sinh có sự đồng tiến hóa Các TBVK có các cơ chế bảo vệ: biến đổi màng TB hoặc có các enzym cắt giới hạn Phage cũng biến đổi để xâm nhập được vào VK TẢI NẠPChu trình tiêu giải tiềm ẩn Không làm chết TB chủ Các phage ss mà không làm chết TB chủ: phage ôn hòa Các giai đoạn của chu trình tiêu giải tiềm ẩn: Phage bơm ADN vào TB E.coli ADN phage tạo vòng tròn, gắn vào NST VK: prophage ADN của phage được sao chép, chia đều về các TB con trong qtr ss của TBVK 1 TB bị nhiễm có thể sinh ra nhiều TBVK chứa prophage TẢI NẠPChu trình tiêu giải tiềm ẩn TẢI NẠPChu trình tiêu giải tiềm ẩn Đôi khi prophage tách khỏi ADN VK do ngẫu nhiên, phóng xạ hay hóa chất Prophage được tách rời ra độc lập trở thành phage, bắt đầu chu trình tiêu giải TẢI NẠPChu trình tiêu giải tiềm ẩn TẢI NẠP Các kiểu tải nạp Tải nạp chung (không đặc hiệu) Tải nạp chuyên biệt (đặc hiệu) TẢI NẠPTải nạp không đặc hiệu Còn gọi là tải nạp chung, do phage độc thực hiện Có chu trình tiêu giải Có thể truyền bất kỳ đoạn ADN nào từ TB cho sang TB nhận Tải nạp có được do gói nhầm ADN của TB chủ khi phage trưởng thành Tạo ra thể tái tổ hợp đơn bội TẢI NẠPTải nạp đặc hiệu Còn gọi là tải nạp hạn chế Chỉ truyền những đoạn ADN nhất định Kết quả của chu trình tiêu giải tiềm ẩn – ADN của phage được sát nhập vào ADN VK  Những gen được chuyển nằm sát chỗ prophage gắn vào Các VK có thể lưỡng bội 1 phần Tế bào chứa F’:  Yếu tố F có chứa hệ gen của tế bào cho  Có hiệu quả chuyển gen cao đối với gen củaTB cho nằm trên F’  Hiệu quả chuyển gen thấp với các đoạn NST khác của TB cho TIẾP HỢP  F’ x F-: Chuyển yếu tố F và một phần gen của TB cho sang TB nhận thông qua cầu nối pili Theo cơ chế lăn vòng Tạo thành 2F’ TIẾP HỢP TIẾP HỢP F+ F’ hoặc Hfr (F’: hạt F có mang 1 đoạn NST của VK) Hfr F+ khi hạt F tách khỏi hệ gen VK F- F+ hoặc Hfr tự phát VD hiện tượng tiếp hợp: Escheria & Shigella; Escheria & Salmonella Ở VK, có nhiều yếu tố khác ~ episome, tồn tại độc lập bộ gen VK: plasmid Plasmid: Mang từ 2 – 30 gen Sao chép đồng thời với sự phân bào = cơ chế θ hay lăn vòng ~ 12 loại plasmid khác nhau ở E.coli TIẾP HỢP TIẾP HỢP Sự tiếp hợp ở Hfr Hfr có pili, F- không có TIẾP HỢP Sự tiếp hợp ở F+