F’ –элементы и мерозиготы

В 1959 г. Э.Адельберг показал, что интегрированный в бактериальную хромосому F фактор может превращаться в эписому, при этом клетки приобретают свойства F+. Становясь эписомой, F факторы часто захватывают соседние бактериальные гены. Клетки с F фактором в виде эписомы – F’.

F’и Hfr – это разновидности штаммов F+, и возможна конверсия от Hfr к F’.

Присутствие бактериальных генов в составе эписомы (F фактора) приводит к тому, что бактерии типа F’ ведут себя как F+ и конъюгируют с клетками F-.

В процессе конъюгации F фактор, несущий часть бактериальных генов, попадает в клетки-реципиенты. В результате в ней часть генов представлены дважды. Такие частично диплоидные клетки – мерозиготы.

F фактор иногда

возвращается из

интегрированного

состояния в свободную плазмиду,

это состояние называется F'.

Часто F фактор несет несколько соседних с ним бактериальных генов.

Вчастично диплоидной клетке возможна рекомбинация между собственными генами и генами с F фактора.

Врезультате единичного кроссинговера F’-элемент включается в состав бактериальной хромосомы, и образуются клетки типа Hfr, несущие дуплицированные гены F’ элемента.

При двойном кроссинговере – клетки типа F-.

Можно получить чистые культуры мерозиготных клеток типа F’, широко используемых в изучении генетики бактерий и механизмов генетической регуляции

F факторы и плазмиды

Когда экстрахромосомный F фактор находится в цитоплазме бактериальной клетки, он состоит из двуспиральной кольцевой молекулы ДНК, такие структуры называются плазмидами.

В отличие от эписом они не встраиваются в хромосому клетки- хозяина. Плазмиды содержат один или несколько генов, репликация которых зависит от ферментов, участвующих в репликации клеточных генов. Плазмиды распределяются в дочернии клетки при делении клетки-хозяина.

Классификация плазмид основана на генетической информации, которую они несут. Пример – F фактор содержит гены, определяющие фертильность и формирование пилей.

Известны бактериальные плазмиды типа R и Col.

Трансформация

В результате трансформации происходит генетическая рекомбинация между бактериальными клетками. Небольшие фрагменты внехромосомной ДНК попадают в бактерию и обеспечивают клетке-реципиенту новые свойства. Трансформация используется для картирования бактериальных генов, хотя и меньше, чем конъюгация.

Трансформация включает несколько этапов – 1) попадание фрагментов ДНК в клетку реципиента и 2)

рекомбинация между этой ДНК и гомологичными генами реципиента.

Кусок чужеродной ДНК в окружающей среде поглощается компетентными клетками активным транспортом через рецепторные участки на поверхности клетки.

Одна из двух цепей

вторгнувшейся молекулы ДНК

расщепляется нуклеазами, сохранившаяся цепь ДНК совпадает с комплементарным участком бактериальной хромосомы и заменяет его,

производя область

гетеродуплекса, где две нити

ДНК не точно

комплементарны друг другу. После репликации ДНК и деления клеток, одна клетка содержит исходную последовательность ДНК, в то

время как другая была

трансформирована за счет обладания чужеродным геном.

Для прохождения ДНК сквозь клеточную стенку требуется энергия и транспортные белки, поскольку в их отсутствие трансформации нет.

После поступления фрагмента ДНК в клетку одна из нитей молекулы разрушается нуклеазами, другая участвует в трансформации. Оставшаяся нить ДНК образует синапс с гомологичным участком хромосомы и рекомбинирует с ним. Замещенный участок бактериальной хромосомы деградирует.

Рекомбинация обнаруживается в том случае, если ДНК получена бактерией от клетки другого штамма, несущей другие гены или мутацию. После интеграции чужой ДНК в бактериальную хромосому, она несет одну свою и одну чужую цепь, такая структура – гетеродуплекс.

Если в ДНК дикого типа встраивается мутантный ген, то получаются инсерционные мутанты. В результате полуконсервативной репликации образуется одна трансформированная и одна нетрансформированная клетка

Трансформация и сцепленные гены

Для эффективности трансформации фрагмент ДНК должен содержать 10000-20000 п.н., т.е. 1/200 длины хромосомы

E coli. Фрагмент такой длины может нести несколько генов, если они расположены очень близко друг к другу. Поэтому в результате одной трансформации – сразу несколько генов.

Это котрансформация, гены считаются сцепленными. В отличие от сцепленных, локализованных на одной хромосоме генов у эукариот, у бактерий сцеплены только очень близко расположенные гены.

Одновременная трансформация двух несцепленных генов возможна только в результате двух независимых переносов разных фрагментов ДНК. По аналогии с двойным кроссинговером у эукариот, вероятность сразу двух независимых рекомбинаций (трансформаций) равна произведению вероятностей каждой. Поэтому частота передачи двух несцепленных генов значительно ниже, чем сцепленных.

При определенных условиях результаты трансформации позволяют судить о сцеплении бактериальных генов. Их принято интерпретировать по аналогии хромосомного картирования у эукариот.