1. Capitolo 15 La genetica dei batteri e dei batteriofagi Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A http://web.unife.it/progetti/genetica/Guido/index.php?lng=it&p=4

3. Figura 15.1 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Dove sta la variabilità intraspecifica necessaria per studiare la genetica dei batteri?

5. Conosciamo una forma di scambio genetico (sessualità) nei batteri: trasformazione Ceppi di pneumococco IIS trasformano ceppi IIIR

6. Figura 15.9 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Meccanismo della trasformazione (avviene naturalmente in Bacillus subtilis ) Formazione di un tratto di DNA eteroduplex

7. Figura 15.2 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Un’altra forma di sessualità nei batteri: coniugazione . Dimostrazione della ricombinazione in E. coli. Lederberg e Tatum (1946)

8. Figura 15.3 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Non compaiono cellule prototrofe: perché avvenga la coniugazione è necessario il contatto fisico fra i due ceppi

9. Fattore F, ceppi F + ed F - Un ceppo può trasferire parte del suo DNA (ceppo donatore, F + ) se è dotato di un plasmide: fattore F . I ceppi che ne sono privi sono ceppi accettori, F - .

10. Il fattore F contiene i geni per la formazione di un pilo . F + F -

11. Figura 15.4 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A

12. NB: elica singola NB: replicazione del DNA del plasmidio

13. Attraverso la coniugazione cambiano le caratteristiche sessuali del ceppo accettore

14. Attraverso la coniugazione cambiano le caratteristiche sessuali del ceppo accettore

15. Alcuni ceppi F + trasferiscono, insieme al fattore di sessualità, uno o pochi geni che possono dare luogo a ricombinazione F + lac + F + lac + F + lac + F - lac - F + lac + F - lac -

16. Figura 15.5 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Come viene trasferito il materiale genetico durante la coniugazione in E. coli I ceppi F + contengono un fattore F in forma di plasimidio, gli Hfr lo portano integrato nel cromosoma

17. Figura 15.6 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A La ricombinazione avviene se, occasionalmente, il fattore F ha incorporato per crossing-over alcuni dei geni del cromosoma del ceppo donatore: ceppi lfr , low frequency of recombination Qui: F’(lac)

18. Altri ceppi F + trasferiscono molti geni che danno luogo a ricombinazione, generalmente senza che venga trasferito il fattore di sessualità F + trp + lac + F - trp - lac - F + trp + lac + F - trp - lac - F + trp + lac + F - trp + lac + Ceppi Hfr : High Frequency of Recombination

19. Ceppi in cui il fattore F è integrato nel cromosoma sono ceppi Hfr (high frequency of recombination) Segue ricombinazione fra il cromosoma Hfr e quello F -

20. Ricombinazione in Hfr x F -

21. Nella coniugazione fra Hfr ed F-, il fattore F è trasferito per ultimo Si può utilizzare questa particolarità per la mappatura genetica

22. Ricapitolando: F - x F - Non c’è coniugazione F + x F + Non c’è coniugazione F + x F - Coniugazione, F -  F + , ricombinazione rara Hfr x F - Coniugazione, a volte F -  Hfr, ricombinazione frequente

23. Figura 15.7 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Mappatura del genoma procariote per mezzo di esperimenti di coniugazione interrotta Hfr u + y + z + Ab R x F - u - y - z - Ab S

24. Figura 15.8 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Costruzione della mappa (lunghezza totale in E. coli : 100 minuti) Secondo me, tutte queste frecce sono invertite

25. Figura 15.10 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Per costruire mappe genetiche si può sfruttare anche la trasformazione, stimando le distanze fra loci dalle frequenze di cotrasformazione.

26. Ciclo dei batteriofagi o fagi I ceppi batterici sono soggetti a infezione da parte di specifici fagi: Per Escherichia coli : T2, T4, T6 e λ

27. Ciclo litico o lisogenico dei batteriofagi profago

28. Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Figura 15.12 Ciclo del fago λ

29. Figura 15.13 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Trasduzione generalizzata fra ceppi di E. coli

30. Figura 15.14 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Trasduzione specializzata mediata dal fago λ

31. Trasduzione: trasferimento di DNA fra batteri, mediato da fagi

32. Mappatura di geni in E. coli sulla base della frequenza di cotrasduzione Due loci vengono trasdotti insieme solo se sono molto vicini leu + thr + azi R  leu thr azi S azi R , azi S = resistente o sensibile al sodio azide Selezione per Frequenza di cotrasduzione leu + thr + 0.02 azi R 0.50 thr + leu + 0.03 azi R 0.00 azi R leu + 0.48 thr + 0.00 thr leu azi

33. Mappa genetica di E. coli

34. 4760 genes 302 essential 4455 nonessential 3 unknown Genoma di E. coli

35. Mappe genetiche nei batteriofagi Il prato batterico lisi batterica

36. Mappe genetiche nei batteriofagi Il prato batterico lisi batterica strato batterico continuo

37. Figura 15.17 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A Fenotipi fagici: lisi rapida, lisi lenta r II r + Placca limpida, placca torbida h h + In un prato batterico con cellule di E. coli dei ceppi B e B/2, solo i virus di ceppo h riescono a lisarle entrambe, mentre gli h + possono infettare solo cellule di ceppo B

38. Figura 15.15 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A

39. Figura 15.16 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A

40. Stima della distanza fra due loci in fago T2: Doppia infezione di E. coli con diversi ceppi fagici Distanza fra loci = NR / (NR + NP) = N ( h + r + ) + N ( h r ) N ( h + r + ) + N ( h r ) + N ( h + r ) + N ( h r + )

42. Figura 15.18 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A

43. Figura 15.19 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A

44. Figura 15.20 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A

45. Figura 15.21 Peter J Russell, Genetica © 2010 Pearson Italia S.p.A