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  • 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
  • 2. Domande 14
    • In che modo si è dimostrato che nei procarioti avviene ricombinazione?
    • In che modo i procarioti possono scambiarsi materiale genetico?
    • Com’è fatta una mappa genetica in un procariote?
    • Cosa determina la polarità sessuale nei batteri?
    • Come intervengono i fagi nella ricombinazione batterica?
  • 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?
  • 4. Mutanti nutrizionali
    • Terreno minimo: una fonte di C organico, sali minerali
    • Terreno completo: terreno minimo + vitamine, tutti i nucleotidi e tutti gli amminoacidi
    • Prototrofo: ceppo capace di crescere su terreno minimo
    • Auxotrofo: ceppo che per crescere richiede uno o più amminoacidi e proteine, in aggiunta al terreno minimo
    Es. di genotipo: gly + gua + ile - ade - Non ha bisogno di glicina e guanina, ma cresce solo in presenza di isoleucina e adenina
  • 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 + )
  • 41. Riassunto
    • I batteri possono scambiarsi tratti di DNA tramite trasformazione, coniugazione e trasduzione
    • Trasformazione e trasduzione non richiedono un contatto fra ceppi batterici vivi, la coniugazione sì
    • La sessualità nella coniugazione è determinata dalla presenza e dalla localizzazione di un fattore F
    • Esperimenti di interruzione della coniugazione permettono di mappare genomi batterici
    • La ricombinazione batterica può anche essere mediata da batteriofagi: trasduzione generalizzata e specializzata
    • Esperimenti in cui si infettano cellule batteriche con più ceppi di fago permettono di mappare genomi fagici
  • 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