제2부 유전자의 구조와 발현
Chapter 9 박테리아와 바이러스의 유전
농업유전학
(Agriculture Genetics)
교본 : 한국방송통신대학교출판부 [농업유전학]
1. 농업형질의 질적형질 2. 농업형질의 양적형질 3. 표지유전자
4. 인공교배에 의한 형질의 유전분석 방법 5. 가계도 분석방법
6. 후대검정
지난 강의내용
이번 강의내용
1. 박테리아의 돌연변이 선발방법
2. 박테리아의 염색체 DNA와 플라스미드 3. 박테리아의 형질전환, 형질도입, 접합
4. 박테리아의 교배실험 방법과 유전자 지도 작성방법
5. 파지의 생활사 및 돌연변이체의 보족성 검정방법
9.1 박테리아의 유전
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대장균(
Escherichia coli)
- 연구재료로서의 장점 : 인공배양이 쉽고 세대가 짧으며 동시 에 많은 개체를 다룰 수 있음
- 특징
① 원핵생물로 간단한 구조
② 분열조건 : 37℃, 20min에 1회 분열
③ 한 개의 염색체
그림 9-1 대장균과 고체배지에 형성된 colony
9.1 박테리아의 유전
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대장균(
E. coli)의 돌연변이
1) 영양요구성 돌연변이체(nutrient requirement mutant) - 야생형 : 최소배지(glucose + 무기염)에서 생장 가능
-> 자가영양체(prototroph)
- 영양요구성 돌연변이체(=의존영양체, auxotroph)
예) 메티오닌 요구성 돌연변이 ( met
-)
: 최소배지(glucose + 무기염 +메티오닌)
9.1 박테리아의 유전
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대장균(
E. coli)의 돌연변이
2) 탄소원 돌연변이체(carbon source mutant) - 다당 분해 능력에 결함
ex) 젖당(lactose) 돌연변이
lacZ-,
lacY-- 이용 : 생화학적 유전 메커니즘 연구
9.1 박테리아의 유전
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대장균(
E. coli)의 돌연변이
3) 저항성 돌연변이체(resistant mutant) - 특정 파지나 항생제에 저항성을 나타냄
- 항생제 저항성 돌연변이체(antibiotic resistant mutant) -> 유전자 조작에서 표지(marker)로 이용
- 표현 :
str s,
str R※ 레플리커법(replica plating)
그림 9-2 박테리아 돌연변이체를 선발하기 위한 레플리커법
허용배지
모든 박테리아가 자랄 수 있는 배지
제한배지
특정영양분 결핍되거나 특정물질을 첨가한 배지
9.1 박테리아의 유전
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대장균(
E. coli)의 유전요소
- 대장균의 유전요소 : 기본염색체 + 플라스미드(plasmid)
- 플라스미드 : 두 가닥의 환상 DNA 분자 ① R 플라스미드(drug resistant plasmid)
-> 유전자 조작시 유전자운반체(vector)로 이용
② Col 플라스미드(colicinogenic plasmid)
③ F 플라스미드(fertility plasmid)
그림 9-3 Plasmid
Antibiotic resistance plasmids in bacteria
9.1 박테리아의 유전
•
박테리아의 유전적 재조합
1) 형질전환(transformation)
: 박테리아가 외래 DNA를 받아들여 자기 염색체에 삽입하는 것
-> DNA 단편의 분자량, DNA 농도에 따라 상이
그림 9-4 형질전환 (transformation)과정
9.1 박테리아의 유전
•
박테리아의 유전적 재조합
2) 형질도입(transduction)
: 파지를 통해 한 박테리아의 DNA가 다른 박테리아로 옮겨지는 것
※ 공형질도입(cotransduction)
: 두 개 이상의 유전자가 동시에 도입될 때 - 유전자 배열순서 결정
- 박테리아의 형질도입 지도작성
그림 9-5 형질도입
(transduction) 과정
9.1 박테리아의 유전
•
박테리아의 유전적 재조합
3) 접합(conjugation)
: 박테리아간의 접촉에 의해 DNA가 공여체로부터 수여체로 옮겨 가는 과정
예) F+, F- 박테리아
※ Hfr(high frequency of recombination) 박테리아
그림 9-6 박테리아의 접합(conjugation)과 유전물질 전달
9.2 바이러스의 유전
바이러스(virus)
: 생명체와 무생물 사이에 존재하는 유기체로 핵산과 단백질로 구 성되어 있음, 동, 식물 및 박테리아 세포내에서 기생
- 박테리오파지(Bacteriophage) = 파지(phage) ① 증식이 빠름
-> 낮은 확률로 나타나는 유전특성 연구 가능
② 유전물질 크기가 작음 (T4파지 : 대장균 DNA 1/20) -> 전체 지놈연구 재료로 적합
T4 파지
λ 파지
9.2 바이러스의 유전
파지의 생활사
- 기생자 : 살아있는 세포에서만 생존 가능 -> 박테리아 고체배지에서 배양
※ 용균반(plaque)
: 파지에 의해 박테리아가 용해된 흔적
그림 9-10 파지의용균반
9.2 바이러스의 유전
파지의 생활사
1) 독성 파지(virulent phage)
: 모든 박테리아를 감염 후 파괴(용균, lysis)
예) T2, T4, φX174
2) 잠재성 파지(temperate phage)
: 박테리아 종에 따라 감염 후 파괴 못하고 용원화(lysogenized)
예) λ, P1
그림 9-10 파지의용균반
그림 9-11 독성 파지의 생활환
9.2 바이러스의 유전
파지의 생활사
1) 독성 파지(virulent phage)
: 모든 박테리아를 감염 후 파괴(용균, lysis)
예) T2, T4, φX174
2) 잠재성 파지(temperate phage)
: 박테리아 종에 따라 감염 후 파괴 못하고 용원화(lysogenized)
예) λ, P1
그림 9-10 파지의용균반
그림 9-11 잠재성 파지의 생활환
파지의 돌연변이
1) 돌연변이의 종류
① 기주범위 돌연변이(host range mutant)
: 돌연변이에 의해 원래보다 기주의 범위가 변한 변이
예) T2 파지의 B/2 균주 용해성 획득
② 용균반형 돌연변이(plaque type mutant)
: 용균반의 크기와 주변모양 차이를 보이는 변이
③ 조건치사 돌연변이(conditional lethal mutant)
: 돌연변이체가 용군반 형성이 불가능하나 특정환경에서 용균반 형성 가능 한 변이
- 허용조건, 제한 조건 예) 온도감수성 돌연변이체
파지의 돌연변이
2) 파지 돌연변이체의 보족성 검정
- 목적 : 돌연변이가 일어난 유전자가 같은 시스트론(cistron)의 것인지 아닌지 판정
※ Spot 검정
- 방법 : 제한조건인 박테리아와 돌연변이 파지를 0.1비율로 섞어 한천배지 를 만듦 -> 그 위에 다른 돌연변이 파지를 접종 -> 용균반 형성 관찰
- 결과해석
① 용균반 형성 : 두 돌연변이가 서로 다른 시스트론에서 발생, 보족성 O ② 용균반 무형성 : 돌연변이는 같은 시스트론에서 발생, 보족성 X
그림 9-12 파지 돌연변이체의 보 족성 검사를 위한 spot 검정
※ Cistron
- 원핵생물의 유전자라고 할 수 있음
- 구조유전자내에서 유전적 기능을 수행할 수 있는 미세구조의 단위(1개의 폴리펩티드 형성) - polycistron, monocistron
9.2 바이러스의 유전
파지의 유전적 재조합
: 유전자형이 다른 두 파지 돌연변이체를 허용조건에서 박테리아에 동시 감염시켜서 획득 가능
예) T4 파지 rⅡ 유전자
그림 9-13 대장균 B계통 세포에 형성된 용균반
9.2 바이러스의 유전
그림 9-14 rⅡ 유전자 자리의 유전자 재조합
※ Benzer의 실험
- rⅡ 돌연변이 분리 후 보족성 검사
→ 모든 rⅡ 돌연변이체가 두 시스트론 중 하나에서 일어남을 확인
rⅡA, rⅡB
- 결론 : rⅡ 유전자 자리는 두 개의 시스트론으로 되어 있음을 확인
