川农大遗传学自学课件第10章

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1、Chapter10 细菌及病毒的遗传作图 10.1 细菌和病毒遗传研究的意义 10.2 病毒的一般特性及类型 10.3 噬菌体的染色体作图 10.4 细菌的细胞和染色体结构 10.5 细菌的染色体作图 本章要求 复习思考题10.1 细菌和病毒遗传研究的意义q一、细菌和病毒在遗传研究中的优越性 q二、细菌和病毒的拟有性过程 q三、细菌遗传的实验研究方法一、细菌和病毒在遗传研究中的优越性q1.繁殖世代所需时间短。每个世代以分钟或小时计，如大肠 杆菌每20分钟即可繁殖一代。 q2.易于管理和进行化学分析。用一支试管就可贮存数以百万 计的细菌或病毒，在短期内累积大量产物，为化学分析提供条 件。 q3.

2、遗传物质较简单。只有一个位于细胞质内裸露的DNA或RNA 分子。 q4.便于研究基因的突变。细菌和病毒属于单倍体，所有突变 都能立即表现出来。 q5.便于研究基因的作用。细菌可以生活在基本培养基上，易 于获得营养缺陷型，也易于测知各种营养缺陷型所需要的物质 ，是研究基因作用的好材料。 q6.可作为研究高等生物的简单模型。可以从微生物的研究中 得到模型，并从中获得启发，为开展对高等生物的的遗传研究 开拓思路。二、细菌和病毒的拟有性过程q1.真核生物基因分离、自由组合及连锁交换均通过 有性过程(减数分裂受精)实现。细菌和病毒均属 于原核生物不存在严格意义上的有性过程。 q2.但细菌细胞内除了染色体

3、外还有一些寄生性复制 因子(如噬菌体和质粒，也被称为核外或染色体外因 子)，它们可以在细胞间传递，并且形成细菌染色体 间以及细菌染色体与核外遗传因子间的重组体。这种 重组体结构类似于真核生物减数分裂过程中形成的重 组体结构。 q3.拟有性过程引起细菌、病毒间遗传物质转移 与重组的过程。拟有性过程的存在是细菌、病毒在遗 传学研究，特别是作为真核生物的模型研究遗传重组 和基因结构的重要前提。三、细菌遗传的实验研究方法 q1.细胞计数(培养物细胞浓度) q2.建立纯系的方法 q3.选择培养法鉴定突变型与重组型 q4.突变型与重组型的批量筛选方法培养基的类型 基本培养基（野生型） 完全培养基（突变型）

4、 选择培养基（鉴定突变类型） 补充培养基（具体突变类型的确定 ）1.细胞计数(培养物细胞浓度)q培养物中微生物计数 方法是微生物学的基本 实验技术，其基本思路 是： 对原培养物进行连续 稀释； 进行平板涂抹培养； 由于每个细胞形成一 个菌落，计数菌落数； 根据稀释倍数计算原 培养物中的细胞浓度。2.建立纯系的方法纯培养 挑取由单个细胞繁殖而 来的菌落进行培养就可以 获得由一个细胞繁殖而来 的纯系。 通常采用平板表面涂布 法或划线法可以获得单菌 落。这种方法获得的纯系 ，称为“菌种纯”。 有时采用显微操纵器进 行菌丝尖端切割等方法从 单个细胞直接培养建立纯 系。采用这种方法获得的 纯系称为“菌株

5、纯”。3.选择培养法鉴定突变型与重组型许多细菌的突变都与培养基营养成分及 培养条件有关。 营养缺陷型的筛选、鉴定选择培养法是根 据菌株在基本培养基和营养培养基上的生长表现将菌 株分为原养型(也称为原生营养型)与营养缺陷型(在基 本培养基上不能正常生长，只能在相应的营养培养基 上生长)。 其它突变类型的筛选、鉴定对于其它的突 变类型(如温度敏感型)，也可以通过培养条件的选择 培养来筛选与鉴定。4.突变型与重组型的批量筛选方法 选择培养法一次可鉴定、筛选一种突变型，但要检 测分离含有多种突变型的混和菌株，仅采用选择培养 法要进行多次试验才能够达到目的、效率太低。 为高效检测、分离混和群体中不同突变

6、型，黎德伯 格夫妇设计了影印培养法该方法原理与选择培养 法一致，但是采用影印法将在完全培养基上单菌落同 时接种到不同选择培养基上同时对所有菌落进行选择 培养，鉴定效率大大提高。 注意： (1)最初的培养基必须是非选择性的，即各种突变型 都能够在其上生长； (2)必须采用适当的方法如涂布或划线法，以使培养 物菌落之间要分开。影印培养法10.2 病毒的一般特性及类型 q一、病毒的一般特性 q二、病毒的类型 q三、噬菌体的生活周期一、病毒的一般特性（自学）q形体极微小，只有在电子显微镜下才能观察到； q化学组成简单，主要是核酸和蛋白质； q只含一种核酸（DNA或RNA）； q无细胞结构，为蛋白质外壳

7、包裹核而成的颗粒； q缺乏独立代谢能力； q繁殖方式独特，只能依赖宿主活细胞的代谢机器 ，通过核酸复制和蛋白质合成后再装配成完整的病毒 颗粒的方式进行繁殖； q具有双重存在方式，或营专性寄生在活细胞内， 或在细胞外以大分子颗粒状态进行传播； q对干扰素敏感，而对抗生素不敏感。 二、病毒的类型（自学）q1.微生物病毒q2.植物病毒 q3.无脊椎动物病毒 q4.脊椎动物病毒 q5.亚病毒 类病毒 拟病毒 朊病毒三、噬菌体的生活周期 q1.烈性噬菌体（virulent phage）噬菌体侵入宿主细胞 后，利用宿主细胞内的物质进行自身遗传物质和蛋白质的合成 ，组装出许多子噬菌体，使宿主细胞裂解而释放子

8、噬菌体，这 类噬菌体称为烈性噬菌体。 裂解周期：吸附 侵入 核酸的复制、转录与蛋白质 的生物合成 装配 释放 q 2.温和性噬菌体（temperate phage） 原噬菌体（prophage）某些噬菌体侵染细菌后，其DNA整 合到宿主染色体中，这种处于整合状态的噬菌体称为。 溶源性细菌（lysogenic bacteria）含有原噬菌体的宿主细 菌称为，或溶源体。 温和性噬菌体在噬菌体侵入后，细菌并不裂解，而是以 溶源体或质粒的形式存在的一类噬菌体称为。 原噬菌体通过诱导（induction）可转变为烈性噬菌体。诱导方 式有多种，如温度改变、与非溶源性细菌的接合等 。 10.3 噬菌体的染色

9、体作图 一、T2噬菌体的基因重组与作图 二、噬菌体的基因重组与作图 三、基因的细微结构作图 四、互补测验和顺反测验一、T2噬菌体的基因重组与作图噬菌体遗传性状可分为 形成的噬菌斑形态宿主范围 1.噬菌斑突变：T噬菌体 r-突变体正常噬菌体，r+，产生的菌斑小而边缘模糊突变噬菌体，r-，产生大两倍而边缘清晰的菌斑 2.宿主范围突变 大肠杆菌B株是T2的宿主，大肠杆菌B/2株对T2产生抗性一种发生在T2上的h-突变体，能利用B和B/2株而h+只能利用B株一、T2噬菌体的基因重组与作图h+r-h-r+接种在同时长有B和B/2株的培养基上h+r- h-r+ h+r+ h-r-半透明,大 透明,小 半透

10、明,小 透明,大重组值=重组噬菌斑数/总噬菌斑数 100%由于不同速溶性噬菌体的突变体在表型上不同 ，可分别写成ra-、rb-、rc-等。用rx-h+ rx+h -可对其进行基因定位。一、T2噬菌体的基因重组与作图 由rx-h+ rx+h-实验结果（表8-1，P200）可知Rf ra-h =24% Rf rb-h =12.3% Rf rc-h =1.6%， 据重组值可知3个r基因和h基因的排列方式有ra rb rc hra rc h rbra rb h rcra h rc rb又rc-rb+ rc+rb- Rf rc-rb =14% h位于rb 和rc之间。hrcrarb二、噬菌体的基因重组与

11、作图凯泽（Kaiser，1955）用 UV照射处理噬菌体，得到5 个噬菌体的突变系：S小噬菌斑mi微小噬菌斑C完全清亮的噬菌斑C01除中央一个环其 余 部分都清亮的噬菌斑C02比C01更浓密的中央环噬菌斑溶源性受到干 扰，只能进入 裂解周期，故 斑清亮二、噬菌体的基因重组与作图S C01 mi + + + + + + 975 S C01 mi 924 S + + 30 + C01 mi 32 S C01 + 61 + + mi 51 S + mi 5 + C01 + 1320912.9%5.3%0.86%Rf s-c01 =3.76%Rf s-mi =6.16%Rf c01-mi=9.92%0

12、.86%3.76% 6.16% 负干扰：在噬菌体的三点测 验中发现一个单交换发生后 ，会增加另一个单交换发生 的概率，这时干扰系数为负 值，这种现象称为。C=3.711S 3.76 C01 6.16 mi10.4细菌的细胞和染色体结构q1.形态特征 细菌是单细胞生物，细胞结构包括细胞壁 、细胞膜、细胞质和核区，部分细菌还有某 些特殊结构，如鞭毛、伞毛、荚膜、芽胞、 气泡等； 生活周期短，易培养； 易获得其生化突变型； 大小不一，形态各异。常见细菌的形状有 杆状、球状和螺旋状，其中以杆状最常见。 10.4细菌的细胞和染色体结构q2.细菌细胞结构的特点无真正的细胞核。细菌细胞只在菌体中央 有一个遗

13、传物质集中区核区，无核膜和 核仁，其功能与细胞核相当，由一个环状 DNA分子高度缠绕而成，其中央部分是RNA与 支架蛋白，这样的细胞核称为拟核。缺乏线粒体、叶绿体等细胞器。 10.4 细菌的细胞和染色体结构 q3.细菌DNA与质粒细菌的遗传物质比较简单，适宜用作基因结构和 功能的研究。细菌DNA是一个很长的共价闭合环状双 链分子（dsDNA），通常以超螺线体的形式存在于细 菌体内。细菌无典型的染色体结构，没有组蛋白与 DNA分子结合，DNA仅与一些碱性蛋白相结合。细菌 DNA中有一定比例（约1%）的碱基甲基化，其中以腺 嘌呤居多，胞嘧啶次之。除染色体DNA外，很多细菌还 含有一种染色体外遗传成

14、分质粒。质粒实质上是 一些小型环状DNA，携带着决定细菌某些遗传特性的基 因，如抗药、产毒、致病、形成芽胞、产生色素或抗 生素等的基因。质粒能独立于染色体存在和复制，还 能在细胞间传递。它们中有的也能整合到细菌染色体 中，在染色体的控制下随染色体一起复制，这类质粒 称为附加体（episome）。 10.5 细菌的染色体作图 一、转化 二、接合 三、性导 四、转导一个细菌细胞的 DNA与另一个细 菌细胞的DNA的 交换重组可以通 过4种方式进行一、转化 转化（transformation）：是指某些细菌（或其它生物 ）能通过其细胞膜摄取周围介质中的DNA片段，并将 此外源DNA片段整合到自己染色

15、体组中的过程。 v1.转化的发现 F.Griffith（1928） 肺炎双球菌转化现象 Avery （1944） 进一步探明转化实质 v2.转化的过程 转化因子的吸附（感受态，一般吸附双链DNA） 吸收（吸收一条单链入细胞，两种DNA酶参与） 整合（同源区段联会重组整合，同源性越高转化效率越高 ） v3.转化在遗传分析中的应用Griffith转化研究(1928)Avery的转化实验(1944)转染：用除去蛋白质外壳的病毒核酸感染细胞 或原生质体的过程称为。3.转化在遗传分析中的应用 双转化：供体的两个基因紧密连锁在一条DNA 片段上，它们同时转化的现象称为。 两个基因同时转化的效率（连锁或不连锁） 基因定位（遗传作图）