第十章第十章 细菌和噬菌体的遗传细菌和噬菌体的遗传细菌和病毒在遗传研究中的优越性第一节 细菌的遗传分析一、细菌遗传的研究方法 二、遗传分析 •转化（Transformation） •接合（Conjunction） •性导（Sexduction） •转导（Transduction）一、细菌遗传的研究方法u 理化诱变：1、合成代谢功能的突变型（营养缺陷型）：ade＋ ade－ his ＋ his－ 2、分解代谢功能的突变型：lac＋ lac－（乳糖） gal＋gal－ （半乳糖）3、抗性突变型：3.1 抗药性：str＋str－(链霉素) azi＋azi－( (叠氮化物叠氮化物) )3.2 抗噬菌体：T2s(+) T2r(-) tonAs tonAr (T1)细菌生活条件： Ø基本培养基（Basal Medium）：无机盐：SO42-、NO3- 、 Ca2+、Mg2+糖 ：葡萄糖、蔗糖维生素：生物素、Vbs仅能满足微生物野生型菌株生长需要的培养基 Ø完全培养基：BM＋全部营养物质凡可满足一切营养缺陷型菌株营养需要的天然或者半天然培养 基 Ø选择培养基：凡是只能满足相应的营养缺陷型生长需要的组合培养基 原养型、营养突变型、条件致死突变型 p206u 试验方法：Lederberg et al.1952二、遗传分析（1）发现：1928，Griffith：肺炎双球菌转化实验1944，Avery：转化子－DNA转化是细菌基因重组的方法之一。
（2）概念：细菌吸附游离态的外源双链DNA，将单链DNA分 子吸收进入细胞后，不经过复制整合到细菌染色体中， 并发生遗传重组的过程 1、转化（Transformation）p213（3）转化DNA（转化子）的特点：a. DNA浓度与转化子数目的关系饱和：50/cell, 原因：在细菌的细胞壁或细胞膜上有固定数量的DNA接受座位，故一般细菌摄取的DNA分子数小于10个b. DNA片段大小：不能太小：肺炎双球菌转化：DNA片断至少有800个碱基对；枯草杆菌的转化：DNA片断至少有16000个碱基对 c. 双链吸附：单链DNA不被转化d. 单链进入细菌DNA浓度转化子数目（4）受体细胞的特点a. 感受态：DNA合成刚刚停止、蛋白质合成继续活跃，活跃合 成的蛋白质可使细菌细胞壁易于接受转化DNA只有感 受态的受体细胞才能摄取并转化外源DNA，而这种感受态也只能发生在细菌生长周期的某一时间范围内b. 感受态的本质：部分原生质化：10/cell酶受体：（5）转化过程：①．双链结合与单链穿入：双链DNA分子结合在接受座位上可 逆，可被DNA酶降解，接受座位饱和性 ；单链DNA摄取，不可逆，不受DNA酶 破坏。
穿入后，由外切酶或DNA移位酶 降解其中一条链②．联会： DNA片段与细菌染色体部分 联会亲缘关系越远，联会越小、转化 可能性越小③．整合(重组)：单链的转化DNA与受体 DNA对应位点的置换，从而稳定地参入 到受体DNA中6）转化成功：感受态、吸附、整合 （7）转化与基因重组作图：2、接合（Conjugation）（1）概念：在原核生物中，遗传物质从供体-“雄性” 转移到受体-“雌性”的过程♂ ♂♀ ♀DNA 接触（供体 donor） （受体receptor）（2）发现与证实：a. 发现：发现：LederbergTatum（ 1946 营养缺陷型）b. 证实Ø 转化作用的排除： A（杀死）＋B 或者 A＋B（杀死）（无 ） Davis U型管试验 （无 ） DNase处理 （有 ）Ø 回复突变突变的排除：单个基因回复突变频率＝10-6两个基因同时回复突变的频率＝10-6×10-6＝10-12 10－12 （10－6× 10－6）排除回复突变。
b. 戴维斯U型管试验 (防止细胞直接接触) 也获得野生型重组 体排除由于接合或性导c. DNase 处理重组体排除转化推测：某种过滤性因子（FA）可以穿过DavisU型管滤片抗血清 可 以抑制重组体出现P22噬菌体2）发现与证实：（3）普遍性转导：Ø 概念供体细菌染色体组的任何部分都可以组装到转导 颗粒中，从而可以转移到受体细菌中P1）b. 并发性导（co-transduction）与细菌作图Ø合转导（并发转导、共转导）：两个基因同时被包装到一个转导颗粒，从而一 起重组到受体细菌的染色体上 Ø二因子作图：供体 受体 合转导频率a+ b+ a- b- 30% ab 近a+ c+ a- c- 35% ac 近 a在bc之 间b+ c+ b- c- 3% bc 远 Ø三因子作图：供体 受体 合转导频率leu+ thr+ azi+ leu- thr- azi-实验1：leu azi thr azi leu thr实验2： azi leu thr实验3： 最大转导片段p227Ø 根据合转导频率推导基因之间的物理距离d－基因之间的物理距离（bp，kbp）L－转导DNA的平均长度 （bp，kbp）X－两个基因合转导的频率（4）特殊性转导（局限性转导）attatt 温和性噬菌体进行的转导，只能转导部分基因。
NRJAN R A JNRRAJNRAJJARNJARN d galbio+I I 噬菌体噬菌体DNADNA特异性特异性整合到细菌染色体整合到细菌染色体II II 噬菌体噬菌体DNADNA准确准确 环出III III 噬菌体噬菌体DNADNA不准不准确环出确环出特殊性转特殊性转导噬菌体的形成导噬菌体的形成 d gal / d gal / d biod bio d gald gal＋＋ E.coliE.coliUV50% + + 50% d galgal（5） 高频转导（HFT）NRAJNRJN R A JN R A 第二节 噬菌体的遗传分析一、噬菌体是一类病毒一、噬菌体是一类病毒病毒（病毒（VirusVirus）：超显微、无细胞、活细胞专）：超显微、无细胞、活细胞专 性寄生的大分子（微生物）性寄生的大分子（微生物） • • 特点：特点：• •个体小：通过个体小：通过DavisDavis滤器滤器• •专性寄生：脱离活体无生命，无代谢专性寄生：脱离活体无生命，无代谢• •无细胞：蛋白质＋无细胞：蛋白质＋DNADNA（（RNARNA））• •繁殖方式简单繁殖方式简单2.2.分类：分类：动物：球形、卵圆形动物：球形、卵圆形寄主：寄主： 植物：杆状、丝状植物：杆状、丝状细菌：蝌蚪状细菌：蝌蚪状双链双链DNADNA：：λ λ，，T2T2、、4 4、、6 6单链单链DNADNA：：ΦΦX X 类，动物病类，动物病 毒、噬菌体毒、噬菌体单链单链RNARNA双链双链RNARNA植物病毒、艾滋病毒植物病毒、艾滋病毒遗传物质：遗传物质：烟草花叶病毒烟草花叶病毒 腺病毒腺病毒 T T4 4 噬菌体噬菌体 爱滋病病毒爱滋病病毒RNA DNA DAN RNARNA DNA DAN RNA二、噬菌体分类二、噬菌体分类概念：概念：原指细菌为寄主，后来推广原指细菌为寄主，后来推广 到真菌的病毒。
到真菌的病毒• • 烈性噬菌体：烈性噬菌体：P2P2、、P4P4、、P6P6、、T T系列系列（（ T1-T7T1-T7））2. 2. 温和性噬菌体：温和性噬菌体： λ λ和和P P1 11. 1. 烈性噬菌体烈性噬菌体（（1 1）形态结构（）形态结构（T T偶列）偶列）（（2 2））. . 繁殖和感染周期繁殖和感染周期 （营养繁殖：噬菌体（营养繁殖：噬菌体DNADNA不整合；不整合；150 150 噬菌体噬菌体/Cell/Cell））吸附吸附细菌裂解细菌裂解释放出子代噬菌体颗粒释放出子代噬菌体颗粒细菌染色体降解细菌染色体降解蛋白质外壳包蛋白质外壳包 装装DNADNA成成 子子 代噬菌体颗粒代噬菌体颗粒2. 温和噬菌体:（（1 1）形态结构）形态结构（（2 2）繁殖和感染周期）繁殖和感染周期:吸附吸附溶菌周期溶菌周期 UV UV 诱导诱导细菌裂解细菌裂解溶源周期溶源周期 噬菌体噬菌体（原噬菌体）（原噬菌体）P P1 1噬菌体噬菌体几个相关的概念几个相关的概念ØØ溶原性：噬菌体外壳蛋白的合成以及溶菌溶原性：噬菌体外壳蛋白的合成以及溶菌 功能受到抑制功能受到抑制ØØ溶原性细菌：溶原性细菌：“ “携带携带” ”原噬菌体的细菌。
原噬菌体的细菌ØØ原噬菌体：溶原性细菌中的噬菌体原噬菌体：溶原性细菌中的噬菌体DNADNA分分 子无外壳；无侵染能力无外壳；无侵染能力λ噬菌体DNA的插入attλ三、噬菌体遗传的研究方法三、噬菌体遗传的研究方法• • 获得突变株：处理营养期细菌或者游离噬菌体获得突变株：处理营养期细菌或者游离噬菌体四类突变株：四类突变株：1 1））寄主范围突变株寄主范围突变株（（host range mutanthost range mutant））2 2））噬菌斑噬菌斑（（plaque mutantplaque mutant））3 3）温度敏感性：）温度敏感性：野生型：野生型：3737 C C、、43 43 C C 均可繁殖均可繁殖突变型：突变型：4343tsts：：仅仅37 37 C C 繁殖繁殖4 4）溶菌酶：）溶菌酶：e e＋＋e e1 1）寄主范围突变株（）寄主范围突变株（host range mutanthost range mutant））l l 寄主范围：寄主范围：指噬菌体感染和裂解的菌株范围指噬菌体感染和裂解的菌株范围 某种噬菌体只能侵染某一种菌的个别菌系某种噬菌体只能侵染某一种菌的个别菌系 ，突变后寄主范围变宽或变窄。
突变后寄主范围变宽或变窄T2： Øh+ 噬菌体：只侵染只侵染 E.coli B株株； Øh 突变株： E.coli B & B/22 2）噬菌斑突变株（）噬菌斑突变株（plaque mutantplaque mutant））l l 噬菌斑形状：噬菌斑的大小、边缘噬菌斑形状：噬菌斑的大小、边缘清晰度、透明清晰度、透明 程度例如：例如：T T噬菌体噬菌体r rA Ar r1 1r r＋＋ r r（（rapid rapid lysislysis）） rBrB r r1313 （（ 噬菌斑小、边缘。