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1、第十章第十章 细菌和病毒的遗传细菌和病毒的遗传7/25/2024细菌和蓝绿藻：细菌和蓝绿藻：一个线状或环状染色体一个线状或环状染色体(单倍体）；单倍体）；无典型的有丝分裂和减数分裂；无典型的有丝分裂和减数分裂；染色体传递和重组方式与真核生染色体传递和重组方式与真核生物不同。物不同。T4 噬菌体噬菌体比细菌更简单；比细菌更简单；在寄主细胞内以集团形式产生；在寄主细胞内以集团形式产生；属于只有一条染色体的单倍体。属于只有一条染色体的单倍体。病毒：病毒：7/25/2024第一节第一节 细菌和病毒的特点细菌和病毒的特点第二节第二节 噬菌体的遗传分析噬菌体的遗传分析第三节第三节 细菌的遗传分析细菌的遗传
2、分析7/25/2024第一节第一节 细菌和病毒的特点细菌和病毒的特点一、细菌一、细菌 遗传学从细胞遗传学从细胞分子水平，是由于两项重大的发分子水平，是由于两项重大的发展，一是基因结构的深入了解，二是采用细菌和展，一是基因结构的深入了解，二是采用细菌和病毒等试验材料。病毒等试验材料。7/25/20241.大小大小：细胞较小、长约：细胞较小、长约12、宽、宽约约0.5；2.结构结构：鞭毛、细胞壁、质膜、间：鞭毛、细胞壁、质膜、间体、核质体、核糖体。体、核质体、核糖体。3.遗传物质遗传物质：单个主染色体、一个：单个主染色体、一个或多个小染色体或多个小染色体(质粒质粒)。4.涂布和繁殖涂布和繁殖：每个
3、细胞在较短时：每个细胞在较短时间内间内(如一夜如一夜)能裂殖到能裂殖到107个子个子细胞细胞成为肉眼可见的菌落或克成为肉眼可见的菌落或克隆隆(clone)。7/25/20247/25/20245.生理特性突变生理特性突变：营养缺陷型营养缺陷型：丧失合成某种营养物质能力，不能在基本培养基上生长；丧失合成某种营养物质能力，不能在基本培养基上生长；原养型原养型：野生菌株则可在基本培养基上生长。：野生菌株则可在基本培养基上生长。用不同的选择性培养基用不同的选择性培养基 测知突变的特性。测知突变的特性。抗性突变型抗性突变型：如抗药性或抗感染性。如抗药性或抗感染性。例如：青霉素（例如：青霉素（penr）抗
4、性突变的菌落。）抗性突变的菌落。7/25/2024测定突变的方法测定突变的方法影印法影印法：黎德伯格等（黎德伯格等（Lederberg J.和和Lederberg E. M., 1952）设计。）设计。7/25/2024细菌的影印培养法细菌的影印培养法7/25/2024二、病毒二、病毒单倍体，仅一条染色体。病毒单倍体，仅一条染色体。病毒 =蛋白质外壳蛋白质外壳+核酸。核酸。病毒分类：病毒分类： 寄主：动物、植物、细菌等；寄主：动物、植物、细菌等； 遗传物质：遗传物质：DNA 或或 RNA。7/25/2024噬菌体噬菌体对于分子生物学研究具有重要意义。对于分子生物学研究具有重要意义。7/25/2
5、024三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性1、世代周期短世代周期短：大肠杆菌（大肠杆菌（E.coli）20分钟可繁殖一代。分钟可繁殖一代。2、便于管理和生化分析便于管理和生化分析：个体小，一般在个体小，一般在 1至几至几之间，操作管理方便。之间，操作管理方便。7/25/20243、便于研究基因突变便于研究基因突变：裸露的裸露的DNA分子分子（有的病毒为（有的病毒为RNA分子），容易受分子），容易受环境条件的影响而发生突变；环境条件的影响而发生突变；单倍体生物单倍体生物，不存在显性，不存在显性掩盖隐性问题，隐性突变也能表现出来。掩盖隐性问题，隐性突变也能表现出来。
6、4、便于研究基因的作用便于研究基因的作用：影印培养影印培养，易检出营养缺陷型突变，有利于从生化，易检出营养缺陷型突变，有利于从生化角度来研究基因的作用。角度来研究基因的作用。5、便于研究基因重组便于研究基因重组：细菌具有转化、转导和接合作用，可以进行精密的细菌具有转化、转导和接合作用，可以进行精密的遗传分析遗传分析。7/25/20246、便于研究基因结构、功能及调控机制：便于研究基因结构、功能及调控机制：细菌和病毒的细菌和病毒的遗传物质简单遗传物质简单，易于进行基因定位、，易于进行基因定位、结构分析和分离，基因的表达调控也适于采用生理生化结构分析和分离，基因的表达调控也适于采用生理生化的方法进
7、行深入研究。的方法进行深入研究。7、便于进行遗传操作：便于进行遗传操作：染色体结构简单染色体结构简单，没有组蛋白和其它蛋白的结合，没有组蛋白和其它蛋白的结合，更宜于进行遗传工程的操作。更宜于进行遗传工程的操作。7/25/2024第二节第二节 噬菌体的遗传分析噬菌体的遗传分析7/25/2024一、噬菌体的结构一、噬菌体的结构1. 结构简单结构简单：蛋白质外壳、核酸、某些碳水化合物、脂肪等。蛋白质外壳、核酸、某些碳水化合物、脂肪等。2. 多样性多样性的原因：外壳的蛋白质种类、染色体类型的原因：外壳的蛋白质种类、染色体类型和结构。和结构。3. 两大类两大类： 烈性噬菌体烈性噬菌体：T噬菌体系列（噬菌
8、体系列（T1T7）；）； 温和性噬菌体温和性噬菌体: P1和和噬菌体。噬菌体。7/25/2024烈性噬菌体烈性噬菌体1.结构大同小异，外貌一般呈蝌蚪状：结构大同小异，外貌一般呈蝌蚪状：头部：双链头部：双链DNA分子的染色体；分子的染色体；T偶列噬菌体偶列噬菌体 颈部：中空的针状结构及外鞘；颈部：中空的针状结构及外鞘；尾部：由基板、尾针和尾丝组成。尾部：由基板、尾针和尾丝组成。7/25/20242.T偶列噬菌体的侵染过程（如偶列噬菌体的侵染过程（如T4噬菌体）：噬菌体）： 尾丝固定于大肠杆菌，遗尾丝固定于大肠杆菌，遗传物质注入传物质注入破坏寄主细胞破坏寄主细胞遗传物质遗传物质 合成噬菌体遗传合成
9、噬菌体遗传物质和蛋白质物质和蛋白质组装许多新组装许多新的子噬菌体的子噬菌体溶菌酶裂解细溶菌酶裂解细菌菌释放出大量噬菌体。释放出大量噬菌体。T T4 4噬菌体侵染大肠杆菌的生活周期噬菌体侵染大肠杆菌的生活周期 7/25/2024温和性噬菌体温和性噬菌体例如例如和和P1噬菌体，噬菌体，和和P1各代表一种略有不同的各代表一种略有不同的溶源性类型。溶源性类型。7/25/20241.溶源性噬菌体的生活周期溶源性噬菌体的生活周期噬菌体噬菌体：噬菌体侵入后，细菌不裂解：噬菌体侵入后，细菌不裂解附在附在E.coli染色体上的染色体上的gal和和bio位点间的位点间的att座位座位上上整合到细菌染色体，并能阻止
10、其它整合到细菌染色体，并能阻止其它噬菌体的噬菌体的超数感染。超数感染。7/25/2024噬菌体特定位点的整合噬菌体特定位点的整合7/25/2024P1噬菌体：噬菌体：不整合不整合到细菌的染色体上，到细菌的染色体上，而是而是独立独立存在于细存在于细胞质内。胞质内。7/25/2024原噬菌体原噬菌体：整合到宿主基：整合到宿主基因组中的噬菌体。因组中的噬菌体。仅少数基因活动，表达出仅少数基因活动，表达出阻碍物关闭其它基因。阻碍物关闭其它基因。原噬菌体经原噬菌体经诱导可转变为诱导可转变为烈性噬菌烈性噬菌体体裂解途径。裂解途径。7/25/20242、P1和和噬菌体的特性噬菌体的特性P1和和各代表不同的溶
11、源性类型：各代表不同的溶源性类型： P1噬菌体噬菌体：侵入后并不整合到细菌的染色体上，独立存在：侵入后并不整合到细菌的染色体上，独立存在于细胞质内；于细胞质内； 噬菌体噬菌体：通过交换整合到细菌染色体上。：通过交换整合到细菌染色体上。溶源性细菌分裂溶源性细菌分裂 两个子细胞两个子细胞： P1噬菌体噬菌体复制则使每个子细胞中至少含有一个拷贝；复制则使每个子细胞中至少含有一个拷贝； 噬菌体噬菌体随细胞染色体复制而复制，细胞中有一个拷贝。随细胞染色体复制而复制，细胞中有一个拷贝。共同特点共同特点：核酸既不大量复制，也不大量转录和翻译。：核酸既不大量复制，也不大量转录和翻译。7/25/2024P1和和
12、噬菌体的生活周期特性噬菌体的生活周期特性7/25/2024二、二、T2噬菌体的基因重组与作图噬菌体的基因重组与作图1.噬菌体遗传性状分为两类噬菌体遗传性状分为两类：形成的噬菌斑形状形成的噬菌斑形状： 指噬菌斑大小、边缘清晰度、透明程度。指噬菌斑大小、边缘清晰度、透明程度。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。7/25/20242T2噬菌体的研究最为广泛：噬菌体的研究最为广泛：正常噬菌体正常噬菌体r+：噬菌斑小而边缘模糊。：噬菌斑小而边缘模糊。r突变体突变体（rapid lysis，速溶性）：噬，速溶性）：噬菌斑大而边缘清楚。菌斑大而边缘清楚。寄主范围突
13、变体寄主范围突变体：指能克服噬菌体抗性：指能克服噬菌体抗性的突变体。的突变体。例例：T2 h+ 噬菌体：只侵染大肠杆菌噬菌体：只侵染大肠杆菌B株株半透明噬菌斑。半透明噬菌斑。T2 h突变株：能利用突变株：能利用B株和株和B/2株株透明噬菌斑。透明噬菌斑。T27/25/2024双重感染双重感染：h和和h+均能感染均能感染B株株 可用可用T2两个亲两个亲本本hr+和和h+r同时同时感染感染B株。株。hr+(透明，小透明，小)h+r (半透明，大半透明，大) 同时感染同时感染 B菌株菌株获得噬菌体子代获得噬菌体子代亲本型亲本型：hr+， h+r重组型重组型：hr， h+r+7/25/2024 将将亲
14、本型亲本型和和重组型重组型混合子代混合子代 感染感染混合有混合有B和和B/2菌株的培养基菌株的培养基 hr+(亲亲)：噬菌斑透明、小，边缘模糊：噬菌斑透明、小，边缘模糊h+r (亲亲)：噬菌斑半透明、大，边缘清楚：噬菌斑半透明、大，边缘清楚hr (重组重组)：噬菌斑透明、小，边缘清楚：噬菌斑透明、小，边缘清楚h+r+(重组重组)：噬菌斑半透明、小，边缘模糊：噬菌斑半透明、小，边缘模糊7/25/2024重组值计算重组值计算：重组值重组值=重组噬菌斑数重组噬菌斑数/总噬菌斑数总噬菌斑数100%= (h+r+ + hr)/(h+r+ hr+ + h+r+ + hr)100%去掉去掉%即可作为图距。即
15、可作为图距。7/25/2024不同速溶菌的突变型在表现型上不同不同速溶菌的突变型在表现型上不同，可分别写，可分别写成成ra、rb、rc等，用等，用rxh+rx+h获得试验结果列于获得试验结果列于下表：下表：7/25/2024分别作出分别作出ra、rb、rc与与h的三个连锁图的三个连锁图:7/25/2024四种可能的基因排列连锁图四种可能的基因排列连锁图:7/25/2024再做杂交再做杂交：rcrb+rc+rb结果表明结果表明: rcrb的重组值的重组值 rbh h 位于位于rb及及rc之间，排列顺序之间，排列顺序rchrb。由于由于T2 噬菌体的连锁图是环状的，所以噬菌体的连锁图是环状的，所以
16、2、3排列都对。排列都对。7/25/2024三、三、噬菌体的基因重组与作图噬菌体的基因重组与作图凯泽凯泽（KaiserA.D.,1955）最先进行）最先进行噬菌体的重噬菌体的重组作图试验。组作图试验。紫外线紫外线照射处理照射处理获获5个个噬菌体噬菌体突变系突变系，产，产生不同噬菌斑：生不同噬菌斑： s系系：小噬菌斑；：小噬菌斑；mi系系：微小噬菌斑；：微小噬菌斑； c系系：完全清亮的噬菌斑；：完全清亮的噬菌斑；co1系系：中央环之外部分表现清亮的噬菌斑；：中央环之外部分表现清亮的噬菌斑；co2系系：更浓密的中央环噬菌斑。：更浓密的中央环噬菌斑。7/25/2024凯泽利用凯泽利用噬菌体噬菌体sc
17、o1mi与噬菌体与噬菌体+进行杂交作图：进行杂交作图：7/25/2024第三节第三节 细菌的遗传分析细菌的遗传分析一、转化（一、转化（transformation）：）：概念概念：某些细菌通过其细胞膜摄取周围供体的染色体片段，：某些细菌通过其细胞膜摄取周围供体的染色体片段，将此外源将此外源DNA片段通过重组整合到自己染色体组的过程。片段通过重组整合到自己染色体组的过程。1928年，格里费斯（年，格里费斯（Griffith F.）在肺炎双球菌中发现转化现在肺炎双球菌中发现转化现象。象。1944年，阿委瑞（年，阿委瑞（Avery O. T.）进行肺炎双球菌转化试验；进行肺炎双球菌转化试验；证实遗传
18、物质是证实遗传物质是DNA；转化是细菌交换基因的方法之一。；转化是细菌交换基因的方法之一。7/25/2024转化的条件转化的条件：细菌活跃摄取外源：细菌活跃摄取外源DNA分子；分子；具备重组程序所必需的酶。具备重组程序所必需的酶。转化三种细菌转化三种细菌：肺炎双球菌；枯草杆菌；流感嗜血杆菌。：肺炎双球菌；枯草杆菌；流感嗜血杆菌。转化的两个例子转化的两个例子：用两个带有不同抗性的肺炎双球菌群体混合用两个带有不同抗性的肺炎双球菌群体混合可以发现带可以发现带有双抗性的细菌。有双抗性的细菌。细菌裂解细菌裂解DNA残留残留其它细菌摄取转化。其它细菌摄取转化。枯草杆菌活细胞表面分泌枯草杆菌活细胞表面分泌D
19、NA，可被其它细胞摄取。，可被其它细胞摄取。7/25/2024供体与受体的互作供体与受体的互作转化片断的大小：转化片断的大小：肺炎双球菌转化：肺炎双球菌转化：DNA片断至少有片断至少有800bp；枯草杆菌的转化：枯草杆菌的转化：DNA片断至少有片断至少有16000bp。供体供体DNA分子存在的数目：分子存在的数目：供体供体DNA分子数目与特定基因的成功转化有关。分子数目与特定基因的成功转化有关。链霉素抗性基因转化：每个细胞含有链霉素抗性基因转化：每个细胞含有10个个DNA分子之前分子之前，抗性转化体数目一直与抗性转化体数目一直与DNA分子存在数目成正比。分子存在数目成正比。原因：细菌的细胞壁或
20、细胞膜上有固定数量的原因：细菌的细胞壁或细胞膜上有固定数量的DNA接受接受座位，座位，故一般细菌摄取的故一般细菌摄取的DNA分子数分子数10个个。7/25/2024受体的生理状态：受体的生理状态：感受态感受态是处于刚停止是处于刚停止DNA合成、而蛋白质合成合成、而蛋白质合成继续活跃进行时的状态。继续活跃进行时的状态。活跃合成的蛋白质可使细菌活跃合成的蛋白质可使细菌细胞壁细胞壁易于接受转易于接受转化化DNA。只有感受态受体细胞才能摄取并转化外源只有感受态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，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。一时间范围内。
21、7/25/2024转化转化DNA的摄取和整合过程的摄取和整合过程结合与穿入结合与穿入：DNA分子结合分子结合在接受座位上在接受座位上(可逆可逆)，可被可被DNA酶降解；接受座位饱和性。酶降解；接受座位饱和性。DNA摄取摄取(不可逆不可逆)，不受，不受DNA酶破坏。酶破坏。穿入穿入后，由外切酶或后，由外切酶或DNA移位酶降解移位酶降解其中一条链。其中一条链。联会联会：按各个位点与其相应的受体按各个位点与其相应的受体DNA片段联片段联会。亲缘关系越远，联会越小、转化的可能会。亲缘关系越远，联会越小、转化的可能性越小。性越小。7/25/2024整合整合(重组重组)：是指单链的转化是指单链的转化DNA
22、与受与受DNA对应位点的对应位点的置换置换稳定地稳定地进入到受体进入到受体DNA。对同源对同源DNA具有特异性。具有特异性。异源异源DNA，视亲缘关系远近也，视亲缘关系远近也可发生不同频率整合。可发生不同频率整合。7/25/2024黎德伯格等用枯草杆菌进行转化和重组试验：黎德伯格等用枯草杆菌进行转化和重组试验： DNA 片段进入受体细胞后，可与受体染色体发片段进入受体细胞后，可与受体染色体发生重组。生重组。紧密连锁的两个基因有较多的机会在同一紧密连锁的两个基因有较多的机会在同一个个DNA片段中片段中同时整合到受体染色体中。同时整合到受体染色体中。7/25/2024三者并发转化的频率高三者并发转
23、化的频率高，故这，故这3个基因是连锁的，其个基因是连锁的，其中中his2和和tyr1连锁最为紧密：连锁最为紧密：单交换时，染色体开环易降解，故不存在单交单交换时，染色体开环易降解，故不存在单交换类型；换类型；只有双交换和偶数的多交换才有效只有双交换和偶数的多交换才有效。7/25/2024二、接合（二、接合（conjugation）1. 概念概念：是指原核生物的遗传物质从：是指原核生物的遗传物质从供体供体（donor）转移到）转移到受体受体（receptor）内的过程。）内的过程。特点：需通过特点：需通过细胞的直接接触细胞的直接接触。7/25/20242. 实例：黎德伯格和塔特姆（实例：黎德伯格
24、和塔特姆（1946年）：年）：不同营养缺陷型的大肠杆菌：不同营养缺陷型的大肠杆菌：A菌株：菌株：Met- bio- thr+ leu+，需加需加甲硫氨酸甲硫氨酸和和生物素生物素。B菌株：菌株：Met+ bio+ thr- leu-，需加需加苏氨酸苏氨酸和和亮氨酸亮氨酸。A菌株和菌株和B菌株营养缺陷型，不能在菌株营养缺陷型，不能在基本培养上生长。基本培养上生长。A+B菌株混合培菌株混合培养养，在完全培养基上，几小时后离，在完全培养基上，几小时后离心，涂布基本培养基上，长出心，涂布基本培养基上，长出原养型原养型（Met+ bio+ thr+ leu+）菌落。）菌落。7/25/2024这种原养型细胞
25、如何出现？这种原养型细胞如何出现？ A、B菌株分别培养在基本培养基上菌株分别培养在基本培养基上一边加压和一边加压和吸引使培养液充分混合吸引使培养液充分混合 结果任何一臂结果任何一臂的培养基上均未长出原养型细菌。的培养基上均未长出原养型细菌。直接接触直接接触(接合接合)是原养型细胞出现的必要条件。是原养型细胞出现的必要条件。 海斯（海斯（Hayes W.,1952）证明：接合过程是一种）证明：接合过程是一种单单向向转移，转移，A菌株遗传物质菌株遗传物质B菌株，从供体（菌株，从供体（donor）到受体（到受体（receptor）。）。7/25/2024F因子及因子及F向向F的转移：的转移：F 因子
26、因子：致育因子（性因子），是一种附加体。：致育因子（性因子），是一种附加体。携带携带F因子的菌株称为供体菌或雄性，用因子的菌株称为供体菌或雄性，用F表示。表示。未携带未携带F因子的菌株为受体菌或雌性，用因子的菌株为受体菌或雌性，用F表示。表示。F 因子的组成因子的组成：染色体外遗传物质，环状染色体外遗传物质，环状DNA；4060个蛋白质基因；个蛋白质基因；24个个/细胞细胞(雄性内雄性内)。7/25/2024F 因子的三种状态：因子的三种状态：以大肠杆菌为例：以大肠杆菌为例：没有没有F因子，即因子，即F；一个自主状态一个自主状态F因子，即因子，即F；一个整合到自己染色体内的一个整合到自己染色体
27、内的F因子，即因子，即Hfr。7/25/2024自主状态时自主状态时F 因子独立进行分裂。因子独立进行分裂。F 因子的传递：因子的传递：带带F 因子的细菌较少。因子的细菌较少。具有具有F 因子的菌株可以作为供体因子的菌株可以作为供体。 F 因子中有形成因子中有形成F性伞毛（性伞毛（Fpilus）的基因）的基因接合管接合管F 细胞中的细胞中的F 因子由接合管向因子由接合管向F传递传递F受体变成受体变成F。7/25/20247/25/2024Hfr细胞的形成及染色体的转移细胞的形成及染色体的转移7/25/2024部分二倍体：部分二倍体：当当F或或Hfr的细菌染色体进入的细菌染色体进入F后，在一个短
28、后，在一个短时期内，时期内，F细胞内的某细胞内的某些位点就会成为二倍体些位点就会成为二倍体DNA。7/25/2024部分二倍体中发生交换部分二倍体中发生交换:单数交换单数交换：打开环状染色体，产生一个线性染色：打开环状染色体，产生一个线性染色 体，这种细胞是不能成活的。体，这种细胞是不能成活的。偶数交换偶数交换：产生可遗传的重组体和片段。：产生可遗传的重组体和片段。7/25/2024中断杂交试验及染色体连锁图中断杂交试验及染色体连锁图50年代，雅科（年代，雅科（Jacob F.）和沃尔曼（）和沃尔曼（Wollman E.）：）：中断杂交试验：发现中断杂交试验：发现接合时遗传物质转移是直线进行。
29、接合时遗传物质转移是直线进行。其方法为：其方法为：Hfr菌株与菌株与F菌株混合培养。菌株混合培养。Hfr菌株：菌株：strs a+ b+ c+ d+对链霉素敏感对链霉素敏感F-菌株：菌株： strr a- b- c- d- 抗链霉素抗链霉素不同时间取样不同时间取样搅拌器中断杂交搅拌器中断杂交稀释稀释含链霉素完全培养基含链霉素完全培养基杀死杀死Hfr细菌细菌抗抗str细菌细菌菌落菌落影印培养法：鉴定影印培养法：鉴定a+b+c+d+各基因转移时间。各基因转移时间。7/25/2024实例：实例：Hfr菌株菌株：苏氨酸：苏氨酸(thr+)、亮氨酸、亮氨酸(leu+)、抗叠氮化、抗叠氮化物物(azir)
30、、抗、抗T1噬菌体噬菌体(tonr)、半乳糖、半乳糖(galb+)、乳糖乳糖(lac+)。F-菌株菌株：thr-、leu-、azis、tons、galb-、lac-型。型。7/25/20248分钟时：分钟时：thr+进入进入F-细胞；细胞；8.5分钟时：分钟时：leu+进入进入F-细胞；细胞；9分钟时：出现分钟时：出现叠氮化物抗性叠氮化物抗性的菌落，少数的菌落，少数azir基因进入基因进入F-细胞；细胞；11分钟时：出现分钟时：出现抗噬菌体抗噬菌体T1的的F-细菌；细菌；18和和25分钟时：分别出现分钟时：分别出现乳糖乳糖和半乳糖发酵和半乳糖发酵基因，即基因，即lac+和和gal b+进入进入
31、F-细胞。细胞。7/25/2024重组体中各标志基因进入重组体中各标志基因进入F- 细胞中时细胞中时间不同，达到最高水平的时间也不同；间不同，达到最高水平的时间也不同；随时间的推迟，某个基因的重组率增随时间的推迟，某个基因的重组率增加；一定程度后，重组率便不再增加。加；一定程度后，重组率便不再增加。如：如：10tonr首次出现，首次出现， 15时时40%、25后后80%。Hfr中基因是按一定的线性顺序依次进入中基因是按一定的线性顺序依次进入F-菌株的。菌株的。7/25/2024以基因出现的时间为标准以基因出现的时间为标准作出作出E. coli的遗传连锁图。的遗传连锁图。7/25/2024用一种
32、大肠杆菌的用一种大肠杆菌的不同不同Hfr菌株菌株进行中断杂交实进行中断杂交实验，作出连锁图，其基因向验，作出连锁图，其基因向F-细胞转移的细胞转移的顺序不同顺序不同。转移的顺序是不是随机转移的顺序是不是随机？例如：？例如：thr thi gly 。7/25/2024Hfr1和和HfrAB312菌系的中断杂交试验及其连锁图：菌系的中断杂交试验及其连锁图：7/25/2024差异差异：不同：不同Hfr菌株转移菌株转移 的的原点原点(O)和转移和转移方向方向不不同。同。进一步说明进一步说明F因子和细因子和细菌染色体都是菌染色体都是环状环状。7/25/2024重组作图重组作图两基因转移时间间距两基因转移
33、时间间距2分钟分钟时，中断杂交法的图距不够精确，时，中断杂交法的图距不够精确，应采用传统的应采用传统的重组作图法重组作图法。例：例：二个基因紧密连锁二个基因紧密连锁:lac-（乳糖不发酵）（乳糖不发酵）ade-（腺嘌呤缺陷型）（腺嘌呤缺陷型）7/25/2024基因间重组频率：基因间重组频率： 两个位点间的时间约为两个位点间的时间约为1分钟，约相当于分钟，约相当于20%的的重组值。重组值。7/25/2024三、性导（三、性导（sexduction） 性导性导：指接合时由：指接合时由F因子所携因子所携带的外源带的外源DNA整合到细菌染色体整合到细菌染色体的过程。的过程。F 因子整合过程因子整合过程
34、：可逆可逆：发生环出时，：发生环出时，F因子因子又可重新离开染色体。又可重新离开染色体。7/25/2024Adelberg和和Burns(1959)： F 因子偶尔在环出时不因子偶尔在环出时不够准确，会携带出染色体够准确，会携带出染色体上的一些基因，这种因子上的一些基因，这种因子称为称为F因子因子。 F因子因子携带染色体的节携带染色体的节段大小：从一个标准基因段大小：从一个标准基因到半个细菌染色体。到半个细菌染色体。7/25/2024F因子使细菌带有某些突出的特点：因子使细菌带有某些突出的特点：F因子转移基因频率极高，如同因子转移基因频率极高，如同F+因子转移频率；因子转移频率；F因子自然整合
35、率极高，并且整合因子自然整合率极高，并且整合在在一定的座位一定的座位上。上。携带与细菌染色体一样的同源区携带与细菌染色体一样的同源区段；而正常段；而正常 F因子可在因子可在不同座位不同座位整合。整合。7/25/2024雅科和阿代尔伯格发现：雅科和阿代尔伯格发现：特殊的特殊的Hfr菌株能把菌株能把lac+ 等位基因等位基因高频率高频率地转移到地转移到F lac-受体中。受体中。lac基因位于远端，中断杂交实验中只有基因位于远端，中断杂交实验中只有1/1000重组率；重组率；由由F携带携带lac+ 基因进入受体后可在基因进入受体后可在lac位点上形成部分位点上形成部分二倍体二倍体Flac+ / l
36、ac-。7/25/2024性导在大肠杆菌遗传研究中的作用：性导在大肠杆菌遗传研究中的作用：分离出大量分离出大量F因子（每个因子（每个F因子携带有不同大肠因子携带有不同大肠杆菌基因）杆菌基因）利用不同基因在一起的并发性导的利用不同基因在一起的并发性导的频率来作图；频率来作图；通过性导产生部分二倍体通过性导产生部分二倍体确定等位基因位置、确定等位基因位置、显隐性关系；显隐性关系；.性导形成的部分二倍体可用作互补测验性导形成的部分二倍体可用作互补测验确定两确定两个变类型是否属于同一个基因。个变类型是否属于同一个基因。7/25/2024并发性导并发性导(co-sexduction):是建立遗传图的另一
37、手段，两个位点必须密切是建立遗传图的另一手段，两个位点必须密切相连才能处在同一个相连才能处在同一个F因子上。因子上。获得两个位点间重组率获得两个位点间重组率每个片段的连锁群。每个片段的连锁群。性导作图法性导作图法与与转导转导作图法相同。作图法相同。7/25/2024四、转导（四、转导（transduction）1.概念概念：指以噬菌体为媒介进行的细菌遗传物：指以噬菌体为媒介进行的细菌遗传物质重组，是细菌遗传物质传递和交换方式之一。质重组，是细菌遗传物质传递和交换方式之一。2.特点特点：以噬菌体为媒介以噬菌体为媒介细菌的一段染色体细菌的一段染色体被错误被错误地地包装包装在噬菌体的蛋白质外壳内在噬
38、菌体的蛋白质外壳内通过感染转移通过感染转移到另一个受体细胞内。到另一个受体细胞内。 感染细菌的能力决定于噬菌体的蛋白质外壳。感染细菌的能力决定于噬菌体的蛋白质外壳。7/25/20243.例如：例如：黎德伯格与津德（黎德伯格与津德（1951）发现鼠伤寒沙门氏）发现鼠伤寒沙门氏菌中转导现象。菌中转导现象。将两个沙门氏菌的营养缺陷型进行杂交：将两个沙门氏菌的营养缺陷型进行杂交：phe-trp-tyr-met+ his+ phe+trp+tyr+met-his-混合培养混合培养在基本培养基发现在基本培养基发现原养型的菌落频率为原养型的菌落频率为1/1057/25/2024. 产生上述结果的原因产生上述
39、结果的原因:是否属于恢复是否属于恢复突变突变?高频率出现不可能是回复突变。高频率出现不可能是回复突变。是否属于是否属于接合、性导接合、性导?戴维斯戴维斯U型管试验型管试验 (防止细胞直接防止细胞直接接触接触) 结果也获得野结果也获得野生型重组体，排除由于生型重组体，排除由于接合或性导接合或性导而产生基因重组可能性。而产生基因重组可能性。是否属于是否属于转化转化?结果表现为不受结果表现为不受DNA酶的影响酶的影响，排除了由于，排除了由于DNA片断通片断通过滤片经转化实现基因重组可能性。过滤片经转化实现基因重组可能性。7/25/2024唯一可能的结论是：这种重组通过一种过滤性因唯一可能的结论是：这
40、种重组通过一种过滤性因子实现。子实现。这种过滤性因子称为这种过滤性因子称为FA，不受，不受DNA酶的影响。酶的影响。FA为噬菌体为噬菌体P22（溶源性）。（溶源性）。7/25/2024普遍性转导普遍性转导. 作用作用：可转导细菌染色体组的任何部分。：可转导细菌染色体组的任何部分。转导颗粒转导颗粒：把细菌染色体片段：把细菌染色体片段包装在包装在噬菌体蛋白质外壳内而噬菌体蛋白质外壳内而产生的产生的假噬菌体假噬菌体（不包含噬菌体的遗传物质）。（不包含噬菌体的遗传物质）。7/25/20242测定细菌基因间的连锁关系：测定细菌基因间的连锁关系：以普遍性转导噬菌体以普遍性转导噬菌体P1为例，测为例，测定大
41、肠杆菌的定大肠杆菌的leu（亮氨酸合成（亮氨酸合成)、 thr（苏氨酸合成）、（苏氨酸合成）、 azi(叠氮化叠氮化钠抗性）三个基因的顺序。钠抗性）三个基因的顺序。7/25/20247/25/2024每个选择的标记基因进行多次试验：每个选择的标记基因进行多次试验：7/25/2024通过合转导关系求出两基因之间的物理距离：通过合转导关系求出两基因之间的物理距离：由以上公式可知：由以上公式可知：转导转导DNA的平均长度约为个病毒基因组的大的平均长度约为个病毒基因组的大小；通过试验测知两个基因的合转导频率，就可估小；通过试验测知两个基因的合转导频率，就可估算出两个基因间的物理距离。算出两个基因间的物
42、理距离。7/25/2024、特殊性转导：由温和噬菌体进行的转导、特殊性转导：由温和噬菌体进行的转导特点：特点：转导仅转导仅限于靠限于靠近原噬近原噬菌体附菌体附着点的着点的基因。基因。7/25/2024以以噬菌体为例：噬菌体为例：dgal颗粒形成过程：颗粒形成过程：7/25/2024噬菌体的侵入，导致重组性转导。噬菌体的侵入，导致重组性转导。7/25/20247/25/2024本章小结本章小结1细菌研究的影印培养法：细菌研究的影印培养法：7/25/20242噬菌体的类型：噬菌体的类型：烈性噬菌体烈性噬菌体：能破坏寄主细胞原有的遗传物质：能破坏寄主细胞原有的遗传物质组组装成许多子噬菌体装成许多子噬
43、菌体使细菌裂解使细菌裂解释放出子噬菌体。释放出子噬菌体。温和性噬菌体温和性噬菌体：特点：特点：核酸不大量复制、转录和翻译，具有溶源性的生活周核酸不大量复制、转录和翻译，具有溶源性的生活周期；期；噬菌体能通过交换而整合到细菌染色体上；噬菌体能通过交换而整合到细菌染色体上；P1噬菌体独立存在于细菌细胞质内；噬菌体独立存在于细菌细胞质内；通过诱导通过诱导(如紫外线如紫外线)可转变为烈性噬菌体。可转变为烈性噬菌体。7/25/2024噬菌体的基因重组与作图噬菌体的基因重组与作图 通过双重感染通过双重感染两种噬菌体进行杂交两种噬菌体进行杂交重组的重组的噬菌斑噬菌斑两基因之间的遗传距离。两基因之间的遗传距离。7/25/20243细菌遗传分析中的基因转移：细菌遗传分析中的基因转移：7/25/2024性导性导转导转导7/25/2024
