细菌和病毒的遗传作

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1、本章重点本章重点 1 1细菌影印法。细菌影印法。3 3细菌和病毒的四种遗传分析方法：细菌和病毒的四种遗传分析方法： 转化、接合、性导、转导。转化、接合、性导、转导。 4 4掌握掌握F F+ +、F F- -、FF、HfrFHfrF+ + 的特点。的特点。 5 5理解和掌握中断杂交和重组作图的原理。理解和掌握中断杂交和重组作图的原理。 2 2噬菌体结构和基因重组特点。噬菌体结构和基因重组特点。 自主学自主学习题习题解释下列名词解释下列名词:基本培养基基本培养基 完全培养基完全培养基 原养型原养型 营养缺陷型营养缺陷型 溶源性细菌溶源性细菌 转化转化 接合接合 性导性导 转导转导 普遍性转导普遍性

2、转导 特殊性转导特殊性转导 烈性噬菌体烈性噬菌体 温和噬菌体温和噬菌体 中断杂交作图中断杂交作图 F F+ +菌株菌株 F F菌株菌株 Hfr Hfr菌株菌株部分二倍体部分二倍体 一、细菌一、细菌1 1、大小：、大小： 比较小的单细胞，大约比较小的单细胞，大约1 1 2m2m长，长，0.5m0.5m宽宽 2 2、结构：简单，包括细胞壁、细胞膜、拟核、核糖体、结构：简单，包括细胞壁、细胞膜、拟核、核糖体、细胞质及内含物；细胞质及内含物； 特殊结构：特殊结构： 如荚膜和鞭毛如荚膜和鞭毛 见教材：见教材：145145页图页图7-167-16 第一节第一节 细菌和病毒遗传研究的意义细菌和病毒遗传研究的

3、意义细菌细菌 细菌属于原核生物，不进行典型的有丝分裂和减细菌属于原核生物，不进行典型的有丝分裂和减数分裂，因此，其染色体传递和重组方式与真核生物数分裂，因此，其染色体传递和重组方式与真核生物不尽相同。不尽相同。4 4、涂布和繁殖：、涂布和繁殖： 细菌每个细胞在较短时间内（如一夜）能繁殖细菌每个细胞在较短时间内（如一夜）能繁殖10107 7个子细胞个子细胞 成为肉眼可见的菌落或克隆。成为肉眼可见的菌落或克隆。单个主染色体，一个或多个小染色体（质粒）单个主染色体，一个或多个小染色体（质粒）3 3、遗传物质：、遗传物质：5 5、细菌遗传的研究方法、细菌遗传的研究方法-平板培养平板培养6 6、细菌菌落

4、的表现型、细菌菌落的表现型、原养型原养型（野生型）：在基本培养基上能正常（野生型）：在基本培养基上能正常生长的细菌。生长的细菌。、突变型突变型：在基本培养基上不能正常生长的细菌。：在基本培养基上不能正常生长的细菌。 、生理突变型生理突变型A A、营养缺陷型、营养缺陷型B B、抗性、抗性: :抗药或抗感染抗药或抗感染、表型突变型表型突变型菌落大小、颜色、形状菌落大小、颜色、形状7 7、突变发生的测定、突变发生的测定影印培养法影印培养法完全培养基完全培养基选择培养基选择培养基选择培养基选择培养基选择培养基选择培养基二、病毒二、病毒1 1、 病毒的一般特性病毒的一般特性无细胞结构无细胞结构：为：为蛋

5、白质蛋白质外壳包裹外壳包裹核酸核酸而成的颗粒。而成的颗粒。 遗传物质遗传物质： 只含一种只含一种核酸核酸（DNADNA或或RNARNA）。）。 繁殖方式繁殖方式：只能依赖：只能依赖宿主宿主活细胞的代谢机器，通过活细胞的代谢机器，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。式进行繁殖。其体积大小相差悬殊，绝大多数直径在其体积大小相差悬殊，绝大多数直径在1010300 300 nmnm之间。其形态多种多样。之间。其形态多种多样。病毒的形态结构借助电子显微镜才可以观察到。病毒的形态结构借助电子显微镜才可以观察到。2 2 、病毒的分

6、类、病毒的分类宿主宿主、细菌病毒细菌病毒噬菌体噬菌体、植物病毒植物病毒、无脊椎动物病毒无脊椎动物病毒、脊椎动物病毒脊椎动物病毒 、亚病毒亚病毒、类病毒（、类病毒（viroidviroid）、拟病毒（、拟病毒（virusoidvirusoid）、朊病毒（朊病毒（prion )prion )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(6)(6)、便于进行遗传操作。、便于进行遗传操作。 (1)(1)、世代周期短。大肠杆菌每、世代周期短。大肠杆菌每2020分钟可繁殖一代，分钟可繁殖一代， 病毒每小时可繁殖数百个后代。病毒每小时可繁殖数百个后代。(2)(2)、易于管理和进行化学

7、分析。、易于管理和进行化学分析。(3)(3)、是单倍体，便于研究基因的突变和重组。、是单倍体，便于研究基因的突变和重组。(4)(4)、遗传物质简单，便于研究基因结构、功能。、遗传物质简单，便于研究基因结构、功能。(5)(5)、可用作研究高等生物的简单模型。、可用作研究高等生物的简单模型。第二节、噬菌体的遗传分析第二节、噬菌体的遗传分析一、噬菌体的结构一、噬菌体的结构二、二、T T2 2噬菌体的基因重组与作图噬菌体的基因重组与作图三、三、噬菌体的基因重组与作图噬菌体的基因重组与作图细菌病毒细菌病毒是研究得比较清楚的病毒。是研究得比较清楚的病毒。噬菌体侵染细菌后在均匀生长的细菌培养板上噬菌体侵染细

8、菌后在均匀生长的细菌培养板上形成噬菌斑（形成噬菌斑（plaqueplaque）。）。根据噬菌斑的形态和生长特点可以鉴别不同的根据噬菌斑的形态和生长特点可以鉴别不同的噬菌体。噬菌体。一、噬菌体一、噬菌体bacteriophage，phage的结构的结构T T4 4噬菌体形态噬菌体形态T T4 4 phage phage的结构模式的结构模式噬菌体的分类噬菌体的分类按其在宿主细胞中的生活方式分为：按其在宿主细胞中的生活方式分为：温和噬菌体：温和噬菌体：在噬菌体侵入后，细菌并不裂解，而是在噬菌体侵入后，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温和性噬以溶源体或质粒的形式存在的一类噬菌

9、体称为温和性噬菌体。菌体。烈性噬菌体：烈性噬菌体：噬菌体侵入宿主细胞，利用宿主细胞内噬菌体侵入宿主细胞，利用宿主细胞内的物质进行自身合成子噬菌体，并使宿主细胞裂解而释的物质进行自身合成子噬菌体，并使宿主细胞裂解而释放子噬菌体，这类噬菌体称为烈性噬菌体。放子噬菌体，这类噬菌体称为烈性噬菌体。烈性噬菌体烈性噬菌体virulent phage 噬菌体的生活周期噬菌体的生活周期烈性噬菌体的生活周期烈性噬菌体的生活周期 吸附吸附 、 侵入、核酸的复制、转录与蛋白侵入、核酸的复制、转录与蛋白质的生物合成质的生物合成 、装配、装配 、 释放。释放。 、吸附、吸附、 侵入侵入、核酸复制、核酸复制、转录、转录、

10、装配、装配、释放、释放温和噬菌体的生活周期温和噬菌体的生活周期 具有溶原性（具有溶原性（lisogenylisogeny）的生活周期。）的生活周期。 侵入细菌以后，细菌细胞并不马上裂解。侵入细菌以后，细菌细胞并不马上裂解。噬菌体（噬菌体（ phage phage） 侵入细菌后，细菌并不裂解。侵入细菌后，细菌并不裂解。 噬菌体的噬菌体的DNADNA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。 随着细菌随着细菌DNADNA一起复制。一起复制。 噬菌体噬菌体溶原性细菌（溶原性细菌（lysogenic bacteriumlysogenic bacterium）。）。 u DNADNA整合在

11、寄主染色体中的噬菌体称为原噬整合在寄主染色体中的噬菌体称为原噬菌体（菌体（prophageprophage）。）。u 含原噬菌体的宿主细菌称为溶原性细菌。含原噬菌体的宿主细菌称为溶原性细菌。溶源周期溶源周期裂解周期：裂解周期：u 原噬菌体通过诱导（原噬菌体通过诱导（inductioninduction）可转变为烈）可转变为烈性噬菌体，进入裂解周期。性噬菌体，进入裂解周期。u 诱导方式：诱导方式：UVUV、温度改变、与非溶原性细菌、温度改变、与非溶原性细菌接合等。接合等。u 诱导使阻遏物失活，噬菌体的基因表达，进诱导使阻遏物失活，噬菌体的基因表达，进入裂解周期。入裂解周期。 P P1 1 噬菌体

12、噬菌体( P( P1 1 phage) phage)u 感染感染E.coliE.coli以后，不整合到细菌以后，不整合到细菌DNADNA上，而是独上，而是独立存在于寄主细胞内。立存在于寄主细胞内。u 不影响宿主细胞的正常代谢不影响宿主细胞的正常代谢u P P1 1 DNA DNA 自主复制，并分配到宿主的子细胞中去，自主复制，并分配到宿主的子细胞中去，而且可以多于一个拷贝。而且可以多于一个拷贝。u受受P P1 1 噬菌体感染的细菌也可以因诱导而进入裂解噬菌体感染的细菌也可以因诱导而进入裂解周期。周期。 u 一个正常的一个正常的T T2 2 phage phage产生的噬菌斑小而边缘模糊，产生的

13、噬菌斑小而边缘模糊，记为记为r r；u 突变体突变体r r- -产生的噬菌斑大而边缘清晰。产生的噬菌斑大而边缘清晰。u r r- - T T2 2 噬菌体是速溶（噬菌体是速溶（rapid rapid lysislysis）突变体。）突变体。二、二、T T2 2噬菌体的基因重组与作图噬菌体的基因重组与作图噬菌体遗传性状噬菌体遗传性状噬菌斑的形态噬菌斑的形态u 正常的正常的T T2 2 噬菌体能感染噬菌体能感染E.coliE.coli B B株株，h h。u E.coliE.coli的的突变型突变型B/2B/2株株能抗能抗T T2 2的感染。的感染。u h h的突变型的突变型h h- -能克服能克

14、服B/2B/2株的抗性，既能侵染株的抗性，既能侵染B B株株又能侵染又能侵染B/2B/2株。株。宿主范围宿主范围T T2 2 phage phage 和和 E.coliE.coli的关系的关系B BB/2B/2h h+ +能感染能感染不能感染不能感染h h- -能感染能感染能感染能感染混合感染（混合感染（mixed infectionmixed infection）：）：l 两个基因型不同的噬菌体同时感染一个宿主细胞，两个基因型不同的噬菌体同时感染一个宿主细胞，又称为双重感染（又称为双重感染（double infectiondouble infection）。）。l 共同生存在同一个宿主细胞中

15、的两个噬菌体共同生存在同一个宿主细胞中的两个噬菌体DNADNA也可以发生交换，产生基因重组。也可以发生交换，产生基因重组。 T T2 2 基因重组试验：基因重组试验：u用基因型为用基因型为r rh h- - 和和 r r- -h h的两种的两种T T2 2 噬菌体同噬菌体同时感染时感染E.coliE.coli B B株株（双重感染）（双重感染）。u 将双重感染后释放出来的子代噬菌体接种将双重感染后释放出来的子代噬菌体接种在同时长有在同时长有B B株和株和B/2B/2株的培养板上，记录噬株的培养板上，记录噬菌斑的数目和形态。菌斑的数目和形态。h hr r 半透明，大半透明，大 h hr r 透明

16、，小透明，小 h hr r 透明，大透明，大 h hr r 半透明，小半透明，小亲本型亲本型重组型重组型u 重组率（重组率（RfRf） 100100基因型基因型表现型表现型重组噬菌斑重组噬菌斑总噬菌斑总噬菌斑T2 plaquesh+r+hr+h+rhr半透明，大半透明，大透明，大透明，大T T2 2 phage phage重组试验结果重组试验结果 注：不同速溶性噬菌体的突变型在表现型上不注：不同速溶性噬菌体的突变型在表现型上不 同，可分别写成同，可分别写成rara、 rb rb、 rc rc等等根据上表结果可以分别作出根据上表结果可以分别作出3 3个连锁图个连锁图 有四种可能的排列顺序有四种可

17、能的排列顺序基因顺序的精确确定基因顺序的精确确定杂交：杂交： r rc cr rb b r rc c r rb bRfRfrcrcrbrb1414rc h rb可以先只考虑可以先只考虑 rc rc、rb rb 及及h h来确定三者的顺序来确定三者的顺序由于噬菌体的连锁图是环状，所以由于噬菌体的连锁图是环状，所以2、3排列都对。排列都对。hrcrbra12.311.71.6作图作图 Kaiser(1955)Kaiser(1955)，噬菌体的重组作图。噬菌体的重组作图。 用用UVUV照射获得了照射获得了5 5个个phagephage的突变型：的突变型： s s型，噬菌斑较小，型，噬菌斑较小， mi

18、 mi型，噬菌斑特别小，型，噬菌斑特别小， c c型，噬菌斑完全清晰，型，噬菌斑完全清晰， co1 co1型，噬菌斑中间模糊，四周清晰，型，噬菌斑中间模糊，四周清晰， co2 co2型，噬菌斑的中部较型，噬菌斑的中部较co1co1型更为浓密。型更为浓密。三、三、 噬菌体的基因重组与作图噬菌体的基因重组与作图溶源性受到干扰，只能进入裂解周期，故斑清亮噬菌体噬菌体s cos co1 1 mi mi 的杂交结果及分析作图的杂交结果及分析作图 s co1 miRf双交换双交换（513）/2091X1000.86% Rfsco1（3032）/2091X1000.86% 3.76% Rfmico1（615

19、1）/2091X1000.86% 6.16% 3.766.16噬菌体噬菌体s cos co1 1 mi mi 基因连锁图基因连锁图细菌遗传物质的重组有四种不同的方式：细菌遗传物质的重组有四种不同的方式： 转化（转化（transformationtransformation） 接合（接合（cojugationcojugation） 性导（性导（sexductionsexduction） 转导（转导（transductiontransduction） 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（transformationtransformation）细菌通过细胞膜摄取周围环境中

20、细菌通过细胞膜摄取周围环境中DNADNA片段，片段，并通过重组将其整合到自身并通过重组将其整合到自身ChrChr中，中，而使它而使它的基因型和表现型发生相应变化的现象。的基因型和表现型发生相应变化的现象。野生型肺炎双球菌菌野生型肺炎双球菌菌落为落为光滑型光滑型，一种突，一种突变型为变型为粗糙型粗糙型，两者，两者根本差异在于荚膜形根本差异在于荚膜形成成荚膜荚膜菌菌落落毒性毒性类型类型光滑型光滑型S S发达发达光光滑滑有有I,I,II,II,IIIIII粗糙型粗糙型R R无无粗粗糙糙无无I,III,II荚膜的主要成分是多糖，具特殊的抗原性。不同荚膜的主要成分是多糖，具特殊的抗原性。不同抗原性是遗传

21、的、稳定的，一般情况下不发生互抗原性是遗传的、稳定的，一般情况下不发生互变。变。GriffithGriffith肺炎双球菌转化试验及其结果肺炎双球菌转化试验及其结果转化试验转化试验转化特征：转化特征： 转化现象在细菌中是一种普遍现象。不同细菌转化转化现象在细菌中是一种普遍现象。不同细菌转化过程有一定差异，但是它们都存在几个方面的特征，过程有一定差异，但是它们都存在几个方面的特征，感受态感受态指细菌能够从周围环境中吸收指细菌能够从周围环境中吸收DNADNA分子进分子进行转化的生理状态。行转化的生理状态。 感受态主要受一类蛋白质感受态主要受一类蛋白质( (感受态因子感受态因子) )影响，感受影响，

22、感受态因子可以在细菌间进行态因子可以在细菌间进行转移转移，从感受态细菌中传递到，从感受态细菌中传递到非感受态细菌非感受态细菌中，可以使后者中，可以使后者变为感受态变为感受态。一般认为感一般认为感受态只能发生在细胞生长周期的某一阶段。受态只能发生在细胞生长周期的某一阶段。1、只有当细菌处于感受态时，细菌才能转化。、只有当细菌处于感受态时，细菌才能转化。 2 2、并非所有外源、并非所有外源DNADNA片段都适合转化，只有片段都适合转化，只有双链、双链、而且相当大而且相当大的外源的外源DNADNA片段才能够转化。片段才能够转化。 如：转化肺炎双球菌的如：转化肺炎双球菌的DNADNA片段至少要有片段至

23、少要有800bp800bp，而，而枯草杆菌最少需要枯草杆菌最少需要16000bp16000bp。 3 3、只有当整合的、只有当整合的DNADNA片段片段产生新的表现型产生新的表现型时，才能时，才能测知转化的发生。测知转化的发生。 4 4、因为在细菌的细胞壁或细胞膜上有一定数量的、因为在细菌的细胞壁或细胞膜上有一定数量的DNADNA接受位点。在达到饱和之前，对某一个特定基因来接受位点。在达到饱和之前，对某一个特定基因来说，说，存在的供体存在的供体DNADNA分子数目与转化子数目成正比分子数目与转化子数目成正比。 感受态感受态转化过程转化过程、结合结合(binding)(binding)：、穿入穿

24、入 当细菌细胞处于感受态时，供体当细菌细胞处于感受态时，供体(donor)(donor)双链双链DNADNA分分子可结合在受体子可结合在受体(receptor)(receptor)细胞表面的结合位点上。一细胞表面的结合位点上。一旦受体位点饱和后，将阻止其它双链旦受体位点饱和后，将阻止其它双链DNADNA的结合。的结合。 稳定结合在受体位点上的双链供体稳定结合在受体位点上的双链供体DNADNA，由外切酶或，由外切酶或DNADNA移位酶降解其中的一条链，而另一条链进入细胞中。移位酶降解其中的一条链，而另一条链进入细胞中。、联会联会、整合整合(integration)(integration) 供体

25、的单链供体的单链DNADNA片段与其相应的受体片段与其相应的受体DNADNA片段联会，片段联会，联会也可发生在异种联会也可发生在异种DNADNA之间，这主要取决于种间亲缘之间，这主要取决于种间亲缘关系的远近。关系的远近。 是指单链的供体是指单链的供体DNADNA与受体与受体DNADNA对应位点的置换，对应位点的置换，从而稳定地渗入到受体从而稳定地渗入到受体DNADNA中。它对同源中。它对同源DNADNA具有特异具有特异性，异源性，异源DNADNA视亲缘关系远近，也可发生不同频率的视亲缘关系远近，也可发生不同频率的整合。整合。ABABA单转化单转化A AB单转化单转化B BAB并发转化并发转化A

26、 A、B B转化作图转化作图 并发转化：当两个基因紧密连锁时，它们就有机会并发转化：当两个基因紧密连锁时，它们就有机会同时被转化。并同时整合到受体细胞染色体上。同时被转化。并同时整合到受体细胞染色体上。、转化作图原理、转化作图原理 相邻基因共转化的频率与基因间距离成反比，即相邻基因共转化的频率与基因间距离成反比，即基因间距离越近，发生共转化频率越高；反之越低。基因间距离越近，发生共转化频率越高；反之越低。 基因间距离与重组类型频率间呈正比，即基因间基因间距离与重组类型频率间呈正比，即基因间距离越远，重组类型频率越高。重组类型即为单基因距离越远，重组类型频率越高。重组类型即为单基因转化产物。转化

27、产物。A BAB并发转化并发转化A A、B BA BB单转化单转化B BA B单转化单转化A AAA A、B B间距离越近，间距离越近，A A、B B双转化频率越高，双转化频率越高，A A转化频率、转化频率、B B转化频率越低转化频率越低A A、B B间距离越远，间距离越远，A A、B B双转化频率越低，双转化频率越低，A A转化频率、转化频率、B B转化频率越高转化频率越高trp2+his2+tyr1+ （供体）（供体）trp2-his2-tyr1-（受体）（受体）的转化类型及重组率计算的转化类型及重组率计算例例例例1 1 1 1：枯草杆菌共转化遗传作图：枯草杆菌共转化遗传作图：枯草杆菌共转

28、化遗传作图：枯草杆菌共转化遗传作图trp2his2tyr13413连锁遗传图连锁遗传图 trp2 his2 tyr1 3413 40 在原核生物中，两个细胞在在原核生物中，两个细胞在相互接触相互接触过程过程中，中，遗传物质遗传物质从一个个体从一个个体转移转移到另一个个体的到另一个个体的现象称为现象称为接合接合。概念概念二、接合二、接合conjugationconjugation接合的发现接合的发现 J.Lederberg & E.Tatum J.Lederberg & E.Tatum 大肠杆菌杂交试验（大肠杆菌杂交试验（19461946） ：结果结果：平板上长出原养型菌落：平板上长出原养型菌落

29、(+)(+)。材料材料：大肠杆菌：大肠杆菌K12K12菌株的两个营养缺陷型品系：菌株的两个营养缺陷型品系：菌株菌株AA甲硫氨酸缺陷型甲硫氨酸缺陷型 met- met- 和生物素缺陷型和生物素缺陷型 bio- bio-；菌株菌株BB苏氨酸缺陷型苏氨酸缺陷型 thr- thr- 和亮氨酸缺陷型和亮氨酸缺陷型 leu- leu-方法方法：将：将A A、B B两菌株混和，在基本培养基两菌株混和，在基本培养基( (固体固体) )上涂布培养。上涂布培养。细细菌菌的的接接合合试试验验回复突变的排除回复突变的排除单基因单基因回复突变的频率约为回复突变的频率约为1010-6，双基因双基因回复突变的频率则为回复突

30、变的频率则为1010-12 ，频率很低。，频率很低。 但试验中原养型菌落产生的频率非常高（但试验中原养型菌落产生的频率非常高（1010-7 ），因此），因此基本可以排除回复突变的可能。基本可以排除回复突变的可能。互养作用的排除互养作用的排除材料材料 A A品系品系：A A- -B B+ + T1S(met T1S(met- -biobio- -thrthr+ +leuleu+ + T1S)T1S) B B品系品系：A A+ +B B- - T1R(met T1R(met+ +biobio+ +thrthr- -leuleu- - T1R)T1R)结论结论：表明互养并非原养型菌落出现的原因，而可

31、能：表明互养并非原养型菌落出现的原因，而可能发生了遗传重组。发生了遗传重组。试验方法：试验方法：将将A A、B B品系混合接种在基本培养基表面，品系混合接种在基本培养基表面，短时间后短时间后喷噬菌体喷噬菌体T1T1杀死杀死A A品系品系，使其不能持续产生，使其不能持续产生thrthr与与leuleu供供B B品系持续生长。品系持续生长。结果结果：仍然出现原养型菌落。：仍然出现原养型菌落。喷噬菌体喷噬菌体T1T1杀死杀死A A菌菌转化作用的排除转化作用的排除加热法加热法加热加热戴维斯的戴维斯的U形管试验形管试验细胞直接接细胞直接接触触是原养型是原养型细菌产生的细菌产生的必要条件。必要条件。 W.

32、Hayes W.Hayes通过实验（通过实验（19521952）证明，在接合过程中遗）证明，在接合过程中遗传物质是一种传物质是一种单向的转移单向的转移。即遗传物质从。即遗传物质从A A菌株转移到菌株转移到了了B B菌株。菌株。供体（雄性）供体（雄性） 受体（雌性）受体（雌性） A B A B W.Hayes W.Hayes等进一步研究发现，等进一步研究发现， A A菌株之所以能成为供体，菌株之所以能成为供体，是因为它有一个性因子，即致育因子（是因为它有一个性因子，即致育因子（fertility factorfertility factor），），简称简称F F因子因子。目前研究表明目前研究表明

33、F F因子因子为为环状环状DNADNA分子。分子。E.Coli E.Coli F F因子的三种存在状态：因子的三种存在状态：、没有、没有F F因子因子受体菌受体菌（雌性菌）：不含有（雌性菌）：不含有F F因子的因子的细菌，记为细菌，记为 F F、游离状态的、游离状态的F F因子因子供体菌供体菌（雄性菌）：含有（雄性菌）：含有F F因子的因子的细菌，细菌，F F因子游离于宿主染色体外，记为因子游离于宿主染色体外，记为 F F 。+、整合的、整合的F F因子因子HfrHfr菌株菌株（高频重组菌株）：指（高频重组菌株）：指 F F 因子整合到宿主染色体中去了的菌株，其重组频率比因子整合到宿主染色体中

34、去了的菌株，其重组频率比 F+ F+ 高高10001000多倍。多倍。F F因子的结构因子的结构F F因子的特点因子的特点FF细菌可以把细菌可以把F F因子因子传给后代传给后代FF可以可以和和F F杂交杂交，而，而不能和不能和F F杂交杂交。FF和和F F杂交杂交后代皆为后代皆为F F，而且可以以而且可以以10 10 频率获得重组体后代。频率获得重组体后代。7 性伞毛性伞毛/ /接合管接合管接合过程接合过程、 F F因子的转移因子的转移低频重组低频重组 F+ F+ F- = F+ F- = F+ F+ F+重组通过质粒转移、复制进行。重组通过质粒转移、复制进行。接合过程示意图接合过程示意图高频

35、重组高频重组高频重组高频重组高频重组细胞的形成高频重组细胞的形成、HfrHfrHfrHfr细胞染色体的转移细胞染色体的转移细胞染色体的转移细胞染色体的转移Hfr Hfr F F- - Hfr Hfr F F- -Hfr F- 时，细菌基因的重组频时，细菌基因的重组频率增加千倍。率增加千倍。HfrHfr菌株的形成及其基因转移菌株的形成及其基因转移、高频重组中基因的转移高频重组中基因的转移高频重组中基因的转移高频重组中基因的转移部分二倍体：部分二倍体：u 当当HfrHfr菌的部分染色体进入菌的部分染色体进入F F细胞后，细胞后，F F细胞中就成为部分二倍体（细胞中就成为部分二倍体（partial

36、partial diploiddiploid）或部分合子（）或部分合子（merozygotemerozygote）。）。u 新转入的新转入的DNADNA片断称为供体外基因子片断称为供体外基因子（exogenoteexogenote），而受体的染色体称为受体），而受体的染色体称为受体内基因子（内基因子（endogenoteendogenote）。）。 部分二倍体及其交换部分二倍体及其交换HfrHfrHfrHfr品系与品系与品系与品系与F F F F菌株的异同菌株的异同菌株的异同菌株的异同、高剂量链霉素处理后都不影响杂交，说明它们、高剂量链霉素处理后都不影响杂交，说明它们都是作为一种供体。都是作为

37、一种供体。相同相同、都能和、都能和F F- - 杂交杂交、杂交都要通过接合管和受体菌相联接、杂交都要通过接合管和受体菌相联接不同不同、产生重组子频率不同：、产生重组子频率不同：47、产生的后代不同：、产生的后代不同：F F 后代后代F ， HfrF 后代后代F 。HfrF 10 HfrF 10 ，F F 10 F F 10 。中断杂交试验中断杂交试验u HfrHfr中的中的DNADNA向向F F转移时，是从酶切端点开转移时，是从酶切端点开始直线式进行的。始直线式进行的。u 因此可以用于基因作图。因此可以用于基因作图。中断杂交试验：中断杂交试验：Hfr：strs thr+ leu+ azis t

38、onAs galb+ lac+F：strr thr- leu- azir tonAr galb lac strr 对链霉素有抗性对链霉素有抗性 azir 对叠氮化合物有抗性对叠氮化合物有抗性 tonAr 对对T T1 1噬菌体有抗性噬菌体有抗性 thr+ leu+ galb+ lac+ 对苏氨酸、亮氨酸、半对苏氨酸、亮氨酸、半乳糖和乳糖为原养型乳糖和乳糖为原养型实验方法与步骤实验方法与步骤、混合培养、混合培养、根据基因转入、根据基因转入F F 的时间的时间 进行细菌染色体作图进行细菌染色体作图 、每隔一定时间取样，搅拌、每隔一定时间取样，搅拌 、测试形成的、测试形成的F F 菌落的基因型，菌落

39、的基因型，确定每个基因转入确定每个基因转入F F 的顺序（时间）的顺序（时间） 1分钟20%的重组值1分钟20%的重组值1分钟20%的重组值、在含、在含strstr的完全培养基上，的完全培养基上，HfrHfr被被杀死杀死中断杂交后，接合后体中各个性状出现的频率中断杂交后，接合后体中各个性状出现的频率大肠杆菌大肠杆菌Hfr strs thr+ leu+ azis tonAs galb+ lac+ F- strr thr- leu- azir tonAr galb- lac-的结果的结果根据中断杂交试验绘制的连锁图根据中断杂交试验绘制的连锁图F F因子插入的位置及方向因子插入的位置及方向F F因子

40、和细菌染色体都是环状因子和细菌染色体都是环状 用不同的用不同的HfrHfr菌株进行中断杂交实验，基因菌株进行中断杂交实验，基因转移的原点转移的原点(O)(O)和转移方向不同，表明和转移方向不同，表明F F因子和因子和细菌染色体都是环状。细菌染色体都是环状。用中断杂交试验确定的几个用中断杂交试验确定的几个HfrHfr菌株的基因顺序菌株的基因顺序作图：作图：重组作图重组作图如果两个基因间的转移时间小于如果两个基因间的转移时间小于2 2分钟，用中断杂交法分钟，用中断杂交法所得的图距不太可靠，应采用传统的重组作图法。所得的图距不太可靠，应采用传统的重组作图法。Hfr lac ade str F lac

41、 ade str + + - - -sr经中断杂交试验，经中断杂交试验，lac lac 基因在基因在ade ade 基因的前面。基因的前面。、ade ade 重组的两种形式：重组的两种形式：Hfr染色体染色体受体染色体受体染色体lacadelacadelacade基因型：基因型：adelacHfr染色体染色体受体染色体受体染色体lacadelacadelacade基因型：基因型：adelac、计算公式、计算公式Rf lac- ade+(lac+ ade+)+( lac- ade-)100% 中断杂交试验结果表明，中断杂交试验结果表明，lac-ade间的距离间的距离为为1min, 而用重组作图法

42、算出的重组率为而用重组作图法算出的重组率为20%，因此，因此，一个时间单位（一个时间单位（1min）相当于相当于20%的重的重组率组率。大大肠肠杆杆菌菌染染色色体体图图三、性导三、性导1 1、概念：、概念：带有带有F F因子的细菌在接合时，由因子的细菌在接合时，由F F因子所携带因子所携带的外源的外源DNADNA便转移到宿主细菌的染色体上，这一过程称为便转移到宿主细菌的染色体上，这一过程称为性导性导。2 2、F F因子因子、概念：、概念：HfrHfr菌株在切除菌株在切除F F因子时发生错误切除，分离因子时发生错误切除，分离出一个携带出一个携带F F因子和部分宿主染色体基因的遗传因子，这因子和部

43、分宿主染色体基因的遗传因子，这种带有宿主染色体基因的种带有宿主染色体基因的F F因子称为因子称为F F因子因子。FF因子的形成因子的形成F因子因子lac+tonlac+tonHfrF因子因子lac+tontonlac+F因子因子3 3、FF携带的基因转移携带的基因转移tonlac+tonlac-F因子因子tonlac-lac+F因子因子部分二倍体部分二倍体Lac+ton重组体重组体4 4、F F因子的特点因子的特点、 F F因子以极高的比率转移它携带的基因因子以极高的比率转移它携带的基因、 F F因子有极高的自然整合率，而且整合在一定的因子有极高的自然整合率，而且整合在一定的基因座位上，因有与

44、细菌同源的染色体区段，不同于基因座位上，因有与细菌同源的染色体区段，不同于F F因子随机插入。因子随机插入。5 5、F F因子因子 与与F+F+、HfrHfr的关系的关系5 5、性导作图、性导作图 两个位点必须密切相连，才能处在同一个两个位点必须密切相连，才能处在同一个FF因子上。因子上。然后计算两个位点间的重组频率，这样就可以获得每个然后计算两个位点间的重组频率，这样就可以获得每个片段的连锁群。作图方法同转导作图。片段的连锁群。作图方法同转导作图。四、转导四、转导1 1、概念：、概念：以噬菌体为媒介所进行的细菌以噬菌体为媒介所进行的细菌遗传物质重组的过程，称为遗传物质重组的过程，称为转导转导

45、。2 2、转导的发现：、转导的发现：单独单独培养培养单独单独培养培养混合混合培养培养LA22LA22LA2LA2phephe- -trptrp- -metmet+ +hishis+ +phephe+ +trptrp+ +metmet- -hishis- -基本培养基培养是基本培养基培养是否形成原养型菌落否形成原养型菌落否否 是是 否否原因原因? 可能为接合或转化引起的？可能为接合或转化引起的？、鼠伤寒沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌 1952 Lederbery 1952 Lederbery及其研究生及其研究生ZinderZinder发现。发现。说明遗传物质的转移是通过一种可通过滤膜的过滤性因子（说明遗

46、传物质的转移是通过一种可通过滤膜的过滤性因子（FAFA）实现。）实现。、接合的排除、接合的排除- -U U型管实验型管实验、转化作用的排除、转化作用的排除LA22LA2高温杀菌高温杀菌加加DNA酶酶原养菌落原养菌落LA2LA22高温杀菌高温杀菌加加DNA酶酶原养菌落原养菌落FAFA不受不受DNADNA的破坏。的破坏。研究结果表明：研究结果表明：FAFA就是温和噬菌体就是温和噬菌体P22P22。3 3、转导的类型、转导的类型、普遍性转导、普遍性转导、概念：、概念：P1P1、P22P22这类噬菌体可以转导细菌染色体组的这类噬菌体可以转导细菌染色体组的任何部分，这类转导称为普遍性转导。任何部分，这类

47、转导称为普遍性转导。、普遍性转导中遗传物质的转移、普遍性转导中遗传物质的转移普遍性转导普遍性转导、普遍性转导遗传作图、普遍性转导遗传作图、作图原理：、作图原理： 因此，测定两基因的合转导频率就可以确定基因因此，测定两基因的合转导频率就可以确定基因之间的秩序和距离之间的秩序和距离两个基因同在一起转导就是合转导或叫并发转导。两个基因同在一起转导就是合转导或叫并发转导。 合转导的频率愈高，表明两个基因在染色体上的距离合转导的频率愈高，表明两个基因在染色体上的距离愈近，连锁愈密切；相反，如果两个基因的合转导频率很愈近，连锁愈密切；相反，如果两个基因的合转导频率很低，就说明它们之间距离较远。低，就说明它

48、们之间距离较远。A A、两因子转导：两因子转导：通过观察两个基因的转导，计算并通过观察两个基因的转导，计算并比较每两个基因之间的合转导频率，就可以确定三个比较每两个基因之间的合转导频率，就可以确定三个或三个以上基因在染色体上的排列顺序或三个以上基因在染色体上的排列顺序. .例如：例如：a a基因和基因和b b基因的合转导频率很高，基因的合转导频率很高，a a和和c c基因的基因的合转导频率也很高，而合转导频率也很高，而b b和和c c很少或完全不在一起转导，很少或完全不在一起转导，这三个基因的次序就应为：这三个基因的次序就应为：bacbac、作图方法、作图方法以以E.coliE.coli的的P

49、 P1 1噬菌体进行下列转导：噬菌体进行下列转导：供体供体thrthrleuleu aziazir r 受体受体thrthrleuleuaziazis s先用先用P P1 1 噬菌体感染供体菌株，再用来自供噬菌体感染供体菌株，再用来自供体的新一代体的新一代P P1 1噬菌体感染受体菌株。噬菌体感染受体菌株。然后检测受体菌基因型。然后检测受体菌基因型。 检测结果：检测结果： 选择标记选择标记 非选择标记非选择标记1 leu1 leu+ + 50% azi 50% azir r ，2% thr2% thr+ + 2 thr2 thr+ + 3% leu 3% leu+ + ， 0 0 azi az

50、ir r3 thr3 thr+ +leuleu+ + 0% azi 0% azir r课后课后17题：题：(自学）自学）实验实验 选择的标记基因选择的标记基因 未选择的标记基因未选择的标记基因1purprohis87prohis0prohis10prohis32propurhis43purhis0purhis55purhis2%3hispurpro21purpro15purpro60purpro4%实验1： pur与his近、与pro远purhispro或purhispro实验2： pro与his、与pur远proprohishispurpur综合实验1、实验2，三者之间的顺序如下：purhi

51、spro实验3： his与pur较近、与pro更近。进一步说明上面的结果是正确的。B、三因子转导：只需分析一个实验的结果就可以推出三个基因的次序 最少的一类转导体应代表最难于转导的情况，这种转导体是同时发生交换次数最多的一类。这种转导体的两边应为供体基因，而中间为受体基因，如正确次序为abc，就应为a+bc+。例如：供体大肠杆菌具有基因型a+b+c+，受体的基因型为abc。abcabc、 abc、 abc、 abc双交换abcabc、abc、abc、abcabcabc四交换abc 假定由实验得到的最少的转导体类别为a+b+c，那么就可以确定，这三个基因的正确次序应当是acb或bca。a c b

52、例：课后16题供体菌：purnadpdx；受体菌：purnadpdx选择基因基因型菌落数purnadpdxnadpdxnadpdxnadpdx3102413数量最少的菌落基因型为： purnadpdx供体菌： purnadpdx受体菌：purnadpdx基因的顺序为：pur pdx nadpur、nad并发转导频率 X1002631050pur、pdx并发转导频率 X1005432450、基因之间物理图距的计算d =L(1- 3 X )X（1d/L)3X=两个基因合转导的频率 d=同一染色体上两基因之间的物理距离L=转导DNA的平均长度91.5KB，2min遗传图距或2X2040遗传图距例：课

53、后14题，thr和leu相距2X（1d/L） （12/40%) =85.9%33、流产转导（abortive transduction）：指转导DNA分子进入受体细胞后，既不与受体基因组发生交换，又不随宿主DNA复制而复制，而是很稳定地存在于细胞之中，由于细菌不断增殖，故该转导类型的细菌所占比例越来越少，以至最终消失，故称为流产转导。例：以P22为媒体的沙门氏菌的转导中，在基本培养基上除了正常大小的菌落外，还有一些微小的菌落。小菌落中的细胞能再产生一个原养型小菌落。、局限转导局限转导、概念：、概念：由温和噬菌体（如由温和噬菌体（如）介导的转导类型。原）介导的转导类型。原噬菌体离开细菌染色体时，

54、偶尔可将噬菌体插入位点两噬菌体离开细菌染色体时，偶尔可将噬菌体插入位点两边的细菌基因一起环落下来而形成混杂的边的细菌基因一起环落下来而形成混杂的DNADNA片段，该片段，该DNADNA片段由噬菌体蛋白质衣壳包裹，再去侵染其他宿主细片段由噬菌体蛋白质衣壳包裹，再去侵染其他宿主细菌，可将菌，可将特定的细菌基因特定的细菌基因特定的细菌基因特定的细菌基因带入新的受体菌，进而重组整带入新的受体菌，进而重组整合，这种转导称为合，这种转导称为局限性转导局限性转导。、转导噬菌体的形成、转导噬菌体的形成attattbiogalbiogalattattbiogalattbiogalaatpbiodgal、低频转导

55、：用诱导、低频转导：用诱导溶原性菌株得来的噬菌体进行转导溶原性菌株得来的噬菌体进行转导时转导频率不高，称为低频转导。时转导频率不高，称为低频转导。、高频转导（、高频转导（highhighfrequency transductionfrequency transduction，HFTHFT）：）：如果如果dgaldgal与正常与正常噬菌体同时感染一个受菌体，可诱导产噬菌体同时感染一个受菌体，可诱导产生生/ dgal/ dgal双重溶原菌。这种双重溶原菌不稳定，经紫外双重溶原菌。这种双重溶原菌不稳定，经紫外线诱导可产生大约半数的转导噬菌体。用这样得来的噬菌体线诱导可产生大约半数的转导噬菌体。用这样得来的噬菌体进行的转导称为高频转导。进行的转导称为高频转导。biogalattattattgalgalgalattattbioatt