第六章 细菌和病毒的遗传重组 第一节 细菌的遗传基础和遗传分析一、细菌的遗传基础一、细菌的遗传基础原核生物真核生物裸露的DNA分子DNA呈环状单倍体，基因单个存在DNA与蛋白质结合成染色体DNA呈线状二倍体，常染色体上基因成对 （一）细菌细胞（一）细菌细胞P155 图6－1 （二）细菌染色体（二）细菌染色体1、概念：每个细菌的细胞中都含有一条大型一条大型的环状裸露双链DNA分子，称细菌染色体2、长度：250～3500um3、状态：折叠状态4、细菌染色体基因组的特点（自学） 大肠杆菌折叠模式图 （三）细菌质粒（三）细菌质粒1、概念和结构概念：独立于细菌染色体外能进行自主复制的小小型型环状裸露的DNA分子，一般为细菌染色体的1/10～1/100结构转移区和转移起点－合成与转移有关的蛋白质自我复制区－参与质粒的自我复制插入区－与细菌染色体同源区配对、重组，插入细菌染色体 2、质粒的种类（1）致育因子（F因子，F质粒）F因子作用－使细菌表面产生性纤毛，能进行杂交F因子结构原点（原点（origin））－染色体转移和复制的起点致育基因（致育基因（F基因）－基因）－使细菌表面产生性纤毛配对区段－配对区段－和染色体的同源区段配对、重组，插入染色体。
F因子的整合 整合过程主染色体F质粒FO 整合过程染色体F质粒FO单交换OFHfr细菌abcdeabcde 根据F因子，细菌分为：雌性细菌(受体细菌，F－）－不含F因子，表面无性纤毛雄性细菌（供体细菌）－含F因子，表面有性纤毛F+细菌－F因子呈独立态Hfr细菌（高频重组细菌）－F因子插入染色体中，以结合态存在 （2）抗性因子（R因子）包括抗药性和抗某些金属的质粒（3）大肠杆菌素因子（col因子）产生大肠杆菌素（一种多肽类抗生素）的质粒 二、细菌的遗传分析二、细菌的遗传分析（一）细菌接合 概念：概念：就是通过细菌细胞的直接接触，把供体细胞的遗传物质传递给受体细胞，从而实现遗传重组的过程 1、方式：、方式：雌雄细菌接触，雄性细菌表面的性纤毛和雌性细菌的受体结合，形成细胞间的原生质通道，称接合管，雄性细菌的遗传物质通过接合管传递给雌性细菌，并进行遗传重组 （1）F－×F+杂交时，F+的性纤毛在二者间形成接合管→F+中的F质粒在O点处切开，以O为先导，F拖后，按滚环复制的方式拷贝并转移到F－中→产生两个F+→F+的染色体几乎没有进入F－→两种细菌的染色体未发生重组F质粒FO F质粒染色体接合F＋F－ （2）Hfr× F－杂交时，Hfr细菌的性纤毛在二者间形成接合管→结合态的F质粒在O点处切开，形成两端－一端为O点,一端为基因F→以O为先导，F拖后，按滚环复制方式向F－转移→进入F－的Hfr菌染色体上的基因与F－染色体间发生交换重组→重组频率高于游离态1000倍，因此称高频重组菌株。
OFHfr细菌切开 F－HfrO a bCdeF基因5'Hfr× F－→Hfr× F－重组体 2、中断杂交试验、中断杂交试验沃尔曼和雅各布于1950年进行杂交试验如下：Hfr（strs azir tonr lac+ gal+）×F－（ strr azis tons lac－ gal－）strs和strr－对链霉素敏感和抗性（存在于抗性因子）azis和azir－对叠氮化物敏感和抗性tons和tonr－对噬菌体敏感和抗性lac+和lac－ －能利用乳糖和不能利用乳糖gal+和gal－－能利用半乳糖和不能利用半乳糖 F－中的原有基因 F－重组体中出现的基因出现时间分钟azistonslac－gal－azirtonrlac+gal+9111825绘图依据－各个基因在F－重组体中最初出现的时间· · · · · · O azi ton lac gal F 9 11 18 25 120 这种通过不同时间分别阻断细菌的有性接合，从而确定细菌染色体上的基因距离的方法，称细菌阻断交配基因作图法。
3、重组方式、重组方式接合时，供体染色体片段（外基因子）进入受体细胞→同受体染色体的同源区段（内基因子）进行配对→形成部分二倍体→发生交换重组：单交换→产生不平衡的线性染色体双交换→有活性的重组体和线性片段（在细胞分裂中丢失 （二）转化★ 概念是指某些细菌（或其他生物）能通过其细胞膜摄取周围供体的染色体片断，并将此外源DNA片断通过重组掺入到自己的染色体组的过程★ 过程★ 举例－肺炎双球菌转化实验二、细菌的遗传分析二、细菌的遗传分析 1.吸附外源双链DNA吸附在受体细胞表面2.吸收吸附着的DNA被切成较短片断，然后一条单链被降解，另一条单链被受体细胞吸收，进入后又复制为双链DNA（供体DNA）3、整合供体DNA与受体染色体同源配对，交换重组，整合于受体染色体中→受体表现出供体性状 肺炎双球菌的两个品系肺炎双球菌的两个品系类型特征致病性粗糙型（R)光滑型（S)无荚膜，粗糙菌落，无毒有荚膜，光滑菌落，有毒无有，小鼠败血症，人的肺炎 格里菲斯（格里菲斯（Griffith）的实验）的实验肺炎球菌的转化实验：1.无毒R型→小鼠成活→血液中重现R型2.有毒S型→小鼠败血症死亡→血液中重现S型3.有毒S型（65℃杀死）→小鼠成活→无细菌3.无毒R型＋有毒S型（65℃杀死）→小鼠败血症死亡→血液中重现S型活菌结论：在加热杀死的S型细菌中有较耐高温的转化物质进入R型→R型转化为S型→无毒变为有毒 埃弗里（Avery）的实验用生物化学方法证明转化物质是DNA：Avery从S型细菌中分别抽提出DNA、蛋白质和荚膜物质→把每一种成分分别同活的R型细菌培养→发现只有DNA能把R型细菌转化为S型细菌。
结论：DNA是转化因子，是遗传物质 二、细菌的遗传分析二、细菌的遗传分析（三）转导★ 概念以噬菌体为载体，将供体细胞的遗传物质转移给受体细胞，发生基因重组的现象包括普遍性转导和局限性转导两种★ 普遍性转导过程★ 局限性转导过程 1、噬菌体DNA侵入细菌（供体细菌）→复制的同时，裂解菌体DNA成碎片2、在细菌内，噬菌体合成自身的蛋白质外壳→包装噬菌体DNA，偶尔也包装细菌DNA片断→转导噬菌体3、转导噬菌体吸附于另一细菌上（受体细菌）→将供体菌的基因导入受体中，与受体DNA同源区配对，交换重组这种转导中细菌染色体的所有基因都有同等的机会被转导，称普遍性转导或随机转导 1、λ噬菌体整合到细菌染色体的特定位点－gal基因（半乳糖发酵）和bio（生物素合成）之间2、通过交换切离细菌染色体时，正确切离形成λ噬菌体，偶尔错误切离形成带有gal基因或bio基因的噬菌体，称转导（缺陷）噬菌体3、转导噬菌体(如gal+)侵染另一细菌(如gal－)，并整合到其染色体，就将供体基因转移给受体菌，形成杂基因子这种转导只能转移细菌染色体上的特定基因，称局限性转导 第二节 噬菌体的遗传基础和遗传分析病毒的构成：蛋白质外壳＋包被在内的核酸染色体倍数：单倍根据遗传物质分为：DNA病毒和RNA病毒根据宿主分为：动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体） 烟草花叶病毒 腺病毒 T4噬菌体 爱滋病病毒 一、噬菌体的遗传基础（一）构造（T偶数噬菌体）头部－双链DNA分子＋蛋白质外壳尾部尾轴－中空的针状结构尾鞘－包在尾轴外基板尾钉尾丝－可吸附于宿主表面由蛋白质构成 （二）噬菌体的侵染过程烈性噬菌体：烈性噬菌体：尾丝固定于大肠杆菌，DNA注入→破坏寄主细胞DNA→合成噬菌体DNA和蛋白质→组装成许多子噬菌体→ 溶菌酶裂解细菌→释放出大量噬菌体。
观察：观察：如果细菌在固体培养基上密集生长→形成一个不透明层，称菌苔→受噬菌体侵染后，细菌死亡→菌苔上出现透明区域，称噬菌斑→不同噬菌体能形成不同的噬菌斑→可以加以鉴别 温和噬菌体：温和噬菌体：噬菌体DNA侵入细菌→通过配对交换，插入细菌染色体（分别称原噬菌体和溶源性细菌）→随着宿主细菌染色体的复制而复制→很少一部分溶源菌中原噬菌体脱离整合状态，产生子噬菌体而导致细菌细胞裂解 二、噬菌体的遗传分析（一）噬菌体的杂交方法 主要采用混合感染的方法，即两种不同基因型的噬菌体同时感染一个细菌，这两种噬菌体相当于杂交的两个亲本二）T2噬菌体的杂交分析 P: hr+ ×h+r r+－缓慢溶菌，产生小噬菌斑r－快速溶菌，产生大噬菌斑h+－能感染大肠杆菌B品系，不能感染B/2品系，有两种菌存在时，表现混浊h－同时感染B和B/2品系，有两种菌存在时，表现清亮hr+h+rEcoli1 hr+ ×h+r大肠杆菌内同源配对h+ rh r+交换h+ r+ －混浊、小hr－清亮、大重组合不交换h+r －混浊大hr＋清亮、小亲组合重组值＝重组噬菌斑数噬菌斑总数×100％重组值去掉％表示图距。
（三）T2噬菌体的两点测验1.杂交a+b×ab+→1773 a+b 1747ab+ 104a+b+ 96abb+c×bc+→1348 b+c 1312bc+ 124b+c+ 108bca+c×ac+→1443 a+c 1483ac+ 51a+c+ 55ac 2.计算a-b重组值＝104+961773+1747+104+96＝5.4％b-c重组值＝124+1081348＋1312＋108＋124＝8.0％a-c重组值＝51+551443+1483+51+55＝3.5％ 3.绘制连锁图bac5.43.5 。