2018年7细菌及病毒的遗传作图2-文档资料.ppt

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1、v 理解细菌和病毒在遗传研究中的优越性和意义； v 掌握转化、接合、性导与转导的概念与基本原理； v 掌握F-菌株、F+菌株、Hfr菌株的概念、区别和用途； v 区别F因子、F因子的异同； v 了解温和性噬菌体、烈性噬菌体的生活周期； v 掌握原噬菌体、溶源性细菌的概念； v 了解细菌和病毒遗传作图的原理和基本过程。 本章要求 7.1 细菌和病毒遗传研究的意义 7.1.1 细菌的培养 7.1.2 细菌在生物进化树中的地位 7.1.3 细菌和病毒在遗传研究中的优越性 7.1.4 细菌和病毒的拟有性过程 7.1.1 7.1.1 细菌培养细菌培养 摇瓶培养 平皿分离 平皿培养 7.1.2 7.1.2

2、 细菌在生物进化树中的地位细菌在生物进化树中的地位 产烷生物 盐杆菌 7.1.3 细菌和病毒在遗传研究中的优越性 v 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。 v 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。 v 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。 v 便于研究基因的突变。细菌和病毒属于一倍体，所有 突变都能立即表现出来。 v 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

3、。 v 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。 7.1.4 细菌和病毒的拟有性过程 v 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。 v 细菌细胞内除了染色体外还有一些寄生性复制因子（如 噬菌体和质粒），或叫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。 v 拟有性过程引起细菌、病毒间遗传物质转移与重组 的过程

4、。 拟有性过程是细菌、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 。 7.2 病毒的一般特性及类型 7.2.1 病毒的一般特性 7.2.2 病毒的类型 7.2.3 噬菌体的生活周期 7.2.1 病毒的一般特性 无细胞结构；为蛋白质外壳包裹核而成的颗粒。 形体极微小；只有在电子显微镜下才能观察到。 化学组成简单；主要是核酸和蛋白质。 只含一种核酸（DNA或RNA）。 缺乏独立代谢能力（依赖宿主)。 繁殖方式独特；只能依赖宿主活细胞的代谢机制，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。 具有双重存在方式；或营专性寄生在活细胞内，或在细 胞

5、外以大分子颗粒状态进行传播。 对干扰素敏感，而对抗生素不敏感。 7.2.2 病毒的类型 根据宿主来划分： v 细菌病毒:一般称为噬菌体（phage） v 植物病毒 v 无脊椎动物病毒 v 脊椎动物病毒 v 亚病毒:类病毒、拟病毒、朊病毒 n类病毒：一个单链环状的裸露的RNA。 n拟病毒：线状单链RNA环状单链RNA。 n朊病毒：蛋白质颗粒。 7.2.3 噬菌体的生活周期 v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 噬菌体，这类噬菌体称为烈性噬菌体。 裂解周期：吸附 侵入 核

6、酸的复制、转录与蛋 白质的生物合成 装配 释放 v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 为原噬菌体。 溶源性细菌（lysogenic bacteria）含有原噬菌体的 宿主细菌称为溶源性细菌，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 以原噬菌体或质粒的形式存在的一类噬菌体称为温和性噬 菌体。 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 。 7.3 噬菌体的染色体作图 v 7.3.1 T2噬菌体

7、的基因重组与作图 v 7.3.2 噬菌体的基因重组与作图 v 7.3.3 基因的细微结构作图 v 7.3.4 互补测验和顺反测验 v7.3.1T2噬菌体的基因重组与作图 噬菌体遗传性状可分为 噬菌斑的形态 宿主范围 （1）噬菌斑突变：T噬菌体的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-，产生的菌斑大两倍而边缘清晰 （2）宿主范围突变：T噬菌体的h-突变体 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 n将两种不同的T2突变体进行杂交，对其杂交子 代进行重组分析 n杂交方法： n将B和B

8、/2两种大肠杆菌细胞混合 n同时接种高浓度的T2噬菌体的h-r+和h+r-两种突变体 ，保证绝大多数细菌都被一个以上噬菌体感染 n两种不同的噬菌体DNA可能在宿主细胞内进行重组 ，从而产生非亲本型子代h+r+和h-r-。 亲本型 重组型 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+ h+r+ h-r- 半透明,大 透明,小 半透明,小 透明,大 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rxh+ r+h-可 对其进行基因定位。 7.3.1 T2噬菌体的基因重组与作图 由rxh+ r+h-实验结果（表7-1，P137）可知 Rfr

9、a-h =24% Rfrb-h =12.3% Rfrc-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 h ra rc h rb ra rb h rc ra h rc rb 又rc-rb+ rc+rb- Rfrc-rb=14% h位于rb 和rc之间。 （中间两种情况都有可能，哪一个对呢？） h rc rarb v7.3.2 噬菌体的基因重组与作图 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 nS

10、 C01 mi + + + + + + 975 S C01 mi 924 S + + 30 + C01 mi 32 S C01 + 61 + + mi 51 S + mi 5 + C01 + 13 总数 2091 2.9% 5.3% 0.86% Rf s-co1 =3.76% Rf s-mi =6.16% Rf co1-mi=9.92% 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，这种现象称为负干扰。 1 S 3.76 C01 6.16 mi 7.3.3 基因的细微结构作图： n1、T4噬菌体r区的作图 将T4噬菌体r区的两个不同突变

11、型r1和r2杂交： r1 + 亲本型：r1+和+r2（B菌株上产生突变型、 K菌株上不长） + r2 重组型：+ +（B菌株和K菌株上都产生野生型） 和r1r2（B菌株上产生突变型、K菌株上不长） 基因内不同位点的突变会产生不同的突变等位 基因，从而产生不同的类型。将这些不同的突变体 杂交，会发生基因内重组，可以计算出基因内重组 的相对频率，从而确定基因内各突变位点的排列顺 序和相对位置，即基因的细微结构作图。 n2、缺失作图 将突变体进行初步筛选的方法：判断突 变发生的区域。 缺失：基因或染色体片段的丢失。 只能与a区中的突变体杂 交才能产生野生型重组体 只能与c区中的突变体杂 交才能产生野

12、生型重组体 a b c 与两者都不能产生野生型 重组体的突变体位于b区 例（p141图7-13） 7.3.4 互补测验和顺反测验 n互补作用：两个突变型细胞的两条同源染色体同 处在一个杂合体细胞或局部合子时（二倍体或部 分二倍体），野生型基因补偿突变基因的缺陷而 使细胞的表型恢复正常的作用。否则，两种突变 型一定具有相同功能(相同基因）损伤。 属于同一基因的两个突变不能互补，互补通 常发生在不同基因之间的突变。 n顺反/互补测验：通过比较顺式和反式构型细胞的 表型从而判断影响某一表型的2个突变是属于等位 基因内突变还是属于非等位基因间突变的测验。 n一对同源染色体上两个突变发生在同一条染色体上

13、，基因 型为AB/-时称为顺式构型；若发生在两条染色体上，基 因型为A-/-B时称为反式构型。 n测验时，如果顺式为野生型，而反式为突变型，则这两突 变发生在同一基因的不同位置；如果顺式和反式都为野生 型，则这两突变分别发生在两个基因内。 7.4 细菌的细胞和染色体结构 7.4.1 形态特征 7.4.2 细菌细胞结构的特点 7.4.3 细菌DNA与质粒 7.4.4 细菌遗传的实验研究方法 7.4.1 形态特征 v 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； v生活周期短，易培养； v易获得其生化突变型； v大

14、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。 7.4.2 细菌细胞结构的特点 v 无真正的细胞核。细菌细胞只在菌体中央有一 个遗传物质集中区核区，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，其中央部分还有RNA与支架蛋白 ，这样的核区称为拟核。 v 缺乏线粒体、叶绿体、内质网、GC等细胞器。 7.4.3 细菌DNA与质粒 v 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

15、%）的碱基被甲基化，其中以腺嘌呤居多， 胞嘧啶次之。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。 v 质粒：细菌体内含有的一种染色体外的小型环状DNA。 质粒实质上是一些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。 v 附加体：有些质粒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）。 7.4.4 细菌遗传的实验研究方法 培养基的类型： 基本培养基（野生型） 完全培养基（突变型） 选择培养基（鉴定突变类型） 补充培养基（具体突变类型的确

16、定） v 细胞计数(培养物细胞浓度) v 建立纯系的方法 v 选择培养法鉴定突变型与重组型 v 突变型与重组型的批量筛选方法 v 细胞计数(培养物细胞浓度) 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； 由于一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。 Results of the serial dilution technique and subsequent culture of bacteria v 建立纯系的方法纯培养 纯系：由单个细胞繁殖而 来的菌落称为纯系。 菌种纯：采用平板表面涂

17、 布法或划线法获得单株菌 落。这种方法获得的纯系 ，称为“菌种纯”。 菌株纯：利用显微操纵器 进行菌丝尖端切割等方法 获得单个细胞，并直接培 养建立纯系，这种方法获 得的纯系称为“菌株纯”。 v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差异将菌 株分为原养型(在基本培养基上能正常生长)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)，该方法一次只能检出一种突变型。 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

18、选择培养来筛 选与鉴定。 n选择培养法的缺点： n效率不高：一次可鉴定、筛选一种突变型 n影印培养法： n黎德伯格夫妇为高效检测、分离混和群体不同突变型设计 了影印培养法，该方法原理与选择培养法一致 n采用影印法将完全培养基上的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，提高鉴定效率 n注意： n最初的培养基必须是完全培养基，各种突变型都能够生长 n模板接种时必须采用适当的方法如涂布或划线法，使培养 物菌落之间分开 v 突变型与重组型的批量筛选方法 影印培养法（Lederberg,1952 ） 7.5 细菌的染色体作图 7.5.1 接合（conjugation) 7.5.2 转

19、化(transformation) 7.5.3 性导(sexduction) 7.5.4 转导(transduction) 一个细菌细胞的DNA与另一个细菌细胞的 DNA的交换与重组可以通过四种方式进行： 7.5.1 接合 v 接合现象的发现和证实 v F因子及其在杂交中的行为 v 中断杂交实验作图 v接合现象的发现和证实 1946年，J.Lederberg & E.Tatum 的大肠杆菌杂交试验 ： 材料：大肠杆菌(Escherichia coli)K12菌株的两个营 养缺陷型品系： 菌株A甲硫氨酸缺陷型 met- 和生物素缺陷型 bio-； 菌株B苏氨酸缺陷型 thr- 和亮氨酸缺陷型 l

20、eu-。 方法：将A、B两菌株混和，在基本培养基(固体)上涂 布培养。 结果：平板上长出原养型菌落(+)。 上述试验获得的原养型菌落可能产生于： 亲本菌株A或B发生了回复突变； 两品系细胞通过培养基交换养料互养作用； 两品系间发生了转化作用； 发生细胞融合，形成了异核体或杂合二倍体。 为了验证这些原养型菌落产生的可能而进行 的研究最终表明：这些解释均不成立。 结果分析 回复突变可能的排除 Lederbery和Tatum利用的双营养缺陷型菌株进行试 验，已基本排除A或B品系发生回复突变产生原养型细菌 的可能。因为： 单基因回复突变的频率约为10-6； 双基因回复突变的频率则为10-12，频率很低

21、。 但试验中产生原养型菌落产生的频率非常高（10-7）， 因此基本可以排除回复突变的可能。 互养作用及其排除 试验材料 A品系：A-B+ T1S(met-bio-thr+leu+T1S)； B品系：A+B- T1R(met+bio+thr-leu-T1R)。 试验方法：将A、B品系混合接种在基本培养基表面， 短时间后喷噬菌体T1杀死A品系，使其不能持续产生thr 与leu供B品系持续生长。 结果：仍然出现原养型菌落。 结论：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。 转化作用及其排除 Lederbery和Tatum曾把品系A的 培养液经加热灭菌，加入到B品 系的培养物中，未得到

22、原养型 菌落，表明原养型菌落可能不 是由转化作用产生。 戴维斯(Dawis, 1950)的U型管 试验：结果也没有得到原养型 细菌。 结论：细胞直接接触是原养型 细菌产生的必要条件，从而否 定了转化的可能性。 异核体和杂合二倍体的可能性 若细菌细胞发生融合，产生异核体或双杂合二倍体。这 两种情况类似于二倍体生物的杂合体,将产生原养型菌落。 异核体：指由于细胞融合而在细胞内含有遗传组成 不同的两个或多个细胞核。 双杂合二倍体：是指异核体进一步发生核融合，形成二 倍体细胞核，核内含有两种遗传物质。 细菌为单倍配子体生物，异核体和二倍体只能暂存。 培养繁殖过程中必将发生分离，产生各种缺陷型菌落，对

23、试验中得到的原养型菌落后代研究表明，后代没有出现预 期的性状分离现象。 W.Hayes的实验（1952） 链霉素处理A菌 完全培养基培养一段时间 洗涤离心 B菌 重组体未减少 基本培养基 链霉素处理B菌 完全培养基培养一段时间 洗涤离心 A菌 无重组体产生 基本培养基 该实验说明细菌接合过程中遗传物质的转移是单向 的，即遗传物质从A株转移到了B株。 v接合现象的发现和证实 Hayes(1952)研究表明： 大肠杆菌两种不同菌株(品系)接合过程中遗传物质的转 移是单向的，从而认为大肠杆菌存在两种类型：雌性与 雄性，分别作为接合过程中遗传物质的受体与供体。 经过上述分析可以认为：在Lederber

24、y和Tatum及其 它类似试验中，发生了一种不同于转化的遗传重组方式 ，称之为接合。 接合(conjugation)：指通过细胞间的直接接触将遗传物 质从供体(donor)转移到受体(receptor)的重组过程。 nHayes等进一步研究发现， 大肠杆菌在接合中作供体的 能力受细胞内一种致育因子 (性因子)，即F因子控制。 nF因子的化学本质是DNA分子 ，可以以自主状态存在于细 胞质中或整合到细菌的染色 体上。 nF因子可在细菌细胞间进行 转移。 F因子与细菌结构、生理差异 v F因子及其在杂交中的行为 致育因子：决定细菌雄性的是染色体外的一个共价环 状DNA分子，称为致育因子（ferti

25、lity factor），又 称为F因子或F质粒。 供体菌（雄性菌）：含有F因子的细菌，F因子游离于 宿主染色体外，记为 F+。 受体菌（雌性菌）：不含有F因子的细菌，记为 F。 Hfr菌株（高频重组菌株）：指 F 因子整合到宿主染 色体中的菌株，其重组频率比 F+ 高1000多倍。 F因子的存在状态 性伞毛形成结合桥，进而诱导F因子上traYz基因表达， 产生核酸内切酶，该酶在oriT转移起始点处一条单链上 切开一个口，供体DNA以单链从5末端开始向受体转移 ，两条单链分别复制后受体内质粒DNA环化。 F因子在宿主染色体上有许多特定的插入位点和方向， 整合频率为每代10-510-7。 接合过

26、程：细菌间接触接合管形成单链断裂单链 DNA从供体向受体转移单链复制DNA双链形成部分二 倍体重组交换（偶数次交换）。 v FF- v HfrF- F F 与与F F - - 接合接合 F F因子的特点因子的特点 F细菌可以把F因子传给后代。 F细菌经吖啶橙处理F因子丢失，丢失后不 再出现。 F可以和F杂交，而不能和F杂交。 F和F杂交后代皆为F，而且可以以107 频率获得重组体后代。 HfrHfr与与F F - - 接合接合 奇偶次交换 HfrHfr品系与品系与F F 菌株的异同 菌株的异同 相同 都能和F杂交。 杂交都要通过接合管和受体菌相联接。 高剂量链霉素处理后都不影响杂交，说明它们都

27、是 作为一种供体。 不同 产生重组子频率不同，HfrF104，FF107 。 FF后代F， HfrF后代F。 F细菌经吖啶橙处理变成F，Hfr经吖啶橙处理仍 为Hfr。 n中断杂交实验 n1957年E.Wollman和E.Jacob设计完成 n将对链霉素敏感的Hfr菌株与对链霉素有抗性的F-菌株 混合培养，每隔一段时间间隔取样，然后剧烈震荡以 中断杂交，分开已经紧密接合的供体和受体杂交对。 然后将震荡后的培养物接种到含链霉素的完全培养基 ，杀死所有Hfr细菌，以选择含有供体基因的抗链霉素 受体细菌。对形成菌落的F-细胞用影印培养法测定基因 型。 n该方法主要根据基因转移的先后次序，以时间为位，

28、 求基因间的遗传距离。 v中断杂交实验作图(巴斯德实验室，Elie Wolliman和Francois Jacob) 1分钟20%的重组值 + 直接计算ade与lac之间的重组值 7.5.2 转化 v转化（transformation）：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 染色体组中的过程。 非感受态细胞外源DNA被洗掉了 转化因子 感受态细胞外源DNA仍与细胞结合 整合吸收 两种核酸内切酶： 切外源DNA为约14kb的片段 使外源DNA片段变为单链 吸附 洗涤 v整合：供体单链DNA进入受体细胞后与受体染 色体的某一部分联会，

29、并进一步置换受体的对 应染色体区段的过程。 v 实例 v 转化的过程 v 转化在遗传分析中的应用 基础知识 n野生型肺炎双球菌菌落 为光滑型，一种突变型 为粗糙型，两者根本差 异在于荚膜形成 n荚膜的主要成分是多糖 ，具特殊的抗原性 n不同抗原型是遗传的、 稳定的，一般情况下不 发生互变 荚膜 菌落 毒性 类型 光滑型 S 发达 光滑有 I, II, III 粗糙型 R 无粗糙无I, II Griffith转化研究(1928) Griffith对其试验结论及发展 n根据上述研究结果Griffith认为： n(有毒)死细菌中的某种物质转移到(无毒)活细菌中， 并使之具有毒性，导致小家鼠死亡 n将

30、这种细菌遗传类型的转变称为转化，并将引起转化 的物质称为转化因子(tranforming principle) n但是当时的化学与生化分析技术还无法鉴定杀死细菌 中的确切成分，因而不能确定转化因子为何物 n以后一些研究者重复上述试验，并且加入了体外培养试验 ，即：将加热杀死的SIII细菌与无毒RII细菌混合培养， 然后注入小家鼠体内，同样导致家鼠死亡。表明： n细菌在培养条件下也能够实现遗传类型间的定向转化 Avery的转化实验(1944) 实验结论 n上述实验结果表明：来源于加热杀死的SIII细菌 ，并使 RII细菌转化成为SIII型细菌的转化因子 是DNA n正是在这一认识的基础上，将转化

31、定义为： n某一基因型的细胞从周围介质中吸收来自另一 基因型的DNA而使它的基因型和表现型发生相应 变化的现象。 nAvery等人的实验实际上也表明：决定细菌遗传类 型的物质是DNA，即证明了DNA就是遗传物质 n但由于他们采用的实验方法当时不被人们广泛 接受，而且得出的结论与当时人们的传统观念 不符合，而长期没有得到人们的承认。 转化过程 n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，即： n感受态与感受态因子： n感受态指细菌能够从周围环境中吸收DNA分子进行转化的生理 状态 n感受态主要受一类蛋白质(感受态因子)影响，感受态因子可 以在细菌

32、间进行转移，从感受态细菌中传递到非感受态细菌 中，可以使后者变为感受态 n一般认为感受态出现在细菌对数生长后期，并且某些处理可 以诱导或加强感受态，以大肠杆菌为例，用Ca2+(如Call2)处 理对数生长后期的大肠杆菌可以增强其感受能力 n供体(donor)DNA与受体(receptor)细胞结合 (binding)： n结合发生在受体细胞特定部位(结合点) n对供体DNA片段有一定要求 n结合是一个可逆过程 nDNA摄取： n当细菌结合点饱和之后，细菌开始摄取外源DNA n往往只有一条14kbDNA单链进入细胞(单链摄入)，另一条链 在膜上降解 n联会(synapsis)与外源DNA片段整合

33、(integration)： n整合指单链转化DNA与受体DNA对应位点置换，稳定掺入到 受体DNA中的过程，实际上就是遗传重组过程 n研究整合的分子机制也就是研究遗传重组的分子机制 转染：用除去蛋白质外壳的病毒核酸感染细胞或原生 质体的过程称为转染。 n利用两基因双转化(共转化)绘制细菌连锁遗 传图谱的基本原理： n相邻基因双转化频率与基因间距离成反比 n双转化产物为转化产物中供体亲本类型 n基因间距离越近，发生双转化的频率越高 n重组类型频率与基因间距离成正比 n重组类型即为单转化产物 n基因间距离越近，之间发生交换的概率越低 v 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

34、条DNA片段上， 它们同时转化的现象称为双转化。 两个基因双转化的效率 基因定位（遗传作图） trp2+ his2+tyr1+ trp2- his2-tyr1- trp2 + - - - + + + his2 + + - + - - + tyr1 + + + - - + - 数目 11940 3660 685 107 2600 418 1180 转化子类型 基因座位 v 转化在遗传分析中的应用 11940 685 13805 1180 2600+418 6785 3660+107 11940 418 12465 107 2600+1180 8125 3660+685 11940 2600 18

35、200 3660 107+1180 2390 418+685 107 525 418 亲本类型重组类型重组值 trp2 -his2 trp2 -tyr1 his2 -tyr1 11940 +3660+ 2600+ 1180+ 685 33.0% 39.5%+22.55% 11.6% 2.55% 双交换型 + + + trp2 his2 tyr1 33 11.6 连锁遗传图 trp2 33 his2 11.6 tyr1 vF因子：Hfr菌株在切除F因子时发生错误切除 ，分离出一个携带F因子和部分宿主染色体基 因的遗传因子，这种带有宿主染色体基因的F 因子称为F因子。 v性导(sexduction

36、)：带有F因子的细菌在接合 时，由F因子所携带的外源DNA便转移到宿主 细菌的染色体上，这一过程称为性导。 7.5.3 性导 FF因子的转移（性导）因子的转移（性导） vF因子使细菌重组的特点 F因子以极高的比率转移它携带的基因；如同F+ 高效转移F因子一样。 F因子有极高的自然整合率，而且整合在一定的 基因座位上，因有与细菌同源的染色体区段，不 同于F因子具有多个整合为点插入。 vF因子 的用途 不同的F因子带有不同的细菌DNA片段，可覆盖全 部染色体基因，可用于构建部分二倍体菌株，用来研 究基因的相互作用，确定显隐性关系，构建遗传图谱 ，进行互补测验以鉴定两个突变是属于一个基因还是 两个基

37、因等。 vv F F ， ，HfrHfr，F F 的接合对照的接合对照 nF+细胞：F因子自身可以高效转移，但对供体细菌 基因转移的很少。 nHfr细胞：对完整F因子的转移频率很低，而对供 体细菌基因转移的效率很高，但能在受体细胞里 发生重组的频率要低些，因为线性的供体染色体 要经过偶数次交换才能重组进受体的染色体中形 成稳定的环状DNA。 nF细胞：对含有少量供体细菌基因的F因子转移频 率很高，因为可以形成稳定的环状部分二倍体。 但对供体中其他的基因转移的很少。 7.5.4 转导(transduction) v 转导(transduction) ：噬菌体介导的细菌遗传物质重组 的过程，称为转

38、导。 v 转导现象的发现 Lederbery及其研究生Zinder（1951）首先在鼠伤寒沙门 氏菌（Salmenella typhimurium）中发现转导现象。 原因? 是否为接合或转化引起的？ 单独 培养 单独 培养 混合 培养 LA22 LA2 phe-trp-met+his+phe+trp+met-his- 基本培养基培养是 否形成原养型菌落否 是 否 U型管实验，仍得到重组体，排除了接合的可能。并说明 它是一种可通过滤膜的过滤性因子（FA）。 利用DNA酶处理，FA不受DNA酶影响，仍得到重组体，排 除了转化作用的可能。 FA与从溶源性菌分离得到的噬菌体P22的质量大小相同。 用抗

39、P22的血清或加热处理，P22的感染性和过滤性因子FA 功能失活的速率相同。 抗噬菌体P22的沙门氏菌菌株对过滤性因子也表现为抗性 。 这些结果表明：FA就是温和噬菌体P22。 寻找原因的实验 n转导的类型 n普遍性转导：在噬菌体感染的末期，细菌染色体 被断裂成许多小片段，在形成噬菌体颗粒时，少 数噬菌体将细菌的DNA误认为是它们自己的DNA， 并包裹进其蛋白质衣壳内，从而形成转导噬菌体 ，该噬菌体再去感染其他宿主时，就将所携带的 细菌染色体片段带入受体菌中，通过偶数次交换 ，进而重组整合。这种转导类型称为普遍性转导 。（如P1、P22噬菌体介导） 普遍性转导 n流产转导：指转导DNA分子进入

40、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。 流产转导 局限转导（特殊性转导）：由温和噬菌体介导的 转导类型。原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DNA片段，该DNA片段由噬菌体蛋白 质衣壳包裹，再去侵染其他宿主细菌，可将特定 的细菌基因带入新的受体菌，进而重组整合，这 种转导称为局限转导。（如噬菌体介导） 分为低频转导和高频转导 局限转导 普遍性转导和局限转导的区别普遍性转导和局限转导的区别 比较项

41、目普遍性转导局限性转导 转导的基因供体染色体或染色体 外的任何基因 供体染色体上与原噬 菌体紧密连锁的少数 几个个别基因 噬菌体寄生 的位置 不结合在寄主染色体 特定位置上 结合在寄主染色体特 定位置上 获得转导噬 菌体的方法 通过敏感菌的裂解或 溶源菌的诱导 紫外线诱导溶源菌 转导子的区 别 一般较稳定，非溶原 性 一般不稳定，呈缺陷 溶原性 重组方式偶数次交换部分二倍体 普遍性转导和局限性转导的比较 普遍性转导与细菌遗传作图 n普遍性转导 n随机转移细菌染色体片段 n实质与转化相似 n共/双转导 (cotransduction) n两个基因同时转导 n可以进行细菌遗传作图 n与双转化作图类似 局限转导与细菌遗传作图 n局限转导 n转移噬菌体插入位点 两侧的细菌基因 n噬菌体的不正确切离 n实质与性导相似 n构建部分二倍体 n插入位点不稳定 n只能用于转移少量基因 n对个别基因进行研究