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1、第一节 细菌和病毒在遗传学研究中的地位,细菌和病毒在遗传学研究中的优越性: 繁殖速度快、世代所需时间短，缩短了实验周期； 便于研究基因的突变：细菌和病毒均属于单倍体，所有突变都能立即表现出来，不存在显性掩盖隐性的问题 ； 便于研究基因的作用：通过基本培养基和选择培养基的影印培养，很容易筛选出营养缺陷型，利于生化研究。 易于管理和进行化学分析：个体小，繁殖方便，可以大量节省人力、物力和财力；且代谢旺盛，繁殖又快，累积大量的代谢产物。 遗传物质较简单，便于用作研究基因结构、功能及调控机制的材料。 可作为研究高等生物的简单模型；,第二节、细菌的遗传分析,一、细菌概述 无真正的细胞核， 只有染色体区，
2、称拟核区。 不进行减数分裂和有丝分裂。 而是简单地复制和一分为二。 缺乏线粒体、叶绿体等细胞器。 单细胞生物，其染色体为环形、 裸露双链DNA分子，较易插入DNA片断。,（一）细菌的突变型,1. 合成代谢功能突变型: 营养缺陷型（auxotroph) 野生型（wild type) 缺陷型（deficient) 原养型（prototroph) Met- 甲硫氨基酸缺陷型 Met+ Thi- 硫胺缺陷型 Thi+ Pur- 嘌呤缺陷型 Pur+ 2. 分解代谢功能突变型：lac- 乳糖突变型，野生型为lac+ 3. 抗性突变型：抗药性或抗感染性 Strr , Strs 分别表示对链霉素有抗性和敏感
3、 T1r, T1s分别表示对T1噬菌体有抗性和敏感,二、细菌的突变型和筛选,（二）突变型的筛选,1. 根据菌落特点筛选选择培养基：如Lac-突变菌株在伊红-美蓝培养基（EMB）上形成白色或粉红色菌落，而lac+菌落为有金属光泽的紫色菌落。 2. 抗性突变型的筛选：将细菌涂布在含有某种抗生素或噬菌体的培养基上，能形成菌落的就是抗性突变菌株。 3. 营养缺陷型的筛选：用印迹法把在完全培养基上生长的菌落影印到基本培养基上，鉴别出不能生长的克隆。再把它们转移到含有单一营养物质的培养基上，判定该突变型需要哪一种营养物质。,三 细菌的杂交和性别,细菌之间遗传物质的转移主要有四种方式： 转化: 指某些细菌(
4、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。 转化的过程 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,洗涤,吸附,接合：由供体菌和受体菌之间的直接接触而导致的遗传物质的单向转移。接合管的形成：菌株靠近细胞膜融合两细胞间形成接合管 性导：是接合的一种，F因子所携带的细菌基因通过接合而导入受体细菌。 转导：由噬菌体所介导的DNA从供体菌到受体菌的转移。,(一)细菌的杂交 1、大肠杆菌杂交试验,菌株A:met-bio-thr+leu+thi + （需甲硫氨酸和生物素） 菌株B:met+bio+t
5、hr-leu-thi-（需苏氨酸，亮氨酸和硫胺）,出现若干原养型菌落， 频率为10-7，,。,说明菌株A和B可以杂交， 交换遗传物质，出现基因重组,不是基因突变,2、U实验 1950年Davis（戴维斯），做了U实验，在U底部中间用滤片隔开，交替吸压,原养型（基因重组）产生的必要条件：A、B两菌株直接接触,(二)细菌的性别 ？ AB两细胞遗传物质是混合，还是单向转移,1953年Hayes(海斯)在验证杂交时偶尔发现杂交中AB细菌作用不同，遗传物质是单向转移，AB，不能BA。,实验： 菌株A:met-thr+leu+thi+（需甲硫氨酸） 菌株B:met+thr-leu-thi-（需苏氨酸，亮氨
6、酸和硫胺）,结果不同，表明A、B有性杂交作用不同，提出遗传物质单向转移。 供体：提供遗传物质的细菌 雄性 A 受体：接受遗传物质的细菌 雌性 B 所以 AB 不久发现导致单向转移的是细胞质中一个微小可转移因子 F因子,四、大肠杆菌 F- F+ Hfr F菌株 （一）F- F+ 菌株 1、F因子结构: 细胞质中环状DNA 原点：转录起点 形成性伞毛的基因群：通过性伞毛与F-细菌接合 。 DNA复制酶基因：与F因子本身的复制有关； 插入序列：与其插入细菌染色体的过程有关。 2、F因子存在方式 游离状态：在细胞质中 ，能自我复制独立遗传 整合状态：整合到细菌环状染色体上，与细菌染色体一起遗传。,3、
7、F因子的特性 （1）决定大肠杆菌育性： F+菌株，含游离F因子 供体 雄性 F菌株，无游离F因子 受体 雌性 （2）F因子高频率转移 当F+F, F+的F因子复制为二,通过接合管将F因子传递给F菌株,使F转变为F+,频率高达95%,即高频率的转移F因子. F因子转移：F因子从原点断裂，以原点为先导，边复制边转移（因此叫滚环复制），复制后的F因子转移到另一个细胞中。细胞分开，使F-变成F+。 (3)基因重组的频率低 当F+F,F+菌株环状DNA复制通过接合管进入F-细菌细胞，与F-细菌的基因交换，使基因重组，但频率很低，不到百万分之一。 (4)F因子可以自发丧失,（二）高频重组菌株 （Hfr菌株
8、） 1951年，卡瓦里（Cavalli）等人，1954年海斯（Hayes）先后在A菌株中分离出新的菌株。 1、Hfr形成 F因子整合到细菌环状DNA上，这种整合状态F菌株叫Hfr（高频重组）。 2、特点 (1)可以作为供体，与B杂交，重组频率比AB高1000倍，称高频重组菌株。 (2)转移F因子频率低,3、HfrF-,杂交过程也是先形成接合管，然后Hfr边复制边转移。 整合到细菌环状染色体上的F因子容易在原点处断开，将细菌环状染色体上基因带入受体细胞中，基因重组频率高。但在转移过程中，结合管很易断开，这样转移到受体的部分只是靠近原点的一部分（全部转移需温和条件120分钟），形成部分二倍体。致育
9、基因位于最后，而接合管随时可能断开，转移F因子频率低。,(三)接合生殖和交换特点 1、接合生殖 供体细菌的DNA通过接合管进入受体细菌，实现基因重组的方式。 2、基因重组 （1）形成部分二倍体：一个完整的基因组和一个不完整的基因组所构成的二倍体。其中受体的基因组叫内基因子，供体的基因组叫外基因子。 外基因子转移到受体以后： a) 以游离状态存在，随着细胞分裂代数的增加被稀释，消失； b）与内基因子发生交换、重组。 (2)基因交换过程：,（3）交换特点 交换发生在完整的F环状染色体和供体线性染色体片段之间即部分二倍体 只有偶数交换才能产生平衡的重组子。 只出现一种重组子（杂交后代），无对应重组体
10、，真核生物出现四种杂交后代。,(五)F-,F+,Hfr, F细菌的相互转化,(四) F菌株 F因子可从Hfr脱离成为F+，通常准确脱离，偶尔不准，使F因子带有细菌的个别基因。这种带有细菌个别基因的F因子，称F菌株。,五、细菌的遗传作图,（一）利用中断杂交试验作图 叠氮化钠 噬菌体 乳糖 半乳糖 链霉素 Hfr azir tonr lac+ gal+ strs F-： azis tons lac- gal- strr 将 Hfr与F-同时加入装有完全培养基的大试管中，一定时间取样振荡，稀释接种至添加str的基本培养基（葡萄糖和无机盐）上，生长形成的菌落基因型为F-或具Hfr部分基因的F-，再把菌
11、落分别转移到只添加azi、ton、以lac或gal为炭源的选择性培养基上。,时间 进入F-的Hfr基因 9 不生长 有噬菌斑 不生长 不生长 无 9/ 生长 有噬菌斑 不生长 不生长 azir 11/ 生长 无噬菌斑 不生长 不生长 azir tonr 18/ 生长 无噬菌斑 生长 不生长 azir tonr lac+ 24/ 生长 无噬菌斑 生长 生长 azir tonr lac+ gal+ F因子约在120分钟后进入。,（1）Hfr的基因按一定顺序和时间间隔进入F- （2）每个基因进入F-有一定频率，且在短时间内达到最高 （3）进入F-越早，频率越高 （4）F因子进入迟，频率低,3、Hfr
12、染色体上基因排列顺序,4、细菌染色体为环状,用不同Hfr菌株进行中断杂交试验，基因转移的顺序，转移起点和转移方向很不相同。,a,b,c,d,e,f,g,h,(二）重组作图,当两个基因间的转移时间小于两分钟时，则用中断杂交作图就不可靠，而必须用传统的重组作图(recombination mapping)与中断杂交技术相互对照和补充，提高作图精度。如根据中断杂交，知道lac与ade紧密连锁且ade+是在lac+后进入，距离约为1分钟，进行以下杂交：,(1) 重组子的产生,两基因间未发生交换,两基因间发生交换,(2)重组频率的计算,用重组频率（RF）所测得的基因距离与用中断杂交技术以时间为单位的基因
13、距离基本上是成正比的，大致是1分钟相当于20%重组值，即：1min=20cM,一 病毒概述 病毒是比细菌更为简单的生物，它们也只有一条染色体，即单倍体。有些病毒的染色体是DNA，还有一些病毒是RNA。 病毒主要是由蛋白质外壳及其包被的核酸所组成的颗粒。病毒可根据宿主(动物、植物、细菌)或遗传物质(DNA或RNA)来分类。,第三节 噬菌体的遗传分析,二 噬菌体的繁殖和感染周期,（一） 烈性噬菌体: 是使宿主菌发生裂解的噬菌体，如T噬菌体。,吸附,细菌裂解,释放出子代噬菌体颗粒,细菌染色体降解,噬菌体DNA和蛋白质外壳包装成 子代噬菌体颗粒,(二) 温和噬菌体 温和噬菌体侵入细菌后，不立即导致溶菌
14、，这种现象称为溶源性。整合的噬菌体称为原噬菌体。,吸附,溶菌周期,-,uv诱导,细菌裂解,溶源周期,如噬菌体:,原噬菌体,三 噬菌体的突变型,（一）宿主范围突变型 E.coli B E.coli B/2 E.coli B+E.coli B/2 h+ + - 半透明噬菌斑 h + + 透明噬菌斑 （二）噬菌斑形态突变型 1. r+ 小噬菌斑,边缘模糊: 2个以上噬菌体同时侵袭时,出现溶菌阻碍现象(lysis inhibition). 2. r 大噬菌斑,边缘清晰: 快速溶菌(rapid lysis),无溶菌阻碍现象(lysis inhibition),四 噬菌体的基因重组,用T2噬菌体hr+和h
15、+r混合感染E.coli B,再用释放出来的子代噬菌体感染E.coli B+E.coli B/2 ,出现四种噬菌斑: 透明小噬菌斑(hr+ ) 半透明大噬菌斑(h+r) 透明大噬菌斑(hr) 半透明小噬菌斑(h+r+),h+r+hr 总噬菌斑数,=,连锁图 T2快速溶菌突变型有多种，如ra、rb、rc都形成大噬菌斑，用不同类型快速溶菌突变型与宿主范围突变型杂交（rxhrh+)，结果如下： 杂交组合 h+r hr+ h+r+ hr 重组值 h-r图距 h+rahr+ 34.0% 42% 12% 12% 24% 24 h+rbhr+ 32.0% 56% 5.9% 6.4% 12.3% 12.3 h
16、+rchr+ 39.0% 59% 0.7% 0.9% 1.6% 1.6,按图距h、ra、rb、rc有4种排列,如（1）（2）rb、rc同侧，则drb-rcdrb-h 如（3）（4）rb、rc两侧，则drb-rcdrb-h,求drb-rc B型快速溶菌 rbrc+C型快速溶菌 rb+rc,混合感染大肠杆菌B 子代噬菌体 rbrc+ rb+rc rb+rc+ rbrc 噬菌斑 大 大 小 大 交换值 (rb+rc+ rbrc)/总100% 2小噬菌斑/总100% 求出drb-rcdrb-h， rb 、rc在同侧 实验表明（1）（2）都成立，提出连锁图为环状,五 转导与作图,转导(transduct
17、ion):以噬菌体为媒介,将细菌的染色体片段或基因从一个细菌转移到另一个细菌. 供体A 受体B （一）普遍性转导 （二）局限性转导 （三）转导的特点 （1）转导是以噬菌体为介导的； （2）重组发生在部分二倍体中； （3）只出现一种重组子，不出现相反的重组子（如gal-消失，只剩下gal+）。,噬菌体,(一)普遍性转导,普遍性转导(generalized transduction):噬菌体携带供体染色体片段是完全随机的, 供体染色体中所有基因具有同等机会被转导入受体,而且各个标记基因被转移的频率大致相等.这是因为噬菌体将供体染色体降解，在合成自身DNA和包装时，偶尔会将细菌染色体片段包装进入子代
18、噬菌体颗粒，并带入受体菌。,普遍性转导的频率较低,约为10-5,两个基因同时转导的频率则更低, 仅有10-5 10-5=10-10. 如果两个基因同时转导的频率则较高,则说明它们相互连锁,成为共转导(cotransduction).共转导的频率越高,则基因连锁越紧密.反之则基因距离越远.据此可用于细菌染色体的基因作图.,(二)局限性转导(restricted transduction),又叫特异性转导(specialized transduction),这类噬菌体只能转移细菌染色体的特定部分和基因. 如噬菌体是一种附加体(episome), 即可作为一个复制因子独立存在，又可以整合到细菌染色体
19、上的特定位点attB位点,而形成原噬菌体。 attB位点一边是gal基因，另一边是bio。在紫外线诱导下，原噬菌体从细菌染色体上离开时，偶尔带有宿主细菌基因，包装形成局限性转导的噬菌体颗粒，可将供体基因转移至受体细菌，但仅限于靠近attB位点附近的基因，如噬菌体专门转导gal和bio基因。,局限性转导的特点,1.受包装容量限制，局限性转导形成的噬菌体颗粒往往是缺失体(defective)，用 dgal或 dbio表示。由于缺失一段自身DNA，不能产生成熟的颗粒，因此局限性转导的频率很低，只有10-6，所以又称为低频转导（low frequency transduction，LFT）。 2.供体
20、基因不是置换受体基因，而是插入attB位点，因此使宿主体内带有两个拷贝的转导基因。例如用 dgal+转导受体gal-后，宿主体内将既有gal+又有gal-基因，由于gal+对gal-为显性，因此宿主能够利用半乳糖。,本章要点,F-菌株、F+菌株、Hfr菌株 F因子、F因子 转化、接合、性导与转导(普遍性转导、局限性转导、) 温和噬菌体、烈性噬菌体、原噬菌体,本章要点,细菌中遗传物质的交换有三种主要的机制：转化、接合和转导。 接合需要两个细菌细胞间的物理接触，F+细胞能将F因子转移给不具F因子的F-细胞，使之成为F+细胞。如果F因子整合到染色体上，它就成为HFr菌株，能将细菌染色体转移到F-细胞。F因子从HFr染色体上分离出来时带有一小段宿主染色体，这种含有细菌基因组的F因子就叫做F因子。在接合过程中通过F因子将某个特异的细菌基因传递给受体的过程称为性导。利用接合可制作远距离基因的遗传图。 在转化中，单链DNA从周围环境中通过细胞膜进入受体细胞，并且通过重组整合到受体细胞的DNA上。转化对于将外源DNA整合到细菌细胞中特别有用，是现代基因工程中常用的技术。 转导可用于紧密连锁基因的精确定位。因此，两个紧密连锁的遗传标记通过它们的共转导频率能进行精确的定位。转导分为普遍性转导和特异性转导两种。,