遗传学第七章2012.ppt

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1、第七章 细菌和病毒的遗传 细菌和病毒都是低等生物，在遗传研究中作用很大，是现代遗传学研究基因结构与表达的好材料，也是遗传工程直接的操作对象。,1细菌和病毒研究的遗传意义 一、细菌（germ） 细菌属原核生物，体积小，结构简单，有核物质没有核结构，并且大多数细菌的染色体是裸露的DNA分子，没有蛋白质结合。如大肠杆菌（Escherichia Coli 通常缩写为E. Coli）在现代遗传学和微生物遗传学的研究中应用广泛，是基因克隆的最好工具。,大肠杆菌的DNA以单个主染色体的形式出现，其分子长约1100m，分子量约2.6109。这种DNA不与组蛋白结合，也不形成核小体，是一个封闭的大环，没有起点和

2、终点。除了主染色体之外，细胞里通常还具有一个或多个小染色体，人们通常把小染色体叫质粒，也是一个小环，也不与组蛋白结合。,细菌培养有两种方法：一是液体培养基培养，二是固体表面培养基培养（琼脂）。在适当条件下培养，20分钟可繁殖一代，一昼夜便可达到肉眼能看得见的菌落 （107个细菌）。,细菌的突变型： 1营养缺陷型：野生型（即原养型）在基本培养基中能合成所需要的各种物质，某基因突变以后，就成为营养缺陷型（突变型），营养缺陷型为致死突变，在基本培养基中必须添加缺陷的营养物质才能存活，这类基因命名一般取前3个字母，原养型在字母后加上标“”，突变型不加或加“”。,2分解代谢功能突变型：野生型的能将一些较

3、复杂的营养物质分解，如乳糖、氨基酸、脂肪酸等，担负这些功能的基因发生突变以后，就会丧失分解这些物质的能力。,3抗性突变型：野生型的对一些抗菌素或噬菌体（bacteriophage，通常缩写为phage）敏感，有关基因突变后，就成为抗某种抗菌素或某种噬菌品系，成抗性突变型，在培养基中添加某种抗菌素或某种噬菌能把野生型的杀死，但不能杀死抗性突变型。,莱德伯格（Ledeberg，J）等人设计的印影培养法就是鉴定突变的一种方法：先将待测的细菌在母板培养基上培养成菌落，母板上采用完全培养基，也不添加抗菌素和phage，突变型和野生型均可繁殖，菌落培养成以后，用一 块比培养基略小的木板，包上一层严格消毒的

4、丝绒布，印在母板菌上， 母板上的细菌吸附在丝绒布上，再 把这块包着丝绒的木板分别印在各 种不同的添加培养基因 上，分析各 培养基上菌落的形成，在缺乏某种 物质的培养基上不能形成菌落，或 者添加某种phage能生长，即为某 种缺陷型或抗某phage的突变型。,如，链霉素抗性突变性的筛选,二、病毒 病毒不具有细胞结构，体积很小，但也有遗传物质，也可以繁殖后代。病毒是靠寄生生活，根据宿主的类型又分为三种病毒：植物病毒、动物病毒和细菌病毒类。噬菌体（phage） 是细菌病毒。 目前人们对 phage了解 较多，phage 的遗传物质 分子结构， 又分为 单链DNA、 单链RNA、 双链DNA 和双链R

5、NA。,三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性 1世代周期短：细菌在适宜的温度下20min可繁 殖一代，病毒更快，不到 10min便可繁殖一代。 2便于管理和生化分析 ：个体小，一般在 1m 至几m之间，操作管理方便。 3便于研究基因的突变 ：裸露的DNA分子(有的病毒为RNA分子)，易受环境条 件的影响而发生突变；单倍体生物，不存在显性掩盖隐 性问题，显隐性突变均能表现出来。 4便于研究基因的作用 ：影印培养，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。 5便于研究基因重组 ：细菌具有转化、转导和接合作用，可以进行精密的遗 传学分析。 6便于研究基因结构、功能及调控机制 ：细菌和病

6、毒的遗传物质简单，易于 进行基因定位、结构分析和分离，基因的表达调控也 适于采用生理生化的方法进行深入研究。 7便于进行遗传操作 ：染色体结构简单，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。,2. 噬菌体的遗传分析 一、噬菌体的结构 噬菌体是一种细菌病毒，结构非简单，遗传学研究中应用最多是T噬菌体系列，通常应用T1T7。它们的结构大同小异，外貌似蝌蚪。 （P153，图7-4）T偶列噬菌体（T2、T4、T6）头部呈六角形，为蛋白质外壳和内含的DNA双链分 子，头下的尾部包括一个 中空的针状结构及外鞘， 末端是基板，由尾丝及 尾针组成，T偶列噬菌体 将尾丝附着在E. Coli的 表面

7、，通过尾鞘的收缩 将噬菌体的DNA注入 到E. Coli细胞中。,噬菌体DNA注入细胞以后，对宿主细胞的影响不同，通常分为两类： 1烈性噬菌体：DNA注入宿主以后，快速复制，组装成许多新的子噬菌体，并使细胞裂解，将噬菌体释放出来，再重新侵染E. Coli细胞，这种途径称为裂解途径。,2温和性噬菌性：温和性噬菌体具有溶源性，即不使宿主的细胞裂解，形成共生状态，随着宿主细胞染色体的复制而复制，分裂而分裂，能够相安共存，一个子细胞中有一份噬菌体拷贝，这种途径称为溶源途径。 温和性噬菌体又有两种类型： 噬菌体；P噬菌体。,-phage侵入宿主细胞以后，细菌不裂解 附在E.coli染色体上的gal（半乳

8、糖）和bio（生物素）位点间的att座位上 通过交换整合到细菌染色体上，并能阻止其它噬菌体的超数感染。,P1-phage代表P类噬菌体， 这类噬菌体的DNA进入 宿主细胞以后不整合到 宿主细胞的染色体上， 独立存在和宿主共生。,这两类噬菌体的共同特点是不大量复制、转录和翻译，这类噬菌体往往只有一个或少数几个基因表达，产生阻遏物，使其它基因被关闭不能表达。 -phage通过一些 诱导因素如紫外线（UV）、 温度改变、烈性噬菌体的 诱导，可使关闭的基因 表达，成为烈性噬菌体， 进入裂解途径。,二、T2噬菌体的基因重组与作图 赫尔歇将他研究的phage性状分为两类： 1侵染E. Coli细胞时，细胞

9、裂解形成噬菌 斑的形态，如斑的大小、斑的边缘清晰或 模糊。 2为宿主细胞的反应，如宿主细胞的抗裂 解能力的不同基因型有不同的表现型。,T2-phage侵染E. Coli时： T2-phage的性状： 野生型： r噬菌斑小而边缘模糊 突变型： r噬菌斑大而边缘清晰 E. Coli的性状： B株突变B/2株抗T2-phage phage 野生型h：能侵染E. Coli B株,不能侵染B/2株 突变型h：能侵染E. Coli B株和B/2株两种 h r+ 噬菌斑小, 能侵B株和B/2株 hr 噬菌斑大,只能侵染B株 将两种phage杂交,将这两种phage双重侵染E. Coli B株(不能一先一后，

10、必须是同时)，这两种phage亲本的DNA分子在宿主细胞内重组：可以形成四种基因型的phage，接种在B株和B/2株混合培养基中，,表现为： hr 半透明 大噬菌斑 亲本类型 hr 透明 小噬菌斑 hr 半透明 小噬菌斑 重组类型 hr 透明 大噬菌斑 将观察结果记录下来，计算重组值： 重组值去掉百分号即为cM，为这两个基因的遗传距离。,这种方法也可以采用另一个类似的过程，叫转染（trancfection），经过特殊处理的细菌细胞可以直接吸收裸露的DNA分子，不同的DNA分子在宿主细胞中同样也可以复制和重组，也可以计算RF值。,例 溶菌性噬菌体控制溶菌速度的有三个基因，分别为 、 、 ，这三个

11、基因突变型 、 、 的溶菌速度不同，可以分别测得这三个基因与h基因的距离。（见P155表7-2）,由表7-2可知：rah之间 RF=24% rbh之间 RF=12.3% rch之间 RF=1.6% 那么, 这四个基因在环状染色体上可以有四种排列方式（P155下） 是哪一种排列方式，还必须通过进一步的实验来确定，可先考虑三个基因：rb、rc及h的排列顺序：是rchrb还是hrcrb，为此需作 ，求得RF值。 如 RFb.c = RFh.b + RFh.c 为 rb h rc RFb.c = RFh.b RFh.c 则为 h rb rc 在这里实际测得RFb.c = RFh.b + RFh.c h

12、 应位于rb及rc之间，排列顺序 rchrb。 那么ra在h基因的左或是右，答案是都可以，因为是环状的染色体。 （见P156图7-8）,ra,rb,rc,h,h,h,24,12.3,1.6,ra,ra,ra,ra,h,h,h,h,rb,rb,rb,rb,rc,rc,rc,rc,三、-phage的基因重组与作图 和高等动、植物一样，phage也可以进行三点基因定位，原理同高等动、植物。 如凯泽（Kaiser, AD，1955）的试验，对三个基因进行基因定位，这三个基因是： S 突变体 产生小噬菌斑。 Co1 突变体 产生中央不透明，周围透明的噬菌斑 mi 突变体 产生微小（比S突变体更小）噬菌斑

13、 将S Co1 mi 结果见P156表7-3,在这里和前面讲的三点测验的方法相似。 双交换最少，亲本类型最多，两种单交换类型不最少也不最多，中等。 1先确定这三个基因的排列顺序。 双交换类型 S mi 亲本类型 S Co1 mi Co1 Co1在中间 SCo1 RF = 3.76% 3.76cM RF = 6.16% 6.16cM,co1,mi,s,3.76,6.16,3细菌的遗传分析 细菌DNA的重组有四种方式： 转化、接合、性导和转导。 这几种方式的重组有三个共同点： 供体DNA单方向转入受体细胞。 供体DNA在受体细胞中都形成部分二倍体。 基因只有整合到环状染色体上才能稳定遗传。,一、转

14、化（transformation） 转化：指受体细胞通过细胞膜从周围介质中直接吸收DNA片 段，并整合到本身的染色体上，使本身的基因型和表 现型发生相应变化的现象。 转染：离体状态的噬菌体核酸改变受体的遗传组成。是转化 的一种特殊形式。转染进入细胞的是完整的核酸，一 般不整合到受体的染色体上。 转化因子（transforming principle）：起转化作用的DNA 片段，提供DNA分子或片段的为供体，接受DNA分 子或片段的为受体。,转化实验首先是由格瑞费斯（Griffith, F，1928）在肺炎双环球菌中发现的，后来阿委瑞（Avery, OT, 1944）等又从分子水平上得到证实，转

15、化因子是DNA，这就证明了遗传物质是DNA，而且表明转化是细菌基因重组的一种形式（参考第三章）。 转化试验主要用3种细菌研究： 1、肺炎双环球菌 2、枯草杆菌 3、流感嗜血杆菌。 。,不同类型的细菌在培养基中共培养可以形成重组型细菌， 如两个具有不同抗性的细菌群体混合培养 ，可以发现带有双抗性的细菌。这主要是由于细菌裂解后，DNA留在培养基中，其它细胞可以摄取这些DNA片断，使其本身的基因型发生了变化。这种转化的发生，大约有1%的受体细胞可以吸收外源DNA。 枯草杆菌可以将DNA直接分泌到活细胞表面，更有利于转化的发生,细菌细胞的转化 （一）供体DNA与受体细胞间的接触与互作 转化的第一步是供

16、体DNA与受体细胞接触，并发生互作。受体细菌细胞并非任何区域都允许外源DNA片段通过，而只是在特定区域形成临时性通道，这种特定区域称为受体位点，当供体DNA与受体细胞发生互作时，结合的部位就是受体位点 。在受体细胞表面这种位点存在的数目是有限的，当DNA分子浓度提高时，由于受到受体细胞受体位点的限制，转化率也不会再提高，另外受体细胞还要处于感受状态，才允许外源DNA进入受体。,转化率受转化片段的大小、形态、供体DNA分子多少的影响，如肺炎双环球菌的供体DNA分子要有800bp以上，枯草杆菌最少要有16000bp，否则，达不到转化作用。 在供体DNA片段的数量较少时，转化率会随着DNA分子的增加

17、而提高，表现为正相关关系，如果足够多时，受到受体位点数目的影响，也不会再提高。,二、供体DNA的摄取与整合 DNA分子的摄取与整合过程有以下几个点： 1结合与穿入（binding and penetration）：当细菌细胞处于感受态时，具有一定长度的双链的DNA分子可以结合在受体位点，如流感嗜血杆菌平均有两个DNA分子结合，这种结合，刚开始时是可逆的，有时被核酸酶降解，有时会被冲洗下来，但这阶段时间很短，一般只有45秒。一旦结合位点达到饱和状态，即阻止其它DNA分子的结合。 结合在受体位点的DNA分子，经过很短时间即达到稳定状态，随后被细胞纵向摄取，这个过程是不可逆的，并不受培养基中的DNA

18、酶破坏，供体DNA在受体位点被受体DNA外切酶或DNA移位酶将双链DNA分子中的一条链降解，并利用降解产生的能量将另一条链拉入受体细胞。,2联会（synapsis）：供体的单链DNA 片段进入受体细胞以后，寻找和其具有同 源性的染色体部位形成阶段二倍体，这种 同源性取决于供体细胞与受体细胞的亲缘 关系，亲缘关系越近越容易找到同源部 位。 3整合（integration）：阶段二倍体可以 通过交换，置换下原受体细胞的DNA片 段，将供体的单链DNA整合到受体细胞的 DNA分子中。这个阶段二倍体的交换要 发生两次以上的偶次，交换一次只能打开 一个缺口，使其成为链状，发生两次以上 的偶次，就稳定的插

19、入到了受体的DNA分 子上。,（三）转化与基因重组作图 外源DNA进入受体细胞以后，形成阶段二倍体，阶段二倍体也可以发生基因重组，利用重组率可以进行基因作图。 如Lederberg等人用枯草杆菌作了如下实验： 以 trp2+ his2 ty 为供体基因型 以 trp2his2tyr 为受体基因型,注意：在计算RF值时： trp2his2：不考虑685， trp2 his2 ， trp2hiy1：不考虑418， trp2 hiy1 his2try1：不考虑2600 his2 try1 是因为相应的基因可能没有进入受体细胞，所以无所谓重组和非重组。,由上表可以看出，这三个基因在一起的最多，说明这三

20、个基因是紧密连锁的，his2、tyr1连锁更紧密，因为它们并发转化的最多，根据RF值，进行染色体作图。,二、接合（Conjugation） 接合：是指两个不同交配型的细胞，通过直接接 触，将遗传信息从供体细胞转移到受体 细胞的过程。 （一）E. Coli接合的发现 1946年，莱德伯格和塔特姆发现了在E. Coli之间转移遗传物质的另一种途径接合。,他们的实验是：选择两种不同营养缺陷型的E. Coli K12菌株。 A菌株：metbiothrleu为甲硫氨基、生物素缺陷型 B菌株：metbiothrleu为苏氨酸、亮氨酸缺陷型 这两种类型都是两种物质缺陷，在 基本培养基中培养都不能生长，除 非

21、这两个基因都发生回复突变，每 个基因的突变率都是106，两个同 时发生回复突变几乎是不可能的， 在完全培养基上都可以生长。 。,把两种不同营养缺陷型的E. Coli以同等的数量同时接种在基本培养基上，发现长出了一些原养型菌落, 基因型为（metbiothrleu）。这种原养型的出现是什么原因，有两个疑问： 1重组是否为转化发生，因为在亲本细胞的处理过程中，可能发生细胞破裂、释放出转化因子和另一个亲本重组产生原养型； 2培养基中是否含有某些代谢产物，两个亲本的代谢产物互补使其可以在基本培养基上生长。,针对这两个问题，莱德伯格和塔特姆进一步作实验，将一个亲本的培养基经过细菌漏斗过滤，除去细胞，营养

22、物质和DNA片段可以通过，然后将其加入另一亲本的培养基中，结果并未产生原养型。这就排除了以上两个疑问。因而设想A、B菌株重组的必要条件是两种细胞的直接接触。,1950年戴维斯（Davis, B）设计了一个U型管实验进一步验证了以上的设想。 U型管的底部有一滤片，上有微孔，可以通过0.1m以下的颗粒，细菌的细胞无法通过，将A、B两个品系置于两个臂中，两个臂轮流吸和压促进交流和混合，DNA片段、营养物质也可以通过，两种细胞无法接触， 然后再将两个臂中的AB菌株分别接 种在基本培养基中，结果没有菌落生 成，即没有发生重组这就更有力的排 除了转化的可能，证明细菌的 直接接触是重组的必要条件。,（二）E

23、. Coli遗传物质的单方向转移与F因子的发现 1952年，海斯（Hayes, W）在重复莱德伯格和塔特姆的实验时，首先分别用高剂量的链霉素来处理A和B菌株，结果A菌株受处理后，重组不影响，而B菌株受处理后却完全阻止了重组的发生，这意味着两种菌株在杂交过程中的作用不同，不是相互交流，而是单方向转移。,因为链霉素处理A菌株时，可以阻止细菌的细胞分裂，但并不立即杀死细菌，还可以使交配持续一定的时间，交配后A菌株被杀死，并不影响重组；处理B菌株时，虽然交配也能进行，但交配后B菌株被杀死，所以后代不能形成，重组也不能发生，因而认为这个重组，遗传物质不是相互交流，而是单方向转移，即A菌株的遗传物质转向B

24、菌株，B菌株的遗传物质不能转向A菌株， A为供体，相当于高等生物的“雄性”， B为受体，相当于高等生物的“雌性”。,得出以上结论以后，发现在冰箱中放置一年之久的A菌株再和B菌株杂交时，不能产生重组，将其和正常的A菌株杂交都可以重组，说明A菌株放置一年后，变成了受体。 后来，莱德伯格等人也发现了以上现象，他们的解释是所谓供体或雄性是因为细胞内有一种致育因子（fertility factor, F），用F表示，而雌性受体缺乏这种因子，以F表示，原先的A菌株具有F因子，故能和B菌株交配重组，放置一年以后，A菌株丢失了F因子，由F变成了F，故不能再与B杂交重组，所以不育，这就发现了F因子。,F因子是一

25、个小的DNA分子，可以 看作染色体外的遗传物质。它由3 个不同的区域组成（见图7-12）： 1原点（origin），是转移遗 传物质的起点； 2致育基因(fertilily gene)， 这些基因使其本身具感染 性，其中一些基因是编码生 成F纤毛（F Pillus）的蛋白 质，F纤毛是F细胞表面的 一种管状结构称为接合管 （conjugation），接合时F 纤毛和F细胞表面的受体 相结合，在两个细胞之间形 成一个通道即细胞质桥，通 过细胞质桥，遗传物质可以 从供体细胞进入受体细胞；,3配对区（pairing region），F因子的这一区域与细菌染色体中多处的核苷酸序列相对应，可以同源配对。

26、 还可以通过交换整合到受体细胞的环状染色体上，成为受体细胞染色体的一部分，F因子在受体细胞中存在有两种状态： 是独立存在的复制子； 整合到染色体上即为附加体（episome）。,根据F因子的存在可把E. Coli分为3种类型： 没有F因子，即为F； F因子在细胞质中独立存在，为F； F因子整合到染色体上，为Hfr(high frequence recombination 高频重组)型。,在自然群体中，带有F因子的细菌可以作为供体，不带F因子的细菌作受体，细菌杂交时，两个亲本起码要有一个有F因子，转移时F因子双链在原点处被切开，然后切开的链从5开始进入受体F细胞，在F细胞中，再按53的方向复制成

27、一个完整的双链F因子，另一条没有被切开的链再进行复制，重新形成双链F因子，接合的产物即结合后体 （escomjugant)都是F ， F获得F的F因子。,（三）Hfr细胞的形成及染色体的转移 人们研究发现F细胞中1/万的会偶然整合到染色体上，成Hfr型，Hfr细胞可以把主染色体的部分甚至全部带入到受体细胞，如供体和受体的标记基因不同，则可观察到接合的频率提高4倍以上, 故称为高频重组型。,F因子在游离状态时可以单独复制，整合到染色体上以后就失去了单独复制的能力。接合时，整合到染色体上的F因子首先活跃起来，在它的一条链中切开缺口，并同时进行滚环式复制，借助于DNA滚环复制的动力，带切口的链从5端

28、进入接合管，这种转移和F向F转移相似，所不同的是F因子和染色体DNA链相连，染色体也随着F因子的转移而被带入到受体细胞，转移的链进入受体细胞立即按照53的方向进行复制。,HfrF，F常常只能得到供体染色体的一部分，而不是全部，使F仍属于F，如果全部转移了，F就变成Hfr类型了。 受体细胞得到供体的一部染色体，这部分染色体称为外基因子（exogenote）,受体自己本身的染色体称为内基因子，这样的细菌部分染色体是同源的，称为部分二倍体。细菌的重组就是在内基因子和外基因子之间进行。 但有两点和高等生物不同： 交换单次无意义。 重组后替换下来的游离DNA片段只带有部分基因组，不能单独复制和延续，一般

29、被消化掉，重组后的F细胞不再是部分二倍体，仍为单倍体，重组子类型仅为一个，而不是两个。,（四）中断杂交试验及染色体连锁图 HfrF，基因从供体进入受体，是有时间差别和次序的，据此可制作基因图谱。Wollman 和 Jacob于1954年在大肠杆菌的接合中设计了一个著名的中断杂交试验： Hfr：thrleuazis lacgalstrs F：thrleuaziRtonRlacgalstrR thr苏、leu亮、lac乳糖、gal半乳糖 （“”原养型，“”为缺陷型） azi叠氮化合物、ton、T1噬菌体、str链霉素 （“S”敏感，“R”抗）,将以上两种细胞混合培养，2分钟后开始每隔一定的时间取一

30、次样，把取到混合菌液放入食物搅拌器中搅拌，使接合的细胞质桥塌陷，中止染色体向受体细胞转移，即中断杂交，马上稀释，防止再接合，然后在含链霉素的系列培养基上培养，这样可以杀死供体细胞，受体细胞可以正常生长，根据不同培养基鉴定受体细胞的基因型：,有几种类型的培养基要搞清： 基本培养基：只含有一些简单大营养物质，如碳源、水和 少量的生物素，不加抗生素或噬菌体等。 野生型的可以生长。 完全培养基：基本培养基添加生活必需的各种营养物质，但不 加抗生素或噬菌体等。 野生型和突变型的都能生活 选择培养基：基本培养基增加一种营养物质或完全培养基减少 一种营养物质或添加某一种抗生素、噬菌体等。 可选择和鉴定某种营

31、养缺陷型或抗性突变型。 。,如：基本培养基加链霉素(链霉素可以杀死所有的Hfr供体细胞)、 亮氨酸等多种必需营养物质，但不加苏氨酸thr（当然也不加叠氮化物和 T1-phage），这样thr就成为选择的标记基因，只有供体的thr进入到受体才能生长，其它基因不能鉴定，其它基因是非选择标记基因。 鉴定抗叠氮化合物，基本培养基加各种营养物质和链霉素、 T1-phage、不加叠氮化合物，azis成为选择标记基因，形成菌落后，再用加叠氮化合物的培养基培养，如仍能形成菌落，则仍为抗性基因，如不能生长，则说明azis感敏基因进入到了受体细胞。,其它营养物质和抗性基因的鉴定方法相同，每隔一定的时间取一次样，记

32、录每个基因进入受体的时间。（见P165，表7-5）,染色体从原点开始，基因直线顺序进入受体细胞，基因距原点越近，进入受体的时间越早，也可用于染色体作图，即时间作图法。,但不同的杂交实验可得出不同的结果，这是因为转移时的原点和方向不一样，所以结果也不一样，说明染色体是环状的。（见P165表7-6）,（五）重组作图 用时间作图法有一定的问题，如果两个基因间的距离小于2min，就不可靠。应采用传统的作图法，如两个基因紧密连锁：lac（乳糖发酵）和ade（腺嘌呤缺陷），如求得这两个基因的距离,将Hfr：lacadeF：lacade 因为lac距原点近（时间作图法可以证明）， 只要ade基因进入受体，

33、lac基因肯定也进了 受体细胞，所以用完全培养基不加嘌呤的选 择培养基，鉴定不同的基因型及其相应频 率，如果是ade，同时又是lac ， 没有交 换，如果是ade及ade ，则发生了交换， 即可以计算出lacade间的重组值。 RF= RF=,三、性导（Sexduction） 性导：通过F因子将供体细胞的部分染色体转入受体细胞形成部分二倍 体的过程。 F因子整合到E. Coli环状染色体上的过程是可逆的，可以整合到环状染色体上，还可以离开环状染色体自主存在，当离开E. Coli染色体时，不是很准确，把染色体DNA带下来一小段，形成F因子。,如在一个Hfr菌株中，F因子插入到ton (phage

34、抗性) 和lac之间的，F因子游离出来时，把lac部分包括了进去，结果形成了Flac 即F因子，F因子所携带的细菌染色体节段大小不限，可以从一个标准基因到半个细菌染色体。 F因子使细菌带有某些突出的特点： 1F因子以极高的频率转移它的基因，就如同F因子的极 高频率转移它的F因子一样。 2F因子有极高的自然整合率，而且整合在一定的座位上， 因为它有与细菌染色体的同源区段，这与正常F因子可以 整合到不同座位不同。,雅可布和阿代尔伯格发现了一个特殊的Hfr菌株，能把lac等位基因高频率地转移到F、lac受体。 但lac位于染色体的远端，中断杂交只有1/1000变成Flac，和高频率转移不符合，最好的

35、解释是因为F携带lac基因进入了受体细胞，因此使它在lac位点成为部分二倍体Flac/ lac，其表现为显性lac。 部分二倍体是不稳定的，F因子可能丢失，产生lac单倍体，或是F和染色体间重组产生稳定的lac。,性导在大肠杆菌遗传学研究中很有用： 1也可以用于染色体作图。不同的F因子带有不同的细菌 DNA片段, 相 邻的基因被同时转移的机会多，因此不同F因子的性导可以测定不 同基因在一起转移的频率，这和应用转导作图相同。 2部分二倍体杂合体可以表现出基因间的显隐性关系。 3性导形成的部分二倍体也可以用作互补测验，确定两个突变型是同 属于一个基因还是不同基因。,四、转导（transductio

36、n） 转导：以噬菌体为媒介，将供体DNA片段转移给受体细胞， 使其遗传组成发生相应变化的过程。 （一）转导的发现 为了验证沙门氏菌中是否也存在类似于E. Coli的接合现 象，1952年Lederberg和他的学生Zinder进行了下列杂交试验：,他们把沙门氏菌的两个营养缺陷型的杂交（共培养）： 苯丙氨酸、色氨酸、酷氨酸 缺陷型（phe、trp、try） 另一个是甲硫氨酸、组氨酸 缺陷型（met、his） 结果在基本培养基上了原养型菌落以105的频率出现了野生型菌株，这似乎和E. Coli中的接合重组相似。,1、验证是否细胞接合 但是当他们把两个亲本菌株分别置于“U”型管的两个臂时，结果出乎意

37、料地在（the、trp、try）的一个臂中发现了原养型菌落。显然这种重组不同于E. Coli的接合重组，因为细胞是不能接触的，这就排除了接合，但DNA等大分子和病毒可以通过。唯一的可能是，这种重组是通过一种过滤性因子（filterable agent, FA）而实现的。,2、验证是否转化发生 FA既非通过接合，是否是通过转化呢？ 在“U”型管的两个臂中加DNA酶来处理， 这种重组仍不受影响， 因而又排除了转化的可能。,3、被证明为是P22-phage 在“U”型管的两个臂中加P22抗血清蛋白，发现这种因子可以被P22抗血清蛋白灭活，进一步研究证明FA的大小和质量也与P22-phage相同，因而

38、认为FA就是 P22-phage， P22-phage是一温和性，经诱导可已成为烈性的，也就是说P22的遗传信息可以整合到宿主的染色体上，也可以转移遗传物质， P22-phage充当了传递遗传物质的介体。 这种现象称为转导。,特点： 以噬菌体为媒介 细菌的一段染色体被错误地包装在噬菌体的蛋白质外壳内 假噬菌体 通过感染转移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。 噬菌体成为转导颗粒，把细菌染色体片段包装在噬菌体蛋白质外壳内而产生的假噬菌体，其中并不包含噬菌体的遗传物质，充当转移遗传物质的介体,后来还发现，转导可分为普遍性转导和特殊性转导。 （一）普遍性转导（general

39、ized transduction）。 以phage为媒介转导供体DNA进入受体时，可以转导供体染色体的任何区段，不具有特异性。 现以P22-phage为例说明： P22-phage携带供体染色体片段是随机的。也就是说供体基因组中所有的基因都具有同等的机会被转导成到受体成为部分二倍体。,P22-phage侵染E. Coli后，经过诱导至末期，细菌染色体被断裂成许多小片段，在组装子phage时， 会发生错误，将细菌的染色体片段包裹在子phage内，这样的phage同样具有侵染能力，再侵染新的细菌时，就把误装的染色体片段注入到受体细胞中，这部分染色体在受体细胞就形成了部分二倍体。二倍体部分通过交换

40、，将供体细胞的染色体整合到受体细胞中（图7-22）。,由此形成的具有重组遗传结构的 细菌细胞叫转导体（transductant）。 转导的DNA片段大小相当于一个phage基因组，细菌的染色体比phage的染色体大得多，在转导过程中，究竟是哪一段被误包是随机的。,普遍性转导频率很低，一般只有0.3%的机率。因此，尽管任何基因都有同等的机会被转导，但对于一个基因来说，频率是有限的，如沙门氏菌染色体大约有20003000个基因，但是能装入phage的DNA只能约为一个phage基因组的大小，相当于沙门氏菌的2030个基因，相当于沙门氏菌基因总数的1%。因此，对任何一个基因的转导频率来说，约为0.3

41、%1%=3105,如果两个基因的距离大于phage DNA的长度，一般不能同时转导，除非两个phage同时侵染，又同时将这两个基因转导进受体重组，这种机会是极小的，几乎是不可能的。所以如果两个基因被转导，则证明这两个基因距离较近，愈近共同转导的机会愈大。 这种现象称 共转导或并发转导、合转导（cotransduction） 正因为如此，转导也曾广泛用于染色体作图。,确定基因次序： 如a、b、c三个基因，作双基因转导实验，就是每次观察两个基因的转导，通过每两个基因之间的共转导频率，就可以确定这些基因在染色体上的次序。三个基因被同时转导几乎不可能。 假定实验结果为： a、b之间共转导频率高； a、

42、c之间的共转导频率也高； b、c之间的转导频率很低。 那么，这三个基因的次序就是b、a、c。,如同时观察3个基因转导，则只要做一次实验就可以推出3个基因的次序。 例： 供体E. Coli基因型为abc 受体 基因型为abc 供体用P1-phage侵染，再用其phage后代侵染受体细胞，然后把受体细胞接种在选择培养基上，如先选择a基因，在选择培养基上加上bc两种质，不加a的物质，若能生长，则证明a发生了变化，再用此培养基上的细胞分别接种在b基因或c基因的选择培养基上，若仍能生长，则说明发生了共转化。,如测得a、b的共转化频率为20% a、c的共化转化频率为50% 则说明，a、c的距离近（共转化率

43、高），a、b远，那么这三个基因的次序有两种可能： 只要搞清b、c之间大或小就可以确定。 如c、b = a、ca、b 为第一种次序 c、b = a、b a、c为第二种次序 所以，还需要再进行实验确定b、c之间的距离。,c,a,c,a,b,b,下面举一个具体例子： 现供体为thr、leu、azi 受体为thr、leu、azi 进行转导 测得结果thr见下表：表7-7 上表实验1说明：leu、azi较近，leu和thr不太近，比前者远：那么这三个基因的次序可能为： 实验2说明：azi和thr共转化的频率为0，次序应为第二种 实验3说明：三个基因共转化为0,leu,azi,thr,azi,leu,th

44、r,或,共转化的频率,（二）特殊性转导（specialized transduction） 以温和phage进行转导时，只能转导phage整合位置附近的基因的方式叫特殊性转导。 -phage的DNA即可以自主存在，也可以整合到染色体上。 像这样具有两种状态的DNA叫做附加体（episome）。多数phage整合细胞染色体时，都有一定的位置。如-phage在E. Coli细胞中的附着点是att，它的一边是半乳糖操纵子gal，另一边具有生物素合成的基因bio。原phage离开细菌染色体时，偶尔可形成某些细菌基因和某些phage基因连在一起的DNA片段，这种DNA片段由phage误装，就形 成了特殊

45、性转导颗粒，这种颗 粒把供体细菌的基因转移到另 一个细胞，转导仅限于原phage的附着点附近的基因所以叫特殊性转导。或称局限性转导（restricted transduction）,基因的转导过程：,特殊转导和普遍性转导同样都是转导的DNA长度与原phage的DNA长度相当，如大于phage的DNA长度，则不能被包装。误装的 DNA分子既有phage的DNA，又有细菌的DNA，所以就限制了DNA分子的长度，必然 小于phage DNA的长度，被转导进受体细胞的DNA，在受体细胞中的同源部分形成部分二倍体，和转化及普遍性转导所不同的是，转导的DNA片段是插入到染色体上，而不是转换下来一段染色体。

46、这样就使转导部分的基因成了两份。如gal/gal两份，gal对gal具有显性关系。用紫外线处理这样的转导体，可以诱导溶解，所产生溶菌产物将包含约一半正常的phage，一半是转导phage，这样的溶菌产物，叫高频转导（high frequency transduction HFT）溶菌产物，其中包含有大量的转导基因。,应用中断杂交技术、重组作图、转化和转导相结合的方法已经得到比较全面的染色体图。 1963年，人们定位了100个基因，到1990年定位基因即达到1400个，这部分的基因还是仅包括5min距离以上基因。 1997年完成全部测序：4639221对碱基，其功能基因已基本了解。 1963 E.coli 遗传图 (引自Griffiths etal 1996) ),