6第六章細(xì)菌和噬菌體的遺傳

1、第六章 細(xì)菌和病毒的遺傳重組第一節(jié) 細(xì)菌的遺傳基礎(chǔ)和遺傳分析第二節(jié) 噬菌體的遺傳基礎(chǔ)和和遺傳分析第一節(jié) 細(xì)菌的遺傳基礎(chǔ)和遺傳分析一、細(xì)菌的遺傳基礎(chǔ)一、細(xì)菌的遺傳基礎(chǔ)原核生物真核生物裸露的dna分子dna呈環(huán)狀單倍體，基因單個(gè)存在dna與蛋白質(zhì)結(jié)合成染色體dna呈線狀二倍體，常染色體上基因成對(duì)（一）細(xì)菌細(xì)胞（一）細(xì)菌細(xì)胞p155 圖61（二）細(xì)菌染色體（二）細(xì)菌染色體1、概念：每個(gè)細(xì)菌的細(xì)胞中都含有一條大型一條大型的環(huán)狀裸露雙鏈dna分子，稱細(xì)菌染色體。2、長(zhǎng)度：2503500um3、狀態(tài)：折疊狀態(tài)4、細(xì)菌染色體基因組的特點(diǎn)（自學(xué)）大腸桿菌折疊模式圖（三）細(xì)菌質(zhì)粒（三）細(xì)菌質(zhì)粒1、概念和結(jié)構(gòu)概念

2、：獨(dú)立于細(xì)菌染色體外能進(jìn)行自主復(fù)制的小小型型環(huán)狀裸露的dna分子，一般為細(xì)菌染色體的1/101/100。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移區(qū)和轉(zhuǎn)移起點(diǎn)合成與轉(zhuǎn)移有關(guān)的蛋白質(zhì)自我復(fù)制區(qū)參與質(zhì)粒的自我復(fù)制插入?yún)^(qū)與細(xì)菌染色體同源區(qū)配對(duì)、重組，插入細(xì)菌染色體。2、質(zhì)粒的種類（1）致育因子（f因子，f質(zhì)粒）f因子作用使細(xì)菌表面產(chǎn)生性纖毛，能進(jìn)行雜交。f因子結(jié)構(gòu)原點(diǎn)（原點(diǎn)（origin）染色體轉(zhuǎn)移和復(fù)制的起點(diǎn)致育基因（致育基因（f基因）基因）使細(xì)菌表面產(chǎn)生性纖毛配對(duì)區(qū)段配對(duì)區(qū)段和染色體的同源區(qū)段配對(duì)、重組，插入染色體。f因子的整合整合過(guò)程主染色體f質(zhì)粒fo整合過(guò)程染色體f質(zhì)粒fo單交換ofhfr細(xì)菌abcdeabcde根據(jù)f因子，

3、細(xì)菌分為：雌性細(xì)菌(受體細(xì)菌，f）不含f因子，表面無(wú)性纖毛。雄性細(xì)菌（供體細(xì)菌）含f因子，表面有性纖毛。f+細(xì)菌f因子呈獨(dú)立態(tài)。hfr細(xì)菌（高頻重組細(xì)菌）f因子插入染色體中，以結(jié)合態(tài)存在。（2）抗性因子（r因子）包括抗藥性和抗某些金屬的質(zhì)粒（3）大腸桿菌素因子（col因子）產(chǎn)生大腸桿菌素（一種多肽類抗生素）的質(zhì)粒二、細(xì)菌的遺傳分析二、細(xì)菌的遺傳分析（一）細(xì)菌接合 概念：概念：就是通過(guò)細(xì)菌細(xì)胞的直接接觸，把供體細(xì)胞的遺傳物質(zhì)傳遞給受體細(xì)胞，從而實(shí)現(xiàn)遺傳重組的過(guò)程。 1、方式：、方式：雌雄細(xì)菌接觸，雄性細(xì)菌表面的性纖毛和雌性細(xì)菌的受體結(jié)合，形成細(xì)胞間的原生質(zhì)通道，稱接合管，雄性細(xì)菌的遺傳物質(zhì)通過(guò)接

4、合管傳遞給雌性細(xì)菌，并進(jìn)行遺傳重組。（1）ff+雜交時(shí)，f+的性纖毛在二者間形成接合管f+中的f質(zhì)粒在o點(diǎn)處切開，以o為先導(dǎo)，f拖后，按滾環(huán)復(fù)制的方式拷貝并轉(zhuǎn)移到f中產(chǎn)生兩個(gè)f+f+的染色體幾乎沒(méi)有進(jìn)入f兩種細(xì)菌的染色體未發(fā)生重組。f質(zhì)粒fof質(zhì)粒染色體接合ff（2）hfr f雜交時(shí)，hfr細(xì)菌的性纖毛在二者間形成接合管結(jié)合態(tài)的f質(zhì)粒在o點(diǎn)處切開，形成兩端一端為o點(diǎn),一端為基因f以o為先導(dǎo)，f拖后，按滾環(huán)復(fù)制方式向f轉(zhuǎn)移進(jìn)入f的hfr菌染色體上的基因與f染色體間發(fā)生交換重組重組頻率高于游離態(tài)1000倍，因此稱高頻重組菌株。ofhfr細(xì)菌切開fhfro a bcdef基因5hfr fhfr f重

5、組體2、中斷雜交試驗(yàn)、中斷雜交試驗(yàn)沃爾曼和雅各布于1950年進(jìn)行雜交試驗(yàn)如下：hfr（strs azir tonr lac+ gal+）f（ strr azis tons lac gal）strs和strr對(duì)鏈霉素敏感和抗性（存在于抗性因子）azis和azir對(duì)疊氮化物敏感和抗性tons和tonr對(duì)噬菌體敏感和抗性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重組體中出現(xiàn)的基因出現(xiàn)時(shí)間分鐘azistonslacgalazirtonrlac+gal+9111825繪圖依據(jù)各個(gè)基因在f重組體中最初出現(xiàn)的時(shí)間 o azi ton lac ga

6、l f 9 11 18 25 120這種通過(guò)不同時(shí)間分別阻斷細(xì)菌的有性接合，從而確定細(xì)菌染色體上的基因距離的方法，稱細(xì)菌阻斷交配基因作圖法。3、重組方式、重組方式接合時(shí)，供體染色體片段（外基因子）進(jìn)入受體細(xì)胞同受體染色體的同源區(qū)段（內(nèi)基因子）進(jìn)行配對(duì)形成部分二倍體發(fā)生交換重組：?jiǎn)谓粨Q產(chǎn)生不平衡的線性染色體雙交換有活性的重組體和線性片段（在細(xì)胞分裂中丟失。（二）轉(zhuǎn)化 概念是指某些細(xì)菌（或其他生物）能通過(guò)其細(xì)胞膜攝取周圍供體的染色體片斷，并將此外源dna片斷通過(guò)重組摻入到自己的染色體組的過(guò)程。 過(guò)程 舉例肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)二、細(xì)菌的遺傳分析二、細(xì)菌的遺傳分析1.吸附外源雙鏈dna吸附在受體細(xì)胞表面

7、。2.吸收吸附著的dna被切成較短片斷，然后一條單鏈被降解，另一條單鏈被受體細(xì)胞吸收，進(jìn)入后又復(fù)制為雙鏈dna（供體dna）3、整合供體dna與受體染色體同源配對(duì)，交換重組，整合于受體染色體中受體表現(xiàn)出供體性狀。肺炎雙球菌的兩個(gè)品系肺炎雙球菌的兩個(gè)品系類型特征致病性粗糙型（r)光滑型（s)無(wú)莢膜，粗糙菌落，無(wú)毒有莢膜，光滑菌落，有毒無(wú)有，小鼠敗血癥，人的肺炎。格里菲斯（格里菲斯（griffith）的實(shí)驗(yàn)）的實(shí)驗(yàn)肺炎球菌的轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)：1.無(wú)毒r型小鼠成活血液中重現(xiàn)r型2.有毒s型小鼠敗血癥死亡血液中重現(xiàn)s型3.有毒s型（65殺死）小鼠成活無(wú)細(xì)菌3.無(wú)毒r型有毒s型（65殺死）小鼠敗血癥死亡血液中重

8、現(xiàn)s型活菌結(jié)論：在加熱殺死的s型細(xì)菌中有較耐高溫的轉(zhuǎn)化物質(zhì)進(jìn)入r型r型轉(zhuǎn)化為s型無(wú)毒變?yōu)橛卸景８ダ铮╝very）的實(shí)驗(yàn)用生物化學(xué)方法證明轉(zhuǎn)化物質(zhì)是dna：avery從s型細(xì)菌中分別抽提出dna、蛋白質(zhì)和莢膜物質(zhì)把每一種成分分別同活的r型細(xì)菌培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)只有dna能把r型細(xì)菌轉(zhuǎn)化為s型細(xì)菌。結(jié)論：dna是轉(zhuǎn)化因子，是遺傳物質(zhì)。二、細(xì)菌的遺傳分析二、細(xì)菌的遺傳分析（三）轉(zhuǎn)導(dǎo) 概念以噬菌體為載體，將供體細(xì)胞的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移給受體細(xì)胞，發(fā)生基因重組的現(xiàn)象。包括普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)和局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)兩種。 普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程 局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程1、噬菌體dna侵入細(xì)菌（供體細(xì)菌）復(fù)制的同時(shí)，裂解菌體dna成碎片。2、在細(xì)菌內(nèi)，噬菌體

9、合成自身的蛋白質(zhì)外殼包裝噬菌體dna，偶爾也包裝細(xì)菌dna片斷轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體。3、轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體吸附于另一細(xì)菌上（受體細(xì)菌）將供體菌的基因?qū)胧荏w中，與受體dna同源區(qū)配對(duì)，交換重組。這種轉(zhuǎn)導(dǎo)中細(xì)菌染色體的所有基因都有同等的機(jī)會(huì)被轉(zhuǎn)導(dǎo)，稱普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)或隨機(jī)轉(zhuǎn)導(dǎo)。1、噬菌體整合到細(xì)菌染色體的特定位點(diǎn)gal基因（半乳糖發(fā)酵）和bio（生物素合成）之間。2、通過(guò)交換切離細(xì)菌染色體時(shí)，正確切離形成噬菌體，偶爾錯(cuò)誤切離形成帶有g(shù)al基因或bio基因的噬菌體，稱轉(zhuǎn)導(dǎo)（缺陷）噬菌體。3、轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體(如gal+)侵染另一細(xì)菌(如gal)，并整合到其染色體，就將供體基因轉(zhuǎn)移給受體菌，形成雜基因子。這種轉(zhuǎn)導(dǎo)只能轉(zhuǎn)移細(xì)菌染色

10、體上的特定基因，稱局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)。第二節(jié) 噬菌體的遺傳基礎(chǔ)和遺傳分析病毒的構(gòu)成：蛋白質(zhì)外殼包被在內(nèi)的核酸染色體倍數(shù)：?jiǎn)伪陡鶕?jù)遺傳物質(zhì)分為：dna病毒和rna病毒根據(jù)宿主分為：動(dòng)物病毒、植物病毒、細(xì)菌病毒（噬菌體）煙草花葉病毒 腺病毒 t4噬菌體 愛滋病病毒一、噬菌體的遺傳基礎(chǔ)（一）構(gòu)造（t偶數(shù)噬菌體）頭部雙鏈dna分子蛋白質(zhì)外殼尾部尾軸中空的針狀結(jié)構(gòu)尾鞘包在尾軸外基板尾釘尾絲可吸附于宿主表面由蛋白質(zhì)構(gòu)成（二）噬菌體的侵染過(guò)程烈性噬菌體：烈性噬菌體：尾絲固定于大腸桿菌，dna注入破壞寄主細(xì)胞dna合成噬菌體dna和蛋白質(zhì)組裝成許多子噬菌體 溶菌酶裂解細(xì)菌釋放出大量噬菌體。觀察：觀察：如果細(xì)菌在固體培

11、養(yǎng)基上密集生長(zhǎng)形成一個(gè)不透明層，稱菌苔受噬菌體侵染后，細(xì)菌死亡菌苔上出現(xiàn)透明區(qū)域，稱噬菌斑不同噬菌體能形成不同的噬菌斑可以加以鑒別。溫和噬菌體：溫和噬菌體：噬菌體dna侵入細(xì)菌通過(guò)配對(duì)交換，插入細(xì)菌染色體（分別稱原噬菌體和溶源性細(xì)菌）隨著宿主細(xì)菌染色體的復(fù)制而復(fù)制很少一部分溶源菌中原噬菌體脫離整合狀態(tài)，產(chǎn)生子噬菌體而導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞裂解。二、噬菌體的遺傳分析（一）噬菌體的雜交方法 主要采用混合感染的方法，即兩種不同基因型的噬菌體同時(shí)感染一個(gè)細(xì)菌，這兩種噬菌體相當(dāng)于雜交的兩個(gè)親本。（二）t2噬菌體的雜交分析 p: hr+ h+r r+緩慢溶菌，產(chǎn)生小噬菌斑r快速溶菌，產(chǎn)生大噬菌斑h(yuǎn)+能感染大腸桿菌b品系，不能感染b/2品系，有兩種菌存在時(shí)，表現(xiàn)混濁h同時(shí)感染b和b/2品系，有兩種菌存在時(shí)，表現(xiàn)清亮。hr+h+recoli1hr+ h+r大腸桿菌內(nèi)同源配對(duì)h+ rh r+交換h+ r+ 混濁、小hr清亮、大重組合不交換h+r 混濁大hr清亮、小親組合重組值重組噬菌斑數(shù)噬菌斑總數(shù)100重組值去掉表示圖距。（三）t2噬菌體的兩點(diǎn)測(cè)驗(yàn)1.雜交a+bab+1773 a+b 1747ab+ 104a+b+