細菌和噬菌體的重組和連鎖

節(jié)細菌和病毒在遺傳學研究中的地位第二節(jié)細菌的遺傳分析第三節(jié)噬菌體的遺傳分析本章要點第五章細菌和噬菌體的重組和連鎖細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!節(jié)細菌和病毒在遺傳學研究中的地位細菌和病毒在遺傳學研究中的優(yōu)越性:①繁殖速度快、世代所需時間短，縮短了實驗周期；③便于研究基因的突變：細菌和病毒均屬于單倍體，所有突變都能立即表現(xiàn)出來，不存在顯性掩蓋隱性的問題；④便于研究基因的作用：通過基本培養(yǎng)基和選擇培養(yǎng)基的影印培養(yǎng)，很容易篩選出營養(yǎng)缺陷型，利于生化研究。⑤易于管理和進行化學分析：個體小，繁殖方便，可以大量節(jié)省人力、物力和財力；且代謝旺盛，繁殖又快，累積大量的代謝產(chǎn)物。⑥遺傳物質(zhì)較簡單，便于用作研究基因結(jié)構(gòu)、功能及調(diào)控機制的材料。⑦可作為研究高等生物的簡單模型；細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!第二節(jié)、細菌的遺傳分析一、細菌概述①無真正的細胞核，只有染色體區(qū)，稱擬核區(qū)。不進行減數(shù)分裂和有絲分裂。而是簡單地復(fù)制和一分為二。②缺乏線粒體、葉綠體等細胞器。③單細胞生物，其染色體為環(huán)形、裸露雙鏈DNA分子，較易插入DNA片斷。細胞壁(cellwall)

細胞膜(plasmamembrane)擬核(Nucleoid)性纖毛(pili)核糖體(Ribosome)(Flagella)細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!（二）突變型的篩選1.根據(jù)菌落特點篩選——選擇培養(yǎng)基：如Lac-突變菌株在伊紅-美藍培養(yǎng)基（EMB）上形成白色或粉紅色菌落，而lac+菌落為有金屬光澤的紫色菌落。2.抗性突變型的篩選：將細菌涂布在含有某種抗生素或噬菌體的培養(yǎng)基上，能形成菌落的就是抗性突變菌株。3.營養(yǎng)缺陷型的篩選：用印跡法把在完全培養(yǎng)基上生長的菌落影印到基本培養(yǎng)基上，鑒別出不能生長的克隆。再把它們轉(zhuǎn)移到含有單一營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基上，判定該突變型需要哪一種營養(yǎng)物質(zhì)。細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!接合：由供體菌和受體菌之間的直接接觸而導(dǎo)致的遺傳物質(zhì)的單向轉(zhuǎn)移。接合管的形成：菌株靠近→細胞膜融合→兩細胞間形成接合管

性導(dǎo)：是接合的一種，F(xiàn)?因子所攜帶的細菌基因通過接合而導(dǎo)入受體細菌。

轉(zhuǎn)導(dǎo)：由噬菌體所介導(dǎo)的DNA從供體菌到受體菌的轉(zhuǎn)移。細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!2、U實驗

1950年Davis（戴維斯），做了U實驗，在U底部中間用濾片隔開，交替吸壓原養(yǎng)型（基因重組）產(chǎn)生的必要條件：A、B兩菌株直接接觸細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!結(jié)果不同，表明A、B有性雜交作用不同，提出遺傳物質(zhì)單向轉(zhuǎn)移。供體：提供遺傳物質(zhì)的細菌雄性A受體：接受遺傳物質(zhì)的細菌雌性B所以A→B不久發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致單向轉(zhuǎn)移的是細胞質(zhì)中一個微小可轉(zhuǎn)移因子——F因子

細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!（二）高頻重組菌株（Hfr菌株）1951年，卡瓦里（Cavalli）等人，1954年海斯（Hayes）先后在A菌株中分離出新的菌株。1、Hfr形成F因子整合到細菌環(huán)狀DNA上，這種整合狀態(tài)F＋菌株叫Hfr（高頻重組）。2、特點(1)可以作為供體，與B雜交，重組頻率比A×B高1000倍，稱高頻重組菌株。(2)轉(zhuǎn)移F因子頻率低細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!(三)接合生殖和交換特點

1、接合生殖供體細菌的DNA通過接合管進入受體細菌，實現(xiàn)基因重組的方式。2、基因重組（1）形成部分二倍體：一個完整的基因組和一個不完整的基因組所構(gòu)成的二倍體。其中受體的基因組叫內(nèi)基因子，供體的基因組叫外基因子。外基因子轉(zhuǎn)移到受體以后：a)以游離狀態(tài)存在，隨著細胞分裂代數(shù)的增加被稀釋，消失；b）與內(nèi)基因子發(fā)生交換、重組。(2)基因交換過程：細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!(五)F-,F+,Hfr,F?細菌的相互轉(zhuǎn)化F+F-

HfrF+F-

F+ F-接合吖黃素高頻重組低頻重組整合F?F?重組頻率較低(四)F?菌株F因子可從Hfr脫離成為F+，通常準確脫離，偶爾不準，使F因子帶有細菌的個別基因。這種帶有細菌個別基因的F因子，稱F?菌株。細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!時間進入F-的Hfr基因＜9不生長有噬菌斑不生長不生長無9/生長有噬菌斑不生長不生長azir11/生長無噬菌斑不生長不生長azirtonr

18/生長無噬菌斑生長不生長azirtonrlac+24/生長無噬菌斑生長生長azirtonrlac+gal+F因子約在120分鐘后進入。

細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!4、細菌染色體為環(huán)狀用不同Hfr菌株進行中斷雜交試驗，基因轉(zhuǎn)移的順序，轉(zhuǎn)移起點和轉(zhuǎn)移方向很不相同。abcdefgh細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!(1)重組子的產(chǎn)生Lac-ade+strrLac+ade+strrLac+ade+strsLac-ade-strrLac-ade-strsLac+ade+strsLac-ade-strrLac+ade-strs兩基因間未發(fā)生交換兩基因間發(fā)生交換細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!一病毒概述

病毒是比細菌更為簡單的生物，它們也只有一條染色體，即單倍體。有些病毒的染色體是DNA，還有一些病毒是RNA。病毒主要是由蛋白質(zhì)外殼及其包被的核酸所組成的顆粒。病毒可根據(jù)宿主(動物、植物、細菌)或遺傳物質(zhì)(DNA或RNA)來分類。第三節(jié)噬菌體的遺傳分析T噬菌體的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)外殼核酸細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!(二)溫和噬菌體

溫和噬菌體侵入細菌后，不立即導(dǎo)致溶菌，這種現(xiàn)象稱為溶源性。整合的噬菌體稱為原噬菌體。吸附溶菌周期-uv誘導(dǎo)細菌裂解溶源周期如噬菌體:原噬菌體細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!四噬菌體的基因重組用T2噬菌體hr+和h+r混合感染E.coliB,再用釋放出來的子代噬菌體感染E.coliB+E.coliB/2,出現(xiàn)四種噬菌斑: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+)重組率=重組噬菌斑數(shù)

總噬菌斑數(shù)h+r++hr總噬菌斑數(shù)=細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!求drb-rcB型快速溶菌rbrc+×C型快速溶菌rb+rc,混合感染大腸桿菌B子代噬菌體rbrc+rb+rcrb+rc+rbrc噬菌斑大大小大交換值＝

(rb+rc+

＋rbrc)/總×100%＝2×小噬菌斑/總×100%求出drb-rc＜drb-h，rb

、rc在同側(cè)實驗表明（1）（2）都成立，提出連鎖圖為環(huán)狀細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!

(一)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)

普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(generalizedtransduction):噬菌體攜帶供體染色體片段是完全隨機的,供體染色體中所有基因具有同等機會被轉(zhuǎn)導(dǎo)入受體,而且各個標記基因被轉(zhuǎn)移的頻率大致相等.這是因為噬菌體將供體染色體降解，在合成自身DNA和包裝時，偶爾會將細菌染色體片段包裝進入子代噬菌體顆粒，并帶入受體菌。細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!

(二)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(restrictedtransduction)

又叫特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)(specializedtransduction),這類噬菌體只能轉(zhuǎn)移細菌染色體的特定部分和基因.

如噬菌體是一種附加體(episome),即可作為一個復(fù)制因子獨立存在，又可以整合到細菌染色體上的特定位點——attB位點,而形成原噬菌體。attB位點一邊是gal基因，另一邊是bio。在紫外線誘導(dǎo)下，原噬菌體從細菌染色體上離開時，偶爾帶有宿主細菌基因，包裝形成局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)的噬菌體顆粒，可將供體基因轉(zhuǎn)移至受體細菌，但僅限于靠近attB位點附近的基因，如噬菌體專門轉(zhuǎn)導(dǎo)gal和bio基因。細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!本章要點F-菌株、F+菌株、Hfr菌株F因子、F′因子轉(zhuǎn)化、接合、性導(dǎo)與轉(zhuǎn)導(dǎo)(普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)、)溫和噬菌體、烈性噬菌體、原噬菌體細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!（一）細菌的突變型1.合成代謝功能突變型:

營養(yǎng)缺陷型（auxotroph)野生型（wildtype) 缺陷型（deficient) 原養(yǎng)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.分解代謝功能突變型：lac-乳糖突變型，野生型為lac+3.抗性突變型：抗藥性或抗感染性 Strr,

Strs分別表示對鏈霉素有抗性和敏感

T1r,T1s分別表示對T1噬菌體有抗性和敏感二、細菌的突變型和篩選細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!三細菌的雜交和性別

細菌之間遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移主要有四種方式：

轉(zhuǎn)化:指某些細菌(或其它生物)能通過其細胞膜攝取周圍介質(zhì)中的DNA片段，并將此外源DNA片段整合到自己染色體組中的過程。轉(zhuǎn)化的過程非感受態(tài)細胞外源DNA被洗掉了轉(zhuǎn)化因子感受態(tài)細胞外源DNA仍與細胞結(jié)合整合吸收洗滌吸附細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!(一)細菌的雜交

1、大腸桿菌雜交試驗菌株A:met-bio-thr+leu+thi+（需甲硫氨酸和生物素）菌株B:met+bio+thr-leu-thi-（需蘇氨酸，亮氨酸和硫胺）AB完全液體培養(yǎng)基基本固體培養(yǎng)基

出現(xiàn)若干原養(yǎng)型菌落，頻率為10-7，。說明菌株A和B可以雜交，交換遺傳物質(zhì)，出現(xiàn)基因重組不是基因突變細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!(二)細菌的性別？

AB兩細胞遺傳物質(zhì)是混合，還是單向轉(zhuǎn)移1953年Hayes(海斯)在驗證雜交時偶爾發(fā)現(xiàn)雜交中AB細菌作用不同，遺傳物質(zhì)是單向轉(zhuǎn)移，A→B，不能B→A。實驗：菌株A:met-thr+leu+thi+（需甲硫氨酸）菌株B:met+thr-leu-thi-（需蘇氨酸，亮氨酸和硫胺）細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!四、大腸桿菌F-F+HfrF?菌株

（一）F-F+菌株1、F因子結(jié)構(gòu):細胞質(zhì)中環(huán)狀DNA原點：轉(zhuǎn)錄起點形成性傘毛的基因群：通過性傘毛與F-細菌接合。DNA復(fù)制酶基因：與F因子本身的復(fù)制有關(guān)；插入序列：與其插入細菌染色體的過程有關(guān)。2、F因子存在方式游離狀態(tài)：在細胞質(zhì)中，能自我復(fù)制獨立遺傳整合狀態(tài)：整合到細菌環(huán)狀染色體上，與細菌染色體一起遺傳。細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!3、F因子的特性（1）決定大腸桿菌育性：F+菌株，含游離F因子供體雄性F－菌株，無游離F因子受體雌性（2）F因子高頻率轉(zhuǎn)移當F+×F－,F+的F因子復(fù)制為二,通過接合管將F因子傳遞給F－菌株,使F－轉(zhuǎn)變?yōu)镕+,頻率高達95%,即高頻率的轉(zhuǎn)移F因子.F因子轉(zhuǎn)移：F因子從原點斷裂，以原點為先導(dǎo)，邊復(fù)制邊轉(zhuǎn)移（因此叫滾環(huán)復(fù)制），復(fù)制后的F因子轉(zhuǎn)移到另一個細胞中。細胞分開，使F-變成F+。(3)基因重組的頻率低當F+×F－,F+菌株環(huán)狀DNA復(fù)制通過接合管進入F-細菌細胞，與F-細菌的基因交換，使基因重組，但頻率很低，不到百萬分之一。(4)F因子可以自發(fā)喪失細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!3、Hfr×F-

雜交過程也是先形成接合管，然后Hfr邊復(fù)制邊轉(zhuǎn)移。整合到細菌環(huán)狀染色體上的F因子容易在原點處斷開，將細菌環(huán)狀染色體上基因帶入受體細胞中，基因重組頻率高。但在轉(zhuǎn)移過程中，結(jié)合管很易斷開，這樣轉(zhuǎn)移到受體的部分只是靠近原點的一部分（全部轉(zhuǎn)移需溫和條件120分鐘），形成部分二倍體。致育基因位于最后，而接合管隨時可能斷開，轉(zhuǎn)移F因子頻率低。細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!（3）交換特點

①交換發(fā)生在完整的F－環(huán)狀染色體和供體線性染色體片段之間即部分二倍體②只有偶數(shù)交換才能產(chǎn)生平衡的重組子。③只出現(xiàn)一種重組子（雜交后代），無對應(yīng)重組體，真核生物出現(xiàn)四種雜交后代。細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!五、細菌的遺傳作圖（一）利用中斷雜交試驗作圖

疊氮化鈉噬菌體乳糖半乳糖鏈霉素Hfrazirtonrlac+gal+strsF-：azistonslac-gal-strr

將Hfr與F-同時加入裝有完全培養(yǎng)基的大試管中，一定時間取樣振蕩，稀釋接種至添加str的基本培養(yǎng)基（葡萄糖和無機鹽）上，生長形成的菌落基因型為F-或具Hfr部分基因的F-，再把菌落分別轉(zhuǎn)移到只添加azi、ton、以lac或gal為炭源的選擇性培養(yǎng)基上。細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!（1）Hfr的基因按一定順序和時間間隔進入F-（2）每個基因進入F-有一定頻率，且在短時間內(nèi)達到最高（3）進入F-越早，頻率越高（4）F因子進入遲，頻率低3、Hfr染色體上基因排列順序細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!(二）重組作圖

當兩個基因間的轉(zhuǎn)移時間小于兩分鐘時，則用中斷雜交作圖就不可靠，而必須用傳統(tǒng)的重組作圖(rebinationmapping)與中斷雜交技術(shù)相互對照和補充，提高作圖精度。如根據(jù)中斷雜交，知道lac與ade緊密連鎖且ade+是在lac+后進入，距離約為1分鐘，進行以下雜交：

紫紅色菌落：lac+ade+780（親本型）白色或粉紅色菌落：lac-ade+220（重組型）Hfr:lac+ade+strsXF-:lac-ade-strr混合作用60min，在含鏈霉素、不加腺嘌呤的完全培養(yǎng)基上涂板，只有重組子能夠存活：

F-:ade+strr1000

影印到EMB培養(yǎng)基上細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!(2)重組頻率的計算RFlac-ade=*100%lac-ade+lac+ade++lac-ade+

用重組頻率（RF）所測得的基因距離與用中斷雜交技術(shù)以時間為單位的基因距離基本上是成正比的，大致是1分鐘相當于20%重組值，即：1min=20cM =*100%=22%2201000細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!二噬菌體的繁殖和感染周期（一）烈性噬菌體:是使宿主菌發(fā)生裂解的噬菌體，如T噬菌體。吸附細菌裂解,釋放出子代噬菌體顆粒細菌染色體降解噬菌體DNA和蛋白質(zhì)外殼包裝成子代噬菌體顆粒細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!三噬菌體的突變型（一）宿主范圍突變型E.coliBE.coliB/2E.coliB+E.coliB/2h+ + -半透明噬菌斑h + + 透明噬菌斑（二）噬菌斑形態(tài)突變型1.r+小噬菌斑,邊緣模糊:2個以上噬菌體同時侵襲時,出現(xiàn)溶菌阻礙現(xiàn)象(lysisinhibition).2.r大噬菌斑,邊緣清晰:快速溶菌(rapidlysis),無溶菌阻礙現(xiàn)象(lysisinhibition)細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!連鎖圖T2快速溶菌突變型有多種，如ra、rb、rc都形成大噬菌斑，用不同類型快速溶菌突變型與宿主范圍突變型雜交（rxh×rh+)，結(jié)果如下：雜交組合h+rhr+h+r+hr重組值h-r圖距h+ra×hr+34.0%42%12%12%24%24h+rb×hr+32.0%56%5.9%6.4%12.3%12.3h+rc×hr+39.0%59%0.7%0.9%1.6%1.6按圖距h、ra、rb、rc有4種排列如（1）（2）rb、rc同側(cè)，則drb-rc＜drb-h如（3）（4）rb、rc兩側(cè)，則drb-rc＞drb-h細菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!五轉(zhuǎn)導(dǎo)與作圖

轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction):以噬菌體為媒介,將細菌的染色體片段或基因從一個細菌轉(zhuǎn)移到另一個細菌.供體A受體B（一）普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（二）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（三）轉(zhuǎn)導(dǎo)的特點（1）轉(zhuǎn)導(dǎo)是以噬菌體為介導(dǎo)的；（2）重組發(fā)生在部分二倍體中；（3）只出現(xiàn)一種重組子，不出現(xiàn)相反的重組子（如gal-消失，只剩下gal+）。噬菌體細菌和噬