第十章細菌和病毒的遺傳

第一節(jié)細菌和病毒遺傳研究的意義*一、細菌的生物學特征*二、病毒的生物學特征三、細菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性四、細菌和病毒的擬有性過程五、細菌遺傳的實驗研究方法本文檔共85頁；當前第1頁；編輯于星期三\14點47分一、細菌的生物學特征所有的細菌都是比較小的細胞，、大約1-2μm長，0.5μm寬，。由一層或多層膜或壁所包圍。細菌細胞中有含有許多核糖體的細胞質(zhì)，以及含DNA的區(qū)域，即擬核。大腸桿菌(Escherichiacoli)在細菌遺傳學研究中應(yīng)用十分廣泛，其DNA主要是以單個主染色體(mainchromosome)的形式存在。本文檔共85頁；當前第2頁；編輯于星期三\14點47分細菌細胞模式圖本文檔共85頁；當前第3頁；編輯于星期三\14點47分二、病毒的生物學特征病毒沒有細胞結(jié)構(gòu)，既不屬于原核生物，也不屬于真核生物?？煞志惒《?，動物病毒和植物病毒。病毒結(jié)構(gòu)十分簡單，僅含一種核酸，或DNA或RNA，和一個蛋白質(zhì)外殼。蛋白質(zhì)外殼保護遺傳物質(zhì)，并參與感染宿主細胞的過程。在病毒中沒有合成蛋白質(zhì)外殼所必須的核糖體。本文檔共85頁；當前第4頁；編輯于星期三\14點47分病毒的生物學特征病毒必須感染活細胞，改變和利用活細胞的代謝合成機器，才能合成新的病毒后代。感染細菌的病毒又叫噬菌體(bacteriophage)。依其遺傳物質(zhì)的性質(zhì)，可將病毒分為單鏈DNA、單鏈RNA、雙鏈DNA和雙鏈RNA等四種類型。依其與宿主細胞的相互關(guān)系，可以有烈性(virulent)和溫和(temperate)噬菌體兩大類型。本文檔共85頁；當前第5頁；編輯于星期三\14點47分病毒的特性本文檔共85頁；當前第6頁；編輯于星期三\14點47分三、細菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性了解微生物遺傳研究有助于理解多年來分子生物學、分子遺傳學理論發(fā)展。世代周期短，繁殖世代所需時間短；易于操作管理和進行化學分析(純培養(yǎng)與代謝產(chǎn)物累積)；便于研究基因的突變(表現(xiàn)與選擇)；便于研究基因的作用(突變型生長條件與基因作用)；便于研究基因的重組(重組群體大、選擇方法簡便有效)；遺傳物質(zhì)比較簡單，可作為研究高等生物的簡單模型在研究基因結(jié)構(gòu)、功能與表達調(diào)控時更為簡便。微生物的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大、成就突出(微生物工程)；在遺傳工程中，作為重要研究材料、工具，也具有決定性作用。本文檔共85頁；當前第7頁；編輯于星期三\14點47分四、細菌和病毒的擬有性過程真核生物基因分離、自由組合及連鎖交換均通過有性過程實現(xiàn)。細菌和病毒均不存在嚴格意義上的有性過程。細菌細胞內(nèi)除了染色體外還有一些寄生性復(fù)制因子(如噬菌體和質(zhì)粒)，它們可以在細胞間傳遞，并且形成細菌染色體間以及細菌染色體與核外遺傳因子間的重組體。這種重組體結(jié)構(gòu)類似于真核生物減數(shù)分裂過程中形成的重組體結(jié)構(gòu)。擬有性過程：引起細菌、病毒間遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移與重組的過程。擬有性過程的存在是細菌、病毒在遺傳學研究，特別是作為真核生物的模型研究遺傳重組和基因結(jié)構(gòu)的重要前提。本文檔共85頁；當前第8頁；編輯于星期三\14點47分五、細菌遺傳的實驗研究方法(一)細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度)(二)建立純系的方法(三)選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型(四)突變型與重組型的批量篩選方法本文檔共85頁；當前第9頁；編輯于星期三\14點47分(一)細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度)培養(yǎng)物中微生物計數(shù)方法是微生物學的基本實驗技術(shù)，其基本思路是：對原培養(yǎng)物進行連續(xù)稀釋；進行平板涂抹培養(yǎng)；由于每個細胞形成一個菌落，計數(shù)菌落數(shù)；根據(jù)稀釋倍數(shù)計算原培養(yǎng)物中的細胞濃度。本文檔共85頁；當前第10頁；編輯于星期三\14點47分(二)建立純系的方法——純培養(yǎng)挑取由單個細胞繁殖而來的菌落進行培養(yǎng)就可以獲得由一個細胞繁殖而來的純系。通常采用平板表面涂布法或劃線法可以獲得單菌落。這種方法獲得的純系，稱為“菌種純”。有時采用顯微操縱器進行菌絲尖端切割等方法從單個細胞直接培養(yǎng)建立純系。采用這種方法獲得的純系稱為“菌株純”。本文檔共85頁；當前第11頁；編輯于星期三\14點47分(三)選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型許多細菌的突變都與培養(yǎng)基營養(yǎng)成分及培養(yǎng)條件有關(guān)。營養(yǎng)缺陷型的篩選、鑒定：選擇培養(yǎng)法是根據(jù)菌株在基本培養(yǎng)基和營養(yǎng)培養(yǎng)基上的生長表現(xiàn)將菌株分為原養(yǎng)型和營養(yǎng)缺陷型。營養(yǎng)突變型的篩選、鑒定方法與紅色面包霉生化突變型的鑒定方法基本一致。其它突變類型的篩選、鑒定：對于其它的突變類型(如溫度敏感型)，也可以通過培養(yǎng)條件的選擇培養(yǎng)來篩選與鑒定。本文檔共85頁；當前第12頁；編輯于星期三\14點47分(四)突變型與重組型的批量篩選方法為高效檢測、分離混和群體中不同突變型，黎德伯格夫婦設(shè)計了影印培養(yǎng)法。該方法原理與選擇培養(yǎng)法一致，但是采用影印法將在完全培養(yǎng)基上單菌落同時接種到不同選擇培養(yǎng)基上同時對所有菌落進行選擇培養(yǎng)，鑒定效率大大提高。注意：(1)最初的培養(yǎng)基必須是非選擇性的，即各種突變型都能夠在其上生長；(2)必須采用適當?shù)姆椒ㄈ缤坎蓟騽澗€法，以使培養(yǎng)物菌落之間要分開。本文檔共85頁；當前第13頁；編輯于星期三\14點47分影印培養(yǎng)法本文檔共85頁；當前第14頁；編輯于星期三\14點47分細菌基因重組的方式一個細菌細胞的DNA與另一個細菌細胞DNA的交換重組可以通過四種不同的方式進行：轉(zhuǎn)化接合性導轉(zhuǎn)導本文檔共85頁；當前第15頁；編輯于星期三\14點47分第二節(jié)細菌的遺傳分析一、轉(zhuǎn)化二、接合三、性導本文檔共85頁；當前第16頁；編輯于星期三\14點47分一、轉(zhuǎn)化(transformation)(一)、細菌轉(zhuǎn)化實驗(二)、轉(zhuǎn)化過程(三)、共同轉(zhuǎn)化與遺傳圖譜繪制本文檔共85頁；當前第17頁；編輯于星期三\14點47分轉(zhuǎn)化(transformation)轉(zhuǎn)化(transformation)是指某些細菌(或其他生物)能通過其細胞膜攝取周圍供體(donor)的染色體片段，并將此外源DNA片段通過重組整合到自己染色體組的過程。只有當整合的DNA片段產(chǎn)生新的表現(xiàn)型時，才能測知轉(zhuǎn)化的發(fā)生。轉(zhuǎn)化中接受供體遺傳物質(zhì)的稱為受體(receptor)。大部分的轉(zhuǎn)化工作是用肺炎雙球菌(Streptococcuspneumoniae)、枯草桿菌(Bacillussubtilis)和流感嗜血桿菌(Hemophilusinfluenzae)進行的。本文檔共85頁；當前第18頁；編輯于星期三\14點47分(一)、細菌轉(zhuǎn)化實驗1.基礎(chǔ)知識野生型肺炎雙球菌的菌落為光滑型，一種突變型為粗糙型，兩者根本差異在于莢膜形成；莢膜的主要成分是多糖，具特殊的抗原性；不同抗原型是遺傳的、穩(wěn)定的，一般情況下不發(fā)生互變。莢膜菌落毒性類型光滑型S發(fā)達光滑有I,II,III粗糙型R無粗糙無I,II本文檔共85頁；當前第19頁；編輯于星期三\14點47分2.Griffith轉(zhuǎn)化研究本文檔共85頁；當前第20頁；編輯于星期三\14點47分Griffith對其試驗結(jié)論及發(fā)展根據(jù)上述研究結(jié)果Griffith認為：(有毒)死細菌中的某種物質(zhì)轉(zhuǎn)移到(無毒)活細菌中，并使之具有毒性，導致小家鼠死亡。他將這種細菌遺傳類型的轉(zhuǎn)變稱為轉(zhuǎn)化，并將引起轉(zhuǎn)化的物質(zhì)稱為轉(zhuǎn)化因子(tranformingprinciple)。以后一些研究者重復(fù)上述試驗，并且加入了體外培養(yǎng)試驗，即：將加熱殺死的SIII細菌與無毒RII細菌混合培養(yǎng)，然后注入小家鼠體內(nèi)，同樣導致家鼠死亡。表明：細菌在培養(yǎng)條件下也能夠?qū)崿F(xiàn)遺傳類型間的定向轉(zhuǎn)化。本文檔共85頁；當前第21頁；編輯于星期三\14點47分3.阿維利(Avery)等的轉(zhuǎn)化實驗(1944)本文檔共85頁；當前第22頁；編輯于星期三\14點47分實驗結(jié)論實驗結(jié)果表明：來源于加熱殺死的SIII細菌，并使RII細菌轉(zhuǎn)化成為SIII型細菌的轉(zhuǎn)化因子是DNA。轉(zhuǎn)化定義為：某一基因型的細胞從周圍介質(zhì)中吸收來自另一基因型的DNA而使它的基因型和表現(xiàn)型發(fā)生相應(yīng)變化的現(xiàn)象。Avery等人的實驗也表明：決定細菌遺傳類型的物質(zhì)是DNA，即證明了DNA就是遺傳物質(zhì)。但由于他們采用的實驗方法當時不被人們廣泛接受，而且得出的結(jié)論與當時人們的傳統(tǒng)觀念(認為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì))不符合，而長期沒有得到人們的承認。本文檔共85頁；當前第23頁；編輯于星期三\14點47分(二)、轉(zhuǎn)化過程不同細菌轉(zhuǎn)化過程有一定差異，但是它們都存在幾個共同特征：1.感受態(tài)與感受態(tài)因子：感受態(tài)指細菌能夠從周圍環(huán)境中吸收DNA分子進行轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)。感受態(tài)主要受一類蛋白質(zhì)(感受態(tài)因子)影響，感受態(tài)因子可以在細菌間進行轉(zhuǎn)移，從感受態(tài)細菌中傳遞到非感受態(tài)細菌中，可以使后者變?yōu)楦惺軕B(tài)。一般認為感受態(tài)出現(xiàn)在細菌對數(shù)生長后期，并且某些處理過程可以誘導或加強感受態(tài)，以大腸桿菌為例，用Ca2+(如CaCl2)處理對數(shù)生長后期的大腸桿菌可以增強其感受能力。本文檔共85頁；當前第24頁；編輯于星期三\14點47分轉(zhuǎn)化過程2.供體(donor)DNA與受體(receptor)細胞結(jié)合(binding)：結(jié)合發(fā)生在受體細胞特定部位；供體DNA片段為雙鏈；結(jié)合過程是一個可逆過程。3.DNA的穿入和攝?。寒敿毦Y(jié)合點飽和之后，細菌開始攝取外源DNA；往往只有一條DNA單鏈進入細胞，另一條鏈在膜上降解。4.聯(lián)會(synapsis)與外源DNA片段整合(integration)：整合就是指單鏈的轉(zhuǎn)化DNA與受體DNA對應(yīng)位點的置換，穩(wěn)定地摻入到受體DNA中的過程。整合是一個遺傳重組的過程。因而研究整合的分子機制也為遺傳重組的分子機制作出了貢獻。本文檔共85頁；當前第25頁；編輯于星期三\14點47分轉(zhuǎn)化過程本文檔共85頁；當前第26頁；編輯于星期三\14點47分細菌轉(zhuǎn)化過程本文檔共85頁；當前第27頁；編輯于星期三\14點47分(三)、共轉(zhuǎn)化與遺傳圖譜繪制利用共同轉(zhuǎn)化繪制細菌連鎖遺傳圖譜的基本原理：相鄰基因發(fā)生共同轉(zhuǎn)化的概率與兩者的距離間成反向關(guān)系，基因間距離越近，發(fā)生共同轉(zhuǎn)化的頻率越高，反之越低。因此可能通過測定兩基因共同轉(zhuǎn)化的頻率來指示基因間的相對距離。本文檔共85頁；當前第28頁；編輯于星期三\14點47分轉(zhuǎn)化與遺傳圖譜按照概率定律，兩個片段同時轉(zhuǎn)化的概率應(yīng)為它們單獨轉(zhuǎn)化的概率的乘積，所以這種情況的概率是很低的。當兩個基因緊密連鎖時，它們就有較多的機會包括在同一個DNA片段中，并同時整合到受體染色體中。因此，緊密連鎖的基因可以通過轉(zhuǎn)化進行作圖。例如，黎德伯格等人用枯草桿菌作了如下實驗，即以trp2+his2+tyr1+為供體，以trp2-his2-tyr1-為受體進行轉(zhuǎn)化，結(jié)果如表。

本文檔共85頁；當前第29頁；編輯于星期三\14點47分轉(zhuǎn)化結(jié)果本文檔共85頁；當前第30頁；編輯于星期三\14點47分轉(zhuǎn)化與遺傳圖譜可以看出，trp2、his2和tyr1是連鎖的，其中his2和tyr1連鎖緊密，這是因為它們并發(fā)轉(zhuǎn)化的頻率最高。根據(jù)重組值計算結(jié)果，可知trp2-his2的重組值為34%，trp2-tyr1的重組值為40%，his2-tyr1的重組值為13%，因此，trp2、his2及tyr1的排列順序為：

本文檔共85頁；當前第31頁；編輯于星期三\14點47分二、接合(conjugation)在原核生物中，接合是指遺傳物質(zhì)從供體—“雄性”轉(zhuǎn)移到受體—“雌性”的過程。(一)、接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實(二)、F因子及其在雜交中的行為(三)、中斷雜交試驗作圖本文檔共85頁；當前第32頁；編輯于星期三\14點47分(一)、接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實黎德伯格和塔特姆大腸桿菌雜交試驗：材料：大腸桿菌(Escherichiacoli)K12菌株的兩個營養(yǎng)缺陷型品系：A—甲硫氨酸缺陷型met-和生物素缺陷型bio-；B—蘇氨酸缺陷型thr-和亮氨酸缺陷型leu-。方法：將A、B混和，在基本培養(yǎng)基(固體)上涂布培養(yǎng)。結(jié)果：平板上長出原養(yǎng)型菌落(++++)。本文檔共85頁；當前第33頁；編輯于星期三\14點47分黎德伯格和塔特姆接合試驗本文檔共85頁；當前第34頁；編輯于星期三\14點47分幾種可能解釋及其分析對上述試驗結(jié)果原養(yǎng)型菌落可能產(chǎn)生于：親本細菌A或B發(fā)生了回復(fù)突變；兩品系細胞通過培養(yǎng)基交換養(yǎng)料——互養(yǎng)作用；兩品系間發(fā)生了轉(zhuǎn)化作用；發(fā)生細胞融合，形成了異核體或雜合二倍體。為了驗證這些原養(yǎng)型菌落產(chǎn)生的可能而進行的研究最終表明：這些解釋均不成立。本文檔共85頁；當前第35頁；編輯于星期三\14點47分回復(fù)突變可能的排除Lederbery和Tatum利用的雙營養(yǎng)缺陷型菌株進行試驗，已基本排除A或B品系發(fā)生回復(fù)突變產(chǎn)生原養(yǎng)型細菌的可能。單基因回復(fù)突變的頻率約為10-6；雙基因回復(fù)突變的頻率則為10-12，頻率很低。但試驗中產(chǎn)生原養(yǎng)型菌落產(chǎn)生的頻率非常高，因此基本可以排除回復(fù)突變的可能。本文檔共85頁；當前第36頁；編輯于星期三\14點47分互養(yǎng)作用及其排除試驗材料：A品系：A-B+T1S(met-bio-thr+leu+T1S)；B品系：A+B-T1R(met+bio+thr-leu-T1R)。試驗方法：將A、B品系混合接種在基本培養(yǎng)基表面；短時間后噴T1殺死A品系，使其不能持續(xù)產(chǎn)生thr與leu供B品系持續(xù)生長。結(jié)果與結(jié)論：仍然出現(xiàn)原養(yǎng)型菌落。從而表明互養(yǎng)并非原養(yǎng)型菌落出現(xiàn)的原因，而可能發(fā)生了遺傳重組。本文檔共85頁；當前第37頁；編輯于星期三\14點47分轉(zhuǎn)化作用及其排除把品系A(chǔ)的培養(yǎng)液經(jīng)加熱滅菌，加入到B品系的培養(yǎng)物中，未得到原養(yǎng)型菌落；表明原養(yǎng)型菌落可能不是由轉(zhuǎn)化作用產(chǎn)生。戴維斯(Dawis,1950)的U型管試驗(結(jié)果沒有得到原養(yǎng)型細菌)；實驗結(jié)論：細胞直接接觸是原養(yǎng)型細菌產(chǎn)生的必要條件。本文檔共85頁；當前第38頁；編輯于星期三\14點47分接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實經(jīng)過上述分析可以認為：在Lederbery和Tatum的試驗中，發(fā)生了一種不同于轉(zhuǎn)化的遺傳重組方式，稱之為接合。Hayes(1952)研究表明：大腸桿菌兩種不同菌株(品系)接合過程中遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移是單向的；從而認為大腸桿菌存在兩種類型品系：雌性與雄性分別作為接合過程中遺傳物質(zhì)的供體與受體。接合(conjugation)：遺傳物質(zhì)從供體(donor)轉(zhuǎn)移到受體(receptor)的重組過程。本文檔共85頁；當前第39頁；編輯于星期三\14點47分接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實本文檔共85頁；當前第40頁；編輯于星期三\14點47分(二)、F因子及其在雜交中的行為1.F因子：Hayes等進一步研究發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌在接合中作供體的能力受細胞內(nèi)一種致育因子(fertilityfactor,F因子;sexfactor,性因子)控制。F因子的化學本質(zhì)是DNA，可以自主狀態(tài)存在于細胞質(zhì)中或整合到細菌的染色體上。F因子可以在細菌細胞間進行轉(zhuǎn)移并傳遞遺傳物質(zhì)。本文檔共85頁；當前第41頁；編輯于星期三\14點47分F因子的存在狀態(tài)本文檔共85頁；當前第42頁；編輯于星期三\14點47分接合現(xiàn)象具有F因子的菌株可作為供體，因為F因子中有控制F性傘毛(Fpillus)形成的基因。F性傘毛是由供體細胞表面伸出的一種長附屬物，當供體與受體細胞相互接合，F(xiàn)性傘毛就成了兩個細胞之間原生質(zhì)的通道，或叫接合管(conjugationtube)。F+細胞的F因子由接合管向F-傳遞，使F–受體變成F+。本文檔共85頁；當前第43頁；編輯于星期三\14點47分F因子及其在雜交中的行為本文檔共85頁；當前第44頁；編輯于星期三\14點47分F因子及其在雜交中的行為本文檔共85頁；當前第45頁；編輯于星期三\14點47分F因子及其在雜交中的行為本文檔共85頁；當前第46頁；編輯于星期三\14點47分F因子及其在雜交中的行為本文檔共85頁；當前第47頁；編輯于星期三\14點47分(三)、中斷雜交試驗作圖雅各布(Jacob，F(xiàn))和沃爾曼(Wollman，E.)在五十年代設(shè)計了一個著名的中斷雜交試驗(interruptedmatingexperiment)。他們采用的菌株基因型為：Hfr:thr+leu+aziStonSlac+gal+strSF–:thr–leu–aziRtonRlac–gal-strR這里，thr、leu、lac、gal分別代表蘇氨酸、亮氨酸、乳糖和半乳糖，+代表原養(yǎng)型或發(fā)酵型，–代表營養(yǎng)缺陷型或不發(fā)酵型；azi和tonA分別代表疊氮化納和T1噬菌體；Str表示鏈霉素，R代表抗性，S代表敏感。本文檔共85頁；當前第48頁；編輯于星期三\14點47分中斷雜交試驗作圖將兩種細胞混合培養(yǎng)，每隔一定時間取樣，把菌液放在食物攪拌器內(nèi)攪拌，以中斷接合。將中斷接合的細菌接種到含有鏈霉素的幾種不同培養(yǎng)基上，測定形成了什么樣的重組體(鏈霉素可殺死所有的Hfr供體細胞)。本文檔共85頁；當前第49頁；編輯于星期三\14點47分中斷雜交試驗作圖結(jié)果表明，thr+最先進入F-細胞，接合8分鐘后便出現(xiàn)了重組體，leu+隨后半分鐘出現(xiàn)，aziS在9分鐘時出現(xiàn)等等。在被選擇的thr+leu+的重組體中，其它的供體基因接連出現(xiàn)，不同的基因經(jīng)過一定時間就上升到一個穩(wěn)定的水平。本文檔共85頁；當前第50頁；編輯于星期三\14點47分中斷雜交試驗作圖本文檔共85頁；當前第51頁；編輯于星期三\14點47分中斷雜交試驗作圖在檢查F-細胞是否得到thr+，可用不加thr而含str、leu的培養(yǎng)基，在這里，只有thr+strR才能生長，能長的細胞就是供體thr+已經(jīng)進入受體并發(fā)生了重組的細胞。試驗結(jié)果列于表。本文檔共85頁；當前第52頁；編輯于星期三\14點47分中斷雜交試驗作圖上述事實說明，Hfr菌株的基因是按一定的線性順序依次進入F–菌株的，染色體從原點以直線方式進入F–細胞?；蛭稽c離原點愈近，進入F–細胞愈早，反之則晚。根據(jù)中斷雜交的實驗，用Hfr基因在F–細胞中出現(xiàn)的時間為標準，可以作出大腸桿菌的遺傳連鎖圖。本文檔共85頁；當前第53頁；編輯于星期三\14點47分中斷雜交試驗作圖用不同的Hfr菌株進行中斷雜交實驗所作出的大腸桿菌基因連鎖圖，其基因向F-細胞轉(zhuǎn)移的順序大不相同。本文檔共85頁；當前第54頁；編輯于星期三\14點47分中斷雜交試驗作圖初看起來，似乎每個菌株的基因轉(zhuǎn)移順序有所不同。其實，轉(zhuǎn)移的順序并不是隨機的。例如，所有的his基因都有g(shù)al在一邊，gly在另一邊。其他基因也是如此，除非它們在連鎖群的另一端。這個實驗進一步說明F因子和細菌染色體都是環(huán)狀的，而Hfr細胞染色體的形成，則因F因子插入環(huán)狀染色體的不同位置，而形成了不同的轉(zhuǎn)移原點和轉(zhuǎn)移方向。

本文檔共85頁；當前第55頁；編輯于星期三\14點47分中斷雜交試驗作圖本文檔共85頁；當前第56頁；編輯于星期三\14點47分中斷雜交試驗作圖如果兩個基因間的轉(zhuǎn)移時間小于2分鐘，用中斷雜交法所得的圖距不太可靠，應(yīng)采用傳統(tǒng)的重組作圖法(recombinationmapping)。例如，有兩個緊密連鎖的基因：lac+(乳糖發(fā)酵)和ade–(腺嘌呤缺陷型)，為了求得這兩個基因間的距離，可采用Hfrlac+ade+×F–lac–ade–的雜交實驗。用完全培養(yǎng)基但不加腺嘌呤，可以選出F–ade+的菌落。由于ade進入F–細胞的順序較lac為晚，因此，lac–自然也已經(jīng)進入。如果選出ade+，同時也是lac+，lac–ade間沒有發(fā)生過交換；如果是lac–，說明兩者之間發(fā)生過交換。本文檔共85頁；當前第57頁；編輯于星期三\14點47分基因的重組兩基因間的重組頻率是22%。但這兩個位點間的時間單位約為1分鐘，可見1個時間單位(分鐘)大約相當于20%的重組值。用重組頻率與中斷雜交法所測得的基因距離是大致符合的。本文檔共85頁；當前第58頁；編輯于星期三\14點47分三、性導(sexduction)與F?因子性導(sexduction)是指接合時由F′因子所攜帶的外源DNA轉(zhuǎn)移到細菌染色體的過程。F因子整合到宿主細菌染色體的過程是可逆的，當發(fā)生環(huán)出(loopingout)時，F(xiàn)因子又重新離開染色體。然而F因子偶然在環(huán)出時不夠準確，它攜帶有染色體的一些基因。阿代爾伯格和伯恩斯(Adelberg，E.和Burns，S.，1959)稱這種F因子為F′因子。本文檔共85頁；當前第59頁；編輯于星期三\14點47分性導(sexduction)與F?因子F′因子使細菌帶有某些突出的特點：第一，F(xiàn)′因子以極高的比率轉(zhuǎn)移它的基因，如同F(xiàn)+細菌以極高的比率轉(zhuǎn)移它的F+因子一樣；第二，F(xiàn)′因子有極高的自然整合率，而且整合在一定的座位上，因為它有與細菌染色體的同源區(qū)段。

本文檔共85頁；當前第60頁；編輯于星期三\14點47分性導(sexduction)與F?因子性導在大腸桿菌的遺傳學研究中十分有用。第一，不同的F′因子帶有不同的細菌DNA片段，利用不同的F′的性導可以測定不同基因在一起轉(zhuǎn)移的頻率。其次，觀察由性導形成的雜合部分二倍體中某一性狀的表現(xiàn)，可以確定這一性狀的等位基因的顯隱關(guān)系。第三，性導形成的部分二倍體也可用作互補測驗，確定兩個突變型是同屬于一個基因還是不同基因。本文檔共85頁；當前第61頁；編輯于星期三\14點47分第三節(jié)噬菌體的遺傳分析一、烈性噬菌體二、溫和噬菌體三、轉(zhuǎn)導本文檔共85頁；當前第62頁；編輯于星期三\14點47分噬菌體的遺傳分析

遺傳學上應(yīng)用最廣泛的是大腸桿菌的T噬菌體系列(T1到T7)。T偶列噬菌體具有六角形的頭部，其內(nèi)含有雙鏈DNA分子。頭下的尾部包括一個中空的針狀結(jié)構(gòu)及外鞘。末端是基板，由尾絲及尾針組成。通過尾鞘的收縮將噬菌體DNA經(jīng)中空尾部注入宿主細胞。根據(jù)噬菌體DNA在宿主細菌內(nèi)的特點，又將噬菌體分為兩類。本文檔共85頁；當前第63頁；編輯于星期三\14點47分一、烈性噬菌體噬菌體的遺傳物質(zhì)經(jīng)中空尾部進入宿主細胞，遂即破壞宿主細胞原有的遺傳物質(zhì)，并轉(zhuǎn)而合成大量的噬菌體遺傳物質(zhì)和蛋白質(zhì)，組裝成許多新的子噬菌體，最后使細菌裂解(lysis)。本文檔共85頁；當前第64頁；編輯于星期三\14點47分二、溫和噬菌體溫和性噬菌體具有溶源性(lysogeny)的生活周期，即在噬菌體侵入后，細菌并不裂解，它們以兩種不同形式出現(xiàn)，λ和P1噬菌體各代表一種略有不同的溶原性類型。λ噬菌體附著于大腸桿菌染色體的gal和bio位點之間的attλ座位上(attachmentsite)，它能通過交換而整合到細菌染色體上。這時它會阻止其他λ噬菌體的超數(shù)感染(superinfection)(一個細菌受一個以上噬菌體所感染的現(xiàn)象)。整合的噬菌體稱為原噬菌體(prophage)。P1噬菌體與λ不同，它并不整合到細菌的染色體上，而是獨立地存在于它的細胞質(zhì)內(nèi)。本文檔共85頁；當前第65頁；編輯于星期三\14點47分溫和噬菌體本文檔共85頁；當前第66頁；編輯于星期三\14點47分溫和噬菌體這兩種噬菌體的共同特點是核酸既不大量的復(fù)制，也不大量的轉(zhuǎn)錄和翻譯。這類噬菌體往往只有一個或少數(shù)基因表達，由此產(chǎn)生的阻遏物能關(guān)閉其他基因的表達。當溶源性細菌分裂成兩個子細胞時，噬菌體λ隨細菌染色體的復(fù)制而復(fù)制，每個子細胞中有一個拷貝。噬菌體P1的復(fù)制則使每個子細胞中至少含有一個拷貝。原噬菌體通過誘導(induction)可轉(zhuǎn)變?yōu)榱倚允删w。誘導可以通過不同的方式進行，如UV照射、溫度改變、與非溶源性細菌的接合等。這類誘導可以造成阻遏物失活或稀釋，使其他的噬菌體基因表達出來，促使噬菌體繁殖并進入裂解周期。

本文檔共85頁；當前第67頁；編輯于星期三\14點47分三、轉(zhuǎn)導(transduction)

轉(zhuǎn)導(transduction)是指以噬菌體為媒介所進行的細菌遺傳物質(zhì)重組的過程。它與上述的轉(zhuǎn)化、性導、接合的主要不同之處，在于它是以噬菌體為媒介的。在這一過程中，細菌的一段染色體被錯誤地包裝在噬菌體的蛋白質(zhì)外殼內(nèi)，并通過感染而轉(zhuǎn)移到另一個受體細菌內(nèi)。本文檔共85頁；當前第68頁；編輯于星期三\14點47分轉(zhuǎn)導(transduction)黎德伯格等在鼠傷寒沙門氏菌中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)導現(xiàn)象。用兩個營養(yǎng)缺陷型雜交，一個不能合成苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸(phe-、trp-、tryr-),另一個不能合成甲硫氨酸和組氨酸(met-、his-)，結(jié)果在基本培養(yǎng)基上發(fā)現(xiàn)原養(yǎng)型的菌落。為了確定是否發(fā)生了接合，將兩種菌株分別放在U型管的兩臂內(nèi)，中間用玻璃濾板隔開，以防止細胞直接接觸，但可以允許比細菌小的物質(zhì)通過，竟然也獲得了野生型重組型。本文檔共85頁；當前第69頁；編輯于星期三\14點47分轉(zhuǎn)導(transduction)可能的結(jié)論是，這種重組是通過一種過濾性因子(filterableagent，F(xiàn)A)而實現(xiàn)的。由于FA不受DNA酶的影響，這樣就消除了轉(zhuǎn)化作用的可能性。進一步研究證明，F(xiàn)A是一種噬菌體，稱為P22，它對親本菌株之一是溶源性的。支持這個結(jié)論的證據(jù)是：(1)FA的大小和質(zhì)量與P22相同；(2)FA用抗P22血清處理后失活。轉(zhuǎn)導可分為普遍性轉(zhuǎn)導(generalizedtransduction)和特殊性轉(zhuǎn)導(specializedtransduction)兩大類。本文檔共85頁；當前第70頁；編輯于星期三\14點47分轉(zhuǎn)導(transduction)本文檔共85頁；當前第71頁；編輯于星期三\14點47分普遍性轉(zhuǎn)導

1.普遍性轉(zhuǎn)導在噬菌體感染的末期，細菌染色體被斷裂成許多小片段，在形成噬菌體顆粒時，少數(shù)噬菌體將細菌的DNA誤認做是它們自己的DNA，并以其外殼蛋白將其包圍，從而形成轉(zhuǎn)導噬菌體。由于可以轉(zhuǎn)導細菌染色體組的任何不同部分，因此稱為普遍性轉(zhuǎn)導。這種假噬菌體稱為轉(zhuǎn)導顆粒(transducingparticle)。這種顆粒既然不攜帶噬菌體基因，對受體細菌就沒有有害的影響。當轉(zhuǎn)導顆粒將它的內(nèi)含物注入受體細菌后，形成一個部分二倍體，導入的基因經(jīng)過重組，整合到宿主的染色體上。由此形成的具有重組遺傳結(jié)構(gòu)的細菌細胞叫做轉(zhuǎn)導體(transductant)。本文檔共85頁；當前第72頁；編輯于星期三\14點47分普遍性轉(zhuǎn)導兩個基因同在一起轉(zhuǎn)導稱為合轉(zhuǎn)導(cotransduction)，合轉(zhuǎn)導的頻率愈高，表明兩個基因在染色體上的距離愈近，連鎖愈密切；相反，如果兩個基因的合轉(zhuǎn)導頻率很低，就說明它們之間距離較遠。通過觀察兩因子轉(zhuǎn)導(two-factortransduction)，計算并比較每兩個基因之間的合轉(zhuǎn)導頻率，就可以確定三個基因或三個以上基因在染色體上的排列順序。例如a基因和b基因的合轉(zhuǎn)導頻率很高，和c基因的合轉(zhuǎn)導頻率也很高，而b和c很少或完全不在一起轉(zhuǎn)導，這三個基因的次序就應(yīng)為bac。如果研究三因子轉(zhuǎn)導(three-factortransduction)，只需分析一個實驗的結(jié)果就可以推出三個基因的次序。本文檔共85頁；當前第73頁；編輯于星期三\14點47分普遍性轉(zhuǎn)導

例如,供體大腸桿菌具有基因型a+b+c+，受體的基因型為a-b-c-。供體用P1噬菌體感染，P1的后代再用來感染受體細胞，然后把受體細胞接種在選擇培養(yǎng)基上。如果通過中斷雜交已知三個基因中的一個如a不在中間，就可對a+進行選擇，即在對a+進行選擇的選擇培養(yǎng)基上，把可以生長的a+細胞選出來。然后，再把被選擇的受體細胞重復(fù)接種在其他對b+或c+進行選擇的選擇培養(yǎng)基上，檢查a+細胞是否同時具有b+和c+。最少的一類轉(zhuǎn)導體應(yīng)當代表最難于轉(zhuǎn)導的情況，這種轉(zhuǎn)導體是同時發(fā)生交換次數(shù)最多的一類。它的兩邊應(yīng)為供體基因，而中間為受體基因，如正確次序為abc，就應(yīng)為a+b-c+。假定由實驗得到的最少的轉(zhuǎn)導體類別為a+b+c-，那么就可以確定，這三個基因的正確次序應(yīng)當是acb或bca，而不是abc。本文檔共85頁；當前第74頁；編輯于星期三\14點47分普遍性轉(zhuǎn)導本文檔共85頁；當前第75頁；編輯于星期三\14點47分普遍性轉(zhuǎn)導如果把三個基因中每兩個基因的合轉(zhuǎn)導頻率算出來，還可推算出三個基因之間的物理距離。若兩個基因緊密連鎖，就可能經(jīng)常在一起轉(zhuǎn)導，合轉(zhuǎn)導頻率將接近于1。如果兩個基因從來或者幾乎不包含在同一轉(zhuǎn)導DNA片段中，它們的合轉(zhuǎn)導頻率接近于或等于0。利用這種關(guān)系可以求出同一染色體上兩個基因之間的物理距離。經(jīng)推導，得到以下計算公式：d=同一染色體上兩基因之間的物理距離。L=轉(zhuǎn)導DNA的平均長度。.X=兩個基因合轉(zhuǎn)導的頻率。轉(zhuǎn)導顆粒DNA的平均長度(約為1個病毒基因組的大小)知道后，就可以依上述公式估算出兩個較近基因間的分子距離。本文檔共85頁；當前第76頁；編輯于星期三\14點47分普遍性轉(zhuǎn)導

p1噬菌體可以攜帶大腸桿菌DNA的任何部分，在分析大腸桿菌基因的連鎖關(guān)系上是很有效的。例如,先利用普遍性轉(zhuǎn)導噬菌體P1，侵染帶有l(wèi)eu+、thr+、aziR三個基因的大腸桿菌，再用來自后者(供體)的P1侵染帶有l(wèi)eu-、thr-、aziS

的三個標記基因的大腸桿菌(受體)，然后將受體細菌進行特定培養(yǎng)，以測定該三個基因的連鎖關(guān)系。其方法是把受體細菌培養(yǎng)在一種可以選擇1-2個標記基因而不選擇其余標記基因的培養(yǎng)基上。例如，把受體細菌放在沒有疊氮化鈉(azi)但加有蘇氨酸(thr)的基本培養(yǎng)基上培養(yǎng)，于是leu就成為選擇的標記基因，因為在該培養(yǎng)基上只有l(wèi)eu+細胞才能生長。thr和azi是未選擇的標記基因，因為當培養(yǎng)基內(nèi)有thr時，其標記基因可能是thr+或thr–；當培養(yǎng)基內(nèi)無疊氮化鈉時，其標記基因可能是aziR或aziS。對每個選擇的標記基因進行多次實驗，以確定其未