細(xì)菌和病毒的遺傳

第一節(jié)細(xì)菌和病毒結(jié)構(gòu)第二節(jié)細(xì)菌遺傳分析第三節(jié)噬菌體遺傳分析細(xì)菌和病毒的遺傳第1頁

第一節(jié)細(xì)菌和病毒結(jié)構(gòu)細(xì)菌和病毒結(jié)構(gòu)及其遺傳特點，使它們成為遺傳學(xué)研究好材料。轉(zhuǎn)化試驗、一個基因一個酶假說、基因精細(xì)結(jié)構(gòu)、基因表示調(diào)控、基因工程等遺傳學(xué)重大發(fā)覺和技術(shù)發(fā)展都與細(xì)菌和病毒相關(guān)。細(xì)菌和病毒的遺傳第2頁一、細(xì)菌結(jié)構(gòu)單細(xì)胞生物，大小不一，普通長1-2μm，寬0.5μm，為一層或多層膜或細(xì)胞壁所包圍。部分細(xì)菌還有一些特殊結(jié)構(gòu)，如鞭毛、傘毛、莢膜等。細(xì)菌細(xì)胞核沒有核膜，其中染色體是一個很長共價閉合環(huán)狀雙鏈DNA分子，長度從250-3500μm不等，普通不與蛋白質(zhì)結(jié)合。多數(shù)細(xì)菌細(xì)胞在細(xì)胞核外還有一個或多個能自主復(fù)制小型環(huán)狀DNA。這些DNA分子對細(xì)菌生長并非必需，但可賦予細(xì)菌一些特征，如抗藥性、抗鹽性、抗噬菌體侵染等。這些小分子DNA稱為質(zhì)粒（plasmid）。細(xì)菌能在成份十分簡單培養(yǎng)基上生長，這種培養(yǎng)基叫基本培養(yǎng)基。細(xì)菌在這種培養(yǎng)基上能合成生長所必須各種有機物。單一細(xì)胞經(jīng)過分裂而增殖，大致20分鐘繁殖一代，逐步形成肉眼可見菌落。細(xì)菌和病毒的遺傳第3頁二、病毒結(jié)構(gòu)病毒為非細(xì)胞結(jié)構(gòu)，沒有本身代謝機能，不能獨立地生長和繁殖，必須寄生在活細(xì)胞中，利用活細(xì)胞營養(yǎng)物質(zhì)合成新病毒后代。繁殖快速，每小時可增殖百倍。病毒個體微小，形態(tài)多樣，結(jié)構(gòu)簡單，僅含一個核酸（DNA或RNA）和一個蛋白質(zhì)外殼。依其遺傳物質(zhì)性質(zhì)，能夠分單鏈DNA、單鏈RNA、雙鏈DNA和雙鏈RNA病毒等四種類型。按照它們所感染細(xì)胞類型可分為感染細(xì)菌、真菌及藻類菌類病毒，以及感染動植物動物病毒和植物病毒。遺傳學(xué)研究中應(yīng)用最廣泛是感染細(xì)菌病毒，又稱為噬菌體(bacteriophage)。依其與宿主細(xì)胞相互關(guān)系，能夠分為烈性噬菌體(virulentphage)和溫和噬菌體(temperatephage)兩大類型。細(xì)菌和病毒的遺傳第4頁1．世代周期短：

大腸桿菌(E.Coli)20分鐘可繁殖一代。2．便于管理和生化分析：

個體小，普通在1μm至幾μm之間(1μm=1/1000mm)，操作管理方便。3．便于研究基因突變：裸露DNA分子(有病毒為RNA分子)，易受環(huán)境條件影響而發(fā)生突變；單倍體生物，不存在顯性掩蓋隱性問題，突變均能表現(xiàn)出來。三、細(xì)菌和病毒在遺傳學(xué)研究優(yōu)越性細(xì)菌和病毒的遺傳第5頁

4．便于研究基因作用：影印培養(yǎng)，易檢出營養(yǎng)缺點型突變，有利于從生化角度來研究基因作用。5．便于基因重組研究：細(xì)菌含有轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)和接合作用，利用這些特征能夠進(jìn)行精密遺傳學(xué)分析6.便于研究基因結(jié)構(gòu)、功效及調(diào)控機制：細(xì)菌和病毒遺傳物質(zhì)簡單，基因定位、結(jié)構(gòu)分析及其分離易于進(jìn)行，基因表示調(diào)控也適于用生理生化方法進(jìn)行深入研究。7.便于進(jìn)行遺傳操作：染色體結(jié)構(gòu)簡單，沒有組蛋白和其它蛋白結(jié)合，更宜于進(jìn)行遺傳工程操作。細(xì)菌和病毒的遺傳第6頁四、細(xì)菌和病毒研究方法1．單細(xì)胞分離

菌液→稀釋→涂布在固體培基→單個細(xì)胞分離→形成肉眼可見菌落。細(xì)菌研究方法：細(xì)菌和病毒的遺傳第7頁2．影印法測定變異采取影印法測定細(xì)菌是否發(fā)生變異以及發(fā)生何種變異。細(xì)菌變異主要有形態(tài)特征變異和生理特征變異。

形態(tài)特征變異：菌落大小、形狀、顏色

生理特征變異：（1）營養(yǎng)缺點型：喪失合成某種營養(yǎng)物質(zhì)能力，在基本培養(yǎng)基上不能生長。原養(yǎng)型（野生型）：能夠在基本培養(yǎng)基上生長。

（2）抗性突變：抗藥性和抗感染型。細(xì)菌和病毒的遺傳第8頁細(xì)菌影印培養(yǎng)方法（Lederberg,1952）細(xì)菌和病毒的遺傳第9頁病毒研究方法：1.取得變異亞硝酸、羥胺、乙基黃酸乙酯（EES）等化學(xué)藥劑誘導(dǎo)發(fā)生變異。

常見變異：

寄主范圍變異：野生型（h＋）：感染B菌株，產(chǎn)生半透明斑；突變型（h）：感染B和B/2菌株，產(chǎn)生透明斑。

噬菌斑突變：野生型（r＋）：產(chǎn)生正常斑，小而邊緣含糊；突變型（r）：產(chǎn)生突變斑，大而邊緣清楚。所以：h+r感染B菌株產(chǎn)生半透明大斑；hr+感染B和B/2菌株，產(chǎn)生透明小斑。2．雜交試驗雙重感染分析子代噬菌體中重組型頻率。細(xì)菌和病毒的遺傳第10頁1.轉(zhuǎn)化（transformation）：裸露非病毒DNA導(dǎo)入細(xì)菌細(xì)胞過程。2.轉(zhuǎn)染（transfection）：裸露病毒（噬菌體）DNA導(dǎo)入細(xì)菌過程。是一個特殊轉(zhuǎn)化形式。3.轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）：以噬菌體為媒介將細(xì)菌DNA從供體菌轉(zhuǎn)移到受體菌過程。4.接合（conjugation）：細(xì)菌經(jīng)過細(xì)胞之間直接接觸方式傳遞遺傳物質(zhì)過程。一、細(xì)菌遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移形式第二節(jié)細(xì)菌遺傳分析細(xì)菌和病毒的遺傳第11頁經(jīng)過接合作用，部分供體基因組DNA轉(zhuǎn)移到受體菌中經(jīng)過接合作用，質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到受體菌中細(xì)菌和病毒的遺傳第12頁1.單方向轉(zhuǎn)移2.都產(chǎn)生部分二倍體3.轉(zhuǎn)入基因只有整合到環(huán)狀染色體上才能穩(wěn)定遺傳二、細(xì)菌遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移共同特點細(xì)菌和病毒的遺傳第13頁三、細(xì)菌轉(zhuǎn)化（transformation）1.轉(zhuǎn)化發(fā)覺1928年F.Griffith首先發(fā)覺。1944年O.Avery研究小組證實引發(fā)轉(zhuǎn)化因子是細(xì)菌DNA。轉(zhuǎn)化(transformation)：細(xì)菌細(xì)胞經(jīng)過其細(xì)胞膜攝取周圍供體DNA片段，并經(jīng)過重組整合到自己染色體中過程。細(xì)菌和病毒的遺傳第14頁2.轉(zhuǎn)化類型（1）自然轉(zhuǎn)化（naturaltransformation）細(xì)菌能夠自由吸收DNA，并轉(zhuǎn)化。如：枯草桿菌轉(zhuǎn)化。（2）工程轉(zhuǎn)化（engineeredtransformation）人工轉(zhuǎn)化(artificialtransformation)細(xì)菌發(fā)生改變(感受態(tài)細(xì)胞制備)，使其能攝入外源DNA，并轉(zhuǎn)化。如：大腸桿菌轉(zhuǎn)化。細(xì)菌和病毒的遺傳第15頁3.轉(zhuǎn)化過程（1）外源DNA與受體細(xì)菌細(xì)胞結(jié)合

影響原因：

供體DNA片段大小：不一樣細(xì)菌要求轉(zhuǎn)化片段大小不一樣。肺炎雙球菌要求800核苷酸對以上；枯草桿菌要求1600核苷酸對以上；大腸桿菌轉(zhuǎn)化DNA片段長度為10000-0bp（占E.coli染色體1/200）。

供體DNA片段形態(tài)：供體DNA必需是雙鏈。

供體DNA片段濃度：供體DNA片段數(shù)目越多越輕易發(fā)生轉(zhuǎn)化，但不一樣細(xì)菌只能與特定數(shù)量DNA片段結(jié)合。取決于細(xì)胞上接收座位數(shù)。一個細(xì)菌表面大約有50個吸附位點。

受體細(xì)胞生理狀態(tài)：感受狀態(tài)細(xì)胞（DNA合成剛結(jié)束，蛋白質(zhì)合成仍在進(jìn)行時細(xì)胞）才能發(fā)生轉(zhuǎn)化。感受態(tài)出現(xiàn)主要受一類小分子蛋白質(zhì)（感受態(tài)因子）影響，感受態(tài)因子能夠使細(xì)胞出現(xiàn)感受態(tài)，并能從感受態(tài)細(xì)菌傳遞到非感受態(tài)細(xì)菌，使其出現(xiàn)感受態(tài)。普通認(rèn)為感受態(tài)出現(xiàn)在細(xì)菌對數(shù)生長后期。高Ca2+、溫度以及電激處理等，也能夠改變膜對DNA通透性，從而誘導(dǎo)或加強感受態(tài)。

細(xì)菌和病毒的遺傳第16頁細(xì)菌和病毒的遺傳第17頁

b）DNA經(jīng)過細(xì)胞壁和細(xì)胞膜是一個主動運輸過程，需要膜上轉(zhuǎn)運分子，并消耗能量。（2）DNA穿入a）在細(xì)胞膜上核酸外切酶作用下，將吸附雙鏈DNA中一條鏈降解，另一條單鏈則利用降解后釋放能量，穿入受體細(xì)胞內(nèi)。

細(xì)菌和病毒的遺傳第18頁外源DNA穿入受體細(xì)胞示意圖單鏈DNA細(xì)胞膜供體DNADNA結(jié)合復(fù)合蛋白體能量核酸外切酶細(xì)胞壁細(xì)菌和病毒的遺傳第19頁（3）聯(lián)會(synapsis)，與外源DNA片段整合

聯(lián)會：外源單鏈DNA與受體細(xì)菌染色體DNA同源區(qū)段發(fā)生聯(lián)會，形成部分二倍體。部分二倍體：細(xì)菌擬有性生殖過程中，外源DNA與受體DNA同源區(qū)段聯(lián)會，使受體細(xì)胞部分DNA形成二倍體。供體外基因子：部分二倍體中外源DNA。受體內(nèi)基因子：部分二倍體中受體細(xì)胞DNA。整合（重組）：部分二倍體發(fā)生交換，將外源DNA置換到受體染色體中。細(xì)菌和病毒的遺傳第20頁部分二倍體發(fā)生交換只有偶數(shù)（雙交換、四交換）交換才有意義，既不破壞受體DNA環(huán)狀結(jié)構(gòu)，又將外源DNA置換到受體染色體中。而奇數(shù)交換將受體環(huán)狀DNA打開成線性DNA，重組轉(zhuǎn)化子不能成活。細(xì)菌和病毒的遺傳第21頁

經(jīng)過一次染色體復(fù)制和細(xì)胞分裂，形成一個轉(zhuǎn)化了細(xì)胞和一個未被轉(zhuǎn)化細(xì)胞。（4）轉(zhuǎn)化細(xì)胞形成細(xì)菌和病毒的遺傳第22頁細(xì)菌轉(zhuǎn)化過程整合外源DNA結(jié)合在受體位點DNA穿入感受態(tài)細(xì)胞聯(lián)會形成轉(zhuǎn)化細(xì)胞細(xì)菌和病毒的遺傳第23頁4.轉(zhuǎn)化作圖

DNA是以小片段形式進(jìn)入受體，所以距離很遠(yuǎn)兩個基因極難同時存在于一個片段中同時轉(zhuǎn)化，除非分別包含這兩個基因兩個片段同時進(jìn)入受體。兩個片段同時轉(zhuǎn)化概率應(yīng)為它們單獨轉(zhuǎn)化概率乘積。不過當(dāng)兩個基因緊密連鎖時，它們就有較多機會包含在同一個DNA片段中，并同時整合到受體染色體中，所以，緊密連鎖基因能夠經(jīng)過轉(zhuǎn)化進(jìn)行作圖。經(jīng)過轉(zhuǎn)化試驗，利用轉(zhuǎn)化發(fā)生重組計算它們之間重組率，將細(xì)菌不一樣基因定位在它染色體DNA上，組成它遺傳圖譜。細(xì)菌和病毒的遺傳第24頁

用一野生型細(xì)菌菌株提取出來DNA轉(zhuǎn)化一個不能合成丙氨酸（ala－）、脯氨酸（pro－）、精氨酸（arg－）突變菌株，取得以下結(jié)果：

ala+pro+arg+8400ala+pro－arg+2100ala+pro－arg－

840ala+pro+

arg－

420ala－pro+arg+

1400ala－pro－arg+

840ala－pro+

arg－840

細(xì)菌和病毒的遺傳第25頁任意兩基因發(fā)生共同轉(zhuǎn)化前提下：ala-pro：親型轉(zhuǎn)化子：ala+pro+重組型轉(zhuǎn)化子：ala+pro-

ala-pro+ala-arg：親型轉(zhuǎn)化子：ala+arg+重組型轉(zhuǎn)化子：ala+arg-ala-arg+pro-arg：親型轉(zhuǎn)化子：pro+arg+重組型轉(zhuǎn)化子：pro+arg-pro-arg+arg+arg-arg+arg-arg+arg-arg+arg-arg+arg-arg+arg-arg+arg-arg+arg-arg+arg-細(xì)菌和病毒的遺傳第26頁重組率＝重組型轉(zhuǎn)化子/轉(zhuǎn)化子總數(shù)×100％

ala－pro間重組率＝(2100+840+1400+840)/(2100+840+1400+840+8400+420)＝37％

ala－arg間重組率＝(840+420+1400+840)/(840+420+1400+840+8400+2100)＝25％

pro－arg間重組率＝(2100+420+840+840)/(2100+420+840+840+8400+1400)＝30%

所以，三基因間距離和次序為：ala←25→arg←30→pro

細(xì)菌和病毒的遺傳第27頁四、細(xì)菌接合（conjugation）E.coli接合發(fā)覺

1946年JoshuaLederberg（黎德伯格）和EdwardTatum發(fā)覺了細(xì)菌之間經(jīng)過直接接觸傳遞遺傳信息。

Lederberg因為研究細(xì)菌重組而取得1958年NobelMedicineorphysiologyPrize。

Tatum和G.W.Beable提出“一個基因一個酶”也在此獎中。細(xì)菌和病毒的遺傳第28頁

1.Lederberg-Tatum試驗Lederberg創(chuàng)造用基本培養(yǎng)基（minimalmedium）篩選原養(yǎng)型（prototroph）方法。對照（control）細(xì)菌和病毒的遺傳第29頁試驗解釋：基因突變；營養(yǎng)物質(zhì)互補；遺傳物質(zhì)重組？細(xì)菌和病毒的遺傳第30頁對試驗結(jié)果解釋Lederberg和Tatum從概率上和對照試驗上排除了細(xì)菌發(fā)生恢復(fù)突變可能性：a）單一性狀恢復(fù)突變率是10-7，雙性狀恢復(fù)突變概率是10-14。結(jié)論：在A菌株與B菌株之間發(fā)生了遺傳物質(zhì)交換。營養(yǎng)物質(zhì)互補：營養(yǎng)缺點型細(xì)菌經(jīng)過培養(yǎng)交換營養(yǎng)物質(zhì)，相互補充了對方不足而得以在基本培養(yǎng)基上生長。b）對照培養(yǎng)A、B菌株都沒有生長出菌落。細(xì)菌和病毒的遺傳第31頁對Lederberg-Tatum試驗解釋質(zhì)疑

（1）試驗取得原養(yǎng)型重組菌可能是轉(zhuǎn)化結(jié)果。（2）營養(yǎng)物質(zhì)互補：培養(yǎng)基中含有一些代謝產(chǎn)物，混合后相互補充了對方缺點而得以生長。Lederberg和Tatum補充試驗A（或B）菌株基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)細(xì)菌濾器過濾濾液B（或A）菌株基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)不能生長細(xì)菌和病毒的遺傳第32頁BernardDavis試驗支持:是遺傳重組，而不是營養(yǎng)物質(zhì)互補，但需要親本細(xì)胞接觸。細(xì)菌和病毒的遺傳第33頁Hayes（海斯）試驗strainA鏈霉素處理strainBstrainA×在基本培養(yǎng)基中有菌落

接合：指兩菌體細(xì)胞直接接觸，遺傳物質(zhì)從一個菌體轉(zhuǎn)移到另外一個菌體，并造成遺傳重組過程。2.接合

1952年Hayes用鏈霉素處理菌株A，然后和菌株B雜交，有遺傳重組發(fā)生，反之，則無重組產(chǎn)生，說明細(xì)菌遺傳物質(zhì)交換不是交互，而是單向---F因子細(xì)菌和病毒的遺傳第34頁試驗推論strainB鏈霉素處理strainAstrainB×在基本培養(yǎng)基中沒有菌落鏈霉素只阻止細(xì)菌分裂，但允許接觸雜交。①供體：strainA即使被阻止分裂，但依然能完成雜交（給出DNA），結(jié)果產(chǎn)生分裂形成原養(yǎng)型菌落。細(xì)菌和病毒的遺傳第35頁結(jié)論:strainB被阻止分裂，也能完成雜交（接收DNA），但不能分裂形成原養(yǎng)型菌落。②受體：兩個菌株在雜交過程中作用不是交互，而是單向，DNA只能從供體轉(zhuǎn)移到受體。細(xì)菌和病毒的遺傳第36頁Hayes等對“雄性”細(xì)菌和“雌性”細(xì)菌解釋（1）供體（donor）菌株：（2）受體（recipient）菌株：“雄性”菌株：細(xì)胞內(nèi)含有一個致育因子（fertilityfactor），表示為F+?！按菩浴本辏喝狈因子，表示為F-。從邏輯上預(yù)言了F因子（Ffactor）存在。細(xì)菌和病毒的遺傳第37頁F因子實質(zhì)

Ffactor：是一個質(zhì)粒，有獨立自主復(fù)制和能夠轉(zhuǎn)移到其它細(xì)胞中去能力。是一個共價閉合環(huán)狀DNA，全長94.5kb。

質(zhì)粒（plasmid）：存在于細(xì)菌染色體以外DNA。對細(xì)菌生存并非必須，但能給細(xì)菌帶來一些額外功效（如抗菌素抗性等）。F因子結(jié)構(gòu)細(xì)菌和病毒的遺傳第38頁大腸桿菌接合過程（F+×F-）：F因子轉(zhuǎn)移頻率高，而細(xì)菌DNA轉(zhuǎn)移頻率極低。F+×F-(1)F+與F-混合培養(yǎng)相互接觸，F(xiàn)+供體菌上性傘毛形成兩細(xì)胞之間接合管(2)核酸內(nèi)切酶在F因子轉(zhuǎn)移起點（oriT）一條鏈上產(chǎn)生一個缺口，然后5’末端單鏈經(jīng)過接合管進(jìn)入受體細(xì)胞(3)F因子上單鏈DNA和正在轉(zhuǎn)移單鏈DNA，各自為模板，在DNA聚合酶作用下合成雙鏈DNA(4)完成F因子向受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移以及DNA合成(5)在DNA連接酶作用下完成接合，形成兩個F+細(xì)胞細(xì)菌和病毒的遺傳第39頁3.高頻重組菌株（Hfr）1950年LucaCavalli-Sforza（卡瓦里－斯弗所）用氮芥（nitrogenmustard）處理A菌株，從存活下來菌中分離到一株能與B菌株以10-4頻率雜交菌株，稱之為Hfr（highfrequencyrecombination）。F+

×F-F+Hfr×F-F-低頻率重組，10-7高頻率重組，10-4細(xì)菌和病毒的遺傳第40頁高頻重組與F因子關(guān)系（1）Hfr與Ffactor異同處：①都能與F-雜交②雜交時都要經(jīng)過接合形式③高劑量鏈霉素處理不影響雜交①產(chǎn)生重組菌落頻率不一樣②F+

×F-后代是F+

；

Hfr×F-后代是F-

③F+經(jīng)吖啶橙處理變成F-；而Hfr經(jīng)丫啶橙處理仍為Hfr，能與

F-雜交相同點不一樣點細(xì)菌和病毒的遺傳第41頁部分二倍體F因子整合到染色體上，形成Hfr，因為F因子整合在細(xì)菌染色體位置和方向是隨機，所以存在許多不一樣Hfr菌株。Hfr×F-：細(xì)菌DNA轉(zhuǎn)移率很高，F(xiàn)因子轉(zhuǎn)移率很低。Hfr染色體上F因子轉(zhuǎn)移起點被核實內(nèi)切酶切開，以一小段FDNA首先進(jìn)入受體細(xì)胞，然后是染色體DNA細(xì)菌和病毒的遺傳第42頁1.兩細(xì)胞接觸，供體性傘毛形成接合管，整合F因子產(chǎn)生缺口。單鏈經(jīng)過接合管轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞（F因子轉(zhuǎn)移原點及附近供體基因）；2.轉(zhuǎn)移部分Hfr染色體與完整F-染色體，形成部分二倍體；3.經(jīng)過雙交換，供體基因整合在受體基因組上。假如部分二倍體中發(fā)生單交換或奇數(shù)交換，則受體內(nèi)基因子由環(huán)狀變?yōu)榫€狀，造成細(xì)菌死亡。Hfr×F-部分二倍體：轉(zhuǎn)移供體染色體稱為供體外基因子，而受體完整染色體稱為受體內(nèi)基因子。轉(zhuǎn)移染色體長度普通限制在供體染色體總長1/2以內(nèi)。線性DNA片段被降解細(xì)菌和病毒的遺傳第43頁細(xì)菌和病毒的遺傳第44頁4.F’因子和性導(dǎo)(sexduction)F’因子形成在Hfr細(xì)胞中，染色體上F因子是相當(dāng)穩(wěn)定，但F因子也能夠低頻率地從細(xì)菌染色體上切除，偶然會形成攜帶部分細(xì)菌染色體基因F因子，阿代爾伯格和伯恩斯（Adelberg和Burns，1959年）稱該因子為F’因子。細(xì)菌和病毒的遺傳第45頁性導(dǎo)(sexduction)：指F’因子所攜帶細(xì)菌染色體DNA，經(jīng)過接合作用轉(zhuǎn)移到受體細(xì)菌染色體中，從而改變受體遺傳性狀過程。性導(dǎo)在受體細(xì)菌中可形成部分二倍體。細(xì)菌和病毒的遺傳第46頁基因AE形成部分二倍體經(jīng)過接合作用轉(zhuǎn)移到受體細(xì)菌染色體F’因子攜帶細(xì)菌染色體DNA細(xì)菌和病毒的遺傳第47頁形成部分二倍體可發(fā)生一下幾個情況：2、若發(fā)生重組，即F′因子所攜帶供體細(xì)菌染色體同受體細(xì)菌染色體之間發(fā)生了同源重組，

1、這種部分二倍體若不發(fā)生重組，那么F′因子可在細(xì)菌細(xì)胞中自主延續(xù)下去；1）假如發(fā)生單交換，會造成F′因子整合到受體染色體上而形成Hfr品系，同時F′因子上所攜帶供體基因也發(fā)生重組；2）假如發(fā)生雙交換，使F′因子上細(xì)菌基因與受體染色體上等位基因之間發(fā)生交換，形成F′品系和重組細(xì)菌染色體。

細(xì)菌和病毒的遺傳第48頁5.F因子與F-、F+、Hfr、F′關(guān)系

1）F+與F-關(guān)系：當(dāng)F+和F-接合過程中，它們之間形成接合管，使受體取得了F因子而成為F+菌。F因子以高頻率從F+菌向F-菌轉(zhuǎn)移，而染色體基因轉(zhuǎn)移則極少發(fā)覺，重組頻率大約只有10-7，所以F+菌稱為低頻重組型(lowfrequencyrecombination，Lfr)。2）Hfr與F-關(guān)系：當(dāng)Hfr與F-接合過程中，首先形成接合管，使供體染色體轉(zhuǎn)移給受體，形成高重組頻率（10-4），所以Hfr菌稱為高頻重組型(highfrequencyrecombinationstrain，Hfr)。3）Hfr與F+、

F′關(guān)系：Hfr與F+菌株能夠相互轉(zhuǎn)變，F(xiàn)因子既能夠插入到染色體中去（Hfr），又能夠經(jīng)過規(guī)則交換和剪切，從染色體上完整地游離下來（F+）。F因子在從染色體上剪切時偶然也會出現(xiàn)不規(guī)則分離結(jié)果，使F因子攜帶一段相鄰細(xì)菌染色體，這種帶有插入細(xì)菌基因環(huán)狀F因子稱為F′因子。F′因子即能高頻地轉(zhuǎn)移質(zhì)粒DNA，也能高頻地轉(zhuǎn)移細(xì)菌DNA。

細(xì)菌和病毒的遺傳第49頁1.中止雜交法作圖中止雜交（interruptedmatingtechnique)：1957年，EllieWollman（沃爾曼）和FrancoisJacob（雅各布）建立了一個繪制E.coli遺傳圖方法：1）Hfr與F-雜交，在混合后不一樣時間進(jìn)行攪拌，使接合管斷裂，終止染色體向F-細(xì)胞移動；2）稀釋后接種到含有鏈霉素培養(yǎng)基上，殺死Hfr；3）影印到各種選擇性培養(yǎng)基（selectivemedia）上，以某供體基因作為選擇標(biāo)識，測定其進(jìn)入受體后其它非選擇性標(biāo)識基因進(jìn)入F-細(xì)菌次序和時間。五、細(xì)菌重組頻率和遺傳作圖細(xì)菌和病毒的遺傳第50頁作圖原理越是靠近轉(zhuǎn)移起點（原點）基因越早發(fā)生轉(zhuǎn)移，混合培養(yǎng)時間越少。在不一樣時間中止雜交，依據(jù)不一樣基因轉(zhuǎn)移時間就能推斷出基因次序。細(xì)菌和病毒的遺傳第51頁Hfr與F－混合培養(yǎng)不一樣時間取樣攪拌中止雜交

稀釋

含鏈霉素完全培養(yǎng)基

殺死Hfr

抗str菌落影印培養(yǎng)判定azi+ton＋gal＋lac＋各基因轉(zhuǎn)移時間。混合培養(yǎng)9分鐘，出現(xiàn)azi＋；混合培養(yǎng)11分鐘，出現(xiàn)azi＋和ton＋；混合培養(yǎng)18分鐘，出現(xiàn)azi＋、ton＋和lac＋；混合培養(yǎng)24分鐘，4種原養(yǎng)型都出現(xiàn)。oazitonlacgalF

9

11

18

24Hfr：strs（抗鏈霉素）、azi+（抗疊N化合物）、ton+（抗T1噬菌體）、gal+（半乳糖原養(yǎng)型）、lac+（乳糖原養(yǎng)型）F－：strr（鏈霉素敏感型）、azi-（疊N化合物敏感型）、ton-（T1噬菌體敏感型）、gal-（半乳糖缺點型）、lac-（乳糖缺點型）細(xì)菌和病毒的遺傳第52頁E.coli染色體是環(huán)狀

Wollman和Jacob用4個不一樣Hfr菌株同F(xiàn)-進(jìn)行中止雜交，得到基因排列次序相同，不過進(jìn)入時間早晚（重組率）不一樣。細(xì)菌和病毒的遺傳第53頁解釋Hfr染色體上F因子整合位點不一樣，整合方向也不一樣;傳遞起始點不一樣。E.coli染色體是環(huán)狀。細(xì)菌和病毒的遺傳第54頁細(xì)菌和病毒的遺傳第55頁2.重組作圖部分二倍體，只有偶數(shù)交換才能產(chǎn)生平衡重組配子，相反重組子不出現(xiàn)。部分二倍體細(xì)菌和病毒的遺傳第56頁重組作圖

（recombinationmapping）——是依據(jù)基因間重組率進(jìn)行基因定位。

下面經(jīng)過實例來加以說明：

比如依據(jù)中止雜交試驗，已知大腸桿菌甲硫氨酸缺點型（met-）、精氨酸缺點型（arg-）、亮氨酸缺點型（leu-）這三個基因是緊密連鎖，而且就某特定Hfr菌株來說，基因轉(zhuǎn)移次序是met+、arg+、leu+

Hfrmet+

arg+

leu+

strs×F-

met-

arg-leu-strr

含鏈霉素并添加精氨酸以及甲硫氨酸培養(yǎng)基上（在這種培養(yǎng)基中，殺死全部Hfr細(xì)胞和未雜交F-細(xì)胞）。在這種培養(yǎng)基中形成菌落重組子基因型應(yīng)該是leu+strr。細(xì)菌和病毒的遺傳第57頁

已經(jīng)篩選出leu+重組子，用影印法測定其余兩個非選擇標(biāo)識基因以及他們菌落數(shù)。測定結(jié)果以下：

基因型

菌落數(shù)基因型

菌落數(shù)leu+arg-met-

16

leu+arg+met-

36leu+arg+met+

348

leu+arg-met+

0

基因型leu+arg-met+是四交換結(jié)果，與雙交換相比，其交換頻率非常低，在此次試驗中未能檢測到該重組基因型。細(xì)菌和病毒的遺傳第58頁16363480細(xì)菌和病毒的遺傳第59頁

依據(jù)上述接合結(jié)果，基因間重組率可用下式計算：

leu-arg重組率=[（leu+arg-met-）+（leu+arg-met+）]/[（leu+arg-met-）+（leu+arg+met-）+（leu+arg+met+）+（leu+arg-met+）]×100%=16/16+36+348=4%arg-met重組率=[（leu+arg+met-）+（leu+arg-met+）]/[（leu+arg-met-）+（leu+arg+met）+（leu+arg+met+）+（leu+arg-met+）]×100%=36/16+36+348=9%leu-met重組率=[（leu+arg+met-）+（leu+arg-met-）+（leu+arg-met+）]/[（leu+arg-met-）+（leu+arg+met-）

+（leu+arg+met+）+（leu+arg-met+）]×100%=16+36/16+36+348=13%細(xì)菌和病毒的遺傳第60頁重組作圖重組頻率(RF)所測得基因間距離與中止雜交以時間(T)為單位取得基因間距離基本上相一致；1個時間單位（1分鐘）相當(dāng)于20%重組值(或20cM)。

大腸桿菌遺傳圖譜和物理圖譜比較圖a表示1990年繪制遺傳圖譜中近60分鐘到61分鐘標(biāo)識基因；圖b表示每個基因在大腸桿菌完整基因組序列中準(zhǔn)確位置。細(xì)菌和病毒的遺傳第61頁中止雜交法和重組作圖繪制大腸桿菌遺傳圖(1963)mapunitsinminutes細(xì)菌和病毒的遺傳第62頁

第三節(jié)噬菌體遺傳分析細(xì)菌和病毒的遺傳第63頁一、噬菌體生活周期(一)烈性噬菌體細(xì)菌和病毒的遺傳第64頁1.噬菌體吸附到宿主細(xì)胞上2.尾絲鞘收縮，中軸刺穿宿主細(xì)胞3.頭部DNA被送入宿主細(xì)胞4.在數(shù)分鐘內(nèi)，全部細(xì)菌核酸和蛋白質(zhì)合成都被抑制。細(xì)菌和病毒的遺傳第65頁5.噬菌體大分子合成，細(xì)菌核酸被降解。（1）噬菌體DNA復(fù)制。（2）噬菌體外殼蛋白合成。細(xì)菌和病毒的遺傳第66頁(1)DNA被包到頭部(2)組裝尾部(3)裝上尾絲6.噬菌體組裝細(xì)菌和病毒的遺傳第67頁約200個噬菌體造成細(xì)菌被噬菌體基因編碼溶菌酶（lysozyme)溶解。7.宿主細(xì)胞破裂細(xì)菌和病毒的遺傳第68頁烈性噬菌體(二)溫和性噬菌體侵染細(xì)菌原噬菌體（λ噬菌體）溶源路徑進(jìn)入溶菌階段理化原因作用，原噬菌體脫離宿主染色體而進(jìn)入裂解路徑。裂解寄主而釋放溶源細(xì)菌細(xì)胞分裂，溶源性穩(wěn)定遺傳

噬菌體吸附在細(xì)菌上，將染色體注入宿主細(xì)胞內(nèi)溶源路徑溶菌路徑細(xì)菌和病毒的遺傳第69頁二、噬菌體基因重組１.噬菌體表型區(qū)分

噬菌體突變影響生活周期，會產(chǎn)生不一樣噬菌斑。噬菌斑是噬菌體感染宿主細(xì)菌后，在細(xì)菌涂布平板培養(yǎng)基中形成，肉眼可見透明圈。1個噬菌斑大約含有107個噬菌體，它們起源于同一個噬菌體，是噬菌體重復(fù)侵染、裂解細(xì)菌后產(chǎn)生噬菌體后代，所以有著相同基因型。經(jīng)過觀察噬菌斑形態(tài)來判別噬菌體基因型。細(xì)菌和病毒的遺傳第70頁①噬菌斑形態(tài)：（T2噬菌體）②宿主范圍：h（突變型）：噬菌體能在E.coliB和B/2品系上生長h+（野生型）：只能在E.coliB品系上生長。能在B和B/2混合菌苔上產(chǎn)生透明斑。感染B菌株，產(chǎn)生半透明斑。r（突變型）：快速溶菌，噬菌斑大，邊緣清楚。r+（野生型）：噬菌斑小，邊緣含糊。細(xì)菌和病毒的遺傳第71頁２、噬菌體雜交親本噬菌體（T2）基因型hr+：透明，小斑，邊緣含糊h+r：半透明，大斑，邊緣清楚，雜交過程——混合感染試驗兩個親本噬菌體混合感染E.coliB和B/2，觀察菌苔上出現(xiàn)噬菌斑特征，用以推斷噬菌體基因型。細(xì)菌和病毒的遺傳第72頁hr+×h+rhr+和h+r噬菌體同時感染E.coliB噬菌體DNA復(fù)制、重組產(chǎn)生親本型和重組型子代噬菌體細(xì)菌和病毒的遺傳第73頁半大半小透小透大上述子代噬菌體接種在同時長滿大腸桿菌B和B/2混合培養(yǎng)物中依據(jù)噬菌斑點形態(tài)識別噬菌體基因型細(xì)菌和病毒的遺傳第74頁

hr+×h+r中在B和B/2混合菌苔上出現(xiàn)了4種噬菌斑。噬菌斑表型推測基因型親本型透明小hr+半透明大h+r重組型半透明小h+r+透明大hr細(xì)菌和病毒的遺傳第75頁３、噬菌體重組值與基因作圖重組值計算重組噬菌體噬菌斑數(shù)總噬菌斑數(shù)×100%基因圖距用兩個基因重組值表示基因間距離。（h+r++hr）totalplaques×100%細(xì)菌和病毒的遺傳第76頁Hershey和Rotman1949年T2雜交結(jié)果基因型噬菌斑百分率hr+4276%h+r34h+r+1224%hr12rh24細(xì)菌和病毒的遺傳第77頁4.重組機理h+rh+rh+rhr+hr+hr+h+rh+rh+rhr+hr+hr+噬菌體染色體在細(xì)菌體內(nèi)復(fù)制不一樣噬菌體染色體在細(xì)菌體內(nèi)交換重組h+rh+r細(xì)菌和病毒的遺傳第78頁h+r+h+rh+rhr+hr+hrh+rh+r+h+rhr+hrh+r釋放出4種子代噬菌體部分噬菌體DNA重組細(xì)菌和病毒的遺傳第79頁細(xì)菌和病毒的遺傳第80頁噬菌體也能夠經(jīng)過類似于高等生物三點測驗進(jìn)行基因定位。如用T4噬菌體兩個品系混合感染大腸桿菌。一個品系是：小噬菌斑（m）、快速溶菌（r）、混濁噬菌斑（tu）；另一品系對這三個性狀都是野生型（+++），混合感染大腸桿菌類型基因型噬菌斑數(shù)百分比%重組發(fā)生在m—rr—tum—tu親本型mrtu346769.6+++3929單交換型m++5209.6√√+rtu474單交換型mr+85317.5√√++tu965雙交換型m+tu1623.3√√+r+172合計1034212.9%20.8%27.1%細(xì)菌和病毒的遺傳第81頁與真核生物不一樣，病毒只含有一條染色體，親本組合與重組合可直接從后代中反應(yīng)出來。所得后代8種類型中數(shù)目最少兩個就是雙交換結(jié)果，頻率最高兩個是親本類型，其余為單交換類型。依據(jù)表中結(jié)果，我們就能計算這三個基因間重組以及符合系數(shù)。表中結(jié)果可知：m-r重組率為12.9%，r-tu重組率為20.8%，m-tu重組率為27.1%，所以，m、r及tu基因排列次序為：m——r——tu。

由此可見，利用混合感染試驗結(jié)果，能夠?qū)⑹删w基因定位在染色體上，制作噬菌體連鎖遺傳圖。Streisinger和Edgar依據(jù)許多基因重組資料，在1964年確定噬菌體染色體是環(huán)狀。細(xì)菌和病毒的遺傳第82頁噬菌體遺傳圖細(xì)菌和病毒的遺傳第83頁1.轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)覺1952年，J.Lederberg和他學(xué)生N.Zinder（津德）在鼠傷寒沙門氏菌（salmonellatyphimurium）中作重組試驗：菌株StrainLA-2：phe+trp+met-his-StrainLA-22：phe-trp-met+his+三、轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)

Transduction:以噬菌體為媒介，將細(xì)菌供體DNA轉(zhuǎn)移到受體，使受體發(fā)生遺傳變異過程。細(xì)菌和病毒的遺傳第84頁雜交結(jié)果StrainLA-2：StrainLA-22：×10-5Prototrophsphe+trp+met+his+DavisU-tube試驗將兩個親本分別放在U形管兩臂中，結(jié)果一樣能取得原養(yǎng)型重組菌！而且只在LA-22中！細(xì)菌和病毒的遺傳第85頁加壓或吸壓菌株LA-22菌株LA-2涂布在固體平板基本培養(yǎng)基上微孔濾片涂布在固體平板基本培養(yǎng)基上沒有菌落原養(yǎng)型菌落（phe+trp+met+his+）,頻率為10-5細(xì)菌和病毒的遺傳第86頁依據(jù)以上結(jié)果推斷，一個能夠經(jīng)過細(xì)菌濾片因子將遺傳信息從LA-2傳遞給了LA-22。稱之為過濾因子（FA）。另一些試驗又證實了：FA不是裸露DNA，加入DNA酶并不能減弱FA效力（同時也排除了轉(zhuǎn)化）；LA-2產(chǎn)生FA需要LA-22存在，F(xiàn)A能穿過微孔濾片；FA與從溶源性細(xì)菌中分離得到溫和噬菌體P22質(zhì)量大小相同；用抗P22血清或加熱處理，P22感染性和FA功效失活速率相同；抗噬菌體P22在鼠傷寒沙門氏菌對FA也表現(xiàn)為抗性。這些結(jié)果證實，F(xiàn)A就是溫和噬菌體P22。細(xì)菌和病毒的遺傳第87頁推論LA-22菌株是溶源性，LA-2是非溶源性。在培養(yǎng)過程中，LA-22中原噬菌體P22偶然裂解，穿過濾片后感染并裂解LA-2，包裝了LA-2基因，返回濾片感染LA-22并溶源化。給LA-22帶入phe+trp+。形成原養(yǎng)型菌落。細(xì)菌和病毒的遺傳第88頁穿過濾片原養(yǎng)型LA-22(+P22)P22偶然溶菌P22感染LA-22LA-22重組感染LA-2偶然包裝LA-2基因P22P22細(xì)菌和病毒的遺傳第89頁2.普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(generalizedtransduction)比如：鼠傷寒沙門氏菌P22噬菌體、大腸桿菌P1噬菌體

普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：供體細(xì)菌染色體DNA任何基因或任何片段都有可能被噬菌體轉(zhuǎn)入受體菌過程。

通常能夠進(jìn)行普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體是烈性噬菌體，他們感染細(xì)菌細(xì)胞后，在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制，最終造成細(xì)胞裂解。在裂解過程中，供體細(xì)胞DNA降解。噬菌體包裝時可能以很低頻率發(fā)生錯誤而將供體細(xì)胞DNA誤為噬菌體本身DNA進(jìn)行包裝。當(dāng)這個噬菌體（轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體或轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒）感染另一個細(xì)胞（受體）時，能夠?qū)⒐wDNA轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中，形成部分二倍體，并經(jīng)過同源區(qū)段交換整合到受體細(xì)菌染色體DNA中，形成一個穩(wěn)定轉(zhuǎn)導(dǎo)子。細(xì)菌和病毒的遺傳第90頁1)因為噬菌體錯誤包裝及注入受體菌供體DNA片段是隨機，因而對所轉(zhuǎn)導(dǎo)基因沒有限制。

2)轉(zhuǎn)入受體菌供體DNA片段在受體菌中不能復(fù)制，但能夠經(jīng)過DNA重組整合到受體染色體基因組，與受體菌染色體一起復(fù)制。特點：細(xì)菌和病毒的遺傳第91頁噬菌體吸附并注入DNA噬菌體DNA復(fù)制、蛋白質(zhì)合成，宿主染色體降解成小片段錯誤包裝，形成轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體吸附并將細(xì)菌DNA注入

形