1、遗传学第七章 细菌和病毒的遗传1本章重点本章重点1 1细菌影印法研究。细菌影印法研究。2 2细菌和病毒的四种遗传分析方法：细菌和病毒的四种遗传分析方法： 转化、接合、性导、转导。转化、接合、性导、转导。3 3掌握掌握F+、F、F、HfrF+的特点。的特点。4 4理解和掌握中断杂交和重组作图的原理。理解和掌握中断杂交和重组作图的原理。5 5噬菌体结构和基因重组特点。噬菌体结构和基因重组特点。细菌和蓝绿藻细菌和蓝绿藻： 一个线条状或环状染色体一个线条状或环状染色体( (单倍体结构单倍体结构) )； 无典型的有丝分裂和减数分裂；无典型的有丝分裂和减数分裂； 染色体传递和重组方式与真核生物不同。染色体
2、传递和重组方式与真核生物不同。病毒病毒： 比细菌更简单；比细菌更简单； 在寄主细胞内以集团形式产生；在寄主细胞内以集团形式产生； 属于只有一条染色体的单倍体。属于只有一条染色体的单倍体。E. coliT4 Phage第一节第一节 细菌和病毒遗传细菌和病毒遗传研究的意义研究的意义1.大小：细胞较小、长约大小：细胞较小、长约12 (1 1/1000mm)、宽约、宽约0.5 ；2.结构：鞭毛、结构：鞭毛、细胞壁、质膜、细胞壁、质膜、间体、核质体、核糖体间体、核质体、核糖体3.遗传物质：单个主染色体、遗传物质：单个主染色体、一个或多个小染色体一个或多个小染色体(质粒质粒)4.涂布和繁殖：涂布和繁殖：每
3、个细胞在较短每个细胞在较短时间内时间内(如一夜如一夜)能裂殖到能裂殖到107个个子细胞子细胞 成为肉眼可见的菌落成为肉眼可见的菌落或克隆或克隆(clone)。一、细菌：一、细菌：5.生理特性突变生理特性突变：. .营养缺陷型：营养缺陷型： 丧失合成某种营养物质能力，不能在基本培养基上生长；丧失合成某种营养物质能力，不能在基本培养基上生长； 原养型：野生菌株则可在基本培养基上生长。原养型：野生菌株则可在基本培养基上生长。 用不同的选择性培养基用不同的选择性培养基 测知突变的特性。测知突变的特性。. 抗性突变型：抗性突变型：如抗药性或抗感染性。如抗药性或抗感染性。例如：青霉素（例如：青霉素（pen
4、r）抗性突变）抗性突变的菌落。的菌落。培养基中培养基中加有加有青霉素青霉素6 6、测定突变的方法、测定突变的方法影印法：影印法：黎德伯格等（黎德伯格等（Lederberg J.和和Lederberg E. M., 1952）设计。设计。Lederberg J., 1958 Nobel奖获得者，奖获得者，发现细菌转导和接合发现细菌转导和接合无链霉素无链霉素吸附细菌吸附细菌丝绒印在母丝绒印在母板上板上再印在选择再印在选择培养基上培养基上链霉素链霉素筛选出抗链筛选出抗链霉素的菌系霉素的菌系从模板中挑出抗从模板中挑出抗性和敏感菌系性和敏感菌系病毒分类：病毒分类： 寄主：动物、植物、细菌等；寄主：动物、
5、植物、细菌等； 遗传物质：遗传物质：DNA 或或 RNA。二、病毒：二、病毒：单倍体，仅一条染色体。病毒单倍体，仅一条染色体。病毒 蛋白质外壳蛋白质外壳 核酸。核酸。烟草花叶病毒腺病毒烟草花叶病毒腺病毒T4 噬菌体爱滋病病毒噬菌体爱滋病病毒RNA DNADNARNA噬菌体对于分子生物学研究具有重要意义。噬菌体对于分子生物学研究具有重要意义。1 1世代周期短：世代周期短：大肠杆菌（大肠杆菌（E.coli）：）：20 min繁殖一代繁殖一代。2 2便于管理和生化分析：便于管理和生化分析：个体小，一般在个体小，一般在 1 至几至几 之间，操作管理方便。之间，操作管理方便。三、细菌和病毒在遗传研究中的
6、优越性：三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性：3便于研究基因突变：便于研究基因突变：裸露的裸露的DNA分子（有的病毒为分子（有的病毒为RNA分子），容易受分子），容易受环境条件的影响而发生突变；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，隐性突变也单倍体生物，不存在显性掩盖隐性问题，隐性突变也能表现出来。能表现出来。4便于研究基因的作用：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。角度来研究基因的作用。5便于研究基因重组：便于研究基因重组：细菌具有转化、转导和接合作用，可以进行精密的细菌具有
7、转化、转导和接合作用，可以进行精密的遗传分析。遗传分析。6. 便于研究基因结构、功能及调控机制：便于研究基因结构、功能及调控机制：细菌和病毒的细菌和病毒的遗传物质简单遗传物质简单，易于进行基因定位、，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。的方法进行深入研究。7. 便于进行遗传操作：便于进行遗传操作：染色体结构简单染色体结构简单，没有组蛋白和其它蛋白的结合，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。更宜于进行遗传工程的操作。 第二节第二节 噬菌体的遗传分析噬菌体的遗传分析1. 结构简单：结
8、构简单：蛋白质外壳、核酸、某些碳水化合物、脂肪等。蛋白质外壳、核酸、某些碳水化合物、脂肪等。2. 多样性的原因：外壳的蛋白质种类、染色体类型和结构。多样性的原因：外壳的蛋白质种类、染色体类型和结构。3. 两大类：两大类： 烈性噬菌体：烈性噬菌体：T噬菌体系列（噬菌体系列（T1T7）；）； 温和性噬菌体温和性噬菌体: P1和和噬菌体。噬菌体。一、噬菌体的结构：一、噬菌体的结构：T4噬菌体从噬菌体从大肠杆菌中释放大肠杆菌中释放、烈性噬菌体：、烈性噬菌体： 1.结构大同小异，外貌一般呈蝌蚪状：结构大同小异，外貌一般呈蝌蚪状：头部：双链头部：双链DNA分子的染色体；分子的染色体；T偶列噬菌体偶列噬菌体
9、颈部：中空的针状结构及外鞘；颈部：中空的针状结构及外鞘；尾部：由基板、尾针和尾丝组成。尾部：由基板、尾针和尾丝组成。2.T偶列噬菌体的侵染过程（如偶列噬菌体的侵染过程（如T4噬菌体）：噬菌体）：尾丝固定于大肠杆菌，尾丝固定于大肠杆菌，遗传物质注入遗传物质注入 破坏寄破坏寄主细胞遗传物质主细胞遗传物质 合成合成噬菌体遗传物质和蛋白质噬菌体遗传物质和蛋白质 组装许多新的子噬菌体组装许多新的子噬菌体 溶菌酶裂解细菌溶菌酶裂解细菌 释释放出大量噬菌体。放出大量噬菌体。T T4 4噬菌体侵染大肠杆菌的生活周期噬菌体侵染大肠杆菌的生活周期、温和性噬菌体：例如、温和性噬菌体：例如和和P1噬菌体，噬菌体，和和
10、P1各代表各代表一种略有不同的溶源性类型。一种略有不同的溶源性类型。噬菌体结构噬菌体结构.噬菌体：噬菌体侵入后，细菌不裂解噬菌体：噬菌体侵入后，细菌不裂解 附在附在E.coli染色体上的染色体上的gal和和bio位点间的位点间的att座位上座位上 整合到细菌染色整合到细菌染色体，并能阻止其它体，并能阻止其它噬菌体的超数感染。噬菌体的超数感染。噬噬菌菌体体特特定定位位点点的的整整合合 1. 1.溶源性噬菌体的生活周期：溶源性噬菌体的生活周期：.P.P1 1噬菌体：噬菌体： 不整合到细菌不整合到细菌的染色体上，而是的染色体上，而是独立存在于细胞质独立存在于细胞质内。内。裂解裂解途径途径溶源溶源途径
11、途径o原噬菌体：整合到原噬菌体：整合到宿主基因组中的噬菌体。宿主基因组中的噬菌体。仅少数基因活动，表达出仅少数基因活动，表达出阻碍物关闭其它基因。阻碍物关闭其它基因。原噬菌体经诱导可原噬菌体经诱导可转变为烈性噬菌体转变为烈性噬菌体裂解途径。裂解途径。 2.P1和和噬菌体的特性：噬菌体的特性：P1和和各代表不同的溶源性类型：各代表不同的溶源性类型：P1噬菌体：侵入后并不整合到细菌的染色体上，独立存在噬菌体：侵入后并不整合到细菌的染色体上，独立存在于细胞质内；于细胞质内；噬菌体：通过交换整合到细菌染色体上。噬菌体：通过交换整合到细菌染色体上。溶源性细菌分裂溶源性细菌分裂 两个子细胞：两个子细胞：P
12、1噬菌体复制则使每个子细胞中至少含有一个拷贝；噬菌体复制则使每个子细胞中至少含有一个拷贝；噬菌体随细胞染色体复制而复制，细胞中有一个拷贝。噬菌体随细胞染色体复制而复制，细胞中有一个拷贝。共同特点：核酸既不大量复制，也不大量转录和翻译。共同特点：核酸既不大量复制，也不大量转录和翻译。P P1 1和和噬菌体的生活周期特性噬菌体的生活周期特性1.噬菌体遗传性状分为两类：噬菌体遗传性状分为两类： 形成的噬菌斑形状：形成的噬菌斑形状：指噬菌斑大小、边缘指噬菌斑大小、边缘清晰度、透明程度。清晰度、透明程度。寄主范围：寄主范围：指噬菌体感染和裂解指噬菌体感染和裂解的菌株范围。的菌株范围。二、二、T2噬菌体的
13、基因重组与作图：噬菌体的基因重组与作图：.噬菌斑表现型：噬菌斑表现型：正常噬菌体正常噬菌体r+：噬菌斑小而边缘模糊。：噬菌斑小而边缘模糊。r突变体（突变体（rapid lysis，速溶性）：速溶性）： 噬菌斑大而边缘清楚。噬菌斑大而边缘清楚。2T2噬菌体的研究最为广泛：噬菌体的研究最为广泛： .寄主范围突变体：寄主范围突变体：指能克服噬菌体抗性的突变体。指能克服噬菌体抗性的突变体。例：例：T2 h+ 噬菌体：只侵染大肠杆菌噬菌体：只侵染大肠杆菌B株株半透明噬菌斑。半透明噬菌斑。T2 h突变株：能利用突变株：能利用B株和株和B/2株株透明噬菌斑。透明噬菌斑。2T2噬菌体的研究最为广泛：噬菌体的研
14、究最为广泛： h和和h+均能够感染均能够感染B株株可用可用T2两个亲本两个亲本hr+和和h+r同时感染同时感染B株。株。hr+(透明，小透明，小)h+r (半透明，大半透明，大)同时感染同时感染B菌株菌株获得噬菌体子代获得噬菌体子代亲本型：亲本型：hr+， h+r重组型：重组型：hr， h+r+E.coli E.coli B B株株双重感染：双重感染：重组值计算：重组值计算：重组值重组值=重组噬菌斑数重组噬菌斑数/总噬菌斑数总噬菌斑数100%= (h+r+hr)/(h+r+hr+h+r+hr)100%去掉去掉%即可作为图距。即可作为图距。h+r -将亲本型和重组型混合子代将亲本型和重组型混合子
15、代感染感染混合有混合有B和和B/2菌株的培养基菌株的培养基hr+(亲亲)：噬菌斑透明、小，边缘模糊：噬菌斑透明、小，边缘模糊h+r(亲亲)：噬菌斑半透明、大，边缘清楚：噬菌斑半透明、大，边缘清楚hr(重组重组)：噬菌斑透明、小，边缘清楚：噬菌斑透明、小，边缘清楚h+r+(重组重组)：噬菌斑半透明、小，边缘模糊：噬菌斑半透明、小，边缘模糊不同速溶菌的突变型在表现型上不同，可分别写成不同速溶菌的突变型在表现型上不同，可分别写成ra、rb、rc等，用等，用rxh+rx+h获得试验结果列于下表：获得试验结果列于下表：杂交组合各基因型（杂交组合各基因型（% %）重组值）重组值r r- -h h+ +r
16、r+ +h h- -r r+ +h h+ +r r- -h h- - rah+ra+h-34.034.042.042.012.012.012.012.0 24.0/100=24%24.0/100=24%rbh+rb+h-32.032.056.056.05.95.96.4 12.3/100.3=12.3%6.4 12.3/100.3=12.3%rch+rc+h-39.039.059.059.00.70.70.90.91.6/99.6=1.6%1.6/99.6=1.6%分别作出分别作出ra、rb、rc与与h的三个连锁图的三个连锁图:再做杂交：再做杂交：rcrb+rc+rb结果表明结果表明: rcr
17、b的重组值 rbh h 位于位于rb及及rc之间，排列顺序之间，排列顺序 rchrb。由于由于T2 噬菌体的连锁图是环状的，所以噬菌体的连锁图是环状的，所以2、3排列都对。排列都对。四种可能的基因排列连锁图四种可能的基因排列连锁图: :1 2 3 4 hrcrarb第三节第三节 细菌的遗传分析细菌的遗传分析概念：某些细菌通过其细胞膜摄取周围供体的染色体概念：某些细菌通过其细胞膜摄取周围供体的染色体片段，将此外源片段，将此外源DNA片段通过重组整合到自己片段通过重组整合到自己染色体组的过程。染色体组的过程。 1928年，格里费斯（年，格里费斯（Griffith F.）在肺炎双球菌中发现转化现象。
18、在肺炎双球菌中发现转化现象。1944年，阿委瑞（年，阿委瑞（Avery O. T.） 进行肺炎双球菌转化试验；进行肺炎双球菌转化试验；证实遗传物质是证实遗传物质是DNA；转化是细菌交换基因的方法之一。转化是细菌交换基因的方法之一。 一、转化（一、转化（transformation）：）：转化的条件：细菌活跃摄取外源转化的条件：细菌活跃摄取外源DNADNA分子；分子；具备重组程序所必需的酶。具备重组程序所必需的酶。转化三种细菌：肺炎双球菌；转化三种细菌：肺炎双球菌； 枯草杆菌；枯草杆菌； 流感嗜血杆菌。流感嗜血杆菌。转化的两个例子：转化的两个例子：.用两个带有不同抗性的肺炎双球菌群体混合用两个带
19、有不同抗性的肺炎双球菌群体混合可以可以发现带有双抗性的细菌。发现带有双抗性的细菌。细菌裂解细菌裂解DNA残留其它细菌摄取转化。残留其它细菌摄取转化。.枯草杆菌活细胞表面分泌枯草杆菌活细胞表面分泌DNA，可被其它细胞摄取。，可被其它细胞摄取。、供体与受体的互作：、供体与受体的互作：.转化片断的大小：转化片断的大小：肺炎双球菌转化：肺炎双球菌转化：DNA片断至少有片断至少有800bp；枯草杆菌的转化：枯草杆菌的转化：DNA片断至少有片断至少有16000bp。.供体供体DNA分子存在的数目：分子存在的数目：供体供体DNA分子数目与特定基因的成功转化有关。分子数目与特定基因的成功转化有关。链霉素抗性基
20、因转化：每个细胞含有链霉素抗性基因转化：每个细胞含有10个个DNA分子之前，分子之前，抗性转化体数目一直与抗性转化体数目一直与DNA分子分子存在数目成正比。存在数目成正比。原因：细菌的细胞壁或细胞膜上有固定数量的原因：细菌的细胞壁或细胞膜上有固定数量的DNA接受接受座位，故一般细菌摄取的座位，故一般细菌摄取的DNA分子数分子数10个。个。受体的生理状态：受体的生理状态：感受态是处于刚停止感受态是处于刚停止DNA合成、而蛋白质合成继续活跃合成、而蛋白质合成继续活跃进行时的状态。进行时的状态。活跃合成的蛋白质可使细菌细胞壁易于接受转化活跃合成的蛋白质可使细菌细胞壁易于接受转化DNA。只有感受态受体
21、细胞才能摄取并转化外源只有感受态受体细胞才能摄取并转化外源DNA，而这种，而这种感受态也只能发生在细菌生长周期的某一时间范围内。感受态也只能发生在细菌生长周期的某一时间范围内。 、转化、转化DNA的摄取和整合过程：的摄取和整合过程：.结合与穿入：结合与穿入： DNA分子结合在接受座位上分子结合在接受座位上(可逆可逆)，可被可被DNA酶降解；接受座位饱和性。酶降解；接受座位饱和性。DNA摄取摄取(不可逆不可逆)，不受，不受DNA酶破坏。酶破坏。穿入后，由外切酶或穿入后，由外切酶或DNA移位酶降解移位酶降解其中一条链。其中一条链。.联会：联会：按各个位点与其相应的受体按各个位点与其相应的受体DNA
22、片段片段联会。亲缘关系越远，联会越小、转化的联会。亲缘关系越远，联会越小、转化的可能性越小。可能性越小。整合整合(重组重组)：是指单链的转化是指单链的转化DNA与与受体受体DNA对应位点的置换对应位点的置换稳定地进入到受体稳定地进入到受体DNA。对同源对同源DNA具有特异性。具有特异性。异源异源DNA，视亲缘关系远近，视亲缘关系远近也可发生不同频率整合。也可发生不同频率整合。(三三)、共转化与遗传图谱绘制、共转化与遗传图谱绘制 利用共同转化绘制细菌连锁遗传图谱的基本原理：利用共同转化绘制细菌连锁遗传图谱的基本原理： 相邻基因发生共同转化的概率与两者的距离间成正向关系，相邻基因发生共同转化的概率
23、与两者的距离间成正向关系，基因间距离越近，发生共同转化的频率越高，反之越低。基因间距离越近，发生共同转化的频率越高，反之越低。 因此可能通过测定两基因共同转化的频率来指示基因间的因此可能通过测定两基因共同转化的频率来指示基因间的相对距离。相对距离。转化与遗传图谱转化与遗传图谱 按照概率定律，两个片段同时转化的概率应为它们按照概率定律，两个片段同时转化的概率应为它们单独转化的概率的乘积，所以这种情况的概率是很单独转化的概率的乘积，所以这种情况的概率是很低的。低的。 当两个基因紧密连锁时，它们就有较多的机会包括当两个基因紧密连锁时，它们就有较多的机会包括在同一个在同一个DNA片段中，并同时整合到受
24、体染色体片段中，并同时整合到受体染色体中。因此，紧密连锁的基因可以通过转化进行作图。中。因此，紧密连锁的基因可以通过转化进行作图。黎德伯格等用枯草杆菌进行转化和重组试验：黎德伯格等用枯草杆菌进行转化和重组试验：DNA 片段进入受体细胞后，可与受体染色体发生重组。片段进入受体细胞后，可与受体染色体发生重组。紧密连锁的两个基因有较多的机会在同一个紧密连锁的两个基因有较多的机会在同一个DNA片段中片段中同时整合到受体染色体中。同时整合到受体染色体中。三者并发转化的频率高，故这三者并发转化的频率高，故这3个基因是连锁的，个基因是连锁的，其中其中his2和和tyr1连锁最为紧密：连锁最为紧密：trp2h
25、is2tyr1341340单交换时，染色体开环易降解，故不存在单交换类型；单交换时，染色体开环易降解，故不存在单交换类型；只有双交换和偶数的多交换才有效。只有双交换和偶数的多交换才有效。二、接合（二、接合（conjugation）：）：1.概念：是指原核生物的遗传物质从供体（概念：是指原核生物的遗传物质从供体（donor）转移）转移到受体（到受体（receptor）内的过程。）内的过程。特点：需通过细胞的直接接触。特点：需通过细胞的直接接触。 不同营养缺陷型的大肠杆菌：不同营养缺陷型的大肠杆菌：A菌株：菌株：Met- bio- thr+ leu+，需加甲硫氨酸和生物素。需加甲硫氨酸和生物素。B
26、菌株：菌株：Met+ bio+ thr- leu-，需加苏氨酸和亮氨酸。需加苏氨酸和亮氨酸。A菌株和菌株和B菌株营养缺陷型，菌株营养缺陷型，不能在基本培养上生长。不能在基本培养上生长。AB菌株混合培养，在完全菌株混合培养，在完全培养基上，几小时后离心，涂培养基上，几小时后离心，涂布基本培养基上，长出原养型布基本培养基上，长出原养型（Met+ bio+ thr+ leu+）菌落）菌落。2实例：黎德伯格和塔特姆（实例：黎德伯格和塔特姆（1946年）：年）：几种可能解释及其分析几种可能解释及其分析 对上述试验结果原养型菌落可能产生于：对上述试验结果原养型菌落可能产生于：亲本细菌亲本细菌A A或或B
27、B发生了发生了回复突变回复突变；两品系细胞通过培养基交换养料两品系细胞通过培养基交换养料互养作用互养作用；两品系间发生了两品系间发生了转化作用转化作用； 为了验证这些原养型菌落产生的可能而进行的研为了验证这些原养型菌落产生的可能而进行的研究最终表明：这些解释均不成立。究最终表明：这些解释均不成立。回复突变可能的排除回复突变可能的排除 Lederbery和和Tatum利用的双营养缺陷型菌株进行试利用的双营养缺陷型菌株进行试验，已基本排除验，已基本排除A或或B品系发生回复突变产生原养型细品系发生回复突变产生原养型细菌的可能。菌的可能。 单基因回复突变的频率约为单基因回复突变的频率约为10-6； 双
28、基因回复突变的频率则为双基因回复突变的频率则为10-12，频率很低。，频率很低。 但试验中产生原养型菌落产生的频率非常高，因此但试验中产生原养型菌落产生的频率非常高，因此基本可以排除回复突变的可能。基本可以排除回复突变的可能。互养作用及其排除互养作用及其排除 试验材料：试验材料： A品系：品系：A-B+ T1S(met-bio-thr+leu+T1S)； B品系：品系：A+B- T1R(met+bio+thr-leu-T1R)。 试验方法：试验方法： 将将A、B品系混合接种在基本培养基表面；品系混合接种在基本培养基表面； 短时间后喷短时间后喷T1杀死杀死A品系，使其不能持续产生品系，使其不能持
29、续产生thr与与leu供供B品系持续生长。品系持续生长。 结果与结论：结果与结论： 仍然出现原养型菌落。仍然出现原养型菌落。 从而表明互养并非原养型菌落出现的原因，而可能发从而表明互养并非原养型菌落出现的原因，而可能发生了遗传重组。生了遗传重组。转化作用及其排除转化作用及其排除 把品系把品系A的培养液经加热灭菌，的培养液经加热灭菌，加入加入到到B品系的培养物中，未得到原养型菌落；表明原品系的培养物中，未得到原养型菌落；表明原养型菌落可能不是由转化作用产生。养型菌落可能不是由转化作用产生。这种原养型细胞如何出现？这种原养型细胞如何出现？A菌株B菌株A、B菌株分别培养在基本菌株分别培养在基本培养基
30、上培养基上 一边加压和一边加压和吸引使培养液充分混合吸引使培养液充分混合 结果任何一臂的培养基上结果任何一臂的培养基上均未长出原养型细菌。均未长出原养型细菌。直接接触直接接触(接合接合)是原养型是原养型细胞出现的必要条件。细胞出现的必要条件。海斯海斯（Hayes W.,1952）证明）证明：接合过程是一种单向接合过程是一种单向转移，转移，A菌株遗传物质菌株遗传物质 B菌株，从供体（菌株，从供体（donor）到受体（）到受体（receptor）。）。滤片大分子可通过，细菌不能通过U型管的实验型管的实验（Davis，1950）F 因子：致育因子（性因子），是一种附加体。因子：致育因子（性因子），是
31、一种附加体。携带携带F因子的菌株称为供体菌或雄性，用因子的菌株称为供体菌或雄性，用F表示。表示。未携带未携带F因子的菌株为受体菌或雌性，用因子的菌株为受体菌或雌性，用F表示。表示。、F因子及因子及F向向F的转移：的转移：F 因子的组成：因子的组成：染色体外遗传物质，环状染色体外遗传物质，环状DNA； 4060个蛋白质基因；个蛋白质基因；24个个/细胞细胞(雄性内雄性内)。F 因子的三种状态：因子的三种状态：以大肠杆菌为例：以大肠杆菌为例：没有没有F因子，即因子，即F；一个自主状态一个自主状态F因子，即因子，即F；一个整合到自己染色体内的一个整合到自己染色体内的F因子，即因子，即Hfr。自主状态
32、时自主状态时F 因子独立进行分裂。因子独立进行分裂。 F 因子的传递：因子的传递：带带F 因子的细菌较少。具因子的细菌较少。具有有F 因子的菌株可以作为供体。因子的菌株可以作为供体。 F 因子中有形成因子中有形成F性伞毛性伞毛（F pilus）的基因）的基因接合管接合管 F 细胞中的细胞中的F 因子由接合因子由接合管向管向F传递传递 F受体变成受体变成F。FF：先形成接合管，先形成接合管， F因子的因子的DNA边转移边复制，边转移边复制， F细胞细胞 F细胞。细胞。F因子及其在杂交中的行为因子及其在杂交中的行为在在HfrF结合时，结合时，细菌染色体由一细菌染色体由一小段单链的小段单链的F因子为
33、前导而转移到因子为前导而转移到F-受体受体 边进入边合成。一般仅小部分细菌染色边进入边合成。一般仅小部分细菌染色体能够转入，接合中断体能够转入，接合中断受体细胞为受体细胞为F，F因子仍留在供体内。因子仍留在供体内。F因子整合到细菌染色体上（因子整合到细菌染色体上（FHfr细胞），其繁殖与细菌染色体同步进行。细胞），其繁殖与细菌染色体同步进行。此时，细菌基因的重组频率增加此时，细菌基因的重组频率增加 4倍倍以上，以上，染色体上整合有染色体上整合有F因子的菌株，因子的菌株，称为称为Hfr菌株。菌株。HfrHfrF F、Hfr细胞的形成及染色体的转移：细胞的形成及染色体的转移：降解单交换单交换双交换
34、双交换受体内受体内基因子基因子供体外基因子供体外基因子部分二倍体：部分二倍体：当当F或或Hfr的细菌的细菌染色体进入染色体进入F后，在后，在一个短时期内，一个短时期内，F细细胞内的某些位点就会胞内的某些位点就会成为二倍体成为二倍体DNA。cb+a+c+ba部分二倍体中发生交换部分二倍体中发生交换:单数交换：打开环状染色体，产生一个线性染色体，这种单数交换：打开环状染色体，产生一个线性染色体，这种细胞是不能成活的。细胞是不能成活的。偶数交换：产生可遗传的重组体和片段。偶数交换：产生可遗传的重组体和片段。、中断杂交试验及染色体连锁图：、中断杂交试验及染色体连锁图：50年代，雅科（年代，雅科（Jac
35、ob F.）和沃尔曼（）和沃尔曼（Wollman E.）：）： 中断杂交试验：发现接合时遗传物质转移是直线进行。中断杂交试验：发现接合时遗传物质转移是直线进行。其方法为：其方法为：Hfr菌株与菌株与F菌株混合培养。菌株混合培养。Hfr菌株：菌株：strs a+ b+ c+ d+对链霉素敏感对链霉素敏感F-菌株：菌株：strr a- b- c- d-抗链霉素抗链霉素不同时间取样不同时间取样 搅拌器中断杂交搅拌器中断杂交 稀释含链霉素完全稀释含链霉素完全培养基培养基 杀死杀死Hfr细菌细菌 抗抗str细菌菌落细菌菌落 影印培养法：影印培养法：鉴定鉴定a+b+c+d+各基因转移时间。各基因转移时间。
36、实例：实例：Hfr菌株：苏氨酸菌株：苏氨酸(thr+)、亮氨酸、亮氨酸(leu+)、抗叠氮化物、抗叠氮化物(azir)、抗抗T1噬菌体噬菌体(tonr)、半乳糖、半乳糖(galb+)、乳糖、乳糖(lac+)。F-菌株：菌株：thr-、leu-、azis、tons、galb-、lac-型。型。8分钟时：分钟时：thr+进入进入F-细胞；细胞；8.5分钟时：分钟时：leu+进入进入F-细胞；细胞；9分钟时：出现叠氮化物抗性分钟时：出现叠氮化物抗性的菌落，少数的菌落，少数azir基因进入基因进入F-细胞；细胞；11分钟时：出现抗噬菌体分钟时：出现抗噬菌体T1的的F-细菌；细菌；18和和25分钟时：分
37、别出现乳糖分钟时：分别出现乳糖和半乳糖发酵基因，即和半乳糖发酵基因，即lac+和和galb+进入进入F-细胞。细胞。88.591118重组体中各标志基因进重组体中各标志基因进入入F- 细胞中时间不同，细胞中时间不同，达到最高水平的时间也达到最高水平的时间也不同；不同；随时间的推迟，某个基随时间的推迟，某个基因的重组率增加；一定因的重组率增加；一定程度后，重组率便不再程度后，重组率便不再增加。增加。如：如：10tonr首次出现，首次出现， 15时时40%、25后后80%。Hfr中基因是按一定的线性中基因是按一定的线性顺序依次进入顺序依次进入F-菌株的。菌株的。 thrleuazitonlacga
38、lF O88.59111825时间时间(分钟分钟) 以基因出现的时间为标准以基因出现的时间为标准 作出作出E. coli的遗传连锁图。的遗传连锁图。 大肠杆菌大肠杆菌 Hfr thr+leu+lac+gal+azistonsstrs F thrleulacgalazir tonr strr的结果的结果 标记基因标记基因 转入的时间（分钟）转入的时间（分钟） 频率频率 thr+ 8 100(经选择的经选择的) leu+ 8.5 100(经选择的经选择的) azis 9 90 tons 11 70 lac+ 18 40 gal+ 25 25 用一种大肠杆菌的不同用一种大肠杆菌的不同HfrHfr菌株
39、进行中断杂交实验，作出菌株进行中断杂交实验，作出连锁图，其基因向连锁图，其基因向F F- -细胞转移的顺序不同。细胞转移的顺序不同。Hfr类型类型原点基因转移顺序原点基因转移顺序HfrHO Othrthrproprolaclacpurpurgalgalhishisglyglythithi1O Othrthrthithiglyglyhishisgalgalpurpurlaclacpropro2O Oproprothrthrthithiglyglyhishisgalgalpurpurlaclac3O Opurpurlaclacproprothrthrthithiglyglyhishisgalgal
40、AB312O Othithithrthrproprolaclacgurgurgalgalhishisglygly 转移的顺序是不是随机？例如：转移的顺序是不是随机？例如：thr thi gly 。Hfr1和和HfrAB312菌系的中断杂交试验及其连锁图：菌系的中断杂交试验及其连锁图：开始开始开始开始结束结束结束结束差异：不同差异：不同Hfr菌株转移菌株转移的原点的原点(O)和转移和转移方向不同。方向不同。进一步说明进一步说明F因子和因子和细菌染色体都是环状。细菌染色体都是环状。 、重组作图：、重组作图：两基因转移时间间距两基因转移时间间距2 2分钟分钟时，中断杂交法的图距不够精确，时，中断杂交
41、法的图距不够精确，应采用传统的重组作图法。应采用传统的重组作图法。例：二个基因紧密连锁例：二个基因紧密连锁:lac-（乳糖不发酵）（乳糖不发酵） ade-（腺嘌呤缺陷型）（腺嘌呤缺陷型）完全培养基混合培养完全培养基混合培养完全培养基完全培养基（无腺嘌呤、加链霉素）（无腺嘌呤、加链霉素）F-ade+lac+未发生交换未发生交换F-ade+lac-基因间发生交换基因间发生交换Hfr lac+ade+（strs）F- lac-ade-（strr）F-ade+ 菌落菌落 加乳糖加乳糖基因间重组频率：基因间重组频率： 两个位点间的时间约为两个位点间的时间约为1分钟，约相当于分钟，约相当于20%的的重组值
42、。重组值。-lac ade100%22%(lac ade )(lac ade )三、性导三、性导（sexduction）: :性导：指接合时由性导：指接合时由F因子因子所携带的外源所携带的外源DNA整合到细菌整合到细菌染色体的过程。染色体的过程。F 因子整合过程：因子整合过程：可逆：发生环出时，可逆：发生环出时，F因子因子又可重新离开染色体。又可重新离开染色体。整合整合环出环出Adelberg和和Burns(1959)：F 因子偶尔在环出时因子偶尔在环出时不够准确，会携带出不够准确，会携带出染色体上的一些基因，染色体上的一些基因，这种因子称为这种因子称为F因子。因子。 F因子携带染色体因子携带
43、染色体的节段大小：从一个的节段大小：从一个标准基因到半个细菌标准基因到半个细菌染色体。染色体。F因子使细菌带有某些因子使细菌带有某些突出的特点：突出的特点：F因子转移基因频率极因子转移基因频率极高，如同高，如同F+因子转移频率；因子转移频率；F因子自然整合率极高，因子自然整合率极高，并且整合在一定的座位上。并且整合在一定的座位上。携带与细菌染色体一样携带与细菌染色体一样的同源区段；而正常的同源区段；而正常 F因子因子可在不同座位整合。可在不同座位整合。雅科和阿代尔伯格发现：雅科和阿代尔伯格发现：特殊的特殊的Hfr菌株能把菌株能把lac+ 等位基因高频率地转移到等位基因高频率地转移到F lac-
44、受体中。受体中。lac基因位于远端，中断杂交实验中只有基因位于远端，中断杂交实验中只有1/1000重组率；重组率；由由F携带携带lac+ 基因进入受体后可在基因进入受体后可在lac位点上形成部分位点上形成部分二倍体二倍体Flac+ / lac-。性导在大肠杆菌遗传研究中的作用：性导在大肠杆菌遗传研究中的作用：分离出大量分离出大量F F因子（每个因子（每个F F因子携带有不同大肠因子携带有不同大肠杆菌基因）杆菌基因）利用不同基因在一起的并发性导的利用不同基因在一起的并发性导的频率来作图；频率来作图；通过性导产生部分二倍体通过性导产生部分二倍体确定等位基因位置、确定等位基因位置、显隐性关系；显隐性
45、关系；. . 性导形成的部分二倍体可用作互补测验性导形成的部分二倍体可用作互补测验确定两个确定两个突变类型是否属于同一个基因。突变类型是否属于同一个基因。并发性导并发性导(co-sexduction):是建立遗传图的另一手段，两个位点必须密切是建立遗传图的另一手段，两个位点必须密切相连才能处在同一个相连才能处在同一个F因子上。因子上。获得两个位点间重组率获得两个位点间重组率 每个片段的连锁群。每个片段的连锁群。性导作图法与转导作图法相同。性导作图法与转导作图法相同。实例实例 黎德伯格与津德（黎德伯格与津德（1951）发现鼠伤寒沙门氏菌中转导现象。）发现鼠伤寒沙门氏菌中转导现象。 . 将两个沙门
46、氏菌的营养缺陷型进行杂交：将两个沙门氏菌的营养缺陷型进行杂交： phe-trp-tyr-met+his+phe+trp+tyr+met-his-混合培养混合培养在基本培养基发现原养型的菌落在基本培养基发现原养型的菌落频率为频率为1/105 . . 产生上述结果的原因产生上述结果的原因:.是否属于恢复突变是否属于恢复突变? ?高频率出现不可能是回复突变。高频率出现不可能是回复突变。.是否属于接合、性导是否属于接合、性导? 戴维斯戴维斯U型管试验型管试验 ( (防止细胞直接防止细胞直接接触接触) ) 结果也获得野生型结果也获得野生型重组体，排除由于重组体，排除由于接合或性导接合或性导而产生基因重组
47、可能性。而产生基因重组可能性。.是否属于转化是否属于转化?结果表现为不受结果表现为不受DNA酶的影响，排除了由于酶的影响，排除了由于DNA片断通过滤片片断通过滤片经转化实现基因重组可能性。经转化实现基因重组可能性。. 唯一可能的结论是：这种重组通过一种过滤性因子实现。唯一可能的结论是：这种重组通过一种过滤性因子实现。这种过滤性因子称为这种过滤性因子称为FA，不受，不受DNA酶的影响酶的影响。FA为噬菌体为噬菌体P22（溶源性）。（溶源性）。1.概念：指以噬菌体为媒介进行的细菌遗传物质重组，概念：指以噬菌体为媒介进行的细菌遗传物质重组，是细菌遗传物质传递和交换方式之一。是细菌遗传物质传递和交换方
48、式之一。2.特点：特点：以噬菌体为媒介以噬菌体为媒介 细菌的一段染色体被错误地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包装在噬菌体的蛋白质外壳内 通过感染转移到另一个受体细胞内。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感染细菌的能力决定于噬菌体的蛋白质外壳。蛋白质外壳。四、转导（四、转导（transduction）：）：、普遍性转导：、普遍性转导：转导颗粒转导颗粒同源重组同源重组错误包装错误包装(1/1000(1/1000机率机率) )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（不包
49、含噬菌体的遗传物质）。的假噬菌体（不包含噬菌体的遗传物质）。. .作用：可转导细菌染色体组的任何部分。作用：可转导细菌染色体组的任何部分。以普遍性转导噬菌体以普遍性转导噬菌体P1为例，测定大肠杆菌的为例，测定大肠杆菌的leu（亮氨酸合成（亮氨酸合成)、 thr（苏氨酸合成）、（苏氨酸合成）、 azi（叠（叠氮化钠抗性）三个基因的氮化钠抗性）三个基因的顺序。顺序。2 2测定细菌基因间的连锁关系：测定细菌基因间的连锁关系：噬菌体噬菌体P1大肠杆菌大肠杆菌leu+、thr+、azi+ P1后代后代含转导颗粒含转导颗粒大肠杆菌大肠杆菌leu-、thr-、azi- 侵染侵染侵染侵染释放释放基本培养基基本
50、培养基2azi，leu+整合整合thr+细菌生长细菌生长azir 与与azis个数个数leu+与与leu个数个数受体菌特定培养（接上图）受体菌特定培养（接上图）基本培养基基本培养基1azi，thr+整合整合leu+细菌可生长细菌可生长azir 与与azis个数个数thr+与与thr个数个数基本培养基基本培养基3aziLeu+ thr+细菌生长细菌生长azir 与与azis个数个数三个位点之间的连锁关系：三个位点之间的连锁关系：实验实验1： 2种可能排列：种可能排列： azileuthr leuazithr实验实验2：肯定三个基因的顺序是：肯定三个基因的顺序是： azileuthr实验实验3：
