1、细菌和病毒的遗传医学知识 根据寄主的不同把病毒分为植物病毒、动物病毒和细菌病毒。细菌病毒又叫噬菌体（bacteriophage），它是目前研究比较清楚的一种病毒。真核生物的基因重组是通过减数分裂实现的，而原核生物的细菌和既不是原核生物又不是真核生物的病毒，它们不进行减数分裂，但也能进行基因重组。细菌和病毒的遗传医学知识2第五章第五章 细菌和病毒的遗传细菌和病毒的遗传 3第一节第一节 细菌和病毒遗传研究的意义细菌和病毒遗传研究的意义 本节内容简单，容易看懂，请大家自学。细菌和病毒的遗传医学知识4第二节第二节 噬菌体的遗传分析噬菌体的遗传分析 5一、噬菌体的结构与繁殖一、噬菌体的结构与繁殖 形态：
2、蝌蚪形、微球形、细线形等。结构：E.coli T系列如T1、T2、T3、T4-T7等 为蝌蚪形，它们的结构相似。分类：烈性噬菌体烈性噬菌体（virulent phage），如E.coli 的 T偶数列噬菌体 温和型噬菌体温和型噬菌体（temperate phage），如、P1 和80噬菌体细菌和病毒的遗传医学知识61、烈性噬菌体的繁殖、烈性噬菌体的繁殖图图75 烈性噬菌体（烈性噬菌体（T4）的繁殖）的繁殖细菌和病毒的遗传医学知识7概念：概念：噬菌斑噬菌斑：把对噬菌体敏感的细菌和噬菌体混合培养在琼脂培养基上，未受侵染的细菌迅速生长，形成菌落（colony），而受侵染的细菌裂解（lysis），再侵
3、染邻近细菌使之再裂解，在长满菌落的不透明培养基上，会出现肉眼可见的透明的斑点，叫噬菌斑。基因型不同的噬菌体，产生的噬菌斑大小和形态不同，寄主范围（host range）也可能不同，根据这些性状可以加以区别。细菌和病毒的遗传医学知识82、温和型噬菌体的繁殖、温和型噬菌体的繁殖 图图76 噬菌体的溶源性周期和裂解周期噬菌体的溶源性周期和裂解周期 概念：概念：溶源性（lysogeny）周期：原噬菌体（prophage）：溶源性细菌：溶源性细菌对同一种噬菌体的侵染是免疫的。噬菌体感染细菌后，通过交换整合到细菌染色体上，而P1噬菌体并不整合到细菌染色体上，但它们都是溶原性细菌，属温和型噬菌体。温和型噬菌
4、体多数情况下，进行溶源性周期，但在外界因素影响下，也能进入裂解周期细菌和病毒的遗传医学知识9二、二、T2噬菌体的基因重组噬菌体的基因重组 赫尔歇（Hershey）对T2噬菌体的基因重组作了研究。研究的性状是噬菌斑的大小和寄主范围（host range）。野生型r-小噬菌斑；突变型r-大噬菌斑；野生型h-只能感染E.coli的B品系；突变型h-既能感染B品系，又能感染B2品系。噬菌体杂交：两种不同基因型的噬菌体在同一细菌体内的基因重组。细菌和病毒的遗传医学知识10 hr+h+r 即同时感染B品系，DNA复制后可能配 对，h r之间可能发 生交换 h r+h+r h r+h+r裂解后接种在同时 含
5、有B和B/2系的培养基上 h r+h+r h r h+r+透明、小斑 半透明、大斑 透明、大斑 半透明、小斑 亲 型 重 组 型细菌和病毒的遗传医学知识11 重组型噬菌斑数交换值=100 总噬菌斑数 去掉即为两基因（h、r）之间的遗传距离 细菌和病毒的遗传医学知识12第三节第三节 细菌的遗传分析细菌的遗传分析 13一、转化一、转化 转化（transformation）：指一种细菌或细胞通过细胞膜吸收外源DNA（供体DNA），并通过重组将外源DNA整合（参入）到自己的基因组中，从而表现出供体（donor）遗传性状的现象。接受供体遗传物质的细胞称为受体（receptor）。只有当整合的DNA片段产
6、生新的表现型时，才能测知转化的发生。细菌和病毒的遗传医学知识14 转化现象最初是由格里费斯（Griffith，F.）在1928年研究肺炎双球菌时发现的。肺炎双球菌有两种类型：（1）光滑型（S型）：被一层多糖类的荚膜所保护，有毒性，在培养基上形成光滑的菌落。（2）粗糙型（R型）：没有荚膜，没有毒性，形成粗糙型菌落.细菌和病毒的遗传医学知识15 根据血清学反应，分成许多抗原型：S、S、S、R、R.转化试验：转化试验：无毒的R型 有毒的S型 R型 S型（加热杀死）注入 加热（65）杀死再注入 混合后注入一个体内 老鼠 老鼠 老鼠 不死亡 不死亡 死亡RR型细菌重现型细菌重现 无无SS型菌重现型菌重现
7、 有少数有少数SS型菌重现型菌重现细菌和病毒的遗传医学知识16细菌和病毒的遗传医学知识17 1944年阿委瑞（Avery，O.T.）不仅重复了上述实验，而且将S型菌的DNA提取物与R型混合在一起，在离体培养条件下，使少数R型转化成了S型，并能稳定遗传，因为该提取物不受蛋白酶、多糖酶、核糖核酸酶（RNA酶）的影响，而只能为DNA酶所破坏，所以认为促成转化的物质是DNA。说明R型通过吸收了S型的DNA片段，实现了转化过程。这个转化实验直接证明了遗传物质是DNA，而不是蛋白质，也说明细菌的遗传物质可以通过转化进行重组。细菌和病毒的遗传医学知识182、联会（、联会（synapsis）供体单链DNA与受
8、体DNA根据亲缘关系进行联会，亲缘关系远，联会的可能性就小，转化的成功率就低，反之，则大。3、整合（、整合（integration）配对后通过置换作用，使供体DNA片段参入到受体DNA中。细菌和病毒的遗传医学知识20二、接合二、接合 接合(conjugation)：指原核生物的遗传物质通过细胞接触从供体（雄性）转移到受体（雌性）的过程。（一）接合与转化的区别（一）接合与转化的区别 1946年黎德伯格（Lederberg，J.）和塔特姆（Tatum，E.）用E.coli K12品系做的实验：met：甲硫氨酸缺陷型bio：生物素（biotin）缺陷型thr：苏氨酸（threonine）缺陷型leu
9、：亮氨酸（leucine）缺陷型 细菌和病毒的遗传医学知识21 图图711 戴维斯的戴维斯的U型管试验型管试验 为了解释上述原养型形成的原因，1950年戴维斯（Davis,B.）设计了U型管试验（图711）。A菌株和B菌株混合一段时间后，从任何一个臂内取样，分别涂布在基本培养基上，都没有出现原养形细菌。说明细胞接触是上述实验出现原养型的必要条件。所以这是接合而不是转化，二者的区别就在于细胞是否接触。细菌和病毒的遗传医学知识22（二）接合的过程（二）接合的过程 1952年，海斯（Hayes,W.）证明，接合中遗传物质的交流是单方向的：A（雄性，供体）B（雌性，受体）后来研究发现，之所以AB，是因
10、为A中有一个性因子（sex factor），称F因子，它是DNA，它可以自主存在于细胞质中，也可整合到细菌的染色体组内，这类遗传颗粒叫附加体（episome）。根据F因子在细胞中存在的状态，将细菌（以E.coli为例）分为三类：F+：F因子自主状态存在于细胞质中 F：细胞质中无F因子 Hfr：F因子整合在细菌的染色体组内 细菌和病毒的遗传医学知识23接合有两种情况：部分二倍体（部分合子）内基因子 外基因子 单交换时，E.coli的染色体被打开，呈链状，细菌死亡，无意义。双交换时，产生遗传的重组体，实现了遗传物质的交换。需要说明的是F很少转为Hfr（与F可转化为F区别），因为Hfr中的DNA在转
11、移的过程中，接合常常中断。细菌和病毒的遗传医学知识24分分 别别 影影 印印 培培 养养 到到 各各 培培 养养 皿皿 中中（三）中断杂交试验和染色体作图（三）中断杂交试验和染色体作图在接合过程中，根据F细胞中发现Hfr细胞基因的时间早晚来确定其顺序，从而进行基因定位。原理：把Hfr菌株与F菌株混合培养设Hfr菌株的基因型为：strs a+b+c+d+F菌株的基因型为：strr a b c d（strs-链霉素敏感基因，strr-链霉素抗性基因，a b c d代表不同的基因，-为原养型或抗性，-为缺陷型或敏感型）含含str的完全培养基的完全培养基以杀死以杀死Hfr细胞细胞 缺少缺少A物质的物质
12、的 缺少缺少B物质的物质的 缺少缺少C物质的物质的 缺少缺少D物质的物质的 完全培养基完全培养基 完全培养基完全培养基 完全培养基完全培养基 完全培养基完全培养基Hfr F混合培养混合培养隔一定时间取样搅 拌细菌和病毒的遗传医学知识25 1950年雅科（Jacob，F.）和沃尔曼（Wollman，E.）的中断杂交试验（interrupted mating experiment）:Hfr的基因型的基因型 F的基因型的基因型thr-苏氨酸野生型 thrleu-亮氨酸野生型 leuaziR-抗叠氮化钠 aziStonR-抗T1噬菌体 tonSlac-能发酵乳糖 lacgal-能发酵半乳糖 galst
13、rS-对链霉素敏感 strR实验发现：混合8分钟后取样，开始出现少量thr的F菌落；混合8.5分钟后取样，开始出现少量leu的F菌落；混合9分钟后取样，开始出现少量抗azi的F菌落；混合11分钟后取样，开始出现少量抗T1噬菌体的F菌落；混合18分钟后取样，开始出现乳糖发酵基因的F菌落；混合25分钟后取样，开始出现半乳糖发酵基因的F菌落；在18分钟之前F均属不发酵型。随着时间的推移，从Hfr得到的某个等位基因重组体的百分率增加，百分率增加到一定程度，就维持在一定的水平，很少出现100，这是因为在人为搅拌之前，有些接合已经中断，这种情况在重组体中就不会出现某个基因。细菌和病毒的遗传医学知识26 根
14、据上述实验可知，Hfr菌中的基因是按一定的线性顺序依次进入F的，据开始进入时间的早晚，可作出基因的直线连锁图（图718），以始点为原点（origin）,写作Othr leu azi ton lac gal F 8 8.5 9 11 18 25O 图图718 根据中断杂交试验作出的大肠杆菌直线连锁图（数字单位：根据中断杂交试验作出的大肠杆菌直线连锁图（数字单位：min）细菌和病毒的遗传医学知识27 注意注意：对于同一种细菌来说，不同的菌株F因子整合到细菌染色体的位置可能不同，这就形成不同的Hfr类型，在接合时，转移的原点和方向可能不同，就会出现多种基因转移顺序（如表76）。Hfr的类型基因转移顺
15、序HfrH123AB312O thr pro lac pur gal his gly thiO thr thi gly his gal pur lac proO pro thr thi gly his gal pur lac O pur lac pro thr thi gly his galO thi thr pro lac pur gal his gly 从表76看出，尽管Hfr类型不同，基因转移的起点和顺序不同，但基因的相邻关系并没有改变，说明细菌染色体是环状的，据表76作连锁图（图719），但当两基因的距离小于2分钟时，中断杂交法作出的图距不太准确。表表76 用中断杂交法确定的几个用中断
16、杂交法确定的几个Hfr菌株的基因顺序菌株的基因顺序细菌和病毒的遗传医学知识28三、性导三、性导（sexduction）F因子整合在细菌染色体（形成Hfr）的过程是可逆的，即可以整合上去，也可以通过环出（looping out）又离开染色体，但偶尔在离开时不够准确，携带了一段细菌染色体，这种F因子称F因子，在接合时，含有F因子的细菌（供体）以高频率地转移它的基因，并且整合在一定的座位上，因为它有与细菌染色体的同源区段（与正常F因子可整合在不同的座位相区别）形成部分二倍体，F因子可能消失，也可能通过交换使等位基因发生重组，产生重组体，实现了遗传物质的交换。细菌和病毒的遗传医学知识29四、转导四、转
17、导 转导（transduction）：指以噬菌体为媒介，将一个细菌的遗传物质转移给另一个细菌的过程。在转导过程中，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，通过再次感染而转移到另一个受体细菌内，形成的部分二倍体可以发生交换，从而实现遗传物质的重组。有些噬菌体包装细菌染色体的片段是随机的，这叫普遍性转导（generalized transduction）（下图），如P1、P22等。细菌和病毒的遗传医学知识30 有些噬菌体只包装细菌染色体的某一部分，这种转导叫局限性转导(restricted transduction)或特殊性转导（specialized transduction）。说明：（1）包装在噬菌体内的细菌染色体片段不受DNA酶的破坏，所以用DNA酶可以区分转化和转导。（2）因感染特性是由噬菌体的蛋白质外壳决定的，裂解特性是由噬菌体的DNA决定的。所以，包装有细菌染色体片段的噬菌体可再感染细菌，而因不含噬菌体的遗传物质，所以不会使细菌裂解。细菌和病毒的遗传医学知识31细菌和病毒的遗传医学知识32v噬菌体的基因重组噬菌体的基因重组v细菌间基因重组的四种途径，尤其是利用中断杂细菌间基因重组的四种途径，尤其是利用中断杂交试验作染色体连锁遗传图。交试验作染色体连锁遗传图。作业（作业（P174）：）：6、7、8、10 细菌和病毒的遗传医学知识33
