第七章 細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖

1、第七章 細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖我們已經(jīng)看到，減數(shù)分裂和分離的關(guān)系，交叉和重組的關(guān)系，這些現(xiàn)象都是真核類生物的基因傳遞方式的特征，是有性生殖過程的反映。然而還有一類生物稱為原核生物（Prokaryotes），它們沒有明顯的核，不進(jìn)行減數(shù)分裂。例如細(xì)菌在核質(zhì)和細(xì)胞質(zhì)之間不存在明顯的核膜，又如病毒沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，這類生物的基因傳遞方式是非減數(shù)分裂式的。我們在這一章里將討論它們的遺傳物質(zhì)從一個(gè)世代到另一世代的幾種傳遞方式。第一節(jié) 細(xì)菌和病毒在遺傳學(xué)研究中的地位作為遺傳學(xué)研究對(duì)象的細(xì)菌和病毒 細(xì)菌的結(jié)構(gòu)簡單，世代時(shí)間短，通常20分鐘一代，而且容易得到它們的生化突變型，所以細(xì)菌已成為最常用的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)材料

2、之一。細(xì)菌是單細(xì)胞，形狀和大小變化很多，它的遺傳物質(zhì)是一個(gè)大型的環(huán)狀核酸分子，稱之為基因帶（genophore），也可稱為染色體。細(xì)菌通常由簡單的裂殖法增殖。通過這種無性的分裂過程，單一細(xì)菌可在固體培養(yǎng)基上形成一個(gè)菌落（clone）。雖然一個(gè)菌落有著共同的祖先，但不是所有的菌落都是一樣的。當(dāng)一個(gè)細(xì)菌的遺傳組成（genetic constitution）偶而發(fā)生突變（mutation）時(shí)，由這突變細(xì)菌所形成的菌落當(dāng)然跟其它菌落不同。如這種細(xì)菌的菌落或菌株（strain）已經(jīng)喪失產(chǎn)生某種營養(yǎng)物質(zhì)的能力（通常是氨基酸），就稱為營養(yǎng)缺陷型（auxotroph），相對(duì)于缺陷型的野生型菌株，可以叫做原養(yǎng)型

3、（prototroph）。相當(dāng)長的一段時(shí)間，認(rèn)為細(xì)菌只是無性生殖的，各個(gè)細(xì)菌間沒有遺傳物質(zhì)的交換。在1946年，Lederberg和Tatum發(fā)現(xiàn)兩型大腸桿菌（Escherichia coli）間有遺傳物質(zhì)的交換。他們觀察到，如果一型大腸桿菌對(duì)某一化學(xué)成份是缺陷型，而另一型對(duì)另一化學(xué)成份是缺陷型，一個(gè)混合的培養(yǎng)物中，偶而會(huì)出現(xiàn)對(duì)兩種化學(xué)成份都能產(chǎn)生的原養(yǎng)型細(xì)菌。這些結(jié)果當(dāng)然也可能是由于實(shí)驗(yàn)的誤差，例如污染（contami-nation），新的突變或其它原因，但通過各種實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)可以肯定，這種新型的細(xì)菌的起源可歸致于細(xì)胞與細(xì)胞接觸中遺傳物質(zhì)的直接交換。近年來，很多微生物遺傳學(xué)家已經(jīng)研究清楚，這些

4、物質(zhì)交換是怎樣產(chǎn)生的，這也是我們這一章中要詳談的內(nèi)容。說到病毒，近年來這方面的研究進(jìn)展很快。它們不是細(xì)胞，是比細(xì)胞更單純的一種生命存在形式。它們自身沒有代謝機(jī)能，不能單獨(dú)地生長和增殖，必須寄生在活細(xì)胞中，利用活細(xì)胞的代謝機(jī)器來進(jìn)行增殖。病毒根據(jù)宿主細(xì)胞的不同，可以分為動(dòng)物病毒，植物病毒和細(xì)菌病毒三種。細(xì)菌病毒又稱噬菌體（bacteriophage，或簡寫為pha-ge）。病毒的結(jié)構(gòu)包括蛋白質(zhì)的外殼和包裹在中間的病毒遺傳物質(zhì)一個(gè)單一的核酸分子，這核酸分子也稱為基因帶或染色體。病毒似乎是無性的，可是Delbrck等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)具有不同特性的噬菌體添加到細(xì)菌培養(yǎng)中，以后在它們的后裔中出現(xiàn)原有病毒性狀的新

5、組合。當(dāng)排除了其它可能原因后，可以得出結(jié)論說，某種形式的遺傳物質(zhì)交換是存在的，這些過程也將在本章中討論。細(xì)菌和病毒是遺傳學(xué)研究的好材料 細(xì)菌和病毒結(jié)構(gòu)簡單，繁殖力強(qiáng)，世代時(shí)間短，培養(yǎng)要求和生理狀態(tài)的變化多，大都能在一定成分的培養(yǎng)基上生長繁殖。因?yàn)榧?xì)菌和病毒有這些特性，所以帶來了細(xì)菌和病毒作為遺傳學(xué)研究材料的優(yōu)越性：（1）細(xì)菌本身和作為病毒宿主的細(xì)菌大都能合成全部氨基酸和維生素，能在一定成份的培養(yǎng)基上生長，所以容易找出營養(yǎng)缺陷型，并且不難找出各個(gè)營養(yǎng)缺陷型所需要的物質(zhì)。（2）研究基因的作用時(shí)，常常要用到營養(yǎng)缺陷型，也常常需要對(duì)代謝產(chǎn)物或細(xì)菌本身進(jìn)行化學(xué)分析，而細(xì)菌繁殖迅速，代謝作用旺盛，在培養(yǎng)中

6、短時(shí)間內(nèi)能累積大量代謝產(chǎn)物，所以便于基因作用的研究。（3）突變的頻率是很低的，要在幾十個(gè)培養(yǎng)皿中才能觀察到一個(gè)突變型?，F(xiàn)在如果所觀察的性狀是抗鏈霉素突變型，只要在培養(yǎng)基中加入鏈霉素，那末敏感的細(xì)菌就不能形成菌落，而只有發(fā)生抗性突變的細(xì)菌才能在培養(yǎng)基上長成菌落，所以可以在培養(yǎng)基中觀察若干億細(xì)菌中所發(fā)生的少數(shù)突變。這種選擇性培養(yǎng)方法是遺傳學(xué)研究中一個(gè)很有用的方法。（4）研究基因的精細(xì)結(jié)構(gòu)，必須獲得某一基因內(nèi)的大量不同位點(diǎn)（sites）的突變型，然后通過重組分析測定它們的位置。由于這些突變發(fā)生在同一基因中，它們的位置非常接近，所以要觀察極大量的子代才能發(fā)現(xiàn)少數(shù)重組子，這只有用細(xì)菌和噬菌體作材料，應(yīng)用

7、選擇性培養(yǎng)的方法，才能做到。關(guān)于這一點(diǎn)，將在“基因的基本特性”一節(jié)中詳細(xì)談到。（5）高等動(dòng)植物具有復(fù)雜的體制，比較難以著手研究一些復(fù)雜的遺傳學(xué)問題，例如代謝作用的調(diào)節(jié)控制問題等。細(xì)菌的體制簡單，便于著手。當(dāng)然在細(xì)菌中得到的結(jié)論不一定能應(yīng)用到高等生物中，但是可以得到啟發(fā)，推動(dòng)高等生物中這些問題的研究。除了上述這些以外，細(xì)菌和病毒作為遺傳學(xué)研究的材料還有很多方便之處，如便于建立純系，便于長期保藏等。細(xì)菌和病毒在醫(yī)學(xué)上也很重要，研究它們還有實(shí)際意義。第二節(jié) 細(xì)菌的遺傳分析細(xì)菌中，大腸桿菌是用得最為廣泛的遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)材料，因?yàn)樗鼘?duì)于人類不是一種嚴(yán)重的病原菌，而且可以在含有鹽類和葡萄糖的簡單培養(yǎng)基上生長。

8、細(xì)菌的雜交 細(xì)菌的雜交最初是在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的。大腸桿菌有很多菌株，有的對(duì)抗生素是敏感的，有的則是有抗性的，例如在含有鏈霉素的培養(yǎng)基中，所有對(duì)鏈霉素敏感的細(xì)菌都被殺死，只有抗鏈霉素的細(xì)菌能夠生長。有的菌株在基本培養(yǎng)基（minimal medium）上不能生長，需要加一些特殊的物質(zhì)，如氨基酸之類。例如野生型大腸桿菌能在基本培養(yǎng)基上生長，而甲硫氨酸營養(yǎng)缺陷型只能在加有甲硫氨酸的基本培養(yǎng)基上生長，生物素缺陷型只能在加有生物素的基本培養(yǎng)基上生長。這些細(xì)菌菌株通常都能真實(shí)遺傳，那就是說，子代細(xì)胞跟親代細(xì)胞一樣，有同樣的生長要求。一旦我們知道了菌株間的遺傳差異后，我們就可探討細(xì)菌能否雜交，以及有否基因的交

9、換了。為了方便起見，這些菌株按照它們所短缺的，不能合成的物質(zhì)來命名，取前面三個(gè)字母，右上角寫上負(fù)號(hào)“-”，或正號(hào)“+”，負(fù)號(hào)代表缺陷型或突變型，正號(hào)代表野生型。例如上面已提到過的，甲硫氨酸缺陷型寫作met-生物素缺陷型寫作bio-而與它們相對(duì)的能合成這種物質(zhì)的野生型寫成mat+和bio+。對(duì)抗生素敏感或抗性的品系，也取前面三個(gè)字母，不過在右上角寫上s或r，代表敏感（sensitive）或抗性（resistant）。例如對(duì)鏈霉素敏感的寫成str3。對(duì)鏈霉素抗性的寫成strr。現(xiàn)在看Lederberg和Tatum（1946年）的一個(gè)實(shí)驗(yàn)：大腸桿菌K12中兩個(gè)菌株A和B，菌株A需要在基本培養(yǎng)基上補(bǔ)充

10、甲硫氨酸和生物素，菌株B需要在基本培養(yǎng)基上補(bǔ)充蘇氨酸、亮氨酸和硫胺，因此它們的基因型可以寫作：菌株A：met- bio- thr+ leu+ thi+菌株 B：met+ bio+ thr- leu- thi-菌株A與B在基本培養(yǎng)基上都不能生長，因此把它們分別涂布在基本培養(yǎng)基的固體平板上，培養(yǎng)幾天后都沒有看到任何菌落。若是把A和B混合培養(yǎng)在含有以上五種物質(zhì)的液體培養(yǎng)基中，幾小時(shí)后，離心培養(yǎng)物，把沉淀細(xì)胞洗滌后涂布在基本培養(yǎng)基上，發(fā)現(xiàn)長出了菌落，頻率是107中有一個(gè)（110-7）。用圖71說明。110-7是一個(gè)很低的數(shù)值，從一千萬個(gè)細(xì)胞中挑出一個(gè)來，在果蠅等傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)材料中很難做到這一點(diǎn)，可是在細(xì)菌

11、中，應(yīng)用只有原養(yǎng)型（met+bio+thr+leu+thi+）能在基本培養(yǎng)基上生長的道理，甚至比110-7還要低的頻率都可輕而易舉地挑出來，所以這種選擇技術(shù)是非常有用的。這種與親代不同的能在基本培養(yǎng)基上生長的細(xì)菌是由于營養(yǎng)上的互補(bǔ)，即一些物質(zhì)從一個(gè)菌株的細(xì)胞中泄漏出來而為另一菌株的細(xì)胞所吸收呢？還是菌株A和菌株B發(fā)生雜交后，交換遺傳信息（genetic information）后，出現(xiàn)重組，產(chǎn)生met+bio+thr+len+thi+的細(xì)菌呢？我們再來看一個(gè)實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)一種U型管，中間有過濾器隔開，濾器的孔很小，細(xì)菌不能通過，但培養(yǎng)液和營養(yǎng)物質(zhì)可以通過（圖7-2）。U型管的一臂添加菌株A，另一臂

12、添加菌株B（圖72）。在U型管中培養(yǎng)一些時(shí)候，再測定每一臂的細(xì)菌，沒有發(fā)現(xiàn)一個(gè)細(xì)菌能在基本培養(yǎng)基上生長。看來要有原養(yǎng)型細(xì)胞的形成，兩個(gè)菌株間的直接接觸是必不可少的。概括上面的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們可以這樣說，菌株A和菌株B的細(xì)菌通過接觸后，就象高等生物的有性過程一樣，發(fā)生了雜交，遺傳物質(zhì)有了交換，產(chǎn)生與兩個(gè)親代菌株不同的野生型met+bio+thr+eu+thi+。F因子 在大腸桿菌的遺傳學(xué)研究中，很早就知道，它們的遺傳物質(zhì)的傳遞方式跟具有典型減數(shù)分裂過程的生物不同。例如兩個(gè)親本類型對(duì)它們子裔的遺傳貢獻(xiàn)并不相等，有些親代基因組合出現(xiàn)在子裔中，而另一些則不見了。而且所有在子裔中出現(xiàn)的基因都是連鎖的。對(duì)這

13、些特點(diǎn)有各種說法，不過Hayes證明大腸桿菌有性的分化后，才逐漸清楚了。Hayes做一個(gè)雜交試驗(yàn)，用的菌株跟Lederberg和Tatum用的相似：菌株A菌株Bmet-thr+leu+thi+met+thr-leu-thi-但是他用鏈霉素處理菌株A或菌株B，這種處理并不殺死它們，只是阻礙它們的分裂。他把處理過的菌株A跟未處理的菌株B混合，或把處理過的菌株B跟未處理的菌株A混合，結(jié)果大不相同。菌株B經(jīng)處理后，在基本培養(yǎng)基上沒有活下來的；但是菌株A經(jīng)過處理后，基本培養(yǎng)基上有活下來的，而且頻率跟未經(jīng)處理的對(duì)照一樣。這是怎么一回事呢？一個(gè)解釋是：大腸桿菌中遺傳物質(zhì)的交換不是交互的，事實(shí)上一個(gè)菌株（菌株

14、B）作為遺傳物質(zhì)的受體（recipient），而另一菌株（菌株A）是供體（donor）。供體經(jīng)鏈霉素處理后不能分裂，但仍能轉(zhuǎn)移基因，而受體未受處理，當(dāng)然仍能分裂，所以接受轉(zhuǎn)移過來的基因后，有可能在基本培養(yǎng)基上形成菌落。這種單向的基因交換可以比之于性的差別，所以可以把供體看作是雄的，而受體是雌的。供體和受體間性行為的不同，以后發(fā)現(xiàn)，是由一個(gè)微小的可轉(zhuǎn)移的因子叫做F引起的。F因子又稱性因子或致育因子（sex orfertility factor），它是能獨(dú)立增殖的環(huán)狀DNA分子。供體細(xì)胞含有F因子，記作F+。F+細(xì)菌的表面有稱作性傘毛（sex Pili）的細(xì)長纖毛，由此與F-細(xì)菌接合（圖73）。F

15、因子具有能形成性傘毛的基因，此外F因子還可改變細(xì)胞表面的構(gòu)造，以防止F+細(xì)菌間的接合。因此接合僅發(fā)生在F+與F-之間；而F+與F+間以及F-與F-間是不發(fā)生的。細(xì)菌由分裂而增殖時(shí)，從F+細(xì)菌產(chǎn)生F+細(xì)菌，從F-細(xì)菌產(chǎn)生F-細(xì)菌；但F+細(xì)菌與F-細(xì)菌混合培養(yǎng)時(shí)，F(xiàn)-細(xì)菌變?yōu)镕+細(xì)菌。這是因?yàn)镕+細(xì)菌與F-細(xì)菌接合，F(xiàn)因子通過性傘毛從F+細(xì)菌轉(zhuǎn)移到F-細(xì)菌。在轉(zhuǎn)移時(shí)，F(xiàn)+細(xì)菌中的F因子復(fù)制，其中一個(gè)雖轉(zhuǎn)移到F-細(xì)菌，原來的細(xì)菌仍為F+。從而F-細(xì)菌的培養(yǎng)液中添加少量F+細(xì)菌而培養(yǎng)時(shí)，幾乎所有的細(xì)菌都成為F+細(xì)菌，但染色體很少通過結(jié)合而轉(zhuǎn)移到F-細(xì)菌，所以染色體上基因的重組頻率很低，還不到百萬分之一

16、。另一方面，F(xiàn)+細(xì)菌丟失F因子，成為F-細(xì)菌。要把F+細(xì)菌變?yōu)镕-，最有效的方法是用吖黃素（acriflavine）處理。調(diào)節(jié)吖黃素的濃度，使這濃度不妨礙細(xì)菌的增殖，但可選擇性地阻礙F1因子的復(fù)制。這樣在含有吖黃素的培養(yǎng)液中培養(yǎng)F+細(xì)菌，所有的細(xì)菌都成為F-。高頻重組 隨后不久，在菌株A中發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的菌株，跟菌株B（F-）雜交時(shí)，出現(xiàn)重組子的頻率很高，幾乎比F+F-雜交高上一千倍。這個(gè)新的菌株就叫做高頻重組（high frequency of re-combination）菌株，或簡稱Hfr菌株。在上面已談到過，在F+F-雜交中，幾乎所有F-細(xì)菌都轉(zhuǎn)變?yōu)镕+，而在HfrF-雜交中，盡管出現(xiàn)高頻

17、率的重組，但F-細(xì)菌很少有轉(zhuǎn)變?yōu)镕+細(xì)菌的。這個(gè)問題使遺傳學(xué)家感到迷惑不解。用中斷雜交技術(shù)作連鎖圖 Wollman和Jacob思考這個(gè)問題，他們想了解Hfr細(xì)菌在交配中，什么時(shí)候把基因轉(zhuǎn)移給F-細(xì)菌。他們把兩個(gè)菌株混在一起，進(jìn)行雜交：菌株的基因符號(hào)的說明見表71，把這兩菌株在培養(yǎng)液中進(jìn)行通氣培養(yǎng)，Hfr細(xì)菌與F-細(xì)菌開始接觸，形成接合管。每隔一定時(shí)間取樣，把菌液放在攪拌器內(nèi)攪拌，斷開結(jié)合管，使配對(duì)的細(xì)菌分開。然后稀釋菌液，防止再度配對(duì)。把稀釋后菌液涂布在含有鏈霉素，但不含有蘇氨酸和亮氨酸的培養(yǎng)基上。在這培養(yǎng)基上，帶有thr+和leu+的Hfr菌對(duì)鏈霉素是敏感的，而帶有strr的F-菌不能合成蘇

18、氨酸和亮氨酸，都不能生長，所以只有帶有thr+和leu+的Hfr菌和帶有strr的F-菌的重組子可以生長。重組子thr+ leu+strr的菌落影印培養(yǎng)（replica plating，這是使一系列培養(yǎng)皿的相同位置上出現(xiàn)相同菌落的接種培養(yǎng)方法）在若干不同的選擇培養(yǎng)基（selective media）上，分析Hfr染色體上其它非選擇性標(biāo)記基因進(jìn)入F-細(xì)菌的順序和所需時(shí)間（分鐘），繪制出連鎖圖。這種根據(jù)供體基因進(jìn)入受體細(xì)胞的順序和時(shí)間繪制連鎖圖的技術(shù)，稱為中斷雜交技術(shù)（interrupted mating technigue）。* 不同基因影響同一性狀時(shí)，在基因符號(hào)后加一大寫字母以資區(qū)別，如met

19、A，metB等。結(jié)果發(fā)現(xiàn)（表72），在兩菌株混和后8分鐘時(shí)，還未見有供體菌的非選擇性標(biāo)記基因進(jìn)入F-細(xì)胞。在混和后 9分鐘取樣時(shí)，開始出現(xiàn)少量疊氮化鈉抗性菌落，但此時(shí)受體菌對(duì)T1噬菌體還是敏感的，說明tonr基因尚未進(jìn)入F-細(xì)菌中?；旌秃?1分鐘時(shí)，開始出現(xiàn)對(duì)T1噬菌體有抗性的菌落。混和后18分鐘和24分鐘取樣時(shí)，又陸續(xù)出現(xiàn)乳糖能利用（lac+）和半乳糖能利用（gal+）菌落，而在這以前，全部菌落都屬于不能利用型。 從圖74還可以看到，從Hfr菌株的基因在F-細(xì)菌中出現(xiàn)開始，隨著時(shí)間的推移，具有這一基因的菌落逐漸增加，直到某一百分?jǐn)?shù)為止；而且某一基因出現(xiàn)的時(shí)間愈早，它所達(dá)到的百分?jǐn)?shù)也愈高。例如

20、疊氮化鈉抗性基因出現(xiàn)最早，在24分鐘時(shí)就達(dá)到大約90的F-菌落；半乳糖發(fā)酵基因出現(xiàn)最遲，即使在混和后60分鐘時(shí)取樣，也只有30的菌落屬于能利用型。 這些事實(shí)說明，Hfr細(xì)菌的基因按一定的時(shí)間順序依次地出現(xiàn)在F-細(xì)胞。因?yàn)榛蚴窃谌旧w上，因此這也就是說，染色體從一端開始，這一端稱為原點(diǎn)（origin）或O，以線性方式進(jìn)入F-細(xì)胞中?；螂x開原點(diǎn)越遠(yuǎn)，進(jìn)入F-細(xì)胞越遲。離開原點(diǎn)較遠(yuǎn)的基因，可能在轉(zhuǎn)移過程（transfer process）停止以前，仍未轉(zhuǎn)移，因而斜率較低，達(dá)到的最高值也較?。▓D74）。Wollman和Jacob認(rèn)識(shí)到，根據(jù)中斷雜交技術(shù)，用雜交后Hfr基因最初在受體細(xì)菌中出現(xiàn)的時(shí)間

21、作為指標(biāo)，可以作連鎖圖。這里距離的單位是分鐘，那就是說，如果ton在azi開始進(jìn)入F-細(xì)胞后2分鐘進(jìn)入，那么azi和ton相隔2單位。這種連鎖圖是根據(jù)遺傳學(xué)資料作成的，并沒有什么已經(jīng)知道的物理基礎(chǔ)（圖75）。 如果讓HfrF-雜交繼續(xù)進(jìn)行，長達(dá)二小時(shí)，然后使之中斷，這樣發(fā)現(xiàn)某些F-受體轉(zhuǎn)變?yōu)镠fr。換句話說，致育因子最后轉(zhuǎn)移到受體，并使它們成為供體；但效率很低，是線性染色體的最后一個(gè)單位。這樣我們就得到下面這樣的圖形：大腸桿菌的染色體呈環(huán)形 用不同Hfr菌株進(jìn)行中斷雜交試驗(yàn)，都可作成連鎖圖，可是基因轉(zhuǎn)移的順序，轉(zhuǎn)移起點(diǎn)和轉(zhuǎn)移方向卻很不相同（表73）。乍一看，似乎很難理解，但如仔細(xì)比較基因轉(zhuǎn)移順

22、序，卻有一定線索可尋。每一Hfr菌株的基因順序雖不相同，但不是隨機(jī)的。例如所有trp基因都有mal在一邊，gal在另一邊；其它基因也是如此，除非它們是在連鎖群的另一端。基因轉(zhuǎn)移的順序是不恒定的，但有規(guī)可循。例如兩個(gè)菌株（H和P 72）的次序是O gel trpmal，而另外兩個(gè)菌株（C，J4）的次序是O mal trp gal。兩者的轉(zhuǎn)移順序正好相反。還有，上面已提到過，致育因子是最后轉(zhuǎn)移，所以總是在原點(diǎn)的另一端?？茖W(xué)工作者把上面這些事實(shí)貫穿起來，提出假設(shè)說，F(xiàn)+細(xì)胞有一小小的細(xì)胞質(zhì)因子F因子，能在細(xì)菌相互接合時(shí)，從F+細(xì)胞轉(zhuǎn)移到F-細(xì)胞，使F-細(xì)胞成為F+細(xì)胞。如果F+雄性細(xì)胞的染色體是環(huán)狀

23、的，而且還有一個(gè)F因子，那末任何線性的Hfr 染色體的形成都可用F因子插入環(huán)狀染色體的不同地點(diǎn)來說明（圖76，又見圖7-15）。F因子整合到細(xì)菌染色體的過程 細(xì)菌染色體是環(huán)狀的，這是從遺傳學(xué)資料推導(dǎo)出來的，這在當(dāng)時(shí)是難以置信的概念，在若干年后才得到證實(shí)。F因子的插入決定了Hfr染色體的極性，F(xiàn)因子所在的地方是末端，而跟F因子相對(duì)的一點(diǎn)是原點(diǎn)，是染色體轉(zhuǎn)移的起點(diǎn)。那末F因子怎樣插入到環(huán)狀染色體呢？現(xiàn)在知道，F(xiàn)因子也是環(huán)狀DNA分子，跟細(xì)菌的染色體一樣。在環(huán)狀的細(xì)菌染色體和環(huán)狀的F因子間的一個(gè)簡單交換，可形成一個(gè)較大的環(huán)（圖77）。F因子是質(zhì)粒（plasmid）的一種。所謂質(zhì)粒是指染色體外遺傳因索

24、，它可以自律地復(fù)制，并在細(xì)胞分裂時(shí)分配到子細(xì)胞中。質(zhì)粒中，有的除了可在染色體外自律地增殖以外，還可整合到染色體上，成為染色體的一部分，這樣的質(zhì)粒特稱為附加體（episome）。F因子或F質(zhì)粒在F+細(xì)菌中存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，在Hfr細(xì)菌中整合到染色體，所以F質(zhì)粒是附加體的一種。環(huán)形的F因子包括幾個(gè)部分：1）原點(diǎn)，是轉(zhuǎn)移的起點(diǎn)；2）形成性傘毛的基因群（gene family），使細(xì)菌表面出現(xiàn)一至若干性傘毛，通過性傘毛與F-細(xì)菌接合；3）DNA復(fù)制酶基因，與F因子本身的復(fù)制有關(guān)，以及4）插入序列（insertion sequence，IS），與其插入細(xì)菌染色體的過程有關(guān)（圖78）。F因子含有的IS聚集于

25、F因子的某個(gè)區(qū)域，另一方面，在E.coli染色體的各個(gè)區(qū)域也有多數(shù)IS存在。如F因子內(nèi)的一個(gè)IS與細(xì)菌染色體上的一個(gè)IS配對(duì)，發(fā)生交換，F(xiàn)因子就整合到染色體上。IS有極性，或者向左，或者向右，所以交換后整合到細(xì)菌染色體的F方向也就隨著定了。如圖78（a）所示，F(xiàn)因子的IS3跟染色體的proB和lac之間的IS3發(fā)生交換時(shí)，F(xiàn)以順時(shí)針方向插入proB與lac之間。若如（b）所示，則F的IS2跟lac與proC間的IS2配對(duì)，F(xiàn)以逆時(shí)針方向插入lac與proC之間。結(jié)果兩者的染色體轉(zhuǎn)移方向正好相反。所以前述各Hfr菌株染色體的原點(diǎn)和轉(zhuǎn)移方向的不同，可以認(rèn)為是F因子整合到細(xì)菌染色體的不同IS部位的結(jié)

26、果。細(xì)菌的交換過程 到現(xiàn)在為止，我們只討論了雜交中遺傳信息的轉(zhuǎn)移過程。這是根據(jù)雜交中產(chǎn)生的重組子推論出來的。然而在重組子被檢出以前，轉(zhuǎn)移過去的基因必須通過一種交換過程整合到受體的基因組（genome）去。我們現(xiàn)在來討論一下這種交換過程的某些特點(diǎn)。原核類中的遺傳交換并不是在兩整套基因組間進(jìn)行，象在真核類那樣，而是在一完整的基因組（稱作F-內(nèi)基因子，endogenote）與一不完整的基因組（稱作供體外基因子，exogenote）間進(jìn)行，所以是在部分二倍體（partial diploid）或部分合子（merozygote）（圖79）間進(jìn)行?，F(xiàn)在我們把大腸桿菌的性過程概括在圖710中。這兒還有一點(diǎn)要提

27、出來說明：部分合子中完整的F-染色體與部分Hfr染色體間發(fā)生單交換是沒有用的，因?yàn)榄h(huán)斷裂后，只能產(chǎn)生不平衡的部分二倍體線性染色體（圖711）。F-染色體與部分Hfr染色體間發(fā)生偶數(shù)的交換，才能產(chǎn)生有活性的重組子（recombinant）和片斷（fragment）（圖712）。片斷是部分基因組，也就是說，只有全部基因內(nèi)容的一部分，大都在以后的細(xì)胞分裂中丟失。所以在細(xì)菌的重組中，有兩個(gè)特點(diǎn)：1）只有偶數(shù)交換才能產(chǎn)生平衡的重組子。2）相反的重組子（reciprocal recombinant）不出現(xiàn)，所以在選擇培養(yǎng)上只出現(xiàn)一種重組子。重組作圖 在中斷雜交試驗(yàn)中，可以根據(jù)基因轉(zhuǎn)移的先后次序，以時(shí)間為單

28、位，得出基因的連鎖關(guān)系。如果兩基因間轉(zhuǎn)移的時(shí)間單位接近兩分鐘，那末用中斷雜交技術(shù)，測定基因間的正確圖距，就不很可靠。這時(shí)可用傳統(tǒng)的重組作圖法（recombinationmapping）。例如兩個(gè)基因，lac和ade，根據(jù)中斷雜交試驗(yàn)，知道這兩基因是緊密連鎖的，而且就某些Hfr供體來說，ade是lac之后進(jìn)入F-受體的。這樣我們就可以做雜交試驗(yàn)：Hfr lac+ ade+ strsF- lac- ade- strr把這兩型細(xì)菌混和，使相互作用60分鐘。然后在含有鏈霉素的基本培養(yǎng)基上倒平板。在這種培養(yǎng)基上，Hfr細(xì)胞都被殺死，因?yàn)樗鼈儗?duì)鏈霉素是敏感的，未雜交的F-細(xì)胞也被殺死，因?yàn)樗鼈兪窍汆堰嗜毕?/p>

29、型，所以選出來的重組子都是ade+ strr。因?yàn)閍de+是在lac+之后進(jìn)入F-細(xì)胞的，轉(zhuǎn)移順序在ade+前面的lac+自然也已進(jìn)入，所以我們選出的F-ade+strr，一定是由同時(shí)得到lac+和ade+的部分二倍體起源的（圖713）。把得到的重組子菌落影印培養(yǎng)在加有曙紅和美藍(lán)的培養(yǎng)基（EMB培養(yǎng)基）上，檢定能否利用乳糖。如能發(fā)酵乳糖（lac+），菌落是紫紅色的；如不能利用（lac-），菌落是粉紅色的。我們選得的F-ade+如果同時(shí)是lac+，表明lacade之間沒有發(fā)生過交換；如果是lac-，表明在這兩個(gè)基因之間發(fā)生過交換，（表74，圖714）；所以求兩基因間的距離，或所謂重組頻率，可用下

30、式表示：象lac和ade這樣兩個(gè)座位，根據(jù)時(shí)間單位方法，距離是1分鐘，用重組方法，重組值是22，時(shí)間單位和重組值的關(guān)系，大致上是，1個(gè)時(shí)間單位（1分鐘）相當(dāng)于20重組值。因?yàn)闀r(shí)間單位接近2分鐘時(shí)，測得的基因間的距離，就不那么可靠，所以應(yīng)該采用比較穩(wěn)定的重組作圖法。用重組頻率所測得的基因間距離和由Hfr基因進(jìn)入F-細(xì)菌的時(shí)間先后所測得的基因間距離基本上是符合的。根據(jù)中斷雜交實(shí)驗(yàn)，基因重組試驗(yàn)，以及其它基因定位實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，目前已經(jīng)繪制出環(huán)狀遺傳學(xué)圖，包括52個(gè)準(zhǔn)確定位的基因座位，而初步定位的基因則不下五、六百個(gè)（圖715）。性導(dǎo) 在1959年，Adelberg 在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)一種新的F因子。正常

31、的Hfr菌株只有在性接合之末，才把性因子轉(zhuǎn)移進(jìn)去；而有一個(gè)Hfr菌株，它的性因子的轉(zhuǎn)移頻率似乎跟F+菌株一樣高。這種新的F因子象它的原來Hfr狀態(tài)一樣，以同一方向和順序把細(xì)菌染色體轉(zhuǎn)移過去，但是效率比普通Hfr低得多。這種新F因子轉(zhuǎn)移到F-細(xì)胞后，使F-細(xì)胞變?yōu)镕+細(xì)胞。由此看來，這種新的性因子似乎已從穩(wěn)定的Hfr狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞質(zhì)中的F+狀態(tài)。但是這種新的F因子仍能在同一地點(diǎn)整合到細(xì)菌的染色體上，回復(fù)到Hfr狀態(tài)，又以高頻率轉(zhuǎn)移細(xì)菌染色體。Adelberg稱這種新的F因子為F（F-prime）。例如有一Hfr菌株，這菌株的lac+座位（乳糖發(fā)酵基因）接近Hfr染色體的末端，也就是說，lac+是

32、最后轉(zhuǎn)移的基因。他發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的F+菌株，能把lac+以很高頻率轉(zhuǎn)移到F-lac-受體，使受體細(xì)胞在表型上成為F+lac+，但這些lac+菌落不穩(wěn)定，偶而（110-3）出現(xiàn)lac-子細(xì)胞，所以受體細(xì)胞應(yīng)該是部分二倍體，F(xiàn)lac+ lac-（圖7-16）。因?yàn)镕1ac+/lac-細(xì)胞的表型是lac+，所以知道lac+對(duì)lac-是顯性。利用F因子形成部分二倍體，叫做性導(dǎo)（sexduction或Fduction）。有些F因子帶有相當(dāng)大部分的細(xì)菌染色體，如適當(dāng)標(biāo)記，可在部分二倍體中進(jìn)行重組研究。三種不同的致育因子的相互關(guān)系 現(xiàn)在把雄性菌株（malestrains）的不同致育因子F，Hfr，F(xiàn)的關(guān)系概述如

33、下（圖 717）。（1） F是帶有部分細(xì)菌染色體的F因子，它的性質(zhì)在F和Hfr之間。Hfr通過交換，可以形成帶有部分細(xì)菌染色體的F因子，而F因子又可通過交換整合到細(xì)菌染色體上的原來位置，回復(fù)到以前的Hfr狀態(tài)。（2）F 因子連同它所帶有的部分細(xì)菌染色體可一起轉(zhuǎn)移到F-細(xì)胞，其轉(zhuǎn)移速率近于F因子。利用F可以形成部分二倍體，進(jìn)行重組研究。F因子偶而也可把它所在的供體細(xì)菌的染色體轉(zhuǎn)移到F-細(xì)胞，這是由于F的整合，所以供體細(xì)菌染色體上基因的轉(zhuǎn)移方向和順序跟F所來自的Hfr一樣。（3）有F因子的細(xì)胞是F+細(xì)胞，沒有F因子的細(xì)胞是F-細(xì)胞。相對(duì)于每一細(xì)菌染色體，有13個(gè)F因子，F(xiàn)因子的復(fù)制是自律的。F+F

34、-，F(xiàn)因子由供體進(jìn)入F-細(xì)胞，使受體細(xì)胞成為F+細(xì)胞，但供體細(xì)胞仍為F+，其染色體很少轉(zhuǎn)移。F因子可通過簡單交換整合到細(xì)菌染色體上，形成Hfr染色體。反過來，通過簡單交換，又可從Hfr染色體產(chǎn)生F因子。不同的Hfr菌株的染色體轉(zhuǎn)移起始點(diǎn)和方向不同，這是由于F因子整合的位置和方向不同的緣故。（4） Hfr能以高頻率把細(xì)菌染色體轉(zhuǎn)移到F-細(xì)菌中，而F因子因位于Hfr染色體的最末端，極少進(jìn)入。F因子和F因子很容易轉(zhuǎn)移到F-細(xì)胞中，但供體染色體的轉(zhuǎn)移率很低。第三節(jié) 噬菌體的遺傳分析很多細(xì)菌都能被噬菌體（bacteriophage，簡作 phage）感染。噬菌體是化學(xué)成份最簡單的生物，它沒有一般的細(xì)胞結(jié)

35、構(gòu)，它由核酸和周圍的蛋白質(zhì)外殼構(gòu)成。噬菌體的結(jié)構(gòu)和大小變化很多，圖718表示幾種噬菌體的形態(tài)和相對(duì)大小。烈性噬菌體 烈性噬菌體（virulent phage）是使宿主菌發(fā)生裂解的噬菌體。它在侵染細(xì)菌時(shí)，先吸附到菌體表面的特異受體上，由噬菌體所產(chǎn)生酶的作用下，在細(xì)菌細(xì)胞壁上形成一個(gè)微孔，把它的頭部中所含的核酸遺傳物質(zhì)注入到菌體內(nèi)。噬菌體核酸所帶的遺傳信息把宿主菌的生物合成裝置接收過來，停止合成細(xì)菌成分，使細(xì)菌的合成裝置轉(zhuǎn)為合成更多的噬菌體成份，最后細(xì)菌細(xì)胞裂解（lysis），釋放出很多子代噬菌體（圖719）。但是噬菌體這樣小，只有在電子顯微鏡下才能看到，如何研究它們的遺傳呢？有一些性狀，我們可以

36、研究，就是噬菌斑的形態(tài)（plaque morphology）。一個(gè)噬茵體裂解一個(gè)細(xì)菌后，子代噬菌體感染鄰近的細(xì)菌，這些細(xì)菌又裂解，再侵染其它細(xì)菌，這是一個(gè)指數(shù)增加的現(xiàn)象。這種實(shí)驗(yàn)開始后，過了一夜，第二天就可在長滿細(xì)菌的不透明菌苔上看到一個(gè)圓形的透明區(qū)噬菌斑（plaque）。一個(gè)噬菌斑中通常含有107108噬菌體，這是由一個(gè)噬菌體起源的。所以一個(gè)噬菌斑中的噬菌體在遺傳上是均一的，相當(dāng)于一個(gè)克隆。由于噬菌體的基因型不同，噬菌斑可以是大的或小的，邊緣清晰的或模糊的，等等。另一些遺傳上可以分析的噬菌體性狀是宿主范圍（host range），某些細(xì)菌菌株不受噬菌體的吸附，而噬菌體能感染和裂解的細(xì)菌菌株也

37、可以不同。噬菌體的基因重組 從野生型噬菌體可以分離出突變型。各突變型的性質(zhì)可以傳給后裔。用兩種突變型噬菌體感染同一宿主菌，它們的后裔可以出現(xiàn)重組子。在40年代早期，Delbrck就注意到了噬菌體的這些性質(zhì)，進(jìn)行了遺傳學(xué)分析。我們現(xiàn)在來看烈性噬茵體T2的兩對(duì)性狀及其重組。第一對(duì)性狀有關(guān)宿主范圍（host range，h）。野生型h+噬菌體能侵染和裂解E.coli菌株B，但不能侵染E.coli菌株B/2，因?yàn)镋.coli B/2的細(xì)胞表面能阻止T2噬菌體對(duì)它的吸附。所以把T2噬菌體接種到B和B/2的混合培養(yǎng)物時(shí)，噬菌斑是半透明的。突變型h的宿主范圍擴(kuò)大，除了能夠侵染菌株B外，還能侵染菌株B/2，所

38、以接種到B和B/2的混合培養(yǎng)物后，能夠形成透明的噬菌斑。另一對(duì)性狀是有關(guān)噬菌斑形態(tài)。野生型r+噬菌體在侵染細(xì)菌后，形成小噬菌斑，直徑約1mm左右，周邊有朦朧的光環(huán)。這光環(huán)是這樣形成的：早期受侵染的細(xì)菌裂解后，形成侵染中心，由此釋放的噬菌體數(shù)量增多，往往有2個(gè)以上的噬菌體侵染一個(gè)細(xì)菌，這時(shí)出現(xiàn)溶菌阻礙現(xiàn)象（lysis inhibition），使宿主菌的裂解延遲，所以侵染中心的外周混有裂解的細(xì)胞和未裂解的細(xì)胞，從而在周邊形成朦朧的光環(huán)。從眾多的野生型小噬菌斑中，偶而會(huì)出現(xiàn)直徑約2mm的大噬菌斑。這是由稱為快速溶菌（rapid lysis）的突變型噬菌體r引起的。r噬菌體即使有2個(gè)以上侵入宿主菌，也

39、不會(huì)出現(xiàn)溶菌阻礙現(xiàn)象，所以r噬菌體形成的噬菌斑不僅大，而且周緣清晰。進(jìn)行重組實(shí)驗(yàn)時(shí)，把上述兩個(gè)親本噬菌體（hr+和h+r）去感染菌株B，噬菌體的濃度要高，使有高比例的細(xì)菌同時(shí)受到兩種噬菌體的感染（稱為混合感染或復(fù)感染，mixed or double in fection）（圖720）。把釋放出來的噬菌體（子代噬菌體）接種在同時(shí)長有菌株B和B/2的培養(yǎng)基上?，F(xiàn)在可以看到4種噬菌斑（表7-5，圖7-21）。注：透明是由h基因產(chǎn)生的，h可以感染菌株B和B/2。半透明是由h+基因產(chǎn)生的，h+只能感染菌株B4種噬菌斑中，透明而?。╤r+）和半透明而大（h+r）是親組合，半透明而?。╤+r+）和透明而大（

40、hr）是重組合。所以重組值可用下式計(jì)算：用上述公式求得的重組值，去掉，通常即可作為圖距。不同的快速溶菌突變型在表型上不同，記作ra，rb，rc等。用不同快速溶菌突變型（rxh+）與宿主范圍突變型（r+h）雜交，結(jié)果如表7-6。我們可以根據(jù)表76的結(jié)果，作一連鎖圖。親組合（rh+和r+h）出現(xiàn)的頻率較高，重組合的頻率較低，求得的重組值隨r基因的不同而有變化。我們可以根據(jù)每一雜交作一連鎖圖（圖722）。三種不同的重組值，表示三個(gè)r基因的座位是不同的，所以有4種可能的連鎖圖（圖7-23）。我們能在這些可能的排列間作出抉擇嗎？首先我們只考慮rb，rc，和h，看排列順序是rchrb，還是hrcrb。我們

41、進(jìn)行雜交rcrb+rc+rb，把得到的重組值跟rbh間的距離比較。如rc-rb的重組值大于rb-h=12.3，我們可以認(rèn)為h位于rb和rc之間，所以排列順序是rchrb。剩下來的問題是，ra在h的哪一邊？靠近rb還是靠近rc？這個(gè)問題不能單是把ra跟rb和rc雜交來回答，因?yàn)橘Y料得不出明確的答案。只有當(dāng)很多不同的T2品系發(fā)現(xiàn)后，才能進(jìn)行廣泛的遺傳學(xué)作圖，我們才發(fā)現(xiàn)兩種排列順序都是正確的。為什么可以rarehrb和rehrbra都正確呢？原來T2噬菌體的連鎖圖也是環(huán)狀的（圖7-24）。事實(shí)上，T2連鎖群的圖距總長約有1500圖距單位（mapunit）。溶源性細(xì)菌 烈性噬菌體感染細(xì)菌后，總是使菌體

42、裂解；而另一類噬菌體感染細(xì)菌后，除偶而情況外，不出現(xiàn)溶菌現(xiàn)象。這后一類噬菌體被稱為溫和噬菌體（temperate phage）。溫和噬菌體感染細(xì)菌后，可采取兩種增殖周期中的一種（圖7-25）。其中一種是溶菌周期，細(xì)菌受到感染后，菌體內(nèi)噬菌體迅即增殖，菌體被裂解，噬菌體釋放出來。這一周期是偶而自發(fā)產(chǎn)生的，也是烈性噬菌體所必然采取的。另一種是所謂溶源周期，細(xì)菌受噬菌體感染后，好象未被感染一樣，細(xì)菌繼續(xù)增殖。這時(shí)受感染的細(xì)菌具有下列兩個(gè)特征：（1）細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)已有了侵入的噬菌體，再也不會(huì)受到同一種噬菌體的侵染，也就是說，有了免疫性。這種免疫性的特異程度很高。例如受噬菌體侵染的細(xì)菌僅對(duì)噬菌體有免疫性，對(duì)

43、其它溫和噬菌體就沒有免疫性，仍可被感染。（2）這種細(xì)菌即使沒有外來噬菌體的感染，有時(shí)偶而也會(huì)自發(fā)地釋放噬菌體。如用紫外線照射，或以絲裂霉素C等化學(xué)藥劑處理，進(jìn)行誘導(dǎo)（induction），則能一齊地釋放成熟噬菌體。象這樣，有些細(xì)菌帶有某種噬菌體，但并不立即導(dǎo)致溶菌，這種現(xiàn)象稱為溶源性（lysogeny），而這樣的細(xì)菌稱為溶源性細(xì)菌或溶源菌（lysogenic bacteria）。受溫和噬菌體感染的細(xì)菌，幾乎都成為溶源菌，而且能把這種特性傳給子代細(xì)胞。從單個(gè)溶源菌開始的培養(yǎng)中，所有的細(xì)菌都是溶源菌，只要不進(jìn)行誘導(dǎo)，溶源性幾乎可以半永久性地傳下去。溶源性的遺傳基礎(chǔ) 細(xì)菌的溶源性能一代代傳下去，而在

44、誘導(dǎo)后又能產(chǎn)生成熟的噬菌體，所以細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)必然含有無感染能力的噬菌體。如把處于這種狀態(tài)的噬菌體稱為原噬菌體（propha-ge），那末原噬菌體以何種方式存在于細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)呢？在細(xì)胞質(zhì)中有很多份呢，還是跟染色體聯(lián)系在一起呢？現(xiàn)在知道，溶源菌中原噬菌體的存在形式有兩種：一種是染色體外的以游離形式存在，另一種是整合到細(xì)菌染色體上。原噬菌體在細(xì)菌細(xì)胞中采取哪一種形式，視噬菌體的種類而定。P1以游離狀態(tài)存在，而以及80，等以整合狀態(tài)存在（圖7-26）。事有巧合，Lederberg等所用的原始E.coli菌株對(duì)于溫和噬菌體來說是溶源菌。噬菌體是一種富有特點(diǎn)的噬菌體，受到了廣泛的研究。值得注意的是，如果F+與

45、F-細(xì)胞間進(jìn)行雜交，發(fā)現(xiàn)雜交結(jié)果與所用的溶源菌菌株有關(guān)。如F+F-()，即F-細(xì)胞是帶有噬菌體的溶源菌時(shí)，可偶而產(chǎn)生溶源性重組子；而反交F+()F-，即F+細(xì)胞是帶有噬菌體的溶源菌時(shí)，幾乎不產(chǎn)生溶源性重組子。那末這些結(jié)果如何說明呢？當(dāng)Hfr菌株被用于遺傳學(xué)分析以后，這些結(jié)果就容易理解了。在雜交HfrF-（）中，Hfr基因轉(zhuǎn)移到F-細(xì)胞，所以有Hfr基因的溶源性F-重組子很容易得到。然而在反交Hfr（）F-中，Hfr菌株的前端基因可在F-受體中出現(xiàn)，但后端基因的重組子得不到。因?yàn)槿茉葱訦fr跟非溶源性F-受體雜交時(shí)，經(jīng)過一定時(shí)間，原噬菌體進(jìn)入一個(gè)無免疫能力的細(xì)胞，原噬菌體隨即開始復(fù)制，使細(xì)胞裂解

46、，釋放出游離的噬菌體，這個(gè)現(xiàn)象叫做合子誘導(dǎo)（zygotic induction）。既然原噬菌體進(jìn)入非溶源性細(xì)胞后，使受體細(xì)胞裂解，這樣在噬菌體轉(zhuǎn)移以后才進(jìn)入F-細(xì)胞的Hfr后端基因就無法得到了。上面談到的F+()F-，幾乎不出現(xiàn)溶源性重組子，就是因?yàn)檫M(jìn)入F-細(xì)胞后，使F-細(xì)胞裂解，所以就得不到溶源性重組子了。通過中斷雜交試驗(yàn)可以證明，原噬菌體在一特定時(shí)間進(jìn)入F-細(xì)胞，這時(shí)間跟gal（半乳糖發(fā)酵基因）的進(jìn)入時(shí)間密切有關(guān)，表示原噬菌體所在的地點(diǎn)就在gal座位的附近。關(guān)于這一點(diǎn)，下一節(jié)中還要談到。轉(zhuǎn)導(dǎo) 細(xì)菌雜交發(fā)現(xiàn)以后，過了幾年又發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)導(dǎo)（trans-duction）。轉(zhuǎn)導(dǎo)是指以噬菌體為媒介，將細(xì)

47、菌的小片段染色體或基因從一個(gè)細(xì)菌轉(zhuǎn)移到另一細(xì)菌的過程。轉(zhuǎn)導(dǎo)有兩種，一為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)，一為特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)。（1）普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 細(xì)菌雜交是在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)的。為了要知道鼠傷寒沙門氏菌（salmonella typhimurium）中是否也有同樣現(xiàn)象，用沙門氏菌的兩個(gè)突變菌株進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一個(gè)菌株是phe-try-tyr-，另一突變株是met-his-。這兩菌株分別在基本培養(yǎng)基上培養(yǎng)時(shí)，沒有發(fā)現(xiàn)野生型細(xì)胞。然而把這兩突變株在基本培養(yǎng)基上進(jìn)行混合培養(yǎng)時(shí)，大約在10-5細(xì)胞中得到一個(gè)原養(yǎng)型菌落這好象跟大腸桿菌的重組沒有什么不同。然而把這兩菌株放入U(xiǎn)型管的兩臂，中間有一濾板隔開，防止細(xì)胞接觸，也得到了野生型細(xì)胞。這說

48、明沙門氏菌的基因重組不是通過細(xì)胞接合，而是通過過濾因子（filterable agent）而發(fā)生的。以后發(fā)現(xiàn)這過濾因子就是噬菌體P22一種已知的沙門氏菌的溫和噬菌體，因?yàn)檫^濾因子的大小和質(zhì)量與P22相同；過濾因子用抗P22血清處理后失活。這種實(shí)驗(yàn)雖然沒有證明沙門氏菌中有接合現(xiàn)象，卻發(fā)現(xiàn)了由噬菌體介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移過程轉(zhuǎn)導(dǎo)。現(xiàn)在知道，P22感染細(xì)菌細(xì)胞時(shí)，細(xì)菌染色體斷裂成小片段。在形成噬菌體顆粒時(shí)，偶而錯(cuò)誤地把細(xì)菌染色體的片段組合到頭部，而不是它們自己的遺傳物質(zhì)。因?yàn)闆Q定感染細(xì)菌的能力的是外殼蛋白質(zhì)，所以這種病毒或轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒（transducing particles）可以吸附到細(xì)菌細(xì)胞上，注入它們的

49、內(nèi)容物，現(xiàn)在這內(nèi)容物是宿主細(xì)菌的部分基因了。當(dāng)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的噬菌體內(nèi)容物注入一個(gè)受體細(xì)胞后，形成一個(gè)部分二倍體，然后導(dǎo)入的基因通過重組，整合到宿主菌的染色體上（圖7-27）。利用部分二倍體，還可測定細(xì)菌基因間的連鎖關(guān)系?，F(xiàn)在舉一個(gè)例子，用大腸桿菌的P1噬菌體進(jìn)行下列轉(zhuǎn)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)：供體thr+leu+ara+受體thr-leu-ara-我們可以在受體中選擇一個(gè)或幾個(gè)供體的標(biāo)記基因，然后檢定非選擇性標(biāo)記基因的有或沒有（表7-7）。以leu+為選擇標(biāo)記，得知被轉(zhuǎn)導(dǎo)的供體菌染色體中，同時(shí)有50為azir，2為thr+。這表明leu比較靠近azi，而離開thr較遠(yuǎn)。所以排列順序是以thr+為選擇標(biāo)記，發(fā)現(xiàn)同時(shí)被轉(zhuǎn)

50、導(dǎo)到受體菌的，有3為leu+，而未檢出有azir，這表明thr比較靠近leu，所以基因順序應(yīng)該是如果同時(shí)選擇thr+和leu+，則被轉(zhuǎn)導(dǎo)的受體菌染色體中都沒有包括azi。這樣看來，轉(zhuǎn)移噬菌體所帶有的供體菌染色體片段從thr開始，有時(shí)延伸到leu，但沒有擴(kuò)展到azi的。根據(jù)細(xì)菌接合實(shí)驗(yàn)等，這段染色體長度相當(dāng)于細(xì)菌染色體的1/100，大致上也就是噬菌體染色體的長度。1.噬菌體附著到E.coli染色體的gal+座位附近，噬菌體染色體通過交換整合到細(xì)菌染色體，成為原噬菌體。帶有原噬菌體的細(xì)菌菌株K12成為溶源菌K12（）2.通過不規(guī)則交換，產(chǎn)生轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體d gal+。轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體約喪失25的噬菌體基因，

51、卻獲得了整合位置附近的細(xì)菌基因gal+等3. 轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體d gal+感染gal-細(xì)菌，形成轉(zhuǎn)導(dǎo)子d gal+/gal-。轉(zhuǎn)導(dǎo)子中少數(shù)是穩(wěn)定的gal+型，這是由gal座位上的重組形成的；但大多數(shù)是不穩(wěn)定轉(zhuǎn)導(dǎo)子，是d gal+/gal-型4.不穩(wěn)定轉(zhuǎn)導(dǎo)子在少數(shù)情況下會(huì)分離出gal-細(xì)胞，這可用d gal+染色體的切除來說明，因?yàn)閐不能復(fù)制，所以在細(xì)胞分裂中丟失或被稀釋一般地說，根據(jù)轉(zhuǎn)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的遺傳學(xué)圖與依照接合實(shí)驗(yàn)作成的遺傳學(xué)圖是一致的，但前者更為精細(xì)些。上面談到的P22，P1這一類噬菌體可以轉(zhuǎn)移細(xì)菌染色體的很多不同部分，所以稱為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalized transduction）。（

52、2）特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)我們現(xiàn)在介紹另一類噬菌體，它們所進(jìn)行的轉(zhuǎn)導(dǎo)是特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specialized transduction），或局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（restricted transduction），這類噬菌體只轉(zhuǎn)移細(xì)菌染色體的特定部分。上面講到過的噬菌體是特異轉(zhuǎn)導(dǎo)者（transducer）的一個(gè)很好例子。大腸桿菌的一個(gè)溶源菌株K12（）可由紫外光誘導(dǎo)，用來進(jìn)行轉(zhuǎn)導(dǎo)。唯一成功的轉(zhuǎn)導(dǎo)包括 gal座位。根據(jù)實(shí)驗(yàn)知道，總是附著到gal座位的鄰近位置。gal+供體gal-受體的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，可用圖7-28的模式簡明地說明。轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中有一些值得注意的特點(diǎn)：（1）所有g(shù)al+轉(zhuǎn)導(dǎo)子（transductants）對(duì)噬菌體的超

53、數(shù)感染（superinfection）都是免疫的，但gal+轉(zhuǎn)導(dǎo)子在菌體裂解時(shí)不能產(chǎn)生成熟的噬菌體，可見帶有g(shù)al+的噬菌體是有缺陷的，記作dgal+（-defective gal+）。（2）d gal+轉(zhuǎn)導(dǎo)粒子（transducing particles）約喪失25的噬菌體染色體，但具有完整的外殼，所以仍能感染細(xì)菌。（3）以dgal+轉(zhuǎn)導(dǎo)粒子去感染gal-細(xì)菌，所形成的gal+轉(zhuǎn)導(dǎo)子中有相當(dāng)一部分是不穩(wěn)定的，能持續(xù)地產(chǎn)生gal-分離子（segregants），所以這些不穩(wěn)定轉(zhuǎn)導(dǎo)子是部分二倍體，除了受體染色體上的gal-外，還有d原噬菌體上的gal+，基因型應(yīng)為d gal+/gal-。遺傳學(xué)規(guī)律的普遍性 最后關(guān)于細(xì)菌和病毒的遺傳分析還要說幾句話。大約在40年代以前，人們認(rèn)為細(xì)菌的分裂是無絲的（amitotic），那時(shí)自然不會(huì)想到細(xì)菌會(huì)有類似于性過程的現(xiàn)象。現(xiàn)在由于細(xì)菌和病毒遺傳學(xué)的迅速發(fā)展，不僅了解了細(xì)菌和病毒染色體的結(jié)構(gòu)，還知道了細(xì)菌和病毒染色體的復(fù)制形式（其中有些將在以后談到），而且還發(fā)現(xiàn)細(xì)菌有類似于性過程的現(xiàn)象，以及細(xì)菌和病毒的基因連鎖和基因重組。我們學(xué)習(xí)細(xì)菌和病毒的遺傳分析，不僅使我們認(rèn)識(shí)到遺傳規(guī)律在微生物和高等生物中的一致性，而且還使我們意識(shí)到，學(xué)習(xí)細(xì)菌和病毒的遺傳分析方法，還對(duì)我們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果分析有相當(dāng)大的幫助呢。習(xí)題1.為什么說細(xì)菌和病毒是遺傳學(xué)研究的好