細(xì)菌和病毒的遺傳

關(guān)于細(xì)菌和病毒的遺傳第1頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五

根據(jù)寄主的不同把病毒分為植物病毒、動(dòng)物病毒和細(xì)菌病毒。細(xì)菌病毒又叫噬菌體（bacteriophage），它是目前研究比較清楚的一種病毒。真核生物的基因重組是通過(guò)減數(shù)分裂實(shí)現(xiàn)的，而原核生物的細(xì)菌和既不是原核生物又不是真核生物的病毒，它們不進(jìn)行減數(shù)分裂，但也能進(jìn)行基因重組。第2頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五第五章細(xì)菌和病毒的遺傳

第一節(jié)細(xì)菌和病毒遺傳研究的意義第二節(jié)噬菌體的遺傳分析第三節(jié)細(xì)菌的遺傳分析

第3頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五第一節(jié)細(xì)菌和病毒遺傳研究的意義第4頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五第二節(jié)噬菌體的遺傳分析

一、噬菌體的結(jié)構(gòu)與繁殖

二、T2噬菌體的基因重組

第5頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五一、噬菌體的結(jié)構(gòu)與繁殖

形態(tài)：蝌蚪形、微球形、細(xì)線形等。結(jié)構(gòu)：E.coliT系列如T1、T2、T3、T4------T7等為蝌蚪形，它們的結(jié)構(gòu)相似。分類(lèi)：烈性噬菌體（virulentphage），如E.coli的

T偶數(shù)列噬菌體

溫和型噬菌體（temperatephage），如λ、P1

和Ф80噬菌體第6頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五1、烈性噬菌體的繁殖圖7－5烈性噬菌體（T4）的繁殖第7頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五概念：

噬菌斑：把對(duì)噬菌體敏感的細(xì)菌和噬菌體混合培養(yǎng)在瓊脂培養(yǎng)基上，未受侵染的細(xì)菌迅速生長(zhǎng)，形成菌落（colony），而受侵染的細(xì)菌裂解（lysis），再侵染鄰近細(xì)菌使之再裂解，在長(zhǎng)滿菌落的不透明培養(yǎng)基上，會(huì)出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的透明的斑點(diǎn)，叫噬菌斑?；蛐筒煌氖删w，產(chǎn)生的噬菌斑大小和形態(tài)不同，寄主范圍（hostrange）也可能不同，根據(jù)這些性狀可以加以區(qū)別。

第8頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五2、溫和型噬菌體的繁殖

圖7－6噬菌體的溶源性周期和裂解周期

概念：溶源性（lysogeny）周期：原噬菌體（prophage）：溶源性細(xì)菌：溶源性細(xì)菌對(duì)同一種噬菌體的侵染是免疫的。噬菌體感染細(xì)菌后，通過(guò)交換整合到細(xì)菌染色體上，而P1噬菌體并不整合到細(xì)菌染色體上，但它們都是溶原性細(xì)菌，屬溫和型噬菌體。溫和型噬菌體多數(shù)情況下，進(jìn)行溶源性周期，但在外界因素影響下，也能進(jìn)入裂解周期第9頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五二、T2噬菌體的基因重組赫爾歇（Hershey）對(duì)T2噬菌體的基因重組作了研究。研究的性狀是噬菌斑的大小和寄主范圍（hostrange）。野生型r＋------小噬菌斑；突變型r－------大噬菌斑；野生型h＋------只能感染E.coli的B品系；突變型h－------既能感染B品系，又能感染B／2品系。噬菌體雜交：兩種不同基因型的噬菌體在同一細(xì)菌體內(nèi)的基因重組。

第10頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五h－r+×h+r－

即同時(shí)感染B品系，DNA復(fù)制后可能配對(duì)，hr之間可能發(fā)生交換h－r+h+r－h(huán)－r+h+r－裂解后接種在同時(shí)含有B和B/2系的培養(yǎng)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、小斑親型重組型第11頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五

重組型噬菌斑數(shù)交換值=×100％總噬菌斑數(shù)去掉％即為兩基因（h、r）之間的遺傳距離

第12頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五第三節(jié)細(xì)菌的遺傳分析

細(xì)菌之間基因重組的方式主要有以下四種：一、轉(zhuǎn)化

二、接合

三、性導(dǎo)

四、轉(zhuǎn)導(dǎo)

第13頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五一、轉(zhuǎn)化

轉(zhuǎn)化（transformation）：指一種細(xì)菌或細(xì)胞通過(guò)細(xì)胞膜吸收外源DNA（供體DNA），并通過(guò)重組將外源DNA整合（參入）到自己的基因組中，從而表現(xiàn)出供體（donor）遺傳性狀的現(xiàn)象。接受供體遺傳物質(zhì)的細(xì)胞稱(chēng)為受體（receptor）。只有當(dāng)整合的DNA片段產(chǎn)生新的表現(xiàn)型時(shí)，才能測(cè)知轉(zhuǎn)化的發(fā)生。第14頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五

轉(zhuǎn)化現(xiàn)象最初是由格里費(fèi)斯（Griffith，F(xiàn).）在1928年研究肺炎雙球菌時(shí)發(fā)現(xiàn)的。肺炎雙球菌有兩種類(lèi)型：（1）光滑型（S型）：被一層多糖類(lèi)的莢膜所保護(hù)，有毒性，在培養(yǎng)基上形成光滑的菌落。（2）粗糙型（R型）：沒(méi)有莢膜，沒(méi)有毒性，形成粗糙型菌落.第15頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五

根據(jù)血清學(xué)反應(yīng)，分成許多抗原型：SⅠ、SⅡ、SⅢ、RⅠ、RⅡ.轉(zhuǎn)化試驗(yàn)：無(wú)毒的RⅡ型有毒的SⅢ型RⅡ型SⅢ型（加熱殺死）↓注入加熱（65℃）↓殺死再注入混合后注↓入一個(gè)體內(nèi)老鼠老鼠老鼠↓↓↓不死亡不死亡死亡RⅡ型細(xì)菌重現(xiàn)無(wú)SⅢ型菌重現(xiàn)有少數(shù)SⅢ型菌重現(xiàn)第16頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五第17頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五

1944年阿委瑞（Avery，O.T.）不僅重復(fù)了上述實(shí)驗(yàn)，而且將SⅢ型菌的DNA提取物與RⅡ型混合在一起，在離體培養(yǎng)條件下，使少數(shù)RⅡ型轉(zhuǎn)化成了SⅢ型，并能穩(wěn)定遺傳，因?yàn)樵撎崛∥锊皇艿鞍酌?、多糖酶、核糖核酸酶（RNA酶）的影響，而只能為DNA酶所破壞，所以認(rèn)為促成轉(zhuǎn)化的物質(zhì)是DNA。說(shuō)明RⅡ型通過(guò)吸收了SⅢ型的DNA片段，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)化過(guò)程。這個(gè)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)直接證明了遺傳物質(zhì)是DNA，而不是蛋白質(zhì)，也說(shuō)明細(xì)菌的遺傳物質(zhì)可以通過(guò)轉(zhuǎn)化進(jìn)行重組。第18頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五轉(zhuǎn)化的過(guò)程：

1、供體DNA的結(jié)合和穿入

（1）供體DNA片段必須是雙鏈，且至少具有一定的長(zhǎng)度和一定的濃度（2）受體細(xì)胞必須處于感受態(tài)

（3）受體細(xì)胞利用DNA外切酶或移位酶（translocase）降解其中一條鏈，利用降解產(chǎn)生的能量，將另一條鏈縱向拉進(jìn)細(xì)胞。第19頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五2、聯(lián)會(huì)（synapsis）供體單鏈DNA與受體DNA根據(jù)親緣關(guān)系進(jìn)行聯(lián)會(huì)，親緣關(guān)系遠(yuǎn)，聯(lián)會(huì)的可能性就小，轉(zhuǎn)化的成功率就低，反之，則大。

3、整合（integration）配對(duì)后通過(guò)置換作用，使供體DNA片段參入到受體DNA中。第20頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五二、接合接合(conjugation)：指原核生物的遺傳物質(zhì)通過(guò)細(xì)胞接觸從供體（雄性）轉(zhuǎn)移到受體（雌性）的過(guò)程。（一）接合與轉(zhuǎn)化的區(qū)別

1946年黎德伯格（Lederberg，J.）和塔特姆（Tatum，E.）用E.coliK12品系做的實(shí)驗(yàn)：met－：甲硫氨酸缺陷型bio－：生物素（biotin）缺陷型thr－：蘇氨酸（threonine）缺陷型leu－：亮氨酸（leucine）缺陷型

第21頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五

圖7－11戴維斯的U型管試驗(yàn)

為了解釋上述原養(yǎng)型形成的原因，1950年戴維斯（Davis,B.）設(shè)計(jì)了U型管試驗(yàn)（圖7－11）。

A菌株和B菌株混合一段時(shí)間后，從任何一個(gè)臂內(nèi)取樣，分別涂布在基本培養(yǎng)基上，都沒(méi)有出現(xiàn)原養(yǎng)形細(xì)菌。說(shuō)明細(xì)胞接觸是上述實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)原養(yǎng)型的必要條件。所以這是接合而不是轉(zhuǎn)化，二者的區(qū)別就在于細(xì)胞是否接觸。

第22頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五（二）接合的過(guò)程

1952年，海斯（Hayes,W.）證明，接合中遺傳物質(zhì)的交流是單方向的：A（雄性，供體）→B（雌性，受體）后來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，之所以A→B，是因?yàn)锳中有一個(gè)性因子（sexfactor），稱(chēng)F因子，它是DNA，它可以自主存在于細(xì)胞質(zhì)中，也可整合到細(xì)菌的染色體組內(nèi)，這類(lèi)遺傳顆粒叫附加體（episome）。根據(jù)F因子在細(xì)胞中存在的狀態(tài)，將細(xì)菌（以E.coli為例）分為三類(lèi)：

F+：F因子自主狀態(tài)存在于細(xì)胞質(zhì)中

F－：細(xì)胞質(zhì)中無(wú)F因子

Hfr：F因子整合在細(xì)菌的染色體組內(nèi)

第23頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五接合有兩種情況：

部分二倍體（部分合子）內(nèi)基因子外基因子單交換時(shí)，E.coli的染色體被打開(kāi)，呈鏈狀，細(xì)菌死亡，無(wú)意義。雙交換時(shí)，產(chǎn)生遺傳的重組體，實(shí)現(xiàn)了遺傳物質(zhì)的交換。需要說(shuō)明的是F－很少轉(zhuǎn)為Hfr（與F－可轉(zhuǎn)化為F＋區(qū)別），因?yàn)镠fr中的DNA在轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，接合常常中斷。

第24頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五分別影印培養(yǎng)到各培養(yǎng)皿

中（三）中斷雜交試驗(yàn)和染色體作圖在接合過(guò)程中，根據(jù)F－細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)Hfr細(xì)胞基因的時(shí)間早晚來(lái)確定其順序，從而進(jìn)行基因定位。原理：把Hfr菌株與F－菌株混合培養(yǎng)設(shè)Hfr菌株的基因型為：strsa+b+c+d+F－菌株的基因型為：strra－

b－

c－

d－（strs------鏈霉素敏感基因，strr------鏈霉素抗性基因，abcd代表不同的基因，＋------為原養(yǎng)型或抗性，－------為缺陷型或敏感型）含str的完全培養(yǎng)基以殺死Hfr細(xì)胞

缺少A物質(zhì)的缺少B物質(zhì)的缺少C物質(zhì)的缺少D物質(zhì)的完全培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基Hfr

F－混合培養(yǎng)隔一定時(shí)間取樣攪拌第25頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五1950年雅科（Jacob，F(xiàn).）和沃爾曼（Wollman，E.）的中斷雜交試驗(yàn)（interruptedmatingexperiment）:Hfr的基因型F－的基因型thr＋------蘇氨酸野生型thr－leu＋------亮氨酸野生型leu－aziR------抗疊氮化鈉aziStonR------抗T1噬菌體tonSlac＋------能發(fā)酵乳糖lac－gal＋------能發(fā)酵半乳糖gal－strS------對(duì)鏈霉素敏感strR實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：混合8分鐘后取樣，開(kāi)始出現(xiàn)少量thr＋的F－菌落；混合8.5分鐘后取樣，開(kāi)始出現(xiàn)少量leu＋的F－菌落；混合9分鐘后取樣，開(kāi)始出現(xiàn)少量抗azi的F－菌落；混合11分鐘后取樣，開(kāi)始出現(xiàn)少量抗T1噬菌體的F－菌落；混合18分鐘后取樣，開(kāi)始出現(xiàn)乳糖發(fā)酵基因的F－菌落；混合25分鐘后取樣，開(kāi)始出現(xiàn)半乳糖發(fā)酵基因的F－菌落；在18分鐘之前F－均屬不發(fā)酵型。

隨著時(shí)間的推移，從Hfr得到的某個(gè)等位基因重組體的百分率增加，百分率增加到一定程度，就維持在一定的水平，很少出現(xiàn)100％，這是因?yàn)樵谌藶閿嚢柚埃行┙雍弦呀?jīng)中斷，這種情況在重組體中就不會(huì)出現(xiàn)某個(gè)基因

。第26頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)可知，Hfr菌中的基因是按一定的線性順序依次進(jìn)入F－的，據(jù)開(kāi)始進(jìn)入時(shí)間的早晚，可作出基因的直線連鎖圖（圖7－18），以始點(diǎn)為原點(diǎn)（origin）,寫(xiě)作OthrleuazitonlacgalF

88.59111825O???????圖7－18根據(jù)中斷雜交試驗(yàn)作出的大腸桿菌直線連鎖圖（數(shù)字單位：min）

第27頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五

注意：對(duì)于同一種細(xì)菌來(lái)說(shuō)，不同的菌株F因子整合到細(xì)菌染色體的位置可能不同，這就形成不同的Hfr類(lèi)型，在接合時(shí)，轉(zhuǎn)移的原點(diǎn)和方向可能不同，就會(huì)出現(xiàn)多種基因轉(zhuǎn)移順序（如表7－6）。Hfr的類(lèi)型基因轉(zhuǎn)移順序HfrH123AB312OthrprolacpurgalhisglythiOthrthiglyhisgalpurlacproOprothrthiglyhisgalpurlacOpurlacprothrthiglyhisgalOthithrprolacpurgalhisgly

從表7－6看出，盡管Hfr類(lèi)型不同，基因轉(zhuǎn)移的起點(diǎn)和順序不同，但基因的相鄰關(guān)系并沒(méi)有改變，說(shuō)明細(xì)菌染色體是環(huán)狀的，據(jù)表7－6作連鎖圖（圖7－19），但當(dāng)兩基因的距離小于2分鐘時(shí)，中斷雜交法作出的圖距不太準(zhǔn)確。表7－6用中斷雜交法確定的幾個(gè)Hfr菌株的基因順序第28頁(yè)，共32頁(yè)，2022年，5月20日，19點(diǎn)21分，星期五三、性導(dǎo)（sexduction）