細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖

節(jié)細(xì)菌和病毒在遺傳學(xué)研究中的地位第二節(jié)細(xì)菌的遺傳分析第三節(jié)噬菌體的遺傳分析本章要點(diǎn)第五章細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!節(jié)細(xì)菌和病毒在遺傳學(xué)研究中的地位細(xì)菌和病毒在遺傳學(xué)研究中的優(yōu)越性:①繁殖速度快、世代所需時(shí)間短，縮短了實(shí)驗(yàn)周期；③便于研究基因的突變：細(xì)菌和病毒均屬于單倍體，所有突變都能立即表現(xiàn)出來，不存在顯性掩蓋隱性的問題；④便于研究基因的作用：通過基本培養(yǎng)基和選擇培養(yǎng)基的影印培養(yǎng)，很容易篩選出營養(yǎng)缺陷型，利于生化研究。⑤易于管理和進(jìn)行化學(xué)分析：個(gè)體小，繁殖方便，可以大量節(jié)省人力、物力和財(cái)力；且代謝旺盛，繁殖又快，累積大量的代謝產(chǎn)物。⑥遺傳物質(zhì)較簡單，便于用作研究基因結(jié)構(gòu)、功能及調(diào)控機(jī)制的材料。⑦可作為研究高等生物的簡單模型；細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!第二節(jié)、細(xì)菌的遺傳分析一、細(xì)菌概述①無真正的細(xì)胞核，只有染色體區(qū)，稱擬核區(qū)。不進(jìn)行減數(shù)分裂和有絲分裂。而是簡單地復(fù)制和一分為二。②缺乏線粒體、葉綠體等細(xì)胞器。③單細(xì)胞生物，其染色體為環(huán)形、裸露雙鏈DNA分子，較易插入DNA片斷。細(xì)胞壁(cellwall)

細(xì)胞膜(plasmamembrane)擬核(Nucleoid)性纖毛(pili)核糖體(Ribosome)(Flagella)細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!（二）突變型的篩選1.根據(jù)菌落特點(diǎn)篩選——選擇培養(yǎng)基：如Lac-突變菌株在伊紅-美藍(lán)培養(yǎng)基（EMB）上形成白色或粉紅色菌落，而lac+菌落為有金屬光澤的紫色菌落。2.抗性突變型的篩選：將細(xì)菌涂布在含有某種抗生素或噬菌體的培養(yǎng)基上，能形成菌落的就是抗性突變菌株。3.營養(yǎng)缺陷型的篩選：用印跡法把在完全培養(yǎng)基上生長的菌落影印到基本培養(yǎng)基上，鑒別出不能生長的克隆。再把它們轉(zhuǎn)移到含有單一營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基上，判定該突變型需要哪一種營養(yǎng)物質(zhì)。細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!接合：由供體菌和受體菌之間的直接接觸而導(dǎo)致的遺傳物質(zhì)的單向轉(zhuǎn)移。接合管的形成：菌株靠近→細(xì)胞膜融合→兩細(xì)胞間形成接合管

性導(dǎo)：是接合的一種，F(xiàn)?因子所攜帶的細(xì)菌基因通過接合而導(dǎo)入受體細(xì)菌。

轉(zhuǎn)導(dǎo)：由噬菌體所介導(dǎo)的DNA從供體菌到受體菌的轉(zhuǎn)移。細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!2、U實(shí)驗(yàn)

1950年Davis（戴維斯），做了U實(shí)驗(yàn)，在U底部中間用濾片隔開，交替吸壓原養(yǎng)型（基因重組）產(chǎn)生的必要條件：A、B兩菌株直接接觸細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!結(jié)果不同，表明A、B有性雜交作用不同，提出遺傳物質(zhì)單向轉(zhuǎn)移。供體：提供遺傳物質(zhì)的細(xì)菌雄性A受體：接受遺傳物質(zhì)的細(xì)菌雌性B所以A→B不久發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致單向轉(zhuǎn)移的是細(xì)胞質(zhì)中一個(gè)微小可轉(zhuǎn)移因子——F因子

細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!（二）高頻重組菌株（Hfr菌株）1951年，卡瓦里（Cavalli）等人，1954年海斯（Hayes）先后在A菌株中分離出新的菌株。1、Hfr形成F因子整合到細(xì)菌環(huán)狀DNA上，這種整合狀態(tài)F＋菌株叫Hfr（高頻重組）。2、特點(diǎn)(1)可以作為供體，與B雜交，重組頻率比A×B高1000倍，稱高頻重組菌株。(2)轉(zhuǎn)移F因子頻率低細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!(三)接合生殖和交換特點(diǎn)

1、接合生殖供體細(xì)菌的DNA通過接合管進(jìn)入受體細(xì)菌，實(shí)現(xiàn)基因重組的方式。2、基因重組（1）形成部分二倍體：一個(gè)完整的基因組和一個(gè)不完整的基因組所構(gòu)成的二倍體。其中受體的基因組叫內(nèi)基因子，供體的基因組叫外基因子。外基因子轉(zhuǎn)移到受體以后：a)以游離狀態(tài)存在，隨著細(xì)胞分裂代數(shù)的增加被稀釋，消失；b）與內(nèi)基因子發(fā)生交換、重組。(2)基因交換過程：細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!(五)F-,F+,Hfr,F?細(xì)菌的相互轉(zhuǎn)化F+F-

HfrF+F-

F+ F-接合吖黃素高頻重組低頻重組整合F?F?重組頻率較低(四)F?菌株F因子可從Hfr脫離成為F+，通常準(zhǔn)確脫離，偶爾不準(zhǔn)，使F因子帶有細(xì)菌的個(gè)別基因。這種帶有細(xì)菌個(gè)別基因的F因子，稱F?菌株。細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!時(shí)間進(jìn)入F-的Hfr基因＜9不生長有噬菌斑不生長不生長無9/生長有噬菌斑不生長不生長azir11/生長無噬菌斑不生長不生長azirtonr

18/生長無噬菌斑生長不生長azirtonrlac+24/生長無噬菌斑生長生長azirtonrlac+gal+F因子約在120分鐘后進(jìn)入。

細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!4、細(xì)菌染色體為環(huán)狀用不同Hfr菌株進(jìn)行中斷雜交試驗(yàn)，基因轉(zhuǎn)移的順序，轉(zhuǎn)移起點(diǎn)和轉(zhuǎn)移方向很不相同。abcdefgh細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!(1)重組子的產(chǎn)生Lac-ade+strrLac+ade+strrLac+ade+strsLac-ade-strrLac-ade-strsLac+ade+strsLac-ade-strrLac+ade-strs兩基因間未發(fā)生交換兩基因間發(fā)生交換細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!一病毒概述

病毒是比細(xì)菌更為簡單的生物，它們也只有一條染色體，即單倍體。有些病毒的染色體是DNA，還有一些病毒是RNA。病毒主要是由蛋白質(zhì)外殼及其包被的核酸所組成的顆粒。病毒可根據(jù)宿主(動(dòng)物、植物、細(xì)菌)或遺傳物質(zhì)(DNA或RNA)來分類。第三節(jié)噬菌體的遺傳分析T噬菌體的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)外殼核酸細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!(二)溫和噬菌體

溫和噬菌體侵入細(xì)菌后，不立即導(dǎo)致溶菌，這種現(xiàn)象稱為溶源性。整合的噬菌體稱為原噬菌體。吸附溶菌周期-uv誘導(dǎo)細(xì)菌裂解溶源周期如噬菌體:原噬菌體細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!四噬菌體的基因重組用T2噬菌體hr+和h+r混合感染E.coliB,再用釋放出來的子代噬菌體感染E.coliB+E.coliB/2,出現(xiàn)四種噬菌斑:透明小噬菌斑(hr+)半透明大噬菌斑(h+r)透明大噬菌斑(hr)半透明小噬菌斑(h+r+)重組率=重組噬菌斑數(shù)

總噬菌斑數(shù)h+r++hr總噬菌斑數(shù)=細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!求drb-rcB型快速溶菌rbrc+×C型快速溶菌rb+rc,混合感染大腸桿菌B子代噬菌體rbrc+rb+rcrb+rc+rbrc噬菌斑大大小大交換值＝

(rb+rc+

＋rbrc)/總×100%＝2×小噬菌斑/總×100%求出drb-rc＜drb-h，rb

、rc在同側(cè)實(shí)驗(yàn)表明（1）（2）都成立，提出連鎖圖為環(huán)狀細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!

(一)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)

普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(generalizedtransduction):噬菌體攜帶供體染色體片段是完全隨機(jī)的,供體染色體中所有基因具有同等機(jī)會(huì)被轉(zhuǎn)導(dǎo)入受體,而且各個(gè)標(biāo)記基因被轉(zhuǎn)移的頻率大致相等.這是因?yàn)槭删w將供體染色體降解，在合成自身DNA和包裝時(shí)，偶爾會(huì)將細(xì)菌染色體片段包裝進(jìn)入子代噬菌體顆粒，并帶入受體菌。細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!

(二)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(restrictedtransduction)

又叫特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)(specializedtransduction),這類噬菌體只能轉(zhuǎn)移細(xì)菌染色體的特定部分和基因.

如噬菌體是一種附加體(episome),即可作為一個(gè)復(fù)制因子獨(dú)立存在，又可以整合到細(xì)菌染色體上的特定位點(diǎn)——attB位點(diǎn),而形成原噬菌體。attB位點(diǎn)一邊是gal基因，另一邊是bio。在紫外線誘導(dǎo)下，原噬菌體從細(xì)菌染色體上離開時(shí)，偶爾帶有宿主細(xì)菌基因，包裝形成局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)的噬菌體顆粒，可將供體基因轉(zhuǎn)移至受體細(xì)菌，但僅限于靠近attB位點(diǎn)附近的基因，如噬菌體專門轉(zhuǎn)導(dǎo)gal和bio基因。細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!本章要點(diǎn)F-菌株、F+菌株、Hfr菌株F因子、F′因子轉(zhuǎn)化、接合、性導(dǎo)與轉(zhuǎn)導(dǎo)(普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)、)溫和噬菌體、烈性噬菌體、原噬菌體細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!（一）細(xì)菌的突變型1.合成代謝功能突變型:

營養(yǎng)缺陷型（auxotroph)野生型（wildtype) 缺陷型（deficient) 原養(yǎng)型（prototroph) Met-甲硫氨基酸缺陷型Met+ Thi-硫胺缺陷型 Thi+ Pur-嘌呤缺陷型 Pur+2.分解代謝功能突變型：lac-乳糖突變型，野生型為lac+3.抗性突變型：抗藥性或抗感染性 Strr,

Strs分別表示對鏈霉素有抗性和敏感

T1r,T1s分別表示對T1噬菌體有抗性和敏感二、細(xì)菌的突變型和篩選細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!三細(xì)菌的雜交和性別

細(xì)菌之間遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移主要有四種方式：

轉(zhuǎn)化:指某些細(xì)菌(或其它生物)能通過其細(xì)胞膜攝取周圍介質(zhì)中的DNA片段，并將此外源DNA片段整合到自己染色體組中的過程。轉(zhuǎn)化的過程非感受態(tài)細(xì)胞外源DNA被洗掉了轉(zhuǎn)化因子感受態(tài)細(xì)胞外源DNA仍與細(xì)胞結(jié)合整合吸收洗滌吸附細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!(一)細(xì)菌的雜交

1、大腸桿菌雜交試驗(yàn)菌株A:met-bio-thr+leu+thi+（需甲硫氨酸和生物素）菌株B:met+bio+thr-leu-thi-（需蘇氨酸，亮氨酸和硫胺）AB完全液體培養(yǎng)基基本固體培養(yǎng)基

出現(xiàn)若干原養(yǎng)型菌落，頻率為10-7，。說明菌株A和B可以雜交，交換遺傳物質(zhì)，出現(xiàn)基因重組不是基因突變細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!(二)細(xì)菌的性別？

AB兩細(xì)胞遺傳物質(zhì)是混合，還是單向轉(zhuǎn)移1953年Hayes(海斯)在驗(yàn)證雜交時(shí)偶爾發(fā)現(xiàn)雜交中AB細(xì)菌作用不同，遺傳物質(zhì)是單向轉(zhuǎn)移，A→B，不能B→A。實(shí)驗(yàn)：菌株A:met-thr+leu+thi+（需甲硫氨酸）菌株B:met+thr-leu-thi-（需蘇氨酸，亮氨酸和硫胺）細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!四、大腸桿菌F-F+HfrF?菌株

（一）F-F+菌株1、F因子結(jié)構(gòu):細(xì)胞質(zhì)中環(huán)狀DNA原點(diǎn)：轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)形成性傘毛的基因群：通過性傘毛與F-細(xì)菌接合。DNA復(fù)制酶基因：與F因子本身的復(fù)制有關(guān)；插入序列：與其插入細(xì)菌染色體的過程有關(guān)。2、F因子存在方式游離狀態(tài)：在細(xì)胞質(zhì)中，能自我復(fù)制獨(dú)立遺傳整合狀態(tài)：整合到細(xì)菌環(huán)狀染色體上，與細(xì)菌染色體一起遺傳。細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!3、F因子的特性（1）決定大腸桿菌育性：F+菌株，含游離F因子供體雄性F－菌株，無游離F因子受體雌性（2）F因子高頻率轉(zhuǎn)移當(dāng)F+×F－,F+的F因子復(fù)制為二,通過接合管將F因子傳遞給F－菌株,使F－轉(zhuǎn)變?yōu)镕+,頻率高達(dá)95%,即高頻率的轉(zhuǎn)移F因子.F因子轉(zhuǎn)移：F因子從原點(diǎn)斷裂，以原點(diǎn)為先導(dǎo)，邊復(fù)制邊轉(zhuǎn)移（因此叫滾環(huán)復(fù)制），復(fù)制后的F因子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞中。細(xì)胞分開，使F-變成F+。(3)基因重組的頻率低當(dāng)F+×F－,F+菌株環(huán)狀DNA復(fù)制通過接合管進(jìn)入F-細(xì)菌細(xì)胞，與F-細(xì)菌的基因交換，使基因重組，但頻率很低，不到百萬分之一。(4)F因子可以自發(fā)喪失細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!3、Hfr×F-

雜交過程也是先形成接合管，然后Hfr邊復(fù)制邊轉(zhuǎn)移。整合到細(xì)菌環(huán)狀染色體上的F因子容易在原點(diǎn)處斷開，將細(xì)菌環(huán)狀染色體上基因帶入受體細(xì)胞中，基因重組頻率高。但在轉(zhuǎn)移過程中，結(jié)合管很易斷開，這樣轉(zhuǎn)移到受體的部分只是靠近原點(diǎn)的一部分（全部轉(zhuǎn)移需溫和條件120分鐘），形成部分二倍體。致育基因位于最后，而接合管隨時(shí)可能斷開，轉(zhuǎn)移F因子頻率低。細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!（3）交換特點(diǎn)

①交換發(fā)生在完整的F－環(huán)狀染色體和供體線性染色體片段之間即部分二倍體②只有偶數(shù)交換才能產(chǎn)生平衡的重組子。③只出現(xiàn)一種重組子（雜交后代），無對應(yīng)重組體，真核生物出現(xiàn)四種雜交后代。細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!五、細(xì)菌的遺傳作圖（一）利用中斷雜交試驗(yàn)作圖

疊氮化鈉噬菌體乳糖半乳糖鏈霉素Hfrazirtonrlac+gal+strsF-：azistonslac-gal-strr

將Hfr與F-同時(shí)加入裝有完全培養(yǎng)基的大試管中，一定時(shí)間取樣振蕩，稀釋接種至添加str的基本培養(yǎng)基（葡萄糖和無機(jī)鹽）上，生長形成的菌落基因型為F-或具Hfr部分基因的F-，再把菌落分別轉(zhuǎn)移到只添加azi、ton、以lac或gal為炭源的選擇性培養(yǎng)基上。細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!（1）Hfr的基因按一定順序和時(shí)間間隔進(jìn)入F-（2）每個(gè)基因進(jìn)入F-有一定頻率，且在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到最高（3）進(jìn)入F-越早，頻率越高（4）F因子進(jìn)入遲，頻率低3、Hfr染色體上基因排列順序細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!(二）重組作圖

當(dāng)兩個(gè)基因間的轉(zhuǎn)移時(shí)間小于兩分鐘時(shí)，則用中斷雜交作圖就不可靠，而必須用傳統(tǒng)的重組作圖(rebinationmapping)與中斷雜交技術(shù)相互對照和補(bǔ)充，提高作圖精度。如根據(jù)中斷雜交，知道lac與ade緊密連鎖且ade+是在lac+后進(jìn)入，距離約為1分鐘，進(jìn)行以下雜交：

紫紅色菌落：lac+ade+780（親本型）白色或粉紅色菌落：lac-ade+220（重組型）Hfr:lac+ade+strsXF-:lac-ade-strr混合作用60min，在含鏈霉素、不加腺嘌呤的完全培養(yǎng)基上涂板，只有重組子能夠存活：

F-:ade+strr1000

影印到EMB培養(yǎng)基上細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!(2)重組頻率的計(jì)算RFlac-ade=*100%lac-ade+lac+ade++lac-ade+

用重組頻率（RF）所測得的基因距離與用中斷雜交技術(shù)以時(shí)間為單位的基因距離基本上是成正比的，大致是1分鐘相當(dāng)于20%重組值，即：1min=20cM =*100%=22%2201000細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!二噬菌體的繁殖和感染周期（一）烈性噬菌體:是使宿主菌發(fā)生裂解的噬菌體，如T噬菌體。吸附細(xì)菌裂解,釋放出子代噬菌體顆粒細(xì)菌染色體降解噬菌體DNA和蛋白質(zhì)外殼包裝成子代噬菌體顆粒細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!三噬菌體的突變型（一）宿主范圍突變型E.coliBE.coliB/2E.coliB+E.coliB/2h+ + -半透明噬菌斑h(yuǎn) + + 透明噬菌斑（二）噬菌斑形態(tài)突變型1.r+小噬菌斑,邊緣模糊:2個(gè)以上噬菌體同時(shí)侵襲時(shí),出現(xiàn)溶菌阻礙現(xiàn)象(lysisinhibition).2.r大噬菌斑,邊緣清晰:快速溶菌(rapidlysis),無溶菌阻礙現(xiàn)象(lysisinhibition)細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!連鎖圖T2快速溶菌突變型有多種，如ra、rb、rc都形成大噬菌斑，用不同類型快速溶菌突變型與宿主范圍突變型雜交（rxh×rh+)，結(jié)果如下：雜交組合h+rhr+h+r+hr重組值h-r圖距h+ra×hr+34.0%42%12%12%24%24h+rb×hr+32.0%56%5.9%6.4%12.3%12.3h+rc×hr+39.0%59%0.7%0.9%1.6%1.6按圖距h、ra、rb、rc有4種排列如（1）（2）rb、rc同側(cè)，則drb-rc＜drb-h如（3）（4）rb、rc兩側(cè)，則drb-rc＞drb-h細(xì)菌和噬菌體的重組和連鎖共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!五轉(zhuǎn)導(dǎo)與作圖

轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction):以噬菌體為媒介,將細(xì)菌的染色體片段或基因從一個(gè)細(xì)菌轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)菌.供體A受體B（一）普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（二）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（三）轉(zhuǎn)導(dǎo)的特點(diǎn)（1）轉(zhuǎn)導(dǎo)是以噬菌體為介導(dǎo)的；（2）重組發(fā)生在部分二倍體中；（3）只出現(xiàn)一種重組子，不出現(xiàn)相反的重組子（如gal-消失，只剩下gal+）。噬菌體細(xì)菌和噬