細(xì)菌和病毒的遺傳課件

第一節(jié)細(xì)菌和病毒的結(jié)構(gòu)第二節(jié)細(xì)菌的遺傳分析第三節(jié)噬菌體的遺傳分析第一節(jié)細(xì)菌和病毒的結(jié)構(gòu)第二節(jié)細(xì)菌的遺傳分析第三節(jié)噬菌體1

第一節(jié)細(xì)菌和病毒的結(jié)構(gòu)細(xì)菌和病毒的結(jié)構(gòu)及其遺傳特點(diǎn)，使它們成為遺傳學(xué)研究的好材料。轉(zhuǎn)化試驗(yàn)、一個(gè)基因一種酶假說(shuō)、基因的精細(xì)結(jié)構(gòu)、基因表達(dá)的調(diào)控、基因工程等遺傳學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)展都與細(xì)菌和病毒有關(guān)。第一節(jié)細(xì)菌和病毒的結(jié)構(gòu)細(xì)菌和病毒的結(jié)構(gòu)及其遺2一、細(xì)菌的結(jié)構(gòu)單細(xì)胞生物，大小不一，一般長(zhǎng)1-2μm，寬0.5μm，為一層或多層膜或細(xì)胞壁所包圍。部分細(xì)菌還有某些特殊的結(jié)構(gòu)，如鞭毛、傘毛、莢膜等。細(xì)菌的細(xì)胞核沒(méi)有核膜，其中的染色體是一個(gè)很長(zhǎng)的共價(jià)閉合環(huán)狀雙鏈DNA分子，長(zhǎng)度從250-3500μm不等，一般不與蛋白質(zhì)結(jié)合。多數(shù)細(xì)菌細(xì)胞在細(xì)胞核外還有一個(gè)或多個(gè)能自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA。這些DNA分子對(duì)細(xì)菌的生長(zhǎng)并非必需，但可賦予細(xì)菌某些特性，如抗藥性、抗鹽性、抗噬菌體侵染等。這些小分子DNA稱(chēng)為質(zhì)粒（plasmid）。細(xì)菌能在成分十分簡(jiǎn)單的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，這種培養(yǎng)基叫基本培養(yǎng)基。細(xì)菌在這種培養(yǎng)基上能合成生長(zhǎng)所必須的各種有機(jī)物。單一細(xì)胞經(jīng)過(guò)分裂而增殖，大致20分鐘繁殖一代，逐漸形成肉眼可見(jiàn)的菌落。一、細(xì)菌的結(jié)構(gòu)單細(xì)胞生物，大小不一，一般長(zhǎng)1-2μm，寬03二、病毒的結(jié)構(gòu)病毒為非細(xì)胞結(jié)構(gòu)，沒(méi)有自身的代謝機(jī)能，不能獨(dú)立地生長(zhǎng)和繁殖，必須寄生在活細(xì)胞中，利用活細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成新的病毒后代。繁殖迅速，每小時(shí)可增殖百倍。病毒個(gè)體微小，形態(tài)多樣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅含一種核酸（DNA或RNA）和一個(gè)蛋白質(zhì)外殼。依其遺傳物質(zhì)的性質(zhì)，可以分單鏈DNA、單鏈RNA、雙鏈DNA和雙鏈RNA病毒等四種類(lèi)型。按照它們所感染的細(xì)胞類(lèi)型可分為感染細(xì)菌、真菌及藻類(lèi)的菌類(lèi)病毒，以及感染動(dòng)植物的動(dòng)物病毒和植物病毒。遺傳學(xué)研究中應(yīng)用最廣泛的是感染細(xì)菌的病毒，又稱(chēng)為噬菌體(bacteriophage)。依其與宿主細(xì)胞的相互關(guān)系，可以分為烈性噬菌體(virulentphage)和溫和噬菌體(temperatephage)兩大類(lèi)型。二、病毒的結(jié)構(gòu)病毒為非細(xì)胞結(jié)構(gòu)，沒(méi)有自身的代謝機(jī)能，不能獨(dú)立41．世代周期短：

大腸桿菌(E.Coli)20分鐘可繁殖一代。2．便于管理和生化分析：

個(gè)體小，一般在1μm至幾μm之間(1μm=1/1000mm)，操作管理方便。3．便于研究基因突變：裸露的DNA分子(有的病毒為RNA分子)，易受環(huán)境條件的影響而發(fā)生突變；單倍體生物，不存在顯性掩蓋隱性問(wèn)題，突變均能表現(xiàn)出來(lái)。三、細(xì)菌和病毒在遺傳學(xué)研究的優(yōu)越性1．世代周期短：三、細(xì)菌和病毒在遺傳學(xué)研究的優(yōu)越性5

4．便于研究基因的作用：影印培養(yǎng)，易檢出營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變，有利于從生化角度來(lái)研究基因的作用。5．便于基因重組研究：細(xì)菌具有轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)和接合作用，利用這些特性可以進(jìn)行精密的遺傳學(xué)分析6.便于研究基因結(jié)構(gòu)、功能及調(diào)控機(jī)制：細(xì)菌和病毒的遺傳物質(zhì)簡(jiǎn)單，基因定位、結(jié)構(gòu)分析及其分離易于進(jìn)行，基因的表達(dá)調(diào)控也適于用生理生化的方法進(jìn)行深入的研究。7.便于進(jìn)行遺傳操作：染色體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有組蛋白和其它蛋白的結(jié)合，更宜于進(jìn)行遺傳工程的操作。4．便于研究基因的作用：6四、細(xì)菌和病毒的研究方法1．單細(xì)胞分離

菌液→稀釋→涂布在固體培基→單個(gè)細(xì)胞分離→形成肉眼可見(jiàn)菌落。細(xì)菌的研究方法：四、細(xì)菌和病毒的研究方法1．單細(xì)胞分離細(xì)菌的研究方法：72．影印法測(cè)定變異采用影印法測(cè)定細(xì)菌是否發(fā)生變異以及發(fā)生何種變異。細(xì)菌變異主要有形態(tài)特征變異和生理特性變異。

形態(tài)特征變異：菌落大小、形狀、顏色

生理特性變異：（1）營(yíng)養(yǎng)缺陷型：?jiǎn)适Ш铣赡撤N營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力，在基本培養(yǎng)基上不能生長(zhǎng)。原養(yǎng)型（野生型）：能夠在基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。

（2）抗性突變：抗藥性和抗感染型。2．影印法測(cè)定變異8細(xì)菌的影印培養(yǎng)方法（Lederberg,1952）細(xì)菌的影印培養(yǎng)方法（Lederberg,1952）9病毒的研究方法：1.獲得變異亞硝酸、羥胺、乙基黃酸乙酯（EES）等化學(xué)藥劑誘導(dǎo)發(fā)生變異。

常見(jiàn)變異：

寄主范圍變異：野生型（h＋）：感染B菌株，產(chǎn)生半透明斑；突變型（h）：感染B和B/2菌株，產(chǎn)生透明斑。

噬菌斑突變：野生型（r＋）：產(chǎn)生正常斑，小而邊緣模糊；突變型（r）：產(chǎn)生突變斑，大而邊緣清晰。所以：h+r感染B菌株產(chǎn)生半透明大斑；hr+感染B和B/2菌株，產(chǎn)生透明小斑。2．雜交試驗(yàn)雙重感染分析子代噬菌體中重組型的頻率。病毒的研究方法：101.轉(zhuǎn)化（transformation）：裸露的非病毒的DNA導(dǎo)入細(xì)菌細(xì)胞的過(guò)程。2.轉(zhuǎn)染（transfection）：裸露的病毒（噬菌體）DNA導(dǎo)入細(xì)菌的過(guò)程。是一種特殊的轉(zhuǎn)化形式。3.轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）：以噬菌體為媒介將細(xì)菌的DNA從供體菌轉(zhuǎn)移到受體菌的過(guò)程。4.接合（conjugation）：細(xì)菌通過(guò)細(xì)胞之間的直接接觸的方式傳遞遺傳物質(zhì)的過(guò)程。一、細(xì)菌遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移形式第二節(jié)細(xì)菌的遺傳分析1.轉(zhuǎn)化（transformation）：裸露的非病毒的D11通過(guò)接合作用，部分供體基因組DNA轉(zhuǎn)移到受體菌中通過(guò)接合作用，質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到受體菌中通過(guò)接合作用，部分供體基因組DNA轉(zhuǎn)移到受體菌中通過(guò)接合作用121.單方向轉(zhuǎn)移2.都產(chǎn)生部分二倍體3.轉(zhuǎn)入的基因只有整合到環(huán)狀染色體上才能穩(wěn)定遺傳二、細(xì)菌遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移的共同特點(diǎn)1.單方向轉(zhuǎn)移二、細(xì)菌遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移的共同特點(diǎn)13三、細(xì)菌的轉(zhuǎn)化（transformation）1.轉(zhuǎn)化的發(fā)現(xiàn)1928年F.Griffith首先發(fā)現(xiàn)。1944年O.Avery研究小組證實(shí)引起轉(zhuǎn)化的因子是細(xì)菌的DNA。轉(zhuǎn)化(transformation)：細(xì)菌細(xì)胞通過(guò)其細(xì)胞膜攝取周?chē)wDNA片段，并通過(guò)重組整合到自己染色體中的過(guò)程。三、細(xì)菌的轉(zhuǎn)化（transformation）1.轉(zhuǎn)化的發(fā)142.轉(zhuǎn)化的類(lèi)型（1）自然轉(zhuǎn)化（naturaltransformation）細(xì)菌可以自由吸收DNA，并轉(zhuǎn)化。如：枯草桿菌的轉(zhuǎn)化。（2）工程轉(zhuǎn)化（engineeredtransformation）人工轉(zhuǎn)化(artificialtransformation)細(xì)菌發(fā)生改變(感受態(tài)細(xì)胞的制備)，使其能攝入外源DNA，并轉(zhuǎn)化。如：大腸桿菌的轉(zhuǎn)化。2.轉(zhuǎn)化的類(lèi)型（1）自然轉(zhuǎn)化（naturaltransf153.轉(zhuǎn)化的過(guò)程（1）外源DNA與受體細(xì)菌細(xì)胞的結(jié)合

影響因素：

供體DNA片段大?。翰煌?xì)菌要求轉(zhuǎn)化的片段大小不同。肺炎雙球菌要求800核苷酸對(duì)以上；枯草桿菌要求1600核苷酸對(duì)以上；大腸桿菌轉(zhuǎn)化DNA片段長(zhǎng)度為10000-20000bp（占E.coli染色體的1/200）。

供體DNA片段形態(tài)：供體DNA必需是雙鏈。

供體DNA片段濃度：供體DNA片段數(shù)目越多越容易發(fā)生轉(zhuǎn)化，但不同細(xì)菌只能與特定數(shù)量DNA片段結(jié)合。取決于細(xì)胞上接受座位數(shù)。一個(gè)細(xì)菌表面大約有50個(gè)吸附位點(diǎn)。

受體細(xì)胞生理狀態(tài)：感受狀態(tài)細(xì)胞（DNA合成剛結(jié)束，蛋白質(zhì)合成仍在進(jìn)行時(shí)的細(xì)胞）才能發(fā)生轉(zhuǎn)化。感受態(tài)的出現(xiàn)主要受一類(lèi)小分子蛋白質(zhì)（感受態(tài)因子）影響，感受態(tài)因子可以使細(xì)胞出現(xiàn)感受態(tài)，并能從感受態(tài)細(xì)菌傳遞到非感受態(tài)細(xì)菌，使其出現(xiàn)感受態(tài)。一般認(rèn)為感受態(tài)出現(xiàn)在細(xì)菌對(duì)數(shù)生長(zhǎng)后期。高Ca2+、溫度以及電激處理等，也能夠改變膜對(duì)DNA的通透性，從而誘導(dǎo)或加強(qiáng)感受態(tài)。

3.轉(zhuǎn)化的過(guò)程（1）外源DNA與受體細(xì)菌細(xì)胞的結(jié)合16細(xì)菌和病毒的遺傳課件17

b）DNA通過(guò)細(xì)胞壁和細(xì)胞膜是一個(gè)主動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程，需要膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)分子，并消耗能量。（2）DNA的穿入a）在細(xì)胞膜上核酸外切酶的作用下，將吸附雙鏈DNA中的一條鏈降解，另一條單鏈則利用降解后釋放的能量，穿入受體細(xì)胞內(nèi)。

b）DNA通過(guò)細(xì)胞壁和細(xì)胞膜是一個(gè)主動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程，需要膜18外源DNA穿入受體細(xì)胞示意圖單鏈DNA細(xì)胞膜供體DNADNA結(jié)合復(fù)合蛋白體能量核酸外切酶細(xì)胞壁外源DNA穿入受體細(xì)胞示意圖單鏈DNA細(xì)胞膜供體DNADNA19（3）聯(lián)會(huì)(synapsis)，與外源DNA片段的整合

聯(lián)會(huì)：外源單鏈DNA與受體細(xì)菌染色體DNA的同源區(qū)段發(fā)生聯(lián)會(huì)，形成部分二倍體。部分二倍體：細(xì)菌擬有性生殖過(guò)程中，外源DNA與受體DNA同源區(qū)段聯(lián)會(huì)，使受體細(xì)胞部分DNA形成二倍體。供體外基因子：部分二倍體中的外源DNA。受體內(nèi)基因子：部分二倍體中受體細(xì)胞的DNA。整合（重組）：部分二倍體發(fā)生交換，將外源DNA置換到受體染色體中。（3）聯(lián)會(huì)(synapsis)，與外源DNA片段的整合聯(lián)會(huì)20部分二倍體發(fā)生交換只有偶數(shù)（雙交換、四交換）交換才有意義，既不破壞受體DNA的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，又將外源DNA置換到受體染色體中。而奇數(shù)交換將受體環(huán)狀DNA打開(kāi)成線性DNA，重組轉(zhuǎn)化子不能成活。部分二倍體發(fā)生交換只有偶數(shù)（雙交換、四交換）交換才有意義，既21

經(jīng)過(guò)一次染色體復(fù)制和細(xì)胞分裂，形成一個(gè)轉(zhuǎn)化了的細(xì)胞和一個(gè)未被轉(zhuǎn)化的細(xì)胞。（4）轉(zhuǎn)化細(xì)胞的形成經(jīng)過(guò)一次染色體復(fù)制和細(xì)胞分裂，形成一個(gè)轉(zhuǎn)化了的細(xì)胞22細(xì)菌轉(zhuǎn)化的過(guò)程整合外源DNA結(jié)合在受體位點(diǎn)DNA穿入感受態(tài)細(xì)胞聯(lián)會(huì)形成轉(zhuǎn)化細(xì)胞細(xì)菌轉(zhuǎn)化的過(guò)程整合外源DNA結(jié)合在受體位點(diǎn)DNA穿入感受態(tài)細(xì)234.轉(zhuǎn)化作圖

DNA是以小片段的形式進(jìn)入受體的，所以距離很遠(yuǎn)的兩個(gè)基因很難同時(shí)存在于一個(gè)片段中同時(shí)轉(zhuǎn)化，除非分別包括這兩個(gè)基因的兩個(gè)片段同時(shí)進(jìn)入受體。兩個(gè)片段同時(shí)轉(zhuǎn)化的概率應(yīng)為它們單獨(dú)轉(zhuǎn)化的概率的乘積。但是當(dāng)兩個(gè)基因緊密連鎖時(shí)，它們就有較多的機(jī)會(huì)包括在同一個(gè)DNA片段中，并同時(shí)整合到受體染色體中，因此，緊密連鎖的基因可以通過(guò)轉(zhuǎn)化進(jìn)行作圖。通過(guò)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，利用轉(zhuǎn)化發(fā)生的重組計(jì)算它們之間的重組率，將細(xì)菌的不同基因定位在它的染色體DNA上，構(gòu)成它的遺傳圖譜。4.轉(zhuǎn)化作圖DNA是以小片段的形式進(jìn)入受體的，所24

用一野生型細(xì)菌菌株提取出來(lái)的DNA轉(zhuǎn)化一個(gè)不能合成丙氨酸（ala－）、脯氨酸（pro－）、精氨酸（arg－）的突變菌株，獲得下列結(jié)果：

ala+pro+arg+8400ala+pro－arg+2100ala+pro－arg－

840ala+pro+

arg－

420ala－pro+arg+

1400ala－pro－arg+

840ala－pro+

arg－840

用一野生型細(xì)菌菌株提取出來(lái)的DNA轉(zhuǎn)化一個(gè)不能合成丙氨25任意兩基因發(fā)生共同轉(zhuǎn)化的前提下：ala-pro：親型轉(zhuǎn)化子：ala+pro+重組型轉(zhuǎn)化子：ala+pro-

ala-pro+ala-arg：親型轉(zhuǎn)化子：ala+arg+重組型轉(zhuǎn)化子：ala+arg-ala-arg+pro-arg：親型轉(zhuǎn)化子：pro+arg+重組型轉(zhuǎn)化子：pro+arg-pro-arg+arg+arg-arg+arg-arg+arg-arg+arg-arg+arg-arg+arg-arg+arg-arg+arg-arg+arg-任意兩基因發(fā)生共同轉(zhuǎn)化的前提下：ala-pro：親型轉(zhuǎn)化子：26重組率＝重組型轉(zhuǎn)化子/轉(zhuǎn)化子總數(shù)×100％

ala－pro間的重組率＝(2100+840+1400+840)/(2100+840+1400+840+8400+420)＝37％

ala－arg間的重組率＝(840+420+1400+840)/(840+420+1400+840+8400+2100)＝25％

pro－arg間的重組率＝(2100+420+840+840)/(2100+420+840+840+8400+1400)＝30%

所以，三基因間的距離和順序?yàn)椋篴la←25→arg←30→pro

重組率＝重組型轉(zhuǎn)化子/轉(zhuǎn)化子總數(shù)×100％27四、細(xì)菌的接合（conjugation）E.coli接合的發(fā)現(xiàn)

1946年JoshuaLederberg（黎德伯格）和EdwardTatum發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌之間通過(guò)直接接觸傳遞遺傳信息。

Lederberg由于研究細(xì)菌的重組而獲得1958年NobelMedicineorphysiologyPrize。

Tatum和G.W.Beable提出的“一個(gè)基因一個(gè)酶”也在此獎(jiǎng)中。四、細(xì)菌的接合（conjugation）E.coli接合的28

1.Lederberg-Tatum實(shí)驗(yàn)Lederberg發(fā)明的用基本培養(yǎng)基（minimalmedium）篩選原養(yǎng)型（prototroph）方法。對(duì)照（control）1.Lederberg-Tatum實(shí)驗(yàn)對(duì)照（contro29實(shí)驗(yàn)解釋?zhuān)夯蛲蛔儯粻I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)互補(bǔ)；遺傳物質(zhì)重組？實(shí)驗(yàn)解釋?zhuān)夯蛲蛔?；營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)互補(bǔ)；遺傳物質(zhì)重組？30對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋Lederberg和Tatum從概率上和對(duì)照實(shí)驗(yàn)上排除了細(xì)菌發(fā)生恢復(fù)突變的可能性：a）單一性狀恢復(fù)突變率是10-7，雙性狀恢復(fù)突變的概率是10-14。結(jié)論：在A菌株與B菌株之間發(fā)生了遺傳物質(zhì)的交換。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)互補(bǔ)：營(yíng)養(yǎng)缺陷型細(xì)菌通過(guò)培養(yǎng)交換營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，相互補(bǔ)充了對(duì)方的不足而得以在基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。b）對(duì)照培養(yǎng)的A、B菌株都沒(méi)有生長(zhǎng)出菌落。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋Lederberg和Tatum從概率上和對(duì)照31對(duì)Lederberg-Tatum實(shí)驗(yàn)解釋的質(zhì)疑

（1）實(shí)驗(yàn)獲得的原養(yǎng)型重組菌可能是轉(zhuǎn)化的結(jié)果。（2）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的互補(bǔ)：培養(yǎng)基中含有某些代謝產(chǎn)物，混合后互相補(bǔ)充了對(duì)方的缺陷而得以生長(zhǎng)。Lederberg和Tatum的補(bǔ)充試驗(yàn)A（或B）菌株基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)細(xì)菌濾器過(guò)濾濾液B（或A）菌株基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)不能生長(zhǎng)對(duì)Lederberg-Tatum實(shí)驗(yàn)解釋的質(zhì)疑（1）實(shí)驗(yàn)獲32BernardDavis實(shí)驗(yàn)的支持:是遺傳重組，而不是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)互補(bǔ)，但需要親本細(xì)胞的接觸。BernardDavis實(shí)驗(yàn)的支持:是遺傳重組，而不是營(yíng)養(yǎng)33Hayes（海斯）實(shí)驗(yàn)strainA鏈霉素處理strainBstrainA×在基本培養(yǎng)基中有菌落

接合：指兩菌體細(xì)胞的直接接觸，遺傳物質(zhì)從一個(gè)菌體轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)菌體，并導(dǎo)致遺傳重組的過(guò)程。2.接合

1952年Hayes用鏈霉素處理菌株A，然后和菌株B雜交，有遺傳重組發(fā)生，反之，則無(wú)重組的產(chǎn)生，說(shuō)明細(xì)菌遺傳物質(zhì)的交換不是交互的，而是單向的---F因子Hayes（海斯）實(shí)驗(yàn)strainA鏈霉素處理strain34實(shí)驗(yàn)推論strainB鏈霉素處理strainAstrainB×在基本培養(yǎng)基中沒(méi)有菌落鏈霉素只阻止細(xì)菌分裂，但允許接觸雜交。①供體：strainA雖然被阻止分裂，但仍然能完成雜交（給出DNA），結(jié)果產(chǎn)生分裂形成的原養(yǎng)型菌落。實(shí)驗(yàn)推論strainB鏈霉素處理strainAstrai35結(jié)論:strainB被阻止分裂，也能完成雜交（接收DNA），但不能分裂形成原養(yǎng)型菌落。②受體：兩個(gè)菌株在雜交過(guò)程中的作用不是交互的，而是單向的，DNA只能從供體轉(zhuǎn)移到受體。結(jié)論:strainB被阻止分裂，也能完成雜交（接收DNA36Hayes等對(duì)“雄性”細(xì)菌和“雌性”細(xì)菌的解釋?zhuān)?）供體（donor）菌株：（2）受體（recipient）菌株：“雄性”菌株：細(xì)胞內(nèi)含有一種致育因子（fertilityfactor），表示為F+?！按菩浴本辏喝狈因子，表示為F-。從邏輯上預(yù)言了F因子（Ffactor）的存在。Hayes等對(duì)“雄性”細(xì)菌和“雌性”細(xì)菌的解釋?zhuān)?）供體（d37F因子的實(shí)質(zhì)

Ffactor：是一種質(zhì)粒，有獨(dú)立自主復(fù)制和能夠轉(zhuǎn)移到其它細(xì)胞中去的能力。是一種共價(jià)閉合環(huán)狀DNA，全長(zhǎng)94.5kb。

質(zhì)粒（plasmid）：存在于細(xì)菌染色體以外的DNA。對(duì)細(xì)菌的生存并非必須，但能給細(xì)菌帶來(lái)一些額外的功能（如抗菌素抗性等）。F因子的結(jié)構(gòu)F因子的實(shí)質(zhì)Ffactor：是一種質(zhì)粒，有獨(dú)立自主復(fù)制38大腸桿菌的接合過(guò)程（F+×F-）：F因子的轉(zhuǎn)移頻率高，而細(xì)菌DNA轉(zhuǎn)移頻率極低。F+×F-(1)F+與F-混合培養(yǎng)相互接觸，F(xiàn)+供體菌上的性傘毛形成兩細(xì)胞之間的接合管(2)核酸內(nèi)切酶在F因子的轉(zhuǎn)移起點(diǎn)（oriT）的一條鏈上產(chǎn)生一個(gè)缺口，然后5’末端單鏈通過(guò)接合管進(jìn)入受體細(xì)胞(3)F因子上的單鏈DNA和正在轉(zhuǎn)移的單鏈DNA，各自為模板，在DNA聚合酶的作用下合成雙鏈DNA(4)完成F因子向受體細(xì)胞轉(zhuǎn)移以及DNA的合成(5)在DNA連接酶的作用下完成接合，形成兩個(gè)F+細(xì)胞大腸桿菌的接合過(guò)程（F+×F-）：F因子的轉(zhuǎn)移頻率高，而細(xì)393.高頻重組菌株（Hfr）1950年LucaCavalli-Sforza（卡瓦里－斯弗所）用氮芥（nitrogenmustard）處理A菌株，從存活下來(lái)的菌中分離到一株能與B菌株以10-4頻率雜交的菌株，稱(chēng)之為Hfr（highfrequencyrecombination）。F+

×F-F+Hfr×F-F-低頻率重組，10-7高頻率重組，10-43.高頻重組菌株（Hfr）1950年Luca40高頻重組與F因子的關(guān)系（1）Hfr與Ffactor的異同處：①都能與F-雜交②雜交時(shí)都要通過(guò)接合的形式③高劑量的鏈霉素處理不影響雜交①產(chǎn)生的重組菌落的頻率不同②F+

×F-的后代是F+

；

Hfr×F-的后代是F-

③F+經(jīng)吖啶橙處理變成F-；而Hfr經(jīng)丫啶橙處理仍為Hfr，能與

F-雜交相同點(diǎn)不同點(diǎn)高頻重組與F因子的關(guān)系（1）Hfr與Ffactor的異同處41部分二倍體F因子整合到染色體上，形成Hfr，由于F因子整合在細(xì)菌染色體的位置和方向是隨機(jī)的，所以存在許多不同的Hfr菌株。Hfr×F-：細(xì)菌DNA轉(zhuǎn)移率很高，F(xiàn)因子轉(zhuǎn)移率很低。Hfr染色體上F因子的轉(zhuǎn)移起點(diǎn)被核算內(nèi)切酶切開(kāi)，以一小段FDNA首先進(jìn)入受體細(xì)胞，然后是染色體DNA部分二倍體F因子整合到染色體上，形成Hfr，由于F因子整合在421.兩細(xì)胞接觸，供體性傘毛形成接合管，整合的F因子產(chǎn)生缺口。單鏈通過(guò)接合管轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞（F因子的轉(zhuǎn)移原點(diǎn)及附近的供體基因）；2.轉(zhuǎn)移的部分Hfr染色體與完整的F-染色體，形成部分二倍體；3.通過(guò)雙交換，供體基因整合在受體基因組上。如果部分二倍體中發(fā)生單交換或奇數(shù)的交換，則受體內(nèi)基因子由環(huán)狀變?yōu)榫€狀，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。Hfr×F-部分二倍體：轉(zhuǎn)移的供體染色體稱(chēng)為供體外基因子，而受體的完整染色體稱(chēng)為受體內(nèi)基因子。轉(zhuǎn)移染色體的長(zhǎng)度一般限制在供體染色體總長(zhǎng)的1/2以內(nèi)。線性DNA片段被降解1.兩細(xì)胞接觸，供體性傘毛形成接合管，整合的F因子產(chǎn)生缺口。43細(xì)菌和病毒的遺傳課件444.F’因子和性導(dǎo)(sexduction)F’因子的形成在Hfr細(xì)胞中，染色體上的F因子是相當(dāng)穩(wěn)定的，但F因子也能夠低頻率地從細(xì)菌染色體上切除，偶爾會(huì)形成攜帶部分細(xì)菌染色體基因的F因子，阿代爾伯格和伯恩斯（Adelberg和Burns，1959年）稱(chēng)該因子為F’因子。4.F’因子和性導(dǎo)(sexduction)F’因子的形成在45性導(dǎo)(sexduction)：指F’因子所攜帶的細(xì)菌染色體DNA，通過(guò)接合作用轉(zhuǎn)移到受體細(xì)菌染色體中，從而改變受體遺傳性狀的過(guò)程。性導(dǎo)在受體細(xì)菌中可形成部分二倍體。性導(dǎo)(sexduction)：46基因AE形成部分二倍體通過(guò)接合作用轉(zhuǎn)移到受體細(xì)菌染色體F’因子攜帶細(xì)菌染色體DNA基因AE形成部分二倍體通過(guò)接合作用轉(zhuǎn)移到受體細(xì)菌染色體F’因47形成的部分二倍體可發(fā)生一下幾種情況：2、若發(fā)生重組，即F′因子所攜帶的供體細(xì)菌染色體同受體細(xì)菌染色體之間發(fā)生了同源重組，

1、這種部分二倍體若不發(fā)生重組，那么F′因子可在細(xì)菌細(xì)胞中自主的延續(xù)下去；1）如果發(fā)生單交換，會(huì)導(dǎo)致F′因子整合到受體染色體上而形成Hfr品系，同時(shí)F′因子上所攜帶的供體基因也發(fā)生重組；2）如果發(fā)生雙交換，使F′因子上的細(xì)菌基因與受體染色體上等位基因之間發(fā)生互換，形成的F′品系和重組的細(xì)菌染色體。

形成的部分二倍體可發(fā)生一下幾種情況：2、若發(fā)生重組485.F因子與F-、F+、Hfr、F′的關(guān)系

1）F+與F-關(guān)系：當(dāng)F+和F-接合過(guò)程中，它們之間形成接合管，使受體獲得了F因子而成為F+菌。F因子以高頻率從F+菌向F-菌轉(zhuǎn)移，而染色體基因的轉(zhuǎn)移則很少發(fā)現(xiàn)，重組頻率大約只有10-7，因此F+菌稱(chēng)為低頻重組型(lowfrequencyrecombination，Lfr)。2）Hfr與F-關(guān)系：當(dāng)Hfr與F-的接合過(guò)程中，首先形成接合管，使供體染色體轉(zhuǎn)移給受體，形成高重組頻率（10-4），因此Hfr菌稱(chēng)為高頻重組型(highfrequencyrecombinationstrain，Hfr)。3）Hfr與F+、

F′關(guān)系：Hfr與F+菌株可以相互轉(zhuǎn)變，F(xiàn)因子既可以插入到染色體中去（Hfr），又可以通過(guò)規(guī)則的交換和剪切，從染色體上完整地游離下來(lái)（F+）。F因子在從染色體上剪切時(shí)偶爾也會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則分離的結(jié)果，使F因子攜帶一段相鄰的細(xì)菌染色體，這種帶有插入細(xì)菌基因的環(huán)狀F因子稱(chēng)為F′因子。F′因子即能高頻地轉(zhuǎn)移質(zhì)粒DNA，也能高頻地轉(zhuǎn)移細(xì)菌DNA。

5.F因子與F-、F+、Hfr、F′的關(guān)系1）F491.中斷雜交法作圖中斷雜交（interruptedmatingtechnique)：1957年，EllieWollman（沃爾曼）和FrancoisJacob（雅各布）建立了一種繪制E.coli遺傳圖的方法：1）Hfr與F-雜交，在混合后的不同時(shí)間進(jìn)行攪拌，使接合管斷裂，終止染色體向F-細(xì)胞移動(dòng)；2）稀釋后接種到含有鏈霉素培養(yǎng)基上，殺死Hfr；3）影印到各種選擇性培養(yǎng)基（selectivemedia）上，以某供體基因作為選擇標(biāo)記，測(cè)定其進(jìn)入受體后其他非選擇性標(biāo)記基因進(jìn)入F-細(xì)菌的順序和時(shí)間。五、細(xì)菌的重組頻率和遺傳作圖1.中斷雜交法作圖中斷雜交（interruptedm50作圖原理越是靠近轉(zhuǎn)移起點(diǎn)（原點(diǎn)）的基因越早發(fā)生轉(zhuǎn)移，混合培養(yǎng)時(shí)間越少。在不同的時(shí)間中斷雜交，根據(jù)不同基因的轉(zhuǎn)移時(shí)間就能推斷出基因的順序。作圖原理越是靠近轉(zhuǎn)移起點(diǎn)（原點(diǎn)）的基因越早發(fā)生轉(zhuǎn)移，混合培51Hfr與F－混合培養(yǎng)不同時(shí)間取樣攪拌中斷雜交

稀釋

含鏈霉素完全培養(yǎng)基

殺死Hfr

抗str菌落影印培養(yǎng)鑒定azi+ton＋gal＋lac＋各基因轉(zhuǎn)移時(shí)間?；旌吓囵B(yǎng)9分鐘，出現(xiàn)azi＋；混合培養(yǎng)11分鐘，出現(xiàn)azi＋和ton＋；混合培養(yǎng)18分鐘，出現(xiàn)azi＋、ton＋和lac＋；混合培養(yǎng)24分鐘，4種原養(yǎng)型都出現(xiàn)。oazitonlacgalF

9

11

18

24Hfr：strs（抗鏈霉素）、azi+（抗疊N化合物）、ton+（抗T1噬菌體）、gal+（半乳糖原養(yǎng)型）、lac+（乳糖原養(yǎng)型）F－：strr（鏈霉素敏感型）、azi-（疊N化合物敏感型）、ton-（T1噬菌體敏感型）、gal-（半乳糖缺陷型）、lac-（乳糖缺陷型）Hfr與F－混合培養(yǎng)不同時(shí)間取樣攪拌中斷雜交52E.coli的染色體是環(huán)狀的

Wollman和Jacob用4個(gè)不同的Hfr菌株同F(xiàn)-進(jìn)行中斷雜交，得到的基因排列順序相同，但是進(jìn)入的時(shí)間早晚（重組率）不同。E.coli的染色體是環(huán)狀的Wollman和Jac53解釋Hfr染色體上F因子的整合位點(diǎn)不同，整合方向也不同;傳遞的起始點(diǎn)不同。E.coli的染色體是環(huán)狀的。解釋Hfr染色體上F因子的整合位點(diǎn)不同，整合方向也54細(xì)菌和病毒的遺傳課件552.重組作圖部分二倍體，只有偶數(shù)交換才能產(chǎn)生平衡重組配子，相反的重組子不出現(xiàn)。部分二倍體2.重組作圖部分二倍體，只有偶數(shù)交換才能產(chǎn)生平衡重組配子，相56重組作圖

（recombinationmapping）——是根據(jù)基因間的重組率進(jìn)行基因定位。

下面通過(guò)實(shí)例來(lái)加以說(shuō)明：

例如根據(jù)中斷雜交試驗(yàn)，已知大腸桿菌的甲硫氨酸缺陷型（met-）、精氨酸缺陷型（arg-）、亮氨酸缺陷型（leu-）這三個(gè)基因是緊密連鎖的，而且就某特定的Hfr菌株來(lái)說(shuō)，基因的轉(zhuǎn)移的順序是met+、arg+、leu+

Hfrmet+

arg+

leu+

strs×F-

met-

arg-leu-strr

含鏈霉素并添加精氨酸以及甲硫氨酸的培養(yǎng)基上（在這種培養(yǎng)基中，殺死所有的Hfr細(xì)胞和未雜交的F-細(xì)胞）。在這種培養(yǎng)基中形成菌落的重組子基因型應(yīng)該是leu+strr。重組作圖（recombinationmappi57

已經(jīng)篩選出的leu+重組子，用影印法測(cè)定其余兩個(gè)非選擇標(biāo)記基因以及他們的菌落數(shù)。測(cè)定結(jié)果如下：

基因型

菌落數(shù)基因型

菌落數(shù)leu+arg-met-

16

leu+arg+met-

36leu+arg+met+

348

leu+arg-met+

0

基因型leu+arg-met+是四交換的結(jié)果，與雙交換相比，其交換頻率非常低，在本次實(shí)驗(yàn)中未能檢測(cè)到該重組基因型。已經(jīng)篩選出的leu+重組子，用影印法測(cè)定其余兩個(gè)58163634801636348059

根據(jù)上述接合結(jié)果，基因間的重組率可用下式計(jì)算：

leu-arg的重組率=[（leu+arg-met-）+（leu+arg-met+）]/[（leu+arg-met-）+（leu+arg+met-）+（leu+arg+met+）+（leu+arg-met+）]×100%=16/16+36+348=4%arg-met的重組率=[（leu+arg+met-）+（leu+arg-met+）]/[（leu+arg-met-）+（leu+arg+met）+（leu+arg+met+）+（leu+arg-met+）]×100%=36/16+36+348=9%leu-met的重組率=[（leu+arg+met-）+（leu+arg-met-）+（leu+arg-met+）]/[（leu+arg-met-）+（leu+arg+met-）

+（leu+arg+met+）+（leu+arg-met+）]×100%=16+36/16+36+348=13%根據(jù)上述接合結(jié)果，基因間的重組率可用下式計(jì)算：60重組作圖的重組頻率(RF)所測(cè)得基因間距離與中斷雜交以時(shí)間(T)為單位獲得的基因間距離基本上相一致；1個(gè)時(shí)間單位（1分鐘）相當(dāng)于20%重組值(或20cM)。

大腸桿菌遺傳圖譜和物理圖譜的比較圖a表示1990年繪制的遺傳圖譜中近60分鐘到61分鐘的標(biāo)記基因；圖b表示每個(gè)基因在大腸桿菌完整基因組序列中的精確位置。重組作圖的重組頻率(RF)所測(cè)得基因間距61中斷雜交法和重組作圖繪制的大腸桿菌遺傳圖(1963)mapunitsinminutes中斷雜交法和重組作圖繪制的大腸桿菌遺傳圖(1963)map62

第三節(jié)噬菌體的遺傳分析第三節(jié)噬菌體的遺傳分析63一、噬菌體的生活周期(一)烈性噬菌體一、噬菌體的生活周期(一)烈性噬菌體641.噬菌體吸附到宿主細(xì)胞上2.尾絲鞘收縮，中軸刺穿宿主細(xì)胞3.頭部的DNA被送入宿主細(xì)胞4.在數(shù)分鐘內(nèi)，所有的細(xì)菌核酸和蛋白質(zhì)合成都被抑制。1.噬菌體吸附到宿主細(xì)胞上655.噬菌體大分子合成，細(xì)菌的核酸被降解。（1）噬菌體DNA復(fù)制。（2）噬菌體外殼蛋白合成。5.噬菌體大分子合成，細(xì)菌的核酸被降解。（1）噬菌體DN66(1)DNA被包到頭部(2)組裝尾部(3)裝上尾絲6.噬菌體組裝(1)DNA被包到頭部6.噬菌體組裝67約200個(gè)噬菌體導(dǎo)致細(xì)菌被噬菌體基因編碼的溶菌酶（lysozyme)溶解。7.宿主細(xì)胞破裂約200個(gè)噬菌體導(dǎo)致細(xì)菌被噬菌體基因編碼的溶菌酶（lysoz68烈性噬菌體(二)溫和性噬菌體侵染細(xì)菌原噬菌體（λ噬菌體）溶源途徑進(jìn)入溶菌階段理化因素作用，原噬菌體脫離宿主染色體而進(jìn)入裂解途徑。裂解寄主而釋放溶源細(xì)菌細(xì)胞分裂，溶源性穩(wěn)定遺傳

噬菌體吸附在細(xì)菌上，將染色體注入宿主細(xì)胞內(nèi)溶源途徑溶菌途徑烈性噬菌體(二)溫和性噬菌體侵染細(xì)菌原噬菌體（λ噬菌體69二、噬菌體的基因重組１.噬菌體表型的區(qū)分

噬菌體突變影響生活周期，會(huì)產(chǎn)生不同的噬菌斑。噬菌斑是噬菌體感染宿主細(xì)菌后，在細(xì)菌涂布平板培養(yǎng)基中形成的，肉眼可見(jiàn)的透明圈。1個(gè)噬菌斑大約含有107個(gè)噬菌體，它們起源于同一個(gè)噬菌體，是噬菌體反復(fù)侵染、裂解細(xì)菌后產(chǎn)生的噬菌體后代，因此有著相同的基因型。通過(guò)觀察噬菌斑的形態(tài)來(lái)鑒別噬菌體的基因型。二、噬菌體的基因重組１.噬菌體表型的區(qū)分噬菌體突變影響生70①噬菌斑的形態(tài)：（T2噬菌體）②宿主范圍：h（突變型）：噬菌體能在E.coliB和B/2品系上生長(zhǎng)h+（野生型）：只能在E.coliB品系上生長(zhǎng)。能在B和B/2混合菌苔上產(chǎn)生透明斑。感染B菌株，產(chǎn)生半透明斑。r（突變型）：快速溶菌，噬菌斑大，邊緣清楚。r+（野生型）：噬菌斑小，邊緣模糊。①噬菌斑的形態(tài)：（T2噬菌體）②宿主范圍：h（突變型）：71２、噬菌體雜交親本噬菌體（T2）基因型hr+：透明，小斑，邊緣模糊h+r：半透明，大斑，邊緣清楚，雜交過(guò)程——混合感染實(shí)驗(yàn)兩個(gè)親本噬菌體混合感染E.coliB和B/2，觀察菌苔上出現(xiàn)的噬菌斑特征，用以推斷噬菌體的基因型。２、噬菌體雜交親本噬菌體（T2）基因型hr+：透明，小斑，邊72hr+×h+rhr+和h+r噬菌體同時(shí)感染E.coliB噬菌體DNA復(fù)制、重組產(chǎn)生親本型和重組型子代噬菌體hr+×h+rhr+和h+r噬菌體同時(shí)感染E.coliB噬73半大半小透小透大上述子代噬菌體接種在同時(shí)長(zhǎng)滿大腸桿菌B和B/2的混合培養(yǎng)物中根據(jù)噬菌斑點(diǎn)形態(tài)識(shí)別噬菌體基因型半大半小透小透大上述子代噬菌體接種在同時(shí)長(zhǎng)滿大腸桿菌B和B/74

hr+×h+r中在B和B/2混合菌苔上出現(xiàn)了4種噬菌斑。噬菌斑表型推測(cè)基因型親本型透明小hr+半透明大h+r重組型半透明小h+r+透明大hrhr+×h+r中在B和B/2混合菌苔上出現(xiàn)了4種噬菌斑75３、噬菌體重組值與基因作圖重組值的計(jì)算重組噬菌體的噬菌斑數(shù)總噬菌斑數(shù)×100%基因圖距用兩個(gè)基因的重組值表示基因間的距離。（h+r++hr）totalplaques×100%３、噬菌體重組值與基因作圖重組值的計(jì)算重組噬菌體的噬菌斑數(shù)76Hershey和Rotman1949年的T2雜交結(jié)果基因型噬菌斑百分率hr+4276%h+r34h+r+1224%hr12rh24Hershey和Rotman1949年的T2雜交結(jié)果基因型噬774.重組機(jī)理h+rh+rh+rhr+hr+hr+h+rh+rh+rhr+hr+hr+噬菌體染色體在細(xì)菌體內(nèi)復(fù)制不同的噬菌體染色體在細(xì)菌體內(nèi)交換重組h+rh+r4.重組機(jī)理h+rh+rh+rhr+hr+hr+h+78h+r+h+rh+rhr+hr+hrh+rh+r+h+rhr+hrh+r釋放出的4種子代噬菌體部分噬菌體DNA重組h+r+h+rh+rhr+hr+hrh+rh+r+h+rh79細(xì)菌和病毒的遺傳課件80噬菌體也可以通過(guò)類(lèi)似于高等生物三點(diǎn)測(cè)驗(yàn)進(jìn)行基因定位。如用T4噬菌體的兩個(gè)品系混合感染大腸桿菌。一個(gè)品系是：小噬菌斑（m）、快速溶菌（r）、混濁噬菌斑（tu）；另一品系對(duì)這三個(gè)性狀都是野生型（+++），混合感染大腸桿菌類(lèi)型基因型噬菌斑數(shù)比例%重組發(fā)生在m—rr—tum—tu親本型mrtu346769.6+++3929單交換型m++5209.6√√+rtu474單交換型mr+85317.5√√++tu965雙交換型m+tu1623.3√√+r+172合計(jì)1034212.9%20.8%27.1%噬菌體也可以通過(guò)類(lèi)似于高等生物三點(diǎn)測(cè)驗(yàn)進(jìn)行基因定位。如用T481與真核生物不同，病毒只具有一條染色體，親本組合與重組合可直接從后代中反映出來(lái)。所得后代8種類(lèi)型中數(shù)目最少的兩個(gè)就是雙交換的結(jié)果，頻率最高的兩個(gè)是親本類(lèi)型，其余的為單交換類(lèi)型。根據(jù)表中結(jié)果，我們就能計(jì)算這三個(gè)基因間的重組以及符合系數(shù)。表中結(jié)果可知：m-r的重組率為12.9%，r-tu的重組率為20.8%，m-tu的重組率為27.1%，因此，m、r及tu基因的排列順序?yàn)椋簃——r——tu。

由此可見(jiàn)，利用混合感染試驗(yàn)的結(jié)果，可以將噬菌體的基因定位在染色體上，制作噬菌體的連鎖遺傳圖。Streisinger和Edgar根據(jù)許多基因重組的資料，在1964年確定噬菌體的染色體是環(huán)狀的。與真核生物不同，病毒只具有一條染色體，親本組合與重組合可直接82噬菌體的遺傳圖噬菌體的遺傳圖831.轉(zhuǎn)導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)1952年，J.Lederberg和他的學(xué)生N.Zinder（津德）在鼠傷寒沙門(mén)氏菌（salmonellatyphimurium）中作的重組實(shí)驗(yàn)：菌株StrainLA-2：phe+trp+met-his-StrainLA-22：phe-trp-met+his+三、轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)

Transduction:以噬菌體為媒介，將細(xì)菌供體DNA轉(zhuǎn)移到受體，使受體發(fā)生遺傳變異的過(guò)程。1.轉(zhuǎn)導(dǎo)的發(fā)現(xiàn)1952年，J.Lederberg和他的學(xué)生84雜交結(jié)果StrainLA-2：StrainLA-22：×10-5Prototrophsphe+trp+met+his+DavisU-tube實(shí)驗(yàn)將兩個(gè)親本分別放在U形管兩臂中，結(jié)果同樣能獲得原養(yǎng)型重組菌！而且只在LA-22中！雜交結(jié)果StrainLA-2：StrainLA-22：×85加壓或吸壓菌株LA-22菌株LA-2涂布在固體平板的基本培養(yǎng)基上微孔濾片涂布在固體平板的基本培養(yǎng)基上沒(méi)有菌落原養(yǎng)型菌落（phe+trp+met+his+）,頻率為10-5加壓或吸壓菌株LA-22菌株LA-2涂布在固體平板的基本86根據(jù)以上結(jié)果推斷，一種可以通過(guò)細(xì)菌濾片的因子將遺傳信息從LA-2傳遞給了LA-22。稱(chēng)之為過(guò)濾因子（FA）。另一些實(shí)驗(yàn)又證明了：FA不是裸露的DNA，加入DNA酶并不能減弱FA的效力（同時(shí)也排除了轉(zhuǎn)化）；LA-2產(chǎn)生FA需要LA-22的存在，F(xiàn)A能穿過(guò)微孔濾片；FA與從溶源性細(xì)菌中分離得到的溫和噬菌體P22的質(zhì)量大小相同；用抗P22的血清或加熱處理，P22的感染性和FA功能失活的速率相同；抗噬菌體P22的在鼠傷寒沙門(mén)氏菌對(duì)FA也表現(xiàn)為抗性。這些結(jié)果證明，F(xiàn)A就是溫和噬菌體P22。根據(jù)以上結(jié)果推斷，一種可以通過(guò)細(xì)菌濾片的因子將遺傳信息從LA87推論LA-22菌株是溶源性的，LA-2是非溶源性的。在培養(yǎng)過(guò)程中，LA-22中的原噬菌體P22偶然裂解，穿過(guò)濾片后感染并裂解LA-2，包裝了LA-2的基因，返回濾片感染LA-22并溶源化。給LA-22帶入phe+trp+。形成原養(yǎng)型菌落。推論LA-22菌株是溶源性的，LA-2是非溶源性的。在培養(yǎng)過(guò)88穿過(guò)濾片原養(yǎng)型LA-22(+P22)P22偶然溶菌P22感染LA-22LA-22重組感染LA-2偶然包裝LA-2基因P22P22穿過(guò)濾片原養(yǎng)型LA-22(+P22)P22偶然溶菌P2892.普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(generalizedtransduction)例如：鼠傷寒沙門(mén)氏菌的P22噬菌體、大腸桿菌的P1噬菌體

普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：供體細(xì)菌染色體DNA的任何基因或任何片段都有可能被噬菌體轉(zhuǎn)入受體菌的過(guò)程。

通常能夠進(jìn)行普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的噬菌體是烈性噬菌體，他們感染細(xì)菌細(xì)胞后，在細(xì)胞內(nèi)復(fù)制，最后導(dǎo)致細(xì)胞裂解。在裂解過(guò)程中，供體細(xì)胞DNA降解。噬菌體包裝時(shí)可能以很低的頻率發(fā)生錯(cuò)誤而將供體細(xì)胞DNA誤為噬菌體自身DNA進(jìn)行包裝。當(dāng)這個(gè)噬菌體（轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體或轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒）感染另一個(gè)細(xì)胞（受體）時(shí)，能夠?qū)⒐wDNA轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞中，形成部分二倍體，并經(jīng)過(guò)同源區(qū)段交換整合到受體細(xì)菌染色體DNA中，形成一個(gè)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子。2.普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(generalizedtransducti901)由于噬菌體錯(cuò)誤包裝及注入受體菌的供體DNA片段是隨機(jī)的，因而對(duì)所轉(zhuǎn)導(dǎo)的基因沒(méi)有限制。

2)轉(zhuǎn)入受體菌的供體DNA片段在受體菌中不能復(fù)制，但可以通過(guò)DNA重組整合到受體染色體基因組，與受體菌染色體一起復(fù)制。特點(diǎn)：1)由于噬菌體錯(cuò)誤包裝及注入受體菌的供體DNA片段是隨機(jī)的，91噬菌體吸附并注入DNA噬菌體DNA復(fù)制、蛋白質(zhì)合成，宿主染色體降解成小片段錯(cuò)誤包裝，形成轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體吸附并將細(xì)菌DNA注入

形成部分二倍體，發(fā)生偶數(shù)次交換基因整合到受體染色體上，形成穩(wěn)定的轉(zhuǎn)導(dǎo)子大多數(shù)噬菌體只攜帶自身DNA感染受體細(xì)菌產(chǎn)生許多子代P1噬菌體噬菌體吸附并注入DNA噬菌體DNA復(fù)制、蛋白質(zhì)合成，宿主染色92普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖

利用普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)，確定細(xì)菌基因之間的排列順序和距離，構(gòu)建它的遺傳圖。這種基因定位方法稱(chēng)為轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖。

兩個(gè)或兩個(gè)以上基因同時(shí)被轉(zhuǎn)導(dǎo)的現(xiàn)象稱(chēng)為共轉(zhuǎn)導(dǎo)(cotransduction)或稱(chēng)為并發(fā)轉(zhuǎn)導(dǎo)。共轉(zhuǎn)導(dǎo)的頻率愈高，表明兩個(gè)基因在染色體上的距離愈近；反之則距離愈遠(yuǎn)。通過(guò)計(jì)算和比較兩個(gè)基因之間的共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率，我們就可以確定三個(gè)或三個(gè)以上基因在染色體上的排列順序以及他們之間的距離。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖利用普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)，確定細(xì)菌基因之間的排列順93

例如a、b基因間的共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率很高，a、c基因的共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率也很高，而b和c間很少或完全不在一起轉(zhuǎn)導(dǎo)，那么這三個(gè)基因的順序就應(yīng)為bac。兩個(gè)標(biāo)記基因之間的距離可用下式計(jì)算：

其中d：兩個(gè)標(biāo)記基因間的距離；X：兩個(gè)基因的共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率；L：轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA的最大長(zhǎng)度（相當(dāng)于噬菌體染色體長(zhǎng)度，取2min）。

例如a、b基因間的共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率很高，a、c基因的共轉(zhuǎn)94

該作圖方法類(lèi)似于真核生物的兩點(diǎn)測(cè)驗(yàn)。此外轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖也可采用類(lèi)似于三點(diǎn)測(cè)驗(yàn)的方法，即采用一次三因子轉(zhuǎn)導(dǎo)(three-factortransduction)試驗(yàn)，就可推出三個(gè)基因的排列次序。例如利用普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體P1，侵染基因型為ilv+leu+ara+的大腸桿菌，收集所得到的噬菌體裂解液再去侵染基因型為ilv-leu-ara-的受體菌，然后把受體菌接種在選擇培養(yǎng)基上，選擇標(biāo)記基因?yàn)閕lv+(在該培養(yǎng)基上只有ilv+轉(zhuǎn)導(dǎo)才能生長(zhǎng))。然后用影印法測(cè)定其余兩個(gè)非選擇標(biāo)記基因以及他們的菌落數(shù)，得到如圖的結(jié)果。該作圖方法類(lèi)似于真核生物的兩點(diǎn)測(cè)驗(yàn)。此外轉(zhuǎn)導(dǎo)作圖也95細(xì)菌和病毒的遺傳課件96根據(jù)圖中的結(jié)果，我們可以計(jì)算基因之間的共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率。計(jì)算結(jié)果如下：ilv-leu的共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率=（ilv+leu+ara+）+（ilv+leu+ara-）/總轉(zhuǎn)導(dǎo)子數(shù)=1229+144/1229+144+72+1=94.84%ilv-ara的共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率=（ilv+leu+ara+）+（ilv+leu-ara+）/總轉(zhuǎn)導(dǎo)子數(shù)=144+1/1229+144+72+1=9.97%leu-ara的共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率=（ilv+leu+ara+）/總轉(zhuǎn)導(dǎo)子數(shù)=144/1229+144+72+1=9.9%根據(jù)圖中的結(jié)果，我們可以計(jì)算基因之間的共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率。97

P1噬菌體的染色體長(zhǎng)度約為大腸桿菌染色體長(zhǎng)度的2%，相當(dāng)于大腸桿菌遺傳圖譜的2分鐘的大小。因此，PI噬菌體可以轉(zhuǎn)導(dǎo)的最大長(zhǎng)度相當(dāng)于大腸桿菌遺傳圖譜2分鐘。通過(guò)共轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率，我們可以計(jì)算基因間的距離。ilv-ara距離為：d=L（1-X1/3）=2（1-0.09971/3）=1.08分鐘ilv-leu距離為：d=L（1-X1/3）=2（1-0.94841/3）=0.035分鐘P1噬菌體的染色體長(zhǎng)度約為大腸桿菌染色體長(zhǎng)度的982.特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)（Specializedtransduction）

這類(lèi)噬菌體只能轉(zhuǎn)導(dǎo)供體基因組中的特定基因，又稱(chēng)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)。能進(jìn)行局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)的噬菌體一般是溫和噬菌體。多數(shù)溫和噬菌體在形成原噬菌體時(shí)，往往整合在細(xì)菌染色體上的特定的位置。原噬菌體離開(kāi)細(xì)菌染色體，一般可以精確切離形成一個(gè)完整的λDNA，但偶爾發(fā)生偏差而形成帶有g(shù)al或bio基因的轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體，同時(shí)將噬菌體部分DNA留在細(xì)菌染色體上。2.特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)（Specializedtransducti99噬菌體λ轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)菌基因gal的圖解噬菌體λ轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)菌基因gal的圖解100小結(jié)

病毒和細(xì)菌的遺傳分析對(duì)建立和發(fā)展分子遺傳學(xué)及遺傳工程具有重要的意義。噬菌體的遺傳分析主要是通過(guò)噬菌斑形態(tài)、寄主范圍變異進(jìn)行分析。細(xì)菌是通過(guò)分析其擬有性生殖過(guò)程來(lái)進(jìn)行遺傳分析。轉(zhuǎn)化是通過(guò)細(xì)胞膜攝取供體DNA片斷，轉(zhuǎn)導(dǎo)是利用噬菌體為媒介細(xì)菌間遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，接合和性導(dǎo)都是利用性因子，細(xì)菌細(xì)胞接觸后遺傳物質(zhì)從供體向受體轉(zhuǎn)移。通過(guò)U型管試驗(yàn)、DNA酶處理、抗噬菌體血清處理等將各種擬有性生殖區(qū)分開(kāi)來(lái)。利用擬有性生殖過(guò)程中形成的部分二倍體發(fā)生交換重組進(jìn)行細(xì)菌基因的定位，也可利用中斷雜交以時(shí)間為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行染色體作圖。小結(jié)101第一節(jié)細(xì)菌和病毒的結(jié)構(gòu)第二節(jié)細(xì)菌的遺傳分析第三節(jié)噬菌體的遺傳分析第一節(jié)細(xì)菌和病毒的結(jié)構(gòu)第二節(jié)細(xì)菌的遺傳分析第三節(jié)噬菌體102

第一節(jié)細(xì)菌和病毒的結(jié)構(gòu)細(xì)菌和病毒的結(jié)構(gòu)及其遺傳特點(diǎn)，使它們成為遺傳學(xué)研究的好材料。轉(zhuǎn)化試驗(yàn)、一個(gè)基因一種酶假說(shuō)、基因的精細(xì)結(jié)構(gòu)、基因表達(dá)的調(diào)控、基因工程等遺傳學(xué)的重大發(fā)現(xiàn)和技術(shù)發(fā)展都與細(xì)菌和病毒有關(guān)。第一節(jié)細(xì)菌和病毒的結(jié)構(gòu)細(xì)菌和病毒的結(jié)構(gòu)及其遺103一、細(xì)菌的結(jié)構(gòu)單細(xì)胞生物，大小不一，一般長(zhǎng)1-2μm，寬0.5μm，為一層或多層膜或細(xì)胞壁所包圍。部分細(xì)菌還有某些特殊的結(jié)構(gòu)，如鞭毛、傘毛、莢膜等。細(xì)菌的細(xì)胞核沒(méi)有核膜，其中的染色體是一個(gè)很長(zhǎng)的共價(jià)閉合環(huán)狀雙鏈DNA分子，長(zhǎng)度從250-3500μm不等，一般不與蛋白質(zhì)結(jié)合。多數(shù)細(xì)菌細(xì)胞在細(xì)胞核外還有一個(gè)或多個(gè)能自主復(fù)制的小型環(huán)狀DNA。這些DNA分子對(duì)細(xì)菌的生長(zhǎng)并非必需，但可賦予細(xì)菌某些特性，如抗藥性、抗鹽性、抗噬菌體侵染等。這些小分子DNA稱(chēng)為質(zhì)粒（plasmid）。細(xì)菌能在成分十分簡(jiǎn)單的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，這種培養(yǎng)基叫基本培養(yǎng)基。細(xì)菌在這種培養(yǎng)基上能合成生長(zhǎng)所必須的各種有機(jī)物。單一細(xì)胞經(jīng)過(guò)分裂而增殖，大致20分鐘繁殖一代，逐漸形成肉眼可見(jiàn)的菌落。一、細(xì)菌的結(jié)構(gòu)單細(xì)胞生物，大小不一，一般長(zhǎng)1-2μm，寬0104二、病毒的結(jié)構(gòu)病毒為非細(xì)胞結(jié)構(gòu)，沒(méi)有自身的代謝機(jī)能，不能獨(dú)立地生長(zhǎng)和繁殖，必須寄生在活細(xì)胞中，利用活細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成新的病毒后代。繁殖迅速，每小時(shí)可增殖百倍。病毒個(gè)體微小，形態(tài)多樣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅含一種核酸（DNA或RNA）和一個(gè)蛋白質(zhì)外殼。依其遺傳物質(zhì)的性質(zhì)，可以分單鏈DNA、單鏈RNA、雙鏈DNA和雙鏈RNA病毒等四種類(lèi)型。按照它們所感染的細(xì)胞類(lèi)型可分為感染細(xì)菌、真菌及藻類(lèi)的菌類(lèi)病毒，以及感染動(dòng)植物的動(dòng)物病毒和植物病毒。遺傳學(xué)研究中應(yīng)用最廣泛的是感染細(xì)菌的病毒，又稱(chēng)為噬菌體(bacteriophage)。依其與宿主細(xì)胞的相互關(guān)系，可以分為烈性噬菌體(virulentphage)和溫和噬菌體(temperatephage)兩大類(lèi)型。二、病毒的結(jié)構(gòu)病毒為非細(xì)胞結(jié)構(gòu)，沒(méi)有自身的代謝機(jī)能，不能獨(dú)立1051．世代周期短：

大腸桿菌(E.Coli)20分鐘可繁殖一代。2．便于管理和生化分析：

個(gè)體小，一般在1μm至幾μm之間(1μm=1/1000mm)，操作管理方便。3．便于研究基因突變：裸露的DNA分子(有的病毒為RNA分子)，易受環(huán)境條件的影響而發(fā)生突變；單倍體生物，不存在顯性掩蓋隱性問(wèn)題，突變均能表現(xiàn)出來(lái)。三、細(xì)菌和病毒在遺傳學(xué)研究的優(yōu)越性1．世代周期短：三、細(xì)菌和病毒在遺傳學(xué)研究的優(yōu)越性106

4．便于研究基因的作用：影印培養(yǎng)，易檢出營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變，有利于從生化角度來(lái)研究基因的作用。5．便于基因重組研究：細(xì)菌具有轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)和接合作用，利用這些特性可以進(jìn)行精密的遺傳學(xué)分析6.便于研究基因結(jié)構(gòu)、功能及調(diào)控機(jī)制：細(xì)菌和病毒的遺傳物質(zhì)簡(jiǎn)單，基因定位、結(jié)構(gòu)分析及其分離易于進(jìn)行，基因的表達(dá)調(diào)控也適于用生理生化的方法進(jìn)行深入的研究。7.便于進(jìn)行遺傳操作：染色體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有組蛋白和其它蛋白的結(jié)合，更宜于進(jìn)行遺傳工程的操作。4．便于研究基因的作用：107四、細(xì)菌和病毒的研究方法1．單細(xì)胞分離

菌液→稀釋→涂布在固體培基→單個(gè)細(xì)胞分離→形成肉眼可見(jiàn)菌落。細(xì)菌的研究方法：四、細(xì)菌和病毒的研究方法1．單細(xì)胞分離細(xì)菌的研究方法：1082．影印法測(cè)定變異采用影印法測(cè)定細(xì)菌是否發(fā)生變異以及發(fā)生何種變異。細(xì)菌變異主要有形態(tài)特征變異和生理特性變異。

形態(tài)特征變異：菌落大小、形狀、顏色

生理特性變異：（1）營(yíng)養(yǎng)缺陷型：?jiǎn)适Ш铣赡撤N營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力，在基本培養(yǎng)基上不能生長(zhǎng)。原養(yǎng)型（野生型）：能夠在基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。

（2）抗性突變：抗藥性和抗感染型。2．影印法測(cè)定變異109細(xì)菌的影印培養(yǎng)方法（Lederberg,1952）細(xì)菌的影印培養(yǎng)方法（Lederberg,1952）110病毒的研究方法：1.獲得變異亞硝酸、羥胺、乙基黃酸乙酯（EES）等化學(xué)藥劑誘導(dǎo)發(fā)生變異。

常見(jiàn)變異：

寄主范圍變異：野生型（h＋）：感染B菌株，產(chǎn)生半透明斑；突變型（h）：感染B和B/2菌株，產(chǎn)生透明斑。

噬菌斑突變：野生型（r＋）：產(chǎn)生正常斑，小而邊緣模糊；突變型（r）：產(chǎn)生突變斑，大而邊緣清晰。所以：h+r感染B菌株產(chǎn)生半透明大斑；hr+感染B和B/2菌株，產(chǎn)生透明小斑。2．雜交試驗(yàn)雙重感染分析子代噬菌體中重組型的頻率。病毒的研究方法：1111.轉(zhuǎn)化（transformation）：裸露的非病毒的DNA導(dǎo)入細(xì)菌細(xì)胞的過(guò)程。2.轉(zhuǎn)染（transfection）：裸露的病毒（噬菌體）DNA導(dǎo)入細(xì)菌的過(guò)程。是一種特殊的轉(zhuǎn)化形式。3.轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）：以噬菌體為媒介將細(xì)菌的DNA從供體菌轉(zhuǎn)移到受體菌的過(guò)程。4.接合（conjugation）：細(xì)菌通過(guò)細(xì)胞之間的直接接觸的方式傳遞遺傳物質(zhì)的過(guò)程。一、細(xì)菌遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移形式第二節(jié)細(xì)菌的遺傳分析1.轉(zhuǎn)化（transformation）：裸露的非病毒的D112通過(guò)接合作用，部分供體基因組DNA轉(zhuǎn)移到受體菌中通過(guò)接合作用，質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到受體菌中通過(guò)接合作用，部分供體基因組DNA轉(zhuǎn)移到受體菌中通過(guò)接合作用1131.單方向轉(zhuǎn)移2.都產(chǎn)生部分二倍體3.轉(zhuǎn)入的基因只有整合到環(huán)狀染色體上才能穩(wěn)定遺傳二、細(xì)菌遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移的共同特點(diǎn)1.單方向轉(zhuǎn)移二、細(xì)菌遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移的共同特點(diǎn)114三、細(xì)菌的轉(zhuǎn)化（transformation）1.轉(zhuǎn)化的發(fā)現(xiàn)1928年F.Griffith首先發(fā)現(xiàn)。1944年O.Avery研究小組證實(shí)引起轉(zhuǎn)化的因子是細(xì)菌的DNA。轉(zhuǎn)化(transformation)：細(xì)菌細(xì)胞通過(guò)其細(xì)胞膜攝取周?chē)wDNA片段，并通過(guò)重組整合到自己染色體中的過(guò)程。三、細(xì)菌的轉(zhuǎn)化（transformation）1.轉(zhuǎn)化的發(fā)1152.轉(zhuǎn)化的類(lèi)型（1）自然轉(zhuǎn)化（naturaltransformation）細(xì)菌可以自由吸收DNA，并轉(zhuǎn)化。如：枯草桿菌的轉(zhuǎn)化。（2）工程轉(zhuǎn)化（engineeredtransformation）人工轉(zhuǎn)化(artificialtransformation)細(xì)菌發(fā)生改變(感受態(tài)細(xì)胞的制備)，使其能攝入外源DNA，并轉(zhuǎn)化。如：大腸桿菌的轉(zhuǎn)化。2.轉(zhuǎn)化的類(lèi)型（1）自然轉(zhuǎn)化（naturaltransf1163.轉(zhuǎn)化的過(guò)程（1）外源DNA與受體細(xì)菌細(xì)胞的結(jié)合

影響因素：

供體DNA片段大小：不同細(xì)菌要求轉(zhuǎn)化的片段大小不同。肺炎雙球菌要求800核苷酸對(duì)以上；枯草桿菌要求1600核苷酸對(duì)以上；大腸桿菌轉(zhuǎn)化DNA片段長(zhǎng)度為10000-20000bp（占E.coli染色體的1/200）。

供體DNA片段形態(tài)：供體DNA必需是雙鏈。

供體DNA片段濃度：供體DNA片段數(shù)目越多越容易發(fā)生轉(zhuǎn)化，但不同細(xì)菌只能與特定數(shù)量DNA片段結(jié)合。取決于細(xì)胞上接受座位數(shù)。一個(gè)細(xì)菌表面大約有50個(gè)吸附位點(diǎn)。

受體細(xì)胞生理狀態(tài)：感受狀態(tài)細(xì)胞（DNA合成剛結(jié)束，蛋白質(zhì)合成仍在進(jìn)行時(shí)的細(xì)胞）才能發(fā)生轉(zhuǎn)化。感受態(tài)的出現(xiàn)主要受一類(lèi)小分子蛋白質(zhì)（感受態(tài)因子）影響，感受態(tài)因子可以使細(xì)胞出現(xiàn)感受態(tài)，并能從感受態(tài)細(xì)菌傳遞到非感受態(tài)細(xì)菌，使其出現(xiàn)感受態(tài)。一般認(rèn)為感受態(tài)出現(xiàn)在細(xì)菌對(duì)數(shù)生長(zhǎng)后期。高Ca2+、溫度以及電激處理等，也能夠改變膜對(duì)DNA的通透性，從而誘導(dǎo)或加強(qiáng)感受態(tài)。

3.轉(zhuǎn)化的過(guò)程（1）外源DNA與受體細(xì)菌細(xì)胞的結(jié)合117細(xì)菌和病毒的遺傳課件118

b）DNA通過(guò)細(xì)胞壁和細(xì)胞膜是一個(gè)主動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程，需要膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)分子，并消耗能量。（2）DNA的穿入a）在細(xì)胞膜上核酸外切酶的作用下，將吸附雙鏈DNA中的一條鏈降解，另一條單鏈則利用降解后釋放的能量，穿入受體細(xì)胞內(nèi)。

b）DNA通過(guò)細(xì)胞壁和細(xì)胞膜是一個(gè)主動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程，需要膜119外源DNA穿入受體細(xì)胞示意圖單鏈DNA細(xì)胞膜供體DNADNA結(jié)合復(fù)合蛋白體能量核酸外切酶細(xì)胞壁外源DNA穿入受體細(xì)胞示意圖單鏈DNA細(xì)胞膜供體DNADNA120（3）聯(lián)會(huì)(synapsis)，與外源DNA片段的整合

聯(lián)會(huì)：外源單鏈DNA與受體細(xì)菌染色體DNA的同源區(qū)段發(fā)生聯(lián)會(huì)，形成部分二倍體。部分二倍體：細(xì)菌擬有性生殖過(guò)程中，外源DNA與受體DNA同源區(qū)段聯(lián)會(huì)，使受體細(xì)胞部分DNA形成二倍體。供體外基因子：部分二倍體中的外源DNA。受體內(nèi)基因子：部分二倍體中受體細(xì)胞的DNA。整合（重組）：部分二倍體發(fā)生交換，將外源DNA置換到受體染色體中。（3）聯(lián)會(huì)(synapsis)，與外源DNA片段的整合聯(lián)會(huì)121部分二倍體發(fā)生交換只有偶數(shù)（雙交換、四交換）交換才有意義，既不破壞受體DNA的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，又將外源DNA置換到受體染色體中。而奇數(shù)交換將受體環(huán)狀DNA打開(kāi)成線性DNA，重組轉(zhuǎn)化子不能成活。部分二倍體發(fā)生交換只有偶數(shù)（雙交換、四交換）交換才有意義，既122

經(jīng)過(guò)一次染色體復(fù)制和細(xì)胞分裂，形成一個(gè)轉(zhuǎn)化了的細(xì)胞和一個(gè)未被轉(zhuǎn)化的細(xì)胞。（4）轉(zhuǎn)化細(xì)胞的形成經(jīng)過(guò)一次染色體復(fù)制和細(xì)胞分裂，形成一個(gè)轉(zhuǎn)化了的細(xì)胞123細(xì)菌轉(zhuǎn)化的過(guò)程整合外源DNA結(jié)合在受體位點(diǎn)DNA穿入感受態(tài)細(xì)胞聯(lián)會(huì)形成轉(zhuǎn)化細(xì)胞細(xì)菌轉(zhuǎn)化的過(guò)程整合外源DNA結(jié)合在受體位點(diǎn)DNA穿入感受態(tài)細(xì)1244.轉(zhuǎn)化作圖

DNA是以小片段的形式進(jìn)入受體的，所以距離很遠(yuǎn)的兩個(gè)基因很難同時(shí)存在于一個(gè)片段中同時(shí)轉(zhuǎn)化，除非分別包括這兩個(gè)基因的兩個(gè)片段同時(shí)進(jìn)入受體。兩個(gè)片段同時(shí)轉(zhuǎn)化的概率應(yīng)為它們單獨(dú)轉(zhuǎn)化的概率的乘積。但是當(dāng)兩個(gè)基因緊密連鎖時(shí)，它們就有較多的機(jī)會(huì)包括在同一個(gè)DNA片段中，并同時(shí)整合到受體染色體中，因此，緊密連鎖的基因可以通過(guò)轉(zhuǎn)化進(jìn)行作圖。通過(guò)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，利用轉(zhuǎn)化發(fā)生的重組計(jì)算它們之間的重組率，將細(xì)菌的不同基因定位在它的染色體DNA上，構(gòu)成它的遺傳圖譜。4.轉(zhuǎn)化作圖DNA是以小片段的形式進(jìn)入受體的，所125

用一野生型細(xì)菌菌株提取出來(lái)的DNA轉(zhuǎn)化一個(gè)不能合成丙氨酸（ala－）、脯氨酸（pro－）、精氨酸（arg－）的突變菌株，獲得下列結(jié)果：

ala+pro+arg+8400ala+pro－arg+2100ala+pro－arg－

840ala+pro+

arg－

420ala－pro+arg+

1400ala－pro－arg+

840ala－pro+

arg－840

用一野生型細(xì)菌菌株提取出來(lái)的DNA轉(zhuǎn)化一個(gè)不能合成丙氨126任意兩基因發(fā)生共同轉(zhuǎn)化的前提下：ala-pro：親型轉(zhuǎn)化子：ala+pro+重組型轉(zhuǎn)化子：ala+pro-

ala-pro+ala-arg：親型轉(zhuǎn)化子：ala+arg+重組型轉(zhuǎn)化子：ala+arg-ala-arg+pro-arg：親型轉(zhuǎn)化子：pro+arg+重組型轉(zhuǎn)化子：pro+arg-pro-arg+arg+arg-arg+arg-arg+arg-arg+arg-arg+arg-arg+arg-arg+arg-arg+arg-arg+arg-任意兩基因發(fā)生共同轉(zhuǎn)化的前提下：ala-pro：親型轉(zhuǎn)化子：127重組率＝重組型轉(zhuǎn)化子/轉(zhuǎn)化子總數(shù)×100％

ala－pro間的重組率＝(2100+840+1400+840)/(2100+840+1400+840+8400+420)＝37％

ala－arg間的重組率＝(840+420+1400+840)/(840+420+1400+840+8400+2100)＝25％

pro－arg間的重組率＝(2100+420+840+840)/(2100+420+840+840+8400+1400)＝30%

所以，三基因間的距離和順序?yàn)椋篴la←25→arg←30→pro

重組率＝重組型轉(zhuǎn)化子/轉(zhuǎn)化子總數(shù)×100％128四、細(xì)菌的接合（conjugation）E.coli接合的發(fā)現(xiàn)

1946年JoshuaLederberg（黎德伯格）和EdwardTatum發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌之間通過(guò)直接接觸傳遞遺傳信息。

Lederberg由于研究細(xì)菌的重組而獲得1958年NobelMedicineorphysiologyPrize。

Tatum和G.W.Beable提出的“一個(gè)基因一個(gè)酶”也在此獎(jiǎng)中。四、細(xì)菌的接合（conjugation）E.coli接合的129

1.Lederberg-Tatum實(shí)驗(yàn)Lederberg發(fā)明的用基本培養(yǎng)基（minimalmedium）篩選原養(yǎng)型（prototroph）方法。對(duì)照（control）1.Lederberg-Tatum實(shí)驗(yàn)對(duì)照（contro130實(shí)驗(yàn)解釋?zhuān)夯蛲蛔?；營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)互補(bǔ)；遺傳物質(zhì)重組？實(shí)驗(yàn)解釋?zhuān)夯蛲蛔?；營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)互補(bǔ)；遺傳物質(zhì)重組？131對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋Lederberg和Tatum從概率上和對(duì)照實(shí)驗(yàn)上排除了細(xì)菌發(fā)生恢復(fù)突變的可能性：a）單一性狀恢復(fù)突變率是10-7，雙性狀恢復(fù)突變的概率是10-14。結(jié)論：在A菌株與B菌株之間發(fā)生了遺傳物質(zhì)的交換。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)互補(bǔ)：營(yíng)養(yǎng)缺陷型細(xì)菌通過(guò)培養(yǎng)交換營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，相互補(bǔ)充了對(duì)方的不足而得以在基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。b）對(duì)照培養(yǎng)的A、B菌株都沒(méi)有生長(zhǎng)出菌落。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋Lederberg和Tatum從概率上和對(duì)照132對(duì)Lederberg-Tatum實(shí)驗(yàn)解釋的質(zhì)疑

（1）實(shí)驗(yàn)獲得的原養(yǎng)型重組菌可能是轉(zhuǎn)化的結(jié)果。（2）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的互補(bǔ)：培養(yǎng)基中含有某些代謝產(chǎn)物，混合后互相補(bǔ)充了對(duì)方的缺陷而得以生長(zhǎng)。Lederberg和Tatum的補(bǔ)充試驗(yàn)A（或B）菌株基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)細(xì)菌濾器過(guò)濾濾液B（或A）菌株基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)不能生長(zhǎng)對(duì)Lederberg-Tatum實(shí)驗(yàn)解釋的質(zhì)疑（1）實(shí)驗(yàn)獲133BernardDavis實(shí)驗(yàn)的支持:是遺傳重組，而不是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)互補(bǔ)，但需要親本細(xì)胞的接觸。BernardDavis實(shí)驗(yàn)的支持:是遺傳重組，而不是營(yíng)養(yǎng)134Hayes（海斯）實(shí)驗(yàn)strainA鏈霉素處理strainBstrainA×在基本培養(yǎng)基中有菌落

接合：指兩菌體細(xì)胞的直接接觸，遺傳物質(zhì)從一個(gè)菌體轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)菌體，并導(dǎo)致遺傳重組的過(guò)程。2.接合

1952年Hayes用鏈霉素處理菌株A，然后和菌株B雜交，有遺傳重組發(fā)生，反之，則無(wú)重組的產(chǎn)生，說(shuō)明細(xì)菌遺傳物質(zhì)的交換不是交互的，而是單向的---F因子Hayes（海斯）實(shí)驗(yàn)strainA鏈霉素處理strain135實(shí)驗(yàn)推論str