第七章細(xì)菌和病毒的遺傳

第一節(jié)細(xì)菌的遺傳重組一、轉(zhuǎn)化二、接合三、F'因子與性導(dǎo)*四、質(zhì)粒及其遺傳1本文檔共47頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期三\9點43分一、轉(zhuǎn)化(transformation)(一)、細(xì)菌轉(zhuǎn)化實驗(二)、轉(zhuǎn)化過程*(三)、共同轉(zhuǎn)化與遺傳圖譜繪制2本文檔共47頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期三\9點43分(一)、細(xì)菌轉(zhuǎn)化實驗1.基礎(chǔ)知識野生型肺炎雙球菌菌落為光滑型，一種突變型為粗糙型，兩者根本差異在于莢膜形成莢膜的主要成分是多糖，具特殊的抗原性不同抗原型是遺傳的、穩(wěn)定的，一般情況下不發(fā)生互變莢膜菌落毒性類型光滑型S發(fā)達光滑有I,II,III粗糙型R無粗糙無I,II3本文檔共47頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期三\9點43分2.Griffith轉(zhuǎn)化研究(1928)4本文檔共47頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期三\9點43分Griffith對其試驗結(jié)論及發(fā)展根據(jù)上述研究結(jié)果Griffith認(rèn)為：(有毒)死細(xì)菌中的某種物質(zhì)轉(zhuǎn)移到(無毒)活細(xì)菌中，并使之具有毒性，導(dǎo)致小家鼠死亡將這種細(xì)菌遺傳類型的轉(zhuǎn)變稱為轉(zhuǎn)化，并將引起轉(zhuǎn)化的物質(zhì)稱為轉(zhuǎn)化因子(tranformingprinciple)但是當(dāng)時的化學(xué)與生化分析技術(shù)還無法鑒定殺死細(xì)菌中的確切成分，因而不能確定轉(zhuǎn)化因子為何物以后一些研究者重復(fù)上述試驗，并且加入了體外培養(yǎng)試驗，即：將加熱殺死的SIII細(xì)菌與無毒RII細(xì)菌混合培養(yǎng)，然后注入小家鼠體內(nèi)，同樣導(dǎo)致家鼠死亡。表明：細(xì)菌在培養(yǎng)條件下也能夠?qū)崿F(xiàn)遺傳類型間的定向轉(zhuǎn)化5本文檔共47頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期三\9點43分1944年，Avery在離體條件下完成轉(zhuǎn)化。6本文檔共47頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期三\9點43分實驗結(jié)論實驗結(jié)果表明：來源于加熱殺死的SIII細(xì)菌，并使RII細(xì)菌轉(zhuǎn)化成為SIII型細(xì)菌的轉(zhuǎn)化因子是DNA正是在這一認(rèn)識的基礎(chǔ)上，將轉(zhuǎn)化定義為：某些細(xì)菌能通過其細(xì)胞膜攝取周圍供體的染色體片段，并將此外源DNA片段通過重組整合到自己染色體組的過程Avery等人的實驗實際上也表明：決定細(xì)菌遺傳類型的物質(zhì)是DNA，即證明了DNA就是遺傳物質(zhì)但由于他們采用的實驗方法當(dāng)時不被人們廣泛接受，而且得出的結(jié)論與當(dāng)時人們的傳統(tǒng)觀念(認(rèn)為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì))不符合，而長期沒有得到人們的承認(rèn)7本文檔共47頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期三\9點43分(二)、轉(zhuǎn)化過程轉(zhuǎn)化現(xiàn)象在細(xì)菌中是一種普遍現(xiàn)象。不同細(xì)菌轉(zhuǎn)化過程有一定差異，但是它們都存在幾個方面的特征，即：感受態(tài)與感受態(tài)因子：感受態(tài)指細(xì)菌能夠從周圍環(huán)境中吸收DNA分子進行轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)感受態(tài)主要受一類蛋白質(zhì)(感受態(tài)因子)影響，感受態(tài)因子可以在細(xì)菌間進行轉(zhuǎn)移，從感受態(tài)細(xì)菌中傳遞到非感受態(tài)細(xì)菌中，可以使后者變?yōu)楦惺軕B(tài)轉(zhuǎn)化可以分為自然轉(zhuǎn)化（枯草桿菌）和人工轉(zhuǎn)化（大腸桿菌）。用Ca2+(如CaCl2)處理大腸桿菌可以增強其感受能力8本文檔共47頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期三\9點43分(二)、轉(zhuǎn)化過程(p157-158)供體(donor)DNA與受體(receptor)細(xì)胞結(jié)合(binding)：結(jié)合發(fā)生在受體細(xì)胞特定部位(結(jié)合點)對供體DNA片段有一定要求結(jié)合是一個可逆過程DNA攝?。寒?dāng)細(xì)菌結(jié)合點飽和之后，細(xì)菌開始攝取外源DNA往往只有一條DNA單鏈進入細(xì)胞(單鏈攝入)，另一條鏈在膜上降解聯(lián)會(synapsis)與外源DNA片段整合(integration)：整合指單鏈轉(zhuǎn)化DNA與受體DNA對應(yīng)位點置換，穩(wěn)定摻入到受體DNA中的過程，實際上就是遺傳重組過程研究整合的分子機制也就是研究遺傳重組的分子機制9本文檔共47頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期三\9點43分10本文檔共47頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期三\9點43分*(三)、轉(zhuǎn)化與基因重組作圖由于DNA是以小片段的形式進入受體的：距離很遠的兩個基因很難同時存在于一個片段中，同時轉(zhuǎn)化受體?；蜷g距離越近，它們就有較多的機會整合到受體染色體中。11本文檔共47頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期三\9點43分*枯草桿菌共轉(zhuǎn)化遺傳作圖12本文檔共47頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期三\9點43分二、接合(一)、接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實(二)、F因子及其在雜交中的行為*(三)、中斷雜交試驗作圖13本文檔共47頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期三\9點43分(一)、接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實黎德伯格和塔特姆大腸桿菌雜交試驗：材料：大腸桿菌(Escherichiacoli)K12菌株的兩個營養(yǎng)缺陷型品系

A—甲硫氨酸缺陷型met-和生物素缺陷型bio-

B—蘇氨酸缺陷型thr-和亮氨酸缺陷型leu-方法：將A、B混和，在基本培養(yǎng)基(固體)上涂布培養(yǎng)結(jié)果：平板上長出原養(yǎng)型菌落(++++)14本文檔共47頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期三\9點43分黎德伯格和塔特姆接合試驗15本文檔共47頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期三\9點43分幾種可能解釋及其分析對上述試驗結(jié)果原養(yǎng)型菌落可能產(chǎn)生于：親本細(xì)菌A或B發(fā)生了回復(fù)突變兩品系細(xì)胞通過培養(yǎng)基交換養(yǎng)料——互養(yǎng)作用兩品系間發(fā)生了轉(zhuǎn)化作用發(fā)生細(xì)胞融合，形成了異核體或雜合二倍體為了驗證這些原養(yǎng)型菌落產(chǎn)生的可能而進行的研究最終表明：這些解釋均不成立16本文檔共47頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期三\9點43分回復(fù)突變可能的排除Lederbery和Tatum采用的是雙營養(yǎng)缺陷型菌株，已基本排除A或B品系發(fā)生回復(fù)突變產(chǎn)生原養(yǎng)型細(xì)菌的可能理論分析：單基因回復(fù)突變的頻率約為10-6雙基因回復(fù)突變的頻率則為10-12，頻率很低但試驗中產(chǎn)生原養(yǎng)型菌落產(chǎn)生的頻率非常高，因此基本可以排除回復(fù)突變的可能對照實驗：單獨接種未產(chǎn)生原養(yǎng)型菌落17本文檔共47頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期三\9點43分*互養(yǎng)作用及其排除試驗材料：A品系：A-B+T1S(met-bio-thr+leu+T1S)B品系：A+B-T1R(met+bio+thr-leu-T1R)試驗方法：將A、B品系混合接種在基本培養(yǎng)基表面短時間后噴T1殺死A品系，使其不能持續(xù)產(chǎn)生thr、leu供B品系生長結(jié)果與結(jié)論：仍然出現(xiàn)原養(yǎng)型菌落互養(yǎng)并非前述原養(yǎng)型菌落出現(xiàn)的原因，而可能發(fā)生了遺傳重組18本文檔共47頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期三\9點43分*轉(zhuǎn)化作用及其排除Lederbery和Tatum曾把品系A(chǔ)的培養(yǎng)液經(jīng)加熱后，加入到B品系的培養(yǎng)物中，未得到原養(yǎng)型菌落；表明原養(yǎng)型菌落可能不是由轉(zhuǎn)化作用產(chǎn)生戴維斯(Dawis,1950)的U型管試驗結(jié)果：沒有得到原養(yǎng)型細(xì)菌結(jié)論：細(xì)胞直接接觸是原養(yǎng)型細(xì)菌產(chǎn)生的必要條件19本文檔共47頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期三\9點43分20本文檔共47頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期三\9點43分*異核體和雜合二倍體的可能性出現(xiàn)原養(yǎng)型菌落的另一種可能是：細(xì)胞融合產(chǎn)生異核體或雙雜合二倍體，類似二倍體生物的雜合體可產(chǎn)生原養(yǎng)型菌落異核體指由于細(xì)胞融合而在細(xì)胞內(nèi)含有遺傳組成不同的兩個或多個細(xì)胞核雙雜合二倍體則是異核體進一步發(fā)生核融合，形成二倍體細(xì)胞核，核內(nèi)含有兩種遺傳物質(zhì)但細(xì)菌為單倍配子體生物，異核體和二倍體只能暫時存在，繼續(xù)培養(yǎng)將發(fā)生分離對試驗中得到的原養(yǎng)型菌落后代研究表明：后代沒有出現(xiàn)預(yù)期的性狀分離現(xiàn)象21本文檔共47頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期三\9點43分(一)、接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實根據(jù)上述研究可以認(rèn)為：在Lederbery和Tatum及其它類似試驗中，發(fā)生了一種不同于轉(zhuǎn)化的遺傳重組方式，稱之為接合海斯(1952)研究表明：大腸桿菌兩種不同菌株(品系)接合過程中遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移是單向的認(rèn)為大腸桿菌存在兩種類型品系，分別作為接合過程中遺傳物質(zhì)的供體與受體接合(conjugation)：遺傳物質(zhì)從供體(donor)轉(zhuǎn)移到受體(receptor)的重組過程22本文檔共47頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期三\9點43分23本文檔共47頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期三\9點43分(二)、F因子及其在雜交中的行為1.F因子海斯等進一步研究發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌在接合中作供體的能力受細(xì)胞內(nèi)一種致育因子(fertilityfactor/F因子，sexfactor/性因子)控制F因子的化學(xué)本質(zhì)是DNA，可以自主狀態(tài)存在于細(xì)胞質(zhì)中或整合到細(xì)菌的染色體上F因子可在細(xì)菌細(xì)胞間進行轉(zhuǎn)移24本文檔共47頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期三\9點43分F因子與細(xì)菌結(jié)構(gòu)、生理差異25本文檔共47頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期三\9點43分F因子的存在狀態(tài)26本文檔共47頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期三\9點43分2.F因子及其在雜交中的行為27本文檔共47頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期三\9點43分2.F因子及其在雜交中的行為28本文檔共47頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期三\9點43分2.F因子及其在雜交中的行為29本文檔共47頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期三\9點43分*(三)、中斷雜交試驗作圖30本文檔共47頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期三\9點43分中斷雜交試驗Hfr:thr+

leu+aziStonSlac

+gal+strSF_:thr_leu_aziRtonRlac_gal_strR將兩種細(xì)胞混合培養(yǎng)，每個一定時間取樣，把菌液放在食物攪拌器內(nèi)攪拌，以中斷接合。將中斷接合的細(xì)菌接種到含有鏈霉素的不同培養(yǎng)基上，測定形成了什么樣的重組體。結(jié)果表明thr+最先進入F-細(xì)胞，接合8分鐘后出現(xiàn)了重組體。leu+隨后0.5分鐘出現(xiàn)，aziS在9分鐘后出現(xiàn)等等。31本文檔共47頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期三\9點43分*(三)、中斷雜交試驗作圖32本文檔共47頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期三\9點43分33本文檔共47頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期三\9點43分三、F'因子與性導(dǎo)F因子準(zhǔn)確整合與環(huán)出整合環(huán)出(切離)34本文檔共47頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期三\9點43分F'因子轉(zhuǎn)移與性導(dǎo)(sexduction)F'因子的轉(zhuǎn)移性導(dǎo)(sexduction)35本文檔共47頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期三\9點43分第三節(jié)噬菌體與轉(zhuǎn)導(dǎo)

一、烈性噬菌體及其遺傳作圖二、溫和噬菌體及其遺傳作圖三、轉(zhuǎn)導(dǎo)與細(xì)菌遺傳作圖36本文檔共47頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期三\9點43分一、烈性噬菌體ThestructureofbacteriophageT4including:anicosahedralheadfilledwithDNAatailconsistingofacollar,tubesheath,baseplate,andtailfibers37本文檔共47頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期三\9點43分LifecycleofbacteriophageT438本文檔共47頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期三\9點43分*烈性噬菌體(T2)的遺傳作圖39本文檔共47頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期三\9點43分二、溫和噬菌體40本文檔共47頁；當(dāng)前第40頁；編輯于星期三\9點43分*溫和噬菌體的遺傳作圖41本文檔共47頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期三\9點43分第三節(jié)噬菌體與轉(zhuǎn)導(dǎo)

一、烈性噬菌體及其遺傳作圖二、溫和噬菌體及其遺傳作圖三、轉(zhuǎn)導(dǎo)與細(xì)菌遺傳作圖42本文檔共47頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期三\9點43分三、轉(zhuǎn)導(dǎo)*轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)沙門氏桿菌兩個營養(yǎng)缺陷型甲硫氨酸、組氨酸(met-his- phe+trp+tyr+)苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸(phe-trp-tyr-met+his+)基本培養(yǎng)基上混合培養(yǎng)產(chǎn)生原養(yǎng)型菌落是否接合、轉(zhuǎn)化不是接合，通過一種過濾性因子(filterableagent,FA)實現(xiàn)FA不能為DNA酶降解，也不是轉(zhuǎn)化FA的實體溶原性噬菌體P2243本文檔共47頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期三\9點43分TheLederberg-ZinderexperimentusingSalmonella44本文檔共47頁；當(dāng)前第44頁；編輯于星期三\9點43分轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念與類型轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)：噬菌體介導(dǎo)的細(xì)菌細(xì)胞間遺傳轉(zhuǎn)移(重組)過程轉(zhuǎn)導(dǎo)的類型普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(generalizedtransduction)如P1、P22噬菌體介導(dǎo)特殊性轉(zhuǎn)導(dǎo)(specializedtransduction)?；赞D(zhuǎn)導(dǎo)/局限轉(zhuǎn)導(dǎo)如λ噬菌體介導(dǎo)45本文檔共47頁；當(dāng)前第45頁；編輯于星期三\9點43分普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)在噬菌體感染的末期，細(xì)菌染色體被斷裂成