細(xì)菌和病毒的遺傳

1、細(xì)菌和病毒的遺傳細(xì)菌和病毒的遺傳1.1細(xì)菌和病毒遺傳研究的意義細(xì)菌和病毒遺傳研究的意義1.2噬菌體的遺傳分析噬菌體的遺傳分析1.3細(xì)菌的遺傳重組細(xì)菌的遺傳重組本章要點本章要點2/43lgl1.1 1.1 細(xì)菌和病毒遺傳研究的意義細(xì)菌和病毒遺傳研究的意義* *1.1.1 細(xì)菌的生物學(xué)特征細(xì)菌的生物學(xué)特征* *1.1.2 病毒的生物學(xué)特征病毒的生物學(xué)特征 1.1.3 細(xì)菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性細(xì)菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性 1.1.4 細(xì)菌和病毒的擬有性過程細(xì)菌和病毒的擬有性過程 1.1.5 細(xì)菌遺傳的實驗研究方法細(xì)菌遺傳的實驗研究方法*1.1.1 細(xì)菌的生物學(xué)特征細(xì)菌的生物學(xué)特征1.1.大小

2、：大小：細(xì)胞較小，長約細(xì)胞較小，長約1 12 2m(1m(11/1000mm)1/1000mm)、寬約、寬約0.50.5m m；2.2.結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：細(xì)胞膜、核區(qū)、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞壁；特殊結(jié)構(gòu)：鞭毛、細(xì)胞膜、核區(qū)、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞壁；特殊結(jié)構(gòu)：鞭毛、傘毛、莢膜、芽孢和氣泡等；傘毛、莢膜、芽孢和氣泡等；3.3.遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)：質(zhì)粒質(zhì)粒（plasmidplasmid）：存在于細(xì)胞質(zhì)中的一類獨立于染色）：存在于細(xì)胞質(zhì)中的一類獨立于染色體的自主復(fù)制的遺傳成份。體的自主復(fù)制的遺傳成份。附加體附加體（episomeepisome）：整合到染色體中的，在染色體的）：整合到染色體中的，在染色體的控制下與染色體一起復(fù)制

3、的質(zhì)粒?？刂葡屡c染色體一起復(fù)制的質(zhì)粒。*1.1.1細(xì)菌的生物學(xué)特征細(xì)菌的生物學(xué)特征4.4.涂布和繁殖：涂布和繁殖：每個細(xì)胞在較短時間內(nèi)每個細(xì)胞在較短時間內(nèi)( (如一如一夜夜) )能裂殖到能裂殖到10107 7個子細(xì)胞個子細(xì)胞 ? ?成為肉眼可見的菌成為肉眼可見的菌落或克隆落或克隆(clone)(clone)。5.5.生理特性突變：生理特性突變：. .營養(yǎng)缺陷型：喪失合成某種營養(yǎng)物質(zhì)能力，營養(yǎng)缺陷型：喪失合成某種營養(yǎng)物質(zhì)能力，不能在基本培養(yǎng)基上生長；不能在基本培養(yǎng)基上生長；原養(yǎng)型：野生菌株則可在基本培養(yǎng)基上生長。原養(yǎng)型：野生菌株則可在基本培養(yǎng)基上生長。用不同的選擇性培養(yǎng)基測知突變的特性。用不同的

4、選擇性培養(yǎng)基測知突變的特性。. .抗性突變型：如抗藥性或抗感染性?？剐酝蛔冃停喝缈顾幮曰蚩垢腥拘?。例如：青霉素（例如：青霉素（penrpenr）抗性突變的菌落。）抗性突變的菌落。*1.1.2 病毒的生物學(xué)特征病毒的生物學(xué)特征1.1.單倍體，僅一條染色體。病毒蛋白質(zhì)外殼單倍體，僅一條染色體。病毒蛋白質(zhì)外殼+ +核酸。核酸。2.2.病毒分類：病毒分類：1)1)寄主：動物、植物、細(xì)菌等；寄主：動物、植物、細(xì)菌等；2)2)遺傳物質(zhì)：遺傳物質(zhì)：DNA DNA 或或 RNARNA。 噬菌體對于分子生物學(xué)研究具有重要意義噬菌體對于分子生物學(xué)研究具有重要意義1.1.3 細(xì)菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性細(xì)菌和病毒

5、在遺傳研究中的優(yōu)越性作為遺傳研究材料具有獨特優(yōu)勢，了解微生物遺作為遺傳研究材料具有獨特優(yōu)勢，了解微生物遺傳研究有助于理解多年來分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)傳研究有助于理解多年來分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)理論發(fā)展。理論發(fā)展。1.1.世代周期短，繁殖世代所需時間短；世代周期短，繁殖世代所需時間短；2.2.易于操作管理和進行化學(xué)分析易于操作管理和進行化學(xué)分析( (純培養(yǎng)與代謝產(chǎn)純培養(yǎng)與代謝產(chǎn)物累積物累積) )；1.1.3細(xì)菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性細(xì)菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性3.便于研究基因的突變便于研究基因的突變( (表現(xiàn)與選擇表現(xiàn)與選擇) )；裸露的裸露的DNADNA分子分子( (有的病毒為有的病毒為

6、RNARNA分子分子) )，易受環(huán)境條，易受環(huán)境條件的影響而發(fā)生突變；件的影響而發(fā)生突變；單倍體生物單倍體生物，不存在顯性掩蓋隱性問題，突變均能，不存在顯性掩蓋隱性問題，突變均能表現(xiàn)出來表現(xiàn)出來 4.便于研究基因的作用便于研究基因的作用( (突變型生長條件與基因作突變型生長條件與基因作用用) )；影印培養(yǎng)影印培養(yǎng)，易檢出營養(yǎng)缺陷型突變，有利于從生化，易檢出營養(yǎng)缺陷型突變，有利于從生化角度來研究基因的作用。角度來研究基因的作用。1.1.3細(xì)菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性細(xì)菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性5.便于研究基因的重組便于研究基因的重組( (重組群體大、選擇方法簡重組群體大、選擇方法簡便有效便有

7、效) )；細(xì)菌具有細(xì)菌具有轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)和和接合接合作用，可以進行精作用，可以進行精密的遺傳學(xué)分析。密的遺傳學(xué)分析。 6.遺傳物質(zhì)比較簡單，可作為研究高等生物的簡單遺傳物質(zhì)比較簡單，可作為研究高等生物的簡單模型；模型；易于進行基因定位、結(jié)構(gòu)分析和分離，易于進行基因定位、結(jié)構(gòu)分析和分離，基因的表達調(diào)控也適于采用生理生化的方法進基因的表達調(diào)控也適于采用生理生化的方法進行深入研究。行深入研究。1.1.3 細(xì)菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性細(xì)菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性7.7.便于進行遺傳操作：便于進行遺傳操作：染色體結(jié)構(gòu)簡單，沒有組蛋白和其它蛋白的結(jié)染色體結(jié)構(gòu)簡單，沒有組蛋白和其它蛋白的結(jié)合。合。同

8、時：同時：微生物的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大、成就突出微生物的應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大、成就突出( (微生微生物工程物工程) )；在遺傳工程在遺傳工程( (包括動植物包括動植物) )中，作為重要研究材中，作為重要研究材料、工具，也具有決定性作用料、工具，也具有決定性作用1.1.4 細(xì)菌和病毒的擬有性過程細(xì)菌和病毒的擬有性過程擬有性過程擬有性過程：引起細(xì)菌、病毒間遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移與：引起細(xì)菌、病毒間遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移與重組的過程。重組的過程。擬有性過程的存在是細(xì)菌、病毒在遺傳學(xué)研擬有性過程的存在是細(xì)菌、病毒在遺傳學(xué)研究，特別是作為真核生物的模型研究遺傳重組究，特別是作為真核生物的模型研究遺傳重組和基因結(jié)構(gòu)的重要前提。和基因

9、結(jié)構(gòu)的重要前提。lgl 1.1.5 細(xì)菌遺傳的實驗研究方法細(xì)菌遺傳的實驗研究方法* *1.細(xì)胞計數(shù)細(xì)胞計數(shù)( (培養(yǎng)物細(xì)胞濃度培養(yǎng)物細(xì)胞濃度) )* *2.建立純系的方法建立純系的方法3.選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型4.突變型與重組型的批量篩選方法突變型與重組型的批量篩選方法5.影印培養(yǎng)法測定突變的方法影印培養(yǎng)法測定突變的方法*1. 細(xì)胞計數(shù)細(xì)胞計數(shù)(培養(yǎng)物細(xì)胞濃度培養(yǎng)物細(xì)胞濃度)培養(yǎng)物中微生物計數(shù)方培養(yǎng)物中微生物計數(shù)方法是微生物學(xué)的基本實驗法是微生物學(xué)的基本實驗技術(shù)，其基本思路是：技術(shù)，其基本思路是：對原培養(yǎng)物進行連續(xù)對原培養(yǎng)物進行連續(xù)稀釋；稀釋；進行平板涂抹培養(yǎng)

10、；進行平板涂抹培養(yǎng)；由于每個細(xì)胞形成一由于每個細(xì)胞形成一個菌落，計數(shù)菌落數(shù)；個菌落，計數(shù)菌落數(shù)；根據(jù)稀釋倍數(shù)計算原根據(jù)稀釋倍數(shù)計算原培養(yǎng)物中的細(xì)胞濃度。培養(yǎng)物中的細(xì)胞濃度。* *2. 2. 建立純系的方法建立純系的方法純培養(yǎng)純培養(yǎng)純系：挑取由單個細(xì)胞繁純系：挑取由單個細(xì)胞繁殖而來的菌落進行培養(yǎng)，由殖而來的菌落進行培養(yǎng)，由一個細(xì)胞繁殖來的。一個細(xì)胞繁殖來的。菌種純菌種純采用采用平板表面涂布法平板表面涂布法或或劃線劃線法法菌株純：菌株純：從單個細(xì)胞直接從單個細(xì)胞直接培養(yǎng)獲得的純系培養(yǎng)獲得的純系采用采用顯微操縱器進行菌絲尖顯微操縱器進行菌絲尖端切割端切割等方法等方法lgl3. 選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與

11、重組型選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型許多細(xì)菌的突變都與許多細(xì)菌的突變都與培養(yǎng)基營養(yǎng)成分培養(yǎng)基營養(yǎng)成分及及培養(yǎng)條件培養(yǎng)條件有有關(guān)。關(guān)。選擇培養(yǎng)法選擇培養(yǎng)法：根據(jù)：根據(jù)菌株菌株在在基本培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基和和營養(yǎng)培養(yǎng)基營養(yǎng)培養(yǎng)基上的生長表現(xiàn)，將菌株分為，上的生長表現(xiàn)，將菌株分為，原養(yǎng)型原養(yǎng)型( (原生營養(yǎng)型原生營養(yǎng)型) ) 營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)缺陷型( (在基本培養(yǎng)基上不能正常生長，在基本培養(yǎng)基上不能正常生長，只能在相應(yīng)的營養(yǎng)培養(yǎng)基上生長只能在相應(yīng)的營養(yǎng)培養(yǎng)基上生長) )。其它突變類型的篩選、鑒定：其它突變類型的篩選、鑒定：對于其它的突變類型對于其它的突變類型( (如溫度敏感型如溫度敏感型) )，也可以，也可

12、以通過通過培養(yǎng)條件的選擇養(yǎng)培培養(yǎng)條件的選擇養(yǎng)培來篩選與鑒定。來篩選與鑒定。4. 突變型與重組型的批量篩選方法突變型與重組型的批量篩選方法為高效檢測、分離混和群體中不同突變型，為高效檢測、分離混和群體中不同突變型，黎德伯黎德伯格夫婦格夫婦設(shè)計了設(shè)計了影印培養(yǎng)法影印培養(yǎng)法。該方法原理與選擇培養(yǎng)法一致該方法原理與選擇培養(yǎng)法一致采用影印法將在完全培養(yǎng)基上單菌落同時接種采用影印法將在完全培養(yǎng)基上單菌落同時接種到到不同不同選擇培養(yǎng)基上同時對選擇培養(yǎng)基上同時對所有菌落所有菌落進行選擇培進行選擇培養(yǎng)，鑒定效率大大提高。養(yǎng)，鑒定效率大大提高。4. 突變型與重組型的批量篩選方法突變型與重組型的批量篩選方法注意：注

13、意：(1)(1)最初的培養(yǎng)基必須是最初的培養(yǎng)基必須是非選擇性非選擇性的，即各種的，即各種突變型都能夠在其上生長；突變型都能夠在其上生長；(2)(2)必須采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄈ绫仨毑捎眠m當(dāng)?shù)姆椒ㄈ缤坎纪坎蓟蚧騽澗€法劃線法，以，以使培養(yǎng)物菌落之間要分開。使培養(yǎng)物菌落之間要分開。5.影印培養(yǎng)法測定突變的方法影印培養(yǎng)法測定突變的方法基本原理基本原理把長有許多菌落的母把長有許多菌落的母培養(yǎng)皿倒置于包有滅菌培養(yǎng)皿倒置于包有滅菌絲絨的圓柱上，絲絨的圓柱上，再將再將“印章印章”上的菌上的菌落一次接種到落一次接種到一系列一系列選選擇培養(yǎng)基平板上擇培養(yǎng)基平板上培養(yǎng)后，通過對各培培養(yǎng)后，通過對各培養(yǎng)皿養(yǎng)皿相同位置相同位置

14、上的菌落上的菌落作對比，可選出適當(dāng)?shù)淖鲗Ρ龋蛇x出適當(dāng)?shù)耐蛔冃?。突變型。李桂玲李桂?.2 噬菌體的遺傳分析噬菌體的遺傳分析1.2.1 噬菌體的結(jié)構(gòu)噬菌體的結(jié)構(gòu)1.2.2 轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）：）： 1.2.1 噬菌體的結(jié)構(gòu)：噬菌體的結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單：結(jié)構(gòu)簡單：蛋白質(zhì)外殼、核酸、某些碳水化合物、脂肪等。蛋白質(zhì)外殼、核酸、某些碳水化合物、脂肪等。多樣性的原因：多樣性的原因：外殼的蛋白質(zhì)種類、染色體類型和結(jié)構(gòu)。外殼的蛋白質(zhì)種類、染色體類型和結(jié)構(gòu)。兩大類：兩大類：1.1.烈性噬菌體：烈性噬菌體：T T噬菌體系列噬菌體系列(T(T1 1-T-T7 7) )；2.2.溫和性噬菌體溫和性噬菌

15、體: P: P1 1和和噬菌體。噬菌體。1.1.烈性噬菌體：烈性噬菌體：結(jié)構(gòu)大同小異，外貌一般呈蝌蚪狀：結(jié)構(gòu)大同小異，外貌一般呈蝌蚪狀： T T偶列噬菌體偶列噬菌體 頭部：雙鏈頭部：雙鏈DNADNA分子的染色體；分子的染色體；頸部：中空的針狀結(jié)構(gòu)及外鞘；頸部：中空的針狀結(jié)構(gòu)及外鞘；尾部：由基板、尾針和尾絲組成。尾部：由基板、尾針和尾絲組成。1.1.烈性噬菌體：烈性噬菌體：T T偶列噬菌體的侵染過程（如偶列噬菌體的侵染過程（如T T4 4噬菌體）：噬菌體）：尾絲固定于大腸桿菌，遺傳物質(zhì)注入尾絲固定于大腸桿菌，遺傳物質(zhì)注入破壞寄主細(xì)胞原有的遺傳物質(zhì)破壞寄主細(xì)胞原有的遺傳物質(zhì)合成大量的噬菌體遺傳物質(zhì)

16、和蛋白質(zhì)合成大量的噬菌體遺傳物質(zhì)和蛋白質(zhì)組裝許多新的子噬菌體組裝許多新的子噬菌體溶菌酶裂解細(xì)菌溶菌酶裂解細(xì)菌釋放出數(shù)百個噬菌體。釋放出數(shù)百個噬菌體。T4噬菌體侵染大腸桿菌的生活周期噬菌體侵染大腸桿菌的生活周期2.溫和性噬菌體：溫和性噬菌體：例如例如和和P1噬菌體，噬菌體，和和P1各代表一種略有不同的各代表一種略有不同的溶源性類型。溶源性類型。2.溫和性噬菌體：溫和性噬菌體：溶源性噬菌體的生活周期：溶源性噬菌體的生活周期：溶源周期溶源周期裂解周期：溶源性細(xì)菌誘導(dǎo)（裂解周期：溶源性細(xì)菌誘導(dǎo)（UVUV）裂解途徑）裂解途徑 原噬菌體原噬菌體：整合到宿主基因組中的噬菌體。：整合到宿主基因組中的噬菌體。

17、溶源性細(xì)菌溶源性細(xì)菌：含有原噬菌體的細(xì)菌。：含有原噬菌體的細(xì)菌。噬菌體：噬菌體：噬菌體侵入后，細(xì)菌不裂解噬菌體侵入后，細(xì)菌不裂解 附在附在E.coliE.coli染色體上的染色體上的galgal和和biobio位點間的位點間的attatt座位上座位上 通過交換整合到細(xì)菌通過交換整合到細(xì)菌染色體，并能阻止其它染色體，并能阻止其它噬菌體的超數(shù)感染。噬菌體的超數(shù)感染。P P1 1噬菌體：不整合到細(xì)菌的染色體上，而是獨立噬菌體：不整合到細(xì)菌的染色體上，而是獨立存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)。存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)。噬菌體噬菌體 1.2.2 轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）：）：1.概念：概念：以噬菌體為媒介以噬菌體為媒介

18、進行細(xì)菌遺傳物質(zhì)重組的進行細(xì)菌遺傳物質(zhì)重組的過程，是細(xì)菌遺傳物質(zhì)傳遞和交換方式之一。過程，是細(xì)菌遺傳物質(zhì)傳遞和交換方式之一。 2.2.特點：特點：以噬菌體為媒介以噬菌體為媒介細(xì)菌的一段染色體被錯誤地包裝在噬細(xì)菌的一段染色體被錯誤地包裝在噬菌體的蛋白質(zhì)外殼內(nèi)菌體的蛋白質(zhì)外殼內(nèi)通過感染轉(zhuǎn)移到另一個受體細(xì)胞通過感染轉(zhuǎn)移到另一個受體細(xì)胞內(nèi)。內(nèi)。 感染細(xì)菌的能力決定于噬菌體的蛋白質(zhì)外殼。感染細(xì)菌的能力決定于噬菌體的蛋白質(zhì)外殼。3.分類：分類：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalized transduction）例：）例：P1,P22局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specialized transducti

19、on）例：）例：噬菌體噬菌體1.2.2 轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）：）：例：黎德伯格與津德（例：黎德伯格與津德（1951）發(fā)現(xiàn)鼠）發(fā)現(xiàn)鼠傷寒沙門傷寒沙門氏菌氏菌中轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象。中轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象。 將兩個沙門氏菌的將兩個沙門氏菌的營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)缺陷型進行雜交：進行雜交： phe-trp-tyr-met+his+phe+trp+tyr+met-his- 混合培養(yǎng)混合培養(yǎng) 在基本培養(yǎng)基發(fā)現(xiàn)在基本培養(yǎng)基發(fā)現(xiàn)原養(yǎng)型的菌落原養(yǎng)型的菌落（頻率為（頻率為1/105）產(chǎn)生上述結(jié)果的原因產(chǎn)生上述結(jié)果的原因:是否屬于回復(fù)突變是否屬于回復(fù)突變? 高頻率出現(xiàn)高頻率出現(xiàn)不可能是回復(fù)突變不可能是回復(fù)突變。是否屬于接合、性導(dǎo)

20、是否屬于接合、性導(dǎo)? 重組體重組體，排除由于接合或性導(dǎo)而產(chǎn)生基因重組可能性。，排除由于接合或性導(dǎo)而產(chǎn)生基因重組可能性。是否屬于轉(zhuǎn)化是否屬于轉(zhuǎn)化? 結(jié)果表現(xiàn)為結(jié)果表現(xiàn)為不受不受DNA酶酶的影響，排除了由于的影響，排除了由于DNA片斷片斷通過濾片經(jīng)轉(zhuǎn)化通過濾片經(jīng)轉(zhuǎn)化實現(xiàn)基因重組可能性。實現(xiàn)基因重組可能性。唯一可能的結(jié)論是：這種重組通過一種唯一可能的結(jié)論是：這種重組通過一種過濾性過濾性因子因子實現(xiàn)。實現(xiàn)。這種過濾性因子稱為這種過濾性因子稱為FA，不受，不受DNA酶的影響。酶的影響。FA為噬為噬菌體菌體P22（溶源性（溶源性）。1.2.2 轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）：）：1.2.2.1 普遍

21、性轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalized transduction).作用：可轉(zhuǎn)導(dǎo)作用：可轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)菌染色體組的任何部分細(xì)菌染色體組的任何部分。轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒：把：把染色體細(xì)菌染色體細(xì)菌片段包裝在噬菌體蛋白質(zhì)外殼片段包裝在噬菌體蛋白質(zhì)外殼內(nèi)而產(chǎn)生的內(nèi)而產(chǎn)生的假噬菌體假噬菌體，其中并不包含噬菌體的遺傳物質(zhì)。，其中并不包含噬菌體的遺傳物質(zhì)。1.2.2.1 普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：2測定細(xì)菌基因間的連鎖關(guān)系：測定細(xì)菌基因間的連鎖關(guān)系：以普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體以普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體P1為例，測定大腸桿菌的為例，測定大腸桿菌的leu（亮氨酸合成（亮氨酸合成)、thr（蘇氨酸合成）、（蘇氨酸合成）、azi(疊氮化鈉抗

22、性）三個基因的順序。疊氮化鈉抗性）三個基因的順序。每個選擇的標(biāo)記基因進行多次試驗：每個選擇的標(biāo)記基因進行多次試驗： 7.2.3.1普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：azi，thrazi，leuazi1.2.2.1 普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：3個位點之間的連鎖關(guān)系：個位點之間的連鎖關(guān)系：實驗實驗1：2種可能排列：種可能排列：azileuthr leuazi thr 實驗實驗2：肯定：肯定3個基因的順序是：個基因的順序是：azileuthr實驗實驗3：證明這一順序，因為：證明這一順序，因為leu+和和thr+片段之間片段之間從未攜帶有從未攜帶有azir。試驗試驗選擇的標(biāo)記基因選擇的標(biāo)記基因未選擇的標(biāo)記基因頻率

23、未選擇的標(biāo)記基因頻率1leu+ 50%azir 2%thr+2thr+3%leu+ 0%azir3leu+ thr+0%azir 1.2.2.1 普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)：)1(3XLd d同一染色體上兩基因之同一染色體上兩基因之間的物理距離間的物理距離L轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒能夠包裹的轉(zhuǎn)導(dǎo)顆粒能夠包裹的DNA的最大長度的最大長度X兩個基因共轉(zhuǎn)導(dǎo)的概率兩個基因共轉(zhuǎn)導(dǎo)的概率通過共轉(zhuǎn)導(dǎo)關(guān)系求出通過共轉(zhuǎn)導(dǎo)關(guān)系求出基因兩之間的物理距離基因兩之間的物理距離由以上公式可知：由以上公式可知：轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)DNA的平均長度約為個病毒基因組的大?。坏钠骄L度約為個病毒基因組的大??；通過試驗測知兩個基因的合轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率，就可估算出兩通過試

24、驗測知兩個基因的合轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率，就可估算出兩個基因間的物理距離。個基因間的物理距離。1.2.2.2 局限局限轉(zhuǎn)導(dǎo)：由溫和噬菌體進行的轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)：由溫和噬菌體進行的轉(zhuǎn)導(dǎo)局限轉(zhuǎn)導(dǎo)（局限轉(zhuǎn)導(dǎo)（specialized transduction）特點：轉(zhuǎn)導(dǎo)僅限于靠近特點：轉(zhuǎn)導(dǎo)僅限于靠近原噬菌體附著點的基因原噬菌體附著點的基因。噬菌體噬菌體在細(xì)菌染色體插入位點兩側(cè)的基因，在細(xì)菌染色體插入位點兩側(cè)的基因，galgal和和biobio區(qū)以內(nèi)的基因區(qū)以內(nèi)的基因。功用：只能用于轉(zhuǎn)移小部分基因，通常用于研究功用：只能用于轉(zhuǎn)移小部分基因，通常用于研究bio和和gal座位的互補性。座位的互補性。dgal顆粒形成過程顆粒形成過

25、程噬菌體的侵入，導(dǎo)致重組性轉(zhuǎn)噬菌體的侵入，導(dǎo)致重組性轉(zhuǎn)導(dǎo)。導(dǎo)。 李桂玲李桂玲1.3 細(xì)菌的遺傳分析細(xì)菌的遺傳分析1.3.1 轉(zhuǎn)化（轉(zhuǎn)化（transformation）1.3.2 接合（接合（conjugation）1.3.3 性導(dǎo)（性導(dǎo)（sexduction）1.3.1 轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化(transformation)概念：某些細(xì)菌通過其細(xì)胞膜攝取周圍概念：某些細(xì)菌通過其細(xì)胞膜攝取周圍供體的染供體的染色體片段色體片段，將此外源，將此外源DNADNA片段通過重組片段通過重組整合到自己整合到自己染色體組的過程染色體組的過程。19281928年，格里費斯年，格里費斯(Griffith F.)(Griffit

26、h F.)在在肺炎雙球菌肺炎雙球菌中發(fā)現(xiàn)中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。19441944年，阿委瑞年，阿委瑞(Avery O. T.) (Avery O. T.) 進行肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化試進行肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化試驗；驗；證實遺傳物質(zhì)是證實遺傳物質(zhì)是DNADNA；轉(zhuǎn)化是細(xì)菌交換基因的方法之一。轉(zhuǎn)化是細(xì)菌交換基因的方法之一。1.3.1轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化(transformation)轉(zhuǎn)化的條件：轉(zhuǎn)化的條件：細(xì)菌細(xì)菌活躍攝取活躍攝取外源外源DNADNA分子；具備重組程序分子；具備重組程序所必需的酶所必需的酶。轉(zhuǎn)化三種細(xì)菌：肺炎雙球菌；枯草桿菌；流感嗜轉(zhuǎn)化三種細(xì)菌：肺炎雙球菌；枯草桿菌；流感嗜血桿菌。血桿菌。轉(zhuǎn)化的兩個例子：

27、轉(zhuǎn)化的兩個例子：. .用兩個帶有用兩個帶有不同抗性的肺炎雙球菌群體不同抗性的肺炎雙球菌群體混合混合可以可以發(fā)現(xiàn)帶有雙抗性的細(xì)菌。發(fā)現(xiàn)帶有雙抗性的細(xì)菌。細(xì)菌裂解細(xì)菌裂解DNADNA殘留殘留其它其它細(xì)菌攝取轉(zhuǎn)化。細(xì)菌攝取轉(zhuǎn)化。. .枯草桿菌活細(xì)胞表面分泌枯草桿菌活細(xì)胞表面分泌DNADNA，可被其它細(xì)胞攝取。，可被其它細(xì)胞攝取。1.3.1.1 供體與受體的互作：供體與受體的互作：1.1.轉(zhuǎn)化片斷的大?。恨D(zhuǎn)化片斷的大?。悍窝纂p球菌轉(zhuǎn)化：肺炎雙球菌轉(zhuǎn)化：DNADNA片斷至少有片斷至少有800800個堿基對；個堿基對；枯草桿菌的轉(zhuǎn)化：枯草桿菌的轉(zhuǎn)化：DNADNA片斷至少有片斷至少有1600016000個堿

28、基對。個堿基對。2.2.供體供體DNADNA分子存在的數(shù)目：分子存在的數(shù)目：供體供體DNADNA分子數(shù)目與特定基因的成功轉(zhuǎn)化有關(guān)。分子數(shù)目與特定基因的成功轉(zhuǎn)化有關(guān)。鏈霉素抗性基因轉(zhuǎn)化：每個細(xì)胞含有鏈霉素抗性基因轉(zhuǎn)化：每個細(xì)胞含有1010個個DNADNA分子之前，分子之前，抗性轉(zhuǎn)化體數(shù)目一直與抗性轉(zhuǎn)化體數(shù)目一直與DNADNA分子存在數(shù)目成正比。分子存在數(shù)目成正比。原因：細(xì)菌的細(xì)胞壁或細(xì)胞膜上有固定數(shù)量的原因：細(xì)菌的細(xì)胞壁或細(xì)胞膜上有固定數(shù)量的DNADNA接受接受座位，故一般細(xì)菌攝取的座位，故一般細(xì)菌攝取的DNADNA分子數(shù)分子數(shù)1010個。個。1.3.1.1 供體與受體的互作：供體與受體的互作：

29、3.3.受體的生理狀態(tài)：受體的生理狀態(tài)：感受態(tài)感受態(tài)：處于剛停止處于剛停止DNADNA合成、而蛋白質(zhì)合成繼續(xù)活躍合成、而蛋白質(zhì)合成繼續(xù)活躍進行時的狀態(tài)。進行時的狀態(tài)?；钴S合成的蛋白質(zhì)可使細(xì)菌細(xì)胞壁易于接受轉(zhuǎn)化活躍合成的蛋白質(zhì)可使細(xì)菌細(xì)胞壁易于接受轉(zhuǎn)化DNADNA。只有感受態(tài)受體細(xì)胞才能攝取并轉(zhuǎn)化外源只有感受態(tài)受體細(xì)胞才能攝取并轉(zhuǎn)化外源DNADNA，而這種，而這種感受態(tài)也只能發(fā)生在細(xì)菌生長周期的某一時間范圍內(nèi)。感受態(tài)也只能發(fā)生在細(xì)菌生長周期的某一時間范圍內(nèi)。1.3.1.2 轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化DNA的攝取和整合過程：的攝取和整合過程：1.1.結(jié)合與穿入：結(jié)合與穿入： DNADNA分子結(jié)合在接受座位上分子結(jié)合

30、在接受座位上( (可逆可逆) )，可被，可被DNADNA酶降解；接酶降解；接受座位飽和性。受座位飽和性。DNADNA攝取攝取( (不可逆不可逆) )，不受，不受DNADNA酶破壞。酶破壞。穿入后，由外切酶或穿入后，由外切酶或DNADNA移位酶降解其中一條鏈。移位酶降解其中一條鏈。2.2.聯(lián)會：聯(lián)會：按各個位點與其相應(yīng)的受體按各個位點與其相應(yīng)的受體DNADNA片段聯(lián)會。親緣關(guān)系越片段聯(lián)會。親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，聯(lián)會越小、轉(zhuǎn)化的可能性越小。遠(yuǎn)，聯(lián)會越小、轉(zhuǎn)化的可能性越小。1.3.1.2 轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化DNA的攝取和整合過程：的攝取和整合過程：3.3.整合整合( (重組重組) )：是指單鏈的轉(zhuǎn)化是指單鏈的轉(zhuǎn)化DN

31、ADNA與受體與受體DNADNA對應(yīng)位點的置換對應(yīng)位點的置換 穩(wěn)定地穩(wěn)定地進入到受體進入到受體DNADNA。對同源對同源DNADNA具有特異性。具有特異性。異源異源DNADNA，視親緣關(guān)系遠(yuǎn)近也可發(fā)生不同頻率整合。，視親緣關(guān)系遠(yuǎn)近也可發(fā)生不同頻率整合。1.3.1.2 轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化DNA的攝取和整合過程：的攝取和整合過程：黎德伯格等用枯草桿菌進行轉(zhuǎn)化和重組試驗：黎德伯格等用枯草桿菌進行轉(zhuǎn)化和重組試驗：DNADNA片段進入受體細(xì)胞后，可與受體染色體發(fā)生重組。片段進入受體細(xì)胞后，可與受體染色體發(fā)生重組。緊密連鎖的兩個基因有較多的機會在同一個緊密連鎖的兩個基因有較多的機會在同一個DNADNA片段中片段中同

32、時整合到受體染色體中。同時整合到受體染色體中。1.3.1.2 轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化DNA的攝取和整合過程：的攝取和整合過程：三者并發(fā)轉(zhuǎn)化的頻率高，故這三者并發(fā)轉(zhuǎn)化的頻率高，故這3 3個基因是連鎖的，個基因是連鎖的，其中其中his2his2和和tyr1tyr1連鎖最為緊密：連鎖最為緊密：單交換時，染色體開環(huán)易降解，故不存在單交換單交換時，染色體開環(huán)易降解，故不存在單交換類型；只有類型；只有雙交換和偶數(shù)的多交換雙交換和偶數(shù)的多交換才有效。才有效。1.3.2接合（接合（conjugation）：）：1.1.概念：是指概念：是指原核生物的遺傳物質(zhì)原核生物的遺傳物質(zhì)從從供體供體( (donor) )轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到受體

33、受體( (receptor) )內(nèi)的過程。內(nèi)的過程。特點：需通過特點：需通過細(xì)胞的直接接觸細(xì)胞的直接接觸。下下圖為原核生物的轉(zhuǎn)移。圖為原核生物的轉(zhuǎn)移。2.實例：黎德伯格和塔特姆（實例：黎德伯格和塔特姆（1946年）年）不同營養(yǎng)缺陷型的大腸桿菌：不同營養(yǎng)缺陷型的大腸桿菌：A A菌株：菌株：MetMet- - bio bio- - thr thr+ + leu leu+ +，需加甲硫氨酸和生物素。，需加甲硫氨酸和生物素。B B菌株：菌株：MetMet+ + bio bio+ + thr thr- - leu leu- -，需加蘇氨酸和亮氨酸。，需加蘇氨酸和亮氨酸。A A菌株和菌株和B B菌株營養(yǎng)缺

34、陷型菌株營養(yǎng)缺陷型不能在基本培養(yǎng)上生長。不能在基本培養(yǎng)上生長。A A+ +B B菌株混合培養(yǎng)，在完全培養(yǎng)基上，幾小時后離菌株混合培養(yǎng)，在完全培養(yǎng)基上，幾小時后離心，涂布基本培養(yǎng)基上，長出原養(yǎng)型心，涂布基本培養(yǎng)基上，長出原養(yǎng)型(Met(Met+ + bio bio+ + thrthr+ + leu leu+ +) )菌落。菌落。這種原養(yǎng)型細(xì)胞如何出現(xiàn)？這種原養(yǎng)型細(xì)胞如何出現(xiàn)？2.實例：黎德伯格和塔特姆（實例：黎德伯格和塔特姆（1946年）年）培養(yǎng)基上培養(yǎng)基上一邊一邊加壓加壓和和吸引吸引使培養(yǎng)液充分混合使培養(yǎng)液充分混合結(jié)果任何一臂的培養(yǎng)基上均未長出原養(yǎng)型細(xì)菌。結(jié)果任何一臂的培養(yǎng)基上均未長出原養(yǎng)型細(xì)

35、菌。直接接觸直接接觸( (接合接合) )是原養(yǎng)型細(xì)胞出現(xiàn)的必要條件是原養(yǎng)型細(xì)胞出現(xiàn)的必要條件。海斯（海斯（Hayes W.,1952)Hayes W.,1952)證明：證明：接合過程是一種接合過程是一種單向轉(zhuǎn)移單向轉(zhuǎn)移，A A菌株遺傳物質(zhì)菌株遺傳物質(zhì)B B菌株，從菌株，從供體（供體（donor）到受體（）到受體（receptor）。）。A A菌株、菌株、B B菌株實驗。菌株實驗。1.3.2.1 F因子及因子及F向向F的轉(zhuǎn)移：的轉(zhuǎn)移：1.F1.F因子：致育因子因子：致育因子( (性因子性因子) )，是一種附加體。，是一種附加體。攜帶攜帶F F因子的菌株稱為因子的菌株稱為供體菌供體菌或或雄性雄性，

36、用，用F F表示。表示。未攜帶未攜帶F F因子的菌株為因子的菌株為受體菌受體菌或或雌性雌性，用，用F F表示。表示。2.F2.F因子的組成：因子的組成：染色體外遺傳物質(zhì)，染色體外遺傳物質(zhì)，環(huán)狀環(huán)狀DNADNA；40-6040-60個蛋白質(zhì)基因；個蛋白質(zhì)基因；2-42-4個個/ /細(xì)胞細(xì)胞( (雄性內(nèi)雄性內(nèi)) )。 1.3.2.1 F因子及因子及F向向F的轉(zhuǎn)移：的轉(zhuǎn)移：3.F3.F因子的三種狀態(tài)：以大腸桿菌為例：因子的三種狀態(tài)：以大腸桿菌為例：沒有沒有F F因子，即因子，即F F；一個自主狀態(tài)一個自主狀態(tài)F F因子，即因子，即F F一個整合到自己染色體內(nèi)的一個整合到自己染色體內(nèi)的F F因子，即因

37、子，即HfrHfr。4 4自主狀態(tài)時自主狀態(tài)時F F因子獨立因子獨立進行分裂。進行分裂。1.3.2.2Hfr細(xì)胞的形成及染色細(xì)胞的形成及染色體的轉(zhuǎn)移：體的轉(zhuǎn)移：Hfr細(xì)胞的形成細(xì)胞的形成染色體的轉(zhuǎn)移染色體的轉(zhuǎn)移1.3.2.2 Hfr細(xì)胞的形成及染色體的轉(zhuǎn)移：細(xì)胞的形成及染色體的轉(zhuǎn)移：部分二倍體部分二倍體：當(dāng)當(dāng)F F或或HfrHfr的細(xì)菌染色體進入的細(xì)菌染色體進入F F后，后，在一個短時期內(nèi)，在一個短時期內(nèi)，F(xiàn) F細(xì)胞內(nèi)的某些位點就會成為細(xì)胞內(nèi)的某些位點就會成為二倍體二倍體DNADNA。部分二倍體中發(fā)生交換部分二倍體中發(fā)生交換: :單數(shù)交換：打開環(huán)狀染色體，產(chǎn)生一個線性染單數(shù)交換：打開環(huán)狀染色體

38、，產(chǎn)生一個線性染色體，這種細(xì)胞是不能成活的。色體，這種細(xì)胞是不能成活的。偶數(shù)交換：偶數(shù)交換：產(chǎn)生可遺傳的重組體和片段產(chǎn)生可遺傳的重組體和片段。1.3.2.3 中斷雜交試驗及染色體連鎖圖：中斷雜交試驗及染色體連鎖圖：5050年代，雅科（年代，雅科（Jacob F.）和沃爾曼（）和沃爾曼（Wollman E.）：）：中斷雜交試驗：發(fā)現(xiàn)接合時遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移是中斷雜交試驗：發(fā)現(xiàn)接合時遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移是直線直線進行。其方法為：進行。其方法為：1.Hfr1.Hfr菌株與菌株與F F菌株混合培養(yǎng)。菌株混合培養(yǎng)。HfrHfr菌株：菌株：strstrs s a a+ + b b+ + c c+ + d d+ + 對鏈

39、霉素敏感對鏈霉素敏感F F- -菌株：菌株： strstrr r a a- - b b- - c c- - d d- -抗鏈霉素抗鏈霉素2.2.不同時間取樣不同時間取樣攪拌器中斷雜交攪拌器中斷雜交稀釋稀釋含鏈含鏈霉素完全培養(yǎng)基霉素完全培養(yǎng)基殺死殺死HfrHfr細(xì)菌細(xì)菌抗抗strstr細(xì)菌菌落細(xì)菌菌落影印培養(yǎng)法：鑒定影印培養(yǎng)法：鑒定a a+ +b b+ +c c+ +d d+ +各基因轉(zhuǎn)移時間。各基因轉(zhuǎn)移時間。1.3.2.3 中斷雜交試驗及染色體連鎖圖：中斷雜交試驗及染色體連鎖圖：3.3.實例：實例：HfrHfr菌株：蘇氨酸菌株：蘇氨酸(thr(thr+ +) )、亮氨酸、亮氨酸(leu(leu

40、+ +) )、抗疊、抗疊氮化物氮化物(azi(azir r) )、抗、抗T T1 1噬菌體噬菌體(ton(tonr r) )、半乳糖、半乳糖(gal(gal+ +) )、乳糖、乳糖(lac(lac+ +) )。F F- -菌株：菌株：thrthr- -、leuleu- -、aziazis s、tontons s、galgal- -、laclac- -型。型。8 8minmin：thrthr+ +進入進入F F- -細(xì)胞；細(xì)胞；8.58.5分鐘分鐘時：時：leuleu+ +進入進入F F- -細(xì)細(xì)胞；胞；9 9minmin：出現(xiàn)疊氮：出現(xiàn)疊氮化物抗性的菌落，化物抗性的菌落，少數(shù)少數(shù)aziazir

41、 r基因進入基因進入F-F-細(xì)胞；細(xì)胞；1111minmin：出現(xiàn)抗：出現(xiàn)抗噬菌體噬菌體T T1 1的的tontonr r ；1818和和2525minmin：分：分別出現(xiàn)乳糖和半乳別出現(xiàn)乳糖和半乳糖發(fā)酵基因，即糖發(fā)酵基因，即laclac+ +和和galgal+ +進入進入F F- -細(xì)胞。細(xì)胞。各標(biāo)志基因進入各標(biāo)志基因進入F F- -細(xì)細(xì)胞中時間不同，達最高胞中時間不同，達最高水平的時間也不同；水平的時間也不同；隨時間的推遲，某個隨時間的推遲，某個基因的重組率增加；一基因的重組率增加；一定程度后，重組率便不定程度后，重組率便不再增加。再增加。如：如：1010tontonr r首次出現(xiàn)，首次出

42、現(xiàn)， 1515時時40%40%、2525后后80%80%。HfrHfr中基因是按一定中基因是按一定的線性順序依次進入的線性順序依次進入F F- -菌株的。菌株的。大腸桿菌大腸桿菌:Hfr+ thr+leu+ azirtonr lac+gal+F thrleu azis tons lacgal的結(jié)果的結(jié)果標(biāo)記基因標(biāo)記基因轉(zhuǎn)入的時間（分鐘）轉(zhuǎn)入的時間（分鐘）頻率頻率thr+8100(經(jīng)選擇的經(jīng)選擇的)leu+8.5100(經(jīng)選擇的經(jīng)選擇的)azir990tonr1170lac+1840gal+2525下圖為以基因出現(xiàn)的時間為標(biāo)準(zhǔn)下圖為以基因出現(xiàn)的時間為標(biāo)準(zhǔn) 作出作出E. coli的的遺傳連鎖圖。遺

43、傳連鎖圖。4.4.用一種大腸桿菌的不同用一種大腸桿菌的不同HfrHfr菌株進行中斷雜交實菌株進行中斷雜交實驗，作出連鎖圖，其基因向驗，作出連鎖圖，其基因向F F- -細(xì)胞轉(zhuǎn)移的順序不同。細(xì)胞轉(zhuǎn)移的順序不同。 Hfr類型類型原點原點基因轉(zhuǎn)移順序基因轉(zhuǎn)移順序HfrH0thrprolacpurgalhisglythi10thrthiglyhisgalpurlacpro20prothrthiglyhisgalpurlac30purlacprothrthiglyhisgalAB3120thithrprolacgurgalhisgly轉(zhuǎn)移的順序是不是隨機？例如：轉(zhuǎn)移的順序是不是隨機？例如：thr thi gly thr thi gly 。Hfr1Hfr1和和HfrAB312HfrAB312菌系的中斷雜交試驗及其連鎖圖：菌系的中斷雜交試驗及其連鎖圖： 差異差異：不同：不同HfrHfr菌株轉(zhuǎn)移的原點菌株轉(zhuǎn)移的原點(O)(O)和轉(zhuǎn)移方向不和轉(zhuǎn)移方向不同。進一步說明了同。進一步說明了F F因子和細(xì)菌染色體都是環(huán)狀。因