細菌遺傳學示范課件

細菌遺傳學細菌遺傳學1（優(yōu)選）細菌遺傳學（優(yōu)選）細菌遺傳學2圖細菌染色體的著膜復制圖細菌染色體的著膜復制3第七章細菌和噬菌體的重組和連鎖連鎖與交換，真菌的遺傳學分析減數(shù)分裂和分離的關系交叉和重組的關系

真核類生物的基因傳遞方式細菌原核生物噬菌體病毒遺傳物質如何傳遞的？第七章細菌和噬菌體的重組和連鎖連鎖與交換，真菌的遺傳4主要內容第一節(jié)細菌和病毒的一些特點第二節(jié)細菌的遺傳分析（重點）第三節(jié)噬菌體的遺傳分析主要內容第一節(jié)細菌和病毒的一些特點5第一節(jié)細菌和病毒的一些特點一、細菌和病毒（一）細菌細胞細菌的結構細菌的生物學特征第一節(jié)細菌和病毒的一些特點一、細菌和病毒6細菌的生物學特征細菌是單細胞生物，完成每個世代只需20分鐘，而且容易得到它的生化突變型，它不僅在醫(yī)學上和農業(yè)上重要，而且從進化角度上也是異常成功的，因為它占據(jù)地球上大部分的角落。研究細菌遺傳的方法主要是對細菌菌落形態(tài)的遺傳研究(如圖，霉菌菌落)細菌的生物學特征細菌是單細胞生物，完成每個世代只需20分鐘，7霉菌菌落大腸桿菌（E.coli）霉菌菌落大腸桿菌8細菌的生物學特征原則上說，培養(yǎng)皿中每個細菌長成的菌落應具有共同的遺傳組成，但是由于偶然發(fā)生的突變形態(tài)性狀的突變，生理特性的突變或抗性的突變，而使這些突變后的細菌所形成的菌落與其他的菌落有所不同。菌落形態(tài)性狀的突變包括菌落的形狀、顏色和大小等。生理特性的突變包括喪失合成某種營養(yǎng)物質能力的營養(yǎng)缺陷型。抗性突變包括抗藥性或抗感染性。細菌的生物學特征原則上說，培養(yǎng)皿中每個細菌長成的菌落應具有共9一、細菌和病毒

（二）病毒

非細胞形態(tài)的生命病毒的生物學特征病毒是比細菌更為簡單的生物，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。一、細菌和病毒

（二）病毒

非細胞形態(tài)的生命病毒的生10病毒的生物學特征病毒主要是由蛋白質外殼及其包被的y一種核酸所組成的顆粒。病毒可根據(jù)宿主(動物、植物、細菌)或遺傳物質(DNA或RNA)來分類。細菌病毒(Bacterialphage)，稱為噬菌體(phage)，是目前經過廣泛研究，了解比較清楚的一種病毒。病毒的生物學特征病毒主要是由蛋白質外殼及其包被的y一種核酸所11細菌病毒(Bacterialphage)

噬菌體(phage)的結構頭部頸部外鞘尾絲細菌病毒(Bacterialphage)

12T4噬菌體T4噬菌體13皰疹病毒

皰疹病毒14人類天花病毒

（圖中深染的顆粒）人類天花病毒

（圖中深染的顆粒）15溫和噬菌體侵入細菌后，細菌并不裂解，即它們有溶源性的生活周期。未得到供體基因的細胞不能合成相應的酶，但仍含有母細胞殘留的酶，可供這些細胞繼續(xù)分裂一兩次，這些細胞形成小菌落。h+r半透明，大其它突變類型的篩選、鑒定細菌在培養(yǎng)條件下也能夠實現(xiàn)遺傳類型間的定向轉化。當F+細菌和F細菌接合時(F+×F)，F(xiàn)因子的新拷貝能在接合過程中轉移到F細胞中去，使F細胞轉變成F+細胞，在接合管形成后，F(xiàn)因子DNA雙鏈之一被切斷，從斷端轉移到F細胞，在那里發(fā)生DNA復制。真核類生物的基因傳遞方式h＋r＋12半透明，小轉導是指以噬菌體為媒介所進行的細菌遺傳物質的重組過程。細胞不裂解，形成溶源性細菌或溶源菌/體，進入溶源周期(3)有F因子的細胞是F+細胞，無F因子的細胞是F細胞。為了驗證這些原養(yǎng)型菌落產生的可能，設計了很多試驗。挑取由單個細胞繁殖而來的菌落進行培養(yǎng)就可以獲得由一個細胞繁殖而來的純系。F’因子和F因子很容易轉移到F細胞中，但供體染色體的轉移率很低。菌落形態(tài)性狀的突變包括菌落的形狀、顏色和大小等。Hayes）在重復細菌雜交(AxB)實驗之前，分別用高劑量的鏈霉素來處理A品系和B品系:大腸桿菌兩個品系在雜交的過程中作用是不相同的，兩種不同菌株(品系)接合過程中遺傳物質的轉移是單向的；Hfr×F接合時，F(xiàn)細菌很少轉變成Hfr上述實驗結果表明來源于加熱殺死的SIII細菌，并使RII細菌轉化成為SIII型細菌的轉化因子是DNA。P22侵染細菌后，細菌染色體斷裂成片段，在形成噬菌體顆粒時，偶爾錯誤地把細菌染色體片段包裝在噬菌體蛋白質外殼內，其中并不包含有噬菌體的遺傳物質，這種假噬菌體稱為轉導顆粒。病毒衣殼的排列方式病毒衣殼的排列方式溫和噬菌體侵入細菌后，細菌并不裂解，即它們有溶源性的生活周期16二、細菌和病毒是遺傳學研究的好材料（1）結構簡單。繁殖力強，世代時間短，容易人工培養(yǎng)。便于研究基因的作用；（2）容易篩選營養(yǎng)缺陷型,研究基因的作用(突變型生長條件與基因作用)。（3）便于研究基因的突變,容易篩選不同的突變型。（4）便于研究基因精細結構研究基因的重組(重組群體大、選擇方法簡便有效)。（5）便于研究基因表達調節(jié)。遺傳物質比較簡單，可作為研究高等生物的簡單模型二、細菌和病毒是遺傳學研究的好材料（1）結構簡單。繁殖力強，17二、細菌和病毒是遺傳學研究的好材料同時微生物的應用領域日益擴大、成就突出(微生物工程)；在遺傳工程(包括動植物)中，作為重要研究材料、工具，也具有決定性作用。細菌和病毒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、分子遺傳學理論發(fā)展。二、細菌和病毒是遺傳學研究的好材料同時微生物的應用領域日益擴18細菌和病毒的擬有性過程雖然細菌和病毒不具備象真核生物配子進行融合的有性過程，但它們的遺傳物質也能從一個細胞傳遞到另一個細胞，并且也能形成重組體。無性生殖1946年萊德伯格和塔特姆發(fā)現(xiàn)在細菌之間可以通過接合轉移遺傳物質（有性過程）。細菌和病毒的擬有性過程雖然細菌和病毒不具備象真核生物配子進行19細菌和病毒的擬有性過程細菌獲取外源遺傳物質有四種不同的方式轉化，接合，性導和轉導。當一個細菌被一個以上的病毒粒子所侵染時，噬菌體也能在細菌體內交換遺傳物質。如果兩個噬菌體屬于不同品系，它們之間可以發(fā)生遺傳物質的部分交換(重組)。下面將敘述細菌和噬菌體遺傳物質的交換過程，并且將利用這些方法作出細菌和噬菌體的染色體圖。細菌和病毒的擬有性過程細菌獲取外源遺傳物質有四種不同的方式轉20三、細菌遺傳的實驗研究方法*(一)細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度)(二)建立純系的方法(三)選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型(四)突變型與重組型的批量篩選方法三、細菌遺傳的實驗研究方法*(一)細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃21細菌培養(yǎng)細菌培養(yǎng)22(一)細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度)培養(yǎng)物中微生物計數(shù)方法是微生物學的基本實驗技術，其基本思路是對原培養(yǎng)物進行連續(xù)稀釋；進行平板涂抹培養(yǎng)；由于每個細胞形成一個菌落，計數(shù)菌落數(shù)；根據(jù)稀釋倍數(shù)計算原培養(yǎng)物中的細胞濃度。(一)細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度)培養(yǎng)物中微生物計數(shù)方法是微23細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度)細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度)24(二)建立純系的方法——純培養(yǎng)挑取由單個細胞繁殖而來的菌落進行培養(yǎng)就可以獲得由一個細胞繁殖而來的純系。通常采用平板表面涂布法或劃線法可以獲得單菌落。這種方法獲得的純系，稱為“菌種純”。有時采用顯微操縱器進行菌絲尖端切割等方法從單個細胞直接培養(yǎng)建立純系。采用這種方法獲得的純系稱為“菌株純”。(二)建立純系的方法——純培養(yǎng)挑取由單個細胞繁殖而來的菌落25建立純系的方法

——純培養(yǎng)建立純系的方法

——純培養(yǎng)26(三)選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型許多細菌的突變都與培養(yǎng)基營養(yǎng)成分及培養(yǎng)條件有關。營養(yǎng)缺陷型的篩選、鑒定選擇培養(yǎng)法是根據(jù)菌株在基本培養(yǎng)基和營養(yǎng)培養(yǎng)基上的生長表現(xiàn)將菌株分為原養(yǎng)型(也稱為原生營養(yǎng)型)與營養(yǎng)缺陷型(在基本培養(yǎng)基上不能正常生長，只能在相應的營養(yǎng)培養(yǎng)基上生長)。營養(yǎng)突變型的篩選、鑒定方法與紅色面包霉生化突變型的鑒定方法基本一致。(三)選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型許多細菌的突變都與培養(yǎng)基27(三)選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型許多細菌的突變都與培養(yǎng)基營養(yǎng)成分及培養(yǎng)條件有關。其它突變類型的篩選、鑒定對于其它的突變類型(如溫度敏感型)，也可以通過培養(yǎng)條件的選擇培養(yǎng)來篩選與鑒定。(三)選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型許多細菌的突變都與培養(yǎng)基28親本細菌A或B發(fā)生了回復突變；1、產生重組子頻率不同，Hfr×F－10－4，兩基因距離越近，共轉導頻率越高→細菌染色體作圖四、噬菌體的遺傳重組轉導兩品系細胞通過培養(yǎng)基交換養(yǎng)料——互養(yǎng)作用；F因子整合到宿主細菌染色體上的一種可逆過程，能夠低頻被切除。coliK12多重突變品系第一節(jié)細菌和病毒的一些特點但由于他們采用的實驗方法當時不被人們廣泛接受，而且得出的結論與當時人們的傳統(tǒng)觀念(認為蛋白質是遺傳物質)不符合，而長期沒有得到人們的承認。1、接合是指通過細胞的直接接觸，遺傳信息從供體單向轉移到受體的過程。F-lac+ade+細胞不裂解，形成溶源性細菌或溶源菌/體，進入溶源周期菌落形態(tài)性狀的突變包括菌落的形狀、顏色和大小等。F-lac-ade+總之F因子是一種質粒（plasmid）Wollman和Jacob等人想了解Hfr細菌在交配中，什么時候把基因轉移給F細菌的，于是設計了中斷雜交試驗，用以證明接合時遺傳物質從供體細胞的轉移是直線式進行的，他們把Hfr菌株與F菌株混合在一起進行雜交培養(yǎng)。很低（105），一般0.結合發(fā)生在受體細胞特定部位(結合點)；圖

高頻轉導HfrxF以后的研究工作表明，這種過濾性因子是噬菌體P22。U形管實驗

在U形管中培養(yǎng)一定時間后，再測定每一臂的細菌，沒有一個能在基本培養(yǎng)基上生長。(四)突變型與重組型的批量篩選方法選擇培養(yǎng)法一次可鑒定、篩選一種突變型，但要檢測分離含有多種突變型的混和菌株，僅采用選擇培養(yǎng)法要進行多次試驗才能夠達到目的、效率太低。高效檢測、分離混和群體用影印培養(yǎng)法親本細菌A或B發(fā)生了回復突變；(四)突變型與重組型的批量篩29(四)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，黎德伯格夫婦設計了影印培養(yǎng)法。該方法原理與選擇培養(yǎng)法一致，但是采用影印法將在完全培養(yǎng)基上單菌落同時接種到不同選擇培養(yǎng)基上同時對所有菌落進行選擇培養(yǎng)，鑒定效率大大提高。(四)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30(四)突變型與重組型的批量篩選方法注意(1)最初的培養(yǎng)基必須是非選擇性的，即各種突變型都能夠在其上生長；(2)必須采用適當?shù)姆椒ㄈ缤坎蓟騽澗€法，以使培養(yǎng)物菌落之間要分開。(四)突變型與重組型的批量篩選方法注意31第二節(jié)細菌的遺傳重組1、接合是指通過細胞的直接接觸，遺傳信息從供體單向轉移到受體的過程。2、性導是指接合時由F′因子所攜帶的外源DNA整合到細菌染色體的過程。3、轉化某一基因型的細胞從周圍介質中吸收來自另一基因型的DNA而使它的基因型和表現(xiàn)型發(fā)生相應變化的現(xiàn)象。轉導是指以噬菌體為媒介所進行的細菌遺傳物質的重組過程。第二節(jié)細菌的遺傳重組1、接合是指通過細胞的32第二節(jié)細菌的遺傳分析一、細菌染色體細菌染色體大多為裸露的環(huán)狀閉合DNA雙鏈，沒有組蛋白和其他蛋白質結合，也不形成核小體結構。（這種結構有利于外源DNA的插入。）細菌染色體1000um細菌直徑0.55um第二節(jié)細菌的遺傳分析一、細菌染色體33圖大腸桿菌染色體的基本結構特征圖大腸桿菌染色體的基本結構特征34二、E.coli基因組概況E.coli的染色體為閉合雙鏈環(huán)狀DNA，長約1333um.

2001年10月15日完成了E.coliK12菌株的基因組全序列測定。總共4639221bp，4279個蛋白質編碼基因，115個編碼rRNA和tRNA的基因。（GenBank編號:U00096）二、E.coli基因組概況E.coli的染色體為閉35三、細菌的雜交——接合

A接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實BF因子及其在雜交中的行為C中斷雜交試驗作圖三、細菌的雜交——接合A接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實36三、細菌的雜交A接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實1946年萊德伯格(Lederberg,J.)和塔特姆(Tatum)發(fā)現(xiàn)在細菌之間可以通過接合（conjugation）轉移遺傳物質。細菌接合是指通過細胞的直接接觸，遺傳信息從供體單向轉移到受體的過程。三、細菌的雜交A接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實37三、細菌的雜交

A接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實他們選用兩個E.coliK12多重突變品系A—甲硫氨酸缺陷型met和生物素缺陷型bioB—蘇氨酸缺陷型thr和亮氨酸缺陷型leuA品系met－bio－thi＋leu＋thr＋(硫胺素）B品系met＋bio＋thi－leu－thr－三、細菌的雜交

A接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實他們選用兩個38細菌的雜交將A品系、B品系分別接種于基本培養(yǎng)基上都不能生長。若將A、B混和后，經離心洗滌，除去完全培養(yǎng)基，再制成懸液以對照組相同的濃度接種于基本培養(yǎng)基(固體)，涂布培養(yǎng)。結果平板上長出野生型/原養(yǎng)型菌落(++++)，其出現(xiàn)的頻率為10－7。細菌的雜交將A品系、B品系分別接種于基本培養(yǎng)391、F’因子可以自主復制abc不同細菌轉化過程有一定差異，但是它們都存在幾個共同特征，即F因子可以在細菌細胞間進行轉移并傳遞遺傳物質。親本細菌A或B發(fā)生了回復突變；利用F’可以形成部分二倍體，進行重組研究。T偶數(shù)系列噬菌體的尾絲附著在大腸桿菌表面時，通過尾鞘的收縮將噬菌體DNA經中空尾部注入寄主細胞，破壞寄主細胞的遺傳物質，并合成大量的噬菌體DNA和蛋白質，組成許多新的子噬菌體，最后使細菌裂解，釋放出無數(shù)個子噬菌體。兩基因間的重組值約等于22%。(3)有F因子的細胞是F+細胞，無F因子的細胞是F細胞。F因子和細菌染色體都是環(huán)狀的F因子及其在雜交中的行為A品系met－bio－thi＋leu＋thr＋(硫胺素）2、選出的lac-ade+類型即是重組子，因為ade+已進入，表明lac+也已進入，而lac-ade+表型就是供體受體lac、ade兩個基因間發(fā)生交換的結果。（2）容易篩選營養(yǎng)缺陷型,研究基因的作用(突變型生長條件與基因作用)。Hfrlac+ade+strsXFlacadestrr萊德伯格(Lederberg,J.將A品系、B品系分別接種于基本培養(yǎng)基上都不能生長。圖細菌的雜交1基本培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基10-7基本培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基1、F’因子可以自主復制圖細菌的雜交1基本培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基40萊德伯格(Lederberg,J.)和塔特姆(Tatum)

細菌的雜交圖1’萊德伯格(Lederberg,J.)和塔特姆(Tatu41幾種可能解釋及其分析對上述試驗結果原養(yǎng)型菌落可能產生于親本細菌A或B發(fā)生了回復突變；(X)兩品系細胞通過培養(yǎng)基交換養(yǎng)料——互養(yǎng)作用；兩品系間發(fā)生了轉化作用；發(fā)生細胞融合，形成了異核體或雜合二倍體。(X)幾種可能解釋及其分析對上述試驗結果原養(yǎng)型菌落可能產生于42三、細菌的雜交

A接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實為了驗證這些原養(yǎng)型菌落產生的可能，設計了很多試驗。其中野生型的出現(xiàn)是由于營養(yǎng)上的互補還是由于雜交引起了遺傳物質的交換？1950年戴維斯（B.D.Davis）設計了U形管實驗。三、細菌的雜交

A接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實43菌株A菌株BU形管實驗

在U形管中培養(yǎng)一定時間后，再測定每一臂的細菌，沒有一個能在基本培養(yǎng)基上生長。細菌不能通過，培養(yǎng)液和營養(yǎng)物質能通過過濾器菌株A菌株BU形管實驗

在U形管中培養(yǎng)一定時間后，再測定每一44細菌的雜交實驗說明了菌株通過接觸以后，就象高等生物的有性生殖一樣，發(fā)生了雜交，遺傳物質有了交換，產生了野生型met+bio+thi＋leu＋thr＋，即原養(yǎng)型菌落。說明在Lederbery和Tatum及其它類似試驗中，細菌發(fā)生了某種的遺傳重組方式，稱之為接合。所以，接合是指通過細胞的直接接觸，遺傳信息從供體單向轉移到受體的過程。

細菌的雜交實驗說明了菌株通過接觸以后，就象高等生物的有性生殖45細菌的雜交

BF因子及其在雜交中的行為

四、單向轉移與F因子1952年海斯（W.Hayes）在重復細菌雜交(AxB)實驗之前，分別用高劑量的鏈霉素來處理A品系和B品系:

鏈霉素處理A品系xB品系有雜交

鏈霉素處理B品系xA品系沒有雜交發(fā)生細菌的雜交

BF因子及其在雜交中的行為

46Hayes(1952)研究表明大腸桿菌兩個品系在雜交的過程中作用是不相同的，兩種不同菌株(品系)接合過程中遺傳物質的轉移是單向的；意味著兩個親本在雜交中有供體和受體之分，相當于雄性和雌性。Hayes(1952)研究表明大腸桿菌兩個品系在雜交的過程中47接合(conjugation)——遺傳物質從供體(donor)(“雄性”)轉移到受體(receptor)(“雌性”)的重組過程。接合管接合(conjugation)——遺傳物質從供體(donor48B、F因子及其在雜交中的行為F因子/致育因子/性因子Hayes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胞內一種致育因子(F因子,fertilityfactor;性因子sexfactor)控制。攜帶F因子的菌株稱供體菌或雄性，用F+表示，沒有F因子的菌株稱為雌性，用F表示。B、F因子及其在雜交中的行為F因子/致育因子/性因子49F因子后來發(fā)現(xiàn)供體和受體的區(qū)別是由于一種可轉移的因子引起的。F因子可以在細菌細胞間進行轉移并傳遞遺傳物質。F因子的化學本質是DNA，可以自主狀態(tài)存在于細胞質中或整合到細菌的染色體上。F因子后來發(fā)現(xiàn)供體和受體的區(qū)別是由于一種可轉移的因子引起的。50F因子及其在雜交中的行為當F+細菌和F細菌接合時(F+×F)，F(xiàn)因子的新拷貝能在接合過程中轉移到F細胞中去，使F細胞轉變成F+細胞，在接合管形成后，F(xiàn)因子DNA雙鏈之一被切斷，從斷端轉移到F細胞，在那里發(fā)生DNA復制。當F因子復制完成后，F(xiàn)變成F+(圖）。F因子及其在雜交中的行為當F+細菌和F細菌接合時(F+×51圖1、F＋×F－的雜交后代皆為F＋圖1、F＋×F－的雜交后代皆為F＋52圖1’

F＋×F－的雜交后代皆為F＋圖1’

F＋×F－的雜交后代皆為F＋53總之F因子是一種質粒（plasmid）由共價環(huán)狀閉合DNA雙鏈構成，全長94.5Kb。（1）有F因子的細菌稱為F＋，細菌增殖時可把F因子傳遞給后代；（2）沒有F因子的細菌稱為F－，F(xiàn)＋細菌經吖啶橙處理而丟失，成為F－。F因子一經丟失，細胞中便不再出現(xiàn)；（3）F＋可以和F－雜交，而不能和F＋雜交；（4）F＋×F－的雜交后代皆為F＋，而且可以10－7頻率獲得重組體后代。總之F因子是一種質粒（plasmid）由共價環(huán)狀閉合DNA雙54F因子的存在狀態(tài)以大腸桿菌為例，F(xiàn)因子能夠以三種狀態(tài)存在沒有F因子，即F；包含一個自由狀態(tài)的F因子，即F+；包含一個整合到自己染色體組內的F因子，即Hfr(如圖)。F因子的存在狀態(tài)以大腸桿菌為例，F(xiàn)因子能夠以三種狀態(tài)存在55圖、F因子的存在狀態(tài)圖、F因子的存在狀態(tài)56圖F因子的整合形成高頻重組菌株Hfr圖F因子的整合形成高頻重組菌株Hfr57有一類菌株，與F-雜交時，出現(xiàn)重組子的頻率很高，幾乎比F+xF-雜交高一千倍，這種新的菌株叫做高頻重組菌株,Hfr菌株。Hfr實際上是由于F因子整合到細菌的染色體上，具有較高頻率的重組能力。但在HfrXF－雜交中，F(xiàn)－細菌很少轉變?yōu)镕+。高頻轉導：HfrxF-五、高頻重組菌株Hfr有一類菌株，與F-雜交時，出現(xiàn)重組子的頻率很高，58Hfr×F接合時，F(xiàn)細菌很少轉變成Hfr當Hfr×F接合時，F(xiàn)細菌很少轉變成Hfr，這是因為當Hfr與F接合時，整合的FDNA從一端被內切酶切成單鏈切口，細菌染色體由這一小段單鏈的F因子作為前導轉移到F受體，一邊進入一邊合成，在大多數(shù)情況下，只有一小部分細菌染色體轉移，接合即出現(xiàn)中斷，受體細胞仍保持為F，因為F因子仍留在供體內。Hfr×F接合時，F(xiàn)細菌很少轉變成Hfr當Hfr×F59圖

高頻轉導HfrxF圖

高頻轉導HfrxF60大腸桿菌Hfr的形成及其染色體向F細胞的轉移圖解大腸桿菌Hfr的形成及其染色體向F細胞的轉移圖解61圖Hfr的形成，很少情況下F細菌轉變轉化為F+圖Hfr的形成，很少情況下F細菌轉變轉化為F+62Hfr品系與F＋菌株相同1、都能和F－雜交。2、雜交都要通過接合管和受體菌相聯(lián)接。3、高劑量鏈霉素處理后都不影響雜交，說明它們都是作為一種供體。不同1、產生重組子頻率不同，Hfr×F－10－4，F(xiàn)＋×F－10－7。2、F＋×F－后代F＋，Hfr×F－后代F－。3、F＋細菌經吖啶橙處理變成F－，Hfr經吖啶橙處理仍為Hfr。Hfr品系與F＋菌株相同63F因子及其在雜交中的行為

七、細菌的交換過程當F+或Hfr的細菌染色體進入F后，在一個短時期內，F(xiàn)細胞中對某些位點來說總有一段二倍體的DNA。這樣的細菌稱為部分二倍體或部分合子。新染色體的DNA稱為供體外基因子，而宿主的染色體則稱為受體內基因子，部分二倍體中發(fā)生單數(shù)交換，可使環(huán)狀染色體打開，產生一個線性染色體，這種細胞不能成活，只有發(fā)生偶數(shù)的交換，才能產生遺傳的重組體和片段。(圖)F因子及其在雜交中的行為

七、細菌的交換過程當F64圖711單交換,712雙交換圖711單交換,712雙交換65部分二倍體中發(fā)生單數(shù)交換，可使環(huán)狀染色體打開，產生一個線性染色體，這種細胞不能成活，只有發(fā)生偶數(shù)的交換，才能產生遺傳的重組體和片段（圖解）部分二倍體中發(fā)生單數(shù)交換，可使環(huán)狀染色體打開，產生一個線性染66六、用中斷雜交實驗作染色體連鎖圖

Wollman和Jacob等人想了解Hfr細菌在交配中，什么時候把基因轉移給F細菌的，于是設計了中斷雜交試驗，用以證明接合時遺傳物質從供體細胞的轉移是直線式進行的，他們把Hfr菌株與F菌株混合在一起進行雜交培養(yǎng)。Hfr菌株的基因型是strsazirtonArgalb+lac+F菌株的基因型是strrazistonAsgalblacstr代表鏈霉素，s代表敏感性，r代表抗性，+代表原養(yǎng)型或抗性，代表營養(yǎng)缺陷型。（P220）六、用中斷雜交實驗作染色體連鎖圖Wollman和Jacob67六、用中斷雜交實驗作染色體連鎖圖

每隔一定時間取樣，把菌液放在食物攪拌器內攪拌，以中斷雜交。經過稀釋，接種到含有鏈霉素的完全培養(yǎng)基上，這樣將殺死所有Hfr細胞，然后對形成菌落的F細胞用影印培養(yǎng)法測試其基因型，以便確定每個基因轉移到F細胞的時間(如圖)。六、用中斷雜交實驗作染色體連鎖圖每隔一定時間取樣，把菌液放68影印培養(yǎng)法包有滅菌絲絨布的圓木柱選擇培養(yǎng)基非選擇性培養(yǎng)基影印培養(yǎng)法包有滅菌絲絨選擇培養(yǎng)基非選擇性培養(yǎng)基69六、中斷雜交試驗作圖六、中斷雜交試驗作圖70圖74雜交中斷后對標記基因的鑒定圖74雜交中斷后對標記基因的鑒定71六、用中斷雜交實驗作染色體連鎖圖

上圖表示利用這個方法所獲得的結果，混合9分鐘后取樣時，開始出現(xiàn)少量對疊氮化物有抗性的菌落，說明抗疊氮化物的基因此時已進入F細胞中，但對T1噬菌體來說，全部F細胞還屬于敏感型，說明tonA基因還沒有進入F細胞中?；旌?1分鐘后，才開始出現(xiàn)抗噬菌體T1的F細菌?；旌?8分鐘和24分鐘取樣時，又分別出現(xiàn)乳糖發(fā)酵和半乳糖發(fā)酵的基因。這說明Hfr菌株的基因是按一定的線性順序依次進入F菌株，也就是說，染色體從原點開始以直線方式進入F細胞的。六、用中斷雜交實驗作染色體連鎖圖上圖表示利用這個方法所獲得72

基因 轉入時間 thr+ 8leu+ 8.5Azir 9Tonr 11 lac+18 gal+ 250Thr+Tonslac+gal+Fleu+Azis中斷雜交的實驗結果

基因 轉入時間 0Thr+Tonslac+gal+Fl73六、用中斷雜交實驗作染色體連鎖圖

根據(jù)中斷雜交的實驗，以Hfr基因在F細胞中出現(xiàn)的時間為標準，可以作出大腸桿菌的連鎖遺傳圖。根據(jù)供體基因進入受體細胞的順序和時間繪制連鎖圖的技術，稱為中斷雜交技術。表73:用不同的Hfr菌株進行中斷雜交實驗六、用中斷雜交實驗作染色體連鎖圖根據(jù)中斷雜交的實驗，以Hf74F因子和細菌染色體都是環(huán)狀的用不同的Hfr菌株進行中斷雜交實驗所作出的大腸桿菌基因連鎖圖，其基因進入F細胞的轉移的順序不大相同。這個實驗進一步說明F因子和細菌染色體都是環(huán)狀的，而Hfr細胞染色體的形成，則因F因子插入環(huán)狀染色體的不同位置，因而形成了不同的轉移原點和轉移方向(如圖)。F因子和細菌染色體都是環(huán)狀的用不同的Hfr菌株進行中斷雜交實75F因子插入環(huán)狀染色體的不同位置，

因而形成了不同的轉移原點和轉移方向F因子插入環(huán)狀染色體的不同位置，

因而形成了不同的76不同Hfr中，F(xiàn)因子插入位置與方向不同不同Hfr中，F(xiàn)因子插入位置與方向不同77F因子一種質粒（plasmid）一種附加體（整合到染色體上）

F因子的結構

1、原點

2、形成性傘毛的基因群

3、DNA復制酶基因

4、插入序列IS

（P225）4F因子一種質粒（plasmid）一種附加體（整合到染色體78七、細菌的交換過程前面，討論的是雜交中遺傳信息的轉移過程，這是根據(jù)雜交中產生的重組子推論出來的，然而重組子被檢出之前，轉移的基因如何通過交換過程整合到受體的基因組的呢？真核生物的遺傳交換發(fā)生在兩套基因組之間，而原核類中遺傳物質的交換是在一完整的基因組（F內基因子）與一不完整的基因組（供體外基因子）之間進行的是在部分二倍體或部分合子間進行的。F因子和細菌染色體都是環(huán)狀的七、細菌的交換過程前面，討論的是雜交中遺傳信息的轉移過程，這79單交換部分二倍體（部分合子）的概念

F染色體與Hfr染色體之間發(fā)生單交換沒有意義，只產生不平衡的部分二倍體線形染色體；二者之間只有發(fā)生雙交換才能產生有活性的重組子。供體外基因子F-內基因子部分二倍體或部分合子模式圖單交換部分二倍體（部分合子）的概念

80雙交換雙交換

雙交換只有發(fā)生雙交換才能產生有活性的重組子雙交換雙交換

雙交換只有發(fā)生雙交換才能產生有活性的重組子81圖711單交換，712雙交換圖711單交換，712雙交換82八、重組作圖

在中斷雜實驗中，可以根據(jù)基因轉移的先后順序，以時間為單位，得到基因的連鎖關系。如果兩個基因間的轉移時間小于2分鐘，用中斷雜交法所得的圖距不太可靠，應采用傳統(tǒng)的重組作圖法。例如，有兩個緊密連鎖的基因lac(乳糖不發(fā)酵)和ade(腺嘌呤缺陷型)，為了求得兩個基因間的距離，可采用Hfrlac+ade+和Flacade的雜交實驗。八、重組作圖在中斷雜實驗中，可以根據(jù)基因轉移的先后順序，以83八、重組作圖

（P229）Hfrlac+ade+strsXFlacadestrrlac(乳糖不發(fā)酵)ade(腺嘌呤缺陷型）str代表鏈霉素，s敏感性，r抗性由于ade進入F細胞的順序較lac為晚，因此只要ade進入F細胞，lac自然也已經進入。如果選出ade+同時也是lac+，說明lac和ade間沒有發(fā)生過交換。如果是lac，說明兩者之間發(fā)生過交換。根據(jù)中斷雜交法用完全培養(yǎng)基但不加腺嘌呤，可以選出F-ade+的菌落。八、重組作圖（P229）Hfrlac+ade+84Hfrlac+ade+strs

XFlacadestrr

混合60分鐘，至含鏈霉素的基本培養(yǎng)基，Hfr死，未雜交的F死。選出ade+F-lac+ade+F-lac-ade+外基因子內基因子將重組子菌落影印培養(yǎng)于EMB培養(yǎng)基上,lac+菌落紫紅色lac-菌落粉紅色Hfrlac+ade+strs

85Hfrlac+ade+F-lac-ade-F-lac-ade-Hfrlac+ade+F-lac-ade-F-lac+ade+Hfrlac+ade+F-lac-ade-F-lac-ade+沒有發(fā)生交換兩個基因都交換到受體上交換發(fā)生在兩個基因之間重組作圖Hfrlac+ade+F-861、選擇在腺甘酸（ade）缺乏的培養(yǎng)基上生長的類型。它們表明ade基因已轉入細胞。2、選出的lac-ade+類型即是重組子，因為ade+已進入，表明lac+也已進入，而lac-ade+表型就是供體受體lac、ade兩個基因間發(fā)生交換的結果?？捎么藖碛嬎阒亟M值。重組值的計算

lacade之間的圖距為lac-ade=lac-ade+lac-ade++lac+ade+X100%ade進入F-細胞的順序較lac為晚1、選擇在腺甘酸（ade）缺乏的培養(yǎng)基上生長的類型。它們表明87八、重組作圖

兩基因間的重組值約等于22%。而這兩個位點間的時間單位約為1分鐘，可見1個時間單位(分鐘)大約相當于20%的重組值。根據(jù)大腸桿菌接合實驗的研究，利用中斷雜交，基因重組等方法已繪制出大腸桿菌K12的環(huán)狀遺傳圖。lac-ade=lac-ade+lac-ade++lac+ade+X100%lac-ade=單個整合單個整合+同時整合X100%八、重組作圖兩基因間的重組值約等于22%。而這兩個位點間的88AmapoftheE.coligenome,showingselectedgenes.

E.coliK12菌株的基因組AmapoftheE.coligenome,s89九、性導與F因子Adelberg在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)一種新的F因子——F′因子F因子整合到宿主細菌染色體上的一種可逆過程，能夠低頻被切除。正常切除，F(xiàn)因子重新離開細菌染色體，形成F+細胞。然而Hfr菌上的F因子偶然環(huán)出時不夠準確，從染色體上不精確解離，帶有了細菌染色體的基因，這種帶有了染色體基因的F因子稱為F’（Fprime）因子。九、性導與F因子Adelberg在大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)一種新的F90圖F因子整合到宿主細菌染色體上的一種可逆過程圖F因子整合到宿主細菌染色體上的一種可逆過程91圖F因子的整合，不規(guī)則環(huán)出得到F’因子圖F因子的整合，不規(guī)則環(huán)出得到F’因子92九、F’與性導F’攜帶部分染色體的基因轉移到F,使得F成為F+,并在新的F+細胞內形成了部分二倍體(部分基因以二倍體形式存在)。利用F’因子形成部分二倍體的過程，稱為性導?；蛐詫侵附雍蠒r由F′因子所攜帶的外源DNA整合到細菌染色體的過程。九、F’與性導F’攜帶部分染色體的基因轉移到F,使得F成93F質粒F質粒94性導

部分二倍體Hfr菌上的F因子從染色體上不精確解離，帶有了細菌染色體的基因性導

部分二倍體Hfr菌上的F因子從染色體上不精確解離，95九、性導與F因子由性導產生的部分二倍體，一方面為確定等位基因顯隱性關系提供了重要方法，另一方面由于分離出大量的F′因子，每個F′因子攜帶不同的大腸桿菌的基因，包括全部染色體基因，因此，并發(fā)性導是建立遺傳圖的另一手段，即兩個位點必須密切相連才能處在同一個F′因子上。這樣通過兩個位點間重組頻率的計算就可以獲得每個片段的連鎖群。

九、性導與F因子由性導產生的部分二倍體，一方面為確定等位基96性導(sexduction)與F?因子性導(sexduction)與F?因子97F和F因子F品系轉變成Hfr品系的頻率要高于F＋品系。F變成Hfr時F因子整合到相同位點上，而F＋變成Hfr時可整合到不同位點。F×F－高頻傳遞特定的基因，形成部分二倍體，而F＋×F－產生F＋但不轉移任何基因，或以10－7將宿主的基因按順序轉入受體，受體仍為F－。所轉移的基因是不同的。F和F因子F品系轉變成Hfr品系的頻率要高于F＋品系98性導在大腸桿菌的遺傳分析中的重要作用1、F’因子可以自主復制2、性導形成的部分二倍體可用于不同突變型之間的互補實驗,以確定這兩個突變型是屬于同一或兩個不同的基因3、確定顯隱關系4、不同F(xiàn)′因子攜帶大腸桿菌的不同基因，因此，并發(fā)性導是建立遺傳圖的另一手段，即兩個位點必須密切相連才能處在同一個F′因子上。這樣通過兩個位點間重組頻率的計算就可以獲得每個片段的連鎖群。

性導在大腸桿菌的遺傳分析中的重要作用1、F’因子可以自主復制99三種不同致育因子的相互關系FF’Hfr(p234)（1）F’是帶有部分細菌染色體的F因子,其性質在F和Hfr之間。（圖717）(2)F’因子連同她所帶有的部分細菌染色體可一起轉移到F中，其轉移速率近于F因子。利用F’可以形成部分二倍體，進行重組研究。(3)有F因子的細胞是F+細胞，無F因子的細胞是F細胞。(4)Hfr能以高頻率把細菌染色體轉移到F細菌中，而F因子因位于Hfr染色體的最末端，極少進入。F’因子和F因子很容易轉移到F細胞中，但供體染色體的轉移率很低。三種不同致育因子的相互關系FF’Hfr(p2100大腸桿菌內F+F’Hfr的轉化

(圖717)大腸桿菌內F+F’Hfr的轉化

(圖717101F＋，Hfr，F(xiàn)的接合對照F＋，Hfr，F(xiàn)的接合對照102轉化(transformation)(一)、細菌轉化實驗(二)、轉化過程*(三)、共同轉化與遺傳圖譜繪制轉化(transformation)(一)、細菌轉化實驗103轉化轉化游離的DNA片段被受體細胞吸收，結果發(fā)生遺傳性狀改變的現(xiàn)象。轉化轉化游離的DNA片段被受體細胞吸收，結果發(fā)生遺傳性狀改變104(一)、細菌轉化實驗1.基礎知識野生型肺炎雙球菌(Streptococcuspneumoniae)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,II(一)、細菌轉化實驗1.基礎知識莢膜菌落毒性類型光滑型S1052.Griffith轉化研究(1928)2.Griffith轉化研究(1928)106Griffith對其試驗結論及發(fā)展根據(jù)上述研究結果Griffith認為(有毒)死細菌中的某種物質轉移到(無毒)活細菌中，并使之具有毒性，導致小家鼠死亡。他將這種細菌遺傳類型的轉變稱為轉化，并將引起轉化的物質稱為轉化因子(tranformingprinciple)。但是當時的化學與生化分析技術還無法鑒定殺死細菌中的成分，因而不知轉化因子為何物。Griffith對其試驗結論及發(fā)展根據(jù)上述研究結果Griff107Griffith對其試驗結論及發(fā)展以后一些研究者重復上述試驗，并且加入了體外培養(yǎng)試驗，即將加熱殺死的SIII細菌與無毒RII細菌混合培養(yǎng)，然后注入小家鼠體內，同樣導致家鼠死亡。表明細菌在培養(yǎng)條件下也能夠實現(xiàn)遺傳類型間的定向轉化。Griffith對其試驗結論及發(fā)展以后一些研究者重復上述試驗1083.阿維利(Avery)等的轉化實驗(1944)3.阿維利(Avery)等的轉化實驗(1944)109實驗結論上述實驗結果表明來源于加熱殺死的SIII細菌，并使RII細菌轉化成為SIII型細菌的轉化因子是DNA。正是在這一認識的基礎上，將轉化定義為某一基因型的細胞從周圍介質中吸收來自另一基因型的DNA而使它的基因型和表現(xiàn)型發(fā)生相應變化的現(xiàn)象。實驗結論上述實驗結果表明來源于加熱殺死的SIII細菌，并使110實驗結論Avery等人的實驗實際上也表明決定細菌遺傳類型的物質是DNA，即證明了DNA就是遺傳物質。但由于他們采用的實驗方法當時不被人們廣泛接受，而且得出的結論與當時人們的傳統(tǒng)觀念(認為蛋白質是遺傳物質)不符合，而長期沒有得到人們的承認。實驗結論Avery等人的實驗實際上也表明決定細菌遺傳類型的物111轉化的主要步驟雙鏈DNA分子與細胞表面感受位點進行可逆性結合。供體DNA片斷被吸入受體細胞。侵入受體細胞的供體DNA轉為單鏈，其中一條被降解。未被降解的一條鏈部分或整個插入受體細胞的DNA中。雜合的DNA經復制可以形成親代類型和重組類型的DNA,導致轉化細胞的形成與表達。轉化的主要步驟雙鏈DNA分子與細胞表面感受位點進行可逆性結合112(二)、轉化過程轉化現(xiàn)象在細菌中是一種普遍現(xiàn)象。不同細菌轉化過程有一定差異，但是它們都存在幾個共同特征，即1.感受態(tài)與感受態(tài)因子感受態(tài)指細菌能夠從周圍環(huán)境中吸收DNA分子進行轉化的生理狀態(tài)。感受態(tài)主要受一類蛋白質(感受態(tài)因子)影響，感受態(tài)因子可以在細菌間進行轉移，從感受態(tài)細菌中傳遞到非感受態(tài)細菌中，可以使后者變?yōu)楦惺軕B(tài)。(二)、轉化過程轉化現(xiàn)象在細菌中是一種普遍現(xiàn)象。不同細菌轉化113(二)、轉化過程1、感受態(tài)與感受態(tài)因子一般認為感受態(tài)出現(xiàn)在細菌對數(shù)生長后期，并且某些處理過程可以誘導或加強感受態(tài)，以大腸桿菌為例，用Ca2+處理對數(shù)生長后期的大腸桿菌可以增強其感受能力。2、供體(donor)DNA與受體(receptor)細胞結合(binding)結合發(fā)生在受體細胞特定部位(結合點)；對供體DNA片段有一定要求；結合過程是一個可逆過程。(二)、轉化過程1、感受態(tài)與感受態(tài)因子114(二)、轉化過程3、DNA攝取當細菌結合點飽和之后，細菌開始攝取外源DNA；細菌在攝取外源DNA時，由DNA移位酶降解其中一條鏈，并利用降解這條鏈產生的能量，將另一條鏈拉進細胞中。(二)、轉化過程3、DNA攝取115(二)、轉化過程4、聯(lián)會(synapsis)與外源DNA片段整合(integration)整合就是指單鏈的轉化DNA與受體DNA對應位點的置換，從而穩(wěn)定地摻入到受體DNA中的過程。實際上就是一個遺傳重組的過程。因而研究整合的分子機制事實上也為遺傳重組的分子機制作出了貢獻。(二)、轉化過程4、聯(lián)會(synapsis)與外源DNA片段116轉化的主要步驟(圖)雙鏈DNA分子與細胞表面感受位點進行可逆性結合。供體DNA片斷被吸入受體細胞。侵入受體細胞的供體DNA轉為單鏈，其中一條被降解。未被降解的一條鏈部分或整個插入受體細胞的DNA中。雜合的DNA經復制可以形成親代類型和重組類型的DNA,導致轉化細胞的形成與表達。轉化的主要步驟(圖)雙鏈DNA分子與細胞表面感受位點進行可逆117細菌轉化過程

吸附DNA

吸收

整合

細菌轉化過程

吸附DNA

吸收

整合

118*(三)、共同轉化與遺傳圖譜繪制利用共同轉化繪制細菌連鎖遺傳圖譜的基本原理相鄰基因發(fā)生共同轉化的概率與兩者的距離間成正向關系，基因間距離越近，發(fā)生共同轉化的頻率越高，反之越低。因此可能通過測定兩基因共同轉化的頻率來指示基因間的相對距離。*(三)、共同轉化與遺傳圖譜繪制利用共同轉化繪制細菌連鎖遺傳119一二、烈性噬菌體和溫和噬菌體烈性噬菌體2.溫和噬菌體：溶源周期、裂解周期三、轉導轉導2.普遍性轉導3.特異性轉導（局限性轉導）第三節(jié)噬菌體的遺傳分析

（著重幾個概念）四、噬菌體的遺傳重組轉導一二、烈性噬菌體和溫和噬菌體烈性噬菌體三、轉導轉導第三節(jié)120一、烈性噬菌體T偶數(shù)系列噬菌體的尾絲附著在大腸桿菌表面時，通過尾鞘的收縮將噬菌體DNA經中空尾部注入寄主細胞，破壞寄主細胞的遺傳物質，并合成大量的噬菌體DNA和蛋白質，組成許多新的子噬菌體，最后使細菌裂解，釋放出無數(shù)個子噬菌體。所以這樣的T偶數(shù)系列噬菌體稱為烈性噬菌體。一、烈性噬菌體T偶數(shù)系列噬菌體的尾絲附著在大腸桿菌表面時，121烈性噬菌體

產生溶菌反應細菌裂解，釋放出子噬菌體烈性噬菌體

產生溶菌反應細菌裂解，釋放出子噬菌體122二、溫和噬菌體溫和噬菌體侵入細菌后，細菌并不裂解，即它們有溶源性的生活周期。例如λ和P1噬菌體可代表略有不同的溶源性類型。λ噬菌體附著在大腸桿菌染色體的gal和bio位點之間的attλ座位上，它能通過交換而整合到細菌染色體上，整合的噬菌體稱為原噬菌體(圖)。二、溫和噬菌體溫和噬菌體侵入細菌后，細菌并不裂解，即它們有123λ噬菌體的溶源化和原噬菌體形成λ噬菌體的溶源化和原噬菌體形成124溫和噬菌體一般不出現(xiàn)溶菌反應不出現(xiàn)溶菌反應溫和噬菌體一般不出現(xiàn)溶菌反應不出現(xiàn)溶菌反應125溫和噬菌體兩種增殖周期溶源周期細胞不裂解原噬菌體某些溫和噬菌體侵染細胞后，其DNA整合到宿主細菌染色體中。這種處于整合狀態(tài)的噬菌體DNA稱為原噬菌體。含有原噬菌體的細胞稱為溶源性細菌或溶源菌/體。溫和噬菌體兩種增殖周期溶源周期細胞不裂解126原噬菌體不進行DNA復制和蛋白質合成，隨宿主細菌染色體的復制而同步復制。并且隨著宿主細菌細胞分裂而平均分配到兩個子細胞中，代代相傳，進入溶源周期。溶菌周期細胞裂解原噬菌體不進行DNA復制和蛋白質合成，隨宿主細菌染色體的復制127溫和噬菌體的生活周期細胞不裂解，形成溶源性細菌或溶源菌/體，進入溶源周期整合的原噬菌體也可能被誘導進入裂解周期，也可能自然消失溫和噬菌體的生活周期細胞不裂解，形成溶源性細菌或溶源菌/體128溫和噬菌體兩種增殖周期溶源周期細胞不裂解溶菌周期細胞裂解在某些情況下，溶源性細菌培養(yǎng)物中會有很小一部分（103—106），由于原噬菌體脫離整合狀態(tài)，增殖產生大量子噬菌體而導致細菌細胞裂解。溫和噬菌體兩種增殖周期溶源周期細胞不裂解129三、轉導轉導是指以噬菌體為媒介所進行的細菌遺傳物質的重組過程。（或）轉導一個細菌通過溫和噬菌體或缺陷型噬菌體把其遺傳物質傳遞給另一細菌。類型普遍性轉導象噬菌體P22可以轉導沙門氏菌染色體組的任何不同的部分。特異性轉導象λ噬菌體等只能轉導細菌染色體的特定的部分。三、轉導轉導是指以噬菌體為媒介所進行的細菌遺傳物質的重組過程130三、轉導黎德伯格等1956年在傷寒沙門氏菌中發(fā)現(xiàn)了轉導現(xiàn)象。他們用一個不能合成苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸的營養(yǎng)缺陷型和另一個不能合成甲硫氨酸和組氨酸的營養(yǎng)缺陷型雜交，結果在基本培養(yǎng)基上出現(xiàn)原養(yǎng)型菌落。

三、轉導黎德伯格等1956年在傷寒沙門氏菌中發(fā)現(xiàn)了轉導現(xiàn)象。131三、轉導黎德伯格將上述兩種菌株分別放在戴維斯U型管的兩臂內，中間用玻璃濾板隔開，以防止細胞接觸，但可以允許比細菌小的物質通過，結果也獲得了野生型重組體。這樣確定，這種野生型重組體是通過一種過濾性因子實現(xiàn)的。以后的研究工作表明，這種過濾性因子是噬菌體P22。P22的遺傳信息可以整合到宿主的染色體中。噬菌體P22可以轉導沙門氏菌染色體組的任何不同的部分，因此稱為普遍性轉導。三、轉導黎德伯格將上述兩種菌株分別放在戴維斯U型管的兩臂內，132三、轉導P22侵染細菌后，細菌染色體斷裂成片段，在形成噬菌體顆粒時，偶爾錯誤地把細菌染色體片段包裝在噬菌體蛋白質外殼內，其中并不包含有噬菌體的遺傳物質，這種假噬菌體稱為轉導顆粒。由于決定噬菌體感染細菌的能力是噬菌體的外殼蛋白質，所以轉導顆?？梢晕降郊毦希⑺膬群镒⑷胧荏w細菌后，形成部分二倍體，導入的基因經過重組，整合到宿主的染色體上。

三、轉導P22侵染細菌后，細菌染色體斷裂成片段，在形成噬菌體133普遍性

轉導圖轉導頻率很低（105），一般0.3%的噬菌體是轉導噬菌體普遍性

轉導圖134共轉導、共轉導頻率共轉導/并發(fā)轉導phage往往不止轉導某一個基因，而是將其附近基因與該基因一起轉導。通過基因的共轉導，可推測轉導基因間的次序和距離。共轉導頻率兩基因距離越近，共轉導頻率越高→細菌染色體作圖共轉導、共轉導頻率共轉導/并發(fā)轉導phage往往不止轉導某一135abacbc0.60.10.5abcorcba利用共轉導頻率可推測基因a,b,c在染色體上的排列為abacb136流產轉導共轉導中，基本培養(yǎng)基上正常箘落與小菌落之比110該現(xiàn)象稱為流產轉導。原因轉導DNA分子進入受體細胞后，除了發(fā)生普遍性轉導（10%），轉導DNA分子也可能既不與受體基因組發(fā)生交換，又不隨細胞DNA復制而復制，而是很穩(wěn)定地存在于細胞之中，單線遺傳。未得到供體基因的細胞不能合成相應的酶，但仍含有母細胞殘留的酶，可供這些細胞繼續(xù)分裂一兩次，這些細胞形成小菌落。形成所謂“流產轉導”流產轉導共轉導中，基本培養(yǎng)基上正常箘落與小菌落之比110該現(xiàn)137特異性轉導/局限性轉導λ只能轉導細菌染色體的特定的部分特定的部分gal或bio基因，位于attB位點兩側形成原噬菌體特異性轉導/局限性轉導λ只能轉導細菌染色體的特定的部分形成原138特異性轉導圖在特定位點配對交換，λdgal+DNA整個插入，形成dgal+/dgal-轉導子特異性轉導圖在特定位點配對交換，139高頻轉導由λ和λdgal雙重原噬菌體轉導非溶源性gal受體細菌時，由于形成的轉導型數(shù)目比較多，50%左右，所以叫高頻轉導。高頻轉導由λ和λdgal雙重原噬菌體轉導非溶源性gal受體細140四、噬菌體的遺傳重組T2噬菌班形態(tài)突變型r快速溶菌，大界限分明噬菌斑野生型r+緩慢溶菌，小溶菌斑宿主范圍突變型h能感染E.Coil品系1、品系2。感染E.Coil品系1、品系2共培養(yǎng)，透明噬菌斑野生型h+只能感染E.Coil品系1。感染E.Coil品系1、品系2共培養(yǎng)，半透明噬菌斑四、噬菌體的遺傳重組T2噬菌班形態(tài)141四、噬菌體的遺傳重組（P237）噬菌斑h：宿主范圍r：噬菌斑形態(tài)hr+×h+rhr+透明，小h+r半透明，大h+r+半透明，小hr透明，大重組值=重組噬菌斑數(shù)總噬菌斑數(shù)四、噬菌體的遺傳重組（P237）噬菌斑142T2突變型的兩點測交重組值＝[(h+r+)+(hr)]/噬菌斑總數(shù)×100％h+r-×h-r+感染品系1子代檢測重組感染品系1、2r-：大界限分明，r+：??；h-：透明，h+：半透明T2突變型的兩點測交重組值＝[(h+r+)+(hr)]/143h+r×hr+h＋r－42半透明，大h－r＋34透明，小

h－r－12透明，大h＋r＋12

半透明，小親本型重組型重組率（Rf）＝24％＝24cMh+r×hr+h＋r－42半透明，大親本型重144T2phage重組試驗結果T2phage重組試驗結果145根據(jù)上表結果可以分別作出3個連鎖圖

根據(jù)上表結果可以分別作出3個連鎖圖146有四種可能的排列順序有四種可能的排列順序147細菌遺傳學細菌遺傳學148（優(yōu)選）細菌遺傳學（優(yōu)選）細菌遺傳學149圖細菌染色體的著膜復制圖細菌染色體的著膜復制150第七章細菌和噬菌體的重組和連鎖連鎖與交換，真菌的遺傳學分析減數(shù)分裂和分離的關系交叉和重組的關系

真核類生物的基因傳遞方式細菌原核生物噬菌體病毒遺傳物質如何傳遞的？第七章細菌和噬菌體的重組和連鎖連鎖與交換，真菌的遺傳151主要內容第一節(jié)細菌和病毒的一些特點第二節(jié)細菌的遺傳分析（重點）第三節(jié)噬菌體的遺傳分析主要內容第一節(jié)細菌和病毒的一些特點152第一節(jié)細菌和病毒的一些特點一、細菌和病毒（一）細菌細胞細菌的結構細菌的生物學特征第一節(jié)細菌和病毒的一些特點一、細菌和病毒153細菌的生物學特征細菌是單細胞生物，完成每個世代只需20分鐘，而且容易得到它的生化突變型，它不僅在醫(yī)學上和農業(yè)上重要，而且從進化角度上也是異常成功的，因為它占據(jù)地球上大部分的角落。研究細菌遺傳的方法主要是對細菌菌落形態(tài)的遺傳研究(如圖，霉菌菌落)細菌的生物學特征細菌是單細胞生物，完成每個世代只需20分鐘，154霉菌菌落大腸桿菌（E.coli）霉菌菌落大腸桿菌155細菌的生物學特征原則上說，培養(yǎng)皿中每個細菌長成的菌落應具有共同的遺傳組成，但是由于偶然發(fā)生的突變形態(tài)性狀的突變，生理特性的突變或抗性的突變，而使這些突變后的細菌所形成的菌落與其他的菌落有所不同。菌落形態(tài)性狀的突變包括菌落的形狀、顏色和大小等。生理特性的突變包括喪失合成某種營養(yǎng)物質能力的營養(yǎng)缺陷型?？剐酝蛔儼顾幮曰蚩垢腥拘浴＜毦纳飳W特征原則上說，培養(yǎng)皿中每個細菌長成的菌落應具有共156一、細菌和病毒

（二）病毒

非細胞形態(tài)的生命病毒的生物學特征病毒是比細菌更為簡單的生物，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。一、細菌和病毒

（二）病毒

非細胞形態(tài)的生命病毒的生157病毒的生物學特征病毒主要是由蛋白質外殼及其包被的y一種核酸所組成的顆粒。病毒可根據(jù)宿主(動物、植物、細菌)或遺傳物質(DNA或RNA)來分類。細菌病毒(Bacterialphage)，稱為噬菌體(phage)，是目前經過廣泛研究，了解比較清楚的一種病毒。病毒的生物學特征病毒主要是由蛋白質外殼及其包被的y一種核酸所158細菌病毒(Bacterialphage)

噬菌體(phage)的結構頭部頸部外鞘尾絲細菌病毒(Bacterialphage)

159T4噬菌體T4噬菌體160皰疹病毒

皰疹病毒161人類天花病毒

（圖中深染的顆粒）人類天花病毒

（圖中深染的顆粒）162溫和噬菌體侵入細菌后，細菌并不裂解，即它們有溶源性的生活周期。未得到供體基因的細胞不能合成相應的酶，但仍含有母細胞殘留的酶，可供這些細胞繼續(xù)分裂一兩次，這些細胞形成小菌落。h+r半透明，大其它突變類型的篩選、鑒定細菌在培養(yǎng)條件下也能夠實現(xiàn)遺傳類型間的定向轉化。當F+細菌和F細菌接合時(F+×F)，F(xiàn)因子的新拷貝能在接合過程中轉移到F細胞中去，使F細胞轉變成F+細胞，在接合管形成后，F(xiàn)因子DNA雙鏈之一被切斷，從斷端轉移到F細胞，在那里發(fā)生DNA復制。真核類生物的基因傳遞方式h＋r＋12半透明，小轉導是指以噬菌體為媒介所進行的細菌遺傳物質的重組過程。細胞不裂解，形成溶源性細菌或溶源菌/體，進入溶源周期(3)有F因子的細胞是F+細胞，無F因子的細胞是F細胞。為了驗證這些原養(yǎng)型菌落產生的可能，設計了很多試驗。挑取由單個細胞繁殖而來的菌落進行培養(yǎng)就可以獲得由一個細胞繁殖而來的純系。F’因子和F因子很容易轉移到F細胞中，但供體染色體的轉移率很低。菌落形態(tài)性狀的突變包括菌落的形狀、顏色和大小等。Hayes）在重復細菌雜交(AxB)實驗之前，分別用高劑量的鏈霉素來處理A品系和B品系:大腸桿菌兩個品系在雜交的過程中作用是不相同的，兩種不同菌株(品系)接合過程中遺傳物質的轉移是單向的；Hfr×F接合時，F(xiàn)細菌很少轉變成Hfr上述實驗結果表明來源于加熱殺死的SIII細菌，并使RII細菌轉化成為SIII型細菌的轉化因子是DNA。P22侵染細菌后，細菌染色體斷裂成片段，在形成噬菌體顆粒時，偶爾錯誤地把細菌染色體片段包裝在噬菌體蛋白質外殼內，其中并不包含有噬菌體的遺傳物質，這種假噬菌體稱為轉導顆粒。病毒衣殼的排列方式病毒衣殼的排列方式溫和噬菌體侵入細菌后，細菌并不裂解，即它們有溶源性的生活周期163二、細菌和病毒是遺傳學研究的好材料（1）結構簡單。繁殖力強，世代時間短，容易人工培養(yǎng)。便于研究基因的作用；（2）容易篩選營養(yǎng)缺陷型,研究基因的作用(突變型生長條件與基因作用)。（3）便于研究基因的突變,容易篩選不同的突變型。（4）便于研究基因精細結構研究基因的重組(重組群體大、選擇方法簡便有效)。（5）便于研究基因表達調節(jié)。遺傳物質比較簡單，可作為研究高等生物的簡單模型二、細菌和病毒是遺傳學研究的好材料（1）結構簡單。繁殖力強，164二、細菌和病毒是遺傳學研究的好材料同時微生物的應用領域日益擴大、成就突出(微生物工程)；在遺傳工程(包括動植物)中，作為重要研究材料、工具，也具有決定性作用。細菌和病毒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、分子遺傳學理論發(fā)展。二、細菌和病毒是遺傳學研究的好材料同時微生物的應用領域日益擴165細菌和病毒的擬有性過程雖然細菌和病毒不具備象真核生物配子進行融合的有性過程，但它們的遺傳物質也能從一個細胞傳遞到另一個細胞，并且也能形成重組體。無性生殖1946年萊德伯格和塔特姆發(fā)現(xiàn)在細菌之間可以通過接合轉移遺傳物質（有性過程）。細菌和病毒的擬有性過程雖然細菌和病毒不具備象真核生物配子進行166細菌和病毒的擬有性過程細菌獲取外源遺傳物質有四種不同的方式轉化，接合，性導和轉導。當一個細菌被一個以上的病毒粒子所侵染時，噬菌體也能在細菌體內交換遺傳物質。如果兩個噬菌體屬于不同品系，它們之間可以發(fā)生遺傳物質的部分交換(重組)。下面將敘述細菌和噬菌體遺傳物質的交換過程，并且將利用這些方法作出細菌和噬菌體的染色體圖。細菌和病毒的擬有性過程細菌獲取外源遺傳物質有四種不同的方式轉167三、細菌遺傳的實驗研究方法*(一)細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度)(二)建立純系的方法(三)選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型(四)突變型與重組型的批量篩選方法三、細菌遺傳的實驗研究方法*(一)細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃168細菌培養(yǎng)細菌培養(yǎng)169(一)細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度)培養(yǎng)物中微生物計數(shù)方法是微生物學的基本實驗技術，其基本思路是對原培養(yǎng)物進行連續(xù)稀釋；進行平板涂抹培養(yǎng)；由于每個細胞形成一個菌落，計數(shù)菌落數(shù)；根據(jù)稀釋倍數(shù)計算原培養(yǎng)物中的細胞濃度。(一)細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度)培養(yǎng)物中微生物計數(shù)方法是微170細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度)細胞計數(shù)(培養(yǎng)物細胞濃度)171(二)建立純系的方法——純培養(yǎng)挑取由單個細胞繁殖而來的菌落進行培養(yǎng)就可以獲得由一個細胞繁殖而來的純系。通常采用平板表面涂布法或劃線法可以獲得單菌落。這種方法獲得的純系，稱為“菌種純”。有時采用顯微操縱器進行菌絲尖端切割等方法從單個細胞直接培養(yǎng)建立純系。采用這種方法獲得的純系稱為“菌株純”。(二)建立純系的方法——純培養(yǎng)挑取由單個細胞繁殖而來的菌落172建立純系的方法

——純培養(yǎng)建立純系的方法

——純培養(yǎng)173(三)選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型許多細菌的突變都與培養(yǎng)基營養(yǎng)成分及培養(yǎng)條件有關。營養(yǎng)缺陷型的篩選、鑒定選擇培養(yǎng)法是根據(jù)菌株在基本培養(yǎng)基和營養(yǎng)培養(yǎng)基上的生長表現(xiàn)將菌株分為原養(yǎng)型(也稱為原生營養(yǎng)型)與營養(yǎng)缺陷型(在基本培養(yǎng)基上不能正常生長，只能在相應的營養(yǎng)培養(yǎng)基上生長)。營養(yǎng)突變型的篩選、鑒定方法與紅色面包霉生化突變型的鑒定方法基本一致。(三)選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型許多細菌的突變都與培養(yǎng)基174(三)選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型許多細菌的突變都與培養(yǎng)基營養(yǎng)成分及培養(yǎng)條件有關。其它突變類型的篩選、鑒定對于其它的突變類型(如溫度敏感型)，也可以通過培養(yǎng)條件的選擇培養(yǎng)來篩選與鑒定。(三)選擇培養(yǎng)法鑒定突變型與重組型許多細菌的突變都與培養(yǎng)基175親本細菌A或B發(fā)生了回復突變；1、產生重組子頻率不同，Hfr×F－10－4，兩基因距離越近，共轉導頻率越高→細菌染色體作圖四、噬菌體的遺傳重組轉導兩品系細胞通過培養(yǎng)基交換養(yǎng)料——互養(yǎng)作用；F因子整合到宿主細菌染色體上的一種可逆過程，能夠低頻被切除。coliK12多重突變品系第一節(jié)細菌和病毒的一些特點但由于他們采用的實驗方法當時不被人們廣泛接受，而且得出的結論與當時人們的傳統(tǒng)觀念(認為蛋白質是遺傳物質)不符合，而長期沒有得到人們的承認。1、接合是指通過細胞的直接接觸，遺傳信息從供體單向轉移到受體的過程。F-lac+ade+細胞不裂解，形成溶源性細菌或溶源菌/體，進入溶源周期菌落形態(tài)性狀的突變包括菌落的形狀、顏色和大小等。F-lac-ade+總之F因子是一種質粒（plasmid）Wollman和Jacob等人想了解Hfr細菌在交配中，什么時候把基因轉移給F細菌的，于是設計了中斷雜交試驗，用以證明接合時遺傳物質從供體細胞的轉移是直線式進行的，他們把Hfr菌株與F菌株混合在一起進行雜交培養(yǎng)。很低（105），一般0.結合發(fā)生在受體細胞特定部位(結合點)；圖

高頻轉導HfrxF以后的研究工作表明，這種過濾性因子是噬菌體P22。U形管實驗

在U形管中培養(yǎng)一定時間后，再測定每一臂的細菌，沒有一個能在基本培養(yǎng)基上生長。(四)突變型與重組型的批量篩選方法選擇培養(yǎng)法一次可鑒定、篩選一種突變型，但要檢測分離含有多種突變型的混和菌株，僅采用選擇培養(yǎng)法要進行多次試驗才能夠達到目的、效率太低。高效檢測、分離混和群體用影印培養(yǎng)法親本細菌A或B發(fā)生了回復突變；(四)突變型與重組型的批量篩176(四)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，黎德伯格夫婦設計了影印培養(yǎng)法。該方法原理與選擇培養(yǎng)法一致，但是采用影印法將在完全培養(yǎng)基上單菌落同時接種到不同選擇培養(yǎng)基上同時對所有菌落進行選擇培養(yǎng)，鑒定效率大大提高。(四)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177(四)突變型與重組型的批量篩選方法注意(1)最初的培養(yǎng)基必須是非選擇性的，即各種突變型都能夠在其上生長；(2)必須采用適當?shù)姆椒ㄈ缤坎蓟騽澗€法，以使培養(yǎng)物菌落之間要分開。(四)突變型與重組型的批量篩選方法注意178第二節(jié)細菌的遺傳重組1、接合是指通過細胞的直接接觸，遺傳信息從供體單向轉移到受體的過程。2、性導是指接合時由F′因子所攜帶的外源DNA整合到細菌染色體的過程。3、轉化某一基因型的細胞從周圍介質中吸收來自另一基因型的DNA而使它的基因型和表現(xiàn)型發(fā)生相應變化的現(xiàn)象。轉導是指以噬菌體為媒介所進行的細菌遺傳物質的重組過程。第二節(jié)細菌的遺傳重組1、接合是指通過細胞的179第二節(jié)細菌的遺傳分析一、細菌染色體細菌染色體大多為裸露的環(huán)狀閉合DNA雙鏈，沒有組蛋白和其他蛋白質結合，也不形成核小體結構。（這種結構有利于外源DNA的插入。）細菌染色體1000um細菌直徑0.55um第二節(jié)細菌的遺傳分析一、細菌染色體180圖大腸桿菌染色體的基本結構特征圖大腸桿菌染色體的基本結構特征181二、E.coli基因組概況E.coli的染色體為閉合雙鏈環(huán)狀DNA，長約1333um.

2001年10月15日完成了E.coliK12菌株的基因組全序列測定。總共4639221bp，4279個蛋白質編碼基因，115個編碼rRNA和tRNA的基因。（GenBank編號:U00096）二、E.coli基因組概況E.coli的染色體為閉182三、細菌的雜交——接合

A接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實BF因子及其在雜交中的行為C中斷雜交試驗作圖三、細菌的雜交——接合A接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實183三、細菌的雜交A接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實1946年萊德伯格(Lederberg,J.)和塔特姆(Tatum)發(fā)現(xiàn)在細菌之間可以通過接合（conjugation）轉移遺傳物質。細菌接合是指通過細胞的直接接觸，遺傳信息從供體單向轉移到受體的過程。三、細菌的雜交A接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和證實