細菌和病毒的遺傳課件

第一節(jié)細菌和病毒的結構第二節(jié)細菌的遺傳分析第三節(jié)噬菌體的遺傳分析第一節(jié)細菌和病毒的結構第二節(jié)細菌的遺傳分析第三節(jié)噬菌體1

第一節(jié)細菌和病毒的結構細菌和病毒的結構及其遺傳特點，使它們成為遺傳學研究的好材料。轉化試驗、一個基因一種酶假說、基因的精細結構、基因表達的調控、基因工程等遺傳學的重大發(fā)現(xiàn)和技術發(fā)展都與細菌和病毒有關。第一節(jié)細菌和病毒的結構細菌和病毒的結構及其遺2一、細菌的結構單細胞生物，大小不一，一般長1-2μm，寬0.5μm，為一層或多層膜或細胞壁所包圍。部分細菌還有某些特殊的結構，如鞭毛、傘毛、莢膜等。細菌的細胞核沒有核膜，其中的染色體是一個很長的共價閉合環(huán)狀雙鏈DNA分子，長度從250-3500μm不等，一般不與蛋白質結合。多數(shù)細菌細胞在細胞核外還有一個或多個能自主復制的小型環(huán)狀DNA。這些DNA分子對細菌的生長并非必需，但可賦予細菌某些特性，如抗藥性、抗鹽性、抗噬菌體侵染等。這些小分子DNA稱為質粒（plasmid）。細菌能在成分十分簡單的培養(yǎng)基上生長，這種培養(yǎng)基叫基本培養(yǎng)基。細菌在這種培養(yǎng)基上能合成生長所必須的各種有機物。單一細胞經(jīng)過分裂而增殖，大致20分鐘繁殖一代，逐漸形成肉眼可見的菌落。一、細菌的結構單細胞生物，大小不一，一般長1-2μm，寬03二、病毒的結構病毒為非細胞結構，沒有自身的代謝機能，不能獨立地生長和繁殖，必須寄生在活細胞中，利用活細胞的營養(yǎng)物質合成新的病毒后代。繁殖迅速，每小時可增殖百倍。病毒個體微小，形態(tài)多樣，結構簡單，僅含一種核酸（DNA或RNA）和一個蛋白質外殼。依其遺傳物質的性質，可以分單鏈DNA、單鏈RNA、雙鏈DNA和雙鏈RNA病毒等四種類型。按照它們所感染的細胞類型可分為感染細菌、真菌及藻類的菌類病毒，以及感染動植物的動物病毒和植物病毒。遺傳學研究中應用最廣泛的是感染細菌的病毒，又稱為噬菌體(bacteriophage)。依其與宿主細胞的相互關系，可以分為烈性噬菌體(virulentphage)和溫和噬菌體(temperatephage)兩大類型。二、病毒的結構病毒為非細胞結構，沒有自身的代謝機能，不能獨立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題，突變均能表現(xiàn)出來。三、細菌和病毒在遺傳學研究的優(yōu)越性1．世代周期短：三、細菌和病毒在遺傳學研究的優(yōu)越性5

4．便于研究基因的作用：影印培養(yǎng)，易檢出營養(yǎng)缺陷型突變，有利于從生化角度來研究基因的作用。5．便于基因重組研究：細菌具有轉化、轉導和接合作用，利用這些特性可以進行精密的遺傳學分析6.便于研究基因結構、功能及調控機制：細菌和病毒的遺傳物質簡單，基因定位、結構分析及其分離易于進行，基因的表達調控也適于用生理生化的方法進行深入的研究。7.便于進行遺傳操作：染色體結構簡單，沒有組蛋白和其它蛋白的結合，更宜于進行遺傳工程的操作。4．便于研究基因的作用：6四、細菌和病毒的研究方法1．單細胞分離

菌液→稀釋→涂布在固體培基→單個細胞分離→形成肉眼可見菌落。細菌的研究方法：四、細菌和病毒的研究方法1．單細胞分離細菌的研究方法：72．影印法測定變異采用影印法測定細菌是否發(fā)生變異以及發(fā)生何種變異。細菌變異主要有形態(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）營養(yǎng)缺陷型：喪失合成某種營養(yǎng)物質的能力，在基本培養(yǎng)基上不能生長。原養(yǎng)型（野生型）：能夠在基本培養(yǎng)基上生長。

（2）抗性突變：抗藥性和抗感染型。2．影印法測定變異8細菌的影印培養(yǎng)方法（Lederberg,1952）細菌的影印培養(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）等化學藥劑誘導發(fā)生變異。

常見變異：

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.轉化（transformation）：裸露的非病毒的DNA導入細菌細胞的過程。2.轉染（transfection）：裸露的病毒（噬菌體）DNA導入細菌的過程。是一種特殊的轉化形式。3.轉導（transduction）：以噬菌體為媒介將細菌的DNA從供體菌轉移到受體菌的過程。4.接合（conjugation）：細菌通過細胞之間的直接接觸的方式傳遞遺傳物質的過程。一、細菌遺傳物質的轉移形式第二節(jié)細菌的遺傳分析1.轉化（transformation）：裸露的非病毒的D11通過接合作用，部分供體基因組DNA轉移到受體菌中通過接合作用，質粒轉移到受體菌中通過接合作用，部分供體基因組DNA轉移到受體菌中通過接合作用121.單方向轉移2.都產(chǎn)生部分二倍體3.轉入的基因只有整合到環(huán)狀染色體上才能穩(wěn)定遺傳二、細菌遺傳物質轉移的共同特點1.單方向轉移二、細菌遺傳物質轉移的共同特點13三、細菌的轉化（transformation）1.轉化的發(fā)現(xiàn)1928年F.Griffith首先發(fā)現(xiàn)。1944年O.Avery研究小組證實引起轉化的因子是細菌的DNA。轉化(transformation)：細菌細胞通過其細胞膜攝取周圍供體DNA片段，并通過重組整合到自己染色體中的過程。三、細菌的轉化（transformation）1.轉化的發(fā)142.轉化的類型（1）自然轉化（naturaltransformation）細菌可以自由吸收DNA，并轉化。如：枯草桿菌的轉化。（2）工程轉化（engineeredtransformation）人工轉化(artificialtransformation)細菌發(fā)生改變(感受態(tài)細胞的制備)，使其能攝入外源DNA，并轉化。如：大腸桿菌的轉化。2.轉化的類型（1）自然轉化（naturaltransf153.轉化的過程（1）外源DNA與受體細菌細胞的結合

影響因素：

供體DNA片段大?。翰煌毦筠D化的片段大小不同。肺炎雙球菌要求800核苷酸對以上；枯草桿菌要求1600核苷酸對以上；大腸桿菌轉化DNA片段長度為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)生轉化，但不同細菌只能與特定數(shù)量DNA片段結合。取決于細胞上接受座位數(shù)。一個細菌表面大約有50個吸附位點。

受體細胞生理狀態(tài)：感受狀態(tài)細胞（DNA合成剛結束，蛋白質合成仍在進行時的細胞）才能發(fā)生轉化。感受態(tài)的出現(xiàn)主要受一類小分子蛋白質（感受態(tài)因子）影響，感受態(tài)因子可以使細胞出現(xiàn)感受態(tài)，并能從感受態(tài)細菌傳遞到非感受態(tài)細菌，使其出現(xiàn)感受態(tài)。一般認為感受態(tài)出現(xiàn)在細菌對數(shù)生長后期。高Ca2+、溫度以及電激處理等，也能夠改變膜對DNA的通透性，從而誘導或加強感受態(tài)。

3.轉化的過程（1）外源DNA與受體細菌細胞的結合16細菌和病毒的遺傳課件17

b）DNA通過細胞壁和細胞膜是一個主動運輸過程，需要膜上的轉運分子，并消耗能量。（2）DNA的穿入a）在細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，穿入受體細胞內。

b）DNA通過細胞壁和細胞膜是一個主動運輸過程，需要膜18外源DNA穿入受體細胞示意圖單鏈DNA細胞膜供體DNADNA結合復合蛋白體能量核酸外切酶細胞壁外源DNA穿入受體細胞示意圖單鏈DNA細胞膜供體DNADNA19（3）聯(lián)會(synapsis)，與外源DNA片段的整合

聯(lián)會：外源單鏈DNA與受體細菌染色體DNA的同源區(qū)段發(fā)生聯(lián)會，形成部分二倍體。部分二倍體：細菌擬有性生殖過程中，外源DNA與受體DNA同源區(qū)段聯(lián)會，使受體細胞部分DNA形成二倍體。供體外基因子：部分二倍體中的外源DNA。受體內基因子：部分二倍體中受體細胞的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(synapsis)，與外源DNA片段的整合聯(lián)會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)狀結構，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打開成線性DNA，重組轉化子不能成活。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)過一次染色體復制和細胞分裂，形成一個轉化了的細胞和一個未被轉化的細胞。（4）轉化細胞的形成經(jīng)過一次染色體復制和細胞分裂，形成一個轉化了的細胞22細菌轉化的過程整合外源DNA結合在受體位點DNA穿入感受態(tài)細胞聯(lián)會形成轉化細胞細菌轉化的過程整合外源DNA結合在受體位點DNA穿入感受態(tài)細234.轉化作圖

DNA是以小片段的形式進入受體的，所以距離很遠的兩個基因很難同時存在于一個片段中同時轉化，除非分別包括這兩個基因的兩個片段同時進入受體。兩個片段同時轉化的概率應為它們單獨轉化的概率的乘積。但是當兩個基因緊密連鎖時，它們就有較多的機會包括在同一個DNA片段中，并同時整合到受體染色體中，因此，緊密連鎖的基因可以通過轉化進行作圖。通過轉化實驗，利用轉化發(fā)生的重組計算它們之間的重組率，將細菌的不同基因定位在它的染色體DNA上，構成它的遺傳圖譜。4.轉化作圖DNA是以小片段的形式進入受體的，所24

用一野生型細菌菌株提取出來的DNA轉化一個不能合成丙氨酸（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

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

ala-pro+ala-arg：親型轉化子：ala+arg+重組型轉化子：ala+arg-ala-arg+pro-arg：親型轉化子：pro+arg+重組型轉化子：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)生共同轉化的前提下：ala-pro：親型轉化子：26重組率＝重組型轉化子/轉化子總數(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為：ala←25→arg←30→pro

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

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

Lederberg由于研究細菌的重組而獲得1958年NobelMedicineorphysiologyPrize。

Tatum和G.W.Beable提出的“一個基因一個酶”也在此獎中。四、細菌的接合（conjugation）E.coli接合的28

1.Lederberg-Tatum實驗Lederberg發(fā)明的用基本培養(yǎng)基（minimalmedium）篩選原養(yǎng)型（prototroph）方法。對照（control）1.Lederberg-Tatum實驗對照（contro29實驗解釋：基因突變；營養(yǎng)物質互補；遺傳物質重組？實驗解釋：基因突變；營養(yǎng)物質互補；遺傳物質重組？30對實驗結果的解釋Lederberg和Tatum從概率上和對照實驗上排除了細菌發(fā)生恢復突變的可能性：a）單一性狀恢復突變率是10-7，雙性狀恢復突變的概率是10-14。結論：在A菌株與B菌株之間發(fā)生了遺傳物質的交換。營養(yǎng)物質互補：營養(yǎng)缺陷型細菌通過培養(yǎng)交換營養(yǎng)物質，相互補充了對方的不足而得以在基本培養(yǎng)基上生長。b）對照培養(yǎng)的A、B菌株都沒有生長出菌落。對實驗結果的解釋Lederberg和Tatum從概率上和對照31對Lederberg-Tatum實驗解釋的質疑

（1）實驗獲得的原養(yǎng)型重組菌可能是轉化的結果。（2）營養(yǎng)物質的互補：培養(yǎng)基中含有某些代謝產(chǎn)物，混合后互相補充了對方的缺陷而得以生長。Lederberg和Tatum的補充試驗A（或B）菌株基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)細菌濾器過濾濾液B（或A）菌株基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)不能生長對Lederberg-Tatum實驗解釋的質疑（1）實驗獲32BernardDavis實驗的支持:是遺傳重組，而不是營養(yǎng)物質互補，但需要親本細胞的接觸。BernardDavis實驗的支持:是遺傳重組，而不是營養(yǎng)33Hayes（海斯）實驗strainA鏈霉素處理strainBstrainA×在基本培養(yǎng)基中有菌落

接合：指兩菌體細胞的直接接觸，遺傳物質從一個菌體轉移到另外一個菌體，并導致遺傳重組的過程。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，則無重組的產(chǎn)生，說明細菌遺傳物質的交換不是交互的，而是單向的---F因子Hayes（海斯）實驗strainA鏈霉素處理strain34實驗推論strainB鏈霉素處理strainAstrainB×在基本培養(yǎng)基中沒有菌落鏈霉素只阻止細菌分裂，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），結果產(chǎn)生分裂形成的原養(yǎng)型菌落。實驗推論strainB鏈霉素處理strainAstrai35結論: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：兩個菌株在雜交過程中的作用不是交互的，而是單向的，DNA只能從供體轉移到受體。結論:strainB被阻止分裂，也能完成雜交（接收DNA36Hayes等對“雄性”細菌和“雌性”細菌的解釋（1）供體（donor）菌株：（2）受體（recipient）菌株：“雄性”菌株：細胞內含有一種致育因子（fertilityfactor），表示為F+?！按菩浴本辏喝狈因子，表示為F-。從邏輯上預言了F因子（Ffactor）的存在。Hayes等對“雄性”細菌和“雌性”細菌的解釋（1）供體（d37F因子的實質

Ffactor：是一種質粒，有獨立自主復制和能夠轉移到其它細胞中去的能力。是一種共價閉合環(huán)狀DNA，全長94.5kb。

質粒（plasmid）：存在于細菌染色體以外的DNA。對細菌的生存并非必須，但能給細菌帶來一些額外的功能（如抗菌素抗性等）。F因子的結構F因子的實質Ffactor：是一種質粒，有獨立自主復制38大腸桿菌的接合過程（F+×F-）：F因子的轉移頻率高，而細菌DNA轉移頻率極低。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胞之間的接合管(2)核酸內切酶在F因子的轉移起點（oriT）的一條鏈上產(chǎn)生一個缺口，然后5’末端單鏈通過接合管進入受體細胞(3)F因子上的單鏈DNA和正在轉移的單鏈DNA，各自為模板，在DNA聚合酶的作用下合成雙鏈DNA(4)完成F因子向受體細胞轉移以及DNA的合成(5)在DNA連接酶的作用下完成接合，形成兩個F+細胞大腸桿菌的接合過程（F+×F-）：F因子的轉移頻率高，而細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，從存活下來的菌中分離到一株能與B菌株以10-4頻率雜交的菌株，稱之為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因子的關系（1）Hfr與Ffactor的異同處：①都能與F-雜交②雜交時都要通過接合的形式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-雜交相同點不同點高頻重組與F因子的關系（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因子整合在細菌染色體的位置和方向是隨機的，所以存在許多不同的Hfr菌株。Hfr×F-：細菌DNA轉移率很高，F(xiàn)因子轉移率很低。Hfr染色體上F因子的轉移起點被核算內切酶切開，以一小段FDNA首先進入受體細胞，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。單鏈通過接合管轉移到受體細胞（F因子的轉移原點及附近的供體基因）；2.轉移的部分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，則受體內基因子由環(huán)狀變?yōu)榫€狀，導致細菌死亡。Hfr×F-部分二倍體：轉移的供體染色體稱為供體外基因子，而受體的完整染色體稱為受體內基因子。轉移染色體的長度一般限制在供體染色體總長的1/2以內。線性DNA片段被降解1.兩細胞接觸，供體性傘毛形成接合管，整合的F因子產(chǎn)生缺口。43細菌和病毒的遺傳課件444.F’因子和性導(sexduction)F’因子的形成在Hfr細胞中，染色體上的F因子是相當穩(wěn)定的，但F因子也能夠低頻率地從細菌染色體上切除，偶爾會形成攜帶部分細菌染色體基因的F因子，阿代爾伯格和伯恩斯（Adelberg和Burns，1959年）稱該因子為F’因子。4.F’因子和性導(sexduction)F’因子的形成在45性導(sexduction)：指F’因子所攜帶的細菌染色體DNA，通過接合作用轉移到受體細菌染色體中，從而改變受體遺傳性狀的過程。性導在受體細菌中可形成部分二倍體。性導(sexduction)：46基因AE形成部分二倍體通過接合作用轉移到受體細菌染色體F’因子攜帶細菌染色體DNA基因AE形成部分二倍體通過接合作用轉移到受體細菌染色體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菌染色體同受體細菌染色體之間發(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′因子可在細菌細胞中自主的延續(xù)下去；1）如果發(fā)生單交換，會導致F′因子整合到受體染色體上而形成Hfr品系，同時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′的關系

1）F+與F-關系：當F+和F-接合過程中，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-菌轉移，而染色體基因的轉移則很少發(fā)現(xiàn)，重組頻率大約只有10-7，因此F+菌稱為低頻重組型(lowfrequencyrecombination，Lfr)。2）Hfr與F-關系：當Hfr與F-的接合過程中，首先形成接合管，使供體染色體轉移給受體，形成高重組頻率（10-4），因此Hfr菌稱為高頻重組型(highfrequencyrecombinationstrain，Hfr)。3）Hfr與F+、

F′關系：Hfr與F+菌株可以相互轉變，F(xiàn)因子既可以插入到染色體中去（Hfr），又可以通過規(guī)則的交換和剪切，從染色體上完整地游離下來（F+）。F因子在從染色體上剪切時偶爾也會出現(xiàn)不規(guī)則分離的結果，使F因子攜帶一段相鄰的細菌染色體，這種帶有插入細菌基因的環(huán)狀F因子稱為F′因子。F′因子即能高頻地轉移質粒DNA，也能高頻地轉移細菌DNA。

5.F因子與F-、F+、Hfr、F′的關系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，在混合后的不同時間進行攪拌，使接合管斷裂，終止染色體向F-細胞移動；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記，測定其進入受體后其他非選擇性標記基因進入F-細菌的順序和時間。五、細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移起點（原點）的基因越早發(fā)生轉移，混合培養(yǎng)時間越少。在不同的時間中斷雜交，根據(jù)不同基因的轉移時間就能推斷出基因的順序。作圖原理越是靠近轉移起點（原點）的基因越早發(fā)生轉移，混合培51Hfr與F－混合培養(yǎng)不同時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＋各基因轉移時間?；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個不同的Hfr菌株同F(xiàn)-進行中斷雜交，得到的基因排列順序相同，但是進入的時間早晚（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因子的整合位點不同，整合方向也不同;傳遞的起始點不同。E.coli的染色體是環(huán)狀的。解釋Hfr染色體上F因子的整合位點不同，整合方向也54細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)基因間的重組率進行基因定位。

下面通過實例來加以說明：

例如根據(jù)中斷雜交試驗，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-）這三個基因是緊密連鎖的，而且就某特定的Hfr菌株來說，基因的轉移的順序是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細胞和未雜交的F-細胞）。在這種培養(yǎng)基中形成菌落的重組子基因型應該是leu+strr。重組作圖（recombinationmappi57

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

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+是四交換的結果，與雙交換相比，其交換頻率非常低，在本次實驗中未能檢測到該重組基因型。已經(jīng)篩選出的leu+重組子，用影印法測定其余兩個58163634801636348059

根據(jù)上述接合結果，基因間的重組率可用下式計算：

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)上述接合結果，基因間的重組率可用下式計算：60重組作圖的重組頻率(RF)所測得基因間距離與中斷雜交以時間(T)為單位獲得的基因間距離基本上相一致；1個時間單位（1分鐘）相當于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分鐘的標記基因；圖b表示每個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胞上2.尾絲鞘收縮，中軸刺穿宿主細胞3.頭部的DNA被送入宿主細胞4.在數(shù)分鐘內，所有的細菌核酸和蛋白質合成都被抑制。1.噬菌體吸附到宿主細胞上655.噬菌體大分子合成，細菌的核酸被降解。（1）噬菌體DNA復制。（2）噬菌體外殼蛋白合成。5.噬菌體大分子合成，細菌的核酸被降解。（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個噬菌體導致細菌被噬菌體基因編碼的溶菌酶（lysozyme)溶解。7.宿主細胞破裂約200個噬菌體導致細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菌原噬菌體（λ噬菌體）溶源途徑進入溶菌階段理化因素作用，原噬菌體脫離宿主染色體而進入裂解途徑。裂解寄主而釋放溶源細菌細胞分裂，溶源性穩(wěn)定遺傳

噬菌體吸附在細菌上，將染色體注入宿主細胞內溶源途徑溶菌途徑烈性噬菌體(二)溫和性噬菌體侵染細菌原噬菌體（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，會產(chǎn)生不同的噬菌斑。噬菌斑是噬菌體感染宿主細菌后，在細菌涂布平板培養(yǎng)基中形成的，肉眼可見的透明圈。1個噬菌斑大約含有107個噬菌體，它們起源于同一個噬菌體，是噬菌體反復侵染、裂解細菌后產(chǎn)生的噬菌體后代，因此有著相同的基因型。通過觀察噬菌斑的形態(tài)來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h+（野生型）：只能在E.coliB品系上生長。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，雜交過程——混合感染實驗兩個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噬菌體同時感染E.coliB噬菌體DNA復制、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長滿大腸桿菌B和B/2的混合培養(yǎng)物中根據(jù)噬菌斑點形態(tài)識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長滿大腸桿菌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算重組噬菌體的噬菌斑數(shù)76Hershey和Rotman1949年的T2雜交結果基因型噬菌斑百分率hr+4276%h+r34h+r+1224%hr12rh24Hershey和Rotman1949年的T2雜交結果基因型噬774.重組機理h+rh+rh+rhr+hr+hr+h+rh+rh+rhr+hr+hr+噬菌體染色體在細菌體內復制不同的噬菌體染色體在細菌體內交換重組h+rh+r4.重組機理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細菌和病毒的遺傳課件80噬菌體也可以通過類似于高等生物三點測驗進行基因定位。如用T4噬菌體的兩個品系混合感染大腸桿菌。一個品系是：小噬菌斑（m）、快速溶菌（r）、混濁噬菌斑（tu）；另一品系對這三個性狀都是野生型（+++），混合感染大腸桿菌類型基因型噬菌斑數(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1034212.9%20.8%27.1%噬菌體也可以通過類似于高等生物三點測驗進行基因定位。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。所得后代8種類型中數(shù)目最少的兩個就是雙交換的結果，頻率最高的兩個是親本類型，其余的為單交換類型。根據(jù)表中結果，我們就能計算這三個基因間的重組以及符合系數(shù)。表中結果可知：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基因的排列順序為：m——r——tu。

由此可見，利用混合感染試驗的結果，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.轉導的發(fā)現(xiàn)1952年，J.Lederberg和他的學生N.Zinder（津德）在鼠傷寒沙門氏菌（salmonellatyphimurium）中作的重組實驗：菌株StrainLA-2：phe+trp+met-his-StrainLA-22：phe-trp-met+his+三、轉導(transduction)

Transduction:以噬菌體為媒介，將細菌供體DNA轉移到受體，使受體發(fā)生遺傳變異的過程。1.轉導的發(fā)現(xiàn)1952年，J.Lederberg和他的學生84雜交結果StrainLA-2：StrainLA-22：×10-5Prototrophsphe+trp+met+his+DavisU-tube實驗將兩個親本分別放在U形管兩臂中，結果同樣能獲得原養(yǎng)型重組菌！而且只在LA-22中！雜交結果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)以上結果推斷，一種可以通過細菌濾片的因子將遺傳信息從LA-2傳遞給了LA-22。稱之為過濾因子（FA）。另一些實驗又證明了：FA不是裸露的DNA，加入DNA酶并不能減弱FA的效力（同時也排除了轉化）；LA-2產(chǎn)生FA需要LA-22的存在，F(xiàn)A能穿過微孔濾片；FA與從溶源性細菌中分離得到的溫和噬菌體P22的質量大小相同；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的在鼠傷寒沙門氏菌對FA也表現(xiàn)為抗性。這些結果證明，F(xiàn)A就是溫和噬菌體P22。根據(jù)以上結果推斷，一種可以通過細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)過程中，LA-22中的原噬菌體P22偶然裂解，穿過濾片后感染并裂解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88穿過濾片原養(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穿過濾片原養(yǎng)型LA-22(+P22)P22偶然溶菌P2892.普遍性轉導(generalizedtransduction)例如：鼠傷寒沙門氏菌的P22噬菌體、大腸桿菌的P1噬菌體

普遍性轉導：供體細菌染色體DNA的任何基因或任何片段都有可能被噬菌體轉入受體菌的過程。

通常能夠進行普遍性轉導的噬菌體是烈性噬菌體，他們感染細菌細胞后，在細胞內復制，最后導致細胞裂解。在裂解過程中，供體細胞DNA降解。噬菌體包裝時可能以很低的頻率發(fā)生錯誤而將供體細胞DNA誤為噬菌體自身DNA進行包裝。當這個噬菌體（轉導噬菌體或轉導顆粒）感染另一個細胞（受體）時，能夠將供體DNA轉移到受體細胞中，形成部分二倍體，并經(jīng)過同源區(qū)段交換整合到受體細菌染色體DNA中，形成一個穩(wěn)定的轉導子。2.普遍性轉導(generalizedtransducti901)由于噬菌體錯誤包裝及注入受體菌的供體DNA片段是隨機的，因而對所轉導的基因沒有限制。

2)轉入受體菌的供體DNA片段在受體菌中不能復制，但可以通過DNA重組整合到受體染色體基因組，與受體菌染色體一起復制。特點：1)由于噬菌體錯誤包裝及注入受體菌的供體DNA片段是隨機的，91噬菌體吸附并注入DNA噬菌體DNA復制、蛋白質合成，宿主染色體降解成小片段錯誤包裝，形成轉導噬菌體轉導噬菌體吸附并將細菌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)定的轉導子大多數(shù)噬菌體只攜帶自身DNA感染受體細菌產(chǎn)生許多子代P1噬菌體噬菌體吸附并注入DNA噬菌體DNA復制、蛋白質合成，宿主染色92普遍性轉導作圖

利用普遍性轉導，確定細菌基因之間的排列順序和距離，構建它的遺傳圖。這種基因定位方法稱為轉導作圖。

兩個或兩個以上基因同時被轉導的現(xiàn)象稱為共轉導(cotransduction)或稱為并發(fā)轉導。共轉導的頻率愈高，表明兩個基因在染色體上的距離愈近；反之則距離愈遠。通過計算和比較兩個基因之間的共轉導頻率，我們就可以確定三個或三個以上基因在染色體上的排列順序以及他們之間的距離。普遍性轉導作圖利用普遍性轉導，確定細菌基因之間的排列順93

例如a、b基因間的共轉導頻率很高，a、c基因的共轉導頻率也很高，而b和c間很少或完全不在一起轉導，那么這三個基因的順序就應為bac。兩個標記基因之間的距離可用下式計算：

其中d：兩個標記基因間的距離；X：兩個基因的共轉導頻率；L：轉導DNA的最大長度（相當于噬菌體染色體長度，取2min）。

例如a、b基因間的共轉導頻率很高，a、c基因的共轉94

該作圖方法類似于真核生物的兩點測驗。此外轉導作圖也可采用類似于三點測驗的方法，即采用一次三因子轉導(three-factortransduction)試驗，就可推出三個基因的排列次序。例如利用普遍性轉導噬菌體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，選擇標記基因為ilv+(在該培養(yǎng)基上只有ilv+轉導才能生長)。然后用影印法測定其余兩個非選擇標記基因以及他們的菌落數(shù)，得到如圖的結果。該作圖方法類似于真核生物的兩點測驗。此外轉導作圖也95細菌和病毒的遺傳課件96根據(jù)圖中的結果，我們可以計算基因之間的共轉導頻率。計算結果如下：ilv-leu的共轉導頻率=（ilv+leu+ara+）+（ilv+leu+ara-）/總轉導子數(shù)=1229+144/1229+144+72+1=94.84%ilv-ara的共轉導頻率=（ilv+leu+ara+）+（ilv+leu-ara+）/總轉導子數(shù)=144+1/1229+144+72+1=9.97%leu-ara的共轉導頻率=（ilv+leu+ara+）/總轉導子數(shù)=144/1229+144+72+1=9.9%根據(jù)圖中的結果，我們可以計算基因之間的共轉導頻率。97

P1噬菌體的染色體長度約為大腸桿菌染色體長度的2%，相當于大腸桿菌遺傳圖譜的2分鐘的大小。因此，PI噬菌體可以轉導的最大長度相當于大腸桿菌遺傳圖譜2分鐘。通過共轉導頻率，我們可以計算基因間的距離。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噬菌體的染色體長度約為大腸桿菌染色體長度的982.特異性轉導（Specializedtransduction）

這類噬菌體只能轉導供體基因組中的特定基因，又稱局限性轉導。能進行局限性轉導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，往往整合在細菌染色體上的特定的位置。原噬菌體離開細菌染色體，一般可以精確切離形成一個完整的λDNA，但偶爾發(fā)生偏差而形成帶有gal或bio基因的轉導噬菌體，同時將噬菌體部分DNA留在細菌染色體上。2.特異性轉導（Specializedtransducti99噬菌體λ轉導細菌基因gal的圖解噬菌體λ轉導細菌基因gal的圖解100小結

病毒和細菌的遺傳分析對建立和發(fā)展分子遺傳學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噬菌斑形態(tài)、寄主范圍變異進行分析。細菌是通過分析其擬有性生殖過程來進行遺傳分析。轉化是通過細胞膜攝取供體DNA片斷，轉導是利用噬菌體為媒介細菌間遺傳物質的轉移，接合和性導都是利用性因子，細菌細胞接觸后遺傳物質從供體向受體轉移。通過U型管試驗、DNA酶處理、抗噬菌體血清處理等將各種擬有性生殖區(qū)分開來。利用擬有性生殖過程中形成的部分二倍體發(fā)生交換重組進行細菌基因的定位，也可利用中斷雜交以時間為標準進行染色體作圖。小結101第一節(jié)細菌和病毒的結構第二節(jié)細菌的遺傳分析第三節(jié)噬菌體的遺傳分析第一節(jié)細菌和病毒的結構第二節(jié)細菌的遺傳分析第三節(jié)噬菌體102

第一節(jié)細菌和病毒的結構細菌和病毒的結構及其遺傳特點，使它們成為遺傳學研究的好材料。轉化試驗、一個基因一種酶假說、基因的精細結構、基因表達的調控、基因工程等遺傳學的重大發(fā)現(xiàn)和技術發(fā)展都與細菌和病毒有關。第一節(jié)細菌和病毒的結構細菌和病毒的結構及其遺103一、細菌的結構單細胞生物，大小不一，一般長1-2μm，寬0.5μm，為一層或多層膜或細胞壁所包圍。部分細菌還有某些特殊的結構，如鞭毛、傘毛、莢膜等。細菌的細胞核沒有核膜，其中的染色體是一個很長的共價閉合環(huán)狀雙鏈DNA分子，長度從250-3500μm不等，一般不與蛋白質結合。多數(shù)細菌細胞在細胞核外還有一個或多個能自主復制的小型環(huán)狀DNA。這些DNA分子對細菌的生長并非必需，但可賦予細菌某些特性，如抗藥性、抗鹽性、抗噬菌體侵染等。這些小分子DNA稱為質粒（plasmid）。細菌能在成分十分簡單的培養(yǎng)基上生長，這種培養(yǎng)基叫基本培養(yǎng)基。細菌在這種培養(yǎng)基上能合成生長所必須的各種有機物。單一細胞經(jīng)過分裂而增殖，大致20分鐘繁殖一代，逐漸形成肉眼可見的菌落。一、細菌的結構單細胞生物，大小不一，一般長1-2μm，寬0104二、病毒的結構病毒為非細胞結構，沒有自身的代謝機能，不能獨立地生長和繁殖，必須寄生在活細胞中，利用活細胞的營養(yǎng)物質合成新的病毒后代。繁殖迅速，每小時可增殖百倍。病毒個體微小，形態(tài)多樣，結構簡單，僅含一種核酸（DNA或RNA）和一個蛋白質外殼。依其遺傳物質的性質，可以分單鏈DNA、單鏈RNA、雙鏈DNA和雙鏈RNA病毒等四種類型。按照它們所感染的細胞類型可分為感染細菌、真菌及藻類的菌類病毒，以及感染動植物的動物病毒和植物病毒。遺傳學研究中應用最廣泛的是感染細菌的病毒，又稱為噬菌體(bacteriophage)。依其與宿主細胞的相互關系，可以分為烈性噬菌體(virulentphage)和溫和噬菌體(temperatephage)兩大類型。二、病毒的結構病毒為非細胞結構，沒有自身的代謝機能，不能獨立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題，突變均能表現(xiàn)出來。三、細菌和病毒在遺傳學研究的優(yōu)越性1．世代周期短：三、細菌和病毒在遺傳學研究的優(yōu)越性106

4．便于研究基因的作用：影印培養(yǎng)，易檢出營養(yǎng)缺陷型突變，有利于從生化角度來研究基因的作用。5．便于基因重組研究：細菌具有轉化、轉導和接合作用，利用這些特性可以進行精密的遺傳學分析6.便于研究基因結構、功能及調控機制：細菌和病毒的遺傳物質簡單，基因定位、結構分析及其分離易于進行，基因的表達調控也適于用生理生化的方法進行深入的研究。7.便于進行遺傳操作：染色體結構簡單，沒有組蛋白和其它蛋白的結合，更宜于進行遺傳工程的操作。4．便于研究基因的作用：107四、細菌和病毒的研究方法1．單細胞分離

菌液→稀釋→涂布在固體培基→單個細胞分離→形成肉眼可見菌落。細菌的研究方法：四、細菌和病毒的研究方法1．單細胞分離細菌的研究方法：1082．影印法測定變異采用影印法測定細菌是否發(fā)生變異以及發(fā)生何種變異。細菌變異主要有形態(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）營養(yǎng)缺陷型：喪失合成某種營養(yǎng)物質的能力，在基本培養(yǎng)基上不能生長。原養(yǎng)型（野生型）：能夠在基本培養(yǎng)基上生長。

（2）抗性突變：抗藥性和抗感染型。2．影印法測定變異109細菌的影印培養(yǎng)方法（Lederberg,1952）細菌的影印培養(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）等化學藥劑誘導發(fā)生變異。

常見變異：

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.轉化（transformation）：裸露的非病毒的DNA導入細菌細胞的過程。2.轉染（transfection）：裸露的病毒（噬菌體）DNA導入細菌的過程。是一種特殊的轉化形式。3.轉導（transduction）：以噬菌體為媒介將細菌的DNA從供體菌轉移到受體菌的過程。4.接合（conjugation）：細菌通過細胞之間的直接接觸的方式傳遞遺傳物質的過程。一、細菌遺傳物質的轉移形式第二節(jié)細菌的遺傳分析1.轉化（transformation）：裸露的非病毒的D112通過接合作用，部分供體基因組DNA轉移到受體菌中通過接合作用，質粒轉移到受體菌中通過接合作用，部分供體基因組DNA轉移到受體菌中通過接合作用1131.單方向轉移2.都產(chǎn)生部分二倍體3.轉入的基因只有整合到環(huán)狀染色體上才能穩(wěn)定遺傳二、細菌遺傳物質轉移的共同特點1.單方向轉移二、細菌遺傳物質轉移的共同特點114三、細菌的轉化（transformation）1.轉化的發(fā)現(xiàn)1928年F.Griffith首先發(fā)現(xiàn)。1944年O.Avery研究小組證實引起轉化的因子是細菌的DNA。轉化(transformation)：細菌細胞通過其細胞膜攝取周圍供體DNA片段，并通過重組整合到自己染色體中的過程。三、細菌的轉化（transformation）1.轉化的發(fā)1152.轉化的類型（1）自然轉化（naturaltransformation）細菌可以自由吸收DNA，并轉化。如：枯草桿菌的轉化。（2）工程轉化（engineeredtransformation）人工轉化(artificialtransformation)細菌發(fā)生改變(感受態(tài)細胞的制備)，使其能攝入外源DNA，并轉化。如：大腸桿菌的轉化。2.轉化的類型（1）自然轉化（naturaltransf1163.轉化的過程（1）外源DNA與受體細菌細胞的結合

影響因素：

供體DNA片段大?。翰煌毦筠D化的片段大小不同。肺炎雙球菌要求800核苷酸對以上；枯草桿菌要求1600核苷酸對以上；大腸桿菌轉化DNA片段長度為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)生轉化，但不同細菌只能與特定數(shù)量DNA片段結合。取決于細胞上接受座位數(shù)。一個細菌表面大約有50個吸附位點。

受體細胞生理狀態(tài)：感受狀態(tài)細胞（DNA合成剛結束，蛋白質合成仍在進行時的細胞）才能發(fā)生轉化。感受態(tài)的出現(xiàn)主要受一類小分子蛋白質（感受態(tài)因子）影響，感受態(tài)因子可以使細胞出現(xiàn)感受態(tài)，并能從感受態(tài)細菌傳遞到非感受態(tài)細菌，使其出現(xiàn)感受態(tài)。一般認為感受態(tài)出現(xiàn)在細菌對數(shù)生長后期。高Ca2+、溫度以及電激處理等，也能夠改變膜對DNA的通透性，從而誘導或加強感受態(tài)。

3.轉化的過程（1）外源DNA與受體細菌細胞的結合117細菌和病毒的遺傳課件118

b）DNA通過細胞壁和細胞膜是一個主動運輸過程，需要膜上的轉運分子，并消耗能量。（2）DNA的穿入a）在細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，穿入受體細胞內。

b）DNA通過細胞壁和細胞膜是一個主動運輸過程，需要膜119外源DNA穿入受體細胞示意圖單鏈DNA細胞膜供體DNADNA結合復合蛋白體能量核酸外切酶細胞壁外源DNA穿入受體細胞示意圖單鏈DNA細胞膜供體DNADNA120（3）聯(lián)會(synapsis)，與外源DNA片段的整合

聯(lián)會：外源單鏈DNA與受體細菌染色體DNA的同源區(qū)段發(fā)生聯(lián)會，形成部分二倍體。部分二倍體：細菌擬有性生殖過程中，外源DNA與受體DNA同源區(qū)段聯(lián)會，使受體細胞部分DNA形成二倍體。供體外基因子：部分二倍體中的外源DNA。受體內基因子：部分二倍體中受體細胞的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(synapsis)，與外源DNA片段的整合聯(lián)會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)狀結構，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打開成線性DNA，重組轉化子不能成活。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)過一次染色體復制和細胞分裂，形成一個轉化了的細胞和一個未被轉化的細胞。（4）轉化細胞的形成經(jīng)過一次染色體復制和細胞分裂，形成一個轉化了的細胞123細菌轉化的過程整合外源DNA結合在受體位點DNA穿入感受態(tài)細胞聯(lián)會形成轉化細胞細菌轉化的過程整合外源DNA結合在受體位點DNA穿入感受態(tài)細1244.轉化作圖

DNA是以小片段的形式進入受體的，所以距離很遠的兩個基因很難同時存在于一個片段中同時轉化，除非分別包括這兩個基因的兩個片段同時進入受體。兩個片段同時轉化的概率應為它們單獨轉化的概率的乘積。但是當兩個基因緊密連鎖時，它們就有較多的機會包括在同一個DNA片段中，并同時整合到受體染色體中，因此，緊密連鎖的基因可以通過轉化進行作圖。通過轉化實驗，利用轉化發(fā)生的重組計算它們之間的重組率，將細菌的不同基因定位在它的染色體DNA上，構成它的遺傳圖譜。4.轉化作圖DNA是以小片段的形式進入受體的，所125

用一野生型細菌菌株提取出來的DNA轉化一個不能合成丙氨酸（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

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

ala-pro+ala-arg：親型轉化子：ala+arg+重組型轉化子：ala+arg-ala-arg+pro-arg：親型轉化子：pro+arg+重組型轉化子：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)生共同轉化的前提下：ala-pro：親型轉化子：127重組率＝重組型轉化子/轉化子總數(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為：ala←25→arg←30→pro

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

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

Lederberg由于研究細菌的重組而獲得1958年NobelMedicineorphysiologyPrize。

Tatum和G.W.Beable提出的“一個基因一個酶”也在此獎中。四、細菌的接合（conjugation）E.coli接合的129

1.Lederberg-Tatum實驗Lederberg發(fā)明的用基本培養(yǎng)基（minimalmedium）篩選原養(yǎng)型（prototroph）方法。對照（control）1.Lederberg-Tatum實驗對照（contro130實驗解釋：基因突變；營養(yǎng)物質互補；遺傳物質重組？實驗解釋：基因突變；營養(yǎng)物質互補；遺傳物質重組？131對實驗結果的解釋Lederberg和Tatum從概率上和對照實驗上排除了細菌發(fā)生恢復突變的可能性：a）單一性狀恢復突變率是10-7，雙性狀恢復突變的概率是10-14。結論：在A菌株與B菌株之間發(fā)生了遺傳物質的交換。營養(yǎng)物質互補：營養(yǎng)缺陷型細菌通過培養(yǎng)交換營養(yǎng)物質，相互補充了對方的不足而得以在基本培養(yǎng)基上生長。b）對照培養(yǎng)的A、B菌株都沒有生長出菌落。對實驗結果的解釋Lederberg和Tatum從概率上和對照132對Lederberg-Tatum實驗解釋的質疑

（1）實驗獲得的原養(yǎng)型重組菌可能是轉化的結果。（2）營養(yǎng)物質的互補：培養(yǎng)基中含有某些代謝產(chǎn)物，混合后互相補充了對方的缺陷而得以生長。Lederberg和Tatum的補充試驗A（或B）菌株基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)細菌濾器過濾濾液B（或A）菌株基本培養(yǎng)基中培養(yǎng)不能生長對Lederberg-Tatum實驗解釋的質疑（1）實驗獲133BernardDavis實驗的支持:是遺傳重組，而不是營養(yǎng)物質互補，但需要親本細胞的接觸。BernardDavis實驗的支持:是遺傳重組，而不是營養(yǎng)134Hayes（海斯）實驗strainA鏈霉素處理strainBstrainA×在基本培養(yǎng)基中有菌落

接合：指兩菌體細胞的直接接觸，遺傳物質從一個菌體轉移到另外一個菌體，并導致遺傳重組的過程。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，則無重組的產(chǎn)生，說明細菌遺傳物質的交換不是交互的，而是單向的---F因子Hayes（海斯）實驗strainA鏈霉素處理strain135實驗推論str