细菌基因转移和基因重组

1、第六章第六章 微生物基因转移微生物基因转移 微生物基因的交流微生物基因的交流n基因重组：基因重组：是指来自两种不同亲本的是指来自两种不同亲本的dna分子在同一生物体内经过交换作用分子在同一生物体内经过交换作用产生新的重组产生新的重组dna分子的现象。分子的现象。细菌遗传重组的自然机制细菌遗传重组的自然机制包括包括细菌的接合（conjugation）转化（transformation）转导 （transduction）性导（性导（sexduction ）第一节 接合（conjugation）概念：f+ conjugation hfr (high frequency recombinant) co

2、njugation 接合是指接合是指dnadna从活的供体细胞转移至受体细从活的供体细胞转移至受体细胞的过程。胞的过程。输出遗传物质的个体称为供体（输出遗传物质的个体称为供体（donor），又称），又称为为“雄性雄性”。接受外源遗传物质的个体称为受体。接受外源遗传物质的个体称为受体（receptor），又称为雌性），又称为雌性n 1946年，年，leaderberg和和tatum发现发现e.coli可以通可以通过结合交换遗传物质。选用两个不同营养缺陷型过结合交换遗传物质。选用两个不同营养缺陷型（auxotroph）的）的e.coli菌株，菌株，a和和b。na菌株，菌株，metbio，需要在基本

3、培养基上补充，需要在基本培养基上补充甲硫氨酸（甲硫氨酸（met）和生物素（）和生物素（bio）才能生长；）才能生长；nb菌株，菌株，thrleu，需要在基本培养基上补充，需要在基本培养基上补充苏氨酸（苏氨酸（thr）和亮氨酸（）和亮氨酸（leu）才能生长。）才能生长。n采用多营养缺陷型是为了防止回复突变干扰试验采用多营养缺陷型是为了防止回复突变干扰试验结果。结果。nu型管试验型管试验(见图）见图）说明：两个菌株间的直接接触是原养型说明：两个菌株间的直接接触是原养型细菌出现的必要条件，这就排除了转化的细菌出现的必要条件，这就排除了转化的可能。可能。n1952年，年，hages通过实验证明，在结合

4、过通过实验证明，在结合过程中，遗传物质的转移是单向的。程中，遗传物质的转移是单向的。n在结合过程中，到底是什么东西由雄体输在结合过程中，到底是什么东西由雄体输入了雌体呢？入了雌体呢？ gram-positive:stickysurfacemolecules gram-negative（阴性菌）（阴性菌）:sexpilus（性菌毛）（性菌毛）f因子的特征因子的特征携带携带f因子的菌株称为供体菌或雄性，用因子的菌株称为供体菌或雄性，用f+表示。表示。没有没有f因子的菌体称为受体菌，又称雌性，用因子的菌体称为受体菌，又称雌性，用f表表示。示。f因子是双链环状因子是双链环状dna，分子量大约是，分子量

5、大约是3.5106，是染色体外遗传物质，是质粒的一种，在分类学上是染色体外遗传物质，是质粒的一种，在分类学上属于附加体（属于附加体（episome）。）。它既能以自主状态存在于细胞质中，又能整合到细它既能以自主状态存在于细胞质中，又能整合到细菌的染色体内。菌的染色体内。 f小环与主染色体大环之间发生一小环与主染色体大环之间发生一次交换就可以插入到宿主染色体中。次交换就可以插入到宿主染色体中。 f因子整合到因子整合到e.coli染色体上以后，染色体上以后，该菌株就成为高频重组株（该菌株就成为高频重组株（highfrequencerecombination），以），以hfr表示。表示。mechan

6、ism of dna transfer during conjugation in gram-negative bacteria大肠杆菌大肠杆菌f因子的遗传图谱因子的遗传图谱orit ：origin of transferthe orit sequence1. about 300 bp2. contains inverted repeats and an at-rich region.4.dnarecircularization,complementarystrandsynthesis,andvegetativereplicationintherecipient.1.donor（供体）（供体）

7、andtherecipient（受体）（受体）cellcontactandmating（配对）（配对）bridgeformation,2.dnarelaxosome（松散）（松散）formationinitiated（启动）（启动）byasingle-strandednickwithintheorit,3.conjugative（结合）（结合）“rollingcircle”replication（复制）（复制）andsingle-strandeddnatransfertotherecipient（受体）（受体）,细菌结合的过程细菌结合的过程质粒介导的染色体质粒介导的染色体dna的转移的转移fo

8、rmation of hfr strainshfr细细胞的转胞的转移移nf+品系称为低频重组（品系称为低频重组（lowfrequencyrecombination，lfr)：f因子转移频率很高，因子转移频率很高，但两者染色体之间重组频率很低，大约是但两者染色体之间重组频率很低，大约是每百万个细胞发生一次重组。每百万个细胞发生一次重组。nhfr品系称为高频重组（品系称为高频重组（highfrequencyrecombination，hfr）：因为）：因为hfr细胞与细胞与f-细胞接合后可以将供体染色体的一部分或细胞接合后可以将供体染色体的一部分或全部传递给受体全部传递给受体f-，当供体和受体的等

9、位，当供体和受体的等位基因带有不同标记时，在她们之间就可以基因带有不同标记时，在她们之间就可以发生重组，重组频率可达到发生重组，重组频率可达到0.01以上。以上。u 当处于游离状态时，细菌为当处于游离状态时，细菌为f，当整合到宿主染，当整合到宿主染色体上时即为色体上时即为hfr品系。所以经吖啶橙处理不会丢失品系。所以经吖啶橙处理不会丢失f因子。因子。 u hfr和和f细胞接触时细胞接触时orit活化，进行滚环复制。开活化，进行滚环复制。开始时，缺刻蛋白识别并结合在始时，缺刻蛋白识别并结合在orit区，切开单链，以区，切开单链，以另一条链为模板，在另一条链为模板，在3-oh上从头合成。上从头合成

10、。5端沿箭头方端沿箭头方向延伸，将宿主的向延伸，将宿主的dna移到受体中。移到受体中。u由于整合后控制合成性伞毛的基因位于由于整合后控制合成性伞毛的基因位于dna环的末环的末端端, 一般尚未进入受体细胞前，接合管就已经断裂，使一般尚未进入受体细胞前，接合管就已经断裂，使转移中断，故转移中断，故hfr杂交的后代不能获得合成性伞毛的基杂交的后代不能获得合成性伞毛的基因，故不能产生性伞毛而呈因，故不能产生性伞毛而呈f的性状。的性状。第四节第四节中断杂交与重组作图中断杂交与重组作图n一、中断杂交实验原理一、中断杂交实验原理基因从基因从hfr细胞按次序转入细胞按次序转入f-细胞，可根据基因进入细胞，可根

11、据基因进入f-细胞的时间和次序制作基因图谱。细胞的时间和次序制作基因图谱。wollman和和jacob于于1954年在大肠杆菌中曾进行了以下杂交实验：年在大肠杆菌中曾进行了以下杂交实验：hfr：thr+leu+azstislac+gal+strsf-:thr-leu-azrtirlac-gal-strr把接合中的细菌在不同时间取样，并把样把接合中的细菌在不同时间取样，并把样品猛烈搅拌以中断接合中的细菌，然后分析品猛烈搅拌以中断接合中的细菌，然后分析受体菌的基因型，这是在大肠杆菌等细菌中受体菌的基因型，这是在大肠杆菌等细菌中用来测定基因位置的一种方法。用来测定基因位置的一种方法。n二、中断杂交作

12、图中断杂交实验结果基因 转入时间（ min） 频率 thr+ 8 100 leu+ 8.5 100 azs 9 90 tis 11 70 lac+ 18 40 gal+ 25 25不同基因在不同基因在f-中出现的时间和达到的稳定转移中出现的时间和达到的稳定转移频率不同，表明它们同转移起始点之间，以及频率不同，表明它们同转移起始点之间，以及它们之间的顺序和距离不同。它们之间的顺序和距离不同。 0 5 10 15 20 25 min o az ti lac gal e.coli中断杂交作图 基因距离以分钟为单位n同一个同一个hfr菌株的转移的起始点在以及转移顺序在不同菌株的转移的起始点在以及转移顺

13、序在不同实验中都是实验中都是相同相同的。但一个的。但一个f+品系可产生许多品系可产生许多hfr品系，品系，这是因为这是因为f因子在细菌染色体上有许多插入位点而且其因子在细菌染色体上有许多插入位点而且其插入取向不同而形成的。用这些不同插入取向不同而形成的。用这些不同hfr菌株进行中断菌株进行中断杂交实验，则它们的转移起点、基因转移顺序以及转移杂交实验，则它们的转移起点、基因转移顺序以及转移方向都不相同。（方向都不相同。（p153图图6-9）中断杂交实验和基因定位思考题：思考题：现分离得到一株现分离得到一株strr的大肠杆菌，且不能利用乙酸盐的大肠杆菌，且不能利用乙酸盐作为碳源作为碳源(ace)，

14、为了定位突变位点，该突变株与四，为了定位突变位点，该突变株与四株株strsace+ hfr供体菌株（图谱如下图，箭头表示供体菌株（图谱如下图，箭头表示orit的位置和方向）分别杂交的位置和方向）分别杂交3.如果得到以下结果，如果得到以下结果，ace突变位于什么突变位于什么位置？（以分钟表示）位置？（以分钟表示）1.通过什么选择接合子？通过什么选择接合子？2.怎么淘汰供体菌？怎么淘汰供体菌？hfr4hfr1hfr2hfr3 f- 、f 、f 和和hfr的关系的关系n三、细菌重组的特点三、细菌重组的特点hfr细胞和细胞和f-细胞之间的接合管常会自发断裂，进入的细胞之间的接合管常会自发断裂，进入的h

15、fr染色体也随之断裂，一般说很少有整条染色体也随之断裂，一般说很少有整条hfr染色体染色体转入转入f-细胞的，因此：细胞的，因此：（一）（一）f-细胞得到的只是细胞得到的只是f因子的一部分，因子的一部分，f因子其余部因子其余部分依赖于整条分依赖于整条hfr染色体的转移，这样染色体的转移，这样hfrf-杂交杂交中选出的大多数重组子仍为中选出的大多数重组子仍为f-。（二）（二）f-受体细胞只接受部分的供体染色体，这样的细受体细胞只接受部分的供体染色体，这样的细胞就称为部分二倍体（胞就称为部分二倍体（partialdiploid)或称为半合子或称为半合子(merozygote)。供体与受体的重组是内

16、基因子（。供体与受体的重组是内基因子（f-染染色体色体dna）与外基因子（）与外基因子（hfr部分染色体部分染色体dna）的同）的同源部分配对、交换，产生重组子。其中单交换产生的源部分配对、交换，产生重组子。其中单交换产生的是不平衡的部分二倍体线性染色体，而双交换产生的是不平衡的部分二倍体线性染色体，而双交换产生的是有活性的环状重组子和片段。是有活性的环状重组子和片段。细菌重组的特点细菌重组的特点（a）：接合后形成的部分二倍体，包括外基因子和内基因子；）：接合后形成的部分二倍体，包括外基因子和内基因子；（b）：内基因子和外基因子之间单交换形成一个线性染色体；）：内基因子和外基因子之间单交换形成

17、一个线性染色体；（c）：双交换形成一个完整的重组染色体和一个游离片段，这一）：双交换形成一个完整的重组染色体和一个游离片段，这一片段随以后的分裂而丢失。片段随以后的分裂而丢失。-n可见：可见：原核类中的交换并不像真核生物那样原核类中的交换并不像真核生物那样在两整套基因组间进行，而是在一完整的基在两整套基因组间进行，而是在一完整的基因组（因组（f-内基因子）与一不完整的基因组内基因子）与一不完整的基因组（hfr外基因子）间进行，即在部分二倍体间外基因子）间进行，即在部分二倍体间进行。因此，在细菌的重组中有下列两个特进行。因此，在细菌的重组中有下列两个特点：点：1、只有偶数次交换才能产生平衡的重组

18、子、只有偶数次交换才能产生平衡的重组子2、不出现相反的重组子，所以在选择培养基上、不出现相反的重组子，所以在选择培养基上只出现一种重组子。只出现一种重组子。n三、重组作图三、重组作图n如果如果2个基因间的转移时间个基因间的转移时间2min则用中断杂交作图则用中断杂交作图不可靠，应采用传统的重组作图法。不可靠，应采用传统的重组作图法。杂交杂交hfrlac+ade+f-lac-ade-lac+乳糖不发酵乳糖不发酵ade-胸嘌呤缺陷型胸嘌呤缺陷型用完全培养基但不加腺嘌呤，可选出用完全培养基但不加腺嘌呤，可选出f-ade+的菌落的菌落由于由于lac+ade-近，两者相继进入时间相距很短，难近，两者相继

19、进入时间相距很短，难以准确界定，所以只能根据产物确定。以准确界定，所以只能根据产物确定。如果选出如果选出ade+同时也选出同时也选出lac+，说明，说明lac-ade间没间没有发生过交换；如果是有发生过交换；如果是lac-ade+说明发生交换说明发生交换。 hfr lac+ ade+ f- lac- ade- f- lac- ade- hfr lac+ ade+ f- lac+ ade+ f- lac- ade- hfr lac+ ade+ f- lac- ade+ f- lac- ade- a：外基因子与内基因子之间未发生重组；：外基因子与内基因子之间未发生重组；b：lac-ade两基因之两

20、基因之外发生双交换；外发生双交换；c：lac-ade两基因间发生交换产生重组子。两基因间发生交换产生重组子。重组率重组率=lac-ade+/(lac+ade+)+(lac-ade+)100%=22%n两个位点之间的时间单位约为两个位点之间的时间单位约为1min，可见，可见1个时间单位（分钟）个时间单位（分钟）大约相当于大约相当于20%的重组值的重组值。n用重组率与中断杂交法测的基因距离大致符合的，根据接合的用重组率与中断杂交法测的基因距离大致符合的，根据接合的实验，用中断杂交法基因重组等方法已绘制出大肠杆菌实验，用中断杂交法基因重组等方法已绘制出大肠杆菌k12环状环状遗传图（图遗传图（图10-

21、17）。）。a:b:c:第五节第五节f因子与性导因子与性导一一f因子与因子与f菌株菌株u整合到细菌中的整合到细菌中的f因子也可以重新离开染色体，因子也可以重新离开染色体，成为独立的环。这个过程是整合的逆过程，称为成为独立的环。这个过程是整合的逆过程，称为环出（环出（loopingout）。）。uf因子在环出过程中并不是完全准确无误的，往因子在环出过程中并不是完全准确无误的，往往连同部分染色体片段一同离开。部分染色体往连同部分染色体片段一同离开。部分染色体dna与与fdna的杂合环称为的杂合环称为f因子因子 f菌株菌株：指带有指带有f因子的细菌。因子的细菌。nf所携带的细菌所携带的细菌dna片段

22、的大小不等，可以是一片段的大小不等，可以是一个基因，也可以长达细菌染色体的一半。个基因，也可以长达细菌染色体的一半。nf因子以极高的频率转移它所携带的基因。因子以极高的频率转移它所携带的基因。nf因子有极高的自整合率，且整合在一定的座位因子有极高的自整合率，且整合在一定的座位上，因为它有与细菌染色体同源的区段。上，因为它有与细菌染色体同源的区段。f因子整因子整合在染色体上的位点不是固定不变的。合在染色体上的位点不是固定不变的。n例如，某一例如，某一hfr系（系（stock）的）的f因子在环出因子在环出时带走了时带走了lac+，当此，当此f转移到转移到flac以后，以后，受体菌（受体菌（rece

23、ptor）成为）成为f+lac+的比率很高。的比率很高。但但lac位于染色体的远端，在中断杂交试验位于染色体的远端，在中断杂交试验中，只有中，只有1/100的受体成为的受体成为f+lac+。这是因。这是因为为f携带携带lac+基因进入受体后使基因进入受体后使lac座位成座位成为部分二倍体为部分二倍体flac+/lac，lac+对对lac是是显性，所以部分二倍体的表现型是显性，所以部分二倍体的表现型是lac+。n二、性导二、性导f因子转入受体细胞后，由于引入体细胞因子转入受体细胞后，由于引入体细胞的部分基因，从而形成部分二倍体，这的部分基因，从而形成部分二倍体，这种利用种利用f因子将供体细胞的基

24、因导入受因子将供体细胞的基因导入受体形成部分二倍体的过程叫性导体形成部分二倍体的过程叫性导（sexduction或或f-duction）n性导的意义：性导的意义：（1）性导产生部分二倍体，为研究单倍）性导产生部分二倍体，为研究单倍体细菌中等位基因间的显隐性关系提供了体细菌中等位基因间的显隐性关系提供了可能的途径。可能的途径。（2）环出时，形成大量的）环出时，形成大量的f因子，不同因子，不同f因子可能携带因子可能携带e.coli的不同基因，因此并的不同基因，因此并发性导是建立遗传图谱的重要途径。发性导是建立遗传图谱的重要途径。（3）性导形成的部分二倍体也可用作互）性导形成的部分二倍体也可用作互补

25、试验，确定两个突变型是属于同一个顺补试验，确定两个突变型是属于同一个顺反子还是属于不同的顺反子。反子还是属于不同的顺反子。 第六节第六节转化与转导作图转化与转导作图n一、转化一、转化(transformation)(一一)、细菌转化实验、细菌转化实验(二二)、转化过程、转化过程*(三三)、共同转化与遗传图谱绘制、共同转化与遗传图谱绘制一一转化（转化（transformationtransformation）1. transformation转化转化:细菌通过细胞膜摄取周细菌通过细胞膜摄取周围环境中围环境中dna体段，并通过重组将其整合到自身体段，并通过重组将其整合到自身染色体中的过程，称为转化

26、。染色体中的过程，称为转化。natural transformationdefinitions2. donor（供体）（供体）: the bacterium from which the dna was extracted（抽取）抽取）.3. recipient（受体）（受体）: the bacterium that is intended to take up the dna from its environment4. competence（感受态）（感受态）: the relative ability of recipients to take up free dsdna5. trans

27、formant转化转化: a recipient受体受体that has successfully incorporated整合 donor genes into its genome6. transfection转染转染: transformation of a cell with viral病毒 dna; this can produce an active infection and production of viral progeny, if done correctly.n转化现象在细菌中是一种普遍现象。不同转化现象在细菌中是一种普遍现象。不同细菌转化过程有一定差异，但是它们都存细

28、菌转化过程有一定差异，但是它们都存在几个共同特征，即：在几个共同特征，即：n1.感受态与感受态因子：感受态与感受态因子：n感受态指细菌能够从周围环境中吸收感受态指细菌能够从周围环境中吸收dna分子进行转化的生理状态。分子进行转化的生理状态。n感受态主要受一类蛋白质感受态主要受一类蛋白质(感受态因子感受态因子)影影响，感受态因子可以在细菌间进行转移，响，感受态因子可以在细菌间进行转移，从感受态细菌中传递到非感受态细菌中，从感受态细菌中传递到非感受态细菌中，可以使后者变为感受态。可以使后者变为感受态。n一般认为感受态出现在细菌对数生长后期，一般认为感受态出现在细菌对数生长后期，并且某些处理过程可以

29、诱导或加强感受态，并且某些处理过程可以诱导或加强感受态，以大肠杆菌为例，用以大肠杆菌为例，用ca2+(如如cacl2)处理对处理对数生长后期的大肠杆菌可以增强其感受能力。数生长后期的大肠杆菌可以增强其感受能力。n2.供体供体(donor)dna与受体与受体(receptor)细胞结细胞结合合(binding)：n结合发生在受体细胞特定部位结合发生在受体细胞特定部位(结合点结合点)；n对供体对供体dna片段有一定要求片段有一定要求(20000个核苷个核苷酸对）；酸对）；n结合过程是一个可逆过程。结合过程是一个可逆过程。n3.dna摄取：摄取：n当细菌结合点饱和之后，细菌开始摄取外源当细菌结合点饱

30、和之后，细菌开始摄取外源dna；n往往只有一条往往只有一条dna单链进入细胞单链进入细胞(单链摄入单链摄入)，另一，另一条链在膜上降解。条链在膜上降解。n4.联会联会(synapsis)与外源与外源dna片段整合片段整合(integration)：n整合就是指单链的转化整合就是指单链的转化dna与受体与受体dna对应位点的对应位点的置换，从而稳定地掺入到受体置换，从而稳定地掺入到受体dna中的过程。中的过程。n实际上就是一个遗传重组的过程。因而研究整合的实际上就是一个遗传重组的过程。因而研究整合的分子机制事实上也为遗传重组的分子机制作出了贡献。分子机制事实上也为遗传重组的分子机制作出了贡献。n

31、(三三)、共同转化与遗传图谱绘制、共同转化与遗传图谱绘制n利用共同转化绘制细菌连锁遗传图谱的基本原理：利用共同转化绘制细菌连锁遗传图谱的基本原理：n相邻基因发生共同转化的概率与两者的距离间相邻基因发生共同转化的概率与两者的距离间成正向关系，基因间距离越近，发生共同转化的成正向关系，基因间距离越近，发生共同转化的频率越高，反之越低。频率越高，反之越低。n因此可以通过测定两基因共同转化的频率来指因此可以通过测定两基因共同转化的频率来指示基因间的相对距离。示基因间的相对距离。(p53)n转化基因间重组值的计算：转化基因间重组值的计算：n转化子数转化子数(重组体数重组体数)n重组值重组值=所有菌落数所

32、有菌落数第三节第三节转导（转导（transduction）n1.定义：以噬菌体为媒介所进行的细菌遗传定义：以噬菌体为媒介所进行的细菌遗传物质重组的过程，称物质重组的过程，称转导。转导。n2.发现发现lederbery及其研究生及其研究生zinder（1951）首先）首先在鼠伤寒沙门氏菌（在鼠伤寒沙门氏菌（salmenellatyphimurium）中发现转导现象。中发现转导现象。发现过程发现过程他们用苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸营养缺陷他们用苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸营养缺陷型的鼠伤寒沙门氏菌和甲硫氨酸、组氨酸营型的鼠伤寒沙门氏菌和甲硫氨酸、组氨酸营养缺陷型的鼠伤寒沙门氏菌共同培养，相当养缺陷型的鼠

33、伤寒沙门氏菌共同培养，相当让两种不同缺陷型的菌杂交。杂交过程和结让两种不同缺陷型的菌杂交。杂交过程和结果如下：果如下： lt22phe-try-tyr-lt2met-his-（苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸）（苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸）（甲硫氨酸、组氨酸）（甲硫氨酸、组氨酸）营养缺陷型营养缺陷型营养缺陷型营养缺陷型原养型的菌落（即出现个别正原养型的菌落（即出现个别正常型的细菌）常型的细菌）n那么这些原养型菌落的出现是由接合引起的？那么这些原养型菌落的出现是由接合引起的？还是由转化引起的？还是由转化引起的？他们先进行他们先进行u形管实验形管实验（p159），结果在），结果在lt22一臂获得原养型的菌一

34、臂获得原养型的菌株，由此推测可能有一种可通过滤膜的过滤株，由此推测可能有一种可通过滤膜的过滤性因子（性因子（fa）在起作用。进一步利用）在起作用。进一步利用dna酶酶处理，结果处理，结果fa不受不受dna酶影响，从而消除了酶影响，从而消除了转化作用的可能性。最后认为转化作用的可能性。最后认为fa是一种噬菌是一种噬菌体，发现了转导。体，发现了转导。n3.转导的机制转导的机制转导是在噬菌体包装中因为错误将细菌染色转导是在噬菌体包装中因为错误将细菌染色体片段包装进去成为内含细菌染色体片段体片段包装进去成为内含细菌染色体片段“假噬菌体假噬菌体”而发生的。具体过程如下：而发生的。具体过程如下：（1）噬菌

35、体侵染细菌。）噬菌体侵染细菌。（2）噬菌体）噬菌体dna使细菌染色体形成片段，合使细菌染色体形成片段，合成噬菌体成噬菌体dna和外壳。和外壳。（3）新噬菌体包装，偶尔将细菌染色体片段）新噬菌体包装，偶尔将细菌染色体片段也包装进去成为内含细菌染色体片段也包装进去成为内含细菌染色体片段“假噬假噬菌体菌体”。“假噬菌体假噬菌体”和真噬菌体一起释放和真噬菌体一起释放出来。出来。 （4）“假噬菌体假噬菌体”和真噬菌体一样可再侵和真噬菌体一样可再侵染细菌，其中染细菌，其中“假噬菌体假噬菌体”侵染时，就侵染时，就将外来的细菌基因注入，经过基因重组将外来的细菌基因注入，经过基因重组改变遗传性状，完成转导的过程

36、。改变遗传性状，完成转导的过程。目前根据转导的机制，已广泛应用在目前根据转导的机制，已广泛应用在体外包装体外包装“假噬菌体假噬菌体”，即将外源基因，即将外源基因导入导入“假噬菌体假噬菌体”中，再侵染细菌，进中，再侵染细菌，进行基因表达的研究。行基因表达的研究。n（一）普遍性转导（一）普遍性转导普遍性转导：指普遍性转导：指p1、p22等可以转导沙门等可以转导沙门氏菌染色体组的任何不同的部分。氏菌染色体组的任何不同的部分。如果两个基因始终是一起转导或同时转如果两个基因始终是一起转导或同时转导（共转导或并发转导）频率较高，那导（共转导或并发转导）频率较高，那么证明两基因连锁，而且频率越高，则么证明两

37、基因连锁，而且频率越高，则两基因距离越近。两基因距离越近。n如：如：a基因和基因和b基因共转导频率高，基因共转导频率高，a和和c共转导频率也高，共转导频率也高，b和和c共转导频率低，共转导频率低，则则3个基因顺序为个基因顺序为bacn若同时观察若同时观察3因子转导分析，则只做一次实验因子转导分析，则只做一次实验就可推出其次序。就可推出其次序。举例：利用普遍性转导测知举例：利用普遍性转导测知leu，thr，azi三个三个基因顺序。基因顺序。方法：方法：（1）用噬菌体）用噬菌体p1侵染带侵染带leu+，thr+和和azi+的的大肠杆菌。大肠杆菌。（2）用从该大肠杆菌释放出来的噬菌体，再）用从该大肠

38、杆菌释放出来的噬菌体，再侵染侵染leu-、thr-和和azi-的大肠杆菌。的大肠杆菌。 (3)把受体菌接种到不含把受体菌接种到不含thr的选择培养基的选择培养基上对上对thr+进行选择，凡具进行选择，凡具thr+的细菌都可的细菌都可生长，把此菌接种到其他培养基上，结生长，把此菌接种到其他培养基上，结果在选出的果在选出的thr+重组子只有重组子只有3%leu+，但，但无一个同时也是无一个同时也是azi+。若选择。若选择leu+重组子，重组子，则约有则约有50%同时也是同时也是azi+，因此，因此3基因次基因次序应为序应为thr+leu+azi+。烈性噬菌体的普遍性转导烈性噬菌体的普遍性转导tra

39、nsfer of essentially any gene or any set of neighboring genes转导频率的计算：转导频率的计算：收集子代噬菌体p1供体浸染（野生型e.coli）烈解浸染转导频率=转导子数浸染受体p1颗粒数100转导子数=噬菌斑数转导子数100基本培养基选出重组子完全培养基菌苔计数噬菌斑（转导子）受体(缺陷型e.coli)共转导频率=共转导子数 转导子数100t+l+=t+l+ + t+l-100cotransduction frequencies: 稳定转导与流产转导稳定转导与流产转导 稳定转导稳定转导：指外基因子重组到受体指外基因子重组到受体菌基因组

40、菌基因组中的转导。中的转导。 流产转导流产转导：指外基因子未重组到受体菌中的不指外基因子未重组到受体菌中的不能能稳定转导。稳定转导。 1)进入受体的外源进入受体的外源dna通过与细胞染色体的重组交换而形通过与细胞染色体的重组交换而形成稳定的转导子成稳定的转导子.2)如果转导如果转导dna不能进行重组和复制，其上的基因仅经过不能进行重组和复制，其上的基因仅经过转录而得到表达，就成为流产转导（转录而得到表达，就成为流产转导（abortivetransduction），其特点是在选择培养基平板上形成微小菌落。），其特点是在选择培养基平板上形成微小菌落。dna不不能复制，因此群体中仅一个细胞含有能复制

41、，因此群体中仅一个细胞含有dna，而其它细胞只，而其它细胞只能得到其基因产物，形成微小菌落。能得到其基因产物，形成微小菌落。3）被降解）被降解,转导失败，在选择平板上无菌落形成。转导失败，在选择平板上无菌落形成。普普遍性转导中外源遍性转导中外源dna进入受体进入受体的三种的三种命运命运（二）局限性转导（二）局限性转导概念：概念：只能转移细菌染色体特定部分基因的转导只能转移细菌染色体特定部分基因的转导. . 2 2 局限性转导的过程局限性转导的过程 3 3 转导的机制转导的机制: :是因为噬菌体在细菌染色体的特定位是因为噬菌体在细菌染色体的特定位 点上整合。点上整合。 4 4 低频转导与高频转导

42、低频转导与高频转导 噬菌体噬菌体 感染感染供体菌供体菌裂解液裂解液( (转导噬菌体转导噬菌体)非溶源非溶源 ( (溶源菌溶源菌) ) (10(10-6-6) ) 性细菌性细菌溶源性转导子溶源性转导子重组性转导子重组性转导子低频转导：低频转导：指指溶源性细菌溶源性细菌经诱导所释放的噬菌体所经诱导所释放的噬菌体所 进行的转导进行的转导. .温和型噬菌体的局限性转导温和型噬菌体的局限性转导transfer of only those chromosomal genes located adjacent to the attachment site of a prophage温和噬菌体感染受体菌后，其

43、染色体会整合到细菌染色体的特温和噬菌体感染受体菌后，其染色体会整合到细菌染色体的特定位点上，从而使宿主细胞发生溶源化定位点上，从而使宿主细胞发生溶源化例如例如:噬菌体其插入位点的二侧分别是噬菌体其插入位点的二侧分别是gal和和bio基因；基因；该溶源菌因诱导而发生裂解时，在前噬菌体二侧的少数宿主该溶源菌因诱导而发生裂解时，在前噬菌体二侧的少数宿主基因会因偶尔发生的不正常切割而连在噬菌体基因会因偶尔发生的不正常切割而连在噬菌体dna上上缺陷噬菌体缺陷噬菌体-转导噬菌体转导噬菌体转导噬菌体：转导噬菌体：dgal，dbio低概率事件低概率事件：106，a low frequency transduc

44、ing在野生型辅助噬菌体的帮助下，能产生高频转导（在野生型辅助噬菌体的帮助下，能产生高频转导（high frequency transducing），），50缺陷型子代缺陷型子代三分之一的可能通过同源重组与宿主的同源区交换三分之一的可能通过同源重组与宿主的同源区交换缺陷型噬菌体进入宿主细胞后，被转导的基因：缺陷型噬菌体进入宿主细胞后，被转导的基因：三分之二的可能是溶源化，形成局部二倍体三分之二的可能是溶源化，形成局部二倍体特点特点1）被转导的基因共价地与噬菌体被转导的基因共价地与噬菌体dna连接，与噬连接，与噬菌体菌体dna一起进行复制、包装以及被导入受体细胞一起进行复制、包装以及被导入受体细

45、胞中。而完全转导包装的可能全部是宿主菌的基因；中。而完全转导包装的可能全部是宿主菌的基因；2）局限性转导颗粒携带特定的染色体片段并将固局限性转导颗粒携带特定的染色体片段并将固定的个别基因导入受体，故称为局限性转导。定的个别基因导入受体，故称为局限性转导。局限性转导与普遍性转导的主要区别：局限性转导与普遍性转导的主要区别：n1.接合接合是是dna从细胞到细胞直接转移。从细胞到细胞直接转移。n2.转化转化细胞从周围介质中吸收裸露的细胞从周围介质中吸收裸露的dna。n3.转染转染对裸露的病毒基因组对裸露的病毒基因组dna/rna的吸收。的吸收。（在动物细胞中，从周围介质中吸收任何裸（在动物细胞中，从

46、周围介质中吸收任何裸露露dna都称为转染。在酵母和植物细胞中都称为转染。在酵母和植物细胞中导入裸露的导入裸露的dna可以称为转染或转化可以称为转染或转化)几种重组方式的比较几种重组方式的比较n4.转导转导通过病毒颗粒介导将染色体或质粒通过病毒颗粒介导将染色体或质粒dna转移到转移到细胞中。细胞中。普遍性转导普遍性转导:宿主宿主dna片断可能取代病毒基因组片断可能取代病毒基因组被包装在噬菌粒中被包装在噬菌粒中(1)载体为载体为p1,p22噬菌体噬菌体;(2)经错误包装宿主经错误包装宿主dna片断和同源重组；片断和同源重组；(3)转移任何片断。转移任何片断。特异性转导特异性转导:宿主宿主dna共价

47、地加入到病毒基因组共价地加入到病毒基因组中中(1)载体为载体为噬菌体噬菌体;(2)经特异位点整合或同经特异位点整合或同源重组源重组;(3)转移特定的基因。转移特定的基因。第四节 放线菌的基因重组n一、放线菌的特征n大多有基内菌丝和气生菌丝，少数无气生菌丝，多数产生分生孢子，有些形成孢囊和孢囊孢子。绝大多数放线菌革兰氏染色呈阳性。第四节 防线菌的基因重组 二）基本原理 其基因重组过程近似于细菌，育种方法却与霉菌相似。 基本过程： 异核体合子异核系重组体n1 异核现象 营养缺陷型的放线菌，经菌丝间的接触核融合形成异核体，其基因型分别与亲本之一相同，但形成的菌落在表型上是原养型的。特点：繁殖过程中，

48、没有发生遗传信息的交换。n2 接合现象 形成异核体后，相同细胞质里不同基因型的细胞核在双方增殖中，发生部分染色体的转移或遗传信息的交换。特点：形成部分合子，遗传信息交换n3. 异核系的形成 部分合子形成后，接着产生杂合的无性繁殖系的细胞核。特点：异核系菌落形态很小，遗传类型各不相同。n4 重组体的形成 异核系不稳定，菌落生产过程中，染色体发生交换后，产生重组体孢子。特点：产生的孢子几乎都是双倍体。n三、放线菌的致育因子n有三种：if（相当于大肠杆菌的f+）；nf（相当于大肠杆菌的hfr）；uf(相当于大肠杆菌的f-)。n三者关系：ifuf ifn nfuf nfn四、放线菌与大肠杆菌的区别n在

49、大肠杆菌中，f-f-不可育，但在放线菌中，ufuf可得到少数的重组子。n在大肠杆菌中f+f+或hfrhfr不可育,而nfnf,ifif是高度可育的。n1.原养型：如果一种细菌能在基本培养基上生长，也就是原养型：如果一种细菌能在基本培养基上生长，也就是它能合成它所需要的各种有机化合物，如氨基酸、维生素它能合成它所需要的各种有机化合物，如氨基酸、维生素及脂类，这种细菌称为原养型。及脂类，这种细菌称为原养型。n2.转化转化(transformation)：指细菌细胞（或其他生物）将周：指细菌细胞（或其他生物）将周围的供体围的供体dna，摄入到体内，并整合到自己染色体组的过，摄入到体内，并整合到自己染

50、色体组的过程。程。n3.转导：以噬菌体为媒介，把一个细菌的基因导入另一个转导：以噬菌体为媒介，把一个细菌的基因导入另一个细菌的过程。即细菌的一段染色体被错误地包装在噬菌体细菌的过程。即细菌的一段染色体被错误地包装在噬菌体的蛋白质外壳内，通过感染转移到另一受体菌中。的蛋白质外壳内，通过感染转移到另一受体菌中。n4.性导性导(sexduction)：细菌细胞在接合时，携带的外源：细菌细胞在接合时，携带的外源dna整合到细菌染色体上的过程。整合到细菌染色体上的过程。n5.接合接合(coniugation)：指遗传物质从供体：指遗传物质从供体“雄性雄性”转移到转移到受体受体“雌性雌性”的过程。的过程。

51、n6.hfr菌株：高频重组菌株，菌株：高频重组菌株，f因子通过配对交换，整合到因子通过配对交换，整合到细菌染色体上。细菌染色体上。homeworkn一一.名词解释名词解释n7.共转导（并发转导）共转导（并发转导）(cotransduction)：两个基因一起被：两个基因一起被转导的现象称。转导的现象称。n8.普遍性转导：能够转导细菌染色体上的任何基因。普遍性转导：能够转导细菌染色体上的任何基因。n9.局限转导：由温和噬菌体（局限转导：由温和噬菌体（、）进行的转导称为特殊转、）进行的转导称为特殊转导或限制性转导。以导或限制性转导。以噬菌体的转导，可被转导的只是噬菌体的转导，可被转导的只是噬噬菌体

52、在细菌染色体上插入位点两侧的基因。菌体在细菌染色体上插入位点两侧的基因。n10.att位点：噬菌体和细菌染色体上彼此附着结合的位点，位点：噬菌体和细菌染色体上彼此附着结合的位点，通过噬菌体与细菌的重组，噬菌体便在这些位点处同细菌通过噬菌体与细菌的重组，噬菌体便在这些位点处同细菌染色体整合或由此离开细菌染色体。染色体整合或由此离开细菌染色体。n11.原噬菌体原噬菌体(prophage)：某些温和噬菌体侵染细菌后，其：某些温和噬菌体侵染细菌后，其dna整合到宿主细菌染色体中。处于整合状态的噬菌体整合到宿主细菌染色体中。处于整合状态的噬菌体dna称为。称为。n12.溶原性细菌：含有原噬菌体的细胞，也

53、称溶原体。溶原性细菌：含有原噬菌体的细胞，也称溶原体。n13.f菌株：带有菌株：带有f因子的菌株作供体，提供遗传物质。因子的菌株作供体，提供遗传物质。n14.半合子半合子n15.中断杂交实验中断杂交实验n(二二)是非题：是非题：n1.在大肠杆菌中，在大肠杆菌中，“部分二倍体部分二倍体”中发生单数交中发生单数交换，能产生重组体。（换，能产生重组体。（-）n2.由于由于f因子可以以不同的方向整合到环状染色因子可以以不同的方向整合到环状染色体的不同位置上，从而在结合过程中产生不同的体的不同位置上，从而在结合过程中产生不同的转移原点和转移方向。（转移原点和转移方向。（+）n3.受体细菌可以在任何时候接

54、受外来的大于受体细菌可以在任何时候接受外来的大于800bp的双链的双链dna分子。（分子。（-）n4.在中断杂交试验中，越早进入在中断杂交试验中，越早进入f-细胞的基因距细胞的基因距离离f+因子的致育基因越远。（因子的致育基因越远。（+）n5.在接合过程中，在接合过程中，hfr菌株的基因是按一定的线性菌株的基因是按一定的线性顺序依次进入顺序依次进入f-菌株的，距离转移原点愈近的基菌株的，距离转移原点愈近的基因，愈早进入因，愈早进入f-细胞。（细胞。（+）n6.f因子整合到宿主细胞染色体上，偶然会带有因子整合到宿主细胞染色体上，偶然会带有细菌染色体片段不准确环出，这时的细菌染色体片段不准确环出，

55、这时的f因子为因子为f因子。（因子。（+）n7.f因子由于带有宿主细胞染色体片段因子由于带有宿主细胞染色体片段,所以很容所以很容易整合到宿主细胞上。（易整合到宿主细胞上。（+）n8.特殊性转导是由温和噬菌体进行的转导。（特殊性转导是由温和噬菌体进行的转导。（-）n9.转化和转导在进行细菌遗传物质重组的过程中，转化和转导在进行细菌遗传物质重组的过程中，其媒介是不同的，前者是噬菌体，后者是细菌的其媒介是不同的，前者是噬菌体，后者是细菌的染色体。（染色体。（-）n10.f因子所携带的外源因子所携带的外源dna进入受体菌后，通进入受体菌后，通过任何形式的交换都能将有关基因整合到受体菌过任何形式的交换都

56、能将有关基因整合到受体菌染色体组中。（染色体组中。（-）n(三三)选择题：选择题：1在在hfrf-的杂交中，染色体转移过程的起点决定于的杂交中，染色体转移过程的起点决定于（）（1）受体）受体f-菌株的基因型菌株的基因型（2）hfr菌株的基因型菌株的基因型（3）hfr菌株的表现型菌株的表现型（4）接合的条件）接合的条件2在在e.colif(+)str(s)lac(+)与与f(-)str(r)lac(-)两菌株的杂两菌株的杂交中，预期的菌株将在下列哪种培养基上被选择出来交中，预期的菌株将在下列哪种培养基上被选择出来（）：）：（1）乳糖培养基）乳糖培养基（2）乳糖、链霉）乳糖、链霉等培养基等培养基（

57、3）葡萄糖、）葡萄糖、str培养基培养基（4）阿拉伯糖培养基）阿拉伯糖培养基3在噬菌体的繁殖过程中，形成噬菌体颗粒的时候，偶在噬菌体的繁殖过程中，形成噬菌体颗粒的时候，偶而会发生错误将细菌染色体片段包装在噬菌体蛋白质外壳而会发生错误将细菌染色体片段包装在噬菌体蛋白质外壳内。这种假噬菌体称为（）。内。这种假噬菌体称为（）。（1）假噬菌体）假噬菌体（2）f因子因子（3）温和性噬菌体）温和性噬菌体（4）转）转导颗粒导颗粒n4大肠杆菌a菌株（met-bio-thr+leu+）和b菌株（met+bio+thr-leu-）在u型管实验培养后 出现了野生型（met+bio+thr+leu+）,证明了这种野生

58、型的出现可能属于（） （1）接合 （2）转化 （3）性导 （4）都不是 n(四四)填空题：填空题：1在原核生物中，（在原核生物中，（）是指遗传物质从供体转）是指遗传物质从供体转换到受体的过程；以噬菌体为媒介所进行的细菌换到受体的过程；以噬菌体为媒介所进行的细菌遗传物质重组的过程称（遗传物质重组的过程称（）。）。2戴维斯的戴维斯的“u”型管试验可以用来区分细菌的型管试验可以用来区分细菌的遗传重组是由于（遗传重组是由于（）还是由于（）还是由于（）。）。3细菌的遗传重组是由接合还是由转导所致，细菌的遗传重组是由接合还是由转导所致，可以通过（可以通过（）试验加以鉴别，其依据是（）试验加以鉴别，其依据是（）。）。4用用s（35）标记的噬菌体感染细菌放在液体）标记的噬菌体感染细菌放在液体培养基中培养，而后分离菌体和培养液，绝大部培养基中培养，而后分离菌体和培养液，绝大部分的放射性将在（分的放射性将在（）测得。）测得。n5将将e.coli放入含有氚标记的胸腺嘧啶培养基中放入含有氚标记的胸腺嘧啶培养基中培养一个世代，取出后再在无放射性的培养基中培养一个世代，取出后再在无放射性的培养基中培养培养2个世代，被标记的细胞比例应该是（个世代，被标记的细胞比例应该是（）。）。6入噬菌属于（入噬菌属于（）噬菌体，噬