第七章 细菌遗传学

1、整理课件第七章第七章 细菌和噬菌体的重组和连锁细菌和噬菌体的重组和连锁本章要点本章要点 细菌和病毒在遗传研究中的优越性；细菌和病毒在遗传研究中的优越性； 转化、接合、性导与转导的概念与基本原理；转化、接合、性导与转导的概念与基本原理； F-菌株、菌株、F+菌株、菌株、Hfr菌株；菌株；中断杂交作图中断杂交作图 F因子、因子、F 因子；因子； 温和噬菌体、烈性噬菌体；温和噬菌体、烈性噬菌体； 原噬菌体、溶源性细菌与溶源性生活周期。原噬菌体、溶源性细菌与溶源性生活周期。整理课件原核细胞与真核细胞的区别原核细胞与真核细胞的区别区别区别 原核细胞原核细胞 真核细胞真核细胞大小大小 110m 10100

2、m细胞核细胞核 无核膜无核膜 有双层的核膜有双层的核膜染色体染色体 环状环状DNA分子分子 线性线性DNA分子分子 一个基因连锁群一个基因连锁群 2个以上基因连锁群个以上基因连锁群 DNA裸露或结合少量蛋白质裸露或结合少量蛋白质 DNA同组蛋白和非组蛋白结合同组蛋白和非组蛋白结合DNA序列序列 无或很少有重复序列无或很少有重复序列 有重复序列有重复序列基因表达基因表达 RNA和蛋白质在同一区间合成和蛋白质在同一区间合成 RNA在核中合成和加工；在核中合成和加工； 蛋白质在细胞质中合成蛋白质在细胞质中合成细胞增殖的方式细胞增殖的方式 直接分裂（无丝分裂）直接分裂（无丝分裂） 以有丝分裂为主以有丝

3、分裂为主内膜内膜 无独立的内膜无独立的内膜 有，分化成各种细胞器有，分化成各种细胞器鞭毛构成鞭毛构成 鞭毛蛋白鞭毛蛋白 微管蛋白微管蛋白核糖体核糖体 70S（50S+30S） 80S（60S+40S）细胞壁细胞壁 肽聚糖、蛋白质、脂多糖、脂蛋白肽聚糖、蛋白质、脂多糖、脂蛋白 纤维素（植物细胞）纤维素（植物细胞）整理课件图：细菌染色体的着膜复制图：细菌染色体的着膜复制整理课件第七章第七章 细菌和噬菌体的重组和连锁细菌和噬菌体的重组和连锁连锁与交换连锁与交换，真菌的遗传学分析 减数分裂减数分裂和分离的关系 交叉和重组的关系 真核类生物真核类生物的基因传递方式细菌细菌原核生物原核生物 噬菌体噬菌体病

4、毒病毒 遗传物质如何传递的？遗传物质如何传递的？整理课件主要内容主要内容第一节第一节 细菌和病毒的一些特点细菌和病毒的一些特点第二节第二节 细菌的遗传分析（重点）细菌的遗传分析（重点）第三节第三节 噬菌体的遗传分析噬菌体的遗传分析整理课件第一节第一节 细菌和病毒的一些特点细菌和病毒的一些特点一、细菌和病毒一、细菌和病毒（一）细菌细胞（一）细菌细胞 细菌的结构细菌的结构细菌的生物学特征整理课件细菌的生物学特征 细菌是单细胞生物，完成每个世代只需细菌是单细胞生物，完成每个世代只需20分钟，而且容易得到它的生化突变型，它分钟，而且容易得到它的生化突变型，它不仅在医学上和农业上重要，而且从进化不仅在医

5、学上和农业上重要，而且从进化角度上也是异常成功的，因为它占据地球角度上也是异常成功的，因为它占据地球上大部分的角落。上大部分的角落。 研究细菌遗传的方法：主要是对细菌菌落研究细菌遗传的方法：主要是对细菌菌落形态的遗传研究形态的遗传研究 (如图，霉菌菌落如图，霉菌菌落) 整理课件霉菌菌落霉菌菌落大肠杆菌（E.coli）整理课件细菌的生物学特征 原则上说，培养皿中每个细菌长成的菌落应原则上说，培养皿中每个细菌长成的菌落应具有共同的遗传组成，但是由于偶然发生的具有共同的遗传组成，但是由于偶然发生的突变：形态性状的突变，生理特性的突变或突变：形态性状的突变，生理特性的突变或抗性的突变，而使这些突变后的

6、细菌所形成抗性的突变，而使这些突变后的细菌所形成的菌落与其他的菌落有所不同。的菌落与其他的菌落有所不同。 菌落形态性状的突变包括：菌落的形状、颜菌落形态性状的突变包括：菌落的形状、颜色和大小等。色和大小等。 生理特性的突变包括：丧失合成某种营养物生理特性的突变包括：丧失合成某种营养物质能力的营养缺陷型。质能力的营养缺陷型。 抗性突变包括：抗药性或抗感染性。抗性突变包括：抗药性或抗感染性。 整理课件一、细菌和病毒一、细菌和病毒（二）病毒（二）病毒 非细胞形态的生命非细胞形态的生命 病毒的生物学特征病毒的生物学特征病毒是比细菌更为简单的生物，它们也只病毒是比细菌更为简单的生物，它们也只有一条染色体

7、，即单倍体。有些病毒的有一条染色体，即单倍体。有些病毒的染色体是染色体是DNA，还有一些病毒是，还有一些病毒是RNA。整理课件病毒的生物学特征病毒的生物学特征 病毒主要是由病毒主要是由蛋白质外壳蛋白质外壳及其包被的及其包被的y一种核酸一种核酸所组成的颗粒。病毒可根据所组成的颗粒。病毒可根据宿主宿主(动物、植物、细菌动物、植物、细菌)或遗传物质或遗传物质(DNA或或RNA)来分类。来分类。细菌病毒细菌病毒(Bacterial phage)，称为，称为噬菌体噬菌体(phage)，是目前经过广泛研究，了解比较清楚是目前经过广泛研究，了解比较清楚的一种病毒。的一种病毒。整理课件细菌病毒细菌病毒(Bac

8、terial phage) 噬菌体噬菌体(phage)的结构的结构头部头部颈部颈部外鞘外鞘尾丝尾丝整理课件T4噬菌体整理课件疱疱疹疹病病毒毒 整理课件人类天花人类天花病毒病毒（图中深染图中深染的颗粒）的颗粒）整理课件 病毒衣壳的排列方式病毒衣壳的排列方式整理课件二、细菌和病毒是遗传学研究的好材料二、细菌和病毒是遗传学研究的好材料（1）结构简单。繁殖力强，世代时间短，容易）结构简单。繁殖力强，世代时间短，容易人工培养。便于研究基因的作用；人工培养。便于研究基因的作用；（2）容易筛选营养缺陷型）容易筛选营养缺陷型 , 研究基因的作用研究基因的作用( 突变型生长条件与基因作用突变型生长条件与基因作用

9、 ) 。（3）便于研究基因的突变）便于研究基因的突变,容易筛选不同的突容易筛选不同的突变型。变型。（4）便于研究基因精细结构研究基因的重组）便于研究基因精细结构研究基因的重组(重组群体大、选择方法简便有效重组群体大、选择方法简便有效) 。（5）便于研究基因表达调节。）便于研究基因表达调节。 遗传物质比较简单，可作为研究高等生物遗传物质比较简单，可作为研究高等生物的简单模型的简单模型整理课件二、细菌和病毒是遗传学研究的好材料二、细菌和病毒是遗传学研究的好材料 同时：微生物的应用领域日益扩大、成就突同时：微生物的应用领域日益扩大、成就突出出(微生物工程微生物工程)；在遗传工程；在遗传工程(包括动植

10、物包括动植物)中，作为重要研究材料、工具，也具有决定中，作为重要研究材料、工具，也具有决定性作用。性作用。 细菌和病毒作为遗传研究材料具有独特优势，细菌和病毒作为遗传研究材料具有独特优势，了解微生物遗传研究有助于理解多年来分子了解微生物遗传研究有助于理解多年来分子生物学、分子遗传学理论发展。生物学、分子遗传学理论发展。 整理课件细菌和病毒的细菌和病毒的拟有性过程拟有性过程 虽然细菌和病毒不具备象真核生物配子虽然细菌和病毒不具备象真核生物配子进行融合的有性过程，但它们的遗传物进行融合的有性过程，但它们的遗传物质也能从一个细胞传递到另一个细胞，质也能从一个细胞传递到另一个细胞，并且也能形成重组体。

11、并且也能形成重组体。 无性生殖无性生殖 1946年莱德伯格和塔特姆年莱德伯格和塔特姆 发现在细菌之发现在细菌之间可以通过间可以通过接合接合转移遗传物质（有性过转移遗传物质（有性过程）。程）。整理课件细菌和病毒的拟有性过程细菌和病毒的拟有性过程 细菌获取外源遗传物质有四种不同的方细菌获取外源遗传物质有四种不同的方式：转化，接合，性导和转导。式：转化，接合，性导和转导。当一个当一个细菌被一个以上的病毒粒子所侵染时，细菌被一个以上的病毒粒子所侵染时，噬菌体也能在细菌体内交换遗传物质。噬菌体也能在细菌体内交换遗传物质。如果两个噬菌体属于不同品系，它们之如果两个噬菌体属于不同品系，它们之间可以发生遗传物

12、质的部分交换间可以发生遗传物质的部分交换(重组重组)。 下面将叙述细菌和噬菌体遗传物质的交下面将叙述细菌和噬菌体遗传物质的交换过程，并且将利用这些方法作出换过程，并且将利用这些方法作出细菌细菌和噬菌体的染色体图和噬菌体的染色体图。整理课件 三、细菌遗传的实验研究方法三、细菌遗传的实验研究方法*(一一) 细胞计数细胞计数(培养物细胞浓度培养物细胞浓度)(二二) 建立纯系的方法建立纯系的方法(三三) 选择培养法鉴定突变型与重组型选择培养法鉴定突变型与重组型(四四) 突变型与重组型的批量筛选方法突变型与重组型的批量筛选方法整理课件细菌培养细菌培养整理课件(一一) 细胞计数细胞计数(培养物细胞浓度培养

13、物细胞浓度) 培养物中微生物计数方法是微生物学的基本实培养物中微生物计数方法是微生物学的基本实验技术，其基本思路是：验技术，其基本思路是： 对原培养物进行连续稀释；对原培养物进行连续稀释； 进行平板涂抹培养；进行平板涂抹培养； 由于每个细胞形成一个菌落，计数菌落数；由于每个细胞形成一个菌落，计数菌落数； 根据稀释倍数计算原培养物中的细胞浓度。根据稀释倍数计算原培养物中的细胞浓度。整理课件细胞计数细胞计数(培养物细胞浓度培养物细胞浓度)整理课件(二二) 建立纯系的方法建立纯系的方法纯培养纯培养 挑取由挑取由单个细胞单个细胞繁殖而来的菌落进行培繁殖而来的菌落进行培养就可以获得由一个细胞繁殖而来的养

14、就可以获得由一个细胞繁殖而来的纯纯系系。 通常采用通常采用平板表面涂布法平板表面涂布法或或划线法划线法可以可以获得单菌落。这种方法获得的纯系，称获得单菌落。这种方法获得的纯系，称为为“菌菌种种纯纯”。 有时采用显微操纵器进行菌丝尖端切割有时采用显微操纵器进行菌丝尖端切割等方法从单个细胞直接培养建立纯系。等方法从单个细胞直接培养建立纯系。采用这种方法获得的纯系称为采用这种方法获得的纯系称为“菌菌株株纯纯”。整理课件建立纯系的方法建立纯系的方法纯培养纯培养整理课件(三三) 选择培养法鉴定突变型与重组型选择培养法鉴定突变型与重组型 许多细菌的突变都与培养基营养成分及培养许多细菌的突变都与培养基营养成

15、分及培养条件有关。条件有关。 营养缺陷型营养缺陷型的筛选、鉴定：的筛选、鉴定： 选择培养法是根据菌株在基本培养基和营选择培养法是根据菌株在基本培养基和营养培养基上的生长表现将菌株分为养培养基上的生长表现将菌株分为原养型原养型(也称为原生营养型也称为原生营养型)与与营养缺陷型营养缺陷型(在基本在基本培养基上不能正常生长，只能在相应的营培养基上不能正常生长，只能在相应的营养培养基上生长养培养基上生长)。 营养突变型的筛选、鉴定方法与红色面包营养突变型的筛选、鉴定方法与红色面包霉生化突变型的鉴定方法基本一致。霉生化突变型的鉴定方法基本一致。整理课件(三三) 选择培养法鉴定突变型与重组型选择培养法鉴定

16、突变型与重组型 许多细菌的突变都与培养基营养成许多细菌的突变都与培养基营养成分及培养条件有关。分及培养条件有关。 其它突变类型其它突变类型的筛选、鉴定：的筛选、鉴定：对于其它的突变类型对于其它的突变类型(如温度敏感如温度敏感型型)，也可以通过培养条件的选择，也可以通过培养条件的选择培养来筛选与鉴定。培养来筛选与鉴定。整理课件(四四) 突变型与重组型的批量筛选方法突变型与重组型的批量筛选方法 选择培养法一次可鉴定、筛选一种突选择培养法一次可鉴定、筛选一种突变型，但要检测分离含有多种突变型变型，但要检测分离含有多种突变型的混和菌株，仅采用选择培养法要进的混和菌株，仅采用选择培养法要进行多次试验才能

17、够达到目的、效率太行多次试验才能够达到目的、效率太低。低。 高效检测、分离混和群体用高效检测、分离混和群体用影印培养影印培养法法整理课件(四四) 突变型与重组型的批量筛选方法突变型与重组型的批量筛选方法 为高效检测、分离混和群体中不同突变为高效检测、分离混和群体中不同突变型，黎德伯格夫妇设计了型，黎德伯格夫妇设计了影印培养法影印培养法。该方法原理与选择培养法一致，但是该方法原理与选择培养法一致，但是采用影印法将在完全培养基上单菌落采用影印法将在完全培养基上单菌落同时接种到不同选择培养基上同时对同时接种到不同选择培养基上同时对所有菌落进行选择培养，鉴定效率大所有菌落进行选择培养，鉴定效率大大提高

18、。大提高。整理课件(四四) 突变型与重组型的批量筛选方法突变型与重组型的批量筛选方法 注意注意：(1) 最初的培养基最初的培养基必须是必须是非选择性的非选择性的，即各种突变型都能够在其上生长；即各种突变型都能够在其上生长；(2) 必须采用适当的方法如涂布或划线必须采用适当的方法如涂布或划线法，以使培养物法，以使培养物菌落之间要分开菌落之间要分开。整理课件第二节第二节 细菌的遗传重组细菌的遗传重组 1、 接合接合：是指通过细胞的直接接触，遗传是指通过细胞的直接接触，遗传信息从供体信息从供体单向转移单向转移到受体的过程。到受体的过程。 2、 性导性导：是指接合时由是指接合时由F因子因子所携带的外所

19、携带的外源源DNA整合到细菌染色体的过程。整合到细菌染色体的过程。 3、 转化转化：某一基因型的细胞从周围介质中某一基因型的细胞从周围介质中吸收来自另一基因型的吸收来自另一基因型的DNA而使它的基因型和而使它的基因型和表现型发生相应变化的现象。表现型发生相应变化的现象。 转导转导是指以是指以噬菌体噬菌体为媒介所进行的细菌为媒介所进行的细菌遗传物质的重组过程。遗传物质的重组过程。整理课件第二节第二节 细菌的遗传分析细菌的遗传分析一、细菌染色体一、细菌染色体 细菌染色体大多为细菌染色体大多为裸露裸露 的的环状环状 闭合闭合DNA双链双链，没有组蛋白和其他蛋白质结合，也，没有组蛋白和其他蛋白质结合，

20、也不形成核小体结构。不形成核小体结构。（这种结构有利于外源（这种结构有利于外源DNA的插入。）的插入。） 细菌染色体 1000um 细菌直径0.5-5um整理课件图：大肠杆菌染色体的基本结构特征图：大肠杆菌染色体的基本结构特征整理课件二、二、E.coli基因组概况基因组概况 E.coli的染色体为闭合双链环状DNA，长约1333um. 2001年年10月月15日完成了日完成了E.coli K12菌株的菌株的基因组全序列测定。基因组全序列测定。总共4639221 bp， 4279个蛋白质编码基因，115个编码rRNA和tRNA的基因。（GenBank编号:U00096）整理课件三、细菌的杂交三、

21、细菌的杂交接接 合合 A 接合现象的发现和证实接合现象的发现和证实B F因子及其在杂交中的行为因子及其在杂交中的行为C 中断杂交试验作图中断杂交试验作图整理课件三、细菌的杂交三、细菌的杂交A 接合现象的发现和证实接合现象的发现和证实 1946年莱德伯格年莱德伯格(Lederberg, J.) 和塔特姆和塔特姆 (Tatum) 发现在细菌之间可以通过发现在细菌之间可以通过接合接合（conjugation）转移遗传物质。）转移遗传物质。细菌接合细菌接合 是指通过细胞的是指通过细胞的直接接触直接接触，遗传信，遗传信息从供体息从供体单向转移单向转移到受体的过程。到受体的过程。整理课件三、细菌的杂交三、

22、细菌的杂交A 接合现象的发现和证实接合现象的发现和证实他们选用两个他们选用两个E.coli K12多重突变品系：多重突变品系：A甲硫氨酸缺陷型甲硫氨酸缺陷型met-和生物素缺陷型和生物素缺陷型bio-B苏氨酸缺陷型苏氨酸缺陷型thr-和亮氨酸缺陷型和亮氨酸缺陷型leu- A品系：品系：met bio thi leu thr(硫胺素）硫胺素） B品系：品系：met bio thi leu thr整理课件细菌的杂交细菌的杂交 将将A品系、品系、B品系品系分别分别接种于接种于基本培基本培养基养基上上都不能生长都不能生长。 若将若将A、B混和后，经离心洗涤，除混和后，经离心洗涤，除去完全培养基，再制成

23、悬液以对照组相去完全培养基，再制成悬液以对照组相同的浓度接种于基本培养基同的浓度接种于基本培养基(固体固体) ，涂，涂布培养。结果：平板上长出布培养。结果：平板上长出野生型野生型/原养原养型菌落型菌落(+)，其出现的频率为，其出现的频率为107。整理课件图 细菌的杂交1基本培养基基本培养基完全培养基完全培养基10-7基本培养基基本培养基基本培养基基本培养基整理课件莱德伯格莱德伯格(Lederberg, J.) 和塔特姆和塔特姆 (Tatum)细菌的杂交图1整理课件几种可能解释及其分析几种可能解释及其分析 对上述试验结果原养型菌落可能产生于：对上述试验结果原养型菌落可能产生于：亲本细菌亲本细菌A

24、或或B发生了发生了回复突变回复突变；(X)两品系细胞通过培养基交换养料两品系细胞通过培养基交换养料互互养作用；养作用；两品系间发生了两品系间发生了转化作用转化作用；发生细胞融合，形成了发生细胞融合，形成了异核体或杂合二异核体或杂合二倍体。倍体。(X)整理课件三、细菌的杂交三、细菌的杂交 A 接合现象的发现和证实接合现象的发现和证实 为了验证这些原养型菌落产生的可为了验证这些原养型菌落产生的可能，设计了很多试验。其中：能，设计了很多试验。其中： 野生型的出现是由于营养上的互补野生型的出现是由于营养上的互补还是由于杂交引起了遗传物质的交还是由于杂交引起了遗传物质的交换？换？ 1950年戴维斯（年戴

25、维斯（B. D. Davis）设计了设计了U形管实验。形管实验。整理课件菌株A菌株BU形管实验：形管实验：在在U形管中培养一形管中培养一定时间后，再测定定时间后，再测定每一臂的细菌，没每一臂的细菌，没有一个能在基本培有一个能在基本培养基上生长。养基上生长。细菌不能通过，培养液和营养物质能通过细菌不能通过，培养液和营养物质能通过过滤器过滤器整理课件细菌的杂交细菌的杂交 实验实验说明了说明了菌株通过菌株通过接触接触以后，就象高以后，就象高等生物的有性生殖一样，发生了杂交，等生物的有性生殖一样，发生了杂交，遗传物质有了交换，产生了野生型遗传物质有了交换，产生了野生型met+ bio+ thi leu

26、 thr ，即，即原养型菌落原养型菌落。 说明在说明在Lederbery和和Tatum及其它类似试验及其它类似试验中，细菌发生了某种的遗传重组方式，中，细菌发生了某种的遗传重组方式，称之为称之为接合接合。所以，。所以，接合接合是是指通过细胞指通过细胞的的直接接触直接接触，遗传信息从供体，遗传信息从供体单向转移单向转移到受体的过程。到受体的过程。 整理课件 细菌的杂交细菌的杂交 B ：F因子及其在杂交中的行为因子及其在杂交中的行为四、单向转移与四、单向转移与F因子因子1952年海斯年海斯（W. Hayes）在重复细菌杂交在重复细菌杂交(A x B)实验之前，分别用高剂量的实验之前，分别用高剂量的

27、链霉素链霉素来处理来处理A品品系和系和B品系品系: 链霉素链霉素处理处理A品系品系 x B品系品系 有有 杂交杂交 链霉素链霉素处理处理B品系品系 xA品系品系 没有杂交发生没有杂交发生整理课件Hayes(1952)研究表明研究表明大肠杆菌大肠杆菌两个品系两个品系在在杂交杂交的过程中的过程中作用作用是是不相同不相同的，两种不同菌株的，两种不同菌株(品系品系)接合接合过程中过程中遗传物质的转移是单向遗传物质的转移是单向的；的；意味着意味着两个亲本在杂交中有供体和受体两个亲本在杂交中有供体和受体之分，相当于雄性和雌性。之分，相当于雄性和雌性。整理课件接合接合(conjugation)：遗传物质从供

28、体遗传物质从供体(donor) (“雄性雄性”)转移转移到受体到受体(receptor) (“雌性雌性”)的重组过程。的重组过程。接合管整理课件B、F因子及其在杂交中的行为因子及其在杂交中的行为F因子因子/ 致育因子致育因子 / 性因子性因子 Hayes等进一步研究发现，大肠杆菌在接等进一步研究发现，大肠杆菌在接合中作供体的能力受细胞内一种合中作供体的能力受细胞内一种致育因子致育因子(F因子因子,fertility factor;性因子性因子sex factor)控制。携带控制。携带F因子的菌株称因子的菌株称供体菌或雄性供体菌或雄性，用，用F+表示，表示，没有没有F因子的菌株称为因子的菌株称为

29、雌性，用雌性，用F-表示。表示。 整理课件F因子因子 后来发现：供体和受体的区别是由于一后来发现：供体和受体的区别是由于一种种可转移的因子可转移的因子引起的。引起的。 F因子因子可以在可以在细菌细胞间进行转移并传递遗传物质。细菌细胞间进行转移并传递遗传物质。 F因子的因子的化学本质化学本质是是DNA，可以自主状，可以自主状态存在于细胞质中或整合到细菌的染色态存在于细胞质中或整合到细菌的染色体上。体上。整理课件F因子及其在杂交中的行为因子及其在杂交中的行为 当当F+细菌和细菌和F-细菌接合时细菌接合时 (F+ F-)，F因子的新拷贝能在接合过程中转移到因子的新拷贝能在接合过程中转移到F-细胞中去

30、，使细胞中去，使F-细胞转变成细胞转变成F+细胞，细胞，在在接合管接合管形成后，形成后，F因子因子DNA双链之一双链之一被切断，从断端转移到被切断，从断端转移到F-细胞细胞，在那里，在那里发生发生DNA复制。当复制。当F因子复制完成后，因子复制完成后，F-变成变成F+ (图）。图）。 整理课件图图1、FF的杂交后代皆为的杂交后代皆为F整理课件图图1 FF的杂交的杂交后代皆后代皆为为F整理课件总之：总之：F因子是一种质粒因子是一种质粒（plasmid）由共价环状闭合DNA双链构成，全长94.5 Kb。（1）有）有F因子的细菌称为因子的细菌称为F，细菌增殖时可把，细菌增殖时可把F因子传递给后代；因

31、子传递给后代；（2）没有）没有F因子的细菌称为因子的细菌称为F，F细菌经吖啶细菌经吖啶橙处理而丢失，成为橙处理而丢失，成为F。F因子一经丢失，细因子一经丢失，细胞中便不再出现胞中便不再出现；（3）F可以和可以和F杂交杂交，而不能和，而不能和F杂交；杂交；（4）FF的杂交后代皆为的杂交后代皆为F，而且可，而且可 以以107频率频率获得重组体后代。获得重组体后代。整理课件F因子的存在状态因子的存在状态以大肠杆菌为例，以大肠杆菌为例，F因子能够以三种状因子能够以三种状态存在：态存在： 没有没有F因子，即因子，即F-； 包含一个自由状态的包含一个自由状态的F因子，即因子，即F+； 包含一个整合到自己染

32、色体组内的包含一个整合到自己染色体组内的F因因子，即子，即Hfr (如图如图)。整理课件图、图、F因子的存在状态因子的存在状态整理课件图图 F因子的整合形成因子的整合形成高频重组菌株高频重组菌株Hfr整理课件 有一类菌株，与有一类菌株，与F- 杂交时，出现重组子的频率很高，杂交时，出现重组子的频率很高，几乎比几乎比 F+ x F- 杂交高一千倍，这种新的菌株叫做高频杂交高一千倍，这种新的菌株叫做高频重组菌株重组菌株 , Hfr菌株菌株。 Hfr实际上是由于实际上是由于F因子整合到细菌的染色体上因子整合到细菌的染色体上，具，具有有较高频率的重组能力较高频率的重组能力。但在。但在 Hfr X F

33、杂交中，杂交中， F 细菌很少转变为细菌很少转变为F+。高频转导：Hfr x F-五、高频重组菌株五、高频重组菌株Hfr整理课件Hfr F-接合时，接合时，F-细菌很少转变成细菌很少转变成Hfr 当当Hfr F-接合时，接合时，F-细菌很少转变成细菌很少转变成Hfr，这是因为当，这是因为当Hfr与与F - 接合时，整合接合时，整合的的F-DNA从一端被内切酶切成单链切口，从一端被内切酶切成单链切口，细菌染色体由这一小段单链的细菌染色体由这一小段单链的F因子作因子作为前导转移到为前导转移到F-受体，一边进入一边合受体，一边进入一边合成，在成，在大多数情况下大多数情况下，只有一小部分细只有一小部分

34、细菌染色体转移菌染色体转移，接合即出现中断接合即出现中断，受体，受体细胞仍保持为细胞仍保持为F-，因为，因为F因子仍留在供体因子仍留在供体内。内。整理课件图 高频转导：Hfr x F-整理课件大肠杆菌大肠杆菌Hfr的形成及其染的形成及其染色体向色体向F-细胞细胞的转移图解的转移图解整理课件图图 Hfr的形成，的形成，很少情况下很少情况下F-细菌转变转化细菌转变转化为为F+整理课件 相同相同1、都能和、都能和F杂交。杂交。2、杂交都要通过接合管和受体菌相联接。、杂交都要通过接合管和受体菌相联接。3、高剂量、高剂量链霉素链霉素处理后都处理后都不影响不影响杂交，说明它杂交，说明它们都是作为一种供体。

35、们都是作为一种供体。 不同不同1、产生重组子频率不同，、产生重组子频率不同，HfrF104， F F107。2、 FF后代后代F， HfrF后代后代F。3、 F细菌经细菌经吖啶橙吖啶橙处理变成处理变成F，Hfr经吖啶橙经吖啶橙处理仍为处理仍为Hfr。整理课件F因子及其在杂交中的行为因子及其在杂交中的行为 七、细菌的交换过程七、细菌的交换过程 当当F+或或Hfr的细菌染色体进入的细菌染色体进入F-后，在一个后，在一个短时期内，短时期内，F-细胞中对某些位点来说总有一细胞中对某些位点来说总有一段二倍体的段二倍体的DNA。这样的细菌称为。这样的细菌称为部分二倍部分二倍体体或或部分合子部分合子。新染色

36、体的。新染色体的DNA称为称为供体外供体外基因子基因子，而宿主的染色体则称为，而宿主的染色体则称为受体内基因受体内基因子子，部分二倍体中发生单数交换，可使环状，部分二倍体中发生单数交换，可使环状染色体打开，产生一个线性染色体，这种细染色体打开，产生一个线性染色体，这种细胞不能成活，胞不能成活，只有发生偶数的交换，才能产只有发生偶数的交换，才能产生遗传的重组体和片段生遗传的重组体和片段。(图图) 整理课件图7-11单交换,7-12双交换整理课件部分二倍体中发部分二倍体中发生单数交换，可生单数交换，可使环状染色体打使环状染色体打开，产生一个线开，产生一个线性染色体，这种性染色体，这种细胞不能成活，

37、细胞不能成活，只有发生偶数的只有发生偶数的交换，才能产生交换，才能产生遗传的重组体和遗传的重组体和片段片段（图解）（图解）整理课件六、用中断杂交实验作染色体连锁图六、用中断杂交实验作染色体连锁图 Wollman和和Jacob等人想了解等人想了解Hfr细菌在交配中，细菌在交配中，什么时候把基因转移给什么时候把基因转移给F-细菌的，于是设计了细菌的，于是设计了中断杂交试验，用以证明接合时遗传物质从供中断杂交试验，用以证明接合时遗传物质从供体细胞的转移是直线式进行的，他们把体细胞的转移是直线式进行的，他们把Hfr菌株菌株与与F-菌株菌株混合在一起进行杂交培养混合在一起进行杂交培养。 Hfr菌株的基因

38、型是菌株的基因型是：strs azir tonAr galb+ lac+ F- 菌株的基因型是菌株的基因型是：strr azis tonAs galb- lac- str代表链霉素，代表链霉素，s代表敏感性，代表敏感性，r代表抗性，代表抗性，+代代表原养型或抗性，表原养型或抗性，- 代表营养缺陷型。（代表营养缺陷型。（P220） 整理课件六、用中断杂交实验作染色体连锁图六、用中断杂交实验作染色体连锁图 每隔一定时间取样每隔一定时间取样，把菌液放在食物搅，把菌液放在食物搅拌器内搅拌，以拌器内搅拌，以中断杂交中断杂交。经过稀释，。经过稀释，接种到含有链霉素的完全培养基上，这接种到含有链霉素的完全培

39、养基上，这样将杀死所有样将杀死所有Hfr细胞，然后对形成菌细胞，然后对形成菌落的落的F-细胞用细胞用影印培养法影印培养法测试其基因型，测试其基因型，以便确定每个基因转移到以便确定每个基因转移到F-细胞的时间细胞的时间(如图如图)。 整理课件影印培养法包有灭菌丝绒包有灭菌丝绒布的圆木柱布的圆木柱选择培养基选择培养基非选择性培养基非选择性培养基整理课件六、中断杂交试验作图整理课件图7-4杂交中断后对标记基因的鉴定整理课件六、用中断杂交实验作染色体连锁图六、用中断杂交实验作染色体连锁图 上图表示利用这个方法所获得的结果，上图表示利用这个方法所获得的结果，混合混合9分钟分钟后取样时，开始出现少量对后取

40、样时，开始出现少量对叠氮化物有叠氮化物有抗性抗性的菌落，说明抗叠氮化物的基因此时已的菌落，说明抗叠氮化物的基因此时已进入进入F-细胞中，但对细胞中，但对T1噬菌体来说，全部噬菌体来说，全部F-细胞还属于敏感型，说明细胞还属于敏感型，说明tonA基因基因还没有进还没有进入入F-细胞中。细胞中。混合混合11分钟分钟后，才开始出现抗后，才开始出现抗噬菌体噬菌体T1的的F-细菌。细菌。混合混合18分钟分钟和和24分钟分钟取取样时，又分别出现样时，又分别出现乳糖发酵乳糖发酵和和半乳糖发酵半乳糖发酵的的基因。这说明基因。这说明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

41、-菌株菌株，也就是说，染色体从，也就是说，染色体从原点开始以直线方式进入原点开始以直线方式进入F-细胞的。细胞的。 整理课件基因基因 转入时间转入时间thr+ 8 leu+ 8.5Azir 9 Tonr 11 lac+ 18 gal+ 25 0Thr+TonTons slaclac+ +galgal+ +Fleuleu+ +AziAzis s中断杂交的实验结果中断杂交的实验结果整理课件六、用中断杂交实验作染色体连锁图六、用中断杂交实验作染色体连锁图 根据中断杂交的实验，以根据中断杂交的实验，以Hfr基因在基因在F-细胞中出现的时间为标准，可以作出大细胞中出现的时间为标准，可以作出大肠杆菌的连锁

42、遗传图。肠杆菌的连锁遗传图。 根据供体基因进入受体细胞的顺序根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图的技术，称为和时间绘制连锁图的技术，称为中断杂中断杂交技术交技术。 表表7-3 :用用不同的不同的Hfr菌株菌株进行中断杂交实验进行中断杂交实验整理课件F因子和细菌染色体都是环状的因子和细菌染色体都是环状的 用用不同的不同的Hfr菌株菌株进行中断杂交实验所进行中断杂交实验所作出的大肠杆菌基因连锁图，其作出的大肠杆菌基因连锁图，其基因基因进入进入F-细胞的转移的顺序不大相同细胞的转移的顺序不大相同。这个实验进一步这个实验进一步说明说明F因子和细菌染色因子和细菌染色体都是环状的体都是环状的，而

43、，而Hfr细胞染色体的形细胞染色体的形成，则因成，则因F因子插入环状染色体的不同因子插入环状染色体的不同位置位置，因而形成了不同的转移原点和，因而形成了不同的转移原点和转移方向转移方向(如图如图)。整理课件 F因子插入环状染色体的不同位置，因子插入环状染色体的不同位置，因而形成了不同的转移原点和转移方向因而形成了不同的转移原点和转移方向整理课件不同Hfr中，F因子插入位置与方向不同整理课件F因子因子 一种质粒一种质粒（plasmid）一种附加体一种附加体（整合到染色体上）（整合到染色体上） F因子的结构因子的结构： 1、原点、原点2、形成性伞毛的基、形成性伞毛的基因群因群3、DNA复制酶基因复

44、制酶基因4、插入序列、插入序列 IS （P225） 4整理课件七、细菌的交换过程七、细菌的交换过程 前面，讨论的是杂交中遗传信息的转移过程，这是根据杂交前面，讨论的是杂交中遗传信息的转移过程，这是根据杂交中产生的重组子推论出来的，然而重组子被检出之前，转移中产生的重组子推论出来的，然而重组子被检出之前，转移的基因如何通过交换过程整合到受体的基因组的呢？的基因如何通过交换过程整合到受体的基因组的呢？ 真核生物的遗传交换发生在两套基因组之间，真核生物的遗传交换发生在两套基因组之间，而而原核原核类中遗传物质的交换是在类中遗传物质的交换是在一完整的基一完整的基因组（因组（F-内基因子）内基因子）与与一

45、不完整的基因组一不完整的基因组（供体外基因子）（供体外基因子）之间进行的是在之间进行的是在部分二倍部分二倍体或部分合子体或部分合子间进行的。间进行的。F因子和细菌染色体都是环状的因子和细菌染色体都是环状的整理课件单交换单交换部分二倍体（部分合子）的概念部分二倍体（部分合子）的概念 F-染色体与染色体与Hfr染色体染色体之间发生之间发生单交单交换没有意义换没有意义，只产生不平衡的部分二倍，只产生不平衡的部分二倍体线形染色体；二者之间体线形染色体；二者之间只有发生双交只有发生双交换才能产生有活性的重组子换才能产生有活性的重组子。供体外基因子供体外基因子F-内基因子内基因子部分二倍体或部分合子模式图

46、部分二倍体或部分合子模式图整理课件双交换双交换双交换双交换双交换双交换只有发生双交换才能产生有活性的重组子只有发生双交换才能产生有活性的重组子整理课件图7-11单交换，7-12双交换整理课件八、重组作图八、重组作图 在中断杂实验中，可以根据基因转移的先后在中断杂实验中，可以根据基因转移的先后顺序，以时间为单位，得到基因的连锁关系。顺序，以时间为单位，得到基因的连锁关系。如果如果两个基因间的转移时间小于两个基因间的转移时间小于2分钟分钟，用中，用中断杂交法所得的图距不太可靠，断杂交法所得的图距不太可靠，应采用传统应采用传统的重组作图法的重组作图法。 例如，有两个紧密连锁的基因例如，有两个紧密连锁

47、的基因lac-(乳糖不发乳糖不发酵酵)和和ade-(腺嘌呤缺陷型腺嘌呤缺陷型)，为了求得两个基，为了求得两个基因间的距离，可采用因间的距离，可采用Hfr lac+ ade+和和F- lac- ade-的杂交实验。的杂交实验。整理课件八、重组作图八、重组作图 （P229） Hfr lac+ ade+strs X F- lac- ade-strr lac-(乳糖不发酵)ade-(腺嘌呤缺陷型）str代表链霉素，s敏感性，r抗性 由于由于ade进入进入F-细胞的顺序较细胞的顺序较lac为晚，为晚，因此只要因此只要ade进入进入F-细胞，细胞，lac自然也已自然也已经进入。如果选出经进入。如果选出ad

48、e+同时也是同时也是lac+，说明说明lac和和ade间没有发生过交换。如果间没有发生过交换。如果是是lac-，说明两者之间发生过交换。，说明两者之间发生过交换。根据中断杂交法根据中断杂交法用用完全培养基但不加腺嘌呤，可以选出完全培养基但不加腺嘌呤，可以选出F- ade+的菌落的菌落。整理课件Hfr lac+ ade+strs X F- lac- ade-strr混合混合60分钟，至含链霉素的分钟，至含链霉素的基本培养基，基本培养基，Hfr 死，未杂死，未杂交的交的F- 死。死。选出选出ade+ F- lac+ ade+ F- lac- ade+外基因子外基因子内基因子内基因子将重组子菌落影印

49、培将重组子菌落影印培养于养于EMB培养基上培养基上, lac+ 菌落紫红色菌落紫红色lac-菌落粉红色菌落粉红色整理课件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+没有发没有发生交换生交换两个基因都交两个基因都交换到受体上换到受体上交换发生在两交换发生在两个基因之间个基因之间重组作图：重组作图：整理课件1 1、选择在、选择在腺甘酸（腺甘酸（adeade）缺乏的培养基）缺乏的培养基上生长上生长的类型。它们表明的类

50、型。它们表明adeade基因已转入细胞。基因已转入细胞。2 2、选出的选出的lac-ade+lac-ade+类型即是重组子类型即是重组子，因为，因为ade+ade+已进入，表明已进入，表明lac+lac+也已进入，而也已进入，而lac-ade+lac-ade+表型就是供体受体表型就是供体受体laclac、adeade两个基因间发生交两个基因间发生交换的结果。可用此来计算重组值。换的结果。可用此来计算重组值。重组值的计算重组值的计算lac-ade 之间的图距为之间的图距为：lac-ade = lac- ade+ lac - ade+ + lac+ade+ X 100%ade进入进入F-细胞的顺序

51、较细胞的顺序较lac为晚为晚整理课件八、重组作图八、重组作图 两基因间的重组值约等于两基因间的重组值约等于22%。而这两个位点间的。而这两个位点间的时间单位约为时间单位约为1分钟分钟，可见，可见1个时间单位个时间单位(分钟分钟)大约大约相当于相当于20%的重组值的重组值。根据大肠杆菌接合实验的研。根据大肠杆菌接合实验的研究，利用中断杂交，基因重组等方法已绘制出大肠究，利用中断杂交，基因重组等方法已绘制出大肠杆菌杆菌K12的环状遗传图。的环状遗传图。 lac-ade = lac- ade+ lac - ade+ + lac+ade+ X 100%lac-ade = 单个整合单个整合单个整合单个整

52、合+同时整合同时整合 X 100%整理课件A map of the E. coli genome, showing selected genes. E.coli K12E.coli K12菌株菌株的基因组的基因组整理课件九、性导与九、性导与F 因子因子 Adelberg在大肠杆菌中发现一种在大肠杆菌中发现一种新的新的F因子因子 F因子因子 F因子整合到宿主细菌染色体上的一种可逆过因子整合到宿主细菌染色体上的一种可逆过程程，能够，能够低频被切除低频被切除。正常切除，。正常切除， F因子重新因子重新离开细菌染色体，形成离开细菌染色体，形成F+细胞。细胞。 然而Hfr 菌上的菌上的F因子因子偶然环出

53、时不够准确偶然环出时不够准确，从染色体上不精确解离，从染色体上不精确解离，带有了细菌染色体的带有了细菌染色体的基因基因，这种带有了染色体基因的，这种带有了染色体基因的F因子称为因子称为F（F-prime）因子）因子。整理课件图： F因子整因子整合到合到宿主细菌染色体上的一染色体上的一种可逆过程种可逆过程整理课件图：图：F因子的整合，不规则环出得到因子的整合，不规则环出得到F因子因子整理课件九、九、 F与性与性导导 F携带部分染色体的基因转移到携带部分染色体的基因转移到F-, 使得使得F-成为成为F+, 并在新的并在新的F+细胞内形成了部分细胞内形成了部分二倍体二倍体(部分基因以二倍体形式存在部

54、分基因以二倍体形式存在)。 利用利用F因子因子形成部分二倍体的过程，称形成部分二倍体的过程，称为为性导性导。 或：或：性导性导是指接合时由是指接合时由F因子因子所携带的所携带的外源外源DNA整合到细菌染色体的过程。整合到细菌染色体的过程。整理课件整理课件性导性导部分二倍体部分二倍体Hfr 菌上的菌上的F因子从因子从染色体上不精确解染色体上不精确解离，带有了细菌染离，带有了细菌染色体的基因色体的基因整理课件九、性导与九、性导与F 因子因子 由性导产生的部分二倍体，由性导产生的部分二倍体，一方面一方面为确定等为确定等位基因显隐性关系提供了重要方法，位基因显隐性关系提供了重要方法，另一方另一方面面由

55、于分离出大量的由于分离出大量的F因子，每个因子，每个F因子携带因子携带不同的大肠杆菌的基因，包括全部染色体基不同的大肠杆菌的基因，包括全部染色体基因，因此，因，因此，并发性导并发性导是建立遗传图的另一手是建立遗传图的另一手段，即段，即两个位点必须密切相连才能处在同一两个位点必须密切相连才能处在同一个个F因子上因子上。这样通过两个位点间重组频率的。这样通过两个位点间重组频率的计算就可以获得每个片段的连锁群。计算就可以获得每个片段的连锁群。 整理课件性导(sexduction)与F因子整理课件 F 品系转变成品系转变成Hfr品系的品系的频率要高频率要高于于F品系。品系。 F 变成变成Hfr时时F

56、因子整合到因子整合到相同位点相同位点上，而上，而F变成变成Hfr时可整合到时可整合到不同位点不同位点。 F F高频传递特定的基因，形成部分二倍高频传递特定的基因，形成部分二倍体，而体，而FF产生产生F但不转移任何基因，或但不转移任何基因，或以以107将宿主的基因按顺序转入受体，受体仍将宿主的基因按顺序转入受体，受体仍为为F。所转移的基因是不同的所转移的基因是不同的。整理课件性导在大肠杆菌的遗传分析中的重要作用性导在大肠杆菌的遗传分析中的重要作用1、F因子可以自主复制因子可以自主复制2 、性导形成的部分二倍体可用于不同突变型、性导形成的部分二倍体可用于不同突变型之间的互补实验之间的互补实验,以确

57、定这两个突变型是属于以确定这两个突变型是属于同一或两个不同的基因同一或两个不同的基因3 、确定显隐关系、确定显隐关系4 、不同、不同F因子携带大肠杆菌的不同基因，因因子携带大肠杆菌的不同基因，因此，此，并发性导并发性导是建立遗传图的另一手段，即是建立遗传图的另一手段，即两个位点必须密切相连两个位点必须密切相连才能处在同一个才能处在同一个F因因子上。这样通过两个位点间重组频率的计算子上。这样通过两个位点间重组频率的计算就可以获得每个片段的连锁群。就可以获得每个片段的连锁群。 整理课件三种不同致育因子的相互关系：三种不同致育因子的相互关系： F F Hfr ( p234 )（1） F 是带有部分细

58、菌染色体的是带有部分细菌染色体的F 因子因子,其性质在其性质在F 和和 Hfr 之间。（图之间。（图7-17） (2) F 因子连同她所带有的部分细菌染色体可一起转因子连同她所带有的部分细菌染色体可一起转移到移到F- 中，其转移速率近于中，其转移速率近于F因子。利用因子。利用F 可以形可以形成部分二倍体，进行重组研究。成部分二倍体，进行重组研究。(3) 有有F 因子的细胞是因子的细胞是F+细胞，无细胞，无F因子的细胞是因子的细胞是F-细胞。细胞。(4) Hfr能以高频率把细菌染色体转移到能以高频率把细菌染色体转移到F-细菌中，而细菌中，而F因子因位于因子因位于Hfr染色体的最末端，极少进入。染

59、色体的最末端，极少进入。F因子和因子和F因子很容易转移到因子很容易转移到F-细胞中，但供体染色细胞中，但供体染色体的转移率很低。体的转移率很低。整理课件 大肠杆菌内大肠杆菌内F + F Hfr的转化的转化(图图7-17)整理课件整理课件转化转化(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整理课件转化转化 转化转化：游离的：游离的DNA片段被受体细胞吸片段被受体细胞吸收，结果发生遗传性状改变的现象。收，结果发生遗传性状改变的现象。整理课件(一一)、细菌转化实验、细菌转化实验1. 基础知识

60、基础知识 野生型肺炎双球菌野生型肺炎双球菌(Strep-tococcus pneumoniae)菌落菌落为为光滑型光滑型，一种突变型为，一种突变型为粗粗糙型糙型，两者根本差异在于荚，两者根本差异在于荚膜形成；膜形成； 荚膜的主要成分是多糖，具荚膜的主要成分是多糖，具特殊的抗原性；特殊的抗原性； 不同抗原型是遗传的、稳定不同抗原型是遗传的、稳定的，一般情况下不发生互变。的，一般情况下不发生互变。荚膜荚膜 菌落菌落 毒性毒性 类型类型光滑型光滑型S发达发达 光滑光滑有有I, II, III粗糙型粗糙型R无无粗糙粗糙无无I, II整理课件2. Griffith转化研究转化研究(1928)整理课件Gr