第十章细菌和病毒的遗传

第十章细菌和病毒的遗传细菌属于原核生物，不进行典型的有丝分裂和减数分裂，因此，其染色体传递和重组方式与真核生物不尽相同。病毒甚至不进行分裂，它在宿主细胞内以集团形式产生。

细菌和病毒的遗传分析对整个遗传学，特别是对于分子遗传学的发展具有重大作用。

第一节细菌和病毒的特点一、细菌的特点及培养技术（P204）

所有细菌都是单细胞，大约12μm长，0.5μm宽。

大肠杆菌(E.coli)在细菌遗传学研究中应用十分广泛,其染色体为一条环状的裸露DNA分子（主染色体）。其细胞里通常还具有一个或多个小的染色体-质粒。细菌的增殖方式细菌一般进行无性繁殖，通过简单的裂殖呈几何级数增长；细菌繁殖迅速，一般20min分裂一次；单细胞在较短时间内可产生107个子细胞，并聚集在一起，形成肉眼可见的菌落；一个菌落又称为克隆（clone)。细菌的研究方法平板培养（培养细菌）影印培养法（鉴定细菌的突变类型）107二、病毒的特点及种类（P207）病毒的特点：主要由一个蛋白质外壳和包裹在中间的一条单一的核酸分子。病毒的种类按宿主分类：动物病毒、植物病毒、细菌病毒（噬菌体）；按遗传物质分类：DNA病毒、RNA病毒三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性(P207)

繁殖周期短；易于管理和化学分析；遗传物质简单；研究基因的突变和重组；可用作研究高等生物的简单模型；便于遗传操作；存在拟有性过程；拟有性过程:

细菌可以通过转化、接合、性导和转导来获得外源DNA，并通过交换而形成重组体。一、噬菌体的结构（P208）结构简单：基本上是由一个蛋白质外壳和其中包含的核酸组成的。

第二节噬菌体的遗传分析根据噬菌体DNA在宿主细菌内的特点分为两大类：

①烈性噬菌体：T噬菌体系列(T1-T7)；

②温和性噬菌体:

P1和λ噬菌体。T4噬菌体侵染大肠杆菌的生活周期

（一）烈性噬菌体（二）温和性噬菌体

温和性噬菌体具有溶原性的生活周期，即在噬菌体侵入后，细菌并不裂解，以两种形式出现，如λ和P1λ，形成原噬菌体二、噬菌体的基因重组与作图(P210)

1.噬菌体的遗传性状分为两类：

噬菌斑形状：指噬菌斑大小、透明程度、边缘清晰度。

寄主范围：指噬菌体感染和裂解的菌株范围。

2.T2噬菌体

①正常噬菌体r+

：噬菌斑小而边缘模糊。

突变体r-：噬菌斑大而边缘清楚。

②正常噬菌体h+

：侵染大肠杆菌B株；突变株h-

：侵染B株和B/2株。在同时有B株和B/2株的培养基上h+:半透明噬菌斑h-:透明噬菌斑

噬菌体子代

h-r+×h+r-同时感染B菌株（双重感染）

感染混合有B和B/2菌株的培养基噬菌斑透明、小：

h-r+(亲本型)

噬菌斑半透明、大：

h+r-(亲本型)

噬菌斑透明、大：

h-r-(重组型)

噬菌斑半透明、小：

h+r+(重组型)重组值计算：

重组值=重组噬菌斑数/总噬菌斑数×100%=[(h+r++h-r-)/(h+r-+h-r++h+r++h-r-)]×100%

不同速溶性噬菌体的突变型在表现型上不同，可分别写成ra-

、rb-

、rb-、rd-等.四种噬菌斑数及重组值杂交组合每种基因型的%重组值r–h+r+h–r+h+r–h–ra–h+

ra+h–rb–h+

rb+h–rc–h+×rc+h–34.032.039.042.056.059.012.05.90.712.06.40.924%12.3%1.6%分别作出ra、rb、rc与h的连锁图

ra24

hrb12.3

hrc

1.6h

rarbrch

rarbhrc

rarchrb

rahrcrb

为了确定基因排列顺序，可先只考虑rb、rc及h来确定是rchrb还是hrcrb。为此作：

rb+rc-×rb-rc+↓

重组值约14%

可知h应位于rb及rc之间，又因为T2噬菌体的连锁图是环状的

三、λ噬菌体的基因重组与作图(P156)

9.92第三节细菌的遗传分析一、转化

(transformation)

(P224)

某些细菌（或其他生物）能通过其细胞膜摄取周围供体的染色体片段，并将这些外源DNA通过重组参入到自已染色体组的过程

。(一)Griffith,F.肺炎链球菌转化实验1.基础知识野生型肺炎链球菌菌落为光滑型，一种突变型为粗糙型，两者根本差异在于荚膜形成；荚膜菌落毒性类型光滑型S发达光滑有I,II,III粗糙型R无粗糙无I,II2.Griffith转化研究(1928)3.Avery等的转化实验(1944)(一)转化的机制1.供体DNA与受体细菌之间的最初相互作用供体DNA：≥800bp,双链；受体细菌细胞：处于感受态

存在的供体DNA分子数目感受态：细胞的DNA合成刚刚完成，而蛋白质合成仍处于活跃的状态。2.转化过程结合穿入联会整合

(二）转化和基因重组作图

黎德伯格等用枯草杆菌进行转化和重组试验：

并发转化：当转化供体片段上两个基因紧密连锁时，它们就有较多的机会同时被转化，并同时整合到受体细胞染色体上。（P215）trp2+his2+（供体）×trp2

his2（受体）

↓

重组型数Trp2-his2重组值=×100%

亲型数+重组型数3660亲二、接合(P215)是指原核生物的遗传物质从供体转移到受体内、并通过交换而发生重组的过程。(一)E.coli的杂交试验(黎德伯格和塔特姆,1946)1、材料（E.coli

）：

A株:met-bio-thr+leu+；B株:met+bio+thr-leu-。2、方法：将A、B混和，在基本培养基(固体)上涂布培养。3、结果：平板上长出原养型菌落(met+bio+thr+leu+)。单基因回复突变的频率约为10-6；双基因回复突变的频率则为10-12，频率很低。但试验中产生原养型菌落产生的频率非常高，因此基本可以排除回复突变的可能。（1）回复突变4、几种可能解释及其分析（2）转化作用Lederbery和Tatum曾把品系A的培养液经加热灭菌，加入到B品系的培养物中，未得到原养型菌落；表明原养型菌落可能不是由转化作用产生。戴维斯(Dawis,1950)的U型管试验(结果没有得到原养型细菌)；实验结论：细胞直接接触是原养型细菌产生的必要条件。（3）经过上述分析可以认为：在Lederbery和Tatum及其它类似试验中，发生了一种不同于转化的遗传重组方式，称之为接合。（4）Hayes(1952)研究表明：大肠杆菌两种不同菌株(品系)接合过程中遗传物质的转移是单向的；从而认为大肠杆菌存在两种类型品系：雌性与雄性分别作为接合过程中遗传物质的供体与受体。(二)接合的遗传机制1.F因子：

Hayes等发现，大肠杆菌在接合中作供体的能力受细胞内一种致育因子(F因子)控制。F因子的化学本质是DNA，可以自主状态存在于细胞质中或整合到细菌的染色体上。F因子可以在细菌细胞间进行转移并传递遗传物质。F因子的存在状态2.

F+向F-的转移（

F+×

F-）5’↓

F+→F+

F-→F+3.Hfr

×

F-受体细胞常常只接受部分的供体染色体，这些染色体称为供体外基因子，而受体的完整染色体则称为受体内基因子，这样的细菌称为部分二倍体或部分合子、半合子㈢、中断杂交试验及染色体连锁图

为了证明接合时遗传物质从供体到受体细胞的转移是直线式进行的，Jacob和Wollman在五十年代设计了一个著名的中断杂交试验。

Hfr:thr+leu+lac+gal+azistonsstrsF-:thr-leu-lac-gal-aziRtonRstrR

每隔一定时间取样，放在食物搅拌器内搅拌培养在含str的完全培养基上，Hfr被杀死用影印培养法测试形成的F-菌落的基因型，确定每个基因转入F-的顺序（时间）根据基因转入F-的时间，进行细菌染色体作图

①．8分钟：thr+进入F-细胞；

8.5分钟：leu+进入F-细胞；②．9分钟：出现叠氮化物抗性的菌落，azir基因进入F-③．11分钟：出现抗噬菌体T1的F-；④．18和25分钟：分别出现乳糖和半乳糖发酵基因，即lac+和gal+进入F-细胞。8.5minHfr类型原点基因转移顺序HfrHOthr

pro

lac

pur

gal

his

gly

thi１Othr

thi

gly

his

gal

pur

lac

pro２Opro

thr

thi

gly

his

gal

pur

lac３Opur

lac

pro

thr

thi

gly

his

galAB312Othi

thr

pro

lac

gur

gal

his

gly如果两个基因间的转移时间小于2分钟，用中断杂交法所得的图距不太可靠，应采用传统的重组作图法。

lac-ade+

重组频率=×100%=22%lac+ade++lac-ade+这两个位点间的时间单位约为1分钟→20%重组值

（四）、重组作图三、性导(P223)F’因子：F因子整合到宿主细胞染色体的过程是可逆的；当发生环出时，F因子又重新离开染色体；F因子偶然在环出时不够准确，它携带有细菌染色体片段的F因子称为～（P236）。性导：指接合时由F’因子所携带的外源DNA转移到细菌染色体的过程（P235）。四、转导（P224）

以噬菌体为媒介所进行的细菌遗传物质重组的过程。材料(鼠伤寒氏菌)：A株:phe-trp-tyr-met+his+;B株:phe+trp+tyr+met-his-;方法：将A、B混和，在基本培养基(固体)上涂布培养。结果：平板上长出原养型菌落(phe+trp+tyr+met+his+)。鼠伤寒氏菌的杂交试验(Lederbey和Einder)结果：可以得到野生型。说明：不是细胞接合，而是