细菌和病毒的遗传分析

细菌和病毒的遗传分析第一页，共三十七页，2022年，8月28日本章小节8.1细菌的结合现象8.2中断杂交与染色体作图8.3细菌的转化与作图8.4F’因子与性导8.5噬菌体的遗传分析8.6细菌的转导第二页，共三十七页，2022年，8月28日细菌和病毒遗传研究优势世代周期短便于管理和生化分析便于研究基因突变便于研究基因作用便于基因重组研究便于研究基因的结构，功能及调控机制。便于进行遗传操作第三页，共三十七页，2022年，8月28日8.1细菌的接合现象8.1.1细菌接合现象发现

1964年莱德伯格和塔特姆用大肠杆菌K12，证明细菌有性杂交存在。

（一）大肠杆菌杂交试验菌株Amet-（甲硫氨酸）bio-(生物素)thr+（苏）leu+（亮）thi+（VB1）菌株Bmet+（甲硫氨酸）bio+(生物素)thr-（苏）leu-（亮）thi-（VB1）A、B都为营养缺陷型，在基本培养基上不能生长。

A菌株A与B混合B菌株接种↓↓↓▔▔▔结果无菌落有菌落无菌落第四页，共三十七页，2022年，8月28日菌株Abio-met-thr+leu+thi+菌株Bbio+met+thr-leu-thi-二细菌杂交得bio+met+thr+leu+thi+第五页，共三十七页，2022年，8月28日（二）U实验

1950年Davis（戴维斯），做了U实验，在U底部中间用滤片隔开，交替吸压。证明菌落是由于AB二细胞接触杂交基因重组

第六页，共三十七页，2022年，8月28日接合：通过细胞的直接接触从供体单向转移到受体中的过程。细菌接合的电镜照片第七页，共三十七页，2022年，8月28日因子及其转移1953年海斯（Hayes.w）在验证杂交时偶尔发现杂交中AB细菌作用不同，遗传物质是单向转移，A→B，不能B→A。链霉素敏感型

strs

抗链霉素突变型strrA品系strsstrr

B品系strsstrr

Astrs*BstrrA

strr*B

strs

接种↓↓培养基不含str

含str不含str

含str▔▔▔▔结果成活成活成活死亡第八页，共三十七页，2022年，8月28日F因子：又称性因子或致育因子，由共价环状闭合双链DNA构成，94.5Kb约为大肠杆菌环状染色体全长的2%，以游离状态存在于细胞质中。F因子的特点1、原点（origin）：它是转移的起点。2、致育基因：这些基因使它具有感染性，其中一些基因编码生成F菌毛的蛋白质。3、配对区：F因子的这一区域与细菌染色体中多处的核苷酸序列相对应，可以分别地与染色体上这些同源序列配对，通过交换整合到染色体中成为细菌染色体的一部分。第九页，共三十七页，2022年，8月28日F因子存在方式

游离状态：在细胞质中，能自我复制独立遗传整合状态：整合到细菌环状染色体上，与细菌染色体一起遗传。附加体：像F因子即可存在于染色体之外作为一个独立的复制子，也可整合到细菌染色体中，作为细菌复制子的一部分的遗传因子。第十页，共三十七页，2022年，8月28日细菌重组Hfr：

Highfrequencyrecombination带有一个整合的F因子的品系称为高频重组，F＋，携带F因子的菌株称为供体菌或雄性F－，未携带F因子的菌株为受体菌或雌性（一）供体将F因子传递给受体的过程1、直接将F因子通过接合管传递给受体A品系F＋B品系F－

F＋细胞*F－细胞→F＋细胞2、F因子整合到细菌染色体上（Hfr

），通过接合管传递给受体细胞F＋细胞→Hfr细胞→Hfr细胞*F－细胞→F－细胞

F因子最后进入受体细胞

第十一页，共三十七页，2022年，8月28日接合过程示意图第十二页，共三十七页，2022年，8月28日Hfr菌株的形成及其基因转移第十三页，共三十七页，2022年，8月28日F＋和Hfr的区别F-与F＋杂交，只有F因子的传递，而细菌染色体并不转移。因此，虽F因子转移频率高，但两细菌间染色体重组频率很低，大约每百万个细胞中发生一次重组，故F+因子又称低频重组。Hfr是F因子整合到细菌染色体上，所以供体染色体一部分传递给受体。当供体、受体染色体具有同源区，既发生重组，重组频率可达到10^-2以上，故Hfr称高频重组。第十四页，共三十七页，2022年，8月28日F＋和Hfr的共同点

都能与F-因子进行杂交产生重组后代杂交时都是通过接合管与受体菌相连用高剂量str处理后不影响杂交，说明他们都是作为供体第十五页，共三十七页，2022年，8月28日（二）细菌遗传重组的特点只是偶数次的交换才能保持细菌染色体的完整性，产生有活性的重组子。偶数次交换得到的重组子只有一种类型，相反重组子是一个线状片段，不能复制，会随着细胞分裂而丢失。第十六页，共三十七页，2022年，8月28日8.2中断杂交与染色体作图

中断杂交实验1954年Wollman和Jacob在大肠杆菌中进行了杂交实验中断杂交：根据供体基因进入受体细胞的时间和顺序绘制染色体图的技术（一）实验过程：（1）供体Hfr：thr+leu+azirtonrlac+galb+strs

受体F－：thr-leu-azistonslac－galb－

strrstrr

对链霉素有抗性

azir

对叠氮化合物有抗性

tonAr

对T1噬菌体有抗性

thr+leu+galb+lac+

对苏氨酸、亮氨酸、半乳糖和乳糖为原养型第十七页，共三十七页，2022年，8月28日（2）a、将Hfr与F-同时加入装有完全培养基的大试管中，一定时间取样振荡，稀释接种至添加str的基本培养基（葡萄糖和无机盐）上，生长形成的菌落基因型为F-strr(F-或具Hfr部分基因的F-)，再把菌落分别转移到只添加azi、ton、以lac或gal为炭源的选择性培养基上。杂交过程也是先形成接合管，然后Hfr边复制边转移。转移的顺序：原点→配对区→大肠杆菌基因→配对区→育性基因b、结果第十八页，共三十七页，2022年，8月28日中断杂交后，接合后体中各个性状出现的频率第十九页，共三十七页，2022年，8月28日（二）中断杂交实验特点不同的Hfr品系转移的起始基因是不同的，说明F+可以在不同的位点插入细菌染色体中。与同一基因相邻的基因是相同的，不同品系的基因顺序是相同的。Hfr品系上的基因可以以两个不同的方向转移基因进入受体细胞。一个Hfr转移的起点基因是另一个Hfr最后转移的基因，说明细菌染色体是环状的。F因子插入的位置及方向第二十页，共三十七页，2022年，8月28日重组作图根据中断杂交试验绘制的连锁图大肠杆菌Hfrstrsthr+leu+azistonAsgalb+lac+

×F-strrthr-leu-azirtonArgalb-lac-的结果第二十一页，共三十七页，2022年，8月28日a重组体的基因型是lac＋ade＋

b

重组体的基因型是lac－ade＋

菌株Hfr:lac＋ade＋

菌株F-：

lac-ade-进行中断杂交两基因进入受体细胞情况①其中一个进入②两个都进入受体细胞如右图在发生情况②时，进行了染色体整合。

lac-ade间图距：Lac-ade=lac－ade＋/（（lac－ade＋)-(lac＋ade＋)*100%

重组率与中断杂交时间比值约为20，即他们之间的关系大约是1min=20cM第二十二页，共三十七页，2022年，8月28日8.3细菌的转化与作图

转化：细菌通过细胞膜摄取周围来自供体的外源DNA片段,并将其通过重组过程整合到自己基因组内的过程。（一）转化的条件

①受体细胞的生理状态A，处于对数生长期B，处于感受态（感受态：能够使外源DNA转化到受体细胞的生理状态）②外源DNA片段的大小、形态、浓度DNA片段为双链③外源DNA片段与受体DNA的同源程度第二十三页，共三十七页，2022年，8月28日（二）转化过程①供体DNA与受体DNA结合

供体DNA需满足：

a、双链

b、（浓度越大，效率越高）细胞上有特定结合位点②DNA的传入和摄取

双链DNA中的随机的一条进入受体细胞，而另一条被降解。③同源重组供体DNA与受体DNA同源重组④重组后的细胞类型

a、与亲本相同b、重组了外源基因第二十四页，共三十七页，2022年，8月28日转化示意图第二十五页，共三十七页，2022年，8月28日（三）共转化与转化作图共转化：供体一条DNA片段的两个基因同时转化的现象。绘制连锁图原理：

相邻基因发生共转化的频率与两者距离成正比，即基因间距离越近发生共转化的频率越高。因此，可通过测定两基因共转化频率来指示基因间的相对距离。判断两基因是否连锁：

DNA浓度下降A的转化率B的转化率A和B的转化率½

½

½

½

½

½

½

¼情况①为两基因连锁，情况②为两基因转化为独立事件所以出现结果1/4

第二十六页，共三十七页，2022年，8月28日例：

trp2+his2+tyr1+（供体）×trp2-his2-tyr1-（受体）

的转化类型及重组率计算第二十七页，共三十七页，2022年，8月28日8.4F’因子与性导

8.4.1F’因子定义：F因子整合到染色体的过程是可逆的。当发生环出现时，又重新离开染色体，然而F因子环出时不够准确常带有大肠杆菌染色体的基因，这种F因子称为F’因子。F′因子的形成第二十八页，共三十七页，2022年，8月28日性导性导（sexduction）：以F′因子为媒介，将供体细胞的部分遗传物质导入受体细胞形成部分二倍体。性导过程示意图第二十九页，共三十七页，2022年，8月28日意义：①不同的F’因子可以带有不同的细菌DNA片段，可以覆盖全部的染色体基因，可用于构建部分二倍体菌株。②由性导形成的部分杂合二倍体中，可以确定这一性状的等位基因中的显隐性关系。③环出时形成大量F’因子，不同F’因子可携带大肠杆菌不同基因，因此并发性导是建立一次关系图谱的重要途径。并发性导（co－sexduction）：两个相邻的基因，同处于一个F′因子上被转移，称为并发性导。④性导所形成的部分二倍体可用于不同突变型的互补测验，以确定这两个突变型属于同一基因或不同基因。第三十页，共三十七页，2022年，8月28日噬菌体简介按其在宿主细胞中的生活方式分为：①烈性噬菌体②温和噬菌体

a具有溶原性（lisogeny）的生活周期。（整合状态的噬菌体称源噬菌体；含原噬菌体的细菌称溶源体）

b侵入细菌以后，细菌细胞并不马上裂解。溶源周期→裂解周期：①原噬菌体通过诱导（induction）可转变为烈性噬菌体，进入裂解周期。②诱导方式：UV、温度改变、与非溶原性细菌接合等。③诱导使阻遏物失活，噬菌体的基因表达，进入裂解周期。8.5噬菌体的遗传分析

第三十一页，共三十七页，2022年，8月28日T4phage的结构模式第三十二页，共三十七页，2022年，8月28日噬菌体的遗传重组噬菌体侵染细菌后在均匀生长的细菌培养板上形成噬菌斑（plaque）双重感染：两个基因型不同的噬菌体同时感染一个宿主细胞。T2噬菌体的重组作图1、基因类型①一个正常的T2

噬菌体产生的噬菌斑小而边缘模糊，记为r＋；大而边缘清晰，记为突变体r-。

r-T2

噬菌体是速溶突变体。②正常的T2

噬菌体能感染E.coliB株，h＋。突变型又能克服B/2株的抗性，h-，既能侵染B株又能侵染B/2株。（突变型E.coliB/2株能抗T2的感染）第三十