第五章细菌与噬菌体的遗传

第五章细菌与噬菌体的遗传遗传学1第五章当前第1页\共有177页\编于星期三\10点第一节细菌与噬菌体遗传学2第五章当前第2页\共有177页\编于星期三\10点细菌和蓝绿藻：

一个线条状或环状染色体(单倍体结构)；无典型的有丝分裂和减数分裂；染色体传递和重组方式与真核生物不同。病毒：

比细菌更简单；在寄主细胞内以集团形式产生；属于只有一条染色体的单倍体。E.coliT4Phage遗传学3第五章当前第3页\共有177页\编于星期三\10点1.大小：细胞较小、长约1~2

(1＝1/1000mm)、宽约0.5；2.结构：鞭毛、细胞壁、质膜、间体、核质体、核糖体3.遗传物质：单个主染色体、一个或多个小染色体(质粒)4.涂布和繁殖：每个细胞在较短时间内(如一夜)能裂殖到107个子细胞

成为肉眼可见的菌落或克隆(clone)。一、细菌：遗传学4第五章当前第4页\共有177页\编于星期三\10点Bacteriacanbegrowninaliquidmediumoronasolidsurface,suchasanagargel,aslongasbasicnutritiveingredientsaresupplied.遗传学5第五章当前第5页\共有177页\编于星期三\10点Typicalbacterialpopulationgrowthcurve

遗传学6第五章当前第6页\共有177页\编于星期三\10点Resultsoftheserialdilutiontechniqueandsubsequentcultureofbacteria.

遗传学7第五章当前第7页\共有177页\编于星期三\10点5.

生理特性突变：①.营养缺陷型：

丧失合成某种营养物质能力，不能在基本培养基上生长；

原养型：野生菌株则可在基本培养基上生长。用不同的选择性培养基

测知突变的特性。②.

抗性突变型：

如抗药性或抗感染性。例如：青霉素（penr）抗性突变的菌落。培养基中加有青霉素遗传学8第五章当前第8页\共有177页\编于星期三\10点测定突变的方法──影印法：

黎德伯格等（LederbergJ.和LederbergE.M.,1952）设计。LederbergJ.,1958Nobel奖获得者，发现细菌转导和接合无链霉素吸附细菌丝绒印在母板上再印在选择培养基上链霉素筛选出抗链霉素的菌系从模板中挑出抗性和敏感菌系遗传学9第五章当前第9页\共有177页\编于星期三\10点基本培养基（minimalmedium）；菌落（Colony）:shareasinglegeneticancestor,canbevisibletothenakedeye.

克隆（Clones）:numberofcolony.原养型（prototrophic）:wildtype,cangrowcoloniesonminimalmedium.营养缺陷型(auxotrophic):bacteriawillnotgrowunlessthemediumcontainsoneormorespecificnutrients

遗传学10第五章当前第10页\共有177页\编于星期三\10点抗性突变体（resistantmutants）：

canformcoloniesdespitethepresenceoftheinhibitorwhereaswildtypesaresusceptible.Forexample,Resistanttotheantibioticstreptomycin

合成代谢功能突变体（CatabolicFunctionalMutants）遗传学11第五章当前第11页\共有177页\编于星期三\10点SymbolCharacterorphenotypeassociatedwithsymbolbio−Requiresbiotinaddedasasupplementtominimalmediumarg−Requiresarginineaddedasasupplementtominimalmediummet−Requiresmethionineaddedasasupplementtominimalmediumlac−Cannotutilizelactoseasacarbonsourcegal−CannotutilizegalactoseasacarbonsourcestrrResistanttotheantibioticstreptomycinstrsSensitivetotheantibioticstreptomycinSomeGenotypicSymbolsUsedinBacterialGenetics

遗传学12第五章当前第12页\共有177页\编于星期三\10点病毒分类：

寄主：动物、植物、细菌等；

遗传物质：DNA或

RNA。二、病毒：

单倍体，仅一条染色体。病毒

蛋白质外壳核酸。烟草花叶病毒腺病毒T4噬菌体爱滋病病毒

RNA

DNA

DNA

RNA遗传学13第五章当前第13页\共有177页\编于星期三\10点噬菌体对于分子生物学研究具有重要意义。遗传学14第五章当前第14页\共有177页\编于星期三\10点1．世代周期短：

大肠杆菌（E.coli）20分钟可繁殖一代。2．便于管理和生化分析：

个体小，一般在

1至几之间，操作管理方便。三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性：遗传学15第五章当前第15页\共有177页\编于星期三\10点3．便于研究基因突变：

裸露的DNA分子（有的病毒为RNA分子），容易受环境条件的影响而发生突变；单倍体生物，不存在显性掩盖隐性问题，隐性突变也能表现出来。4．便于研究基因的作用：

影印培养，易检出营养缺陷型突变，有利于从生化角度来研究基因的作用。5．便于研究基因重组：

细菌具有转化、转导和接合作用，可以进行精密的遗传分析。遗传学16第五章当前第16页\共有177页\编于星期三\10点6.便于研究基因结构、功能及调控机制：

细菌和病毒的遗传物质简单，易于进行基因定位、结构分析和分离，基因的表达调控也适于采用生理生化的方法进行深入研究。7.便于进行遗传操作：

染色体结构简单，没有组蛋白和其它蛋白的结合，更宜于进行遗传工程的操作。

遗传学17第五章当前第17页\共有177页\编于星期三\10点无义突变与无义抑制基因无义突变：原来正常的密码子突变成为终止密码子，从而使多肽链变短，失去活性。可分为：琥珀型（amber）——UAG

赭石型（ocher）——UAA

乳石型（opal）——UGA无义抑制基因：在终止密码处可以插入一个特定的氨基酸，防止在终止密码位置上提前终止多肽链的合成。遗传学18第五章当前第18页\共有177页\编于星期三\10点第二节细菌的遗传重组与做图遗传学19第五章当前第19页\共有177页\编于星期三\10点一、细菌及其有性生殖细胞膜、细胞壁：一层或多层染色体：1~2条（一定部位与细胞膜相连）无核膜包裹，称为拟核（nucleoid)DNA双链分子形成闭合的环状结构；长度：250~35000um裸露，不与蛋白质结合，易于DNA的重组，但有RNA结合，有利于DNA分子的折叠和螺旋。遗传学20第五章当前第20页\共有177页\编于星期三\10点大肠杆菌的有性生殖1946年，发现不同品系的大肠杆菌可以进行杂交，从而首次发现了大肠杆菌的性别。A品系：met-bio-B品系：thr-leu–thi–遗传学21第五章当前第21页\共有177页\编于星期三\10点遗传学22第五章当前第22页\共有177页\编于星期三\10点实验结果分析：（可能的原因）1.基因突变；2.营养物质互补或转化；3.遗传物质重新组合；遗传学23第五章当前第23页\共有177页\编于星期三\10点遗传学24第五章当前第24页\共有177页\编于星期三\10点二、接合（conjugation）：1.

概念：是指原核生物的遗传物质从供体（donor）转移到受体（receptor）内的过程。特点：需通过细胞的直接接触。

遗传学25第五章当前第25页\共有177页\编于星期三\10点AnelectronmicrographofconjugationbetweenanF+

E.colicellandanF-cell.Thesexpiluslinkingthemisclearlyvisible.

遗传学26第五章当前第26页\共有177页\编于星期三\10点不同营养缺陷型的大肠杆菌：A菌株：Met-bio-

thr+leu+，

需加甲硫氨酸和生物素。B菌株：Met+bio+thr-leu-，

需加苏氨酸和亮氨酸。

A菌株和B菌株营养缺陷型，

不能在基本培养上生长。

AB菌株混合培养，在完全

培养基上，几小时后离心，涂

布基本培养基上，长出原养型

（Met+bio+thr+leu+）菌落。2．实例：黎德伯格和塔特姆（1946年）：遗传学27第五章当前第27页\共有177页\编于星期三\10点这种原养型细胞如何出现？A菌株B菌株

A、B菌株分别培养在基本培养基上

一边加压和吸引使培养液充分混合

结果任何一臂的培养基上均未长出原养型细菌。∴直接接触(接合)是原养型细胞出现的必要条件。海斯（HayesW.,1952）证明：接合过程是一种单向

转移，A菌株遗传物质

B菌株，从供体（donor）到受体（receptor）。滤片大分子可通过，细菌不能通过U型管的实验（Davis，1950）遗传学28第五章当前第28页\共有177页\编于星期三\10点⑴．F因子：致育因子（性因子），是一种附加体。

携带F因子的菌株称为供体菌或雄性，用F＋表示。未携带F因子的菌株为受体菌或雌性，用F－表示。㈠、F因子及F＋向F－的转移：⑵．F因子的组成：

染色体外遗传物质，环状DNA；

40~60个蛋白质基因；

2~4个/细胞(雄性内)。遗传学29第五章当前第29页\共有177页\编于星期三\10点⑶．F因子的三种状态：

以大肠杆菌为例：①．没有F因子，即F－；

②．一个自主状态F因子，即F＋；

③．一个整合到自己染色体内的F因子，即Hfr。遗传学30第五章当前第30页\共有177页\编于星期三\10点⑷．自主状态时

F因子独立进行分裂。

遗传学31第五章当前第31页\共有177页\编于星期三\10点⑸．F因子的传递：

带F因子的细菌较少。具有F因子的菌株可以作为供体。

∵

F因子中有形成F性伞毛（Fpilus）的基因接合管

F＋

细胞中的F因子由接合管向F－传递

F－受体变成F＋。

F＋×F－：先形成接合管，

F因子的DNA边转移边复制，

F－细胞

F＋细胞。遗传学32第五章当前第32页\共有177页\编于星期三\10点ConjugationofE.coli遗传学33第五章当前第33页\共有177页\编于星期三\10点遗传学34第五章当前第34页\共有177页\编于星期三\10点Ffactorintegration遗传学35第五章当前第35页\共有177页\编于星期三\10点在Hfr×F－结合时，细菌染色体由一小段单链的F因子为前导而转移到F-受体

边进入边合成。一般仅小部分细菌染色体能够转入，接合中断

受体细胞为F－，F因子仍留在供体内。

F因子整合到细菌染色体上（F＋Hfr细胞），其繁殖与细菌染色体同步进行。

此时，细菌基因的重组频率增加

4倍

以上，

∴染色体上整合有F因子的菌株，

称为Hfr菌株。Hfr×F－㈡、Hfr细胞的形成及染色体的转移：遗传学36第五章当前第36页\共有177页\编于星期三\10点附加体（episome):

将既可以存在于染色体之外作为一个独立的复制子，也可以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称为附加体。遗传学37第五章当前第37页\共有177页\编于星期三\10点SummaryofthevariouseventsthattakeplaceintheconjugationalcycleofE.coli.

遗传学38第五章当前第38页\共有177页\编于星期三\10点遗传学39第五章当前第39页\共有177页\编于星期三\10点Crossoverbetweenexogenoteandendogenoteinamerozygote.(a)Themerozygote.(b)Asinglecrossover.(c)doublecrossover.遗传学40第五章当前第40页\共有177页\编于星期三\10点降解单交换双交换受体内基因子供体外基因子部分二倍体：

当F＋或Hfr的细菌染色体进入F－后，在一个短时期内，F－细胞内的某些位点就会成为二倍体DNA。cb+a+c+ba部分二倍体中发生交换:

单数交换：打开环状染色体，产生一个线性染色体，这种

细胞是不能成活的。

偶数交换：产生可遗传的重组体和片段。遗传学41第五章当前第41页\共有177页\编于星期三\10点F因子与高频重组品系：F因子（FfactororFelement)——性因子（sexfactor)

致育因子（fertilityfactor)F因子是一种环状的DNA分子，具有赋予中性细菌以性别的性质。F因子相对分子量为3.5×106,全长约为6×104个bp，约为大肠杆菌环状染色体全长的2%。遗传学42第五章当前第42页\共有177页\编于星期三\10点ConversionofF+toanHfr

遗传学43第五章当前第43页\共有177页\编于星期三\10点ConversionofanHfrbacteriumtoF’

遗传学44第五章当前第44页\共有177页\编于星期三\10点低频重组（lowfrequencyrecombination,Lfr)：重组率约为百万分之一；高频重组（highfrequencyrecombination,Hfr）重组频率可达10-2遗传学45第五章当前第45页\共有177页\编于星期三\10点Demonstrationofgeneticrecombinationbetweenbacterialcells

大肠杆菌重组遗传学46第五章当前第46页\共有177页\编于星期三\10点细菌重组的特点：1.异宗配合；2.DNA传递是单方向的；3.所传递的基因都是连锁在一起的；4.偶数次交换有效，奇数次交换无效；5.只产生一种重组子。遗传学47第五章当前第47页\共有177页\编于星期三\10点三、中断杂交与重组做图中断杂交实验（interruptedmatingexperiment）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细菌的接合过程，以此来研究细菌接合过程中基因转移方式，分析受体细菌基因型的实验方法。遗传学48第五章当前第48页\共有177页\编于星期三\10点

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

遗传学49第五章当前第49页\共有177页\编于星期三\10点实例：Hfr菌株：苏氨酸(thr+)、亮氨酸

(leu+)、抗叠氮化物(azir)、抗T1噬菌体(tonr)、半乳糖

(gal

b+)、乳糖(lac+)。F-菌株：thr-、leu-、azis、tons、

galb-、lac-型。①．8分钟时：thr+进入F-细胞；

8.5分钟时：leu+进入F-细胞；②．9分钟时：出现叠氮化物抗性

的菌落，少数azir基因进入F-细胞；③．11分钟时：出现抗噬菌体T1的

F-细菌；④．18和25分钟时：分别出现乳糖

和半乳糖发酵基因，即lac+和

gal

b+进入F-细胞。88.591118遗传学50第五章当前第50页\共有177页\编于星期三\10点①．重组体中各标志基因进入F-细胞中时间不同，达到最高水平的时间也不同；②．随时间的推迟，某个基因的重组率增加；一定程度后，重组率便不再增加。如：10’tonr首次出现，

15’时

40%、25’后80%。∴Hfr中基因是按一定的线性顺序依次进入F-菌株的。

遗传学51第五章当前第51页\共有177页\编于星期三\10点

thr

leu

azi

ton

lac

gal

FO

8

8.5

9

11

18

25

时间(分钟)

以基因出现的时间为标准

作出E.coli的遗传连锁图。遗传学52第五章当前第52页\共有177页\编于星期三\10点TheprogressivetransferduringconjugationofvariousgenesfromaspecificHfrstrainofE.colitoanF-strain.遗传学53第五章当前第53页\共有177页\编于星期三\10点Atimemapofthegenesstudiedintheexperimentdepictedinlastpicture遗传学54第五章当前第54页\共有177页\编于星期三\10点例题：用一种大肠杆菌的不同Hfr菌株进行中断杂交实验，作出连锁图，其基因向F-细胞转移的顺序不同。───────────────────────────Hfr类型

原点基因转移顺序───────────────────────────

HfrH

O

thr

pro

lac

pur

gal

his

gly

thi

1

O

thr

thi

gly

his

gal

pur

lac

pro

2

O

pro

thr

thi

gly

his

gal

pur

lac

3

O

pur

lac

pro

thr

thi

gly

his

gal

AB312

O

thi

thr

pro

lac

gur

gal

his

gly───────────────────────────

转移的顺序是不是随机？例如：thrthigly

。遗传学55第五章当前第55页\共有177页\编于星期三\10点Hfr1和HfrAB312菌系的中断杂交试验及其连锁图：开始开始结束结束遗传学56第五章当前第56页\共有177页\编于星期三\10点差异：不同Hfr菌株转移的原点(O)和转移方向不同。进一步说明F因子和细菌染色体都是环状。

遗传学57第五章当前第57页\共有177页\编于星期三\10点遗传学58第五章当前第58页\共有177页\编于星期三\10点例：现有5个Hfr品系的DNA转移到Fˉ细菌中去的基因顺序如下：Hfr品系转移顺序

BKARMDLQEOC3OEQLDNMCOEQLDNRAKBN请画出基因转移顺序及各品系转移方向。遗传学59第五章当前第59页\共有177页\编于星期三\10点大肠杆菌的Hfr菌株与营养缺陷型的F-菌株杂交，利用中断杂交实验得到以下实验结果：供体的基因不同的Hfr品系及进入的时间（分钟）（1）试用上述结果建立一个大肠杆菌的染色体图（以分钟表示距离）。（2）在图上标出菌株中F因子插入的位置和方向。遗传学60第五章当前第60页\共有177页\编于星期三\10点

重组作图：

两基因转移时间间距＜2分钟时，中断杂交法的图距不够精确，应采用传统的重组作图法。

例：二个基因紧密连锁:

lac-（乳糖不发酵）

ade-（腺嘌呤缺陷型）完全培养基混合培养完全培养基（无腺嘌呤、加链霉素）

F-ade+lac+

未发生交换F-ade+lac-基因间发生交换Hfrlac+ade+（strs）×F-lac-ade-（strr）F-ade+菌落

加乳糖遗传学61第五章当前第61页\共有177页\编于星期三\10点基因间重组频率：

两个位点间的时间约为1分钟，约相当于20%的重组值。遗传学62第五章当前第62页\共有177页\编于星期三\10点四、F’因子与性导F’因子（F’—factor）：带有细菌基因的环状F因子。性导（sexduction或F’—duction）：利用F’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。遗传学63第五章当前第63页\共有177页\编于星期三\10点

性导：指接合时由F'

因子所携带的外源DNA整合到细菌染色体的过程。

F因子整合过程：可逆：发生环出时，F因子又可重新离开染色体。整合环出遗传学64第五章当前第64页\共有177页\编于星期三\10点Adelberg和Burns(1959)：

F因子偶尔在环出时不够准确，会携带出染色体上的一些基因，这种因子称为F'

因子。

F'

因子携带染色体的节段大小：从一个标准基因到半个细菌染色体。遗传学65第五章当前第65页\共有177页\编于星期三\10点

F’因子使细菌带有某些突出的特点：⑴．F'

因子转移基因频率极高，如同F+因子转移频率；⑵．F'

因子自然整合率极高，并且整合在一定的座位上。∵携带与细菌染色体一样的同源区段；而正常

F因子可在不同座位整合。遗传学66第五章当前第66页\共有177页\编于星期三\10点雅科和阿代尔伯格发现：

特殊的Hfr菌株能把lac+等位基因高频率地转移到Flac-受体中。∵①．lac基因位于远端，中断杂交实验中只有1/1000重组率；

②．由F'

携带lac+基因进入受体后可在lac位点上形成部分二倍体F'

lac+/lac-。遗传学67第五章当前第67页\共有177页\编于星期三\10点性导在大肠杆菌遗传研究中的作用：①．分离出大量F'

因子（每个F'

因子携带有不同大肠杆菌基因）

利用不同基因在一起的并发性导的频率来作图；②．通过性导产生部分二倍体

确定等位基因位置、显隐性关系；③.性导形成的部分二倍体可用作互补测验确定两个突变类型是否属于同一个基因。遗传学68第五章当前第68页\共有177页\编于星期三\10点并发性导(co-sexduction):

是建立遗传图的另一手段，两个位点必须密切相连才能处在同一个F'

因子上。

获得两个位点间重组率

每个片段的连锁群。性导作图法与转导作图法相同。遗传学69第五章当前第69页\共有177页\编于星期三\10点五、转化与转导作图转化（transformation):游离的外源DNA片段进入到受体细菌细胞内，使受体细菌细胞的遗传物质与外源DNA发生重组，产生各种类型重组子的过程。转化子（transformant）：细菌细胞经过转化所形成的各种重组子。遗传学70第五章当前第70页\共有177页\编于星期三\10点

在一般情况下，大约只有1%的受体细胞可吸收外源DNA，并发生遗传转化。转化频率低的主要原因在于：1.DNA只有在受体细胞细胞壁的特殊受体部位才能进入受体细胞；2.外源DNA进入受体细胞需要有酶或蛋白质分子以及能量等因素的协同作用。外源DNA只有在酶促旺盛的受体部位才能进入受体细胞。遗传学71第五章当前第71页\共有177页\编于星期三\10点转化过程：1.双链DNA分子与细胞表面受体部位进行可逆性结合；2.供体DNA进入受体细胞，并可防止受DNA酶的破坏；3.供体DNA解链成为单链结构，其中一条被降解；4.未被降解的DNA单链与受体细胞进行同源重组；5.形成各种重组子。遗传学72第五章当前第72页\共有177页\编于星期三\10点遗传学73第五章当前第73页\共有177页\编于星期三\10点

进行转化作图应首先确定同时进行转化的基因是否具有连锁关系，依据在于：在较低的浓度范围内，转化频率与转化DNA的浓度呈正比。1.如果A与B是连锁的，当DNA浓度下降时，A、B同时转化频率下降和A或B转化频率下降程度相同；2.如果A、B不连锁，当DNA浓度下降时，则AB转化频率下降远远超过A或B转化频率下降的程度。遗传学74第五章当前第74页\共有177页\编于星期三\10点感受态细胞（competencecell）：能接受外源DNA分子并被转化的细菌细胞被称为感受态细胞（competencecell）。感受态因子（competencefactor）：促进转化作用的酶或蛋白质分子被称为感受态因子（competencefactor）。遗传学75第五章当前第75页\共有177页\编于星期三\10点以枯草杆菌进行实验，供体基因型：trp2+his2+tyr1+受体基因型：trp2-his2-tyr1-实验结果：座位转化体类别trp2+---+++his2++-+--+

tyr

1+++--+-

11940366068541826001071180遗传学76第五章当前第76页\共有177页\编于星期三\10点解题思路：1.首先确定三基因是否连锁；2.如果连锁，三基因位置关系如何；3.确定重组类型，计算重组值。遗传学77第五章当前第77页\共有177页\编于星期三\10点转导（transduction）：以噬菌体为载体把遗传信息从一个细菌细胞转移到另一个细菌细胞，并实现遗传物质的重新组合的过程被称为转导。普遍性转导：在转导过程中，细菌细胞内的遗传物质有同等机会转移到受体细菌细胞内的情况叫普遍性转导。遗传学78第五章当前第78页\共有177页\编于星期三\10点

1.

概念：指以噬菌体为媒介进行的细菌遗传物质重组，是细菌遗传物质传递和交换方式之一。

2.

特点：

以噬菌体为媒介

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个受体细胞内。

∵

感染细菌的能力决定于噬菌体的

蛋白质外壳。转导（transduction）：遗传学79第五章当前第79页\共有177页\编于星期三\10点3.

例如：

黎德伯格与津德（1951）发现鼠伤寒沙门氏菌中转导现象。

⑴.将两个沙门氏菌的营养缺陷型进行杂交：

phe-

trp-

tyr-

met+

his+

×

phe+

trp+

tyr+

met-

his-

↓混合培养在基本培养基发现原养型的菌落

频率为1/105

遗传学80第五章当前第80页\共有177页\编于星期三\10点⑵.

产生上述结果的原因:

①.是否属于恢复突变?

高频率出现不可能是回复突变。

②.是否属于接合、性导?

戴维斯U型管试验(防止细胞直接接触)

结果也获得野生型

重组体，排除由于接合或性导而产生基因重组可能性。

③.是否属于转化?

结果表现为不受DNA酶的影响，排除了由于DNA片断通过滤片

经转化实现基因重组可能性。⑶.

唯一可能的结论是：这种重组通过一种过滤性因子实现。这种过滤性因子称为FA，不受DNA酶的影响。FA为噬菌体P22（溶源性）。遗传学81第五章当前第81页\共有177页\编于星期三\10点㈠、普遍性转导：转导颗粒同源重组错误包装(1/1000机率)转导颗粒：把细菌染色体片段包装在噬菌体蛋白质外壳内而产生

的假噬菌体（不包含噬菌体的遗传物质）。１.作用：可转导细菌染色体组的任何部分。遗传学82第五章当前第82页\共有177页\编于星期三\10点

以普遍性转导噬菌体P1为例，测定大肠杆菌的leu（亮氨酸合成)、

thr（苏氨酸合成）、

azi(叠氮化钠抗性）三个基因的顺序。2．测定细菌基因间的连锁关系：噬菌体P1大肠杆菌leu+、thr+、azi+

P1后代含转导颗粒大肠杆菌leu-、thr-、azi-

侵染侵染释放遗传学83第五章当前第83页\共有177页\编于星期三\10点基本培养基2azi，leu+整合thr+细菌生长azir与azis个数leu+与leu–个数受体菌特定培养（接上图）基本培养基1azi，thr+整合leu+细菌可生长azir与azis个数

thr+与thr–个数基本培养基3aziLeu+thr+细菌生长azir与azis个数遗传学84第五章当前第84页\共有177页\编于星期三\10点三个位点之间的连锁关系：实验1：

2种可能排列：

azi

leu

thr

leu

azi

thr实验2：肯定三个基因的顺序是：

azi

leu

thr实验3：

证明这一顺序，因为leu+和thr+片段之间从未携带有azir。

每个选择的标记基因进行多次试验：

实验选择的标记基因未选择的标记基因频率

1

leu+

50%azir2%thr+

2

thr+

3%leu+0%azir

3

leu+thr+

0%azir

遗传学85第五章当前第85页\共有177页\编于星期三\10点

P1侵染带leu+thr+aziRE.coli用转导颗粒P1再侵染带leu-thr-azis

E.coli

将受体细菌特定培养：培养在一种可选择1-2个标记基因而不选择其余标记基因的培养基上

例如：0azi+thr培养基，leu为标记基因因为：只有leu+才生长，leu-不生长

thr可能为thr+/thr-azi可能为aziR/aziS

遗传学86第五章当前第86页\共有177页\编于星期三\10点

用P1噬菌体普遍性转导测定大肠杆菌基因间的连锁关系实验选择的标记基因未选择的标记基因

1

leu+50%aziR2%thr+

2thr+3%leu+0%aziR

3leu+thr+0%aziR

遗传学87第五章当前第87页\共有177页\编于星期三\10点实验1说明leu和azi相近

leu和thr则远

leuazithr──┴───┴───┴─azileuthr

或

──┴──┴───┴─

实验2说明leu比azi更接近thrazileuthr

──┴───┴────┴──

实验3说明这个顺序是正确的，因为leu+thr+片段从未携带有aziR

这也说明了转导片段的大小。在

thr和leu之间的DNA长度已接近于这个片段大小的极限

遗传学88第五章当前第88页\共有177页\编于星期三\10点共转导（cotransduction）：两个或两个以上基因同时转导的现象被称为共转导。例如:以基因型为ABC的细菌转导基因型为abc的细菌细胞，转导完毕后，将受体细胞转移到不含A的培养基上，只有具有A基因的受体细胞可以生存，然后再将这些菌落分别接种到不含B、C的培养基中，测得A与B和A与C的共转导频率，以得到三基因的顺序关系：遗传学89第五章当前第89页\共有177页\编于星期三\10点如果转导子类型中以AbC最少，则基因顺序为：abc;如果转导子类型中以ABc最少,则基因顺序为：acb或bca。可用单基因转导型所有转导型表示二基因的连锁程度。遗传学90第五章当前第90页\共有177页\编于星期三\10点一个非溶源性菌株带a+和b+基因受到噬菌体的感染，然后用新的噬茵体感染一带ab基因的溶源性细菌菌株，实验结果如下：8ab+和7a+b，585a+b+，问a和b连锁吗?如果连锁，计算a和b的连锁强度。遗传学91第五章当前第91页\共有177页\编于星期三\10点本实验是一个共转导实验，在转导子中，a+b+的共转导频率=585/(585+8+7)×100%=97.5%由于共转导频率非常高，所以a与b基因为连锁基因。利用普遍性转导进行两点或三点转导实验作图，需筛选出一个供体标记的转导子，即通过转导而能表达外基因子的受体细胞，再分析其他供体标记的存在状况。如从一供体为a+b+

转导给a–b–

受体，转导会产生a+b–、a–b+

和a+b+

转导子，若选择a+

转导子作为供体标记，则a–b间重组率为：RFab=(a+b–)∕[(a+b–)+(a+b+)]×100%；若选择b+转导子作为供体标记，则a–b间重组率为：RFab=(a–b+)∕[(a–b+)+(a+b+)]×100%。所以，如果选择a+

转导子作为供体标记，则此时a–b间重组率为：1.18%；若选择b+

转导子作为供体标记，则a–b间重组率为：1.34%。遗传学92第五章当前第92页\共有177页\编于星期三\10点E.Singer,J.Beckwith,S.Brenner用大肠杆菌trpA+supC+pyrF+供体细胞和trpA-supC-pyrF-受体细胞进行三因子转导杂交实验其结果如下：1C+A+F+362C+A+F-1143C+A-F+04C+A-F-453C-A并发转导率=（36+114）/603=0.25A-F并发转导率=36/603=0.06CAF遗传学93第五章当前第93页\共有177页\编于星期三\10点d=L(1-)d:同一染色体上两基因之间的距离；L：转导DNA的平均长度；X：两个基因共转导的频率。遗传学94第五章当前第94页\共有177页\编于星期三\10点通过共转导关系求出两基因之间的物理距离：由以上公式可知：转导DNA的平均长度约为１个病毒基因组的大小；通过试验测知两个基因的合转导频率，就可估算出两个基因间的物理距离。遗传学95第五章当前第95页\共有177页\编于星期三\10点

噬菌体染色体长度/um碱基对/bpT2，T454.0162000T539.0117000P2213.751900T712.537500遗传学96第五章当前第96页\共有177页\编于星期三\10点(二）局限性转导（restrictedtransduction)

专一性转导（specializedtransduction)

噬菌体只把细菌基因组中特定部分基因整合到自己的DNA中，并转移给受体细菌的过程。局限性转导必须以温和型噬菌体为媒介，并大多在溶源性细菌品系之间进行。遗传学97第五章当前第97页\共有177页\编于星期三\10点遗传学98第五章当前第98页\共有177页\编于星期三\10点遗传学99第五章当前第99页\共有177页\编于星期三\10点遗传学100第五章当前第100页\共有177页\编于星期三\10点不正常的环出：

携带出部分

细菌染色体区段

的噬菌体，又叫

特殊性转导颗粒。

裂解起始：

正常环出。溶源起始：

在染色体的特定位点整合。㈡、特殊性转导：由温和噬菌体进行的转导。遗传学101第五章当前第101页\共有177页\编于星期三\10点重组性转导：

再次整合：

导致溶源性转导。特点：转导仅限于靠近原噬菌体附着点的基因。遗传学102第五章当前第102页\共有177页\编于星期三\10点

以λ噬菌体为例：λdgal颗粒形成过程：遗传学103第五章当前第103页\共有177页\编于星期三\10点噬菌体的侵入，导致重组性转导。遗传学104第五章当前第104页\共有177页\编于星期三\10点普遍性转导局限性转导1.噬菌体的遗传物质不直噬菌体的遗传物质直接参与转导过程接参与转导过程2.细菌可为溶源性细菌细菌为溶源性细菌和非溶源性细菌3.转导基因具有随机性转导基因为紧邻细菌附着位点两边的基因遗传学105第五章当前第105页\共有177页\编于星期三\10点

应用中断杂交技术、重组作图、转化和转导相结合细菌非常详细的染色体连锁图谱。

1963年，E.coli已定位近100个基因(右图)；

1990年，定位基因已超过1400个；

1997年完成全部测序：4639221对碱基，其功能基因已基本了解。遗传学106第五章当前第106页\共有177页\编于星期三\10点1963年E.Coli遗传图。图距单位是分钟遗传学107第五章当前第107页\共有177页\编于星期三\10点应用中断杂交技术、重组作图、转化和转导相结合的方法已经得到细菌的非常详细的染色体图

遗传学108第五章当前第108页\共有177页\编于星期三\10点总结：大肠杆菌遗传物质传递的方式有：无丝均等分裂接合生殖（在部分二倍体中进行遗传物质重组）转化转导性导遗传学109第五章当前第109页\共有177页\编于星期三\10点遗传学110第五章当前第110页\共有177页\编于星期三\10点第三节噬菌体的遗传与做图T4bacteriophageInfluenzaAAvirusisasimplereplicatingstructuremadeupnucleicacid(linearorcircular)surroundedbyaproteincoat.DoublestrandedDNAvirus,SinglestrandedDNAvirus,DoublestrandedRNAvirus,SinglestrandedRNAvirus.

遗传学111第五章当前第111页\共有177页\编于星期三\10点1.结构简单：

蛋白质外壳、核酸、某些碳水化合物、脂肪等。2.多样性的原因：外壳的蛋白质种类、染色体类型和结构。3.两大类：

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。一、噬菌体的结构：T4噬菌体从大肠杆菌中释放遗传学112第五章当前第112页\共有177页\编于星期三\10点㈠、烈性噬菌体：

1.

结构大同小异，外貌一般呈蝌蚪状：头部：双链DNA分子的染色体；

T偶列噬菌体

颈部：中空的针状结构及外鞘；

尾部：由基板、尾针和尾丝组成。遗传学113第五章当前第113页\共有177页\编于星期三\10点2.

T偶列噬菌体的侵染过程（如T4噬菌体）：

尾丝固定于大肠杆菌，遗传物质注入

破坏寄主细胞遗传物质

合成噬菌体遗传物质和蛋白质

组装许多新的子噬菌体

溶菌酶裂解细菌

释放出大量噬菌体。T4噬菌体侵染大肠杆菌的生活周期遗传学114第五章当前第114页\共有177页\编于星期三\10点㈡、温和性噬菌体：例如λ和P1噬菌体，λ和P1各代表一种略有不同的溶源性类型。λ噬菌体结构遗传学115第五章当前第115页\共有177页\编于星期三\10点

①.λ噬菌体：噬菌体侵入后，细菌不裂解

附在E.coli染色体上的gal和bio位点间的attλ座位上

整合到细菌染色体，并能阻止其它λ噬菌体的超数感染。λ噬菌体特定位点的整合1.溶源性噬菌体的生活周期：遗传学116第五章当前第116页\共有177页\编于星期三\10点②.P1噬菌体：

不整合到细菌的染色体上，而是独立存在于细胞质内。遗传学117第五章当前第117页\共有177页\编于星期三\10点裂解途径溶源途径o

原噬菌体：整合到宿主基因组中的噬菌体。仅少数基因活动，表达出阻碍物关闭其它基因。原噬菌体经诱导可转变为烈性噬菌体

裂解途径。遗传学118第五章当前第118页\共有177页\编于星期三\10点2.

P1和λ噬菌体的特性：①．P1和λ各代表不同的溶源性类型：

P1噬菌体：侵入后并不整合到细菌的染色体上，独立存在于细胞质内；

λ噬菌体：通过交换整合到细菌染色体上。②．溶源性细菌分裂

两个子细胞：

P1噬菌体复制则使每个子细胞中至少含有一个拷贝；

λ噬菌体随细胞染色体复制而复制，细胞中有一个拷贝。③．共同特点：核酸既不大量复制，也不大量转录和翻译。遗传学119第五章当前第119页\共有177页\编于星期三\10点P1和λ噬菌体的生活周期特性遗传学120第五章当前第120页\共有177页\编于星期三\10点1.

噬菌体遗传性状分为两类：

形成的噬菌斑形状：

指噬菌斑大小、边缘清晰度、透明程度。

寄主范围：指噬菌体感染和裂解的菌株范围。二、T2噬菌体的基因重组与作图：遗传学121第五章当前第121页\共有177页\编于星期三\10点①.

正常噬菌体r

+：

噬菌斑小而边缘模糊。

r

–突变体（rapidlysis，速溶性）：

噬菌斑大而边缘清楚。②.

寄主范围突变体：

指能克服噬菌体抗性的突变体。

例：T2h+噬菌体：只侵染大肠杆菌B株

半透明噬菌斑。

T2h

–突变株：能利用B株和B/2株

透明噬菌斑。2．T2噬菌体的研究最为广泛：

T2phage遗传学122第五章当前第122页\共有177页\编于星期三\10点

h

–和h+均能感染B株

可用T2两个亲本h

–r+和h+r

–同时感染B株。

h

–r+(透明，小)×h+r

–

(半透明，大)

↓同时感染

B菌株

获得噬菌体子代

亲本型：h

–r+，

h+r

–

重组型：h

–r

–，

h+r+E.coliB株③．双重感染：遗传学123第五章当前第123页\共有177页\编于星期三\10点

将亲本型和重组型混合子代

↓感染混合有B和B/2菌株的培养基

↓h

–r+(亲)：噬菌斑透明、小，边缘模糊h+r

–

(亲)：噬菌斑半透明、大，边缘清楚h

–r

–

(重组)：噬菌斑透明、小，边缘清楚h+r+(重组)：噬菌斑半透明、小，边缘模糊④．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%去掉%即可作为图距。h+r

-遗传学124第五章当前第124页\共有177页\编于星期三\10点⑤．不同速溶菌的突变型在表现型上不同，可分别写成ra、rb、

rc等，用rx–h+×rx+h

–获得试验结果列于下表：杂交组合各基因型（%）重组值

r-h+

r+h-

r+h+

r-h-

rah+×ra+h-

34.0

42.0

12.0

12.0

24.0/100=24%

rbh+×rb+h-

32.0

56.0

5.9

6.412.3/100.3=12.3%

rch+×rc+h-

39.0

59.0

0.7

0.9

1.6/99.6=1.6%

分别作出ra、rb、rc与h的三个连锁图:遗传学125第五章当前第125页\共有177页\编于星期三\10点再做杂交：rcrb+

×

rc+rb

↓结果表明:rc–

rb的重组值

>rb–

h

∴

h位于rb及rc之间，排列顺序

rc–

h–

rb。由于T2噬菌体的连锁图是环状的，所以2、3排列都对。四种可能的基因排列连锁图:1

2

3

4hrcrarb遗传学126第五章当前第126页\共有177页\编于星期三\10点三、噬菌体的基因重组与作图：

凯泽（Kaiser

A.

D.,

1955）最先进行λ噬菌体的重组作图试验。紫外线照射处理

获5个噬菌体突变系，产生不同噬菌斑：

s系：小噬菌斑；

mi系：微小噬菌斑；

c系：完全清亮的噬菌斑；

co1系：中央环之外部分表现清亮的噬菌斑；

co2系：更浓密的中央环噬菌斑。遗传学127第五章当前第127页\共有177页\编于星期三\10点凯泽利用λ噬菌体sco1mi与噬菌体+++进行杂交作图：遗传图谱遗传学128第五章当前第128页\共有177页\编于星期三\10点四、T4噬菌体突变型的三点测验：小噬菌斑（m）快速溶菌（r）混浊溶菌（tu）mrtu346769.6%+++3729m++5209.6%+rtu474mr+85317.6%++tu963m+tu1623.2%+r+172合计10340遗传学129第五章当前第129页\共有177页\编于星期三\10点mrtu

12.8

20.827.2+2×3.2遗传学130第五章当前第130页\共有177页\编于星期三\10点

五、φX174突变型三点测交：亲本：amAtsC+X++amB遗传学131第五章当前第131页\共有177页\编于星期三\10点两点和三点测交结果显示：每个基因都与它两侧的基因连锁由此证明：基因组为一环状分子。遗传学132第五章当前第132页\共有177页\编于星期三\10点噬菌体杂交的特点：1.噬菌体在杂交中，每个亲代对子代所提供的遗传贡献取决于感染细菌时每种亲代噬菌体的相对数量；2.噬菌体的基因重组是发生在噬菌体DNA的复制之后，在一个细菌细胞中已经是亲本基因组的群体；3.噬菌体不同基因型之间可以发生多次交换；4.噬菌体的基因重组频率可以随着宿主细胞裂解时间的延长而增加。遗传学133第五章当前第133页\共有177页\编于星期三\10点噬菌体基因重组杂交时应注意问题：1.控制每种亲代噬菌体基因型的投放量；2.控制许可发生复制和重组的时间。遗传学134第五章当前第134页\共有177页\编于星期三\10点六、拟等位基因（pseudoallele)

紧密连锁的功能性等位基因，但不是结构性的等位基因。顺反位置效应（cis-transpositioneffects):

由于排列方式不同而表型不同的现象被称为顺反位置效应。遗传学135第五章当前第135页\共有177页\编于星期三\10点拟等位基因的发现证明了：基因的可分性基因的可分性：即基因内有大量的突变子和重组子。遗传学136第五章当前第136页\共有177页\编于星期三\10点七、Benzer的重组实验(recombinationtest)S.Benzer利用T4噬菌体的两个突变体的基因结构分析证明了基因的可分性。S.Benzer所用T4的rⅡ突变是遗传研究中所用的第一个条件致死突变型。其作用为使所侵染细胞迅速裂解形成大的噬菌斑。遗传学137第五章当前第137页\共有177页\编于星期三\10点类型不同大肠杆菌菌斑平板上表型BK(λ)S野生型小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑rⅠ大噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑rⅡ大噬菌斑无噬菌斑（致死）小噬菌斑rⅢ大噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑T4野生型和几种突变型的区别遗传学138第五章当前第138页\共有177页\编于星期三\10点实验材料：大肠杆菌T4的rⅡ47、rⅡ104基因大肠杆菌B和K(λ)菌株实验方法：rⅡ47、rⅡ104共感染

↓

大肠杆菌B菌株↓菌液A、B

遗传学139第五章当前第139页\共有177页\编于星期三\10点

菌液A↓

大肠杆菌B菌株↓rⅡ47++rⅡ104rⅡ47rⅡ104++计数:n遗传学140第五章当前第140页\共有177页\编于星期三\10点B↓

大肠杆菌K(λ)