遗传学教材 07第七章　微生物遗传配套课件

第七章

微生物遗传

第一节

细菌和病毒遗传研究的意义

一、细菌的生物学特征二、病毒的生物学特征三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性四、细菌和病毒的拟有性过程＊五、细菌遗传的实验研究方法＊一、细菌的生物学特征细菌是单细胞生物，完成每个世代只需20min，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，而且从进化角度上也是异常成功的，因为它占据地球上大部分的生物干重。研究细菌遗传的方法：主要是对细菌菌落形态的遗传研究(如图，霉菌菌落)霉菌菌落大肠杆菌一、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。菌落形态性状的突变包括：菌落的形状、颜色和大小等。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。抗性突变包括：抗药性或抗感染性。细菌菌落的表现型：原养型（野生型）形态性状：菌落形状、颜色、大小突变型生理特性营养缺陷型抗性-抗药或抗感染

为了测定所发生的突变，Lederberg设计了影印培养法

一、细菌的生物学特征二、病毒的生物学特征病毒是比细菌更为简单的生物：

只有一条染色体，即单倍体。

有些病毒染色体是DNA，还有一些病毒是RNA。病毒主要是由蛋白质外壳及其包被的核酸所组成的颗粒。病毒可根据宿主(动物、植物、细菌)或遗传物质(DNA或RNA)来分类。细菌病毒(Bacterialphage)，称为噬菌体(phage)(如图)，是目前经过广泛研究，了解比较清楚的一种病毒。噬菌体噬菌体噬菌体1．世代周期短

大肠杆菌(E.Coli)20min可繁殖一代。2．便于管理和生化分析

个体小，一般在1μm至几μm之间，因一支试管可以储存数以百万计的细菌和病毒，操作管理方便。3．便于研究基因突变

裸露的DNA分子(有的病毒为RNA分子)，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，突变均能表现出来。三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性

（细菌和病毒是遗传学研究的好材料）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．便于基因重组研究

细菌具有转化、转导和接合作用，利用这些特性可以进行精密的遗传学分析。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，基因定位、结构分析及其分离易于进行，基因的表达调控也适于用生理生化的方法进行深入的研究。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。细菌和病毒遗传研究的现实意义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同时：微生物的应用领域日益扩大、成就突出(微生物工程)在遗传工程(包括动植物)中，作为重要研究材料、工具，也具有决定性作用四、细菌和病毒的拟有性过程真核、原核生物生殖/遗传真核：有性生殖的遗传重组原核：不存在严格意义上的有性生殖过程细菌的遗传体系细菌染色体寄生性复制因子

如噬菌体、质粒(核外/染色体外因子)，可在细胞间传递重组体形成细菌染色体与核外因子可形成类似真核生物的重组体结构拟有性过程引起细菌、病毒间遗传转移与重组的过程是细菌、病毒作为真核生物的模型研究遗传重组和基因结构的重要前提四、细菌和病毒的拟有性过程细菌和病毒没有真核生物配子进行融合的有性过程，但遗传物质也能从一个细胞传递到另一细胞，形成重组体。细菌获取外源遗传物质的方式：

转化，接合，转导和性导。

当细菌被一个以上的病毒粒子侵染，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，它们之间可以发生遗传物质的部分交换(重组)。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细菌和噬菌体的染色体图。

五、细菌遗传的实验研究方法(一)细胞计数(培养物细胞浓度)(二)建立纯系的方法(三)选择培养法鉴定突变型与重组型(四)突变型与重组型的批量筛选方法细菌培养(一)细胞计数(培养物细胞浓度)培养物中微生物计数方法是微生物学的基本实验技术，其基本思路是：对原培养物进行连续稀释；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；根据稀释倍数计算原培养物中的细胞浓度。细胞计数(培养物细胞浓度)(二)建立纯系的方法——纯培养挑取由单个细胞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纯系。通常采用平板表面涂布法或划线法可以获得单菌落。这种方法获得的纯系，称为“菌种纯”。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。采用这种方法获得的纯系称为“菌株纯”。建立纯系的方法——纯培养Resultsoftheserialdilutiontechniqueandsubsequentcultureofbacteria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)。(三)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条件有关。营养缺陷型的筛选、鉴定：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原养型(也称为原生营养型)与营养缺陷型(在基本培养基上不能正常生长，只能在相应的营养培养基上生长)。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。其它突变类型的筛选、鉴定：对于其它的突变类型(如温度敏感型)，可以通过培养条件的选择培养来筛选与鉴定。(四)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行多次试验才能够达到目的、效率太低。(缺点)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影印培养法（黎德伯格等设计）。该方法原理与选择培养法一致，但是采用影印法将完全培养基上的单菌落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，鉴定效率大大提高。影印培养法影印培养法(四)突变型与重组型的批量筛选方法注意：(1)最初的培养基必须是非选择性的，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法，以使培养物菌落之间要分开。第二节

噬菌体的遗传分析一、噬菌体的结构（一）烈性噬菌体（二）温和噬菌体二、T2噬菌体的基因重组与作图三、λ噬菌体的基因重组与作图

遗传学上应用较广泛的是大肠杆菌的T偶数系列噬菌体（T1-T7）。它们的外貌都象蝌蚪状(如图)。T偶数系列噬菌体具有六角形的头部，其内部含有双链DNA分子，尾部包括一个中空的针状结构及外鞘。末端是基板，由尾丝及尾针组成。噬菌体(大肠杆菌的T偶数系列噬菌体)烈性噬菌体T偶数系列噬菌体的尾丝附着在大肠杆菌表面时，通过尾鞘的收缩将噬菌体DNA经中空尾部注入寄主细胞，破坏寄主细胞的遗传物质，并合成大量的噬菌体DNA和蛋白质，组成许多新的子噬菌体，最后使细菌裂解，释放出无数个子噬菌体。所以这样的T偶数系列噬菌体称为烈性噬菌体。烈性噬菌体二、T2噬菌体的基因重组

烈性噬菌体烈性噬菌体二、T2噬菌体的基因重组烈性噬菌体

二、T2噬菌体的基因重组

烈性噬菌体二、T2噬菌体的基因重组烈性噬菌体二、T2噬菌体的基因重组烈性噬菌体二、T2噬菌体的基因重组烈性噬菌体二、T2噬菌体的基因重组烈性噬菌体二、T2噬菌体的基因重组烈性噬菌体二、T2噬菌体的基因重组（二）温和噬菌体（溶源性细菌）温和噬菌体侵入细菌后，细菌并不裂解，即它们有溶源性的生活周期。例如λ和P1噬菌体可代表略有不同的溶原性类型。λ噬菌体附着在大肠杆菌染色体的gal和bio位点之间的attλ座位上，它能通过交换而整合到细菌染色体上，整合的噬菌体称为原噬菌体。（二）温和噬菌体（溶源性细菌）受感染（浸染）细菌的特征：（1）具有特异程度很高的免疫性。（2）可被各种条件（紫外线、丝裂霉素C等）诱导释放噬菌体。原噬菌体存在的形式λ噬菌体的溶原周期浸染整合附着位点(attB/attP)原噬菌体(prophage)溶原细菌溶原周期裂解自发裂解诱发裂解（二）温和噬菌体（溶源性细菌）P1噬菌体不整合到细菌的染色体上，而是独立地存在大肠杆菌的细胞内。λ和P1噬菌体共同特点是核酸既不大量的复制，也不大量的转录和翻译。这类噬菌体往往只有一个或少数基因表达，由此产生的阻遏物能关闭其他基因的表达。当溶源性细菌分裂成两个子细胞时，噬菌体λ随细菌染色体的复制而复制，每个子细胞中有一个拷贝。（二）温和噬菌体（溶源性细菌）噬菌体P1的复制则使每个子细胞中至少含一个拷贝。原噬菌体通过诱导(induction)可转变为烈性噬菌体。诱导可通过不同方式进行，如UV照射、温度改变、与非溶源性细菌接合等。这类诱导可造成阻遏物失活或稀释，使其他噬菌体基因表达，促使噬菌体繁殖并进入裂解周期。三、λ噬菌体的基因重组与作图三、λ噬菌体的基因重组与作图

P213表10-4一、转化(transformation)(一)细菌转化实验

(二)转化过程*(三)共同转化与遗传图谱绘制第三节

细菌的遗传分析(一)细菌转化实验1.基础知识野生型肺炎双球菌(Strep-tococcuspneumoniae)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；荚膜的主要成分是多糖，具特殊的抗原性；不同抗原型是遗传的、稳定的，一般情况下不发生突变。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(格里菲思)转化研究(1928)Griffith对其试验结论及发展根据上述研究结果Griffith认为：(有毒)死细菌中的某种物质转移到(无毒)活细菌中，并使之具有毒性，导致小家鼠死亡。他将这种细菌遗传类型的转变称为转化，并将引起转化的物质称为转化因子(tranformingprinciple)。但是当时的化学与生化分析技术还无法鉴定杀死细菌中的成分，因而不知转化因子为何物。以后一些研究者重复上述试验，并且加入了体外培养试验，即：将加热杀死的SIII细菌与无毒RII细菌混合培养，然后注入小家鼠体内，同样导致家鼠死亡。表明：细菌在培养条件下也能够实现遗传类型间的定向转化。1944年，美国的生物学家艾弗里、麻克里奥和麦卡第合作，在格里菲思的肺炎双球菌转化实验的基础上进行了细致的工作。把有毒型细菌（S型）杀死，磨碎它们的死细胞，提出了5种成分:多糖、脂质、蛋白质、RNA和DNA。它们都是性质各不相同的有机物。这些成分提出来以后，分别加进培养活的无毒型细菌（R型）的试管里。经过一段时间的培养，从各试管里取出细菌的样品，进行观察。3.阿维利(Avery艾弗里)等的转化实验(1944)3.阿维利(Avery艾弗里)等的转化实验(1944)3.阿维利(Avery艾弗里)等的转化实验(1944)实验结论实验结果表明：来源于加热杀死的SIII细菌，并使RII细菌转化成为SIII型细菌的转化因子是DNA。在这一认识的基础上，将转化定义为：某一基因型的细胞从周围介质中吸收来自另一基因型的DNA而使它的基因型和表现型发生相应变化的现象。Avery等人的实验也表明：决定细菌遗传类型的物质是DNA，即证明了DNA就是遗传物质。但由于采用的实验方法当时不被人们广泛接受，而且得出的结论与当时人们的传统观念(认为蛋白质是遗传物质)不符合，长期没有得到人们的承认。(二)转化过程转化是指某些细菌(或其他生物)能通过其细胞膜摄取周围供体的染色体片段，并将此外源DNA通过重组参入到自己染色体组的过程。

细菌中的大部分的转化工作是用下面三种细菌完成的：肺炎双球菌，枯草杆菌和流感嗜血杆菌。转化主要分为二个步骤进行。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，但是它们都存在几个共同特征，即：(二)转化过程共同特征：1.感受态与感受态因子：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。感受态主要受一类蛋白质(感受态因子)影响，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，可以使后者变为感受态。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诱导或加强感受态，以大肠杆菌为例，用Ca2+处理对数生长后期的大肠杆菌可以增强其感受能力。(二)转化过程2.供体(donor)DNA与受体(receptor)细胞结合(binding)：结合发生在受体细胞特定部位(结合点)；对供体DNA片段有一定要求；结合过程是一个可逆过程。供体DNA与受体细胞间的最初相互作用：

转化的第一步是使转化DNA与受体细菌间的成功地相互作用，这包括：转化片段的大小、形态、浓度和受体细胞的生理状态。除此之外，受体细胞必须在生理上处于感受态。这种感受态只能发生在细菌生长周期的某一时间范围内，在感受态内，活跃合成的蛋白质的细菌细胞壁多少发生改变而易于接受转化DNA。

(二)转化过程3.转化DNA的摄取和整合

当细菌结合点饱和之后，细菌开始摄取外源DNA；细菌中的转化，包括供体DNA的结合与穿入，联会和整合。

a、结合与穿入当细菌处于感受态时，外源双链DNA分子可结合在受体细胞表面的接受座位上。细菌在摄取外源DNA时，由DNA移位酶降解其中一条链，并利用降解这条链产生的能量，将另一条链拉进细胞中。

b、联会(synapsis)

供体单链DNA片段一旦进入细胞，按各个位点的不同与其相应的受体DNA片段联会。

c、整合(integration)

整合就是指单链的转化DNA与受体DNA对应位点的置换，从而稳定地掺入到受体DNA中的过程。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。细菌转化过程细菌转化过程(三)共同转化与遗传图谱绘制利用共同转化绘制细菌连锁遗传图谱的基本原理：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，发生共同转化的频率越高，反之越低。因此可能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。转化与遗传图谱按照概率定律，两个片段同时转化的概率应为它们单独转化的概率的乘积，所以这种情况的概率是很低的。当两个基因紧密连锁时，它们就有较多的机会包括在同一个DNA片段中，并同时整合到受体染色体中。因此，紧密连锁的基因可以通过转化进行作图。例如，黎德伯格等人用枯草杆菌作了如下实验，即以trp2+his2+tyr1+为供体，以trp2-

his2-

tyr1-

为受体进行转化，结果如表7-4。转化与遗传图谱可以看出，trp2、his2和tyr1是连锁的，其中his2和tyr1连锁紧密，这是因为它们并发转化的频率最高。根据重组值计算结果，可知trp2-his2的重组值为0.34%，trp2-tyr1的重组值为0.40%，his2-tyr1的重组值为0.13%，因此，trp2、his2及tyr1的排列顺序为：单交换时，染色体开环易降解，故不存在单交换类型；只有双交换和偶数的多交换才有效的。二、接合

(细菌的杂交)(一)接合现象的发现和证实

(二)F因子及其在杂交中的行为*(三)中断杂交试验作图

(四)重组作图在原核生物中，接合是指遗传物质从供体（雄性）转移到受体（雌性）的过程。(一)接合现象的发现和证实黎德伯格(Lederberg)和塔特姆(Tatum)大肠杆菌杂交试验：材料：大肠杆菌(Escherichiacoli)K12菌株的两个营养缺陷型品系：A：甲硫氨酸缺陷型met-和生物素缺陷型bio-；B：苏氨酸缺陷型thr-和亮氨酸缺陷型leu-。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(++++)。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：亲本细菌A或B发生了回复突变；两品系细胞通过培养基交换养料——互养作用；两品系间发生了转化作用；发生细胞融合，形成了异核体或杂合二倍体。为了验证这些原养型菌落产生的可能而进行的研究最终表明：这些解释均不成立。回复突变可能的排除Lederbery和Tatum利用的双营养缺陷型菌株进行试验，已基本排除A或B品系发生回复突变产生原养型细菌的可能。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。互养作用及其排除试验材料：A品系：A-B+T1S(met-bio-thr+leu+T1S)；B品系：A+B-T1R(met+bio+thr-leu-T1R)。试验方法：将A、B品系混合接种在基本培养基表面；短时间后喷T1杀死A品系，使其不能持续产生thr与leu供B品系持续生长。结果与结论：仍然出现原养型菌落。从而表明互养并非原养型菌落出现的原因，而可能发生了遗传重组。转化作用及其排除把品系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。异核体和杂合二倍体的可能性出现原养型菌落的另一种可能是：细胞融合产生异核体或双杂合二倍体，类似二倍体生物的杂合体可产生原养型菌落异核体指由于细胞融合而在细胞内含有遗传组成不同的两个或多个细胞核双杂合二倍体则是异核体进一步发生核融合，形成二倍体细胞核，核内含有两种遗传物质但细菌为单倍配子体生物，异核体和二倍体只能暂时存在，继续培养将发生分离对试验中得到的原养型菌落后代研究表明：后代没有出现预期的性状分离现象接合现象的发现和证实经过上述分析可以认为：在Lederbery和Tatum的试验中，发生了一种不同于转化的遗传重组方式，称之为接合。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。接合(conjugation)：遗传物质从供体(donor)转移到受体(receptor)的重组过程。(一)接合现象的发现和证实戴维斯设计了U型管的实验来鉴别这种原养型的出现是由于转化还是由于细胞与细胞直接接触而发生了遗传物质交换和重组。在U型管中，左右两臂分别放入A菌株和B菌株的液体培养物，底部中间用滤片把A、B培养物机械地隔开，滤片的孔很小，可以使大分子可以自由通过，但细菌不能透过。从U型管一臂轮流用加压和吸引的办法使培养液和大分子相互混合，待两臂的细胞在U型管完全培养液中停止生长后，将它们分别涂布在基本培养基上，在任何一臂内都没有出现原养型细菌。这说明两个菌株间的直接接触，是原养型细胞出现的必要条件。(一)接合现象的发现和证实(二)F因子及其在杂交中的行为1.F因子：Hayes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致育因子(fertilityfactor,F因子;sexfactor,性因子)控制。携带F因子的菌株称供体菌或雄性，用F+表示，没有F因子的菌株称为雌性，用F-表示。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。(二)F因子及其在杂交中的行为F因子的存在状态以大肠杆菌为例，F因子能够以三种状态存在：没有F因子，即F-；包含一个自由状态的F因子，即F+；包含一个整合到自己染色体组内的F因子，即Hfr(如图)。F因子的存在状态F因子的存在状态具有F因子的菌株可作为供体，因为F因子中有控制F性伞毛(Fpillus)形成的基因。F性伞毛是由供体细胞表面伸出的一种长附属物，当供体与受体细胞相互接合，F性伞毛就成了两个细胞之间原生质的通道，或叫接合管(conjugationtube)。F+细胞的F因子由接合管向F-传递，使F–受体变成F+。接合现象性伞毛/接合管

2.F因子及其在杂交中的行为当F+细菌和F-细菌接合时(F+×F-)，F因子的新拷贝能在接合过程中转移到F-细胞中去，使F-细胞转变成F+细胞，在接合管形成后，FDNA双链之一被切断，从断端转移到F-细胞，在那里发生DNA复制。当F因子复制完成后，F-变成F+

。F+细菌和F-细菌接合2.F因子及其在杂交中的行为当Hfr×F-接合时，F-细菌很少转变成Hfr，这是因为当Hfr与F-接合时，整合的FDNA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F因子作为前导转移到F-受体，一边进入一边合成，在大多数情况下，只有一小部分细菌染色体转移，接合即出现中断，受体细胞仍保持为F-，因为F因子仍留在供体内。Hfr和F-接合2.F因子及其在杂交中的行为当F+或Hfr的细菌染色体进入F-后，在一个短时期内，F-细胞中对某些位点来说总有一段二倍体的DNA。这样的细菌称为部分二倍体或部分合子。新染色体的DNA称为供体外基因子，而宿主的染色体则称为受体内基因子，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，这种细胞不能成活，只有发生偶数的交换，才能产生遗传的重组体和片段。(图，动画)5’2.F因子及其在杂交中的行为(三)用中断杂交试验作染色体连锁图雅各布(Jacob，F)和沃尔曼(Wollman，E.)在五十年代设计了一个著名的中断杂交试验(interruptedmatingexperiment)，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Hfr菌株与F-菌株混合在一起进行杂交培养。Hfr菌株的基因型是：thr+leu+aziStonSlac+gal+strsF-

菌株的基因型是：thr-leu-aziRtonRlac-gal-strR这里，thr、leu、lac、gal分别代表苏氨酸、亮氨酸、乳糖和半乳糖，+代表原养型或发酵型，-代表营养缺陷型或不发酵型；azi和tonA分别代表叠氮化纳和T1噬菌体；Str表示链霉素，r代表抗性，s代表敏感。每隔一定时间取样，把菌液放在食物搅拌器内搅拌，以中断杂交。经过稀释，接种到含有链霉素的完全培养基上，这样将杀死所有Hfr细胞，然后对形成菌落的F-细胞用影印培养法测试其基因型，以便确定每个基因转移到F-细胞的时间(如图)。(三)用中断杂交试验作染色体连锁图(三)中断杂交试验作图中断杂交试验作图结果表明，thr+最先进入F-细胞，接合8分钟后便出现了重组体，leu+随后半分钟出现，aziS在9分钟时出现等等。在被选择的thr+leu+的重组体中，其它的供体基因接连出现，不同的基因经过一定时间就上升到一个稳定的水平。中断杂交试验作图*(三)、中断杂交试验作图(三)用中断杂交试验作染色体连锁图上图表示利用这个方法所获得的结果，混合9分钟后取样时，开始出现少量对叠氮化物有抗性的菌落，说明抗叠氮化物的基因此时已进入F-细胞中，但对T1噬菌体来说，全部F-细胞还属于敏感型，说明tonA基因还没有进入F-细胞中。混合11分钟后，才开始出现抗噬菌体T1的F-细菌。混合18分钟和24分钟取样时，又分别出现乳糖发酵和半乳糖发酵的基因。这说明Hfr菌株的基因是按一定的线性顺序依次进入F-菌株，也就是说，染色体从原点开始以直线方式进入F-细胞的。中断杂交试验作图在检查F-细胞是否得到thr+，可用不加thr而含str、leu的培养基，在这里，只有thr+strR才能生长，能长的细胞就是供体thr+已经进入受体并发生了重组的细胞。试验结果列于表7-5

P165。(三)用中断杂交试验作染色体连锁图上述事实说明，Hfr菌株的基因是按一定的线性顺序依次进入F–菌株的，染色体从原点以直线方式进入F–细胞。基因位点离原点愈近，进入F–细胞愈早，反之则晚。根据中断杂交的实验，以Hfr基因在F-细胞中出现的时间为标准，可以作出大肠杆菌的连锁遗传图。(三)用中断杂交试验作染色体连锁图用不同的Hfr菌株进行中断杂交实验所作出的大肠杆菌基因连锁图，其基因进入F-细胞的转移的顺序不大相同。这个实验进一步说明F因子和细菌染色体都是环状的，而Hfr细胞染色体的形成，则因F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(如图)。中断杂交试验作图初看起来，似乎每个菌株的基因转移顺序有所不同。其实，转移的顺序并不是随机的。例如，所有的his基因都有gal在一边，gly在另一边。其他基因也是如此，除非它们在连锁群的另一端。这个实验进一步说明F因子和细菌染色体都是环状的，而Hfr细胞染色体的形成，则因F因子插入环状染色体的不同位置，而形成了不同的转移原点和转移方向。中断杂交试验作图(四)重组作图

大肠杆菌的环状染色体图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(recombinationmapping)

。例如，有两个紧密连锁的基因lac+(乳糖发酵)和ade-(腺嘌呤缺陷型)，为了求得两个基因间的距离，可采用Hfrlac+ade+和F-lac-ade-的杂交实验。用完全培养基但不加腺嘌呤，可以选出F-ade+的菌落。由于ade进入F-细胞的顺序较lac为晚，因此只要ade进入F-细胞，lac自然也已经进入。如果选出ade+同时也是lac+（菌落紫红色），说明lac和ade间没有发生过交换。如果是lac-（菌落粉红色）P166，说明两者之间发生过交换。(四)重组作图两基因间的重组频率是22%。而这两个位点间的时间单位约为1分钟，可见1个时间单位(分钟)大约相当于20%的重组值。用重组频率与中断杂交法所测得的基因距离是大致符合的。三、性导与F因子

性导是指接合时由F因子所携带的外源DNA整合到细菌染色体的过程。F因子整合到宿主细菌染色体过程是可逆的，当发生环出(loopingout)时，F因子又重新离开染色体，然而F因子偶然环出时不够准确，它携带有大肠杆菌染色体的一些基因。阿代尔伯格和伯恩斯(Adelberg，E.和Burns，S.，1959)称这种F因子称为F因子因子。性导(sexduction)与F΄因子F因子使细菌带有某些突出的特点：第一，F因子以极高的比率转移它的基因，如同F+细菌以极高的比率转移它的F+因子一样；第二，F因子有极高的自然整合率，而且整合在一定的座位上，因为它有与细菌染色体的同源区段。

三、性导与F因子雅各布等发现一个特殊的Hfr菌株能把lac+等位基因高频率地转移到Flac-受体，F因子携带lac+基因进入受体细胞，在lac位点成为部分二倍体，Flac+/lac-，它的表现型是lac+。部分二倍体Flac+/lac-不稳定，F

因子可能丢失，产生lac-单倍体，或是在F因子和染色体间重组产生稳定的lac+。三、性导与F因子由性导产生的部分二倍体，一方面为确定等位基因显隐性关系提供了重要方法，另一方面由于分离出大量的F因子，每个F因子携带不同的大肠杆菌的基因，包括全部染色体基因，因此，并发性导是建立遗传图的另一手段，即两个位点必须密切相连才能处在同一个F因子上。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。性导(sexduction)与F΄因子性导在大肠杆菌的遗传学研究中十分有用。不同的F′因子带有不同的细菌DNA片段，利用不同的F′的性导可以测定不同基因在一起转移的频率。观察由性导形成的杂合部分二倍体中某一性状的表现，可以确定这一性状的等位基因的显隐关系。性导形成的部分二倍体也可用作互补测验，确定两个突变型是同属于一个基因还是不同基因。四、转导

［转导］是指以噬菌体为媒介所进行的细菌遗传物质的重组过程。它与上述的转化、性导、接合的主要不同之处，在于它是以噬菌体为媒介的。在这一过程中，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，并通过感染而转移到另一个受体细菌内。黎德伯格等1956年在伤寒沙门氏菌中发现了转导现象。他们用一个不能合成苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸的营养缺陷型和另一个不能合成甲硫氨酸和组氨酸的营养缺陷型杂交，结果在基本培养基上出现原养型菌落。四、转导黎德伯格将上述两种菌株分别放在戴维斯U型管的两臂内，中间用玻璃滤板隔开，以防止细胞接触，但可以允许比细菌小的物质通过(动画)，结果也获得了野生型重组体。这样确定，这种野生型重组体是通过一种过滤性因子(filterableagent，FA)实现的。以后的研究工作表明，这种过滤性因子是噬菌体P22。P22的遗传信息可以整合到宿主的染色体中。噬菌体P22可以转导沙门氏菌染色体组的任何不同的部分，因此称为［普遍性转导］P168。四、转导P22侵染细菌后，细菌染色体断裂成片段，在形成噬菌体颗粒时，偶尔错误地把细菌染色体片段包装在噬菌体蛋白质外壳内，其中并不包含有噬菌体的遗传物质，这种假噬菌体称为转导颗粒。P168由于决定噬菌体感染细菌的能力是噬菌体的外壳蛋白质，所以转导颗粒可以吸附到细菌上，并将它的内含物注入受体细菌后，形成部分二倍体，导入的基因经过重组，整合到宿主的染色体上。转导可分为普遍性转导(generalizedtransduction)和特殊性转导(specializedtransduction)两大类。

转导(transduction)普遍性转导

在噬菌体感染的末期，细菌染色体被断裂成许多小片段，在形成噬菌体颗粒时，少数噬菌体将细菌的DNA误认做是它们自己的DNA，并以其外壳蛋白将其包围，从而形成转导噬菌体。由于可以转导细菌染色体组的任何不同部分，因此称为普遍性转导。这种假噬菌体称为转导颗粒(transducingparticle)。转导颗粒既然不携带噬菌体基因，对受体细菌就没有有害的影响。当转导颗粒将它的内含物注入受体细菌后，形成一个部分二倍体，导入的基因经过重组，整合到宿主的染色体上。由此形成的具有重组遗传结构的细菌细胞叫做转导体(transductant)。两个基因同在一起转导称为合转导(cotransduction)，合转导的频率愈高，表明两个基因在染色体上的距离愈近，连锁愈密切；相反，如果两个基因的合转导频率很低，就说明它们之间距离较远。通过观察两因子转导(two-factortransduction)，计算并比较每两个基因之间的合转导频率，就可以确定三个基因或三个以上基因在染色体上的排列顺序。例如a基因和b基因的合转导频率很高，和c基因的合转导频率也很高，而b和c很少或完全不在一起转导，这三个基因的次序就应为bac。P169如果研究三因子转导(three-factortransduction)，只需分析一个实验的结果就可以推出三个基因的次序。普遍性转导例如,供体大肠杆菌具有基因型a+b+c+，受体的基因型为a-b-c-

。供体用P1噬菌体感染，P1的后代再用来感染受体细胞，然后把受体细胞接种在选择培养基上。普遍性转导如果通过中断杂交已知三个基因中的一个如a不在中间，就可对a+进行选择，即在对a+进行选择的选择培养基上，把可以生长的a+细胞选出来。然后，再把被选择的受体细胞重复接种在其他对b+或c+进行选择的选择培养基上，检查a+细胞是否同时具有b+和c+。最少的一类转导体应当代表最难于转导的情况，这种转导体是同时发生交换次数最多的一类。它的两边应为供体基因，而中间为受体基因，如正确次序为abc，就应为a+b-c+。假定由实验得到的最少的转导体类别为a+b+c-

，那么就可以确定，这三个基因的正确次序应当是acb或bca，而不是abc。普遍性转导P169如果把三个基因中每两个基因的合转导频率算出来，还可推算出三个基因之间的物理距离。若两个基因紧密连锁，就可能经常在一起转导，合转导频率将接近于1。如果两个基因从来或者几乎不包含在同一转导DNA片段中，它们的合转导频率接近于或等于0。利用这种关系可以求出同一染色体上两个基因之间的物理距离。经推导，得到以下计算公式：d=同一染色体上两基因之间的物理距离。L=转导DNA的平均长度。.X=两个基因合转导的频率。转导颗粒DNA的平均长度(约为1个病毒基因组的大小)知道后，就可以依上述公式估算出两个较近基因间的分子距离。普遍性转导P1噬菌体可以携带大肠杆菌DNA的任何部分，在分析大肠杆菌基因的连锁关系上是很有效的。例如,先利用普遍性转导噬菌体P1，侵染带有leu+、thr+、azi+三个基因的大肠杆菌，再用来自后者(供体)的P1侵染带有leu-、thr-、azi-

的三个标记基因的大肠杆菌(受体)，然后将受体细菌进行特定培养，以测定该三个基因的连锁关系。普遍性转导其方法是把受体细菌培养在一种可以选择1-2个标记基因而不选择其余标记基因的培养基上。例如，把受体细菌放在没有叠氮化钠(azi)但加有苏氨酸(thr)的基本培养基上培养，于是leu就成为选择的标记基因，因为在该培养基上只有leu+细胞才能生长。thr和azi是未选择的标记基因，因为当培养基内有thr时，其标记基因可能是thr+或thr