第五章 细菌和病毒的遗传分析

学习要点： １名词概念 质粒、 F 因子、 Hfr 、转化子、转导子、性导、 2 了解细菌染色体大小与结构； 3 细菌的突变型的类型； 4 细菌菌株的类型、接合的组合方式与重组特点； 5 中断杂交实验作图的原理与方法； 6 细菌基因重组的特点； 7 转化、转导转移遗传物质的特点与共转率作图。

第一节 细菌的细胞和染色体

一 细菌细胞 大小： 1-2 m ； 繁殖方式：二裂式均等分裂， 1 代 /20min 。二 细菌染色体 P145 表 6-1 1 结构 : 环状双链 DNA ，单倍性，以折叠或螺旋状态存在； 2 大小：长约 250-35000m( 未螺旋 ) ； 3 复制方式：着膜式复制。 分裂特点：均等分裂，无基因重组。

第二节 大肠杆菌的突变型及筛选

一 细菌作遗传研究材料的优点 1 有许多营养缺陷型 , 且易于选择和鉴定

2 生活周期短 : 繁殖快 , 积累代谢物质多；3 繁殖快 , 数量大 , 易发现和鉴定突变型； 4 结构简单 : DNA 裸露 , 单倍性 , 利于基因精 细结构和基因功能表达调控的研究

二 细菌的突变型

( 一 ) 合成代谢功能的突变型 : （营养缺陷型）( 二 ) 分解代谢功能的突变型：( 三 ) 抗药性突变型 : 青霉素 : penr, pens 链霉素 : strr, strs

penicillinStreptomycin抗性 : resistance 敏感 : sensitive

（四）抗噬菌体突变型 T1 噬菌体 Tonr Tons

T2 噬菌体 Ttor Ttos

三 突变型的筛选

例如： 营养缺陷型的筛选 : u.v 野生型细菌 完全培养基： 影印培养基本培养基： 补充培养基 ： 氨基酸类 维生素类 系列氨基酸补充培养基：赖氨酸 脯氨酸 精氨酸… .

第三节 大肠杆菌的性别

一 细菌的接合 １经典的杂交实验 1946 年 Lederberg; Tatum 图

7-1 品系 A 品系 B 基因型 : met-bio-thr+leu+thi+ X met+bio+thr-leu-

thi-

↓ ↓ ↓ 基本培养基 :

无菌落 有 10-7 无菌落

2 出现野生型菌落的可能原因： 回复突变；转化；互养； 细菌间发生了基因重组

3 转化、互养的排除— U 型管试验

无 无结论 :1: 野生型不是转化或互养产生的 ; 2: 两菌株细胞的直接接触对野生型的产生是必要的 .

菌株 A B 菌株

基本培养基

证明：细菌发生了基因重组

二 Ecoli 性别的发现

1 Hayes 的实验A: met-bio-thr+leu+thi+strs

X 加链霉素B: met+bio+thr-leu-thi-strr

↓ 基本培养基 : 出现菌落

met-bio-thr+leu+thi+

strr

X 加链霉素 met+bio+thr-leu-thi-strs ↓

无菌落出现

2 结果得出结论 : (1) Ecoli 有相当于高等生物的性别 (2) Ecoli 的遗传物质是由♂→♀单向传递的 .

♂

♀

3 F 因子的发现

１） Hayes 实验 品系 A strs ♂ ↓ 突变 品系 B strr♀ X A strS 突变型 “♂“ ↓ ↓ 加链霉素 不育 Astrr “♂” X A strs♂ ↓ 加链霉素 品系 B strr♀ X A strr♂ ↓ 重组体

(- F)

(F-)

(+F)

２） Hayes 的解释

（ 1 ）细菌是有性别的 , 细菌的性别是由性因子 (F) 决定的 , F +♂, F- ♀（ 2 ） F 因子可以自发地丢失或者得到 , F+♂ -Ｆ

+Ｆ F- ♀

（ 3 ）杂交时产生重组体 , 双亲之一必需是 F+;

F+ X F- → 重组体质 粒 : 指任何染色体以外的遗传结构。附加体 : 在细胞中或以游离状态或与染色体相结 合状态存在的遗传结构。

三 Ｆ因子与高频重组1 F 基因子的结构

２Ｆ因子的整合与切割 图 6-12 图 6-13

3 F 因子状态与遗传物质转移特点

不能进行极少转移Ｆ因子 , 大量转移细菌基因。

转移Ｆ因子，还转移细菌个别基因。

Ｆ因子状态 游离 整合

菌株类型 Ｆ + Fˊ Ｈ f r Ｆ - 菌株性别 ♂ ♀杂交类型 Ｆ +ＸＦ - FˊＸＦ - Ｈ frＸＦ - Ｆ -ＸＦ -

传递特点 只转移Ｆ 因子不转 移细菌基因。

4 高频重组菌株Ｈ fr

Hfr 的Ｆ因子转移特点 : (1)F 整合后呈线状； (2) 转移起点 0位于中间； (3)先转移 F 因子的一部分 , F 的后面部分最后转移。

四 细菌基因重组的特点

１ 部分二倍体 :指含有一个完整基因组和部分基因组的细胞 .(半合子 )P151

内基因子 :P151 外基因子 :P151２ 细菌基因重组的特点 : (1) 细菌基因重组是在部分 二倍体中进行 ; (2)只有偶数交换才产生有 活性的重组体 ; (3) 相反的重组体不出现 .

第四节 中断杂交与重组作图一 中断杂交实验作图 1 中断杂交实验 Hfr thr+ leu+ azir Tonr lac+ gal+

strs

X F- thr- leu- azis tons lac- gal- strr

选择培养基 9′ 11′ 18′ 25′ 加 str ↓ ↓ ↓ ↓

无 thr,leu

↓ ↓ ↓

影印接种 azi Ton lac gal ┆ ┆ ┆

表 6-7 Hfr 的未选择性标记基因进入 F-所需时间

转入时间 转移的 Hfr 基因 出现在 F- 中的频率（分钟） 8` thr+( 选择性标记 ) 100%8.5` leu+( 选择性标记 ) 100% 9` azir开始出现在 F- 11` tonr开始出现在 F- azir已达 30% 18` lac+ 开始出现在 F- azir达 90%， tonr达 75% 25` gal+ 开始出现在 F- azir达 95%， tonr达 80% lac+ 达 3

0%

2 中断杂交实验作图原理A ：  Hfr 染色体上的基因是从某一点开始 , 以线性 方式进入Ｆ - 的 ,B ：离原点愈近的基因进入Ｆ -愈早 , 出现在Ｆ - 中的比例愈大 ,反之 ,则愈小 .

3 中断杂交作图 : 指在 HfrXF- 杂交中 ,把接合中的细菌在不同时间取样 ,搅拌中断杂交 , 分析受体菌基因型 , 以 Hfr 基因出现在Ｆ - 中的先后为顺序 ,以转移的时间 ( 分钟 )为图距单位进行基因作图的方法 .

4 作图 ( 原点 ) aziTon lac gal F 0 9 11 18 25min

5 Ecoli 的染色体呈环状P154 表 6-4 几个Hfr 菌株的基因顺序

菌 株 转 移 顺 序HfrH Hfr1Hfr2Hfr3 312

O thr pro lac pur gal his gly thi O thr thi gly his gal pur lac pro 0 pro thr thi gly his gal pur lac 0 pur lac pro thr thi gly his gal 0 thi thr pro lac pur gal his gly

1) 不同的 Hfr 品系转移的起始基因是不同的 ; 说明：Ｆ因子可以在不同的位点插入细菌染色体 ;2) 与同一基因相邻的基因是相同的 ; 说明：不同品系细菌的基因顺序是相同的 ;3)Hfr 基因可以两个不同方向转移基因进入Ｆ -;4) 一个Hfr 转移的起始基因是另一个Hfr最后转移的基因 说明：细菌的染色体是环状的 . P153 图 6-9

thr

lac his

galpur

thi pro2

gly

HfrH

3

312

1

二 重组作图 (难点 )１ 细菌的重组作图的前提(1) 两个基因紧密连锁 ; (2) 两个基因进入受体菌的先后 ;

例：已知 lac 和 ade紧密连锁 ; lac+ 比 ade+先进入Ｆ -;２ 杂交、选择、统计重组体Hfr lac+ ade+ strs X F- lac- ade- strr

选择培养基

加 str, 无 ade Ｆ -ade+strr 伊红美兰培养基

紫红色菌落 ade+ lac+粉红色菌落 ade+ lac-

P155 图 6-11 B: lac+

ade+

A:lac+ ade+ C: lac+

ade+

F- lac+ ade+ 亲组合 52

F- lac- ade+ 重组合 15

3 计算重组体 重组值=重组菌落数 /总菌落数 X100 % =(lac- ade+)/[(lac+ ade+ )+(lac-

ade+)]X100% = 15/(52+15)X100% ≈ 20% 已知中断杂交实验该两个基因相距 1 分钟 , 重组作图与中断杂交作图的图距关系 : 1 分钟图距 ≈ 20% 重组值4 Ecoli 染色体全长： 90 分钟；含有： 3.6X106bp 20X90 ≈ 1800 cM

第五节 F` 因子与性导

一 F` 因子与 F` 菌株 F` 因子：指整合态的 F 因子从 Hfr上错误切割下来， 且带有细菌个别基因的 F 因子。 F` 菌株：指带有 F` 因子的细菌。二 性导 : P156 指利用Ｆ因子将供体菌的基因导入受体形成部 分二倍体的过程。

Hfr X F- → Hfr + F- F`X F- → F`+ F`

1 性导的特点 :只能转移Ｆ因子插入位点附近的基因。 2 性导在遗传分析中的应用： P156 4 点(1) F` 因子可自主复制；(2) 性导所形成的部分二倍体可用作测定两突变形间的互补试验；(3) 确定部分二倍体中两基因的显隐系；(4) 利用两基因的共性导率作图 .

第六节 转化与转导作图

一 细菌的转化与作图 （一）转化：指外源DNA片断不经中间媒介体直接进 入感受态细胞进行基因重组形成重组体的过程。 转化子：通过转化而形成的重组体 . （二）转化作图 1 转化作图的条件 : 2 转化基因间关系及其确定

DNA浓度下降比率

A 转化率下降比率

B 转化率下降比率

A 与 B 共转化率下降比

率

A 与 B关系

1/2 1/2 1/2 1/2 连锁1/2 1/2 1/2 1/4 不连锁

2 转化基因间重组值的计算

转化子数 ( 重组体数 ) 亲组合数 + 转化子数

例 :供体 trp2+ his2+ tyr1+trp2- his2- tyr1- P158 表 6-5 的重组值 trp2—his2 的重组值 =34% trp2—tyr1 的重组值 =40% his2—tyr1 的重组值 =13% 根据重组值作图： trp2 34 his2 13 tyr1

重组值 = = (+ -)+(- +)(+ +)+(+ -)+(- +)

二 转导与作图 ( 一 )普遍性转导与作图 1 普遍性转导： (1)普遍性转导的机制 P159 图 6-14 (2)普遍性转导特点 : 2 普遍性转导作图 (1) 作图原理 : 两基因的共转率愈大相距愈近，反之则愈远 (2 ）双因子转导作图 例如：确定 abc 三个基因在染色体上的顺序， 分别测定 a-b 、 a-c 、 b-c 的共转导率； 如果： a-b 的共导率最大， a-c较大，而 b-c 的最小， 则顺序为： b a c

(2) 两点法基因顺序的确定

(1) 杂交测定三个共转率 :例： P1→供体 thr+ leu+ azir

X 受体 thr- leu- azis

转导子基因型 共转率 leu+ azir 50 % leu+ thr+ 2 %thr+ leu+ 3 %thr+ azir 0 %

基因可能顺序 thr azi leu或 thr leu azi

基因顺序是 : thr leu azi

2 ）三因子转导作图

2 ）三因子转导作图 例： P1→供体 thr+ leu+ azir

X 受体 thr- leu- azis

各种选择性培养基 转导子基因型 共转率

P1+供体菌 受体

leu

加加 aziazi

加azi

无无thr

无 leu

无 thr

thr+ leu+ 3%

thr+ azithr+ azir 0%

leu+ azir 50%

leu+ thr+ 2%

(2) 中间位点法 供体菌： supC+ trpA+ pyrF+ X 受体菌： supC- trpA- pyrF- ↓

基因顺序是 : supC trpA pyrF

转导子 （ 1 ） supC+ trpA+ pyrF+ 36 （双交换） （ 2 ） supC+ trpA+ pyrF- 114 （双交换） （ 3 ） supC+ trpA- pyrF+ 0 （四交换） （ 4 ） supC+ trpA- pyrF- 453 （双交换）

3 ）共转率与图距

关系公式 : d( 图距 )=L(1-√x)L ：转导 DNA 的平均长度X: 两个基因的共转导频率

3

3 稳定转导与流产转导 稳定转导：指外基因子重组到受体菌基因组中的转导。 流产转导：指外基因子未重组到受体菌中的不能 稳定转导。

（二）局限性转导 １概念： 2 转导的机制 : 3 低频转导与高频转导 噬菌体 ↓ 感染供体菌→裂解液 ( 转导噬菌体 )(溶源菌 ) (10-6)

双重溶源性转导子 ↓ 裂解、感染50%转导子 ( 高频转导 )

非溶源性细菌

溶源性细菌

→溶源性转导子或重组型转导子(低频转导 )

→

（二）局限性转导１概念：只能转移细菌染色体特定部分基因的转导 . 2 局限性转导的过程 3 转导的机制 : 是因为噬菌体在细菌染色体的特定位 点上整合。 4 低频转导与高频转导 噬菌体 ↓ 感染供体菌→裂解液 ( 转导噬菌体 )→非溶源 (溶源菌 ) (10-6) 性细菌

溶源性转导子

重组性转导子

低频转导：指溶源性细菌经诱导所释放的噬菌体所 进行的转导 .

高频转导：指双重溶源转导子所进行的转导。

dgal+

↓ ↙

dgal+

dgal+

→裂解 →感染

50%转导子

50%溶源性转导子

双重溶源性转导子

10-6

裂解、感染→ 50% 转导子