第十章細菌和病毒的遺傳

第十章細菌和病毒的遺傳細菌屬于原核生物，不進行典型的有絲分裂和減數(shù)分裂，因此，其染色體傳遞和重組方式與真核生物不盡相同。病毒甚至不進行分裂，它在宿主細胞內(nèi)以集團形式產(chǎn)生。

細菌和病毒的遺傳分析對整個遺傳學，特別是對于分子遺傳學的發(fā)展具有重大作用。

第一節(jié)細菌和病毒的特點一、細菌的特點及培養(yǎng)技術(shù)（P204）

所有細菌都是單細胞，大約12μm長，0.5μm寬。

大腸桿菌(E.coli)在細菌遺傳學研究中應用十分廣泛,其染色體為一條環(huán)狀的裸露DNA分子（主染色體）。其細胞里通常還具有一個或多個小的染色體-質(zhì)粒。細菌的增殖方式細菌一般進行無性繁殖，通過簡單的裂殖呈幾何級數(shù)增長；細菌繁殖迅速，一般20min分裂一次；單細胞在較短時間內(nèi)可產(chǎn)生107個子細胞，并聚集在一起，形成肉眼可見的菌落；一個菌落又稱為克?。╟lone)。細菌的研究方法平板培養(yǎng)（培養(yǎng)細菌）影印培養(yǎng)法（鑒定細菌的突變類型）107二、病毒的特點及種類（P207）病毒的特點：主要由一個蛋白質(zhì)外殼和包裹在中間的一條單一的核酸分子。病毒的種類按宿主分類：動物病毒、植物病毒、細菌病毒（噬菌體）；按遺傳物質(zhì)分類：DNA病毒、RNA病毒三、細菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性(P207)

繁殖周期短；易于管理和化學分析；遺傳物質(zhì)簡單；研究基因的突變和重組；可用作研究高等生物的簡單模型；便于遺傳操作；存在擬有性過程；擬有性過程:

細菌可以通過轉(zhuǎn)化、接合、性導和轉(zhuǎn)導來獲得外源DNA，并通過交換而形成重組體。一、噬菌體的結(jié)構(gòu)（P208）結(jié)構(gòu)簡單：基本上是由一個蛋白質(zhì)外殼和其中包含的核酸組成的。

第二節(jié)噬菌體的遺傳分析根據(jù)噬菌體DNA在宿主細菌內(nèi)的特點分為兩大類：

①烈性噬菌體：T噬菌體系列(T1-T7)；

②溫和性噬菌體:

P1和λ噬菌體。T4噬菌體侵染大腸桿菌的生活周期

（一）烈性噬菌體（二）溫和性噬菌體

溫和性噬菌體具有溶原性的生活周期，即在噬菌體侵入后，細菌并不裂解，以兩種形式出現(xiàn)，如λ和P1λ，形成原噬菌體二、噬菌體的基因重組與作圖(P210)

1.噬菌體的遺傳性狀分為兩類：

噬菌斑形狀：指噬菌斑大小、透明程度、邊緣清晰度。

寄主范圍：指噬菌體感染和裂解的菌株范圍。

2.T2噬菌體

①正常噬菌體r+

：噬菌斑小而邊緣模糊。

突變體r-：噬菌斑大而邊緣清楚。

②正常噬菌體h+

：侵染大腸桿菌B株；突變株h-

：侵染B株和B/2株。在同時有B株和B/2株的培養(yǎng)基上h+:半透明噬菌斑h-:透明噬菌斑

噬菌體子代

h-r+×h+r-同時感染B菌株（雙重感染）

感染混合有B和B/2菌株的培養(yǎng)基噬菌斑透明、小：

h-r+(親本型)

噬菌斑半透明、大：

h+r-(親本型)

噬菌斑透明、大：

h-r-(重組型)

噬菌斑半透明、?。?/p>

h+r+(重組型)重組值計算：

重組值=重組噬菌斑數(shù)/總噬菌斑數(shù)×100%=[(h+r++h-r-)/(h+r-+h-r++h+r++h-r-)]×100%

不同速溶性噬菌體的突變型在表現(xiàn)型上不同，可分別寫成ra-

、rb-

、rb-、rd-等.四種噬菌斑數(shù)及重組值雜交組合每種基因型的%重組值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%分別作出ra、rb、rc與h的連鎖圖

ra24

hrb12.3

hrc

1.6h

rarbrch

rarbhrc

rarchrb

rahrcrb

為了確定基因排列順序，可先只考慮rb、rc及h來確定是rchrb還是hrcrb。為此作：

rb+rc-×rb-rc+↓

重組值約14%

可知h應位于rb及rc之間，又因為T2噬菌體的連鎖圖是環(huán)狀的

三、λ噬菌體的基因重組與作圖(P156)

9.92第三節(jié)細菌的遺傳分析一、轉(zhuǎn)化

(transformation)

(P224)

某些細菌（或其他生物）能通過其細胞膜攝取周圍供體的染色體片段，并將這些外源DNA通過重組參入到自已染色體組的過程

。(一)Griffith,F.肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗1.基礎知識野生型肺炎鏈球菌菌落為光滑型，一種突變型為粗糙型，兩者根本差異在于莢膜形成；莢膜菌落毒性類型光滑型S發(fā)達光滑有I,II,III粗糙型R無粗糙無I,II2.Griffith轉(zhuǎn)化研究(1928)3.Avery等的轉(zhuǎn)化實驗(1944)(一)轉(zhuǎn)化的機制1.供體DNA與受體細菌之間的最初相互作用供體DNA：≥800bp,雙鏈；受體細菌細胞：處于感受態(tài)

存在的供體DNA分子數(shù)目感受態(tài)：細胞的DNA合成剛剛完成，而蛋白質(zhì)合成仍處于活躍的狀態(tài)。2.轉(zhuǎn)化過程結(jié)合穿入聯(lián)會整合

(二）轉(zhuǎn)化和基因重組作圖

黎德伯格等用枯草桿菌進行轉(zhuǎn)化和重組試驗：

并發(fā)轉(zhuǎn)化：當轉(zhuǎn)化供體片段上兩個基因緊密連鎖時，它們就有較多的機會同時被轉(zhuǎn)化，并同時整合到受體細胞染色體上。（P215）trp2+his2+（供體）×trp2

his2（受體）

↓

重組型數(shù)Trp2-his2重組值=×100%

親型數(shù)+重組型數(shù)3660親二、接合(P215)是指原核生物的遺傳物質(zhì)從供體轉(zhuǎn)移到受體內(nèi)、并通過交換而發(fā)生重組的過程。(一)E.coli的雜交試驗(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：將A、B混和，在基本培養(yǎng)基(固體)上涂布培養(yǎng)。3、結(jié)果：平板上長出原養(yǎng)型菌落(met+bio+thr+leu+)。單基因回復突變的頻率約為10-6；雙基因回復突變的頻率則為10-12，頻率很低。但試驗中產(chǎn)生原養(yǎng)型菌落產(chǎn)生的頻率非常高，因此基本可以排除回復突變的可能。（1）回復突變4、幾種可能解釋及其分析（2）轉(zhuǎn)化作用Lederbery和Tatum曾把品系A的培養(yǎng)液經(jīng)加熱滅菌，加入到B品系的培養(yǎng)物中，未得到原養(yǎng)型菌落；表明原養(yǎng)型菌落可能不是由轉(zhuǎn)化作用產(chǎn)生。戴維斯(Dawis,1950)的U型管試驗(結(jié)果沒有得到原養(yǎng)型細菌)；實驗結(jié)論：細胞直接接觸是原養(yǎng)型細菌產(chǎn)生的必要條件。（3）經(jīng)過上述分析可以認為：在Lederbery和Tatum及其它類似試驗中，發(fā)生了一種不同于轉(zhuǎn)化的遺傳重組方式，稱之為接合。（4）Hayes(1952)研究表明：大腸桿菌兩種不同菌株(品系)接合過程中遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移是單向的；從而認為大腸桿菌存在兩種類型品系：雌性與雄性分別作為接合過程中遺傳物質(zhì)的供體與受體。(二)接合的遺傳機制1.F因子：

Hayes等發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌在接合中作供體的能力受細胞內(nèi)一種致育因子(F因子)控制。F因子的化學本質(zhì)是DNA，可以自主狀態(tài)存在于細胞質(zhì)中或整合到細菌的染色體上。F因子可以在細菌細胞間進行轉(zhuǎn)移并傳遞遺傳物質(zhì)。F因子的存在狀態(tài)2.

F+向F-的轉(zhuǎn)移（

F+×

F-）5’↓

F+→F+

F-→F+3.Hfr

×

F-受體細胞常常只接受部分的供體染色體，這些染色體稱為供體外基因子，而受體的完整染色體則稱為受體內(nèi)基因子，這樣的細菌稱為部分二倍體或部分合子、半合子㈢、中斷雜交試驗及染色體連鎖圖

為了證明接合時遺傳物質(zhì)從供體到受體細胞的轉(zhuǎn)移是直線式進行的，Jacob和Wollman在五十年代設計了一個著名的中斷雜交試驗。

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

每隔一定時間取樣，放在食物攪拌器內(nèi)攪拌培養(yǎng)在含str的完全培養(yǎng)基上，Hfr被殺死用影印培養(yǎng)法測試形成的F-菌落的基因型，確定每個基因轉(zhuǎn)入F-的順序（時間）根據(jù)基因轉(zhuǎn)入F-的時間，進行細菌染色體作圖

①．8分鐘：thr+進入F-細胞；

8.5分鐘：leu+進入F-細胞；②．9分鐘：出現(xiàn)疊氮化物抗性的菌落，azir基因進入F-③．11分鐘：出現(xiàn)抗噬菌體T1的F-；④．18和25分鐘：分別出現(xiàn)乳糖和半乳糖發(fā)酵基因，即lac+和gal+進入F-細胞。8.5minHfr類型原點基因轉(zhuǎn)移順序HfrHOthr

pro

lac

pur

gal

his

gly

thi１O(jiān)thr

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如果兩個基因間的轉(zhuǎn)移時間小于2分鐘，用中斷雜交法所得的圖距不太可靠，應采用傳統(tǒng)的重組作圖法。

lac-ade+

重組頻率=×100%=22%lac+ade++lac-ade+這兩個位點間的時間單位約為1分鐘→20%重組值

（四）、重組作圖三、性導(P223)F’因子：F因子整合到宿主細胞染色體的過程是可逆的；當發(fā)生環(huán)出時，F(xiàn)因子又重新離開染色體；F因子偶然在環(huán)出時不夠準確，它攜帶有細菌染色體片段的F因子稱為～（P236）。性導：指接合時由F’因子所攜帶的外源DNA轉(zhuǎn)移到細菌染色體的過程（P235）。四、轉(zhuǎn)導（P224）

以噬菌體為媒介所進行的細菌遺傳物質(zhì)重組的過程。材料(鼠傷寒氏菌)：A株:phe-trp-tyr-met+his+;B株:phe+trp+tyr+met-his-;方法：將A、B混和，在基本培養(yǎng)基(固體)上涂布培養(yǎng)。結(jié)果：平板上長出原養(yǎng)型菌落(phe+trp+tyr+met+his+)。鼠傷寒氏菌的雜交試驗(Lederbey和Einder)結(jié)果：可以得到野生型。說明：不是細胞接合，而是