微生物作为遗传研究材料的优越性 作为遗传研究材料具有独特优势，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。 世代周期短，繁殖世代所需时间短； 易于操作管理和进行化学分析(纯培养与代谢产物 累积)； 便于研究基因的突变(表现与选择)； 便于研究基因的作用(突变型生长条件与基因作用 )； 便于研究基因的重组(重组群体大、选择方法简便 有效)； 遗传物质比较简单，可作为研究高等生物的简单 模型； 在研究基因结构、功能与表达调控时更为简便。 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。第六节 细菌的遗传分析二、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(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； 进行平板涂布（ 或混合倒平板）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。(二) 建立纯系的方法纯培养(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)。 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)，也可 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。 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。 该方法原理与选择培养法一致，但是采用 影印法将在完全培养基上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。细菌的基因组 nucleoid(+plasmid)1 结构: P107环状双链DNA，单倍性，以折叠或螺旋 状态存在；2 大小：长约25035000m(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 。Plasmid p108-109图7-3 大肠杆菌染色体的基本结构图解细菌的突变型(一)合成代谢功能的突变型 anabolic functional mutants:营养缺陷型，auxotroph, X- (二)分解代谢功能的突变型： catabolic functional mutants:lac-等 (三)抗性突变型 resistant mutants1 抗药性突变型:青霉素: penr, pens 链霉素: strr, strs penicillin Streptomycin 抗性: resistance 敏感: sensitive， susceptive 2 抗噬菌体突变型T1噬菌体 Tonr Tons T2噬菌体 Ttor TtosT6噬菌体 Tsxr Tsxs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.CMMMSM影印实验（replica plating ） Joshua Lederberg sex factor, 性因子) 。 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。图 F因子的结构图 F因子的整合F因子状态与遗传物质转移特点F factorF因子状态与遗传物质转移特点不能进行 极少转移 因子,大量 转移细菌基 因。转移因 子，还转 移细菌个 别基因。因子状态 游离 整合菌株类型 + F fr - 菌株性别 杂交类型 + - F - fr - - - 传递特点 只转移因子不转移细菌基因。F+ F-(1)F纤毛(F pili) 由纤毛 素(pilin)蛋白构成，接 合管仅使细胞初步接 触； (2)转移启动 转移起始 区(transfer origin, Ori T) ,滚环复制； (3)单链转移，复制，或 重组。Hfr F-(1)F整合后呈线状 ； (2)转移起点0riT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。 （4）重组子仍为F-高频重组菌株P125异源双 链三 细菌基因重组的特点 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 )P85内基因子:P85外基因子:P85 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 .5-36中断杂交与重组作图一、中断杂交实验原理 1中断杂交实验 Hfr thr+ leu+ azir tonr lac+ gal+ strsF- 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 接合中断接合杀死Hfr检查基因作图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-的, B：离原点愈近的基因进入-愈早,出现在-中的比例愈大 ,反之,则愈小.3 中断杂交作图: 指在HfrF-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-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) azi Ton lac gal F0 9 11 18 25min大肠杆菌基因组很大（全部转移需要100分钟），其遗传图谱须用多株F因子整合在不同位置的Hfr菌才能完成。1)不同的Hfr品系转移的起始基因是不同的;说明：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-; 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. P85 图 5-35 thr lac his galpurthipro2glyHfrH331215 E.coli的染色体呈环状三、重组作图 (难点) 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-; 杂交、选择、统计重组体Hfr lac+ ade+ strs F- lac- ade- strr 选择培养基 加str,无ade -ade+strr 伊红美兰培养基 紫红色菌落ade+ lac+ 粉红色菌落ade+ lac-B: lac+ ade+ A:lac+ ade+ C: lac+ ade+ F- lac+ ade+ 亲组合 52 F- lac- ade+ 重组合 153 计算重组体重组值=重组菌落数/总菌落数100% =(lac- ade+)/(lac+ ade+ )+(lac- ade+) 100% = 15/(52+15) 100% 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 E.coli染色体全长：100分钟；含有：4.6 106bp20 100 2000 cM1cM 2000bpF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: 指利用因子将供体菌的基因导入受体形成 部分二倍体的过程。F F- F + F 图7-12 F因子的起源和部分二倍体的形成 （仿自Griffiths，2005） F和F因子不同： F品系转变成Hfr品系的频率要高于F品系 F变成Hfr时F因子整合到同一（所带基因 的同源）位点上，而F变成Hfr时可整合到不 同位点； FF 时可高频传递特定的基因，形成部分 二倍体。而FF要么产生F但不转移任何 基因，要么以107将宿主的基因按顺序转入受 体，但受体仍为F。所转移的基因是不同的 。 性导: 指利用因子将供体菌的基因导入受体形成 部分二倍体的过程。F F- F + F 1 性导的特点:只能转移因子插入位点附近的基 因。2 性导在遗传分析中的应用：(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.P88：四种菌株总结 杂交关系Donor recipientdefective phage Generalized transduction Restricted transduction转导（transduction）与作图Lerderberg and Zinder LT22（P22溶原） phe - trp - tyr - his + LT2 （P22敏感） phe +trp + tyr +his 结果：在MM上以10-5频率出现原养 型菌株。 两亲本菌株分别置于U型管的两臂 时，在LT22的一边出现了原养型菌 株（与接合不同）。 进一步实验证明在两个菌株间传递 遗传物质的是沙门菌的一种温和噬 菌体P22。LT2LT22prototroph普遍性转导噬菌体的形成 噬菌体的头部误包装了细菌的染色体片段（ 大小相似的），形成转导噬菌体，即： 噬菌体头部+供体菌的染色体片段 或称为：完全缺陷噬菌体，假噬菌体。P1包装不严格，其中约有1/100的宿主片段可能会被 错误地包装到噬菌体中，称为“偷渡” 。图7-15 普遍性转导病毒颗粒的形成与受体细菌被转导的结果Generlized transductionAbortive transduction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 两点法基因顺序的确定 杂交测定三个共转率: 例：P1供体 thr+ leu+ azir 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）三因子转导作图选择thr+转导子选择leu+转导子(2)中间位点法 供体菌：supC+