第十章第十章 细菌和病毒的遗传细菌和病毒的遗传遗传学的开展与研讨资料亲密相关：遗传学的开展与研讨资料亲密相关： 性状性状遗传 植物豌豆植物豌豆 细胞胞遗传 果果蝇 分子分子遗传 细菌和病毒菌和病毒 遗传学从学从细胞程度开展到分子程度的另一胞程度开展到分子程度的另一个重要个重要缘由是由是对基因的化学和物理构造的基因的化学和物理构造的深化了解。深化了解。细菌和菌和蓝绿藻：藻： 一个一个线条状或条状或环状染色体状染色体( (单倍体构造倍体构造) )； 无典型的有无典型的有丝分裂和减数分裂；分裂和减数分裂； 染色体染色体传送和重送和重组方式与真核生物不同。方式与真核生物不同。病毒：病毒： 比比细菌更菌更简单； 在寄主在寄主细胞内以集胞内以集团方式方式产生；生； 属于只需一条染色体的属于只需一条染色体的单倍体。倍体。E. coliT4Phage第一节第一节 细菌和病毒遗传细菌和病毒遗传研讨的意义研讨的意义1.1.大小：细胞较小、长约大小：细胞较小、长约1.2um 1.2um 、宽约、宽约0.5um0.5um；2.2.构造：鞭毛、细胞壁、质膜、间体、核质体、核糖体构造：鞭毛、细胞壁、质膜、间体、核质体、核糖体3.3.遗传物质：单个主染色体、一个或多个小染色体质粒遗传物质：单个主染色体、一个或多个小染色体质粒一、细菌：一、细菌：细菌的繁衍非常快细菌的繁衍非常快在适宜的条件下，每在适宜的条件下，每2020分分钟繁衍一代繁衍一代一个一个细胞繁衍胞繁衍n n代，就有代，就有2n-1+12n-1+1个个细胞。胞。一昼夜一昼夜2424小小时，7272代，代，271+1271+12.3610212.361021细菌遗传研讨的方法：细菌遗传研讨的方法： 根本培育基根本培育基minimal mediumminimal medium 完全培育基完全培育基complete mediumcomplete medium 细菌的表现型：细菌的表现型：菌落形状菌落形状 颜色、大小、边缘形状等颜色、大小、边缘形状等营养需求营养需求 野生型野生型prototrophprototroph 营养缺陷型营养缺陷型auxotrophauxotroph对药物、噬菌体和其他要素的反响对药物、噬菌体和其他要素的反响 青霉素青霉素penicillinpenicillin：pens penrpens penr细菌菌DNA一个很一个很长的共价的共价闭合合环状双状双链分子分子dsDNA，通常以超螺通常以超螺线体的方式存在于体的方式存在于细菌体内。菌体内。DNA分子无分子无组蛋白与之蛋白与之结合，合，仅与一些碱性蛋白与一些碱性蛋白结合。合。质粒粒细菌体内含有的一种染色体外小型菌体内含有的一种染色体外小型环状状DNA。携携带着决着决议细菌某些菌某些遗传特性的基因，如抗特性的基因，如抗药、产毒、致病、构成芽胞、毒、致病、构成芽胞、产生色素或抗生素等的生色素或抗生素等的基因。基因。能独立于染色体存在和复制，能独立于染色体存在和复制，还能在能在细胞胞间传送。送。附加体附加体有些有些质粒能整合到粒能整合到细菌染色体中，在染色体的控菌染色体中，在染色体的控制下随染色体一同复制，制下随染色体一同复制，这类质粒称粒称为附加体附加体episome。 E.Coli E.Coli 的拟核的拟核4.4.涂布和繁衍：每个细胞在较短时间内涂布和繁衍：每个细胞在较短时间内( (如一夜如一夜) )能裂殖到能裂殖到107107个子细胞个子细胞 成为肉眼可见的菌落或克隆成为肉眼可见的菌落或克隆(Clone)(Clone)。细菌的平板培育细菌的平板培育细菌的稀释培育及菌落细菌的稀释培育及菌落5.生理特性突生理特性突变：.营养缺陷型：养缺陷型：丧失合成某种失合成某种营养物养物质才干，不能在根本培育基上生才干，不能在根本培育基上生长；原养型：野生菌株那么可在根本培育基上生原养型：野生菌株那么可在根本培育基上生长。. 抗性突抗性突变型：型：如抗如抗药性或抗感染性。性或抗感染性。例如：青霉素例如：青霉素penr抗性突抗性突变的菌落。的菌落。培育基中培育基中加有青霉素加有青霉素测定突定突变的方法的方法影印法：影印法：黎德伯格等黎德伯格等Lederberg J.Lederberg J.和和Lederberg E. M., 1952Lederberg E. M., 1952设计。LederbergJ.,1958Nobel奖获得者，奖获得者，发现细菌转导和接合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育基上链霉素挑选出抗链霉素的菌系从模板中挑出抗性和敏感菌系影印培育法影印培育法病毒分病毒分类： 寄主：寄主：动物、植物、物、植物、细菌等；菌等； 遗传物物质：DNA DNA 或或 RNA RNA。二、病毒：二、病毒：病毒病毒 蛋白蛋白质外壳外壳 核酸。核酸。烟草花叶病毒腺病毒烟草花叶病毒腺病毒T4 噬菌体噬菌体爱滋病病毒滋病病毒RNA DNADANRNA噬菌体噬菌体 bacteriophage bacteriophage，phagephage细菌病毒细菌病毒是研讨得比较清楚的病毒。是研讨得比较清楚的病毒。噬菌体侵染细菌后在均匀生长的细菌培育噬菌体侵染细菌后在均匀生长的细菌培育板上构成噬菌斑板上构成噬菌斑plaqueplaque。根据噬菌斑的形状和生长特点可以鉴别不根据噬菌斑的形状和生长特点可以鉴别不同的噬菌体。同的噬菌体。噬菌体的分类噬菌体的分类按其在宿主细胞中的生活方式分为：按其在宿主细胞中的生活方式分为：温暖噬菌体温暖噬菌体烈性噬菌体烈性噬菌体病毒中没有合成蛋白质外壳所必需的核糖体。所以，病毒中没有合成蛋白质外壳所必需的核糖体。所以，病毒必需感染活细胞，改动和利用活细胞的代谢合成机病毒必需感染活细胞，改动和利用活细胞的代谢合成机器，才干合成新的病毒后代。器，才干合成新的病毒后代。感染感染细菌的病毒又叫噬菌体菌的病毒又叫噬菌体(bacteriophage),是是目前了解比目前了解比较清楚的病毒。清楚的病毒。常常见几个主要噬菌体的特性几个主要噬菌体的特性质见表。表。噬菌体噬菌体对于分子生物学研于分子生物学研讨具有重要意具有重要意义。1 1世代周期短：世代周期短： 大大肠杆菌杆菌(E. Coli)20(E. Coli)20分分钟可繁衍一代。可繁衍一代。2 2便于管理和生化分析：便于管理和生化分析： 个体小，普通在个体小，普通在1u1u至几至几u u之之间，因一支，因一支试管可以管可以储存数存数以百万以百万计的的细菌和病毒，操作管理方便。菌和病毒，操作管理方便。三、细菌和病毒在遗传研讨中的优越性：三、细菌和病毒在遗传研讨中的优越性：3 3便于研便于研讨基因突基因突变： 裸露的裸露的DNADNA分子分子( (有的病毒有的病毒为RNARNA分子分子) )，易受，易受环境条境条件的影响而件的影响而发生突生突变；单倍体生物，不存在倍体生物，不存在显性掩盖性掩盖隐性性问题，突，突变均能表均能表现出来。出来。Small summary4 4便于研讨基因的作用：便于研讨基因的作用： 影印培育，易影印培育，易检出出营养缺陷型突养缺陷型突变，有利于从生化，有利于从生化角度来研角度来研讨基因的作用。基因的作用。5 5便于基因重便于基因重组研研讨： 细菌具有菌具有转化、化、转导和接和接协作用，利用作用，利用这些特性可些特性可以以进展精展精细的的遗传学分析。学分析。6. 6. 便于研便于研讨基因构造、功能及基因构造、功能及调控机制：控机制： 细菌和病毒的菌和病毒的遗传物物质简单，基因定位、构造分，基因定位、构造分析及其分析及其分别易于易于进展，基因的表达展，基因的表达调控也适于用生理控也适于用生理生化的方法生化的方法进展深化的研展深化的研讨。7. 7. 便于便于进展展遗传操作：操作： 染色体构造染色体构造简单，没有，没有组蛋白和其它蛋白的蛋白和其它蛋白的结合，更合，更宜于宜于进展展遗传工程的操作。工程的操作。Small summary第二节第二节 噬菌体的遗传分析噬菌体的遗传分析T4 phageT4 phage的构造方式的构造方式1.构造构造简单：蛋白蛋白质外壳、核酸、某些碳水化合物、脂肪等。外壳、核酸、某些碳水化合物、脂肪等。2.多多样性的性的缘由：外壳的蛋白由：外壳的蛋白质种种类、染色体、染色体类型和构造。型和构造。一、噬菌体的构造：一、噬菌体的构造：3.两大两大类：烈性噬菌体：能引起寄主烈性噬菌体：能引起寄主细胞裂解的噬菌体。胞裂解的噬菌体。例如：例如：T噬菌体系列噬菌体系列T1T7；温暖性噬菌体温暖性噬菌体:侵入寄主侵入寄主细胞后，不使寄主胞后，不使寄主细胞裂解的噬菌体。胞裂解的噬菌体。例如：例如：P1和和噬菌体。噬菌体。(据噬菌体DNA在宿主细菌内的特点 )：、烈性噬菌体：、烈性噬菌体： 1. 1.构造大同小异，外貌普通呈蝌蚪状：构造大同小异，外貌普通呈蝌蚪状：头部：双部：双链DNADNA分子的染色体；分子的染色体；T T偶列噬菌体偶列噬菌体颈部：中空的部：中空的针状构造及外鞘；状构造及外鞘；尾部：由基板、尾尾部：由基板、尾针和尾和尾丝组成。成。 尾丝固定大肠杆菌，遗传物质注入尾丝固定大肠杆菌，遗传物质注入 破坏寄主细胞破坏寄主细胞原有的遗传物质原有的遗传物质 合成大量的噬菌体遗传物质和蛋白质合成大量的噬菌体遗传物质和蛋白质 组装成许多新的子噬菌体组装成许多新的子噬菌体 溶菌酶裂解细菌溶菌酶裂解细菌 释放出释放出数百个噬菌体。数百个噬菌体。2.T偶列噬菌体的侵染过程如T4噬菌体：、温暖性噬菌体：例如、温暖性噬菌体：例如和和P1噬菌体，噬菌体，和和P1各代表各代表一种略有不同的溶源性一种略有不同的溶源性类型。型。噬菌体构造噬菌体构造 整合有噬菌体基因整合有噬菌体基因组的宿主的宿主细胞叫做溶源菌，胞叫做溶源菌， 而被整合的噬菌体基因而被整合的噬菌体基因组叫做原噬菌体。叫做原噬菌体。.噬菌体：噬菌体侵入后，噬菌体：噬菌体侵入后，细菌不裂解菌不裂解 附在附在E.coliE.coli染色体上的染色体上的galgal和和biobio位点位点间的的attatt座位上座位上 整合到整合到细菌染色菌染色体，并能阻止其它体，并能阻止其它噬菌体的超数感染。噬菌体的超数感染。噬噬菌菌体体特特定定位位点点的的整整合合 1. 1.溶源性噬菌体的生活周期：溶源性噬菌体的生活周期：噬菌体染色体噬菌体染色体大大肠杆菌染色体杆菌染色体附着位点附着位点整合整合酶.P1.P1噬菌体：噬菌体： 不整合到不整合到细菌菌的染色体上，而是的染色体上，而是独立存在于独立存在于细胞胞质内。内。 仅少数基因活少数基因活动，表达出妨碍物，封，表达出妨碍物，封锁其它基因。其它基因。原噬菌体原噬菌体经诱导可可转变为烈性噬菌体烈性噬菌体裂解途裂解途径。径。 溶原性细菌溶原性细菌lysogenic bacteriumlysogenic bacterium u 被溶原性噬菌体感染了的细菌。被溶原性噬菌体感染了的细菌。u 整合在寄主染色体中的噬菌体整合在寄主染色体中的噬菌体DNA称为原称为原噬菌体噬菌体prophage。Small summary溶源周期溶源周期裂解周期：裂解周期：u 原噬菌体经过诱导原噬菌体经过诱导inductioninduction可转变可转变为烈性噬菌体，进入裂解周期。为烈性噬菌体，进入裂解周期。u 诱导方式：诱导方式：UVUV、温度改动、与非溶原性细、温度改动、与非溶原性细菌接合等。菌接合等。u 诱导使阻遏物失活，噬菌体的基因表达，诱导使阻遏物失活，噬菌体的基因表达，进入裂解周期。进入裂解周期。 Small summaryP1和和噬菌体的特性：噬菌体的特性：P1和和各代表不同的溶源性各代表不同的溶源性类型：型：P1噬菌体：侵入后并不整合到噬菌体：侵入后并不整合到细菌的染色体上，独立存菌的染色体上，独立存在在于于细胞胞质内；内；噬菌体：噬菌体：经过交交换整合到整合到细菌染色体上。菌染色体上。溶源性溶源性细菌分裂菌分裂 两个子两个子细胞：胞：P1噬菌体复制那么使每个子噬菌体复制那么使每个子细胞中至少含有一个拷胞中至少含有一个拷贝；噬菌体随噬菌体随细胞染色体复制而复制，胞染色体复制而复制，细胞中有一个拷胞中有一个拷贝。共同特点：核酸既不大量复制，也不大量共同特点：核酸既不大量复制，也不大量转录和翻和翻译。Small summaryu 真核生物有性生殖的本真核生物有性生殖的本质：遗传物物质的交流的交流与重与重组。u 细菌和病毒不能菌和病毒不能进展有性生殖。展有性生殖。u 细菌和病毒的菌和病毒的遗传物物质也可以也可以传送。送。u 这种种遗传物物质的的传送，被称之送，被称之为拟有性有性过程。程。u 拟有性有性过程指的是程指的是细菌或病毒菌或病毒获取外源取外源遗传物物质的方式。的方式。 Small summary细菌和病毒在遗传研讨中的优越性细菌和病毒在遗传研讨中的优越性 世代周期短世代周期短易于管理和易于管理和进展生物化学分析展生物化学分析遗传物物质比比较简单是是单倍体，便于研倍体，便于研讨基因的突基因的突变便于便于遗传操作操作可用作研可用作研讨高等生物的高等生物的简单模型。模型。Small summary细菌和病毒的拟有性过程细菌和病毒的拟有性过程u 真核生物有性生殖的本质：遗传物质的交流真核生物有性生殖的本质：遗传物质的交流与重组。与重组。u 细菌和病毒不能进展有性生殖。细菌和病毒不能进展有性生殖。u 细菌和病毒的遗传物质也可以传送。细菌和病毒的遗传物质也可以传送。u 这种遗传物质的传送，被称之为拟有性过程。这种遗传物质的传送，被称之为拟有性过程。u 拟有性过程指的是细菌或病毒获取外源遗传拟有性过程指的是细菌或病毒获取外源遗传物质的方式。物质的方式。 拟有性过程：拟有性过程：u 当不同的病毒颗粒同时感染一个细菌时，他们在当不同的病毒颗粒同时感染一个细菌时，他们在细菌体内可以交换遗传物质，构成重组体。细菌体内可以交换遗传物质，构成重组体。u 细菌获取外源遗传物质有细菌获取外源遗传物质有4 4种方式：种方式：u 转化转化transformationtransformationu 接合接合conjugationconjugationu 性导性导sexductionsexductionu 转导转导transductiontransduction第三节第三节 细菌的遗传分析细菌的遗传分析 细菌获取外源遗传物质有细菌获取外源遗传物质有4 4种方式：种方式： 转化转化transformationtransformation 接合接合conjugationconjugation 性导性导sexductionsexduction 转导转导transductiontransduction一、转化一、转化transformationtransformation：概概念念：指指某某些些细细菌菌能能经经过过其其细细胞胞膜膜摄摄取取周周围围供供体体的的染染色色体体片片段段，将将此此外外源源DNADNA片片段段经经过过重重组组参参与与本本人人染染色色体体组组的过程。的过程。19281928年，格里费斯年，格里费斯(Griffith F.)(Griffith F.)在肺炎双球菌中发现在肺炎双球菌中发现转化景象。转化景象。19441944年，阿委瑞年，阿委瑞(Avery O. T.)(Avery O. T.)胜利地进展了肺炎双球菌胜利地进展了肺炎双球菌转化实验；证明遗传物质是转化实验；证明遗传物质是DNADNA；转化是细菌交换基因的；转化是细菌交换基因的方法之一。方法之一。转化表示图转化表示图转化的两个例子：化的两个例子：.用两个用两个带有不同抗性的肺炎双球菌群体混合有不同抗性的肺炎双球菌群体混合可可以以发现带有双抗性的有双抗性的细菌。菌。细菌裂解菌裂解DNADNA残留其它残留其它细菌菌摄取取转化。化。.枯草杆菌活枯草杆菌活细胞外表能分泌胞外表能分泌DNADNA，可被其它，可被其它细胞胞摄取。取。 细菌中的大部分的菌中的大部分的转化任化任务是用下面三种是用下面三种细菌完菌完成的：肺炎双球菌，枯草杆菌和流感嗜血杆菌。成的：肺炎双球菌，枯草杆菌和流感嗜血杆菌。转化主要分化主要分为二个步二个步骤进展展: :( (一一) )供体供体DNADNA与受体与受体细胞胞间的接触与互作的接触与互作 肺炎双球菌转化：肺炎双球菌转化：DNADNA片断至少有片断至少有800800个碱基对；个碱基对；枯草杆菌的转化：枯草杆菌的转化：DNADNA片断至少有片断至少有1600016000个碱基对。个碱基对。 转化的第一步是使化的第一步是使转化化DNADNA与受体与受体细菌菌间的的胜利地利地相互作用，相互作用，这包括：包括：转化片段的大小、形状、化片段的大小、形状、浓度和度和受体受体细胞的生理形状。胞的生理形状。 .转化片断的大小：化片断的大小：.供体供体DNADNA分子存在的数目：分子存在的数目：对特定基因来说，供体对特定基因来说，供体DNADNA分子数目与胜利转化有关。分子数目与胜利转化有关。链霉素抗性基因转化：在每个细胞含有链霉素抗性基因转化：在每个细胞含有1010个个DNADNA分子之前，分子之前，抗性转化体数目不断与抗性转化体数目不断与DNADNA分子存在数目成正比。分子存在数目成正比。缘由：在由：在细菌的菌的细胞壁或胞壁或细胞膜上有固定数量的胞膜上有固定数量的DNADNA接受接受座位，故普通座位，故普通细菌菌摄取的取的DNADNA分子数小于分子数小于1010个。个。受体的生理形状：受体的生理形状：受体受体细胞必需在生理上胞必需在生理上处于感受于感受态。 这种感受种感受态只能只能发生在生在细菌生菌生长周期的某一周期的某一时间范范围内，在感受内，在感受态内，活内，活泼合成的蛋白合成的蛋白质的的细菌菌细胞胞壁多少壁多少发生改生改动而易于接受而易于接受转化化DNADNA。、转化化DNA的的摄取和整合取和整合过程：程：.结合与穿入：合与穿入： DNA分子分子结合在接受座位上合在接受座位上(可逆可逆)，可被可被DNA酶降解；接受座位降解；接受座位饱和性。和性。DNA摄取取(不可逆不可逆)，不受，不受DNA酶破坏。破坏。穿入穿入时，由外切，由外切酶或或DNA移位移位酶降解降解其中一条其中一条链。.联会：按各个位点与其相应的受体DNA片段联会。亲缘关系越远，联会越小、转化的能够性越小。感受态受体细胞感受态受体细胞受体细胞染色体片段受体细胞染色体片段DNA转移酶转移酶 转化体转化体染色体化体染色体的重的重组体片段体片段整合的供整合的供体体DNA单链与部分与部分互互补受体受体单链配配对整合整合(重重组)：是指是指单链的的转化化DNA与与受体受体DNA对应位点的置位点的置换稳定地定地进入到受体入到受体DNA。对同源同源DNA具有特异性。具有特异性。异源异源DNA，视亲缘关系关系远近近也可也可发生不同生不同频率整合。率整合。黎德伯格等用枯草杆菌黎德伯格等用枯草杆菌进展展转化和重化和重组实验：DNA 片段片段进入受体入受体细胞后，可与受体染色体胞后，可与受体染色体发生重生重组。严密密连锁的两个基因有的两个基因有较多的多的时机在同一个机在同一个DNA片段中片段中同同时整合到受体染色体中。整合到受体染色体中。三者并三者并发转化的化的频率高，故率高，故这3个基因是个基因是连锁的，的，其中其中his2和和tyr1连锁最最为严密：密：trp2his2tyr1341340单交交换时，染色体开，染色体开环易降解，故不存在易降解，故不存在单交交换类型；型；只需双交只需双交换和偶数的多交和偶数的多交换才有效。才有效。二、接合二、接合conjugation：1.概念：是指原核生物的概念：是指原核生物的遗传物物质从供体从供体donor转移移到受体到受体receptor内的内的过程。程。特点：需特点：需经过细胞的直接接触。胞的直接接触。 B B菌株：菌株：Met+ bio+ thr- leu-Met+ bio+ thr- leu-，需加苏氨酸和亮氨酸。需加苏氨酸和亮氨酸。不同营养缺陷型的大肠杆菌：不同营养缺陷型的大肠杆菌： A A菌株：菌株：Met- bio- thr+ leu+Met- bio- thr+ leu+，需加甲硫氨酸和生物素。需加甲硫氨酸和生物素。2 2实例：黎德伯格和塔特姆实例：黎德伯格和塔特姆19461946年：年：A A菌株和菌株和B B菌株菌株营养缺陷型，不能在根本培育上生养缺陷型，不能在根本培育上生长。A+BA+B菌株混合培育，在完全培育基上，几小菌株混合培育，在完全培育基上，几小时后离心，涂后离心，涂布根本培育布根本培育, ,长出原养型出原养型(Met+ bio+ thr+ leu+)(Met+ bio+ thr+ leu+)菌落。菌落。这种原养型种原养型细胞如何出胞如何出现？A菌株B菌株A、B菌株分菌株分别培育在根本培育在根本培育基上培育基上 一一边加加压和和吸引使培育液充分混合吸引使培育液充分混合 结果任何一臂的培育基上果任何一臂的培育基上均未均未长出原养型出原养型细菌。菌。直接接触直接接触(接合接合)是原养型是原养型细胞出胞出现的必要条件。的必要条件。海斯海斯Hayes W.,1952证明：明：接合接合过程是一种程是一种单向向转移，移，A菌株菌株遗传物物质 B菌株，从供体菌株，从供体donor到受体到受体receptor。滤片大分子可经过，细菌不能经过U型管的型管的实验Davis，1950u A A菌株之所以能成为供体，是由于它含有一个性菌株之所以能成为供体，是由于它含有一个性因子因子sex factorsex factor，又称致育因子，又称致育因子fertility fertility factorfactor，简称，简称 F F因子。因子。F因子及其在杂交中的行为致育因子细菌染色体外的一个决议细菌性别的共价环状DNA分子，称为致育因子 (fertility factor)，又称为F因子或F质粒。供体菌雄性菌含有F因子的细菌，F因子游离于宿主染色体外，记为F+。受体菌雌性菌不含有F因子的细菌，记为F。Hfr菌株高频重组菌株指F因子整合到宿主染色体中的菌株，其重组频率比F+高1000多倍。F 因子：致育因子性因子，是一种附加体。因子：致育因子性因子，是一种附加体。携携带F因子的菌株称因子的菌株称为供体菌或雄性，用供体菌或雄性，用F表示。表示。未携未携带F因子的菌株因子的菌株为受体菌或雌性，用受体菌或雌性，用F表示。表示。、F因子及因子及F向向F的的转移：移：F 因子的因子的组成：成：染色体外染色体外遗传物物质，环状状DNA；4060个蛋白个蛋白质基因；基因；24个个/细胞胞(雄性内雄性内)。F 因子的三种形状：以大因子的三种形状：以大肠杆菌杆菌为例例没有没有F因子，即因子，即F；一个自主形状一个自主形状F因子，即因子，即F；一个整合到本人染色体内的一个整合到本人染色体内的F因子，即因子，即Hfr，高，高频重重组细胞。胞。自主形状自主形状时F 因子独立因子独立进展分裂。展分裂。 F 因子的因子的传送：送：带F 因子的因子的细菌菌较少。具有少。具有F 因子的菌株可以作因子的菌株可以作为供体。供体。 F 因子中有构成因子中有构成F性性伞毛毛F pilus的基因的基因接合管接合管 F 细胞中的胞中的F 因子由接合管向因子由接合管向F传送送 F受体受体变成成F。F FFF：先构成接合管，：先构成接合管， F F因子的因子的DNADNA边转移边复制，边转移边复制， F F细胞细胞 F F细胞。细胞。F F因子整合到细菌染色体上因子整合到细菌染色体上(F(F Hfr Hfr细胞细胞) )，其繁衍与细，其繁衍与细菌染色体同步进展。菌染色体同步进展。此时，染色体上整合有此时，染色体上整合有F F因子的菌株，称为因子的菌株，称为HfrHfr菌株。菌株。、HfrHfr细胞的构成及染色体的转移：细胞的构成及染色体的转移：在在HfrF结合合时整整合的合的F因子的复制机器首因子的复制机器首先活先活泼起来，在它的一起来，在它的一条条链中构成切口中构成切口细菌菌染色体由一小段染色体由一小段单链的的F因子因子为前前导而而转移到移到F-受体受体边进入入边合成。合成。普通情况下普通情况下仅小部分小部分细菌染色体可以菌染色体可以转入，接入，接合中断合中断受体受体细胞仍胞仍为F，F因子仍留在供体因子仍留在供体内。内。当当F因子复制完成后，因子复制完成后，F-变成成F+降解单交交换双交双交换受体内受体内基因子基因子供体外基因子供体外基因子部分二倍体：部分二倍体：当当F或或Hfr的的细菌菌染色体染色体进入入F后，在后，在一个短一个短时期内，期内，F细胞内的某些位点就会胞内的某些位点就会成成为二倍体二倍体DNA。cb+a+c+ba部分二倍体中部分二倍体中发生交生交换:单数交数交换：翻开：翻开环状染色体，状染色体，产生一个生一个线性染色体，性染色体，这种种细胞是不能成活的。胞是不能成活的。偶数交偶数交换：产生可生可遗传的重的重组体和片段。体和片段。三、性导三、性导sexductionsexduction: :性导：指接合时由性导：指接合时由FF因因子子所携带的外源所携带的外源DNADNA整合到细菌整合到细菌染色体的过程。染色体的过程。F F 因子整合过程：因子整合过程：可逆：发生环出时，可逆：发生环出时，F F因子因子又可重新分开染色体。又可重新分开染色体。整整合合环环出出特异重组特异重组位点位点F因子重组因子重组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：从一个规范基因到半个细菌染色体。F因子使因子使细菌菌带有某些有某些突出的特点：突出的特点：F因子因子转移基因移基因频率极率极高，好像高，好像F+因子因子转移移频率；率；F因子自然整合率极高，因子自然整合率极高，并且整合在一定的座位上。并且整合在一定的座位上。携携带与与细菌染色体一菌染色体一样的同源区段；而正常的同源区段；而正常 F因子因子可在不同座位整合随机插入可在不同座位整合随机插入。整合的整合的F因子能分开因子能分开宿主染色体并携带宿主染色体并携带宿主基因宿主基因雅各布和阿代雅各布和阿代尔伯格伯格发现：特殊的特殊的Hfr菌株能把菌株能把lac+ 等位基因高等位基因高频率地率地转移到移到F lac-受体中。受体中。由由F携携带lac+ 基因基因进入受体后可在入受体后可在lac位点上构成部分位点上构成部分二倍体二倍体Flac+ / lac-。性性导在大在大肠杆菌杆菌遗传研研讨中的作用：中的作用：分分别出大量出大量FF因子每个因子每个FF因子携因子携带有不同大有不同大肠杆菌基因杆菌基因利用不同基因在一同的并利用不同基因在一同的并发性性导的的频率来作率来作图；经过性性导产生部分二倍体生部分二倍体确定等位基因位置确定等位基因位置间的的显隐性关系；性关系；. . 性性导构成的部分二倍体可用作互构成的部分二倍体可用作互补检验确定两个确定两个突突变类型能否属于同一个基因。型能否属于同一个基因。相关概念：相关概念：u Fu F u Fu Hfr：High frequency recombinationu FFF因子的构成因子的构成接合过程表示图接合过程表示图HfrHfr菌株的构成及其基因转移菌株的构成及其基因转移1.1.概念：指以噬菌体概念：指以噬菌体为媒介媒介进展的展的细菌菌遗传物物质重重组，是是细菌菌遗传物物质传送和交送和交换方式之一。方式之一。2.2.特点：特点：以噬菌体以噬菌体为媒介媒介 细菌的一段染色体被菌的一段染色体被错误地地包装在噬菌体的蛋白包装在噬菌体的蛋白质外壳内外壳内 经过感染感染转移到另一个受体移到另一个受体细胞内。胞内。 感染感染细菌的才干决菌的才干决议于噬菌体的于噬菌体的蛋白蛋白质外壳。外壳。四、四、转导transduction：3.3.例如：例如：黎德伯格与津德黎德伯格与津德19511951发现鼠伤寒沙门氏菌中转导景象。发现鼠伤寒沙门氏菌中转导景象。. . 将两个沙将两个沙门氏菌的氏菌的营养缺陷型养缺陷型进展展杂交：交：phe- try- tyr- met+ his+ phe+ try+ tyr+ met- his-phe- try- tyr- met+ his+ phe+ try+ tyr+ met- his-混合培育混合培育在根本培育基发现原养型的菌落在根本培育基发现原养型的菌落频率为频率为1/105不能合成苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸不能合成苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸不能合成甲硫氨酸和组氨酸不能合成甲硫氨酸和组氨酸. . 产生上述生上述结果的果的缘由由: :.能否属于恢复突能否属于恢复突变? ?高高频率的出率的出现不能不能够是回复突是回复突变。.能否属于接合、性能否属于接合、性导? ?戴戴维斯斯U U型管型管实验( (防止防止细胞直接接触胞直接接触) ) 结果也果也获得得野生型重野生型重组体，排除由于接合或性体，排除由于接合或性导而而产生基因重生基因重组能能够性。性。.能否属于能否属于转化化? ?结果表果表现为不受不受DNADNA酶的影响，排除了由于的影响，排除了由于DNADNA片断片断经过滤片片经转化化实现基因重基因重组能能够性。性。. . 独一能独一能够的的结论是：是：这种重种重组经过一种一种过滤性因子性因子实现。这种种过滤性因子称性因子称为FAFA，不受，不受DNADNA酶的影响。的影响。FAFA是一种噬菌体，称是一种噬菌体，称为P22P22。转导可分可分为普遍性普遍性转导和特殊性和特殊性转导两大两大类。自学。自学、普遍性、普遍性转导：转导颗粒转导颗粒同源重组同源重组错误包装错误包装(1/1000机率机率)转导颗粒：把粒：把细菌染色体片段包装在噬菌体蛋白菌染色体片段包装在噬菌体蛋白质外壳内而外壳内而产生生的假噬菌体不包含噬菌体的的假噬菌体不包含噬菌体的遗传物物质。. .作用：可作用：可转导细菌染色体菌染色体组的任何部分。的任何部分。转导细胞不正常的不正常的环出：出：携携带出部分出部分细菌染色体区段菌染色体区段的噬菌体，又叫的噬菌体，又叫特殊性特殊性转导颗粒。粒。裂解起始：裂解起始：正常正常环出。出。溶源起始：溶源起始：在染色体的在染色体的特定位点整合。特定位点整合。、特殊性、特殊性转导：由温暖噬菌体：由温暖噬菌体进展的展的转导。重组性转导：再次整合：导致溶源性转导。特点：特点：转导仅限于接近原噬菌体附着点的基因。限于接近原噬菌体附着点的基因。运用中断运用中断杂交技交技术、重重组作作图、转化和化和转导相相结合合细菌非常菌非常详细的染色体的染色体连锁图谱。19631963年，年，E.coliE.coli已已定位近定位近100100个基因个基因( (右右图) )；19901990年，定位基因年，定位基因已超越已超越14001400个；个；20192019年完成全部年完成全部测序：序：46392214639221对碱基，碱基，其其功能基因已根本了解。功能基因已根本了解。2 2噬菌体的噬菌体的类型；型；烈性噬菌体：能破坏寄主烈性噬菌体：能破坏寄主细胞原有的胞原有的遗传物物质 组装成装成许多子噬菌体多子噬菌体 使使细菌裂解菌裂解 释放出子噬菌体。放出子噬菌体。温暖性噬菌体：温暖性噬菌体：特点：特点：.核酸不大量复制、核酸不大量复制、转录和翻和翻译，具有溶源性的生活周期；，具有溶源性的生活周期；.噬菌体能噬菌体能经过交交换而整合到而整合到细菌染色体上；菌染色体上；.P1.P1噬菌体那么独立存在于噬菌体那么独立存在于细菌的菌的细胞胞质内；内；.经过诱导( (如紫外如紫外线) )可可转变为烈性噬菌体。烈性噬菌体。本章小结本章小结1 1细菌研讨的影印培育法：细菌研讨的影印培育法：. . 噬菌体的基因重噬菌体的基因重组与作与作图:(:(不要求不要求) )经过双重感染经过双重感染 两种噬菌体进展杂交两种噬菌体进展杂交 重组的噬菌斑重组的噬菌斑 两基因之间的遗传间隔。两基因之间的遗传间隔。3 3细菌遗传分析中的基因转移：细菌遗传分析中的基因转移：四种不同的方式：转化、接合、性导和转导四种不同的方式：转化、接合、性导和转导