细菌和噬菌体的重组和连锁---Recombination-and-Linkage-of-Bacterium-and-Phage课件

第一节第一节细菌的遗传分析细菌的遗传分析第二节第二节噬菌体的遗传分析噬菌体的遗传分析细菌和噬菌体的重组和连锁细菌和噬菌体的重组和连锁Recombination and Linkage of Bacterium and Phage第一节细菌的遗传分析细菌和噬菌体的重组和连锁Recombi1一一 细菌概述细菌概述(一一)细菌的细胞：真核生物（细菌的细胞：真核生物（eukaryotes)eukaryotes)细胞有细胞核，进行减数分裂和细胞有细胞核，进行减数分裂和有丝分裂，细菌是原核生物（有丝分裂，细菌是原核生物（prokaryotes)prokaryotes)，没有细胞核，不进行减数分，没有细胞核，不进行减数分裂和有丝分裂。而是简单地复制和一分为二。裂和有丝分裂。而是简单地复制和一分为二。(二二)细菌的染色体：细菌为单倍体，其染色体为环形双链细菌的染色体：细菌为单倍体，其染色体为环形双链DNADNA分子，不形成分子，不形成核小体结构。核小体结构。细胞壁细胞壁(cell wall)细胞膜细胞膜(plasma membrane)拟核拟核(Nucleoid)性纤毛性纤毛(pili)核糖体核糖体(Ribosome)(Flagella)第一节第一节 细菌的遗传分析细菌的遗传分析一 细菌概述(一)细菌的细胞：真核生物（eukaryote2（一）大肠杆菌的突变型（一）大肠杆菌的突变型1.1.合成代谢功能突变型（合成代谢功能突变型（anabolic functional mutant):anabolic functional mutant):营养缺陷型（营养缺陷型（auxotroph)auxotroph)野生型（野生型（wild type)wild type)缺陷型（缺陷型（deficient)deficient)原养型（原养型（prototroph)prototroph)Met-Met-甲硫氨基酸突变型甲硫氨基酸突变型 Met+Met+Thi-Thi-硫胺突变型硫胺突变型 Thi+Thi+Pur-Pur-嘌呤突变型嘌呤突变型 Pur+Pur+2.2.分解代谢功能突变型（分解代谢功能突变型（catabolic functional mutant)catabolic functional mutant)lac-lac-乳糖突变型，乳糖突变型，野生型为野生型为lac+lac+3.3.抗性突变型（抗性突变型（resistance mutant)resistance mutant)：StrStrr r,StrStrs s 分别表示对链霉素有抗性和敏感分别表示对链霉素有抗性和敏感T1r,T1sT1r,T1s分别表示对分别表示对T1T1噬菌体有抗性和敏感噬菌体有抗性和敏感二二 大肠杆菌的突变型和筛选大肠杆菌的突变型和筛选（一）大肠杆菌的突变型1.合成代谢功能突变型（anabol3（二）突变型的筛选（二）突变型的筛选1.1.根据菌落特点筛选：如根据菌落特点筛选：如Lac-Lac-突变菌株在伊红突变菌株在伊红-美蓝培养基美蓝培养基（EMBEMB）上形成白色或粉红色菌落，而）上形成白色或粉红色菌落，而lac+lac+菌落为有金属光菌落为有金属光泽的紫色菌落。泽的紫色菌落。2.2.抗性突变型的筛选：将细菌涂布在含有某种抗生素或噬菌体抗性突变型的筛选：将细菌涂布在含有某种抗生素或噬菌体的培养基上，能形成菌落的就是抗性突变菌株。的培养基上，能形成菌落的就是抗性突变菌株。3.3.营养缺陷型的筛选：用印迹法营养缺陷型的筛选：用印迹法(replica-plated method)(replica-plated method)把把在完全培养基上生长的菌落影印到基本培养基上，鉴别出在完全培养基上生长的菌落影印到基本培养基上，鉴别出不能生长的克隆。再把它们转移到含有单一营养物质的培不能生长的克隆。再把它们转移到含有单一营养物质的培养基上，判定该突变型需要哪一种营养物质。养基上，判定该突变型需要哪一种营养物质。（二）突变型的筛选1.根据菌落特点筛选：如Lac-突变菌株4三三 细菌的杂交和性别细菌的杂交和性别 细菌之间遗传物质的转移主要有四种方式：细菌之间遗传物质的转移主要有四种方式：转化转化:通过外源通过外源DNADNA进行的细菌遗传物质的转移进行的细菌遗传物质的转移 接合接合：由供体菌和受体菌之间的直接接触而导致的遗：由供体菌和受体菌之间的直接接触而导致的遗 传物质的单向转移。传物质的单向转移。性导性导：是接合的一种，：是接合的一种，F F因子所携带的细菌基因通过接因子所携带的细菌基因通过接合而导入受体细菌。合而导入受体细菌。转导转导：由噬菌体所介导的：由噬菌体所介导的DNADNA从供体菌到受体菌的转移。从供体菌到受体菌的转移。三 细菌的杂交和性别 细菌之间遗传物质的转移主要有四种方5(一一)细菌的杂交细菌的杂交菌株菌株A:met-bio-thr+leu+thiA:met-bio-thr+leu+thi（+需甲硫氨酸和生物素）需甲硫氨酸和生物素）菌株菌株B:met+bio+thr-leu-thi-B:met+bio+thr-leu-thi-（需苏氨酸，亮氨酸和硫胺）（需苏氨酸，亮氨酸和硫胺）A B完全液体培养基完全液体培养基基本固体培养基平皿基本固体培养基平皿 出现若干原养型菌落，出现若干原养型菌落，频率为频率为1010-7-7，说明菌株，说明菌株A A和和B B可以杂交，交换遗可以杂交，交换遗传物质，出现基因重组。传物质，出现基因重组。(一)细菌的杂交菌株A:met-bio-thr+leu+th6(二二)细菌的性别细菌的性别菌株菌株A:met-thr+leu+thiA:met-thr+leu+thi（需甲硫氨酸）（需甲硫氨酸）菌株菌株B:met+thr-leu-thi-B:met+thr-leu-thi-（需苏氨酸，亮氨酸和硫胺）（需苏氨酸，亮氨酸和硫胺）AStrsBStrr 出现原养型菌落出现原养型菌落AStrrBStrs 不出现原养型菌落不出现原养型菌落 说明菌株说明菌株A A和和B B在杂交中的作用不同，在杂交中的作用不同，A A为遗传物质的供体为遗传物质的供体(donor)(donor)，相当于雄性；而，相当于雄性；而B B为受体为受体(recipient)(recipient)，相当于雌性。，相当于雌性。含有链霉素的含有链霉素的基本培养基基本培养基(二)细菌的性别菌株A:met-thr+leu+thi（需甲7四四 F F因子因子 后来发现，供体和受体的性别差异，是由后来发现，供体和受体的性别差异，是由F F因因子子引起的：供体细菌细胞质中具有引起的：供体细菌细胞质中具有F F因子（因子（F+)F+)，受，受体细菌则没有体细菌则没有F F因子因子(F-)(F-)。F+F+细菌表面有性伞毛细菌表面有性伞毛(sex pili)(sex pili)，即，即F F纤毛。纤毛。四 F因子 后来发现，供体和受体的性别差异，是由F因子引起的8(一一)F)F因子的结构因子的结构 配对区域配对区域(pairing region)(pairing region)致育基因致育基因(fertility gene)(fertility gene)原点原点(origin)(origin)F F因子（因子（F-factor)F-factor)是一种质粒，又叫是一种质粒，又叫致育因子致育因子(fertility factor)(fertility factor)，它由，它由3 3个区域组成：个区域组成：原点原点(origin)(origin)：转移的起点：转移的起点 配对区域配对区域(pairing region)(pairing region)：与整合有关：与整合有关 致育基因致育基因(fertility gene)(fertility gene)：使细菌具有感染力，其：使细菌具有感染力，其中有编码性纤毛的基因。中有编码性纤毛的基因。(一)F因子的结构 配对区域(pairing 9(二二)F-)F-细菌与细菌与F+F+细菌的结合和基因转移细菌的结合和基因转移F+lac+F-lac-F-lac-F+lac+F+lac+F+lac+1.1.F+F+细胞与细胞与F-F-细胞接触细胞接触并结合，形成细胞质并结合，形成细胞质桥桥(cytoplasm(cytoplasm bridge)bridge)，即结合管，即结合管(conjugation tube).(conjugation tube).2.2.F F因子进行滚环复制，因子进行滚环复制，通过结合管转移到通过结合管转移到F-F-细胞。细胞。3.3.F-F-细菌转变成细菌转变成F+F+细菌。细菌。(二)F-细菌与F+细菌的结合和基因转移F+lac+F-10(三三)F)F因子的整合和环出因子的整合和环出 F F因子和细菌染色体都是环形因子和细菌染色体都是环形DNADNA分子，分子，F F因子的因子的配配对区域对区域中有一些中有一些 可以与细菌染色体的多处的核苷酸序可以与细菌染色体的多处的核苷酸序列配对的序列，称为插入序列（列配对的序列，称为插入序列（insertion sequence,insertion sequence,IS)IS)，通过，通过ISIS的配对和交换，的配对和交换，F F因子可以整合到细菌染色因子可以整合到细菌染色体上，成为细菌染色体的一部分。体上，成为细菌染色体的一部分。象象F F因子这样即可作为一个复制子独立存在，又可因子这样即可作为一个复制子独立存在，又可以整合到细菌染色体上，作为细菌复制子的一部分的质以整合到细菌染色体上，作为细菌复制子的一部分的质粒或遗传因子称为粒或遗传因子称为附加体附加体(episome)(episome)(三)F因子的整合和环出 F因子和细菌染色体都11五五 低频重组与高频重组低频重组与高频重组（一）（一）低频重组低频重组(low frequency recombination(low frequency recombination，Lfr)Lfr)：F+F+与与F-F-之间的杂交只有之间的杂交只有F F因子的转移，因此尽管因子的转移，因此尽管F F因子的转因子的转移频率很高，但是供受体细菌染色体的重组频率却很低，移频率很高，但是供受体细菌染色体的重组频率却很低，约为约为1010-6-6，因此，因此F+F+品系称为低频重组品系品系称为低频重组品系(菌株菌株)。（二）（二）高频重组高频重组(High frequency recombination(High frequency recombination，Hfr)Hfr)：如果如果F F因子整合到细菌染色体上，这种染色体上带有一个整因子整合到细菌染色体上，这种染色体上带有一个整合的合的F F因子的品系，与因子的品系，与F-F-细胞结合后可将供体染色体的一部细胞结合后可将供体染色体的一部分或全部传递给分或全部传递给F-F-受体，当供体和受体的等位基因带有不受体，当供体和受体的等位基因带有不同的遗传标记时，可以观察到它们之间发生重组，重组频同的遗传标记时，可以观察到它们之间发生重组，重组频率可达到率可达到1010-2-2以上，称为高频重组品系（菌株）。但是却以上，称为高频重组品系（菌株）。但是却很少使很少使F-F-细菌转变成细菌转变成F+F+细菌。这个问题一度使遗传学家迷细菌。这个问题一度使遗传学家迷惑不解。惑不解。五 低频重组与高频重组（一）低频重组(low frequen12六六 中断杂交技术与作图中断杂交技术与作图 WollmanWollman和和JacobJacob想知道细菌杂交时，想知道细菌杂交时，F+F+如何把基因转移如何把基因转移给给F-F-细菌。于细菌。于19541954年进行了以下杂交实验：年进行了以下杂交实验：Hfr F-Hfr:thr+leu+azir tonr lac+gal+strsF-:thr-leu-azis tons lac-gal-strr 混合培养混合培养,细菌开始杂交每隔一定时间取样，用搅拌器搅拌断细菌开始杂交每隔一定时间取样，用搅拌器搅拌断开结合管，使配对的细菌分开，中断杂交，稀释菌液，并影印到各开结合管，使配对的细菌分开，中断杂交，稀释菌液，并影印到各种选择性培养基（种选择性培养基（selective media)selective media)上，测定何时出现重组子。上，测定何时出现重组子。链链霉霉素素抗抗性性半半乳乳糖糖能能否否利利用用乳乳糖糖能能否否利利用用T Tl l 噬噬菌菌体体抗抗性性叠叠氮氮化化钠钠抗抗性性亮亮氨氨酸酸合合成成能能力力苏苏氨氨酸酸合合成成能能力力HfrF-出现重组子菌落出现重组子菌落T1 azi lacThr leu 六 中断杂交技术与作图 Wollman和Jac13时间（分钟）时间（分钟）转移的基因转移的基因9 -9 azir 11 azir tonr 18 azir tonr lac+24 azir tonr lac+gal+1.T=01.T=0：杂交开始；：杂交开始；2.T=82.T=8分钟内，无重组菌落出现；分钟内，无重组菌落出现；3.T=93.T=9分钟，出现少量叠氮化钠抗性菌落，但对分钟，出现少量叠氮化钠抗性菌落，但对T1T1噬菌体还是敏噬菌体还是敏感的。说明感的。说明azi azi r r 基因已经进入基因已经进入F-F-细菌，而细菌，而tontonr r 基因尚未进基因尚未进入。入。4.T=114.T=11分钟时，开始出现对分钟时，开始出现对T1T1噬菌体有抗性的菌落（噬菌体有抗性的菌落（tontonr r）；）；5.T=185.T=18分钟时，出现能利用乳糖的菌落分钟时，出现能利用乳糖的菌落(lac+)(lac+)；6.T=246.T=24分钟时，出现能利用半乳糖的菌落分钟时，出现能利用半乳糖的菌落(gal+)(gal+)。(一一)中断杂交实验结果中断杂交实验结果时间（分钟）转移的基因(一)中断杂14(二二)中断杂交技术作图中断杂交技术作图 他们发现不仅他们发现不仅HfrHfr细菌的基因重组进入细菌的基因重组进入F-F-有一定的时间顺序，而且越早进入的基因，有一定的时间顺序，而且越早进入的基因，它所达到的频率也越高。他们认识到，根据供体基因进入受体细胞的时间顺序可以绘它所达到的频率也越高。他们认识到，根据供体基因进入受体细胞的时间顺序可以绘制连锁图，这就是中断杂交技术（制连锁图，这就是中断杂交技术（interrupted mating technique)interrupted mating technique)。根据中断杂交绘。根据中断杂交绘制的基因连锁图，基因的距离的单位是分钟而不是厘摩。制的基因连锁图，基因的距离的单位是分钟而不是厘摩。因为基因在染色体上呈直线排列，因为基因在染色体上呈直线排列，HfrHfr细菌的染色体从原点细菌的染色体从原点(Origin,O)(Origin,O)开始，以线开始，以线性方式进入性方式进入F-F-细菌。基因离原点越近，进入细菌。基因离原点越近，进入F-F-越早，越远则越迟。而每一次较远基因越早，越远则越迟。而每一次较远基因的转移，都意味着较近基因也要一同转移，因此，越早进入的基因，离原点越近，所的转移，都意味着较近基因也要一同转移，因此，越早进入的基因，离原点越近，所能达到的重组频率也越高；越晚进入的基因，离原点越远，所能达到的重组频率也越能达到的重组频率也越高；越晚进入的基因，离原点越远，所能达到的重组频率也越低。低。O azi ton lac gal0 9 11 18 25(二)中断杂交技术作图 他们发现不仅Hfr细15(三三)F)F因子最后转移因子最后转移 如果让如果让Hfr F-Hfr F-杂交一直进行到杂交一直进行到2 2小时再中断，就会发现某些小时再中断，就会发现某些F-F-受体转受体转变为变为Hfr,Hfr,也就是说也就是说F F因子最后也转移到受体，并使它成为因子最后也转移到受体，并使它成为HfrHfr供体，但是频率供体，但是频率很低，说明很低，说明F F因子离原点最远。因子离原点最远。O azi ton lac gal F0 9 11 18 25 120 F F因子的插入使因子的插入使F+F+细菌变成细菌变成HfrHfr菌株，而菌株，而HfrHfr菌株的菌株的染色体上的染色体上的F F因子的转移造成了高频重组。由于因子的转移造成了高频重组。由于F F因子离因子离原点最远，转移频率很低，所以很少使原点最远，转移频率很低，所以很少使F-F-变成变成HfrHfr或或F+F+。(三)F因子最后转移 如果让Hfr F-杂16(四四)大肠杆菌染色体是环形的大肠杆菌染色体是环形的 用不同的用不同的HfrHfr菌株进行中断杂交实验，分菌株进行中断杂交实验，分别作成连锁图，发现基因转移的顺序、起点别作成连锁图，发现基因转移的顺序、起点和转移方向却各不相同。和转移方向却各不相同。据此可以推断大肠杆菌的染色体为环形，据此可以推断大肠杆菌的染色体为环形，而而F F因子在细菌染色体上有许多插入位点，因子在细菌染色体上有许多插入位点，且插入方向不同。且插入方向不同。HfrHothrazilactsxgaltrpmalxylmetBthiFCotsxlacazithrthimetBxylmaltrpgalFJ4othimetBxylmaltrpgaltsxlacazithrFP72ometBthithrazilactsxgaltrpmalxylFTrpmalGalxyltsxmetBlacthiazithrC P72 H J4(四)大肠杆菌染色体是环形的 用不同的Hfr菌株17七七 细菌的交换和重组细菌的交换和重组 细菌的交换与真核生物不同，不是在两套基因组之间进行，而是在一套完整细菌的交换与真核生物不同，不是在两套基因组之间进行，而是在一套完整的基因组（的基因组（F-F-内基因子，内基因子，endogenote)endogenote)和一个不完整的基因组（供体外基因子，和一个不完整的基因组（供体外基因子，exogenote)exogenote)之间进行的，这样的细胞称为部分二倍体之间进行的，这样的细胞称为部分二倍体(partial diploid)(partial diploid)或叫部或叫部分合子分合子(merozygote)(merozygote)。这是因为细菌结合管常会自发断裂，结合的过程往往在染色体尚未完全转这是因为细菌结合管常会自发断裂，结合的过程往往在染色体尚未完全转移时就已经终止，进入移时就已经终止，进入F-F-的的HfrHfr染色体也随之断裂，一般很少有整条染色体也随之断裂，一般很少有整条HfrHfr染色体转染色体转入入F-F-细胞。细胞。供体外基因子供体外基因子F-F-内基因子内基因子（一）细菌的交换和重组过程（一）细菌的交换和重组过程七 细菌的交换和重组 细菌的交换与真核生物不同，18（二）细菌的交换和重组的特点（二）细菌的交换和重组的特点1.F-1.F-受体很少得到完整的受体很少得到完整的F F因子，因此大多数重组子仍为因子，因此大多数重组子仍为F-F-。只有整条。只有整条HfrHfr染色体都转移时，染色体都转移时，F-F-才能得到完整的才能得到完整的F F因子因子,变成变成F+(Hfr)F+(Hfr)。2.2.只有偶数次交换才能保证细菌染色体的完整性，产生平衡的有活性的只有偶数次交换才能保证细菌染色体的完整性，产生平衡的有活性的重组子；如果内外基因子之间发生单交换，则环状染色体被破坏，产重组子；如果内外基因子之间发生单交换，则环状染色体被破坏，产生不平衡的部分二倍体线性染色体，生不平衡的部分二倍体线性染色体，不能复不能复制，细胞不能繁殖；制，细胞不能繁殖；3.3.重组子只有一种类型，重组子只有一种类型，相反的重组子相反的重组子(reciprocal recombinant)(reciprocal recombinant)不会不会出现。所以细菌的交换不是一个交互过程，而是单向的。出现。所以细菌的交换不是一个交互过程，而是单向的。（二）细菌的交换和重组的特点1.F-受体很少得到完整的F因子19八八 重组作图重组作图当基因距离较近时，转移时间间隔在两分钟之内，则用中断杂交作当基因距离较近时，转移时间间隔在两分钟之内，则用中断杂交作图就不可靠，而必须用传统的重组作图图就不可靠，而必须用传统的重组作图(recombination mapping)(recombination mapping)与中与中断杂交技术相互对照和补充，提高作图精度。如根据中断杂交，知道断杂交技术相互对照和补充，提高作图精度。如根据中断杂交，知道laclac与与adeade紧密连锁，距离约为紧密连锁，距离约为1 1分钟，如果进行以下杂交：分钟，如果进行以下杂交：紫红色菌落：紫红色菌落：lac+ade+780lac+ade+780（亲本型）（亲本型）白色或粉红色菌落：白色或粉红色菌落：lac-ade+220lac-ade+220（重组型）（重组型）Hfr:lac+ade+strHfr:lac+ade+strs s X F-:lac-ade-str X F-:lac-ade-strr r混合作用混合作用60min60min在含链霉素的基本培养基上涂板在含链霉素的基本培养基上涂板只有重组子能够存活：只有重组子能够存活：F-:ade+strF-:ade+strr r 10001000 影印到影印到EMBEMB培养基上培养基上八 重组作图 当基因距离较近时，转移时间间隔在两20(一一)重组子的产生重组子的产生Lac-ade+strrLac+ade+strrLac+ade+strs Lac-ade-strrLac-ade-strsLac+ade+strs Lac-ade-strrLac+ade-strs(一)重组子的产生Lac-ade+Lac+a21(二二)重组频率的计算重组频率的计算RFlac-ade=*100%lac-ade+lac+ade+lac-ade+用重组频率（用重组频率（RFRF）所测得的基因距离与用中断杂交技术）所测得的基因距离与用中断杂交技术以时间为单位的基因距离基本上是成正比的，大致是以时间为单位的基因距离基本上是成正比的，大致是1 1分钟分钟相当于相当于20%20%重组值，即：重组值，即：1min=20cM1min=20cM=*100%=22%=22cM2201000(二)重组频率的计算RFlac-ade =*100%22(三三)大肠杆菌的遗传图谱大肠杆菌的遗传图谱 根据中断杂交实验和基因重根据中断杂交实验和基因重组实验，以及其他基因定位技术组实验，以及其他基因定位技术的结果，已经绘制出大肠杆菌的的结果，已经绘制出大肠杆菌的环形遗传学图，即基因连锁图，环形遗传学图，即基因连锁图，图距单位为分钟，以图距单位为分钟，以thrthr座位为起座位为起点（点（0 0分钟），总长度为分钟），总长度为100100分钟。分钟。图中标出了常用的图中标出了常用的5252个基因座位。个基因座位。(三)大肠杆菌的遗传图谱 根据中断杂交实验和基23九九 F F 因子和性导因子和性导 1959 1959年，年，Adel bergAdel berg发现了一种新的发现了一种新的F F因子，并因子，并称之为称之为F F因子因子(F-primer factor),(F-primer factor),这是带有一小这是带有一小段细菌染色体基因的段细菌染色体基因的F F因子。它能使因子。它能使F-F-变成变成F F菌株，菌株，也能转移细菌基因，形成部分二倍体，但是频率较也能转移细菌基因，形成部分二倍体，但是频率较HfrHfr为低。为低。利用利用F F因子形成的部分二倍体，将供体细胞因子形成的部分二倍体，将供体细胞基因导入受体的过程，叫做基因导入受体的过程，叫做性导性导(sex-duction or(sex-duction or F F-duction)-duction)。九 F因子和性导 1959年，Adel ber24(一一)F)F-,F,F+,Hfr,F,Hfr,F 细菌的相互转化细菌的相互转化F+F-HfrF+F-F+F-结合吖黄素高频重组低频重组整合FF重组频率较低(一)F-,F+,Hfr,F细菌的相互转化F+25(二二)三种致育因子的相互关系三种致育因子的相互关系三种致育因子三种致育因子F,FF,F，HfrHfr的关系是：的关系是：1.1.有有F F因子的细菌为因子的细菌为F+F+，没有，没有F F因子的为因子的为F-F-，具有致育因子，具有致育因子（F,FF,F或或HfrHfr）的菌株就是雄性菌株）的菌株就是雄性菌株(male strains)(male strains)。2.F2.F因子可以整合到细菌染色体上，形成因子可以整合到细菌染色体上，形成HfrHfr染色体。不同的染色体。不同的HfrHfr菌株菌株F F因子的整合位点不同。因子的整合位点不同。3.F3.F因子又可以从因子又可以从HfrHfr染色体上剪切下来，产生染色体上剪切下来，产生F F因子。如果剪因子。如果剪切不准确而带有一段细菌染色体，则称为切不准确而带有一段细菌染色体，则称为F F因子。因子。4.F4.F因子很容易转移到因子很容易转移到F-F-细胞中，细胞中，F+F-F+F-F+F+，但是供体但是供体染色体的转移频率则很低染色体的转移频率则很低,重组频率很低重组频率很低。5.Hfr5.Hfr能以高频率把细菌染色体基因转移到能以高频率把细菌染色体基因转移到F-F-细菌中，却极少细菌中，却极少使使F-F-变为变为F+F+（因为（因为F F因子位于因子位于HfrHfr染色体的最末端）；染色体的最末端）；6.F6.F因子的性质介于因子的性质介于F+F+和和HfrHfr之间，即可转移自身，又可以之间，即可转移自身，又可以转移细菌基因。但频率较低。转移细菌基因。但频率较低。(二)三种致育因子的相互关系三种致育因子F,F，Hfr的26一一 病毒概述病毒概述病毒无细胞结构，仅由蛋白质和核酸构成病毒无细胞结构，仅由蛋白质和核酸构成,可以分为可以分为:动物病毒动物病毒植物病毒植物病毒细菌病毒（噬菌体细菌病毒（噬菌体,bacteriophage,phage,bacteriophage,phage）T T噬菌体的结构噬菌体的结构蛋白质外壳蛋白质外壳核酸核酸第二节第二节 噬菌体的遗传分析噬菌体的遗传分析一 病毒概述病毒无细胞结构，仅由蛋白质和核酸构成,可以分为:27二二 噬菌体的繁殖和感染周期噬菌体的繁殖和感染周期（一）（一）烈性噬菌体烈性噬菌体:如如T T噬菌体噬菌体吸附吸附细菌裂解细菌裂解,释放出子释放出子代噬菌体颗粒代噬菌体颗粒细菌染色体降解细菌染色体降解噬菌体噬菌体DNADNA和蛋白和蛋白质外壳包装成质外壳包装成子代噬菌体颗粒子代噬菌体颗粒二 噬菌体的繁殖和感染周期（一）烈性噬菌体:如T噬菌体吸28(二二)温和噬菌体温和噬菌体吸附吸附溶菌溶菌周期周期-uvuv诱导诱导细菌裂解细菌裂解溶源溶源周期周期如如 噬菌体噬菌体:原噬菌体原噬菌体(二)温和噬菌体溶菌周期-uv诱导细菌裂解溶源周期如噬菌29三三 噬菌体的突变型噬菌体的突变型（一）条件致死突变型（一）条件致死突变型1.1.温度敏感突变温度敏感突变2.2.抑制因子敏感突变抑制因子敏感突变（二）宿主范围突变型（二）宿主范围突变型 E.coli B E.coli B/2 E.coli B+E.coli B/2 hE.coli B E.coli B/2 E.coli B+E.coli B/2 h+-半透明噬菌斑半透明噬菌斑h-h-+透明噬菌斑透明噬菌斑（三）噬菌斑形态突变型（三）噬菌斑形态突变型1.r1.r+小噬菌斑小噬菌斑,边缘模糊边缘模糊:2:2个以上噬菌体同时侵袭时个以上噬菌体同时侵袭时,出现溶菌阻碍现象出现溶菌阻碍现象(lysis inhibition).(lysis inhibition).2.r-2.r-大噬菌斑大噬菌斑,边缘清晰边缘清晰:快速溶菌快速溶菌(rapid lysis),(rapid lysis),无溶菌阻碍现象无溶菌阻碍现象(lysis inhibition)(lysis inhibition)三 噬菌体的突变型（一）条件致死突变型30四四 噬菌体的基因重组噬菌体的基因重组用用T2T2噬菌体噬菌体h-r+h-r+和和h+r-h+r-混合感染混合感染E.coli E.coli B,B,再用释放出来的子代噬菌体感染再用释放出来的子代噬菌体感染E.coli E.coli B+E.coli B/2,B+E.coli B/2,出现四种噬菌斑出现四种噬菌斑:透明小噬菌斑透明小噬菌斑(h-r+)(h-r+)半透明大噬菌斑半透明大噬菌斑(h+r-)(h+r-)透明大噬菌斑透明大噬菌斑(h-r-)(h-r-)半透明小噬菌斑半透明小噬菌斑(h+r+)(h+r+)T2T2噬菌体的四种噬菌斑噬菌体的四种噬菌斑重组率重组率=(h+r+h-r-)总噬菌斑数总噬菌斑数四 噬菌体的基因重组用T2噬菌体h-r+和h+r-混合感染E31五五 转导与作图转导与作图 转导转导(transduction):(transduction):以噬菌体为媒介以噬菌体为媒介,将细菌的将细菌的染色体片段或基因从一个细菌转移到另一个细菌染色体片段或基因从一个细菌转移到另一个细菌.供体供体A A 受体受体B B噬菌体噬菌体五 转导与作图 转导(transduction32(一一)普遍性转导普遍性转导 普遍性转导普遍性转导(generalized transduction):(generalized transduction):噬菌体携带供体染色体片段噬菌体携带供体染色体片段是完全随机的是完全随机的,供体染色体中所有基因具有同等机会被转导入受体供体染色体中所有基因具有同等机会被转导入受体,而且各而且各个标记基因被转移的频率大致相等个标记基因被转移的频率大致相等.这是因为噬菌体将供体染色体降解，在这是因为噬菌体将供体染色体降解，在合成自身合成自身DNADNA和包装时，偶尔会将细菌染色体片段包装进入子代噬菌体颗粒，和包装时，偶尔会将细菌染色体片段包装进入子代噬菌体颗粒，并带入受体菌。并带入受体菌。(一)普遍性转导 普遍性转导(general33如用如用P22P22噬菌体转导沙门氏菌噬菌体转导沙门氏菌:供体供体A:trp+phe+tyr+A:trp+phe+tyr+受体受体B:trp-phe-tyr-B:trp-phe-tyr-可出现大致相等的重组子可出现大致相等的重组子:trp+phe-tyr-trp+phe-tyr-trp-phe+tyr-trp-phe+tyr-trp-phe-tyr+trp-phe-tyr+普遍性转导的频率较低普遍性转导的频率较低,约为约为1010-5-5,两个基因两个基因同时转导的频率则更低同时转导的频率则更低,仅有仅有1010-5-5 1010-5=-5=1010-10-10.如果两个基因同时转导的频率则较高如果两个基因同时转导的频率则较高,则说则说明它们相互连锁明它们相互连锁,成为共转导成为共转导(cotransduction).(cotransduction).共转导的频率越高共转导的频率越高,则基因连锁越紧密则基因连锁越紧密.反之则基反之则基因距离越远因距离越远.据此可用于细菌染色体的基因作图据此可用于细菌染色体的基因作图.如用P22噬菌体转导沙门氏菌:34(二二)局限性转导局限性转导(restricted transduction)(restricted transduction)又叫特异性转导又叫特异性转导(specialized transduction),(specialized transduction),这类噬菌体只能转移细菌染这类噬菌体只能转移细菌染色体的特定部分和基因色体的特定部分和基因.如如 噬菌体是一种附加体噬菌体是一种附加体(episome),(episome),即可作为一个复制因子独立存在，又即可作为一个复制因子独立存在，又可以整合到细菌染色体上的特定位点可以整合到细菌染色体上的特定位点attBattB位点位点,而形成原噬菌体。而形成原噬菌体。attBattB位点位点一边是一边是galgal基因，另一边是基因，另一边是biobio。在紫外线诱导下，原噬菌体从细菌染色体上离开。在紫外线诱导下，原噬菌体从细菌染色体上离开时，偶尔带有宿主细菌基因，包装形成局限性转导的噬菌体颗粒，可将供体基因时，偶尔带有宿主细菌基因，包装形成局限性转导的噬菌体颗粒，可将供体基因转移至受体细菌，但仅限于转移至受体细菌，但仅限于 靠近靠近attBattB位点附近的基因，如位点附近的基因，如 噬菌体专门转导噬菌体专门转导galgal和和biobio基因。基因。(二)局限性转导(restricted transduct35局限性转导的特点局限性转导的特点1.1.受包装容量限制，局限性转导形成的受包装容量限制，局限性转导形成的 噬菌体颗粒往往是缺噬菌体颗粒往往是缺失体失体(defective)(defective)，用，用 dgaldgal或或 dbiodbio表示。由于缺失一表示。由于缺失一段自身段自身DNADNA，不能产生成熟的颗粒，因此局限性转导的频，不能产生成熟的颗粒，因此局限性转导的频率很低，只有率很低，只有1010-6-6，所以又称为低频转导（，所以又称为低频转导（low low frequency transductionfrequency transduction，LFTLFT）。）。2.2.供体基因不是置换受体基因，而是插入供体基因不是置换受体基因，而是插入attBattB位点，因此使位点，因此使宿主体内带有两个拷贝的转导基因。例如用宿主体内带有两个拷贝的转导基因。例如用 dgal+dgal+转导转导受体受体gal-gal-后，宿主体内将既有后，宿主体内将既有gal+gal+又有又有gal-gal-基因，由于基因，由于gal+gal+对对gal-gal-为显性，因此宿主能够利用半乳糖。为显性，因此宿主能够利用半乳糖。局限性转导的特点1.受包装容量限制，局限性转导形成的噬菌体36本章要点本章要点 细菌中遗传物质的交换有三种主要的机制：转化、接合和转细菌中遗传物质的交换有三种主要的机制：转化、接合和转导。导。接合需要两个细菌细胞间的物理接触，接合需要两个细菌细胞间的物理接触，F+F+细胞能将细胞能将F F因子转移因子转移给不具给不具F F因子的因子的F-F-细胞，使之成为细胞，使之成为F+F+细胞。如果细胞。如果F F因子通过一个单因子通过一个单交换整合到染色体上，它就成为交换整合到染色体上，它就成为HFrHFr菌株，能将细菌染色体转移到菌株，能将细菌染色体转移到F-F-细胞。有时细胞。有时F F因子从因子从HFrHFr染色体上分离出来时并不是很精确的，染色体上分离出来时并不是很精确的，使分离出来的使分离出来的F F因子带有一小段宿主染色体，这种含有细菌基因组因子带有一小段宿主染色体，这种含有细菌基因组的的F F因子就叫做因子就叫做F F，因子。在接合过程中通过，因子。在接合过程中通过F F，因子将某个特异的，因子将某个特异的细菌基因传递给受体的过程称为性导。利用接合可制作远距离基细菌基因传递给受体的过程称为性导。利用接合可制作远距离基因的遗传图。因的遗传图。在转化中，单链在转化中，单链DNADNA从周围环境中通过细胞膜进入受体细胞，从周围环境中通过细胞膜进入受体细胞，并且通过重组整合到受体细胞的并且通过重组整合到受体细胞的DNADNA上。转化对用于遗传作图是有上。转化对用于遗传作图是有限的，但它对于将外源限的，但它对于将外源DNADNA整合到细菌细胞中特别有用，是现代基整合到细菌细胞中特别有用，是现代基因工程中常用的技术。因工程中常用的技术。转导可用于紧密连锁基因的精确定位。因此，两个紧密连锁转导可用于紧密连锁基因的精确定位。因此，两个紧密连锁的遗传标记通过它们的共转导频率能进行精确的定位。转导分为的遗传标记通过它们的共转导频率能进行精确的定位。转导分为普遍性转导和特异性转导两种。普遍性转导和特异性转导两种。本章要点 细菌中遗传物质的交换有三种主要的机制：37本章思考题本章思考题1 1为什么说细菌和病毒是遗传学研究的好材料？为什么说细菌和病毒是遗传学研究的好材料？2 2大肠杆菌的遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂过程大肠杆菌的遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂过程的生物有什么不同？的生物有什么不同？3 3解释下列名词：解释下列名词：（1 1）F-F-菌株，菌株，F+F+菌株，菌株，HfrHfr菌株；菌株；（2 2）F F因子，因子，F F，因子，质粒，附加体；，因子，质粒，附加体；（3 3）溶源性细菌，非溶源性细菌；）溶源性细菌，非溶源性细菌；（4 4）烈性噬菌体，温和噬菌体，原噬菌体；）烈性噬菌体，温和噬菌体，原噬菌体；（5 5）部分合子（部分二倍体）；）部分合子（部分二倍体）；4 4部分合子在细菌的遗传分析中有什么用处？部分合子在细菌的遗传分析中有什么用处？5 5什么叫转导、普遍性转导、特异性转导（局限性转导）？什么叫转导、普遍性转导、特异性转导（局限性转导）？本章思考题1为什么说细菌和病毒是遗传学研究的好材料？386 6转导和性转导有何不同？转导和性转导有何不同？7 7一个基因型为一个基因型为a+b+c+d+e+a+b+c+d+e+并对金霉素敏感的并对金霉素敏感的E.coliHfrE.coliHfr菌株与基因型为菌株与基因型为a-b-c-d a-b-c-d e-e-并对金霉素耐性的并对金霉素耐性的F-F-菌株接菌株接合，合，3030分钟后，用金霉素处理，然后从成活受体中选出分钟后，用金霉素处理，然后从成活受体中选出e+e+的的原养型，发现它们的其它野生型（原养型，发现它们的其它野生型（+）基因频率如下：）基因频率如下：a+70%a+70%，b+-b+-，c+85%c+85%，d+10%d+10%。问。问a b c da b c d四个基因与供体染色体起四个基因与供体染色体起点（最先进入点（最先进入F-F-受体之点）相对位置如何？受体之点）相对位置如何？8.8.为了能在接合后检出重组子，必须要有一个可供选择用的供为了能在接合后检出重组子，必须要有一个可供选择用的供体标记基因，栾可以认出重组子。另一方面，在选择重组子体标记基因，栾可以认出重组子。另一方面，在选择重组子的时候，为了不选择供体细胞本身，必须防止供体菌株的继的时候，为了不选择供体细胞本身，必须防止供体菌株的继续存在，换句话说，供体菌株也应带有一个特殊的标记，能续存在，换句话说，供体菌株也应带有一个特殊的标记，能使它自己不被选择。例如供体菌株是金霉素敏感的，这样当使它自己不被选择。例如供体菌株是金霉素敏感的，这样当结合体（结合体（conjugantsconjugants）在含有金霉素的培养基上生长时，供）在含有金霉素的培养基上生长时，供体菌株就被杀死了。现在要问：如果一个体菌株就被杀死了。现在要问：如果一个HfrHfr菌株是金霉素敏菌株是金霉素敏感的，你认为这个基因应位于染色体的那一端为好，是在起感的，你认为这个基因应位于染色体的那一端为好，是在起始端还是末端？始端还是末端？6转导和性转导有何不同？399.9.有一个环境能使有一个环境能使T T偶数噬菌体（偶数噬菌体（T-even PhagesT-even Phages）附到寄主）附到寄主细胞上，这个环境条件就是色氨酸的存在。这种噬菌体称为色细胞上，这个环境条件就是色氨酸的存在。这种噬菌体称为色氨酸需要型（氨酸需要型（C C）。然而某些噬菌体突变成色氨酸非依赖型）。然而某些噬菌体突变成色氨酸非依赖型（C+C+）。有趣的是，当用）。有趣的是，当用C C和和C+C+噬菌体感染细菌时，将近一半噬菌体感染细菌时，将近一半的色氨酸非依赖型子代在进一步的实验中表现为基因型的色氨酸非依赖型子代在进一步的实验中表现为基因型C C。你。你如何解释这个发现？如何解释这个发现？10.10.基因型基因型ACNRXACNRX菌株，作为外源菌株，作为外源DNADNA用来转化基因型用来转化基因型acnrxacnrx的菌的菌株得到下列类型株得到下列类型AcnRxAcnRx，acNrXacNrXaCn RxaCn Rx，AcnrXAcnrX。aCnrx aCnrx 请问被转化的基因顺序是什么？请问被转化的基因顺序是什么？1111用一野生型菌株抽提出来的用一野生型菌株抽提出来的DNADNA转化一个不能合成丙氨酸转化一个不能合成丙氨酸（alaala）、脯氨酸）、脯氨酸(pro)(pro)和精氨酸和精氨酸(arg)(arg)的突变型菌株，产生不的突变型菌株，产生不同转化类型的菌落，其数如下：同转化类型的菌落，其数如下：8400 ala+pro+arg+840 ala+pro-arg-8400 ala+pro+arg+840 ala+pro-arg-2100 ala+pro-arg+1400 ala+pro+arg-2100 ala+pro-arg+1400 ala+pro+arg-420 ala-pro+arg+840 ala-pro+arg-420 ala-pro+arg+840 ala-pro+arg-840 ala-pro-arg+840 ala-pro-arg+问：（问：（1 1）这些基因间的图距为多少？（）这些基因间的图距为多少？（2 2）这些基因的顺序如）这些基因的顺序如何？何？9.有一个环境能使T偶数噬菌体（T-even Phage4012.Doerman12.Doerman用用T4T4病毒的两个品系感染病毒的两个品系感染E.coli E.coli。一个品系是小。一个品系是小噬菌斑（噬菌斑（m m）快速溶菌（）快速溶菌（r r）和浑浊噬菌斑（）和浑浊噬菌斑（trtr）突变型。另）突变型。另一个品系对这三标记都有是野生型（一个品系对这三标记都有是野生型（+）。把这种感染的溶）。把这种感染的溶菌产物涂平板，并分类如下：菌产物涂平板，并分类如下：基因型基因型 噬菌斑数噬菌斑数 m r tu 3467m r tu 3467 +3279 +3279 mr+853 mr+853 m+tu 162 m+tu 162 m+520 m+520 +rtu 474 +rtu 474 +r+172 +r+172 +tu 965 +tu 965 10342 10342(1)(1)决定决定m-rm-r，r-tur-tu和和m-tum-tu的连锁距离？的连锁距离？(2)(2)你认为这三个基因的连锁序列怎样？你认为这三个基因的连锁序列怎样？(3)(3)在这个杂交中，并发系数是多少在这个杂交中，并发系数是多少？它意味着什么？它意味着什么？12.Doerman用T4病毒的两个品系感染E.coli 411313利用中断杂交技术，检查了利用中断杂交技术，检查了5 5个个HfrHfr菌株（菌株（1 1，2 2，3 3，4 4，5 5），想知道这几个菌株把若干个不同基因（），想知道这几个菌株把若干个不同基因（F F，G G，O O，P P，Q Q，S S，W W，X X，Y Y）转移到一个）转移到一个F-F-菌株的顺序。结果发现，菌株的顺序。结果发现，各个各个HfrHfr菌株都以自己特有的顺序转移，如下所示：（各菌株都以自己特有的顺序转移，如下所示：（各品系只记下最初转移进去的品系只记下最初转移进去的6 6个基因）个基因）HfrHfr菌株菌株 1 2 3 4 51 2 3 4 5转移顺序转移顺序 第一第一 Q Y R O QQ Y R O Q 第二第二 S G S P WS G S P W 第三第三 R F Q R XR F Q R X 第四第四 P O W S YP O W S Y 第五第五 O P X Q GO P X Q G 第六第六 F R Y W FF R Y W F问：（问：（1 1）这些）这些HfrHfr菌株的原始菌株的基因顺序如何？菌株的原始菌株的基因顺序如何？（2 2）为了得到一个最高比例的）为了得到一个最高比例的HfrHfr重组子，在接合后应重组子，在接合后应该在受体中选择哪个供体标记基因？该在受体中选择哪个供体标记基因？提示：提示：HfrHfr品系是环状品系是环状DNADNA。13利用中断杂交技术，检查了5个Hfr菌株（1，2，3，4421414为了检出为了检出噬菌体的噬菌体的4 4个基因（个基因（co1,mi,cco1,mi,c和和s s）间的连锁关）间的连锁关系，系，KaiserKaiser做了一个杂交试验，下面是杂交结果的一部分数据：做了一个杂交试验，下面是杂交结果的一部分数据：亲本亲本 子代子代 (a)co1+mi 5162 co1+6510+mi,311+,341 co1mi(a)co1+mi 5162 co1+6510+mi,311+,341 co1mi (b)mi+s 502 mi+,647+s,65+,56 mi s (b)mi+s 502 mi+,647+s,65+,56 mi s (c)c+s 566 c+,808+s,19+,20 c s (c)c+s 566 c+,808+s,19+,20 c s (d)c+mi 1213 c+,1205+mi,84+,75 c mi (d)c+mi 1213 c+,1205+mi,84+,75 c mi 问：（问：（1 1）每个杂交组合的重组频率是多少？）每个杂交组合的重组频率是多少？（2 2）画出）画出co1,mi,cco1,mi,c和和s s四个基因的连锁图。四个基因的连锁图。14为了检出噬菌体的4个基因（co1,mi,c和s）间的431515用用P1P1进行普遍性转导，供体菌是进行普遍性转导，供体菌是pur+nad+pdx-,pur+nad+pdx-,，受体菌是，受体菌是pur-nad-pdx+-pur-nad-pdx+-。转导后选择具有。转导后选择具有pur+pur+的转导子，然后在的转导子，然后在100100个个pur+pur+转导子中检定其它供菌基因有否也转导过来。所得结转导子中检定其它供菌基因有否也转导过来。所得结果如下表果如下表:基因型基因型 菌落型菌落型 nad+pdx+1nad+pdx+1 nad+pdx-24 nad+pdx-24 nad-pdx+50 nad-pdx+50 nad-pdx-25 nad-pdx-25 合计合计 100100 问：问：purpur和和nadnad的共转导的共转导(cotransduction)(cotransduction)频率是多少？频率是多少？purpur和和-pdx-pdx的共转频率是多少？的共转频率是多少？哪个非选择性座位最靠近哪个非选择性座位最靠近purpur？nadnad和和pdxpdx在在purpur的同一边，还是它的两侧？的同一边，还是它的两侧？根据你得出的基因顺序，解释实验中得到的基因型的相根据你得出的基因顺序，解释实验中得到的基因型的相对比例。对比例。15用P1进行普遍性转导，供体菌是pur+nad+pdx-44