细菌和噬菌体遗传规律分析
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7细菌和噬菌体的遗传和重组
F因子的整合特点
(1) 整合是通过IS序列处的同源重组发生的。
(2) F有多个IS 作为整合位点，主要在IS3
处； E.coli染色体上有20个以上的整合 位点； (3) 通过与染色体不同位置上的IS整合，形 成不同的Hfr菌株，对染色体上基因的 转移起点不同； (4) 由于IS序列有不同的方向，F可以不同 方向整合。
第二节 噬菌体的连锁和交换
一、噬菌体的结构和形态
表 8-6 病毒 T-偶数噬菌体 T7 λ P22 φ ×174 Qβ （呼肠病毒） SV40 鼠白血病病毒 烟草花叶病毒 几种病毒染色体的特点 核酸结构 双链 DNA 双链 DNA 双链 DNA 双链 DNA 单链 DNA 单链 RNA 双链 RNA 双链 DNA 单链 RNA 单链 RNA 染色体类型 线状；环状排列末端有 RS 线状；单一顺序 线状；单股粘性末端 线状；单一顺序 环状 线状 几个片段 超螺旋环 几个片段 线状 宿主 E.coli E.coli E.coli 沙门氏菌 E.coli E.coli 哺乳动物 人类 鼠 烟草
七. 重组作图－E.coli染色体连锁图
部分合子（merozygote）也称半合子， 内基因子 (endogenote) 外基因子（exogenote） 例：供体strspur+lac+pro+，受体strrpur-
lac-pro-,以pur+为选择标记 pur 和lac间重组值：
野生型E.coli K12 (λ) gal＋
基本 培养基
UV
诱导
细胞裂解，收集裂解液
感染多种非溶原缺陷型
选择
gal＋ 转导子
频率10－6
溶源化 溶源菌：反常切离频率10-6
第五章 细菌和噬菌体遗传
便于研究基因重组 细菌具有转化、转导和接合作用，可以进行 精密的遗传分析 便于研究基因结构、功能及调控机制 细菌和病毒遗传物质简单，易于进行基因定 位、结构分析和分离，基因的表达调控也适于 采用生理生化的方法进行深入研究 便于进行遗传操作 染色体结构简单，没有组蛋白和其它蛋白的 结合，更宜于进行遗传工程的操作
附加体：F因子既可以以游离状态存在于细胞内，
也可以整合到细菌的染色体上，称为附加体
Hfr×F
-
致育基因在最后，很难进入受 体细胞，不能使F-变成F+，细 菌的遗传重组频率很高
F 因 子 和 Hfr 的 关 系
部分二倍体
部分二倍体（partical diploid）：既带有自身 完整的基因组，又有外源DNA片段的细胞， 也称为部分合子（merozygote）。
中断杂交实验
1957年E.Wollman和E.Jacob设计完成
中断杂交作图：指在Hfr×F-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-中的先后顺序，以转移时间 为图距单位进行基因作图的方法
用一种大肠杆菌的不同Hfr菌株进行中断杂交实验， 作出连锁图，其基因向F-细胞转移的顺序不同
部分二倍体中发生交换： 单数交换：打开环状染色 体，产生一个线性染色体， 这种细胞是不能成活的。 偶数交换：产生可遗传的 重组体和片段
细菌部分二倍体的形成方式
转化
转导
接合
接合（conjugation）
接合过程由性纤毛介导，需要静止
转化（transformation）
转化：细菌细胞摄取周围 游离的外源DNA片段， 通过同源区段的交换而实 现基因重组 必须是感受态细胞 外源DNA片段被细菌吸附， 单链进入细菌细胞并与细 菌染色体发生重组
细菌和噬菌体的遗传重组
重组值＝重组子／总菌落数 X 100％ ＝lac-ade+／［(lac+ade+)+(lac-ade+)］ X 100% ＝22%
第三节 噬菌体的遗传重组
（一）遗传重组现象
噬菌体T2的两对性状
h：寄主范围 h+ →E.coli B／(B/2) 噬菌斑半透明 突变型h →E.coli B／(B/2) 噬菌斑透明
越早出现，越接近原点。
不是以1％重组值为图距，而是以时间为图距。
混合两种亲本后的时间
2、重组作图
供体仅仅提供一个染色体片段，而受体提供完整的染色体。
供体
受体
部分二倍体 （部分合子体）
外基因子
内基因子
只有偶次交换才能进行稳定的重组。
一次重组仅得一种重组子。
（1）特点
（2）作图
Hfr品系不同主要是由于F因子插入的位置，方向不同，导致与F-杂交的起点不同。
市场汇报
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第六章 细菌和噬菌体的遗传重组
汇报人姓名
第一节 细菌杂交的关键因子
1、F因子(致育因子)的结构与功能
三个基因丛： 原点 插入基因 转移基因 负责DNA的转移 与细菌结合有关 与性繖毛的形成有关 复制基因 trp复制蛋白 inc决定不相容基因 oriv复制起点
游离(与染色体相独立) F- F+
第二节 细菌的连锁图 —— 把细菌染色体的相对基因位子标识出来
01
中断杂交
02
重组作图
1、中断杂交
Hfr F- Thr+leu+azirtonrlac+gal+strs 7 X thr-leu-azistonslac-gal-strr 8 ↓ 肉汤培养液中通气培养 ↓ 定期取样（隔二分钟一次） 组织捣碎器搅拌
第三节 噬菌体的遗传重组
（一）遗传重组现象
噬菌体T2的两对性状
h：寄主范围 h+ →E.coli B／(B/2) 噬菌斑半透明 突变型h →E.coli B／(B/2) 噬菌斑透明
越早出现，越接近原点。
不是以1％重组值为图距，而是以时间为图距。
混合两种亲本后的时间
2、重组作图
供体仅仅提供一个染色体片段，而受体提供完整的染色体。
供体
受体
部分二倍体 （部分合子体）
外基因子
内基因子
只有偶次交换才能进行稳定的重组。
一次重组仅得一种重组子。
（1）特点
（2）作图
Hfr品系不同主要是由于F因子插入的位置，方向不同，导致与F-杂交的起点不同。
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第六章 细菌和噬菌体的遗传重组
汇报人姓名
第一节 细菌杂交的关键因子
1、F因子(致育因子)的结构与功能
三个基因丛： 原点 插入基因 转移基因 负责DNA的转移 与细菌结合有关 与性繖毛的形成有关 复制基因 trp复制蛋白 inc决定不相容基因 oriv复制起点
游离(与染色体相独立) F- F+
第二节 细菌的连锁图 —— 把细菌染色体的相对基因位子标识出来
01
中断杂交
02
重组作图
1、中断杂交
Hfr F- Thr+leu+azirtonrlac+gal+strs 7 X thr-leu-azistonslac-gal-strr 8 ↓ 肉汤培养液中通气培养 ↓ 定期取样（隔二分钟一次） 组织捣碎器搅拌
第五章细菌与噬菌体的遗传
第五章 细菌与噬菌体的遗传1、利用何种实验方法可以测定细菌基因组中基因的连锁关系？解答：利用中断杂交法可以测定细菌基因组中基因的连锁关系。
具体方法如下：供体与受体选用具有不同遗传标记的缺陷型品系，其中受体菌株选用抗链霉素品系，而供体菌株为相应的链霉素敏感型。
这样就可以通过在鉴别培养基中添加链霉素而筛除掉供体菌株从而只考察受体菌株的基因型组成情况。
我们可以每隔一定时间取样，稀释到一定浓度，涂布于不同的鉴别培养基中，判断基因的整合顺序。
基因离转移原点越近，则越先进入受体细胞，若基因离原点越远，则越晚进入受体细胞，致育基因最后进入受体细胞。
同样原理，可以利用非中断杂交方法进行测验，在培养一定时间以后取样，鉴定，先进入受体细胞的基因首先发生整合，形成重组类型的重组子，这样，重组子数量多的基因最先进入受体细胞，重组子数量少的基因后进入到受体细胞中。
由此可以进行判断基因的连锁关系及先后顺序。
2．现有5个Hfr品系其DNA转移到F一细菌中去的基因顺序如下：Hfr品系 转移顺序1、BKARM2、DLQEOC3、OEQLDN4、MCOEQLDN5、RAKBN试画出这些基因在染色体图上的顺序。
解答：这些基因在染色体图上成环形排列，依据细菌遗传物质转移与重组的特点，可以判断各基因的顺序为：3．由一个野生型菌株抽提DNA，用来转化一个基因型为trp 2- his 2- tyr 1-的突变型菌株。
不同类转化子的菌落数目如下：trp 2- his 2- tyr 1+ 685trp 2- his 2+ tyr 1- 418trp 2- his 2+ tyr 1+ 3660trp 2+ his 2- tyr 1+ 107trp 2+ his 2- tyr 1- 2600trp 2+ his 2+ tyr 1- 1180trp 2+ his 2+ tyr 1+ 11940试计算a) 3个基因间的遗传距离是多少？b) 它们的连锁次序如何?解答：a)供体DNA + + +受体DNA trp 2- his 2- tyr 1-转化子数目最多的是3个座位同时被转化的类型，这说明所研究的座位在染色体上是紧密连锁的。
第3.4章噬菌体细菌遗传与变异
将二种经处理后失去细胞壁的 细菌（称为原生质体）进行 融合，获得的新的细菌个体
细菌遗传变异在医学上的实际意义
一、影响细菌学诊断 二、预防耐药菌株的扩散 三、制备疫苗 四、检测致癌物 五、基因工程方面的应用
复习要点
• 名词解释 转化、接合、转导、溶原性转换、毒性噬 菌体、温和噬菌体、前噬菌体、溶原性细 菌、普遍性转导、局限性转导
有荚膜肺炎链球菌 （活菌）IIIS
无荚膜肺炎链球菌 （活菌）IIR
分离出 ⅢS
有荚膜肺炎链球菌 （死菌）IIIS
IIR活菌+IIIS死菌 或
IIR活菌+提取的IIIS DNA
分离出 ⅢS型有 荚膜的活 菌
（二）接合 conjugation
• 供体菌通过性菌毛将遗传物质 （质粒）传递给受体菌
• 接合性质粒——能通过接合方式 转移的质粒（F质粒、R质粒等）
▪ 但由于噬菌体过于专一，限制了噬菌体 在临床上的广泛应用
第四章 细菌的遗传与变异
细菌变异的现象
• 形态结构变异 • 抗原性变异 • 菌落变异 • 毒力变异 • 耐药性变异
• 遗传性变异：
是微生物的基因结构发生了改变， 故又称基因型变异
常发生于个别的微生物，不受环 境因素的影响，变异发生后是不 可逆的，产生的新性状可稳定地 遗传给后代
• 毒性噬菌体的溶菌周期（复制周期）
吸附→释放子代噬菌体——噬菌体的复 制周期
• 增殖过程
吸附——穿入——生物合成——成熟与释放
毒性噬菌体溶菌现象
• 液体培养基：使浑浊菌液变为澄清
固体培养基：若用适量噬菌体和宿主菌 液混合后接种培养，培养基表面可有透 亮的溶菌空斑出现
一个空斑系由一个噬菌体复制增殖并 裂解细菌后形成的，称为噬斑
细菌遗传变异在医学上的实际意义
一、影响细菌学诊断 二、预防耐药菌株的扩散 三、制备疫苗 四、检测致癌物 五、基因工程方面的应用
复习要点
• 名词解释 转化、接合、转导、溶原性转换、毒性噬 菌体、温和噬菌体、前噬菌体、溶原性细 菌、普遍性转导、局限性转导
有荚膜肺炎链球菌 （活菌）IIIS
无荚膜肺炎链球菌 （活菌）IIR
分离出 ⅢS
有荚膜肺炎链球菌 （死菌）IIIS
IIR活菌+IIIS死菌 或
IIR活菌+提取的IIIS DNA
分离出 ⅢS型有 荚膜的活 菌
（二）接合 conjugation
• 供体菌通过性菌毛将遗传物质 （质粒）传递给受体菌
• 接合性质粒——能通过接合方式 转移的质粒（F质粒、R质粒等）
▪ 但由于噬菌体过于专一，限制了噬菌体 在临床上的广泛应用
第四章 细菌的遗传与变异
细菌变异的现象
• 形态结构变异 • 抗原性变异 • 菌落变异 • 毒力变异 • 耐药性变异
• 遗传性变异：
是微生物的基因结构发生了改变， 故又称基因型变异
常发生于个别的微生物，不受环 境因素的影响，变异发生后是不 可逆的，产生的新性状可稳定地 遗传给后代
• 毒性噬菌体的溶菌周期（复制周期）
吸附→释放子代噬菌体——噬菌体的复 制周期
• 增殖过程
吸附——穿入——生物合成——成熟与释放
毒性噬菌体溶菌现象
• 液体培养基：使浑浊菌液变为澄清
固体培养基：若用适量噬菌体和宿主菌 液混合后接种培养，培养基表面可有透 亮的溶菌空斑出现
一个空斑系由一个噬菌体复制增殖并 裂解细菌后形成的，称为噬斑
噬菌体细菌遗传和变异
细菌染色体外的遗传物质，环状闭合的双链DNA。 带有遗传性息，控制细菌的某些生物学性状，能 自行复制，并非细菌生长所必需。
几种重要的质粒
致育质粒（F质粒）
耐药质粒（R质粒）
毒力质粒（Vi质粒）
细菌素质粒
•噬菌体、细菌遗传和变异
1、致育质粒（F质粒）
编码细菌性菌毛； 带有F质粒的为雄性菌，能长出性菌毛； 无F质粒的为雌性菌，无性菌毛； 性菌毛介导细菌之间的接合。
和启动子）
•噬菌体、细菌遗传和变异
六、转座噬菌体
噬菌体的遗传物质可整合到细菌染色体的任何 位置，从而导致细菌的生物学性状改变。
噬菌体
前噬菌体
•噬菌体、细菌遗传和变异
第二节 细菌的变异现象与机制
•噬菌体、细菌遗传和变异
一、细菌的变异现象
➢ 形态结构变异 ➢ 毒力变异 ➢ 耐药性变异 ➢ 菌落变异
变异分为
遗传性变异（基因型变异）
细菌的基因结构发生了改变，如基因突变或重 组，不可逆，可遗传给后代。
非遗传性变异（表型变异） 环境改变导致，基因结构未发生变异，可逆， 不可遗传。
•噬菌体、细菌遗传和变异
细菌遗传变异的物质基础
染色体和染色体外遗传物质
质整 转 噬 合座 菌
粒子 因 体 子基 因 组
•噬菌体、细菌遗传和变异
F质粒接合过程
Donor
F+
F-
F+
F-
Recipieபைடு நூலகம்t
F+
F+
•噬菌体、细菌遗传和变异
F+
F+
R质粒接合
R质粒包括两部分 耐药传递因子（resistance transfer factor,RTF）
几种重要的质粒
致育质粒（F质粒）
耐药质粒（R质粒）
毒力质粒（Vi质粒）
细菌素质粒
•噬菌体、细菌遗传和变异
1、致育质粒（F质粒）
编码细菌性菌毛； 带有F质粒的为雄性菌，能长出性菌毛； 无F质粒的为雌性菌，无性菌毛； 性菌毛介导细菌之间的接合。
和启动子）
•噬菌体、细菌遗传和变异
六、转座噬菌体
噬菌体的遗传物质可整合到细菌染色体的任何 位置，从而导致细菌的生物学性状改变。
噬菌体
前噬菌体
•噬菌体、细菌遗传和变异
第二节 细菌的变异现象与机制
•噬菌体、细菌遗传和变异
一、细菌的变异现象
➢ 形态结构变异 ➢ 毒力变异 ➢ 耐药性变异 ➢ 菌落变异
变异分为
遗传性变异（基因型变异）
细菌的基因结构发生了改变，如基因突变或重 组，不可逆，可遗传给后代。
非遗传性变异（表型变异） 环境改变导致，基因结构未发生变异，可逆， 不可遗传。
•噬菌体、细菌遗传和变异
细菌遗传变异的物质基础
染色体和染色体外遗传物质
质整 转 噬 合座 菌
粒子 因 体 子基 因 组
•噬菌体、细菌遗传和变异
F质粒接合过程
Donor
F+
F-
F+
F-
Recipieபைடு நூலகம்t
F+
F+
•噬菌体、细菌遗传和变异
F+
F+
R质粒接合
R质粒包括两部分 耐药传递因子（resistance transfer factor,RTF）
3基础微生物第四章噬菌体 第五章细菌遗传变异
20
余氵 贺 1933~1988
1958年，广慈医院在抢救大 面积烧伤工人邱财康期间， 为快速抑制绿脓杆菌的繁殖 ，余氵 贺 教授亲自带领师生到 郊外便池采集了几十种噬菌 体，选择其中噬菌力特别强 的应用于临床，攻克了绿脓 杆菌的感染，保全了邱财康 的肢体，使抢救工作顺利进 行，创造了我国烧伤史上的 奇迹。
39
4、整合子（integron，In）
是一种运动性的DNA分子， 能捕获和整合外源性基因， 使之成为功能性基因表达的基因元件。 可存在于染色体、质粒或转座子上。
Stokes HW，Hall RM．A Novel family of potentially mobile DNA elements encoding site-specific gene integration functions： integrons．Microbial，1989．
前噬菌体prophage: 整合在细菌基因组中 的噬菌体基因组
溶原性细菌
44
前噬菌体引起宿主菌的溶原性转化； 前噬菌体能整合到细菌染色体的任一位置， 改变细菌的某些生物学性状。 如大肠埃希菌温和性噬菌体Mu （mutator phage，诱变噬菌体）。
可作为生物诱变剂，研究细菌变异的工具。
45
二、细菌变异的机制
第三章 噬菌体 bacteriophage
1
2
噬菌体
感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的
病毒的总称。
个体微小，可以通过细菌滤器；
无细胞结构，主要有蛋白质构成的衣壳和包含
于其中的核酸组成；
为专性细胞内寄生的微生物。 不能独立生存， 噬菌体与宿主细胞之间的特异性
3
主要内容
噬菌体的生物学性状 噬菌体与宿主菌的关系 毒性噬菌体，温和噬菌体 噬菌体的应用
余氵 贺 1933~1988
1958年，广慈医院在抢救大 面积烧伤工人邱财康期间， 为快速抑制绿脓杆菌的繁殖 ，余氵 贺 教授亲自带领师生到 郊外便池采集了几十种噬菌 体，选择其中噬菌力特别强 的应用于临床，攻克了绿脓 杆菌的感染，保全了邱财康 的肢体，使抢救工作顺利进 行，创造了我国烧伤史上的 奇迹。
39
4、整合子（integron，In）
是一种运动性的DNA分子， 能捕获和整合外源性基因， 使之成为功能性基因表达的基因元件。 可存在于染色体、质粒或转座子上。
Stokes HW，Hall RM．A Novel family of potentially mobile DNA elements encoding site-specific gene integration functions： integrons．Microbial，1989．
前噬菌体prophage: 整合在细菌基因组中 的噬菌体基因组
溶原性细菌
44
前噬菌体引起宿主菌的溶原性转化； 前噬菌体能整合到细菌染色体的任一位置， 改变细菌的某些生物学性状。 如大肠埃希菌温和性噬菌体Mu （mutator phage，诱变噬菌体）。
可作为生物诱变剂，研究细菌变异的工具。
45
二、细菌变异的机制
第三章 噬菌体 bacteriophage
1
2
噬菌体
感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的
病毒的总称。
个体微小，可以通过细菌滤器；
无细胞结构，主要有蛋白质构成的衣壳和包含
于其中的核酸组成；
为专性细胞内寄生的微生物。 不能独立生存， 噬菌体与宿主细胞之间的特异性
3
主要内容
噬菌体的生物学性状 噬菌体与宿主菌的关系 毒性噬菌体，温和噬菌体 噬菌体的应用
第三节噬菌体的遗传分析
2024/6/17
8
1 λ噬菌体
• 原噬菌体通过诱导（induction）可转变为 烈性噬菌体，进入裂解周期。
• 诱导可以通过不同的方式进行，如UV照射、 温度改变、与非溶原性细菌的接合等。
• 诱导使阻遏物失活，使噬菌体的其他基因 得以表达，促使噬菌体繁殖并进入裂解周 期。
2024/6/17
9
2 P1 噬菌体
10
二、噬菌体的基因重组
• 两个基因型不同的噬菌体同时感染一个宿 主细胞，叫做混合感染（mixed infection） 或双重感染（double infection）。
• 共同生存在同一个宿主细胞中的两个噬菌 体的DNA也可以发生交换，产生基因重组。
2024/6/17
11
二、噬菌体的基因重组
• 比如，一个噬菌体的基因型是a＋b-，另一个 噬菌体的基因型是a-b＋，同时感染同一个宿 主细胞，宿主细胞裂解以后，可能释放出基 因型为a＋b＋和a-b-的重组体来。 研究最深入的噬菌体突变体是T2 噬菌体的r（rapid lysis速溶性）突变体。一个正常的 T2噬菌体产生的噬菌斑小而边缘模糊，记为r ＋，突变体r-产生的噬菌斑大而边缘清晰。
6.4
0.9
• 根据表7－2的结果可以分别作出3个连锁图。
P155
有四种可能的排列顺序。P155
2024/6/17
16
• 四种顺序都是可能的，要确定到底是那一 种，还缺条件。若知道rb和 rc之间的距离， 就 为可此以，推需知作rrbb、 +rrc c×和hr的b 排rc列+ 。顺结序果。rb与rc之 间的距离大于rb与h之间的距离，可知h应位 于rb与rc之间，即rbhrc。 至于ra位于h的哪一边，是靠近rc还是靠近 r是b？正因确为的T。2 DNA是环状的，所以两种答案都
7、细菌和噬菌体的遗传分析2
第三节 噬菌体的遗传分析 五、转 导
例如：以E.coli的P1噬菌体进行下列转导，检测leu（亮氨酸合成)、 thr（苏氨酸合成）、 azi(叠氮化钠抗性）三个基因的顺序。
供体 thr＋leu＋ azir 受体 thr－leu－ azis 先用P1 噬菌体感染供体菌株，再用来自供体的新一代 P1噬菌体感染 受体菌株。 然后将受体菌进行特定培养，检测受体菌基因型。
第 三 节 噬 菌 体 的 遗 传 分 析
一、噬菌体的类型及特点 二、噬菌体的突变型 三、烈性噬菌体与基因定位 四、温和性噬菌体与溶源性周期和溶菌周期 五、转导 *
第三节 噬菌体的遗传分析 一、噬菌体的类型及特点
根据噬菌体与寄主之间的关系，可将噬菌体分成两大类：烈性噬菌体和温和 性噬菌体。 （书本P131）
温和性噬菌体具有溶源性(lysogeny)的生活周期，即噬菌体侵染细菌后， 并不使细菌很快裂解，而是存活或潜伏较长的时期。如噬菌体和P1噬菌体。 噬菌体: 侵入后DNA整合到细菌染色体上。 P1噬菌体: DNA独立存在于细胞质中 。 共同点:是在细菌中DNA不大量复制也不大量转录和翻译，保持一个相对固 定的数量。 如噬菌体和P1噬菌体，它们侵入后不使细菌裂解，而是在特定的条件下才 使细菌裂解。如有紫外线照射或温度刺激，就可使原来温和性噬菌体改变成烈性 噬菌体，使细菌裂解。
第三节 噬菌体的遗传分析 五、转 导
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：转导DNA进入受体细胞后，不与受体基因组交换，也不进行DNA复 制，稳定独立地存在于细胞中。使后代细胞中只有一个细胞具有转导 DNA，其他细胞不含转导DNA，后代细胞发生分离。由于细菌不断增 殖，故该转导类型的细菌所占比例越来越少，以至最终消失。
第七章 细菌和噬菌体
五、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
细菌培养
(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； 进行平板涂抹培养； 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。
因为hfr细胞与f细胞接合后可以将供体染色体的一部分或全部传递给受体当供体和受体的等位基因带有不同标记时在她们之间就可以发生重组重组频率可达到001以f接合时f细菌很少转变成hfr这是因为当hfr与f接合时整合的fdna从一端被内切酶切成单链切口细菌染色体由这一小段单链的f因子作为前导转移到f受体一边进入一边合成在大多数情况下只有一小部分细菌染色体转移接合即出现中断受体细胞仍保持为f因为f因子仍留在供体内
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)。
材料：大肠杆菌(Escherichia coli)K12菌株的两个营养缺 陷型品系：
A—甲硫氨酸缺陷型met-和生物素缺陷型bio-；
B—苏氨酸缺陷型thr-和亮氨酸缺陷型leu-。
方法：
将A、B混和，在基本培养基(固体)上涂布培养。
细菌和噬菌体的遗传重组
1-2 μm（长） ×0.5 μm（宽）
细胞结构-----与真核细胞的差异：缺乏线粒体、叶绿体， 无核膜。
2 μm 荚膜 细胞壁 拟核 鞭毛 细胞膜 核糖体
细菌的菌落
细菌的染色体
裸露的、闭合环状、双链DNA分子，以折叠或螺旋状 态的高度组装形式存在。
细菌的染色体（电镜照片）
细菌和病毒的拟有性过程
E.coli
突变 类型
（一）营养缺陷型
在营养代谢上是有缺陷的菌株，统称为营养缺陷型，而 把正常的野生型叫做原养型。
基本培养基：能满足野生型菌株营养要求的最低成分的 组合培养基。 补充培养基：在基本培养基中有针对性地加上某一种或
几种其自身不能合成的成分，以满足相应营养缺陷型生 长的培养基。
完全培养基：在基本培养基中加入一些富含生长因子的 物质，以满足该微生物各种营养缺陷型要求。
一、转化的发现 二、转化过程 三、共同转化与遗传图谱绘制
转化（transformation）
转化------是指某些细菌（或其他生物）能通过其细胞膜
摄取周围供体（ donor ）的染色体片段，并将此外源
DNA片段通过重组整合到自己染色体组的过程。
转化中，提供遗传物质的细胞称为供体（donor），接 受供体遗传物质的称为受体（receptor）。
• 试验方法：将A、B品系混合接种在基本培养基表面，短 时间后喷噬菌体T1杀死A品系，使其不能持续产生thr与 leu供B品系持续生长。 • 结果：仍然出现原养型菌落。
• 结论：表明互养并非原养型菌落出现的原因，而可能发 生了遗传重组。
转化作用及其排除
• Lederbery和Tatum：在混合 液中添加DNA酶，仍然出现 原养型菌落。 • 戴维斯(Dawis, 1950)的U型管 试验： • 结果：任何一臂的培养基上均 未长出原养型细菌。
5答案细菌和噬菌体的遗传分析
细菌和噬菌体的遗传分析习题一一、填空题1、Hfr,F因子2、整合或游离于细菌染色体上或之外附加体3．末端4．裂解重组体合子诱导5、一次单交换6、Hfr,F因子，细菌7、溶菌，r＋斑、r斑8、高频重组，广泛性转导9、F+ F+二、解释下列名词：F-菌株：未携带F因子的大肠杆菌菌株。
F+菌株：包含一个游离状态F因子的大肠杆菌菌株。
Hfr菌株：包含一个整合到大肠杆菌染色体组内的F因子的菌株。
F因子：大肠杆菌中的一种附加体，控制大肠杆菌接合过程而使其成为供体菌的一种致育因子。
F'因子：整合在宿主细菌染色体上的F因子，在环出时不够准确而携带有染色体一些基因的一种致育因子。
烈性噬菌体：侵染宿主细胞后，进入裂解途径，破坏宿主细胞原有遗传物质，合成大量的自身遗传物质和蛋白质并组装成子噬菌体，最后使宿主裂解的一类噬菌体。
温和性噬菌体：侵染宿主细胞后，并不裂解宿主细胞，而是走溶原性生活周期的一类噬菌体。
溶原性细菌：含有温和噬菌体的遗传物质而又找不到噬菌体形态上可见的噬菌体粒子的宿主细菌。
部分二倍体：当F+和Hfr的细菌染色体进入F-后，在一个短时期内，F-细胞中对某些位点来说总有一段二倍体的DNA状态的细菌。
三、选择题1-5、d b d b c6-10、A C A B A四、问答题2．为什么说细菌和病毒是研究遗传学的好材料？答：与其他生物体相比，细菌和病毒能成为研究遗传学的好材料，具有以下7个方面的优越性：（1）世代周期短：每个世代以min或h计算，繁殖速度快，大大缩短了实验周期。
（2）易于管理和进行化学分析个体小，繁殖方便，可以大量节省人力、物力和财力；且代谢旺盛，繁殖又快，累积大量的代谢产物。
（3）便于研究基因的突变细菌和病毒均属于单倍体，所有突变都能立即表现出来，不存在显性掩盖隐性的问题。
（4）便于研究基因的作用通过基本培养基和选择培养基的影印培养，很容易筛选出营养缺陷型，利于生化[研究。
（5）便于基因重组的研究通过细菌的转化、转导和接合作用，在一支试管中可以产生遗传性状不相同的后代。
6细菌和噬菌体的重组作图
(2)低频转导(low-frequency transduction, LFT)
由于不正常环化现象发生的频率较低，在释放出的106个 噬菌体中只有1个gal＋转导噬菌体感染受体，因此转导的频率 很低，称为低频转导。 λdgal→ gal－受体
①稳定转导子
②不稳定：整合—切离
(3)高频转导(high frequency trasduction，HFT)
五、中断杂交作图
根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连 锁图的技术。
1961年 Jacob 和 Wollman
供体HfrH ：strs thr＋leu＋azir tonr lac＋ gal＋ 受体F－ ：strr thr－leu－azis tons lac－gal－
操作方法：37℃混合培养 每隔一段时间取样 搅拌器中断杂交 涂布含链霉素的基本筛选培养 基 影印培养于含链霉素的几种不同的培养基 （选择培养基）上 观察重组子 鉴定各基因 的转移时间
判断细菌基因间的位置关系
以普遍性转导噬菌体P1为例，测定大肠杆菌的leu、thr、 azi三个基因的顺序。 供体 thr+ leu+ azir → 受体thr- leu- azis，观察其共转导率。
三个基因间的排列顺序
② 重组值的计算 a+b+供体 → ab受体
3.特异性转导(局限性转导)
(1)产生机制
2.Hfr的特点 ：
(1)染色体重组频率高，比 F+×F- 高1000倍； (2)F因子转移频率低， F-→F+ 很少或没有。
3.Hfr和F+的联系和区别
联系： 都是雄性菌，含有F质粒 区别： （1）前者高频重组，后者低频重组； （2）前者F因子转移频率低，后者F因子转移频率高； （3）前者F因子整合，后者F因子游离。
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A Str
B
A
B Str
MM+Str
出现原养型菌落
A：供体(donor) （雄性） B：受体(recipie细n菌t)和（噬菌雌体遗性传规）律分析
不出现原养型菌落
四. F因子
F因子：是一种质粒，又称为致育因子 （fertility factor，F）。
F＋菌：性伞毛(sex pili)，即F纤毛。 F－菌：
细菌和噬菌体遗传规律分析
Typical bacterial population growth curve showing the initial lag phase, the subsequent log phase where exponential grow细th菌o和c噬cu菌r体s,遗an传d规t律he分s析tationary phase that occurs when nutrients are exhausted.
细菌和噬菌体遗传规律分析
Transmission electron micrograph of conjugating E.coli.
细菌和噬菌体遗传规律分析
An electron micrograph of conjugation between an F+
E.coli cell and an F- cell. The sex pilus linking them is
菌株A: met-bio-thr+leu+thi+（需甲硫氨酸和生物素） 菌株B: met+bio+thr-leu-thi-（需苏氨酸，亮氨酸和硫胺）
A
B
完全液体培养基
基本固体培养基
基本固体培养基
结果：出现若干原养型菌落， 频率为10-7 。
细菌和噬菌体遗传规律分析
Genetic recombination of two auxotrophic strains producing prototrophs.
细菌和噬菌体遗传规律分析
质疑：
细菌的杂交实验获得重组子 可能原因：
⑴转化 ⑵ 互养
细菌和噬菌体遗传规律分析
细菌和噬菌体遗传规律分析
When strain A and B auxotrophs are grown in a common medium but separated by a filter, no genetic recombinati细on菌o和c噬cu菌rs体a遗n传d规no律分pr析ototrophs are produced. The
印迹法(replica-plated method) : CM 影印 MM
细菌和噬菌体遗传规律分析
三. 细菌的杂交和性别
E.coli 接合的发现： 1946年 莱德伯格(Lederberg, J.) 塔特姆 (Tatum) 细菌接合 （conjugation）
细菌和噬菌体遗传规律分析
1. 细菌的杂交
细菌和噬菌体遗传规律分析
一. 细菌概述
细胞壁(cell wall) 细胞膜(plasma membrane)
(Flagella)
性纤毛(pili)
拟核(Nucleoid) 核糖体(Ribosome)
(1). 细菌的细胞：真核生物（eukaryotes) 细胞有细胞核， 进行减数分裂和有丝分裂，细菌是原核生物 （prokaryotes)，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。
二、大肠杆菌的突变型及筛选：
1、大肠杆菌的突变型
(1). 合成代谢功能突变型（anabolic functional mutant):
缺陷型（deficient) 野生型（wild type)
营养缺陷型（auxotroph) 原养型（prototroph)
met- 甲硫氨基酸突变型
met+
thi- 硫胺突变型
细菌和噬菌体遗传规律分析
2、 突变型的筛选
(1). 根据菌落特点筛选：
如:伊红-美蓝培养基 lac-突变菌株:白色或粉红色菌落
（EMB）
lac+菌落:有金属光泽的紫色菌落。
(2). 抗性突变型的筛选：将细菌涂布在含有某种抗
生素或噬菌体的培养基上，能形成菌落的就是抗性 突变菌株。
(3). 营养缺陷型的筛选：
thi+
pur- 嘌呤突变型
pur+
(2). 分解代谢功能突变型（catabolic functional mutant)
lac- 乳糖突变型， 野生型为lac+
(3). 抗性突变型（resistance mutant)：
strr , strs 分别表示对链霉素有抗性和敏感
T1r, T1s分别表示对T1噬菌体有抗性和敏感
apparatus shown is a Davis U-tube.
结论：
（1）菌株A与菌株B之间发生了杂交， 发生了遗传物质的转移，出现了原养型。菌体遗传规律分析
2. 细菌的性别
菌株A: met-thr+leu+thi+（需甲硫氨酸） 菌株B: met+thr-leu-thi-（需苏氨酸，亮氨酸和硫胺）
第四章 细菌和噬菌体的遗传分析
细菌和噬菌体遗传规律分析
提纲
I.细菌的遗传分析 II.噬菌体的遗传分析
细菌和噬菌体遗传规律分析
第一节 细菌的遗传分析
1. 细菌概述 2. 大肠杆菌的突变型和筛选 3. 大肠杆菌的性别和杂交 4. 致育因子(F因子) 5. 低频重组与高频重组 6. 中断杂交与作图 7. 细菌的交换和重组 8. 重组作图 9. F’因子和性导
(2). 细菌的染色体：细菌为单倍体，其染色体为环形双链 DNA分子，不形成细核菌和小噬菌体体结遗传构规律。分析
Electron micrograph of the bacterium Escherichia coli, which has had its DNA released by osmotic shock.
clearly visible.
细菌和噬菌体遗传规律分析
1. F因子（F-factor)的结构
致育基因 (fertility gene)
配对区域(pairing region) 原点(origin)
F因子
原点(origin)：（复制区） 配对区域(pairing region)：（重组区） 致育基因(fertility gene)：（接合转移区）