遗传学--第7章 细菌与噬菌体的遗传09生教

左：原噬菌体存在于细胞中，与细菌染色体 不同步增殖。原噬菌体数一般比染色体多。 右：整合在细菌染色体上，与染色体同步增 殖。
噬菌体的突变类型 1).快速溶菌突变型
（噬菌斑形态突变型）: (1). r+ 小噬菌斑，边缘模糊：2个以上
噬菌体同时侵袭时，出现溶菌阻碍现 象(lysis inhibition)。 (2). r-大噬菌斑，边缘清晰：快速溶菌 (rapid lyses)，无溶菌阻碍现象。
噬菌斑：噬菌体形成。不同噬菌体，形 成大小，形状不同的噬菌斑。
λ
温和噬菌体
T4
烈性噬菌体
2）温和噬菌体： 感染细菌后不出现溶菌现象。 溶源性细菌 有两种增殖期： 1)溶菌周期：噬菌体释放 2)溶源周期：细菌如未被感染一样， 继续增殖，但此时具有两个特征：
两个特征： 1) 具特异 的免疫性 2) 可偶而 释放噬菌体
表 Hfr 的未选择性标记基因进入所需的时间
分 钟 ﹤9 9 11 18 25 Hfr 转移的基因 0 azir azir azir azir
进
tonr tonr tonr
入
lac＋ lac＋
顺
序
gal＋
•
Hfr 细菌的基因按一定的时间顺序依次出现
在F－细胞中。因为基因在染色体上，所以，染 色体从一端开始(原点)，以线性方式进入F－细胞 中。
2).宿主范围突变型:
E.coli B E.coli B/2
h+ h-
+ +
+
半透明噬菌斑 透明噬菌斑
3). 条件致死突变型:
• 限制条件：致死 许可条件：增殖 (1). 温度敏感突变(temperature sensitive mutation) • 热敏感突变型：40oC • 冷敏感突变型：低温 (2). 抑制因子敏感突变(suppressor sensitive mutation) 正常的密码子突变为终止密码子，翻译提前终止 琥珀突变: UAG 赭石突变: UAA 乳白突变: UGA
F因子的结构 (致育因子，质粒中的一种)
质粒: 染色体之外，自主复制的小环状DNA
分子，并可在细菌分裂时传递给子细胞。 结构: 1)原点: 转移的起点 2)配对区 Hfr 通过交换使 F＋ 3)育性基因: 使细菌具有感染力，其中有编码 F＋ 性纤毛的基因。 可使 F－
繁殖:
F＋ F＋ F＋ × F－ F＋
F－
F－
F 因子复制，其中一个
F＋ 转移到F－，但染色体很少
通过结合转移到F－。所以，染色体上的基因重组 频率很低，不到百万分之一。
高频重组(high frequency of recombination)
Hfr: 质粒整合于染色体上，与F－杂交时，出现重组 子的频率很高。比 F＋×F－高一千倍。 Hfr × F－ Hfr F－ ( 但基因已交换，是重组子)
苏 氨 酸 合 成 能 力 亮 氨 酸 合 成 能 力 叠 氮 化 钠 抗 性 Tl 噬 菌 体 抗 性 乳 糖 能 否 利 用 半 乳 糖 能 否 利 用 链 霉 素 抗 性
Hfr
F-
混合培养, 细菌开 始杂交每隔一定时 间取样，用搅拌器 搅拌断开结合管， 使配对的细菌分 开，使杂交中断， 稀释菌液，并影印 到各种选择性培养 基（selective media) 上，测定何时出现 重组子
Fˊ
重组频率较低
2. 用中断杂交技术作连锁图 中断杂交技术: 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，为中断杂交技术。
r
. 中断杂交技术与作图
Wollman和Jacob想知道细菌杂交时，F+如 何把基因转移给F-细菌。于1954年进行了以下 杂交实验：
Hfr × FHfr: thr+ leu+ azir tonr lac+ gal+ strs F-: thr- leu- azis tons lac- gal- F 因子
×
细菌染色体
Hfr 染色体
2.7 细菌的交换过程 细菌的重组特点:
lac
由于F因子不准确切离，形成带有一小段 细菌染色体片段的F因子-- Fˊ因子。
Fˊ: 由于F因子的不准确切离，带有一
小段细菌染色体基因的F因子。
是一种新的F因子。它已从稳定的Hfr 状态转变为细胞质中的F＋状态(转移效率 比普通低得多) 。但仍能在同一地点整合 到细菌染色体上，回复到Hfr状态，又以 高频率转移细菌染色体。它的性质在F＋ 和Hfr之间。
性导：利用Fˊ因子形成部分二倍体， 将供体细胞基因导入受体的过 程，叫做性导(sex-duction or F’duction)。
3） 三种不同的致育因子的相互
关系
1）Fˊ因子:带有部分细菌染色体的 F因子，性质在F和Hfr之间。 转 移速率近于F因子。 2) Hfr : F因子整合到细菌染色体。
1）接合现象的实验证据
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 基本固体培养基平皿 出现若干原养型菌落， 频率为10-7，说明菌株A和B 可以杂交，交换遗传物质， 出现基因重组。
成，两个菌株的直接接触 (杂交)是必不可少的。
2）遗传物质的单方向转移
(1). 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）
A Strs B Strr A Strr B Strs
含有链霉素的 基本培养基
出现原养型菌落
后来发现，F+细菌表面有性伞毛(sex pili)， 即F纤毛。
F-与F+细菌的结合和基因转移
1. F+细胞与F-细胞
F+lac+
F-lac-
F+lac+
F-lac-
F+lac+
F+lac+
接触并结合，形 成细胞质桥，即 结合管 (conjugation tube). 2. F因子进行滚环复 制，通过结合管 转移到F-细胞。 3. F-细菌转变成F+ 细菌。
(2). 分解代谢功能突变型(catabolic functional mutant)
lac- 突变型 lac+ 野生型 (3). 抗性突变型(resistance mutant) Strr，Strs 链霉素抗性/敏感 T1r，T1s T1噬菌体抗性/敏感
噬菌体的突变类型：
噬菌体：感染细菌的病毒
Thr
leu
T1
azi
lac
出现重组子菌落
因为基因在染色体上呈直线排列，Hfr细菌 的染色体从原点(Origin, O)开始，以线性方 式进入F-细菌: • 基因离原点越近，越早进入F-，越远越迟 • 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。
转化 细胞从周围介质中吸收裸露的DNA 。 接合 是DNA从细胞到细胞直接转移。 转染 对裸露的病毒基因组DNA/RNA的吸收。 （在动物细胞中，从周围介质中吸收任何裸 露DNA都称为转染。在酵母和植物细胞中导 入裸露的DNA可以称为转染或转化)
1. 细菌的接合
E.coli 接合的发现 1946年莱德伯格(Lederberg, J.) 和塔特姆 (Tatum) 发现细菌的接合（conjugation）。 细菌接合是指通过细胞的直接接触， 遗传信息从供体单向转移到受体的过程。 1）接合现象的实验证据 2）遗传物质的单方向转移 3） F因子与F-、F+ 、 Hfr的关系
7.2.2 重组作图
利用中断杂交和基 因重组实验，以及其 他基因定位技术，已 经绘制出大肠杆菌的 环形遗传学图（连锁 图），图距单位为分 钟，以thr基因座位为 起点（0分钟），总长 度为100分钟。 右图中标出了常用 的52个基因座位。
大肠杆菌的遗传图谱
细菌的重组特点:
1) 单交换：产生不平衡的线性染色体，丢失。
1)容易找出营养缺陷型。 2)繁殖迅速，世代时间短(20分钟一代)，为 研究基因的精细结构提供足够的材料。 3)突变频率低，一旦出现易被发现。 4)结构简单，利于研究。
3 细菌与噬菌体的突变类型：
细菌的突变类型
(1). 合成代谢功能突变型(anabolic functional mutant)
营养缺陷型(auxotroph) 野生型(wild type) （缺陷型deficient） （原养型prototroph） Met- 甲硫氨基酸突变型 Met+ Thi- 硫胺突变型 Thi+ Pur- 嘌呤突变型 Pur+
通过简单交换Hfr又可以产生F因子。
3) Hfr能以高频率把细菌染色体转 移到细菌中，而F因子极少进入。 Fˊ因子和F因子很容易转移到细胞
中，但供体染色体的转移速率很低。
F-, F+, Hfr, F´细菌的相互转化
低频重组
吖黄素 与F+结合 结合
+ F
切离 整合
F
与F’结合
Hfr
高频重组
不准确切离
o
0
azi
9
ton
11
lac
18
gal
25
F
o azi ton lac gal
（1）不同的非选择标记进入受体且重组 的时间不同，但都是稳定的； （2）各基因的重组频率随着时间的增加 而增加，直至极值； （3）按时间顺序，先重组和后重组的基 因，重组率的极值在逐步减少。