第9章 细菌和病毒的遗传作图

溶源周期→裂解周期： 原噬菌体通过诱导（induction）可转变为烈 性噬菌体，进入裂解周期。 诱导方式：UV、温度改变、与非溶原性细菌 接合等。 诱导使阻遏物失活，噬菌体的基因表达，进 入裂解周期。
P1 噬菌体( P1 phage) 感染E.coli以后，不整合到细菌DNA上，而是独
烈性噬菌体 virulent phage
噬菌体的生活周期
烈性噬菌体的生活周期 吸附 、 侵入、核酸的复制、转录与蛋白 质的生物合成 、装配 、 释放。
Ⅰ、吸附 Ⅵ、释放
Ⅱ、 侵入 Ⅴ、装配
Ⅲ、核酸复制 Ⅳ、转录
温和噬菌体的生活周期 • 具有溶原性（lisogeny）的生活周期。 • 侵入细菌以后，细菌细胞并不马上裂解。
第二节、噬菌体的遗传分析
一、噬菌体的结构 二、T2噬菌体的基因重组与作图 三、λ噬菌体的基因重组与作图
一、噬菌体bacteriophage，phage的结构
细菌病毒 是研究得比较清楚的病毒。
噬菌体侵染细菌后在均匀生长的细菌培养板上 形成噬菌斑（plaque）。 根据噬菌斑的形态和生长特点可以鉴别不同的 噬菌体。
hr+ hr
透明，大
h+r+
T2 phage重组试验结果
杂交组合 r a h ×r a h r b h ×r b h
- + - + + + -
每种基因型的％ hr
+ -
hr 42 56 59
- +
hr
+ +
hr 12
- -
重组值 24/100=24% 12.3/100=12.3% 1.6/99.6=1.6%
细菌属于原核生物，不进行典型的有丝分裂和减 数分裂，因此，其染色体传递和重组方式与真核生物 不尽相同。
5、细菌遗传的研究方法--平板培养
6、细菌菌落的表现型
①、原养型（野生型）：在基本培养基上能正常 生长的细菌。 ②、突变型：在基本培养基上不能正常生长的细菌。 A、营养缺陷型 Ⅰ、生理突变型 Ⅱ、表型突变型 B、抗性:抗药或抗感染 菌落大小、颜色、形状
例1：枯草杆菌共转化遗传作图
trp2+his2+tyr1+ （供体）×trp2-his2-tyr1-（受体） 的转化类型及重组率计算
连锁遗传图
trp2 34 40 his2 13 tyr1
trp2
34
his2
13
tyr1
二、接合conjugation
概念
在原核生物中，两个细胞在相互接触过程 中，遗传物质从一个个体转移到另一个个体的
测知转化的发生。
4、因为在细菌的细胞壁或细胞膜上有一定数量的 DNA接受位点。在达到饱和之前，对某一个特定基因来 说，存在的供体DNA分子数目与转化子数目成正比。
感受态
转化过程 Ⅰ、结合(binding)：
当细菌细胞处于感受态时，供体(donor)双链DNA分 子可结合在受体(receptor)细胞表面的结合位点上。一
感受态指细菌能够从周围环境中吸收DNA分子进
行转化的生理状态。
感受态主要受一类蛋白质(感受态因子)影响，感受 态因子可以在细菌间进行转移，从感受态细菌中传递到 非感受态细菌中，可以使后者变为感受态。一般认为感 受态只能发生在细胞生长周期的某一阶段。
2、并非所有外源DNA片段都适合转化，只有双链、
而且相当大的外源DNA片段才能够转化。 如：转化肺炎双球菌的DNA片段至少要有800bp，而 枯草杆菌最少需要16000bp。 3、只有当整合的DNA片段产生新的表现型时，才能
• 细菌通过细胞膜摄取周围环境中DNA片段，
并通过重组将其整合到自身Chr中，而使它 的基因型和表现型发生相应变化的现象。
Griffith肺炎双球菌转化试验及其结果
野生型肺炎双球菌菌 荚膜 落为光滑型，一种突 变型为粗糙型，两者 根本差异在于荚膜形 光滑型S 发达 成
粗糙型R 无
菌 落
光 滑
毒性
立存在于寄主细胞内。
不影响宿主细胞的正常代谢
P1 DNA 自主复制，并分配到宿主的子细胞中去，
而且可以多于一个拷贝。 受P1 噬菌体感染的细菌也可以因诱导而进入裂解 周期。
二、T2噬菌体的基因重组与作图
噬菌体遗传性状
噬菌斑的形态 一个正常的T2 phage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。 r- T2 噬菌体是速溶（rapid lysis）突变体。
＋
×
rc rb
＋
Rfrc－rb＝14％ rc h rb
由于噬菌体的连锁图是环状，所以2、3排列都对。
h
作图
rc
rb ra
三、 λ噬菌体的基因重组与作图 • • • • Kaiser(1955)，λ噬菌体的重组作图。 用UV照射获得了5个λphage的突变型： s型，噬菌斑较小， mi型，噬菌斑特别小，
34 32 39
12 5.9 0.7
6.4 0.9
r c - h + ×r c + h -
注：不同速溶性噬菌体的突变型在表现型上不 同，可分别写成ra、 rb、 rc等
根据上表结果可以分别作出3个连锁图
有四种可能的排列顺序
基因顺序的精确确定 可以先只考虑 rc、rb 及h来确定三者的顺序
杂交： rcrb
类型Fra Baidu bibliotek
I, II, III I, II
有 无
粗 糙
荚膜的主要成分是多糖，具特殊的抗原性。不同 抗原性是遗传的、稳定的，一般情况下不发生互 变。
转化试验
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
转化特征：
转化现象在细菌中是一种普遍现象。不同细菌转化 过程有一定差异，但是它们都存在几个方面的特征，
1、只有当细菌处于感受态时，细菌才能转化。
现象称为接合。
接合的发现
J.Lederberg & E.Tatum 大肠杆菌杂交试验（1946） ： 材料：大肠杆菌K12菌株的两个营养缺陷型品系： 菌株A—甲硫氨酸缺陷型 met- 和生物素缺陷型 bio-； 菌株B—苏氨酸缺陷型 thr- 和亮氨酸缺陷型 leu方法：将A、B两菌株混和，在基本培养基(固体)上涂布培养。 结果：平板上长出原养型菌落(++++)。
旦受体位点饱和后，将阻止其它双链DNA的结合。
Ⅱ、穿入
稳定结合在受体位点上的双链供体DNA，由外切酶或 DNA移位酶降解其中的一条链，而另一条链进入细胞中。
Ⅲ、联会
供体的单链DNA片段与其相应的受体DNA片段联会，
联会也可发生在异种DNA之间，这主要取决于种间亲缘
关系的远近。
Ⅳ、整合(integration)
λ噬菌体（λ phage）
侵入细菌后，细菌并不裂解。 λ噬菌体的DNA通过交换整合到细菌染色体上。 随着细菌DNA一起复制。
λ噬菌体
溶原性细菌（lysogenic bacterium）。
DNA整合在寄主染色体中的噬菌体称为原噬 菌体（prophage）。
含原噬菌体的宿主细菌称为溶原性细菌。
本章重点
1．细菌影印法。 2．噬菌体结构和基因重组特点。 3．细菌和病毒的四种遗传分析方法： 转化、接合、性导、转导。 4．掌握F+、F-、F’、Hfr×F+ 的特点。 5．理解和掌握中断杂交和重组作图的原理。
自主学 习题
解释下列名词: 基本培养基 完全培养基 原养型 营养缺陷型 溶源性细菌 转化 接合 性导 转导 普遍性转导 特殊性转导 烈性噬菌体 温和噬菌体 中断杂交作图 F+菌株 F－菌株 Hfr菌株 部分二倍体
S s s S s S s S
Co 1 co 1 Co 1 co 1 co 1 Co 1 Co1 co 1
计
Mi mi Mi mi Mi mi mi Mi
975 924 30 32 61
51 5 18 0.86 √ 13 2091 3.76
Rf双交换＝（5＋13）/2091X100％＝0.86% Rfs－co1＝（30＋32）/2091X100％＋0.86% ＝3.76% Rfmi－co1＝（61＋51）/2091X100％＋0.86% ＝6.16% s
7、突变发生的测定—影印培养法
完全培养基
Ⅱ
选择培养基Ⅰ
选择培养基Ⅱ
选择培养基Ⅲ
二、病毒
1、 病毒的一般特性 无细胞结构：为蛋白质外壳包裹核酸而成的颗粒。 遗传物质： 只含一种核酸（DNA或RNA）。 繁殖方式：只能依赖宿主活细胞的代谢机器，通过
核酸复制和蛋白质合成后再装配成完整的病毒颗粒的方
式进行繁殖。
A
单转化A
②、转化作图原理 相邻基因共转化的频率与基因间距离成反比，即
基因间距离越近，发生共转化频率越高；反之越低。
基因间距离与重组类型频率间呈正比，即基因间
距离越远，重组类型频率越高。重组类型即为单基因 转化产物。
A B
A
B
并发转化A、B
A B
A
单转化A
A B
B
单转化B
A、B间距离越近，A、B双转化频率越高，A转化频率、B转化频率越低 A、B间距离越远，A、B双转化频率越低，A转化频率、B转化频率越高
三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性
(1)、世代周期短。大肠杆菌每20分钟可繁殖一代， 病毒每小时可繁殖数百个后代。 (2)、易于管理和进行化学分析。 (3)、是单倍体，便于研究基因的突变和重组。 (4)、遗传物质简单，便于研究基因结构、功能。 (5)、可用作研究高等生物的简单模型。 (6)、便于进行遗传操作。
第一节 细菌和病毒遗传研究的意义
一、细菌
1、大小： 比较小的单细胞，大约12μm长，0.5μm宽 2、结构：简单，包括细胞壁、细胞膜、拟核、核糖体、 细胞质及内含物；
特殊结构：
如荚膜和鞭毛
见教材：145页图7-16
细菌
3、遗传物质： 单个主染色体，一个或多个小染色体（质粒） 4、涂布和繁殖： 细菌每个细胞在较短时间内（如一夜）能繁殖107 个子细胞 成为肉眼可见的菌落或克隆。
两个基因型不同的噬菌体同时感染一个宿主细胞， 又称为双重感染（double infection）。 共同生存在同一个宿主细胞中的两个噬菌体DNA 也可以发生交换，产生基因重组。
T2 基因重组试验：
用基因型为r＋h- 和 r-h＋的两种T2 噬菌体同 时感染E.coli B株（双重感染）。
是指单链的供体DNA与受体DNA对应位点的臵换，
从而稳定地渗入到受体DNA中。它对同源DNA具有特异
性，异源DNA视亲缘关系远近，也可发生不同频率的 整合。
转化作图
①并发转化：当两个基因紧密连锁时，它们就有机会 同时被转化。并同时整合到受体细胞染色体上。
A A B A B B
B
并发转化A、B
单转化B
溶源性受到干扰，只能 进入裂解周期，故斑清 亮
• c型，噬菌斑完全清晰， • co1型，噬菌斑中间模糊，四周清晰， • co2型，噬菌斑的中部较co1型更为浓密。
λ噬菌体s co1 mi × ＋ ＋ ＋的杂交结果及分析作图
类 亲本类型 单交换Ⅰ 单交换Ⅱ 双交换型 合 型 数 目 1899 62 112 2.9 5.3 √ √ √ 6.16 8.2 √ √ 占总 数％ 重组频率％
将双重感染后释放出来的子代噬菌体接种
在同时长有B株和B/2株的培养板上，记录噬
菌斑的数目和形态。
基因型 • h ＋r－ • h －r ＋
表现型 半透明，大 透明，小
亲本型
• h－r－ • h ＋r＋
透明，大 半透明，小
重组噬菌斑 总噬菌斑
×
重组型
重组率（Rf）＝
100％
半透明，大
h+r
T2 plaques
病毒的形态结构借助电子显微镜才可以观察到。 其体积大小相差悬殊，绝大多数直径在10～300 nm之间。其形态多种多样。
2 、病毒的分类
①、细菌病毒—噬菌体 ②、植物病毒 宿主 ③、无脊椎动物病毒 ④、脊椎动物病毒 Ⅰ、类病毒（viroid） ⑤、亚病毒 Ⅱ、拟病毒（virusoid） Ⅲ、朊病毒（prion )
3.76
co1
6.16
mi
λ噬菌体s co1 mi 基因连锁图
第三节 细菌的遗传分析
• • • • • 细菌遗传物质的重组有四种不同的方式： 转化（transformation） 接合（cojugation） 性导（sexduction） 转导（transduction）
一、转化（transformation）
宿主范围 正常的T2 噬菌体能感染E.coli B株，h＋。 E.coli的突变型B/2株能抗T2的感染。 h＋的突变型h-能克服B/2株的抗性，既能侵染B 株又能侵染B/2株。
T2 phage 和 E.coli的关系 B h+ h能感染 能感染 B/2 不能感染 能感染
混合感染（mixed infection）：
T4噬菌体形态
T4 phage的结构模式
噬菌体的分类
按其在宿主细胞中的生活方式分为： 温和噬菌体：在噬菌体侵入后，细菌并不裂解，而是
以溶源体或质粒的形式存在的一类噬菌体称为温和性噬 菌体。
烈性噬菌体：噬菌体侵入宿主细胞，利用宿主细胞内
的物质进行自身合成子噬菌体，并使宿主细胞裂解而释 放子噬菌体，这类噬菌体称为烈性噬菌体。