遗传学_第五章_细菌和病毒的遗传

这个转化实验直接证明了遗传物质是DNA，而不是蛋白质，
也说明细菌的遗传物质可以通过转化进行重组。
转化的过程：
1、供体DNA的结合和穿入
（1）供体DNA片段必须是双链，且至少具有一定的长度和一定的浓度 （2）受体细胞必须处于感受态 （3）受体细胞利用DNA外切酶或移位酶（translocase）降解其中 一 条链，利用降解产生的能量，将另一条链纵向拉进细胞。
和Ф80噬菌体
1、烈性噬菌体的繁殖
图7－5 烈性噬菌体（T4）的繁殖
概念：
噬菌斑：把对噬菌体敏感的细菌和噬菌体混合培养 在琼脂培养基上，未受侵染的细菌迅速生长，形成菌落 （colony），而受侵染的细菌裂解（lysis），再侵染邻近 细菌使之再裂解，在长满菌落的不透明培养基上，会出 现肉眼可见的透明的斑点，叫噬菌斑。 基因型不同的噬菌体，产生的噬菌斑大小和形态不 同，寄主范围（host range）也可能不同，根据这些性状 可以加以区别。
内的基因重组。
h －r + × h + r －
即同时感染B品系，DNA复制后可能配 对，h r之间可能发 生交换
h－ h+
r+ r－
h－ h+
r+ r－
裂解后接种在同时 含有B和B/2系的培养基上
h － r+
透明、小斑
亲 型
h + r－
半透明、大斑
h － r－
透明、大斑
重 组 型
h + r+
半透明、小斑
注意 ：对于同一种细菌来说，不同的菌株F因子整合到细菌染色体的位置可 能不同，这就形成不同的 Hfr类型，在接合时，转移的原点和方向可能不同，就 会出现多种基因转移顺序（如表7－6）。 表7－6 用中断杂交法确定的几个Hfr菌株的基因顺序 Hfr的类型
基因转移顺序 O O O O O thr pro thr thi pro thr pur lac thi thr lac gly thi pro pro pur his gly thr lac gal his gal pur his gal thi gly pur gal gly lac pur his his thi pro lac gal gly
真核生物的基因重组是通过减数分裂实现的，而 原核生物的细菌和既不是原核生物又不是真核生物的
病毒，它们不进行减数分裂，但也能进行基因重组。
第五章
细菌和病毒的遗传
第一节
第二节 第三节
细菌和病毒遗传研究的意义
噬菌体的遗传分析 细菌的遗传分析
第一节 细菌和病毒遗传研究的意义
第二节 噬菌体的遗传分析
一、噬菌体的结构与繁殖
图7－6 噬菌体的溶源性周期和裂解周期
二、T2噬菌体的基因重组
赫尔歇（Hershey）对T2噬菌体的基因重组
作了研究。研究的性状是噬菌斑的大小和寄主 范围（host range）。
野生型r＋------小噬菌斑；
突变型r－------大噬菌斑； 野生型h＋------只能感染E. coli的B品系； 突变型h－------既能感染B品系，又能感染B／2品系。 噬菌体杂交：两种不同基因型的噬菌体在同一细菌体
gal＋------能发酵半乳糖
strS------对链霉素敏感
gal－
strR
实验发现：混合8分钟后取样，开始出现少量thr＋的F－菌落； 混合8.5分钟后取样，开始出现少量leu＋的F－菌落；
随着时间的推移，从Hfr得到的 某个等位基因重组体的百分率增加， － 混合9分钟后取样，开始出现少量抗azi的F 菌落； 百分率增加到一定程度，就维持在一 混合11分钟后取样，开始出现少量抗T1噬菌体的 F－菌落； 定的水平，很少出现 100％，这是因 混合18分钟后取样，开始出现乳糖发酵基因的 F－菌落； 为在人为搅拌之前，有些接合已经中 混合25分钟后取样，开始出现半乳糖发酵基因的 F－菌落； 断，这种情况在重组体中就不会出现 在18分钟之前F－均属不发酵型。 某个基因 。
（三）中断杂交试验和染色体作图
从而进行基因定位。 原理：把Hfr菌株与F－菌株混合培养
在接合过程中，根据F －细胞中发现Hfr细胞基因的时间早晚来确定其顺序，
设Hfr菌株的基因型为：strs a+ b+ c+ d+
F－菌株的基因型为：strr a－ b－ c－ d－ （strs------链霉素敏感基因，strr------链霉素抗性基因，a b c d代表不同的 基因，＋------为原养型或抗性， －------为缺陷型或敏感型） Hfr F－
（interrupted mating experiment）:
Hfr的基因型 thr＋------苏氨酸野生型 leu＋------亮氨酸野生型 aziR------抗叠氮化钠 tonR------抗T1噬菌体 lac＋------能发酵乳糖 F－的基因型 thr－ leu－ aziS tonS lac－
二、T2噬菌体的基因重组
一、噬菌体的结构与繁殖
形态：蝌蚪形、微球形、细线形等。 结构：E. coli T系列如T1、T2、T3、T4------T7等
为蝌蚪形，它们的结构相似。
分类：烈性噬菌体（virulent phage）， 如E. coli 的
T偶数列噬菌体
温和型噬菌体（temperate phage），如λ、P1
有毒性，在培养基上形成光滑的菌落。
（2）粗糙型（R型）：没有荚膜，没有毒性，形成粗
糙型菌落.
根据血清学反应，分成许多抗原型：SⅠ、SⅡ、SⅢ、RⅠ、RⅡ.
转化试验：
无毒的RⅡ型 ↓注入 老鼠 ↓ 不死亡 RⅡ型细菌重现 有毒的SⅢ型
加热（65℃）↓杀死再注入
RⅡ型
SⅢ型（加热杀死）
混合后注↓入一个体内
整合 （ 参入 ） 到自 己 的基 因 组中 ， 从而 表 现出 供 体 （ donor）遗传性状的现象。 接受供体遗传物质的细胞称为受体（receptor）。 只有当整合的DNA片段产生新的表现型时，才能测知 转化的发生。
转化现象最初是由格里费斯（Griffith，F.）在1928年
研究肺炎双球菌时发现的。 肺炎双球菌有两种类型： （1）光滑型（S型）：被一层多糖类的荚膜所保护，
混合培养
含str的完全培养基 以杀死Hfr细胞 分 别 影 印 培 养 到 各 培 养 皿 中
隔一定时间取样 搅拌
缺少A物质的 完全培养基
缺少B物质的 完全培养基
缺少C物质的 完全培养基
缺少D物质的 完全培养基
1950 年 雅 科 （ Jacob ， F. ） 和 沃 尔 曼 （ Wollman ， E. ） 的 中 断 杂 交 试 验
HfrH 1 2 3 AB312
从表7－6看出，尽管Hfr类型不同，基因转移的起点和顺序不同，但基因的 相邻关系并没有改变，说明细菌染色体是环状的，据表7－6作连锁图（图7－ 19），但当两基因的距离小于2分钟时，中断杂交法作出的图距不太准确 。
三、性导（sexduction）
F因子整合在细菌染色体（形成Hfr）的过程是可逆的，即可以 整合上去，也可以通过环出（looping out）又离开染色体，但偶尔 在离开时不够准确，携带了一段细菌染色体，这种F因子称F′因子， 在接合时，含有F′因子的细菌（供体）以高频率地转移它的基因， 并且整合在一定的座位上，因为它有与细菌染色体的同源区段（与 正常F因子可整合在不同的座位相区别）形成部分二倍体，F′因子可
有些噬菌体只包装细菌染色体的某一部分，这种转导 叫局限性转导( restricted transduction )或特殊性转导 （specialized transduction）。
老鼠 ↓ 不死亡 无SⅢ型菌重现 ↓
老鼠
Hale Waihona Puke 死亡 有少数SⅢ型菌重现1944年阿委瑞（Avery，O. T.）不仅重复了上述 实验，而且将SⅢ型菌的DNA提取物与RⅡ型混合 在一起，在离体培养条件下，使少数 RⅡ型转化成了 SⅢ型， 并能稳定遗传，因为该提取物不受蛋白酶、多糖酶、核糖核酸酶 （RNA酶）的影响，而只能为DNA酶所破坏，所以认为促成转化 的物质是 DNA 。说明 RⅡ型通过吸收了 SⅢ型的 DNA 片段，实现 了转化过程。
（一）接合与转化的区别
1946年黎德伯格 （Lederberg，J.）和 塔特姆（Tatum，E.）
用E. coli K12品系做
的实验：
met－：甲硫氨酸缺陷型 bio－：生物素（biotin）缺陷型 thr－：苏氨酸（threonine）缺陷型 leu－：亮氨酸（leucine）缺陷型
为了解释上述原养型形成的原因，1950年戴维斯（Davis, B.）
2、联会（synapsis）
供体单链DNA与受体DNA根据亲缘关系进行联会，亲缘关系远， 联会的可能性就小，转化的成功率就低，反之，则大。
3、整合（integration）
配对后通过置换作用，使供体DNA片段参入到受体DNA中。
二、接合
接合(conjugation)：指原核生物的遗传物质通过细胞接触 从供体（雄性）转移到受体（雌性）的过程。
2、温和型噬菌体的繁殖 概念：
溶源性（lysogeny）周期：
原噬菌体（prophage）： 溶源性细菌：
溶源性细菌对同一种噬菌体的侵
染是免疫的。 噬菌体感染细菌后，通过交换 整合到细菌染色体上，而P1噬菌 体并不整合到细菌染色体上，但 它们都是溶原性细菌，属温和型 噬菌体。温和型噬菌体多数情况 下，进行溶源性周期，但在外界 因素影响下，也能进入裂解周期
能消失，也可能通过交换使等位基因发生重组，产生重组体，实现
了遗传物质的交换。
四、转导
转导（transduction）：指以噬菌体为媒介，将一个细菌的遗传物质转移给另 一个细菌的过程。 在转导过程中，细菌的一段染色体被错误地包装在噬菌体的蛋白质外壳内， 通过再次感染而转移到另一个受体细菌内，形成的部分二倍体可以发生交换，从 而实现遗传物质的重组。有些噬菌体包装细菌染色体的片段是随机的，这叫普遍 性转导（generalized transduction）（下图），如P1、P22等。