第二节细菌的遗传分析

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细菌的交换过程
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（四）细菌的交换过程
• 外基因子和内基因子可以发生交换而产 生基因重组。部分二倍体中，若发生单
数交换是没有意义的，因为单交换使环 状的内基因子打开成为线性DNA，这种 细胞是不能成活的。发生偶数次交换才 能产生可遗传的重组体（recombinant） 和一个片断（fragment）。片断以后为 酶所降解。
关于转化,将在遗传的分子基础中讲 解。
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二、接合（conjugation）
• 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现象 称为接合。 输出遗传物质的个体称为供体（donor）， 又称为“雄性”。接受外源遗传物质的个体称 为受体（receptor），又称为雌性。 E.coli（大肠杆菌）是遗传学研究中应用最 为广泛的细菌。野生型的E.coli可以在只含有盐 类和葡萄糖的简单培养基上生长。
第二节 细菌的遗传分析
细菌与细菌之间的遗传物质的交流 （拟有性过程）有四种不同的方式：
一、转化 二、接合（杂交） 三、性导 四、转导
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一、转化（Transformation）
• 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染色体 中的过程，称为转化。
当外源DNA进入宿主后，使宿主产 生新的表现型时就能测知转化的发生。
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黎德伯格和塔特姆接合试验
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黎德伯格和塔特姆接合试验
• A和B均不能在基本培养基上生长，但若将 A和B在完全液体培养基上培养几个小时以 后再涂布在基本培养基上，就能长出一些 原养型（met+bio+thr+leu+）的菌落。细菌 的野生型又称为原养型。
• 这种原养型菌落的出现是由于营养上的互 补，还是由于两种不同类型细胞直接接触 而交换了遗传物质的结果呢？
• A菌株之所以能成为供体，是因为它含有一个 性因子（sex factor）又称致育因子（fertility factor），简称F因子。 携带F因子的菌株称为供体菌或雄性，用F+ 表示。没有F因子的菌体称为受体菌或雌性， 用F－表示。
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（二）F因子
• F因子是一个小型的双链环状DNA分子，是染 色体外遗传物质，是质粒的一种，在分类学上 属于附加体（episome）。
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（四）细菌的交换过程
• 这样，重组后的F－细菌不再是部分二 倍体，而是单倍体，得到的重组体的 类型只有一个，而不是两个，相反的 重组体是不能存活的（例如有＋＋， 没有――）。
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（五）用中断杂交技术作连锁图
• Wollman和Jacob用中断杂交实验了解 接合过程中基因转移的顺序和时间， 从而绘制出连锁图。
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（三） 高频重组
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（四）细菌的交换过程
当Hfr菌的部分染色体进入F－后，F－细 胞中就有一段DNA具有2份拷贝，被称为部 分二倍体（partial diploid）或部分合子 （mero zygote）。新转入的DNA片断称 为供体外基因子（exogenote），而受体 的染色体称为受体内基因子 （endogenote）。
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F 因子及 其在杂交 中的行为
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（三）高频重组
• 高频重组菌株（Hfr）与F－杂交时，重 组频率很高，而F－很少转变为F+。
• 后来发现， Hfr中F因子整合到细菌染 色体上了。
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（三）高频重组
• 在Hfr中，F因子的复制是与宿主染色 体同步进行的。当Hfr×F－时，Hfr细 胞可以把部分甚至全部染色体传递给F －受体，而且当供体和受体带有不同的 标记基因时，相互之间的重组频率很 高，故而被称为Hfr（High frequence recombination）。
• 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，称为中断杂 交技术。
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（五）用中断杂交技术作连锁图
• 杂交组合为：
Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs
×
F－ thr-leu-azistonslac-gai-strr
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F 因子的存在状态
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（二）F因子
• F因子处于自主状态时，可以不依赖宿主细胞 的染色体而独立复制（每个F+细胞只有一个F 因子）。据研究，F因子至少包含有15个基因， 其中有的基因控制F（或性）伞毛（F pillus） 的形成，F伞毛是F+细胞表面伸出的一种长附 属物。F+与F+之间互不理睬，但F+和F－一旦 相互接触，F伞毛就变成了两个细胞之间原生 质的通道，叫做结合管（conjugation tube）。 F+细胞中的F因子由结合管向F－传递，使F－变 成F+。
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（一）杂交实验
• 1946年，Leaderberg和Tatum发现E.coli 可以通过接合交换遗传物质。选用两个不 同营养缺陷型的E.coli菌株，A和B。A菌株 需要在基本培养基中补充甲硫氨酸（met） 和生物素（bio） ，B菌株需要在基本营养 培养基上补充苏氨酸（thr）和亮氨酸（leu） 才能生长。采用多营养缺陷型是为了防止 回复突变干扰试验结果。
它既能以自主状态存在于细胞质中，又能 整合到细菌的染色体内。F小环与主染色体大 环之间发生一次交换就可以插入到宿主染色体 中。F因子整合到E.coli染色体上以后，该菌 株就成为高频重组株（High frequence recombination ,Hfr），以Hfr表示。
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F因子
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U型管试验
• 1950年， Davis设计了 一种U型管试 验。
• 试验说明： 两个菌株间 的直接接触 是原养型细 菌出现的必 要条件。
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（二）F因子
• 1952年，Hages通过实验证明，在结合过程中， 遗传物质的转移是单向的。一个菌株（如A菌 株）是供体，而另一菌株（如B菌株）是受体。