07 普通遗传学 细菌和病毒的遗传 课件

图7-12
一、烈性噬菌体
T偶数系列噬菌体的尾丝附着在大肠杆菌表 面时，通过尾鞘的收缩将噬菌体DNA经中 空尾部注入寄主细胞，破坏寄主细胞的遗 传物质，并合成大量的噬菌体DNA和蛋白 质，组成许多新的子噬菌体，最后使细菌 裂解，释放出无数个子噬菌体。所以这样 的T偶数系列噬菌体称为烈性噬菌体。
图7-13 烈性噬菌体
图7-4
噬菌体
图7-5烟草花叶病毒 RNA
腺病毒 DNA
T4 噬菌体 DAN
爱滋病病毒 RNA
图7-6
爱滋病病毒
三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性
世代周期短，繁殖世代所需时间短； 易于操作管理和进行化学分析(纯培养与代谢产物累积)； 便于研究基因的突变(表现与选择)； 便于研究基因的作用(突变型生长条件与基因作用)； 便于研究基因的重组(重组群体大、选择方法简便有效)； 遗传物质比较简单，可作为研究高等生物的简单模型。
一、细菌的生物学特征 二、病毒的生物学特征 三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性 四、细菌和病毒的拟有性过程 五、细菌遗传的实验研究方法
一、细菌的生物学特征
1、细菌是单细胞生物，完成每个世代只需20分 钟，而且容易得到它的生化突变型。 2、结构：鞭毛、细胞壁、质膜、间体、核质体 （拟核）、核糖体 3、涂布和繁殖：每个细胞在较短时间内能裂殖 107，称为肉眼可见的菌落。
图7-21 hr+, h+r双重感染E.coli进行的
杂交(引自Griffiths et al.,1999)
图7-22
T2噬菌体的基因重组
h+r-×h-r+
接种在同时长有B和B/2 株的培养基上
h+r混浊，大
h-r+ h+r+ 透明，小 混浊，小
h-r透明，大
重组噬菌斑数 重组值 ( Rf ) = × 100 % 总噬菌斑数
染色体长度 （μm） 60 12 16 14 1.8 1.4 8.3 1.7
RS: 重复序列，引自Peter J.Russell: 1972
三、噬菌体(T2)的基因重组与遗传作图
1、噬菌体遗传学的建立与发展：
（1）1946年，Beadlr A. D. and Tatum宣布 了“一基因一酶”学说； （2）Lederberg J. 细菌杂交实验报告； （3）Hershey A.D. and Luria S. 宣布发现了 r，h突变体 （4）Delbruke M.D. and Hershey A.D. 各自 发现噬菌体重组。
表示基因座。 啤酒酵母 基因: GAL4，CD28 蛋白质: GAL4，CDC28 非洲粟酒酵母 基因: gal4，cdc2 蛋白质:Gal4，Cdc2
细菌：用三个引文字母表示。
表型第一个字母大写，用正体； 基因型三个字母都小写，用斜体； 肩上的符号表示野生型、突变型、抗性或敏感性。 如：表型 野生型 Gal＋，突变型 Gal－或 Gal
五、细菌遗传的实验研究方法
1、细胞计数(培养物细胞浓度) 2、建立纯系的方法 3、选择培养法鉴定突变型与重组型 4、突变型与重组型的批量筛选方法
1、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。
rc- rb+
× rc+ rb-
4 种不同的基因顺序
第三节 细菌的染色体作图
一、转化（transformation） 二、接合（conjugation） 三、性导（transduction） 四、转导（sexduction)）
图7-3 霉菌菌落
5、菌落形态性状的突变包括：菌落的形状、 颜色和大小等。 6、生理特性的突变包括：丧失合成某种营养 物质能力的营养缺陷型。 7、抗性突变包括：抗药性或抗感染性。
二、病毒的生物学特征
1、病毒是比细菌更为简单的生物，它们也只有一条 染色体，即单倍体。有些病毒的染色体是DNA，还 有一些病毒是RNA。 2、病毒主要是由蛋白质外壳及其包被的核酸所组成 的颗粒。病毒可根据宿主(动物、植物、细菌)或 遗传物质(DNA或RNA)来分类。细菌病毒 (Bacterial phage)，称为噬菌体(phage)(如 图)，是目前经过广泛研究，了解比较清楚的一种 病毒。
T4噬菌体从 大肠杆菌中 释放
图7-14
烈性噬菌体
图7-15
烈性噬菌体
图7-16 噬菌体的溶解性周期
二、温和噬菌体
温和噬菌体侵入细菌后，细菌并不裂解， 即它们有溶原性的生活周期。例如λ和P1 噬菌体可代表略有不同的溶原性类型。 λ噬菌体附着在大肠杆菌染色体的gal和 bio位点之间的attλ座位上，它能通过交换 而整合到细菌染色体上，整合的噬菌体称 为原噬菌体(图)。
图7-1 大肠杆菌
图7-2 细菌的细胞结构与涂布繁殖
一、细菌的生物学特征
4、其遗传物质DNA主要以单个主染色体的形式 存在。这种DNA与真核生物的DNA不同，它不 与组蛋白相结合，也不形成核小体的结构是一 个封闭的大环。通常还有一个或多个小染色体 (质粒)。 5、研究细菌遗传的方法：主要是对细菌菌落形 态的遗传研究 (如图，霉菌菌落)
4、突变型与重组型的批量筛选方法
选择培养法一次可鉴定、筛选一种突变型，但要 检测分离含有多种突变型的混和菌株，效率太低。 为高效检测、分离混和群体中不同突变型，黎德 伯格夫妇设计了影印培养法。 – 该方法原理与选择培养法一致，但是采用影印 法将在完全培养基上单菌落同时接种到不同选 择培养基上同时对所有菌落进行选择培养，鉴 定效率大大提高。
四、细菌和病毒的拟有性过程
虽然细菌和病毒不具备象真核生物配子进行融合 的有性过程，但它们的遗传物质也能从一个细胞 传递到另一个细胞，并且也能形成重组体。 细菌获取外源遗传物质有四种不同的方式：转 化，接合，转导和性导。 拟有性过程的存在是细菌、病毒作为真核生物的 模型研究遗传重组和基因结构的重要前提。
rxh+ × r+h出现的4 种噬菌斑的数目和求得的重组值 （rx代表不同的r 基因）
杂 交 rah+ x r+ hrbh+ x r+ hrch+ x r+ hr+ h + 每一基因型的% r- h + r+ hr- h42.0 56.0 59.0 12.0 6.4 0.9 重组值 24/100 = 24.0 % 12.3/100.3 = 12.3 % 1.6/99.6 = 1.6 %
脊椎动物:
一般以1-4个小写字母表示其基因功能。 例如，基因sey, myc, 蛋白 Sey, Myc
人类:
方法如脊椎动物但需大写。 例如基因 MYC、SRY，蛋白MYC、ENO1。 基因产物的命名无统一的规定，现在一般都用 正体，全部大写，或第一个字母大写，如Gal或 GAL。
第一节 细菌和病毒遗传研究的意义
第七章
细菌和病毒的遗传
本章要点
细菌和病毒在遗传研究中的优越性； 温和噬菌体、烈性噬菌体； 原噬菌体、溶原性细菌与溶原性生活周期。 F-菌株、F+菌株、Hfr菌株； F因子、F´因子； 转化、接合、性导与转导的概念与基本原理；
基因和基因产物的符号
酵母：三个字母表明基因功能，后面的数字
图7-7 细胞计数(培养物细胞浓度)
Results of the serial dilution technique and subsequent culture of bacteria
图7-8 细菌培养
2、建立纯系的方法——纯培养
挑取由单个细胞繁殖而来的菌落进行培养就可 以获得由一个细胞繁殖而来的纯系。 通常采用平板表面涂布法或划线法可以获得单 菌落。这种方法获得的纯系，称为“菌种纯”。 有时采用显微操纵器进行菌丝尖端切割等方法 从单个细胞直接培养建立纯系。采用这种方法 获得的纯系称为“菌株纯”。
3、T2噬菌体的基因重组
将两种不同的T2突变体进行杂交，对其杂交子代 进行重组分析。 杂交方法：
– 将Ttor和Ttos两种大肠杆菌细胞混合； – 同时接种高浓度的T2噬菌体的h-r+和h+r-两种突变体， 保证绝大多数细菌都被一个以上噬菌体感染； – 两种不同的噬菌体DNA可能在宿主细胞内进行重组， 从而产生非亲本型子代h+r+和h-r-。 × 亲本型 重组型
12.0 34.0 5.9 0.7 32.0 39.0
去掉%的重组值可作为基因间的图距，用来作基因连锁图。
ra
24.0
h
12.3
rb
h h
h rc
rc
1.6
三个r 基因与h 基因的连锁图
ra ra ra ra
rb
rc h rc h rb
rb ra
图7-25 噬菌体T2 的环状基因连锁图
rb
h rc h rc rb
2、噬菌体的突变：
噬菌斑的形态 宿主范围
（1）噬菌斑突变：T噬菌体的r-突变体（速溶）
正常噬菌体，r+，产生的菌斑小而边缘模糊 突变噬菌体，r-，产生的菌斑大两倍而边缘清晰
（2）宿主范围突变： T2噬菌体的h-突变体
正常噬菌体，h+，只能以EcoliB株(Ttor)为宿主 突变噬菌体，h-，能以EcoliB株和B/2株(Ttos)为宿主
图7-9
细菌培养
3、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)。 – 营养突变型的筛选、鉴定方法与红色面包霉生化突变 型的鉴定方法基本一致。
基因型 野生型 gal＋ ，突变型 gal－ 或 gal 表型 基因型 AmpR ampr AmpS amps
果蝇:以1-4个字母表示。
基因:white(w ),tailless( tll ),hedgehog( hh ); 蛋白:White, Tailless, Hedgehog
植物:
没有惯用法，大多数用1-3个小写字母表示。 Arabidopsis 基因用果蝇的方法命名但用大写 字母，如 基因 AGAMOUS（AG），蛋白 AGAMOUS。
溶原性细菌是带有原噬菌体基因组的 细菌。如乳酸菌溶原性具有完整的噬菌 体基因组而不被裂解的细菌称为溶原性 细菌。 用温和噬菌体感染细菌并使之成为溶 原性细菌的过程称为“溶原化”
图7-17 λ噬菌体
图7-18
图7-19 λ噬菌体特定位点的整合
图7-20 噬菌体的溶原性（lysogenic) 周期及溶解性(lytic)的转变
h-r+
h-r-
h+r+ h+r-
图7-23 h+r-×h-r+培养所产生的四种噬菌斑
图7-24 噬菌斑
4、T2的环形遗传图
Hershey根据h+r-×h-r+的杂交结果推 测T2的染色体是线性的。 多个T2噬菌体的杂交结果显示：ra、 rb、rc有4种不同的排列形式。
不同的快速溶菌突变型在表型上不同，记作 ra, rb, rc。将这几种快速溶菌突变型(rx h+)与宿主 范围突变型(r+ h) 杂交，结果如下表：
图7-10
影印培养法
图7-11 影印培养法
注意：
(1)最初的培养基必须是非选择性的，即各 种突变型都能够在其上生长； (2)必须采用适当的方法如涂布或划线法， 以使培养物菌落之间要分开。
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第二节 噬菌体的遗传分析
一、烈性噬菌体 二、温和噬菌体 三、噬菌体(T2)的基因重组
一、烈性噬菌体
：
遗传学上应用较广泛的是大肠杆菌的T偶数 系列噬菌体。它们的外貌都象蝌蚪状(如图)。 T偶数系列噬菌体具有六角形的头部，其内 部含有双链DNA分子，尾部包括一个中空 的针状结构及外鞘。末端是基盘，由尾丝 及尾针组成。
表7-1 几种病毒染色体的特点
病毒 T-偶数噬菌体 T7 λ P22 φ174 Qβ （呼肠病毒） SV40 鼠白血病病毒 烟草花叶病毒 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 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