第七章 细菌遗传学
细菌的遗传与变异-医学微生物学
细菌进化速度快，适应能力强，可在各种环境中生存和繁殖。
进化意义
细菌进化对人类医学、农业和工业等领域产生重要影响，如抗生素 耐药性的产生和病原体变异等。
05 细菌遗传与变异的医学意 义
抗生素抗性的遗传与变异
01
02
03
04
抗生素抗性
指细菌在抗生素存在下能够生 长和繁殖的能力。
抗性基因
细菌通过基因突变获得抗性基 因，使其对特定抗生素产生抗
细菌的遗传与变异-医学微生物学
目 录
• 细菌的遗传物质 • 细菌的基因转移与重组 • 细菌的基因表达调控 • 细菌的变异与进化 • 细菌遗传与变异的医学意义
01 细菌的遗传物质
细菌DNA的结构
01
02
03
环状双螺旋结构
细菌DNA呈环状双螺旋结 构，与真核生物的线性 DNA不同。
超螺旋结构
细菌DNA具有超螺旋结构， 影响其复制和转录过程。
的细菌种类的源泉。
细菌的基因重组
基因重组
指两个或多个基因的遗传信息在细菌体内重新组 合，形成新的基因组合方式。
重组方式
转化、转导、接合和原生质体融合等。
重组意义
基因重组是细菌适应环境变化的重要方式，也是 细菌进化的重要途径。
细菌的进化
进化机制
细菌通过基因突变和基因重组等机制，不断适应环境变化，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ化 成为新的种类。
性。
抗性传播
抗性基因可通过质粒、转座子 等可移动遗传元件在不同细菌
间传播。
抗性机制
细菌通过多种机制产生抗性， 如产生钝化酶、改变药物靶点
、增加药物外排等。
病原菌毒力的遗传与变异
毒力因子
遗传学第七章---戴灼华
二、四分子分析——生活史
1、四分子分析：对四分子孢子进行遗传学分析称为四 分子分析。 2、顺序四分子：第一个孢子来自于一条染色单体，第 二个孢子来自于这条染色单体的姐妹染色单体，第三、 四个染色孢子来自于前一条染色体的同源染色体的两 条姐妹染色单体。它的优点就是可进行着丝粒作图。
∵ PD多于NPD ∴n、a在同侧。
方法三：在n和a分别为MⅠ和MⅡ的情况下，对子囊数 与RF(•—n)，RF(•—a)进行比较分析
已知 RF(•—nic)=5.05％，RF(•—ade)=9.3％，两者相 差不到一倍，若n和a各自独立地与着丝粒发生重组的话，则MⅡ 的子囊数也应相差不到一倍。但实际上，交换发生在着丝粒与a 间，n是MⅠ，a是MⅡ的子囊有90个；交换发生在着丝粒与n间时， n是MⅡ，a是MⅠ的子囊只有55个。两者相差悬殊，与计算的重 组值不相符合。
㈥附加体（episome）：既可存在于染色体外，作为一 个独立的复制子，也可整合到细菌染色体中作为细菌 复制子的一部分的遗传因子成为附加体。
Hfr—高频重组品系
1、直接将F因子通过接合管传递给受 体。
F＋ × F－
F＋
遗传重组（F配对区——细菌染色体）
2、F因子整合到细菌染色体，然后通 过接合管传递给受体。
所以，这两个基因不可能独自与着丝粒发生交换。 另外，从上表可见，在n与着丝粒发生交换时，a基因 也与着丝粒交换了，即n是MⅡ，a也是MⅡ共计96(=90 ＋1＋5)个子囊。也就是说，同一交换使十/n出现MⅡ 型分离，也使十／a出现MⅡ型分离，101次中有96次， 证明了n和a的连锁关系是同侧
细菌遗传学
遗 传与变异 变异: 基因突变与基因
转移
细菌的遗传和变异
• 遗传（heredity）
– 遗传使细菌的性状保持相对稳定，且代代相 传，使其种属得以保存。
• 变异（variation）
– 在一定条件下，子代和亲代之间以及子代和 子代之间的差异称为变异。
细菌的变异现象
• • • • • • • 形态、结构变异（如：孢子、荚膜、鞭毛） 毒力变异 耐药性变异 代谢变异（营养缺陷、糖发酵类型、生化反应） 抗原性变异 菌落变异 温度敏感性变异
自发还是诱变的证明
三、影印培养法
1951年J&E Lederberg 发明影印培养法法 (Replica plating) 直接证明了突变的自发 性：细菌的抗药性发生在加入药物以前， 而药物的作用只是把突变型筛选出来。
影印培养法可以分离出纯种的突变株，它在微生 物遗传的理论和育种研究中都有广泛的应用
突变的分子基础(自学)
• 诱变剂的作用 • 自发突变的机制 • 错配修复与增变基因(mutator gene):dam mutH mutL mutS uvrD • 突变的热点
突变类型的筛选 基因突变是通过其表型效应而被发现的， 通常突变在群体中占极少数，因此需要 用一些特别的方法来区分突变型与野生 型菌。前述的影印培养法、EMB批示平 板法。 筛选过程：野生型菌 诱变剂处理 突变型 浓缩突变型分离 突变型鉴定
基因突变的类型
1、点突变、多点突变 2、按表型：形态突变，生化突变(营养缺陷型、糖发酵能 力、抗性突变型、对药物的依赖)，致死性突变(条件致 死性：Ts), 毒力改变以及抗原性突变 3.按突变所引起的遗传信息意义是否改变：错义 (missense)、同义(samesence)和无义(nonsense)突变 4.按遗传物质结构的改变：碱基置换(substituion)、碱基插 入(insertion)、碱基缺失(deletion)和移码(frame shift)
第七章细菌的遗传
营养缺陷型细菌的表型一般是根据该菌株所不能合成的物 质来命名。取这一物质的前3个字母，第一个字母大写，指 出它们生长所需要的物质。例Met-。相应的原养型的表型记
成为二倍体DN#43;
b
部分二倍体中发生的交换:
降解
a
单数交换：打开环状染色体，产生一个线性染色体，这种
细胞是不能成活的。
偶数交换：产生可遗传的重组体和片段。
㈢、中断杂交试验及染色体连锁图： 50年代，雅科（Jacob F.）和沃尔曼（Wollman E.）： 中断杂交试验：发现接合时遗传物质转移是直线进行。
时间内(如一夜)能裂殖到107个
子细胞 成为肉眼可见的菌落
或克隆(clone)。
5
7.1.2 细菌的基因组
一个环状染色体、一个或多个小染色体(质粒)。 裸露的、没有组蛋白和其他蛋白质的结合，易于接受 带有相同或不相同物种的基因或DNA片段的插入。
7.2大肠杆菌的突变型及其筛选 7.2.1大肠杆菌的突变类型
在Hfr×F－结合时，细菌染色体由一 小段单链的F因子为前导而转移到F-受体 边进入边合成。一般仅小部分细菌染色 体能够转入，接合中断受体细胞为F－， F因子仍留在供体内。
Hfr×F－
部分二倍体： 当Hfr细菌的
供体外基因子
受体内 基因子
染色体进入F－后，在 c
一个短时期内，F－细
b+
胞内的某些位点就会
细菌裂解
DNA残留
其它细菌摄取转化。
②. 枯草杆菌活细胞表面分泌DNA，可被其它细胞摄取。
细菌的遗传学ppt课件
细菌遗传变异的物质基础
遗传： 变异： ① 遗传型变异（基因型变异 ） ② 非遗传型变异（表型变异 ）
遗传物质：DNA 基因组：细菌染色体 染色体以外遗传物质 （质粒和转位因子等）
基因型和表型变异的比较 基因型变异 基因结构 可逆性 稳定性 变化 无或极少 稳定 未变 可逆 不稳定 受影响 全体
代谢质粒 代谢酶
三、其他遗传物质 转座因子、整合子、前噬菌体 1、转座因子 细菌基因组上的一段核苷酸，能改变自身位置 转移：同一染色体 染色体--染色体 质粒--质粒 质粒--染色体 包括： 插入序列 (insertion sequence,IS) 转座子 (transposon,Tn)
⑵ 转座子（Tn） 两端为IS 中心序列有与转位无关的基因 耐药基因 毒力基因 结果：染色体突变 耐药性产生
H→O变异：如伤寒沙门菌鞭毛 S→R变异：消失荚膜或多糖 抗原性改变 毒力下降，生化反应改变 治疗困难：耐药 预防：BCG
基因工程
载体：质粒，噬菌体
工程菌和酶：限制性
内切酶，连接酶
选择目的基因，细菌
中表达，如胰岛素、
白介素、干扰素等
基因工程疫苗
谢 谢 大 家
局限性转导：
脱落错误：前噬菌体及两边的细菌DNA 转导性噬菌体：噬菌体DNA及细菌DNA
(3) 接合（conjugation）：
供体菌通过性菌毛将DNA转入受体菌内， 使受体菌获得新的遗传性状。
F质粒： 雄性菌：F+，性菌毛（+），供体菌 雌性菌：F-，性菌毛（-），受体菌
R质粒： 接合性：耐药性传递因子：性菌毛 耐药性决定子 ：耐药性 方式：接合 非接合性：耐药性决定子 方式：转化或转导
细菌和病毒的遗传学分析
用不同的Hfr菌株进行中断杂交实验所作出的大肠杆菌基因连锁图，其基因向F-细胞转移的顺序大不相同。
重组作图
01
当转移时间间隔在两分钟之内， 如已知lac与ade紧密连锁，距离约为1分钟，中断杂交作图就不可靠，须用传统的重组作图(recombination mapping)
01
不用亲本类型 两对基因间的交换频率，必须在形成部分二倍体的条件下，计算重组率。 部分二倍体如果不发生重组，无法鉴别。 接合重组不产生相反的重组类型
低频重组与高频重组
高频重组(High frequence recombination, Hfr)
F因子整合到了细菌染色体上，与F-细胞接合后将供体染色体的一部分或全部传递给F-受体，当供体和受体的等位基因带有不同的遗传标记时，可观察到它们之间发生重组，频率可达到10-2以上，称为高频重组品系（菌株）
杂合DNA复制后，形成一个亲代类型的DNA和一个重组类型的DNA并导致转化细胞的形成与表达。
转化的进程
4 共转化与遗传图谱绘制
共转化：供体的一条DNA片段上的两个基因同时转换的现象。 利用共同转化绘制细菌连锁遗传图谱的基本原理： 相邻基因发生共同转化的概率与两者的距离间成正向关系，基因间距离越近，发生共同转化的频率越高，反之越低。 因此可能通过测定两基因共同转化的频率来指示基因间的相对距离。
数理与生物工程学院
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遗 传 学
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第七章细菌和病毒的遗传学分析
目录
1
2
二 细菌的接合与染色体作图
1.接合现象的发现
细菌的接合首先是莱德伯格（ Lederberg ）和塔特姆（ Tatum ）在1946大肠杆菌杂交试验中发现的。
遗传学第7章 细菌的遗传分析
大 肠 杆 菌 染 色 体 图
第五节 F′因子与性导 F′因子与性导
性导（sexduction）： 性导（sexduction）： F′因子为媒介 因子为媒介， 以F′因子为媒介，将供体细胞的部分遗传物质导 入受体细胞形成部分二倍体。 入受体细胞形成部分二倍体。
2、分解代谢功能的突变型： 分解代谢功能的突变型： 分解代谢功能（ function） 分解代谢功能（ anabolic function）：野生型大肠杆菌 能利用比葡萄糖复杂的不同碳源， 能利用比葡萄糖复杂的不同碳源，因为它能把复杂的糖类 转化成葡萄糖或其他简单的糖类， 转化成葡萄糖或其他简单的糖类，也能把复杂分子如氨基 酸或脂肪酸降解为乙酸或三羧酸循环的中间产物。同样， 酸或脂肪酸降解为乙酸或三羧酸循环的中间产物。同样， 一系列降解功能的实现也需要许多基因的表达， 一系列降解功能的实现也需要许多基因的表达，其中任何 一个基因突变都会影响降解功能的实现。 一个基因突变都会影响降解功能的实现。 3、抗性突变型：细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或 抗性突变型： 抗菌素产生抗性。 抗菌素产生抗性。
str对链霉素有抗性azi对叠氮化合物有抗性tona噬菌体有抗性thr中断杂交后非选择标记基因出现的频率中断杂交后非选择标记基因出现的频率标记基因转入的时间min100选择标记leu85100选择标记azi90ton1170lac1840gal2525根据中断杂交试验绘制的连锁图根据中断杂交试验绘制的连锁图ff因子插入的位置及方向因子插入的位置及方向用中断杂交试验确定的几个用中断杂交试验确定的几个hfrhfr菌株的基因顺序菌株的基因顺序hfr的类型hfrhthrprolacpurgalhisglythithrthiglyhisgalpurlacproprothrthiglyhisgalpurlacpurlacprothrthiglyhisgalab312thithrprolacpurgalhisglyff因子整合位置与不同因子整合位置与不同hfrhfr类型杂交类型杂交三重组作图三重组作图两基因转移间间距小两基因转移间间距小于于22分钟时中断杂交法的图距不精确分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法
遗传学 第七章 细菌的遗传分析
第一节 第二节 第三节 第五节 第六节 第七节
细菌的遗传分析
细菌的细胞和基因组 大肠杆菌的突变型及其筛选 细菌的接合与染色体作图 细菌的转化 转导与转导作图 细菌同源重组的机制
主要以大肠杆菌为对象材料介绍细菌遗传物质的传递 规律、细菌染色体作图、细菌同源重组的分子机制。
第一节 细菌的细胞和基因组
两者多是条件致死突变型
3、抗性突变型: (1) 抗药突变型 : 对抗菌素具有抗性。 链霉素抗性突变型： strr——strs (2) 抗噬菌体突变型：抗噬菌体感染。 抗T1噬菌体突变型： tonr——tons 抗T2噬菌体突变型： Ttor——Ttos
对噬菌体的抗性突变往往是以某种方式改变细菌的膜蛋白， 从而某种噬菌体不能吸附或吸附在这种突变细菌上的能力降低。 细菌对各种抗生素的抗性机制各不相同。如对链霉素抗性突 变的细菌是由于核糖体的30S亚基的S12蛋白变异。链霉素能和 敏感细菌（野生型）的S12结合，从而使翻译过程发生差错或 者使翻译过程的启动作用失效。而抗链霉素突变型的S12不再 和链霉素结合，因此抗性突变细菌可以在链霉素存在的情况下， 进行正常的翻译作用和正常的分裂繁殖。
① 8分钟时：thr+进入F-细胞。
8.5分钟时：leu+进入F细胞。 ② 9分钟时：有少量叠氮化 物抗性的菌落，少数azir 基因进入F-细胞。 ③ 11分钟时：出现抗菌噬 体T1的F-细菌。 ④ 18和25分钟时：分别出 现乳糖和半乳糖发酵基 因，即lac+和gal+进入F细胞。
F因子是最后转移的：Hfr×F-继 续进行，长达两小时，然后中 断，发现有F-受体转变为Hfr， 但效率很低。
Hfr菌株：thr+ leu+ strs azir tonr lac+ gal+
第七章放线菌遗传
这种现象最早在天蓝色链霉菌中发现，即当含有SCP2质粒的 天蓝色链霉菌培养物影印到SCP2-菌株的“菌丝坪”上培养时， 能产生环状晕圈，即麻点。
麻点的形成：是由于SCP2质粒转移到SCP2-菌株后，导致 SCP2-菌株暂时发育迟缓而造成的，这种现象也叫致死接合 反应。
染色体大约均为 8Mb，几乎是大肠杆菌染色体的2倍，少数 链霉菌的染色体小于8Mb。链霉菌基因组G+C含量为73％～ 75％，重复DNA序列为4％-11％。
线性染色体具有两个特征：
1、染色体的两个末端具有长度为24-600kb的反向重复 序列，简称TIR (terminal inverted repeat)。 如：天蓝色链霉菌的TIR为61kb
这些质粒正常情况下位于染色体上，当它们切离染色体后，
通过接合作用能独立地转移到不含这种质粒的菌株中。
2.质粒与致死接合反应(1ethal zygosis，lez+)
自然条件下，链霉菌的遗传重组主要是通过自主转移质粒介 导的接合作用而进行的。
大多数链霉菌的自主转移质粒都具有致死接合反应的特征， 在表型上产生“麻点”(pock)。
20世纪90年代，用分子生物学方法开展了对放线菌的基因 组、形态分化的分子机制等方面的研究。
第一节 链霉菌的染色体
一、链霉菌的染色体DNA
光学显微镜和电镜观察表明，像其他细菌的染色体一样， 天蓝色链霉菌A3(2)的染色体 DNA在细胞中以致密的、拟核 状态存在。
链霉菌的染色体DNA也是形成许多超螺旋区域，并与蛋白 质和RNA分子结合在一起。染色体在菌丝中以多拷贝形式存 在，而在孢子中以单拷贝形式存在。
细菌遗传学课件
抗体或补体
(部分或完全失去胞壁)
正常霍乱弧菌
霍乱弧菌L型
形态结构变异
• 特殊结构的变异
42-43℃ 炭疽杆菌────→失去形成芽胞能力, 毒性
10-20天
降低
变形杆菌（H） 1%石炭酸 （O）
迁徙生长
单个菌落
鞭毛变异
毒力变异
•
胆汁、甘油、马铃薯培养基
牛型结核杆菌────────→卡介苗
13年(230代)
回复突变一个重要的应用是作为诱变剂和致癌剂的检测 手段
Ames试验： His-鼠伤寒沙门菌
突变的分子基础(自学)
• 诱变剂的作用 • 自发突变的机制 • 错配修复与增变基因(mutator gene):dam
mutH mutL mutS uvrD • 突变的热点
突变类型的筛选
基因突变是通过其表型效应而被发现的， 通常突变在群体中占极少数，因此需要 用一些特别的方法来区分突变型与野生 型菌。前述的影印培养法、EMB批示平 板法。
突变是指遗传物质突然发生了稳定的可遗传的变 化.包括数量与结构的改变。
以细菌进行遗传学试验之困惑：细菌基因的突变 是自发还是被诱导。三个经典实验
自发还是诱变的证明
（一）波动试验Fluctuation test
1943年S.E. Luria & M. Delbruck 波动试验 (Fluctuation test)(1943; Genetics 28:491511)
2、糖发酵突变型：EMB琼脂、MacConkey琼脂
3、温度敏感突变型：1951年 Horowitz, E.coli,基 本培养基，40 ℃ 、18h转至25℃、120h。161 个Ts 其中37个是营养缺陷型，其余的是
医学课件第7章细菌的遗传分析
第二节 大肠杆菌的突变型及筛选
一、大肠杆菌的突变类型
1. 合成代谢功能的突变型(anabolic function mutants) •合成代谢功能(anabolic functions)：野生型(wild type)在基本培养基上具有合成所有代谢和生长所 必需的有机物的功能。 •营养缺陷型(auxotroph)：野生型品系的某个必需 基因发生突变，导致不能完成一个特定的生化反 应，从而阻碍整个合成代谢功能的实现。
In 1953, W. Hayes isolated another strain demonstrating a similar elevated frequency.
Both strains were designated Hfr, or high-frequency recombination. Because Hfr- cells behave as chromosome donors, they are a special class of F+ cells.
20
F＋×F－
Hfr×F－
所有 F＋
很少 F＋
21
•F因子整合到 细菌染色体
•Hfr与受体细 菌染色体的等 位基因间可以 重组(10-2)
22
很少 Hfr×F－
F＋ ？
Hfr细胞和F-细胞之间的接合，一般很少有整条Hfr染色 体转入F－细胞(pilus容易断裂)，因此：
F－细胞得到的只是部分F因子，其余部分依赖于整条 Hfr染色体的转移。这样在Hfr×F-杂交后代大多数重 组子仍为F－
41
a+b+c+ in cross 1 << a+b+c+ in cross 2
《遗传学课件细菌》课件
随着生物学、化学、物理学等学科的交叉融合，未来细菌 研究需要更多的跨学科合作，以解决复杂的问题和挑战。
基因编辑技术
基因编辑技术的进步将为细菌研究提供更精确和高效的工 具，有助于科学家更好地理解和操控细菌的遗传物质。
伦理和社会问题
随着细菌研究的深入，涉及的伦理和社会问题也日益突出 ，需要科学家、政策制定者和公众共同关注和探讨。
病原性细菌的遗传物质包括染色体DNA和质粒DNA，这 些DNA分子上携带的基因决定了细菌的生物学特性和致病 性。
基因突变与抗药性
病原性细菌通过基因突变产生抗药性，使得一些抗生素无 法有效杀死细菌，给治疗带来困难。
细菌毒力基因
一些病原性细菌携带毒力基因，这些基因编码的蛋白质能 够破坏人体细胞或逃避人体免疫系统的攻击，从而增强细 菌的致病能力。
细菌进化与多样性
遗传学在细菌进化与多样性研究 中发挥了重要作用，揭示了细菌 在不同环境中的适应机制和演化
路径。
细菌致病机制
遗传学在研究细菌致病机制中具 有关键作用，有助于深入了解细 菌如何与宿主细胞相互作用，以 及细菌如何适应和抵抗宿主免疫
系统的攻击。
未来研究方向与挑战
全基因组测序技术
随着全基因组测序技术的发展，未来将有更多细菌基因组 被测序和分析，这将为细菌研究提供更全面的数据和更深 入的理解。
伦理问题探讨
在应用基因工程菌时，需要考虑其伦理问题。例如，基因工程菌可能对生态环境和人体健康造成潜在风险，需要 进行严格的评估和控制。同时，基因工程技术的滥用也可能带来一系列伦理和法律问题，需要加强监管和规范。
06
总结与展望
遗传学在细菌研究中的重要地位
细菌遗传学基础
遗传学为细菌研究提供了基础理 论，帮助科学家了解细菌的基因 组结构、基因表达和调控机制。
《细菌遗传与变异》课件
突变与基因重组
细菌基因突变产生新的遗 传变异，基因重组则促进 不同细菌间的基因交流， 增加细菌的适应能力。
表型可塑性
细菌可以根据环境变化快 速调整自身表型，以适应 不同的生存条件。
细菌对抗生素的抗性进化
抗生素使用
抗生素的广泛使用对细菌 构成选择压力，促使细菌 进化出抗药性。
抗药性基因
某些细菌天生携带抗药性 基因，在抗生素压力下得 以保留和传播。
细菌遗传学的发展历程
01
02
03
04
19世纪末，巴斯德提出细菌 学说，认为疾病是由特定的微 生物引起，开启了细菌学的研
究。
20世纪初，弗莱明发现青霉 素，开创了抗生素治疗的新纪
元。
1950年代，DNA双螺旋结构 的发现为遗传学奠定了基础， 细菌遗传学的研究也取得了突
破性进展。
21世纪初，随着基因组学和 合成生物学的快速发展，细菌 遗传学的研究进入了一个全新
05
细菌遗传学在生物技术和医学中的应用
基因工程菌的构建与应用
基因工程菌的构建
通过基因工程技术将外源基因导入细 菌中，构建具有特定功能的基因工程 菌。
基因工程菌的应用
基因工程菌可用于生产高价值的生物 药物、工业酶制剂等，提高生产效率 和产品质量。
细菌在药物发现和开发中的应用
抗菌药物的筛选
利用细菌作为靶标筛选具有抗菌活性的药物，用于治疗细菌 感染。
的时代。
02
细菌的基因和基因组
细菌基因的组成和功能
细菌基因的组成
细菌基因由DNA或RNA构成，其 中DNA是主要的遗传物质，编码 蛋白质和调控序列。
细菌基因的功能
细菌基因负责编码各种蛋白质， 包括酶、代谢途径的调控蛋白、 结构蛋白等，以支持细菌的生长 、繁殖和生存。
【精品】遗传学_第二版_课后答案(1~8章)
遗传学_第二版_课后答案(1~8章)------------------------------------------作者------------------------------------------日期幻灯片1习题参考答案第四章第五章幻灯片2第四章孟德尔式遗传分析2. 在小鼠中，等位基因 A 引起黄色皮毛，纯合时不致死。
等位基因 R 可以单独引起黑色皮毛。
当 A 和 R 在一起时，引起灰色皮毛；当 a 和 r 在一起时，引起白色皮毛。
一个灰色的雄鼠和一个黄色雌鼠交配，F1 表型如下：3/8 黄色小鼠， 3/8 灰色小鼠， 1/8 黑色小鼠， 1/8 白色小鼠。
请写出亲本的基因型。
A_R_A_rrAaRrAarraaR_aarrA_rrA_R_幻灯片3第四章孟德尔式遗传分析3. 果蝇中野生型眼色的色素的产生必需显性等位基因 A。
第二个独立的显性基因 P 使得色素呈紫色，但它处于隐性地位时眼色仍为红色。
不产生色素的个体的眼睛呈白色。
两个纯系杂交，结果如下：AXP AXp aXP aXp AXp AAXPXp 紫AAXpXp 红AaXPXp 紫AaXpXp 红AY AAXPY 紫AAXpY 红AaXPY 紫AaXpY 红aXp AaXPXp 紫AaXpXp 红aaXPXp 白aaXpXp 白aY AaXPY 紫AaXpY 红aaXPY 白aaXpY 白 AaXPXp AaXpY解释它的遗传模式，并写出亲本、F1 和 F2 的基因型。
A/a 位于常染色体上，P/p 位于X染色体上；基因型 aa 的个体眼睛呈白色，基因型 A_XP_ 的个体眼睛呈紫色，基因型 A_XpXp、 A_XpY 的个体眼睛呈红色。
幻灯片4第四章孟德尔式遗传分析4. 一条真实遗传的棕色狗和一条真实遗传的白色狗交配，所有F1 的表型都是白色的。
F1 自交得到的 F2 中有 118 条白色狗、32 条黑色狗和 10 条棕色狗。
07遗传学 课后练习 复习题 总结 第七章 细菌和病毒的遗传
第七章细菌和病毒的遗传本章习题1．解释下列名词：F-菌株、F+菌株、Hfr菌株、F因子、F'因子、烈性噬菌体、温和性噬菌体、溶原性细菌、部分二倍体。
F-菌株：未携带F因子的大肠杆菌菌株。
F+菌株：包含一个游离状态F因子的大肠杆菌菌株。
Hfr菌株：包含一个整合到大肠杆菌染色体组内的F因子的菌株。
F因子：大肠杆菌中的一种附加体，控制大肠杆菌接合过程而使其成为供体菌的一种致育因子。
F'因子：整合在宿主细菌染色体上的F因子，在环出时不够准确而携带有染色体一些基因的一种致育因子。
烈性噬菌体：侵染宿主细胞后，进入裂解途径，破坏宿主细胞原有遗传物质，合成大量的自身遗传物质和蛋白质并组装成子噬菌体，最后使宿主裂解的一类噬菌体。
温和性噬菌体：侵染宿主细胞后，并不裂解宿主细胞，而是走溶原性生活周期的一类噬菌体。
溶原性细菌：含有温和噬菌体的遗传物质而又找不到噬菌体形态上可见的噬菌体粒子的宿主细菌。
部分二倍体：当F+和Hfr的细菌染色体进入F-后，在一个短时期内，F-细胞中对某些位点来说总有一段二倍体的DNA状态的细菌。
2．为什么说细菌和病毒是研究遗传学的好材料？答：与其他生物体相比，细菌和病毒能成为研究遗传学的好材料，具有以下7个方面的优越性：（1）世代周期短：每个世代以min或h计算，繁殖速度快，大大缩短了实验周期。
（2）易于管理和进行化学分析个体小，繁殖方便，可以大量节省人力、物力和财力；且代谢旺盛，繁殖又快，累积大量的代谢产物。
（3）便于研究基因的突变细菌和病毒均属于单倍体，所有突变都能立即表现出来，不存在显性掩盖隐性的问题。
（4）便于研究基因的作用通过基本培养基和选择培养基的影印培养，很容易筛选出营养缺陷型，利于生化研究。
（5）便于基因重组的研究通过细菌的转化、转导和接合作用，在一支试管中可以产生遗传性状不相同的后代。
（6）便于用于研究基因结构、功能及调控机制的材料细菌和病毒的遗传物质简单，基因定位和结构分析等易于进行且可用生理生化方法进行基因的表达和调控分析。
遗传学第七章细菌的遗传分析78习题
遗传学第七章细菌的遗传分析78习题第七章细菌的遗传分析一、填空题1、细菌的遗传重组可通过________ 、_______________ 、________ 和 _______ 四种途径实现2、Hfr 的染色体进入受体菌后，此时的细菌细胞被称为____________ 二倍体。
3、细菌重组有两个特点： ________________ 和 _______________ 。
4、判断所转化的两个基因是连锁的还是独立遗传的，可通过观察DNA 浓度降低时的转化频率的改变来说明。
如果当 DNA 浓度下降时，AB 共转化频率下降和A 或B 转化下降程度相同，则说明A 和B 是 ;如果AB 共转化频率的下降远远超过 A 或B 转化频率下降的程度，则说明 A 和B 是。
5、在互补测验中，两个突变型若表现岀互补效应，则证明 ___ ；若不能岀现互补，则证明 ______6、顺反子既有功能上的 _____ ，又有结构上的 _____ 。
7、在原核生物中，（）是指遗传物质从供体转换到受体的过程；以噬菌体为媒介所进行的细菌遗传物质重组的过程称（）。
8、戴维斯的“ U ”型管试验可以用来区分细菌的遗传重组是由于（）还是由于（）。
9、细菌的遗传重组是由接合还是由转导所致，可以通过（）试验加以鉴别，其依据是（）。
10、用S （ 35）标记的噬菌体感染细菌放在液体培养基中培养，而后分离菌体和培养液，绝大部分的放射性将在（）测得。
11、将E.Coli 放入含有氚标记的胸腺嘧啶培养基中培养一个世代，取岀后再在无放射性的培养基中培养2个世代，被标记的细胞比例应该是（）12、入噬菌属于（）噬菌体，噬菌体是通过一种叫做（）的拟有性过程实现遗传重组。
14、野生型T4噬菌体能侵染大肠杆菌B 菌株和K12（入）株，形成小而边缘模糊的噬菌斑，而突变型T4噬菌体能侵染大肠杆菌 B 菌株，形成大而边缘清楚的噬菌斑，但不能侵染K12（入）株通过两种不同突变型的杂交，可以估算岀两个突变型之间的重组值，大肠杆菌两个突变型重组值试验中的作用是（）二、选择题1、假设用两种噬菌体（一种是 a-b-，另一种是a+b+）感染大肠杆菌，然后取其裂解液涂布培养基，得到以下结果： a+b+ = 4750，a+b- = 370， a-b+ = 330， a-b- = 4550，从这些资料看， a 和b 间的重组率有多大？。
第七章细菌的遗传变异
第二节 微生物的主要变异
一、形态与结构的变异 （一）形态变异
自然形成或诱导产生的L型细菌，老龄培养 物中出现的衰老型，都属于形态变异。
在特定组织器官中发生形态的改变，如炭疽在 猪咽部不呈竹节状而呈弯曲且粗细不均匀；猪丹 毒在慢性病猪心脏内不呈杆菌而为长丝状。
获得能降解多种烃类的新菌株。 4．其他
利用基因工程的方法生产基因工程苗、合成 肽苗等。
菌种的衰退复壮和保藏
1.衰退的防止 不论在实验室还是在生产中，必须严格控制
菌种的移种代数，即尽量避免不必要的移种和传 代，以降低突变几率。
2.菌种的复壮
通过纯种分离，可把退化菌种中的一部分仍 保持原来有典型性状的单细胞分离出来，经过扩 大培养，就可恢复原菌株的典型性状。对于退化 的病原微生物菌株，可通过接种敏感的动物以提 高菌株的毒性。
据推理，可利用基因移植的方法，使健康基因代 替遗传病人的缺失基因，实现这个理想尚需20-25 年。
2．农业方面
可以通过基因工程手段将固氮菌的固氮基因 移植到玉米、小麦等作物根际土壤细菌中去，或 直接转移到小麦、玉米等细胞内，使之具有固氮 能力，这样可以大大减少氮肥供应。
3．环境保护方面 美国Chakrabartz等经过多年研究，在1978年
（四）、鞭毛变异：环境条件的改变而使细菌失去 形成鞭毛的能力。也叫H→O变异。
在普通琼脂上生长——有鞭毛且呈弥漫 性薄膜状生称H型细菌
变形杆菌
在 0.1% 碳 酸 琼 脂 中 生 长 —— 不 形 成 鞭 毛
而生成局限性孤立菌落叫O型细菌
二、培养特性变异
13细菌遗传学7单元
chapter13chapter outline主讲教师：靳全文• 13.1 The enormous diversity of bacteria• 13.2 Bacterial genomes• 13.3 Bacteria as experimental organisms• 13.4 Gene transfer in bacteria• 13.5 Bacterial genetic analysis13.5 Bacterial genetic analysis13.5.1 Recombinant plasmid libraries simplify gene identification 13.5.2 Transposons can be used as gene-tagging mutagens13.5.3 Gene targeting provides a way to mutagenize specific genes13.5 Bacterial genetic analysis⏹Bacteria multiply rapidly.⏹On agar plate – A single bacterium can multiply to 107 – 108 cellsin less than a day.⏹In liquid media – E. coli grows to concentration of 109 cells/mlwithin a day.⏹The power of bacterial genetics is the potential for studyingrare events.Genetic screens to identify mutants⏹Genetic screen: An examination of each individual in a population for its phenotype.⏹Genetic screens provide a way to observe mutations that occur very rarely such as spontaneous mutations (1 in 106 to 1 in 108 cells).⏹Techniques to simplify screens:⏹Treatments with mutagens (诱变剂)– increase frequency of mutations⏹Enrichment procedures – increase the proportion of mutant cells bykilling wild-type cells⏹Testing for visible mutant phenotypes on a petri plate⏹Replica plating – simultaneous transfer of thousands of colonies fromone plate to anotherPenicillin enrichment for auxotrophic mutantsAuxotrophs13.5.1 Recombinant plasmid libraries simplify gene identificationTransform arg -E. coli Wild-type E. coli geneamp r geneWild-type E. coli genomic library Minimal media + ampicillinarg +⏹Transposon mutagenesis (转座子诱变): Transposons can be usedas gene-tagging mutagens.⏹Introduce transposon into cell.⏹Select for cells in which transposition has occurred.⏹Screen population of cells for mutant phenotype.Transposon introducedinto cell⏹Recombinant Mariner transposon hopped into E. coli chromosome⏹Recombinant Mariner transposon and Mariner transposase gene introduced on plasmid lacking replication origin Select for kanamycin resistanceInverse PCR identifies genes with transposon insertionsGenomic DNARestriction digestionLigation InversePCR SequencingRE RERE13.5.3 Gene targeting provides a way to mutagenize specific genesEngineered DNA sequencesHomologous recombination Wild-type chromosomeSelect for drug resistance Mutant chromosome (gene X -)In gene targeting (基因打靶), homologous recombination betweenthe bacterial chromosome and a linear DNA construct synthesized in vitro can generate a null mutation in any given gene.主讲教师：靳全文。
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细菌的生物学特征
• 原则上说，培养皿中每个细菌长成的菌落应 具有共同的遗传组成，但是由于偶然发生的 突变：形态性状的突变，生理特性的突变或 抗性的突变，而使这些突变后的细菌所形成 的菌落与其他的菌落有所不同。
• 菌落形态性状的突变包括：菌落的形状、颜 色和大小等。
• 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。
（2）容易筛选营养缺陷型 , 研究基因的作用 ( 突变型生长条件与基因作用 ) 。
（3）便于研究基因的突变,容易筛选不同的突 变型。
（4）便于研究基因精细结构研究基因的重组 (重组群体大、选择方法简便有效) 。
（5）便于研究基因表达调节。 遗传物质比较简单，可作为研究高等生物
的简单模型
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二、细菌和病毒是遗传学研究的好材料 • 同时：微生物的应用领域日益扩大、成就突
细菌的生物学特征
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细菌的生物学特征
• 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，它 不仅在医学上和农业上重要，而且从进化 角度上也是异常成功的，因为它占据地球 上大部分的角落。
• 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)
7
霉菌菌落
大肠杆菌 （E.coli）
• 下面将叙述细菌和噬菌体遗传物质的交 换过程，并且将利用这些方法作出细菌 和噬菌体的染色体图。
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三、细菌遗传的实验研究方法* (一) 细胞计数(培养物细胞浓度) (二) 建立纯系的方法 (三) 选择培养法鉴定突变型与重组型 (四) 突变型与重组型的批量筛选方法
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细菌培养
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(一) 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。
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细胞计数(培养物细胞浓度)
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(二) 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。
第七章 细菌和噬菌体的重组和连锁 本章要点
• 细菌和病毒在遗传研究中的优越性； • 转化、接合、性导与转导的概念与基本原理； • F-菌株、F+菌株、Hfr菌株；中断杂交作图 • F因子、F´因子； • 温和噬菌体、烈性噬菌体； • 原噬菌体、溶源性细菌与溶源性生活周期。
1
原核细胞与真核细胞的区别
11
细菌病毒(Bacterial phage) 噬菌体(phage)的结构
头部 颈部 外鞘 尾丝
12
T4噬菌体
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疱 疹 病 毒
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人类天花 病毒
（图中深染 的颗粒）
15
• 病毒衣壳的排列方式
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二、细菌和病毒是遗传学研究的好材料
（1）结构简单。繁殖力强，世代时间短，容易 人工培养。便于研究基因的作用；
出(微生物工程)；在遗传工程(包括动植物)中， 作为重要研究材料、工具，也具有决定性作 用。 • 细菌和病毒作为遗传研究材料具有独特优势， 了解微生物遗传研究有助于理解多年来分子 生物学、分子遗传学理论发展。
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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，
• 无性生殖 • 1946年莱德伯格和塔特姆 发现在细菌之
间可以通过接合转移遗传物质（有性过 程）。
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细菌和病毒的拟有性过程
• 细菌获取外源遗传物质有四种不同的方 式：转化，接合，性导和转导Байду номын сангаас当一个 细菌被一个以上的病毒粒子所侵染时， 噬菌体也能在细菌体内交换遗传物质。 如果两个噬菌体属于不同品系，它们之 间可以发生遗传物质的部分交换(重组)。
• 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”。
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建立纯系的方法 ——纯培养
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(三) 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。
区别 原核细胞
真核细胞
大小
1~10μm
10~100μm
细胞核
无核膜
有双层的核膜
染色体 环状DNA分子
线性DNA分子
一个基因连锁群
2个以上基因连锁群
DNA裸露或结合少量蛋白质 DNA同组蛋白和非组蛋白结合
DNA序列 无或很少有重复序列
有重复序列
基因表达 RNA和蛋白质在同一区间合成 RNA在核中合成和加工；
• 抗性突变包括：抗药性或抗感染性。
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一、细菌和病毒 （二）病毒
非细胞形态的生命
• 病毒的生物学特征 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。
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病毒的生物学特征
• 病毒主要是由蛋白质外壳及其包被的y 一种核酸所组成的颗粒。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)， 是目前经过广泛研究，了解比较清楚 的一种病毒。
连锁与交换，真菌的遗传学分析 减数分裂和分离的关系 交叉和重组的关系 真核类生物的基因传递方式
细菌原核生物 噬菌体病毒 遗传物质如何传递的？
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主要内容
第一节 细菌和病毒的一些特点 第二节 细菌的遗传分析（重点） 第三节 噬菌体的遗传分析
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第一节 细菌和病毒的一些特点
一、细菌和病毒
（一）细菌细胞 细菌的结构
蛋白质在细胞质中合成
细胞增殖的方式 直接分裂（无丝分裂） 以有丝分裂为主
内膜
无独立的内膜
有，分化成各种细胞器
鞭毛构成
鞭毛蛋白
微管蛋白
核糖体
70S（50S+30S）
80S（60S+40S）
细胞壁 肽聚糖、蛋白质、脂多糖、脂蛋白
纤维素（植物细胞）
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图：细菌染色体的着膜复制
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第七章 细菌和噬菌体的重组和连锁
• 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。