遗传学答案 8 细菌和噬菌体的重组和连锁

第八章细菌和噬菌体的重组和连锁
1、为什么说细菌和病毒是遗传学研究的好材料？
答：因为它们具有以下几个特点：
1）繁殖快，世代短，容易操作和分析；
2）遗传物质简单，只含裸露DNA或RNA，适于作基因结构和功能研究；
3）便于筛选突变基因和研究基因的功能；
4）可用作研究高等生物的简单模型。

2、大肠杆菌的遗传物质传递方式与典型减数分裂过程的生物有什么不同？答：大肠杆菌的繁殖方式是一种简单的无性繁殖，亲代细胞遗传物质复制后传递给子代细胞；典型减数分裂过程的生物是有性繁殖，需要经过减数分裂形成生殖细胞，在这个过程中发生遗传物质的重组、染色体数目减半，通过精卵结合传递给子代细胞。

3、解释下列名词
（1）F－菌株，F+菌株，Hfr菌株
答：携带F因子（游离于宿主基因组DNA）大肠杆菌株称为F+菌株；携带有整合于宿主基因组DNA中的F因子的菌株称为Hfr菌株；不携带F因子菌株称为F－菌株。

（2）F因子，F’因子，质粒，附加体
答：F因子是存在于大肠杆菌细胞内的一种共价闭合环状双链DNA分子，F 因子赋予宿主细胞具备能与F－细胞接合的特征；F’因子是携带部分宿主基因的F因子；质粒是细胞中染色体外能进行自主复制的遗传单位，非细胞必须组分；附加体是一种既可以游离于宿主基因组外独立存在、又可以整合（插入）宿主基因组中的质粒。

（3）溶原性细菌，非溶原性细菌
答：溶源性细菌是指细胞内携带有温和性噬菌体基因组而又不产生噬菌体粒子的细菌。

非溶原性细菌是细胞既无温和性噬菌体基因组、又没有噬菌体粒子的细菌。

（4）烈性噬菌体，温和噬菌体，原噬菌体
答：噬菌体侵入宿主细胞后，进入裂解途径，大量合成自身的遗传物质和蛋白
质并且组装成子噬菌体，裂解宿主细胞释放子噬菌体，这类噬菌体称为烈性噬菌体。

温和噬菌体侵入宿主细胞后，噬菌体进入溶源途径并不裂解宿主细胞，经过诱导可以进入裂解途径，这类可以进入溶源性生活周期的噬菌体称为温和噬菌体。

存在于溶源性细胞内部的温和噬菌体称为原噬菌体。

（5）部分合子（部分二倍体）
答：由F`因子将供体基因转入到受体细胞所形成的结合子称为部分合子。

4、部分合子在遗传分析中有什么用处？
答：研究基因的功能、基因表达及调控的机制，Jacob和Monod就是通过部分合子研究乳糖基因表达调控机理，建立了乳糖操纵子模型。

5、什么叫转导、普遍性转导、特异性转导（局限性转导）
答：转导是指以噬菌体为媒介，将遗传物质（DNA）从一个细菌细胞转移到另一个细菌细胞内，并发生遗传重组的过程。

普遍性转导是由于包装过
程中，噬菌体外壳蛋白随机包装供体的染色体片段，对转导的基因没有
限制，各个标记基因被包装的机会均等，称为普遍性转导。

局限性转导
是以 噬菌体为媒介，将其在宿主基因组整合位点两侧的基因（gal或
bio）转移到受体细胞的过程。

6、转导和性导有何不同
答：转导是以噬菌体为媒介，转导噬菌体将包装的供体基因转移到受体细胞，而性导是以F`因子为媒介，通过接合将供体细胞的基因导入受体的过程。

7、一个基因型为a+b+c+d+e+并对链霉素敏感的E.coli Hfr菌株与基因型为a-b-c-d-e-并对链霉素耐性的F-菌株接合，30分钟后，用链霉素处理，然后从成活的受体中选出e+型的原养型，发现它们的其它野生型（+）基因频率如下：a+70％，b+-，c+85％，d+10％。

问a，b，c，d四个基因与供体染色体起点（最先进入F-受体之点）相对位置如何？
解：根据中断杂交原理，就一对接合个体而言，某基因自供体进入受体的时间，决定于该基因同原点的距离。

因此，就整个接合群体而论，在特定时间内，重组个体的频率反映着相应基因与原点的距离。

报据题目给定的数据，a、b、c、d与供体染色体的距离应该是：
8、为了能在接合后检出重组子，必须要有一个可供选择用的供体标记基因，这样可以认出重组子。

另一方面，在选择重组子的时候，为了不选择供体细胞本身，必须防止供体菌株的继续存在，换句话说，供体菌株也应带有一个特殊的标记，能使它自己不被选择。

例如供体菌株是链霉素敏感的，这样当结合体（conjugants）在含有链霉素的培养基上生长时，供体菌株就被杀死了。

现在要问：如果一个Hfr菌株是链霉素敏感的，你认为这个基因应位于染色体的那一端为好，是在起始端还是在末端？
解：在末端。

如果在起始端，供体菌株的链霉素敏感基因将被转移到受体细胞，这样会使获得供体链霉素敏感基因的重组子被杀死。

9、有一个环境条件能使T偶数噬菌体（T-even phages）吸附到寄主细胞上，这个环境条件就是色氨酸的存在。

这种噬菌体称为色氨酸需要型（C）。

然而某些噬菌体突变成色氨酸非依赖型（C+）。

有趣的是，当用C和C+噬菌体感染细菌时，将近一半的色氨酸非依赖型子代在进一步的实验中表现为基因型C。

你如何解释这个发现？
解：
首先可以排除是发生了回复突变，因为回复突变的频率不可能达到1/2。

题目中描述的是C和C+对寄主的混合感染。

当这两种噬菌体同时侵入同一寄主细胞后，C和C+两种噬菌体的DNA在寄主细胞中独自复制，各自按照本身的遗传组成指导合成其外壳蛋白质。

在噬菌体包装过程中，C+噬菌体指导合成的蛋白质既可以包装C+噬菌体的DNA，也可以包装C噬菌体的DNA；反之，C 噬菌体指导合成的蛋白质可以包装C噬菌体的DNA，也可以包装C+噬菌体的DNA。

最终，在子代噬菌体中，无论外壳蛋白是C型还是C+型，有1/2包装了C+噬菌体的DNA，有1/2包装了C噬菌体的DNA。

由于表现为色氨酸非依赖型（C+型）子代噬菌体中，有1/2包装了C+型的DNA，有1/2包装了C型的DNA，这一半包装了C型的DNA的噬菌体再度感染新的寄主后，产生的当然完全是C型噬菌体。

10、Doerman 用T4病毒的两个品系感染E.coli ，一个品系是小噬菌斑（m ）、快速溶菌（r ）和浑浊噬菌斑（tu ）突变型，另一个品系对这三个标记都是野生型（＋＋＋）。

把这种感染的溶菌产物涂平板，并分类如下：
基因型 菌落数
m r tu 3467
+ + + 3729
m r + 883
m + tu 162
m + + 520
+ r tu 474
+ r + 172
+ + tu 965
合计 10342
（1）决定m —r ，r —tu 和m —tu 的连锁距离？
（2）你认为这三个基因的连锁序列怎样？
（3）在这个杂交中，并发系数是多少？它意味着什么？
解：
因为噬菌体在宿主细胞内复制，基因重组特点是两个噬菌体基因组间重组并产生交互的重组子，所以二倍体生物重组作图的方法适用于噬菌体的基因作图。

分析：因m r tu 和+ + +数目最多，所以为非交换型；m + tu 和+ r +数目最少，为双交换类型；与非交换型比较，只有r 基因位置发生改变，所以这3个基因的连锁顺序是m r tu ； m r +，+ + tu 和m + +，+ r tu 为单交换类型。

据此计算各基因间的重组值：
%8.1210342
172162474520=+++=-r m RF %8.2010342
172162965853=+++=-tu r RF %2.310342
172162=+=Double RF
m r tu 三个基因图距是：
m 12.8 r 20.8 tu
2.1%
8.20%8.12%2.3=⨯=
并发系数 并发系数＞1，说明存在负干扰。

11、.用一野生型菌株抽提出来的DNA 来转化一个不能合成丙氨酸（ala ）、脯氨酸（pro ）和精氨酸（arg ）的突变型菌株，产生不同转化类型的菌落，其数如下：
8400 ala +pro +arg + 840 al a ＋pro -arg -
2100 ala +pro -arg + 1400 ala +pro +arg -
420 ala -pro +arg + 840 ala -pro +arg -
840 ala -pro -arg +
问：（1）这些基因间的图距为多少？
（2）这些基因的顺序如何？
解：
根据重组作图原理，各基因间的重组值计算如下：
30
.08401400840210042084008404208402100,=++++++++=+=++-单个整合个体数
同时整合个体数单个整合个体数pro ala RF pro ala
37
.0840
84042021001400840084014008402100arg =++++++++=-pro RF 25
.0840
4201400840210084008404201400840arg =++++++++=-ala RF
既ala—pro，pro—arg，ala—arg间的图距分别为30，37，25，由于细菌基因组是共价闭合环状DNA分子，这三个基因的相对位置是：
12、.利用中断杂交技术，检查了5个Hfr菌株（1，2，3，4，5），想知道这几个菌株把若干不同基因（F，G，O，P，Q，R，S，W，X，Y）转移到一个F-菌株的顺序。

结果发现，各个Hfr菌株都以自己特有的顺序转移，如下所示：（各品系只记下最初转移进去的6个基因，）
转移顺序Hfr菌株
1 2 3 4 5
第一Q Y R O Q
第二S G S P W
第三R F Q R X
第四P O W S Y
第五O P X Q G
第六 F R Y W F
问：这些Hfr菌株的原始菌株的基因顺序如何？（提示：Hfr品系是环状DNA）。

解：因为Hfr转入F 的基因顺序，取决于F因子在供体染色体上整合的位点和方向，所以，原始菌株的基因顺序，可以根据上述各Hfr株系直接推出，如下图
所示：
X
W
亲本子代
（a）co1＋×＋mi 5162 co1＋，6510＋mi，311＋＋，341 co1mi （b）mi＋×＋s 502 mi＋，647＋s，65＋＋，56 mi s
（c）c＋×＋s 566c＋，808＋s，19＋＋，20cs
（d）c＋×＋mi 1213c＋，1205＋mi，84＋＋，75 c mi
问：（1）每个杂交组合的重组频率是多少？
（2）画出co1，mi，c，和s四个基因的连锁图。

解：
（1）每个杂交组合的重组频率是：
(a)、Rf(co1-mi)=（311+341）/（5162+6510+311+341）=5.3%
(b)、Rf(mi-s)=（65+56）/（502+647+65+56）=9.6%
(c)、Rf(c-s)=（19+20）/（566+808+19+20）=2.8%
(d)、Rf(c-mi)=（84+75）/（1213+1205+84+75）=6.2%
（2）mi，c，和s三个基因的连锁图如下：
s——c—————mi
2.8 6.2
由于co1只有与mi杂交的重组值，没有与c或s基因的重组值，所以不能判
定它是在mi的左边还是在mi的右边。

15、用P1进行普遍性转导，供体菌是pur+nad+pdx-，受体菌是pur-nad-pdx+。

转导后选择具有pur+的转导子，然后在100个pur+转导子中检定其它供体菌基因有否也转导过来。

所得结果如下表：
基因型菌落数
nad+pdx+ 1
nad+pdx- 24
nad-pdx+ 50
nad-pdx- 25
合计100
问：
①pur和nad的共转导（cotransduction）频率是多少？
②pur和pdx的共转导频率是多少？
③哪个非选择性座位最靠近pur？
④nad和pdx在pur的同一边，还是在它的两侧？
⑤根据你得出的基因顺序，解释实验中得到的基因型的相对比例。

解：依据pur+nad+pdx-/pur-nad-pdx+，选择基因是pur+，因此，可以推断
①pur和nad的共转导（即pur+nad+转导子）频率是25%。

②pur和pdx的共转导（即pur+pdx--转导子）频率是49%。

③pdx最靠近pur，因为pur+pdx-转导子频率大于pur+nad+。

④转导子pur+nad+pdx+的数目最少，只有1个，这是因为形成pur+nad+pdx+ 转导子需要发生四次交换，其他三种转导子只需要发生二次交换即可产生，由此可以推断pdx基因在中间，所以nad和pdx在pur的同一边。

⑤基因顺序：pur-pdx-nad。