第五章 细菌和病毒的遗传分析

1. 第五章 细菌和病毒的遗传分析 学习要点： １名词概念 质粒、F因子、Hfr、转化子、转导子、性导、 2 了解细菌染色体大小与结构； 3 细菌的突变型的类型； 4 细菌菌株的类型、接合的组合方式与重组特点； 5 中断杂交实验作图的原理与方法； 6 细菌基因重组的特点； 7转化、转导转移遗传物质的特点与共转率作图。

2. 第一节 细菌的细胞和染色体 一 细菌细胞 大小：1-2 m； 繁殖方式：二裂式均等分裂，1代/20min。 二 细菌染色体P145 表6-1 1 结构: 环状双链DNA，单倍性，以折叠或螺旋状态存在； 2 大小：长约250-35000m(未螺旋)； 3 复制方式：着膜式复制。 分裂特点：均等分裂，无基因重组。

7. 第二节 大肠杆菌的突变型及筛选 一 细菌作遗传研究材料的优点 1有许多营养缺陷型 ,且易于选择和鉴定 2生活周期短: 繁殖快,积累代谢物质多； 3繁殖快,数量大,易发现和鉴定突变型； 4 结构简单: DNA裸露,单倍性,利于基因精 细结构和基因功能表达调控的研究

8. 二 细菌的突变型 (一)合成代谢功能的突变型:（营养缺陷型） (二)分解代谢功能的突变型： (三)抗药性突变型: 青霉素: penr,pens 链霉素: strr, strs penicillin Streptomycin 抗性: resistance 敏感: sensitive （四）抗噬菌体突变型T1噬菌体 Tonr Tons T2噬菌体 Ttor Ttos

9. 三 突变型的筛选 例如： 营养缺陷型的筛选: u.v  野生型细菌  完全培养基： 影印培养 基本培养基：  补充培养基 ： 氨基酸类 维生素类  系列氨基酸 补充培养基：赖氨酸 脯氨酸 精氨酸….

10. 第三节 大肠杆菌的性别 一 细菌的接合 １经典的杂交实验 1946年 Lederberg; Tatum 图7-1 品系A 品系B 基因型: met-bio-thr+leu+thi+ X met+bio+thr-leu-thi- ↓ ↓ ↓ 基本培养基: 无菌落 有10-7 无菌落 2 出现野生型菌落的可能原因： 回复突变；转化；互养； 细菌间发生了基因重组

11. 3 转化、互养的排除—U 型管试验 菌株A B菌株 基本培养基 无 无 结论:1: 野生型不是转化或互养产生的; 2:两菌株细胞的直接接触对野生型的产生是必要的. 证明：细菌发生了基因重组

12. 1 Hayes 的实验 A: met-bio-thr+leu+thi+strs X 加链霉素 B:met+bio+thr-leu-thi-strr ↓ 基本培养基:出现菌落 met-bio-thr+leu+thi+ strr X 加链霉素 met+bio+thr-leu-thi-strs ↓ 无菌落出现 二 Ecoli性别的发现 ♂ ♀ 2 结果得出结论: (1)Ecoli有相当于高等生物的性别 (2)Ecoli的遗传物质是由♂→♀单向传递的.

13. 3 F因子的发现 １）Hayes实验品系A strs♂ ↓突变 品系B strr♀ X A strS 突变型“♂“ ↓ ↓加链霉素 不育 Astrr “♂”X A strs♂ ↓加链霉素 品系B strr♀ X A strr♂ ↓ 重组体 (- F) (F-) (+F)

14. ２）Hayes 的解释 （1）细菌是有性别的,细菌的性别是由性因子(F) 决定的, F+♂, F- ♀ （2）F因子可以自发地丢失或者得到, F+♂ -Ｆ+ＦF- ♀ （3）杂交时产生重组体,双亲之一必需是F+; F+X F- →重组体 质 粒: 指任何染色体以外的遗传结构。 附加体:在细胞中或以游离状态或与染色体相结 合状态存在的遗传结构。

15. 三 Ｆ因子与高频重组 1 F基因子的结构 ２Ｆ因子的整合与切割 图6-12 图6-13

16. 3 F因子状态与遗传物质转移特点 Ｆ因子状态 游离 整合 菌株类型 Ｆ+ Fˊ Ｈf rＦ- 菌株性别 ♂ ♀ 杂交类型 Ｆ+ＸＦ- FˊＸＦ- ＨfrＸＦ- Ｆ-ＸＦ-     传递特点 只转移Ｆ 因子不转 移细菌基因。 不能进行 转移Ｆ因子，还转移细菌个别基因。 极少转移Ｆ因子,大量转移细菌基因。

18. 4 高频重组菌株Ｈfr Hfr的Ｆ因子转移特点: (1)F整合后呈线状； (2)转移起点0位于中间； (3)先转移F因子的一部分, F的后面部分最后转移。

19. 四 细菌基因重组的特点 １ 部分二倍体:指含有一个完整基因组和部分基因组的细胞.(半合子)P151 内基因子:P151 外基因子:P151 ２ 细菌基因重组的特点: (1)细菌基因重组是在部分 二倍体中进行; (2)只有偶数交换才产生有 活性的重组体; (3)相反的重组体不出现.

20. 第四节 中断杂交与重组作图 一 中断杂交实验作图 1中断杂交实验Hfr thr+ leu+ azir Tonr lac+ gal+ strs X F- thr- leu- azis tons lac- gal- strr 选择培养基 9′ 11′ 18′ 25′ 加str ↓ ↓ ↓ ↓无thr,leu ↓ ↓ ↓ 影印接种 azi Ton lac gal ┆ ┆ ┆

21. 表6-7 Hfr的未选择性标记基因进入F-所需时间 转入时间 转移的Hfr基因 出现在F-中的频率 （分钟） 8` thr+(选择性标记) 100% 8.5` leu+(选择性标记) 100% 9` azir开始出现在F- 11` tonr开始出现在F- azir已达30% 18` lac+开始出现在F- azir达90%，tonr达75% 25` gal+开始出现在F- azir达95%，tonr达80% lac+达30%

23. 2 中断杂交实验作图原理 A：Hfr染色体上的基因是从某一点开始,以线性 方式进入Ｆ-的, B：离原点愈近的基因进入Ｆ-愈早,出现在Ｆ- 中的比例愈大,反之,则愈小. 3 中断杂交作图: 指在HfrXF-杂交中,把接合中的细菌在不同时间取样,搅拌中断杂交, 分析受体菌基因型,以Hfr基因出现在Ｆ-中的先后为顺序,以转移的时间(分钟)为图距单位进行基因作图的方法. 4 作图 (原点) aziTon lac gal F 0 9 11 18 25min

24. 5 Ecoli的染色体呈环状 P154表6-4 几个Hfr菌株的基因顺序

25. 1)不同的Hfr品系转移的起始基因是不同的; 说明：Ｆ因子可以在不同的位点插入细菌染色体; 2)与同一基因相邻的基因是相同的; 说明：不同品系细菌的基因顺序是相同的; 3)Hfr基因可以两个不同方向转移基因进入Ｆ-; 4)一个Hfr转移的起始基因是另一个Hfr最后转移的基因 说明：细菌的染色体是环状的. P153 图 6-9 HfrH 1 thr thi pro 312 2 gly lac his pur gal 3

26. 二 重组作图 (难点) １ 细菌的重组作图的前提 (1)两个基因紧密连锁; (2) 两个基因进入受体菌的先后;例：已知lac 和ade紧密连锁; lac+比ade+先进入Ｆ-; ２ 杂交、选择、统计重组体 Hfr lac+ ade+ strs X F- lac- ade- strr  选择培养基  加str,无ade Ｆ-ade+strr伊红美兰培养基 紫红色菌落ade+ lac+ 粉红色菌落ade+ lac- P155图6-11 B: lac+ ade+ A:lac+ ade+C: lac+ ade+ F- lac+ ade+ 亲组合 52  F- lac- ade+ 重组合 15

27. 3 计算重组体 重组值=重组菌落数/总菌落数X100 % =(lac- ade+)/[(lac+ ade+ )+(lac- ade+)]X100% = 15/(52+15)X100% ≈ 20% 已知中断杂交实验该两个基因相距1分钟, 重组作图与中断杂交作图的图距关系: 1分钟图距 ≈ 20% 重组值 4 Ecoli染色体全长： 90分钟；含有：3.6X106bp 20X90 ≈ 1800 cM

29. 第五节 F`因子与性导 一 F`因子与F`菌株 F`因子：指整合态的F因子从Hfr上错误切割下来， 且带有细菌个别基因的F因子。 F`菌株：指带有F`因子的细菌。 二 性导:P156 指利用Ｆ因子将供体菌的基因导入受体形成部 分二倍体的过程。 Hfr X F- → Hfr + F- F`XF- → F`+ F` 1 性导的特点:只能转移Ｆ因子插入位点附近的基因。 2 性导在遗传分析中的应用： P156 4点 (1) F`因子可自主复制； (2) 性导所形成的部分二倍体可用作测定两突变形间的互补试验； (3) 确定部分二倍体中两基因的显隐系； (4) 利用两基因的共性导率作图.

31. 第六节 转化与转导作图 一 细菌的转化与作图 （一）转化：指外源DNA片断不经中间媒介体直接进 入感受态细胞进行基因重组形成重组体的过程。 转化子：通过转化而形成的重组体. （二）转化作图 1 转化作图的条件: 2 转化基因间关系及其确定

32. 2 转化基因间重组值的计算 转化子数(重组体数) 亲组合数+转化子数 (+ -)+(- +) (+ +)+(+ -)+(- +) 重组值== 例:供体trp2+ his2+ tyr1+trp2- his2- tyr1- P158 表6-5的重组值 trp2—his2的重组值=34% trp2—tyr1的重组值=40% his2—tyr1的重组值=13% 根据重组值作图： trp2 34 his2 13 tyr1

33. 二 转导与作图 (一)普遍性转导与作图 1 普遍性转导： (1)普遍性转导的机制 P159 图6-14 (2)普遍性转导特点: 2 普遍性转导作图 (1)作图原理:两基因的共转率愈大相距愈近，反之则愈远 (2）双因子转导作图 例如：确定abc三个基因在染色体上的顺序， 分别测定a-b、 a-c、 b-c 的共转导率； 如果：a-b的共导率最大，a-c较大，而b-c的最小， 则顺序为：b a c

35. (2) 两点法基因顺序的确定 2）三因子转导作图 (1) 杂交测定三个共转率: 例：P1→供体 thr+ leu+ azir X 受体 thr- leu- azis 转导子基因型 共转率 leu+ azir 50 % leu+ thr+ 2 % thr+ leu+ 3 % thr+ azir 0 % 基因可能顺序 thr azi leu 或 thr leu azi 基因顺序是: thr leu azi

36. 2）三因子转导作图 例：P1→供体thr+ leu+ azir X 受体 thr- leu- azis 各种选择性培养基 转导子基因型 共转率 P1+供体菌 受体 leu+ azir 50% 无leu 无thr 加azi 无thr leu+ thr+ 2% leu 加azi thr+ leu+ 3% thr+ azir0%

37. (2)中间位点法供体菌：supC+ trpA+ pyrF+ X 受体菌：supC- trpA- pyrF- ↓ 转导子 （1）supC+ trpA+ pyrF+ 36（双交换） （2）supC+ trpA+ pyrF- 114（双交换） （3）supC+ trpA- pyrF+ 0（四交换） （4）supC+ trpA- pyrF- 453（双交换） 基因顺序是: supC trpA pyrF

39. 3）共转率与图距 关系公式:d(图距)=L(1-√x) L：转导DNA的平均长度 X: 两个基因的共转导频率 3

40. 3 稳定转导与流产转导 稳定转导：指外基因子重组到受体菌基因组中的转导。 流产转导：指外基因子未重组到受体菌中的不能稳定转导。

41. （二）局限性转导 １概念： 2 转导的机制: 3 低频转导与高频转导 噬菌体 ↓感染 供体菌→裂解液(转导噬菌体) (溶源菌) (10-6) 非溶源 性细菌 溶源性转导子或重组型转导子 (低频转导) → 溶源 性细菌 双重溶源性转导子 ↓裂解、感染 50%转导子(高频转导) →

42. （二）局限性转导 １概念：只能转移细菌染色体特定部分基因的转导. 2 局限性转导的过程 3 转导的机制:是因为噬菌体在细菌染色体的特定位 点上整合。 4 低频转导与高频转导 噬菌体 ↓感染 供体菌→裂解液(转导噬菌体)→非溶源 (溶源菌)(10-6)性细菌 溶源性转导子 重组性转导子 低频转导：指溶源性细菌经诱导所释放的噬菌体所 进行的转导.

43. 高频转导：指双重溶源转导子所进行的转导。 dgal+ dgal+ ↓ 50% 转导子 dgal+  ↙ 裂解 → 感染  →  溶源性 转导子 双重溶源 性转导子 50%

44. 10-6 裂解、感染→50%转导子