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第七章 细菌和病毒的遗传

第七章 细菌和病毒的遗传. 本章内容. 第一节 细菌和病毒遗传研究 的意义. 第二节 噬菌体的遗传分析. 第三节 细菌的遗传分析. 1 、转化、接合 2 、性导、转导. 细菌属于原核生物，不进行典型的有丝分裂和减数分裂，因此，其染色体传递和重组方式与真核生物不尽相同。 病毒甚至不进行分裂，它在宿主细胞内以集团形式产生。细菌和病毒的遗传分析对整个遗传学，特别是对于分子遗传学的发展具有重大作用。. 第一节 细菌和病毒遗传研究 的意义 遗传学研究从细胞水平推进到分子水平，是由于两大发展： （ 1 ）对基因的化学和物理结构

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第七章 细菌和病毒的遗传

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  1. 第七章 细菌和病毒的遗传

  2. 本章内容 第一节 细菌和病毒遗传研究 的意义 第二节 噬菌体的遗传分析 第三节 细菌的遗传分析 1、转化、接合 2、性导、转导

  3. 细菌属于原核生物，不进行典型的有丝分裂和减数分裂，因此，其染色体传递和重组方式与真核生物不尽相同。细菌属于原核生物，不进行典型的有丝分裂和减数分裂，因此，其染色体传递和重组方式与真核生物不尽相同。 病毒甚至不进行分裂，它在宿主细胞内以集团形式产生。细菌和病毒的遗传分析对整个遗传学，特别是对于分子遗传学的发展具有重大作用。

  4. 第一节 细菌和病毒遗传研究 的意义 遗传学研究从细胞水平推进到分子水平，是由于两大发展： （1）对基因的化学和物理结构 的了解日益深入 （2）研究材料采用了新的生物 类型-细菌和病毒

  5. 一、细菌 所有细菌都是比较小的单细胞，大约12μm长，0.5μm宽 大肠杆菌(E.coli)在细菌遗传学研究中应用十分广泛 ,其染色体为一条环状的裸露DNA分子。其细胞里通常还具有一个或多个小的染色体-质粒

  6. 研究细菌遗传的方法--平板培养 菌落（克隆） 单细胞

  7. 0.1ML 0.1ML 0.1ML 0.1ML 微生物稀释培养

  8. 细菌菌落的表现型： 原养型（野生型） 形态性状：菌落形状、颜色 突变型 大小 生理特性 营养缺陷型 抗性-抗药或抗感染

  9. 测定突变的方法──影印法 缺赖氨酸 缺精氨酸 缺亮氨酸

  10. 二、病毒 病毒没有细胞结构，既不属于原核生物，也不属于真核生物。 病毒结构十分简单，仅含DNA或RNA和一个蛋白质外壳，没有合成蛋白质外壳所必须的核糖体。所以，病毒必须感染活细胞，改变和利用活细胞的代谢合成机器，才能合成新的病毒后代。

  11. 三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性 (1)世代周期短。大肠杆菌每20分钟可繁殖 一代，病毒每小时可繁殖数百个后代 (2)易于管理和进行化学分析 (3)便于研究基因的突变 (4)便于研究基因的作用 (5)便于基因重组的研究 (6)便于用作研究基因结构、功能及调控机 制的材料 (7)便于进行遗传操作

  12. 第二节 噬菌体的遗传分析 一、噬菌体的结构

  13. 细菌染色体 1、烈性噬菌体侵染细菌的途径

  14. 2、温和性噬菌体 温和性噬菌体具有溶源性的生活周期，即在噬菌体侵入后，细菌并不裂解，以两种形式出现，如λ和P1

  15. λ型裂解途径

  16. P1型裂解途径

  17. 二、T2噬菌体的基因重组与作图 噬菌斑形态 正常r+:小、边缘模糊 噬菌体突变r-:大、边缘清楚 性状 宿主范围：感染和裂 正常h+:B株 解的菌株 突变h-:B株 不同 或B/2株 由于h–和h+均能感染B株，用T2的两亲本h–r+和h+r–同时感染B株，称为双重感染

  18. h-r+×h+r- ↓B株 h-r+ h+r- h-r- h+r+ ↓ 接种在同时长有B株及B/2株的培养基上 亲型噬菌斑 h-r+：透明、小 h+r-：半透明、大 重组型噬菌斑 h-r-：透明、大 h+r+：半透明、小

  19. 重组型噬菌斑 重组值= × 100% 总噬菌斑 h-r- + h+r+ = ×100% h-r+ + h+r- + h-r- + h+r+

  20. 杂交组合 每 种 基 因 型 的% 重 组 值 r–h+ r+h– r+h+ r–h– ra–h+  r+h– rb–h+  r+h– rc–h+×r+h– 34.0 32.0 39.0 42.0 56.0 59.0 12.0 5.9 0.7 12.0 6.4 0.9 24% 12.3% 1.6% 表7－2 四种噬菌斑数及重组值

  21. 分别作出ra、rb、rc与h的连锁图 ra h 24 rb 12.3 h rc 1.6 h ra rb rc h × ra rb h rc √ ra rc h rb √ ra h rc rb ×

  22. 为了确定基因排列顺序，可先只考虑rb、rc及h来确定是rchrb还是hrcrb。为了确定基因排列顺序，可先只考虑rb、rc及h来确定是rchrb还是hrcrb。 为此作： rb+rc- × rb-rc+ ↓ 重组值约14% 可知h应位于rb及rc 之间，又因为T2噬菌 体的连锁图是环状的

  23. 第三节 细菌的遗传分析 一个细菌DNA与另一个细菌DNA的交换重组可以通过四种方式实现 转化、接合、性导、转导 一、转化 转化：某些细菌(或其他生物)通过其细胞膜摄取周围供体的染色体片段，并将此外源DNA片段通过重组整合到自己染色体组的过程

  24. 转化首先是Griffith(1928)在肺炎双球菌中发现的 杀死SⅢ片段 RⅡ SⅢ Avery(1944)等研究证实，转化因子是DNA。这个极其重要的发现，不仅证实遗传物质是DNA，而且表明转化是细菌交换基因的方式之一。

  25. 1、供体DNA与受体细胞间的接触与互作 影响因素包括： (1)转化片段大小:肺炎双球菌的成功转 化，转化DNA片段至少要有800bp， 枯草杆菌最少需要16000bp (2)转化片段形态:转化片段必须是双链 (3)转化片段浓度：每个细胞摄取的DNA 分子数不超过10个 (4)受体细胞生理状态；感受态

  26. 2、转化DNA的摄取和整合 (1)结合与穿入 (2)联会 (3)整合，整合或DNA重组对同源DNA具 有特异性

  27. 3、转化和基因重组作图 当两个基因紧密连锁时，它们就有较多的机会包括在同一个DNA片段中，并同时整合到受体染色体中。因此，紧密连锁的基因可以通过转化进行作图。如： trp2+ his2+ tyr1+×trp2his2 tyr1 ↓ 重组型数 Trp2-his2重组值 = ×100% 亲型数+重组型数

  28. Trp2-his2 → 0.34 Trp2-tyr1 → 0.40 His2-tyr1 → 0.13 trp2 his2 tyr1 ∣←──34─→ ∣←───13──∣ ∣←─────40──────→∣

  29. 二、接合 接合：在原核生物中，是指遗传物质从供体-“雄性”转移到受体-“雌性”的过程 1946年，Lederberg和Tatum发现E.coli细胞之间通过接合可以交换遗传物质。他们选择了两个不同营养缺陷型的E.coli菌株

  30. 黎德伯格和塔特姆的接合(杂交)

  31. 发现长出了一些原养型的菌落。这种原养型细胞的出现是由于转化还是由于细胞与细胞直接接触而发生的遗传物质交换和重组？为了解答这个问题，Davi(1950)设计了U型管实验。发现长出了一些原养型的菌落。这种原养型细胞的出现是由于转化还是由于细胞与细胞直接接触而发生的遗传物质交换和重组？为了解答这个问题，Davi(1950)设计了U型管实验。

  32. A菌株 Met-bio-thr+leu+ B菌株 Met+bio+thr-leu- 没有出现 DNA大分子能通过 Met+bio+thr+leu+ 说明什么?

  33. 在任何一臂内都没有出现原养型细菌。这说明两个菌株间的直接接触--接合，是原养型细胞出现的必要条件。在任何一臂内都没有出现原养型细菌。这说明两个菌株间的直接接触--接合，是原养型细胞出现的必要条件。 Hayes（1952)试验证明，在接合过程中遗传物质的交换是一种单向的转移： 供体（雄性）→ 受体（雌性）

  34. 性伞毛/接合管 两个E.Coli细胞杂交的电子显微镜照片(X 34,300)

  35. 1、F因子及F+/Hfr向F–的转移 Hayes和Cavalli-Sforza（1953)发现，供体有一个性因子即致育因子--F因子 ，由DNA组成， 是染色体外的 遗传物质。其 组成：

  36. E.coliF因子存在状态有三种类型： ①没有F因子，即F– ②游离状态的F因子，即F+ ③整合的F因子，即Hfr

  37. F+ → F+ F+×F- F- → F+

  38. Hfr×F- ↓ Hfr→ Hfr F- → F- 接合开始，F因子仅有一部分进入F–细胞，剩下部分基因只有等到细菌染色体全部进入到F–细胞之后才能进入，然而转移过程常常中断

  39. 受体细胞常常只接受部分的供体染色体，这些染色体称为供体外基因子，而受体的完整染色体则称为受体细胞常常只接受部分的供体染色体，这些染色体称为供体外基因子，而受体的完整染色体则称为 受体内基因 子，这样的 细菌称为部 分二倍体或 部分合子、 半合子

  40. 2、中断杂交试验及染色体连锁 图 为了证明接合时遗传物质从供体到受体细胞的转移是直线式进行的，Jacob和Wollman在五十年代设计了一个著名的中断杂交试验

  41. Hfr:thr+leu+lac+gal+azistonsstrs F- : thr-leu-lac-gal-aziRtonRstrR  每隔一定时间取样，放在食物搅拌器内搅拌  培养在含str的完全培养基上， Hfr被杀死  用影印培养法测试形成的F-菌落的基因型， 确定每个基因转入F-的顺序（时间）  根据基因转入F-的时间，进行细菌染色体作图 混合培养

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