第七章 细菌及病毒遗传作图

1. 第七章 细菌及病毒遗传作图 生物技术教研室 授课人：龚琳

2. 主要内容： • 病毒的一般特性及类型 • 噬菌体的染色体作图 • 细菌的细胞和染色体结构 • 细菌的染色体作图

3. 一、病毒的一般特性和类型

4. 病毒知多少？

5. （一）病毒的一般特性 • 一类超显微的非细胞生物 • 每一种病毒只含有一种核酸， DNA或RNA • 只能在活细胞内营专性寄生 • 靠其宿主代谢系统的协助来复制核酸、合成蛋白质等组分 • 离体条件下，它们能以无生命的化学大分子状态长期存在并保持其侵染活性

6. 病毒的形态构造和化学成分 • 多数病毒粒子的直径在100nm上下 • 最大的病毒： • 　　牛痘苗病毒——直径超过250nm • 最小的病毒 • 　　脊髓灰质炎病毒——28nm • 直径 • 　　病毒：细菌：真菌 = 1：10：100

7. 病毒粒子的模式构造 病毒的主要化学组分为核酸（DNA或RNA）和蛋白质。

8. （二）病毒的类型 病毒的分类可根据宿主种类将病毒分为微生物病毒、植物病毒、无脊椎动物病毒及脊柱动物病毒。

9. 植物病毒 烟草花叶病毒(TMV） 植物病毒的专一性不强，同一种病毒可以感染多种草本和木本的植物

10. 艾滋病毒 • 脊椎动物病毒 腺病毒的外形呈典型的二十面体，粗看像“球状”， 腺病毒的核心是由线状双链DNA构成的。

11. 二十面体对称的头 螺旋对称的尾 尾针 六角形基板 • 微生物病毒 细菌病毒一般称为噬菌体

12. Phage T4 研究最为广泛的是T噬菌体：

13. （三）噬菌体的生活周期 根据化学本质分为：DNA噬菌体、RNA噬菌体、单链DNA和RNA噬菌体及双链DNA和RNA噬菌体等 以我们之前介绍的T系噬菌体为例，根据与宿主的关系来讲分为烈性噬菌体和温和噬菌体。

14. 1、烈性噬菌体（virulent phages)：侵入细菌细胞后，使寄主细胞裂解的噬菌体。如大肠杆菌的T噬菌体T1→T7。

16. 吸附：大肠杆菌的T系噬菌体以其尾丝尖端附着在大肠杆菌的细胞壁上吸附：大肠杆菌的T系噬菌体以其尾丝尖端附着在大肠杆菌的细胞壁上 释放：宿主细胞裂解释放大量的子病毒 烈性噬菌体（virulent phages)的感染周期--裂解途径 装配：之前合成的病毒各部件装配在一起形成成熟病毒粒子 侵入：将DNA注入到细菌细胞质中，而蛋白质外壳留在外面 不能溶源化细菌的噬菌体称为烈性噬菌体 核酸复制、转录以及蛋白质的合成

17. 释放出的子代噬菌体感染邻近的细胞，这样不断地侵染，最后形成一个圆形的透明区，即噬菌斑(Plaque) 。一个噬菌斑通常含有107——108个噬菌体。一个噬菌斑是由一个噬菌体引起的，所以，一个噬菌斑中的噬菌体在遗传上是均一的，相当于一个克隆。

18. 2、温和噬菌体(temperate phages): 除偶尔情况外，感染后不裂解细菌的噬菌体。或：能够溶原化细菌的噬菌体称为温和噬菌体。感染细胞后可以进入裂解和溶源两种发育途径。

19. l 某些温和噬菌体侵染细菌后，其DNA整合到宿主细菌染色体中。这种处于整合状态的噬菌体DNA称为原噬菌体，而含有原噬菌体的细菌称为溶原性细菌。 λ和P1噬菌体 溶源途径 裂解途径

20. 裂解途径 溶原途径

21. 溶源菌具有抗某些噬菌体侵染的能力，但是它可产生噬菌体侵染其它非溶源菌。溶源菌具有抗某些噬菌体侵染的能力，但是它可产生噬菌体侵染其它非溶源菌。 溶原途径 裂解途径

22. 二、噬菌体的染色体作图（简单介绍）

23. 噬菌体遗传性状分为两类： • 形成的噬菌斑形状：指噬菌斑的大小、边缘清晰度、透明程度。 • 寄主范围：指噬菌体感染和裂解的菌株范围。 • 所以有两类突变类型： Host range（宿主范围突变体） Plaque morphology (噬菌斑形态 )

24. 宿主范围突变体 正常的T2噬菌体h+：只能侵染E.coli菌株B T2噬菌体的突变体h：同时可侵染E.coli菌株B及B2 h+接种到 E.coli菌株B及B2的混合培养基上---噬菌斑是半透明的。 h接种到 E.coli菌株B及B2的混合培养基上---噬菌斑是透明的。

25. 噬菌斑形态 正常的T噬菌体r+：噬菌斑小而边缘模糊 T噬菌体突变体r：产生约大两倍的边缘清楚的噬菌斑（速溶性）

26. r r+

27. 一个噬菌体的基因型是h＋r，另一个噬菌体的基因型是h r＋。 • 重组实验时，把上述两个亲本噬菌体（hr+和h+r）去感染菌株B，使有高比例的细菌同时受到两种噬菌体的感染（称为混合感染或复感染） • 把释放出来的噬菌体（子代噬菌体）接种在同时长有菌株B和B2的培养基上。现在可以看到4种噬菌斑

28. hr透大 hr+透小 h+r+半小 h+r半大 6-21

29. 表 型 推导的基因型 透明 小 hr + + 半透明 大 h r + + 半透明 h r 小 透明 大 hr hr+× h+r混合感染E.coli B和B2的结果 注：h ----感染菌株B和B2---透明，h+ ---只侵染菌株B---半透明； r-----噬菌斑大，r+------噬菌斑小

30. 噬菌体遗传重组原理示意图

31. ＋ ＋ h r h r ＋ 100 × ＝ ％ 重组值 总噬菌斑数 • 4种噬菌斑中： • 透明而小（hr+）和半透明而大（h+r）---亲组合； • 半透明而小（h+r+）和透明而大（hr）---重组合。 • 所以重组值可用下式计算：

33. 三、细菌的细胞和染色体结构

34. 细菌的形态：球菌、杆菌和螺旋菌

35. 细菌的细胞结构 2 mm 荚膜 细胞壁 拟核 鞭毛 细胞膜 核糖体

36. 生殖方式：二分裂

37. 细菌的菌落

38. 细菌的染色体是一条裸露的环状、双链DNA分子，以折叠或螺旋状态的高度组装形式存在。细菌的染色体是一条裸露的环状、双链DNA分子，以折叠或螺旋状态的高度组装形式存在。

39. 吸附细菌 丝绒印在母板上 再印在选择培养基上 无链霉素 链霉素 筛选出抗链霉素的菌系 从模板中挑出抗性和敏感菌系 大肠杆菌的筛选 影印培养法是细菌和病毒遗传研究的常用方法。

40. 大肠杆菌的突变类型 ①.合成代谢功能的突变型(营养缺陷型)： 丧失合成某种营养物质能力，不能在基本培养基上生长； 野生型（原养型）：野生菌株则可在基本培养基上生长 用不同的选择性培养基 测知突变的特性。

41. ②. 分解代谢功能的变型： Lac -不能分解乳糖，不能生活在以乳糖为唯一碳源的基本培养基中。 ③.抗性突变型： 培养基中 加有青霉素 如抗药性或抗感染性。 例如：青霉素（penr）抗性突变的菌落。 对链霉素抗性表型以Strr,对链霉素敏感以Strs表示。

42. 细菌和在遗传研究中的优越性： 1．世代周期短 大肠杆菌（E.coli）：20 min繁殖一代。 2．便于管理和生化分析： 个体小，一般在 1至几之间，操作管理方便。 3．便于研究基因突变 裸露的DNA分子，容易受环境条件的影响而发生突变；单倍体生物，不存在显性掩盖隐性问题，隐性突变也能 表现出来。

43. 4．便于研究基因的作用： 影印培养，易检出营养缺陷型突变，有利于从生化角度来研究基因的作用。 5．便于研究基因重组： 细菌具有转化、转导和接合作用，可以进行精密的遗传分析。

44. 三、细菌的染色体作图

45. 细菌基因重组的方式 • 一个细菌细胞的DNA与另一个细菌细胞DNA的交换重组可以通过四种不同的方式进行： • 转化 • 接合 • 性导 • 转导

46. （一） 接合 • 1、接合现象的发现 • 接合：指通过细菌细胞的直接接触，遗传物质从供体转移到受体并发生重组的过程。 • 1946年莱德伯格(Lederberg, J.) 和塔特姆 (Tatum) 发现了细菌的接合。

47. 细菌的杂交实例 不同营养缺陷型的大肠杆菌： A菌株：met- bio- thr+ leu+ thi+，B菌株：met+ bio+ thr- leu- thi-

48. 这种原养型细胞如何出现的？ • 回复突变？转化?互养作用? • Davis U型管实验：A、B菌株分别培养在基本培养基上  一边加压和吸引使培养液充分混合 结果任何一臂的培养基上均未长出原养型细菌。

49. 结论：菌株A与菌株B细胞直接接触(接合)是原养型细胞出现的必要条件；两菌株直接接触后导致遗传物质转移，进而发生基因重组，产生原养型细菌。结论：菌株A与菌株B细胞直接接触(接合)是原养型细胞出现的必要条件；两菌株直接接触后导致遗传物质转移，进而发生基因重组，产生原养型细菌。 • 存在问题： 两个亲本类型对它们的子裔的遗传贡献并不相同。有些基因组合丢失。

50. 2、F因子及其转移 Hayes(1952)实验： 菌株A 菌株B met - thr + leu + thi + × met + thr - leu - thi – strs 和 strr型 strs 和 strr型