第七章细菌和病毒的遗传学分析

1. 第七章细菌和病毒的遗传学分析

2. 一、细菌和病毒在遗传学研究中的地位(一)作为遗传学研究对象的细菌和病毒一、细菌和病毒在遗传学研究中的地位(一)作为遗传学研究对象的细菌和病毒 • (二)细菌和病毒是遗传学研究的好材料优点: • ⑴细菌和病毒中的遗传物质含量少 • ⑵细菌和病毒中DNA构型简单 • ⑶细菌和病毒中的DNA是单倍体，无显隐性关系 • ⑷细菌和病毒的代谢过程易于控制和鉴别

3. 突变型的基因可用它不能合成的物质名称来表示。取前三个字母并在右上角加一负号“-”或“+”来表示， “-”代表不能合成该物质的缺陷型， “+”表示能合成该物质的野生型。如met- bio- trp-分别代表不能合成甲硫氨酸、生物素和色氨酸。 另一类突变型为抗药型，它们的基因型符号可用该药物名称的前三个字母并在右上角附加“r”或“s”来表示。如抗青霉素突变型为Penr，抗链霉素突变型为Strr，相应的敏感型则为Pens和Strs。

4. 二、细菌遗传物质的传递和基因作图(一)细菌遗传物质的分布 遗传学上经常作为实验材料的细菌：肺炎球菌、沙门氏菌、枯草杆菌、大肠杆菌。 质粒：细菌染色体外有自我复制能力的环状DNA分子，如F质粒、Co1质粒(合成丈肠杆菌素的质粒) 、R质粒。 质粒有三种基本功能：复制、与染色体联结、感染。

6. (二)接合传递和基因作图

9. (三)大肠杆菌F+ 、Hfr、F’和F-品系的比较分析F因子：是指丈肠杆菌的致育因子(一种研究较多的质粒) 。大肠杆菌的雄性或供体性由F因子决定。 根据F因子的有无和它的存在状态，大肠杆菌有三种雄性菌株和一种雌性菌株，雄性菌株具有附加的遗传单位F因子。F因子能以三种不同状态存在，使大肠杆菌具有相应的三种雄性菌株。

10. ⑴F+菌株：具有自主性自我复制的环状F因子。 ⑵Hfr菌株(high frequence of recombination , Hfr)高频重组品系：F因子插入在染色体的一定位置，和细菌色体整合在一起。当F因子重组在宿主细胞染色体上时，F因子仍然可以发生转移，此时的转移可推动宿主基因的转移，因此这种菌株称为高频重组菌株。 F因子推动染色体的转移是以F因子的一端开始，沿F因子所处位置的相反方向进行转移，F因子最后才转移。所以染色体在F因子的推动下发生的转移具有一定的方向和顺序。

11. ⑶F’菌株：具有携带一个或多个细菌染色体基因的自主性的F因子的菌株。 在Hfr菌株中，F因子易从细菌染色体上切离下来回复成F+菌株，但有时可能发生不准确切离而带有宿主的部分基因，这种游离的F因子称为F’因子。 ⑷F-菌株：不具有F因子的菌株称为F-菌株，是大肠杆菌唯一的雌性菌株。F因子的显著特征是能合成性纤毛，以帮助雄性菌株和雌性菌株的接合。

16. (四)中断杂交实验作连锁图 1954年Wollman和Jacob利用Hfr菌株的染色体转移特征（方向性和顺序性），进行了E.coli染色体的基因定位。 Hfr: thr+ leu+ azir tonr lac+ gal+ strs（供体） F-: thr- leu- azis tons lac- gal- strr （受体） 让两种细胞混合，37℃水浴一定时间后取样，组织捣碎机中断杂交，而后涂布在含Str的基本培养基上，考察供体基因在受体细胞出现的时间及顺序（基因转移的时间及顺序）。

17. 8 8.5 9 11 18 25 thr leu Az T1 lac gal

20. 三、非中断杂交与基因定位（重组作图） 利用F因子可以推动染色体到受体细胞中的特点，将要考察的基因全部转移到受体细胞中，然后考察各种基因型出现的频率，根据重组值计算公式计算重组值，进行作图。 为保证要考察的基因全部转移到受体细胞中，选择性标记必需处于转移的末断。 细菌基因重组的特征：与真核生物相比，原核生物的基因重组有两个特征，一是必需发生偶数次交换，细菌细胞才可存活；二是由于染色体不完整或选择培养的关系，野生的重组子才可存活，所以相反的重组子不出现。

22. 四、E.coli的染色体图 E.coli的基因定位主要以中断杂交的方法进行的，所以E.coli的染色体图是以分钟作单位的。

24. 三、噬菌体（病毒）的遗传学分析 • 一、噬菌体的基本特征 • 温和噬菌体 • 烈性噬菌体

27. 二、噬菌体杂交与基因定位 噬菌体的杂交方法：混合感染（复感染、双重感染） 重组合 重组频率= x 100% 重组合+亲组合 例：1955年 Kaiser 的λ噬菌体实验 + + + x s mi co1 杂交 s：小噬菌斑，mi：微小噬菌斑，co1：中央浑浊小点的噬菌斑。

29. 作图： 3.76 6.16 s co1 mi 8.2 + 2 x 0.86=9.92

30. 1928年Griffith 的实验

31. 遗传转化的机理

32. 二、基因定位 遗传转化的转化因子一般在10000~20000bp之间，因此当两个基因连锁（注意：这里的连锁与真核生物的连锁不完全一样）,他们被同时转化（共转化）的频率要远高于不连锁的基因。利用共转化的特点，可以对连锁的基因进行基因定位。 例：Nester利用枯草杆菌trp2+ his2+ tyr1+ DNA为供体，对trp2- his2- tyr1- 进行转化。

34. 第三节　细菌转导与基因定位 １９５２年，Lederberg & Zinder在进行Ｕ型管实验时发现。 转导（transduction):利用噬菌体（病毒）为媒介，将一个细胞（供体）的遗传物质转移到另一个细胞（受体）中去的过程。

36. 一、一般性（普遍性）转导 指供体细胞所有基因具有同等机会被进行转导的过程。 　　通常能够进行普遍性转导的噬菌体是烈性噬菌体，他们感染细菌细胞后，在细胞内复制，最后导致细胞裂解。在裂解过程中，供体细胞ＤＮＡ降解。噬菌体包装时可能以很低的频率发生错误而将供体细胞ＤＮＡ误为噬菌体自身ＤＮＡ进行包装。当这个噬菌体感染另一个细胞（受体），从而将供体ＤＮＡ转移到受体细胞中，完成转导过程。

37. 利用转导现象可以进行基因定位 噬菌体包装供体ＤＮＡ时，要求ＤＮＡ片段的大小必须与噬菌体ＤＮＡ大小相当，才可进行包装。因此当两个基因连锁时，这两个基因被同时转导（共转导、并发转导）的可能性比不连锁基因大得多。因此利用共转导频率的大小可以进行基因定位。 x=(1-d/L)3 或　　d=L(1-3√ x) x:　两基因的共转导频率；　d:　两基因间的物理距离，单位与Ｌ相同。 L:　转导ＤＮＡ的平均长度，即转导噬菌体ＤＮＡ大小。

38. 例：转导噬菌体P1,基因组大小为８０kb。 供体：E. coli supC+ trpA+ pyrF+ 受体：E.coli supC- trpA- pyrF- 以supC为选择性标记 结果：　 1.supC+ trpA+ pyrF+　　 ３６ 2.supC+ trpA+ pyrF-　　　１１４ 3.supC+ trpA- pyrF+　　　０ 4.supC+ trpA- pyrF- 453 顺序：根据3知３基因的顺序为supCtrpApyrF

39. 距离： supC－trpA共转导类型是１和２，频率是０.２５，距离为２９.6kb。 supC－pyrF共转导类型是１和3，频率是０.０６，距离为４８.7kb。 根据E. coli染色体全长３.０　x　１０６bp推算，每分钟ＤＮＡ长度约３０kb。因此上述距离分别为１分钟和１.6分钟。 supC 1.0 trpA 0.6 pyrF

40. 二、局限性（特异性、特殊性）转导 指转导噬菌体几乎只转导特定的少数几个基因的现象。 局限性转导一般由温和噬菌体介导，如λ噬菌体只转导gal基因及bio基因。 局限性转导的频率较高，可达１０-３，而普遍性转导的频率一般为１０-5～10-7