1、宣勁松北京科技大學本節重點：1、細菌和病毒的四種遺傳分析方法： 轉化、接合、性導、轉導。2、掌握F+、F、F的特點。3、了解和掌握中斷雜交的原理。一、細菌和病毒遺傳研討的意義(一) 細菌1、大小：細胞較小、長約12(11/1000mm)、寬約0.5；2、構造：鞭毛、細胞壁、質膜、間體、核質體、核糖體3、遺傳物質：單個主染色體、一個或多個小染色體(質粒)4、涂布和繁衍：每個細胞在較短時間內(如一夜)能裂殖到107個子細胞成為肉眼可見的菌落或克隆(clone)。5、生理特性突變：、生理特性突變： 營養缺陷型：營養缺陷型： 喪失合成某種營養物質才干，不能在根本培育喪失合成某種營養物質才干，不能在根本

2、培育基上生長；基上生長；原養型：野生菌株那么可在根本培育基上生長。原養型：野生菌株那么可在根本培育基上生長。用不同的選擇性培育基用不同的選擇性培育基測知突變的特性。測知突變的特性。 抗性突變型：抗性突變型：如抗藥性或抗感染性。如抗藥性或抗感染性。例如：青霉素例如：青霉素(penr)抗性突變的菌落。抗性突變的菌落。(二) 病毒 單倍體，僅一條染色體。病毒蛋白質外殼核酸。病毒分類：寄主：動物、植物、細菌等；遺傳物質：DNA 或RNA。煙草花葉病毒 腺病毒 T4 噬菌體 愛滋病病毒RNA DNA DNA RNA(三) 細菌和病毒在遺傳學研討中的重要性1、世代周期短： 大腸桿菌(E.coli)20分鐘

3、可繁衍一代。2、便于管理和生化分析： 個體小，普通在1至幾之間，操作管理方便。3、便于研討基因突變： 裸露的DNA分子(有的病毒為RNA分子)，容易受環境條件的影響而發生突變；單倍體生物，不存在顯性掩蓋隱性問題，隱性突變也能表現出來。4、便于研討基因的作用： 繁衍迅速，易檢出營養缺陷型突變，有利于從生化角度來研討基因的作用。5、便于研討基因重組： 細菌具有轉化、轉導和接協作用，可以進展精細的遺傳分析。6、便于研討基因構造、功能及調控機制： 細菌和病毒的遺傳物質簡單，易于進展基因定位、構造分析和分別，基因的表達調控也適于采用生理生化的方法進展深化研討。7、便于進展遺傳操作： 染色體構造簡單，沒有

4、組蛋白和其它蛋白的結合，更宜于進展遺傳工程的操作。二、細菌的遺傳學分析(一) 細菌基因組的特點1、不具備明顯的核構造，只需DNA的集中區，為擬核；2、基因組較小，只需一條環狀染色體，一個復制起點，一個基因組就是一個復制子；3、染色體不與組蛋白結合；4、基因的構造簡練，反復序列和不編碼序列很少，大部分為功能基因；無斷裂基因，不含內含子；5、基因的調控方式多種多樣； 6、功能親密相關的基因常高度集中，越是簡單的生物，集中程度越高；7、存在轉錄單元；8、常經過結合方式傳送遺傳物質。(二) 大腸桿菌中的質粒1、質粒(plasmid)：是獨立于細菌染色體外能進展自主復制的小型環狀裸露的DNA分子。質粒的

5、構造大致由3部分組成： 轉移區(transfer region, tra)和轉移起點ori：長約33kb，最少含有22個基因，為一切轉移基因的轉錄所必需的，并參與調理構造基因的轉錄； 自我復制區(rep)：由3個位點組成，即正常的復制起點oriV、復制基因frp、不親和性基因inc，該區域直接關系到質粒的本身復制； 插入區(insertion region)：可直接與細菌染色體同源區段配對，發生重組，插入到細菌染色體中。2、大腸桿菌的質粒按表型效應可分為3類：(1) 致育因子(fertility factor，F因子)： 這是一種能使細菌致育的因子，其上所帶的基因能使細菌在外表產生一種性纖毛。

6、帶有F因子的細菌菌株稱為F，而不帶F因子的菌株為F菌株。 F因子為一個小的雙鏈閉合環狀DNA，94.5kb，約為細菌染色體DNA的2 ；約含4060個蛋白質基因；24個/細胞(F菌株)。(2) R因子(抗性因子) 包括抗藥性及抗某些金屬質粒，R因子幾乎在一切細菌中都存在，大小也從幾kb至幾十kb不等。 在基因工程中常利用質粒的這種抗性特性用作外源基因載體，便于挑選。(3)大腸桿菌素緣由子(col因子) 含有可以編碼大腸桿菌素的基因，而大腸桿菌素可用于專門殺死其它腸道細菌。三、細菌間的基因轉移遺傳物質在細菌中有三種轉移方式： 轉化(transformation) 接合(conjugation)

7、轉導(transduction)這三種轉移方式的共同特點是：1、一方向轉移；2、都產生部分二倍體；3、基因只需整合到環狀染色體上才干穩定地遺傳。(一) 轉化(transformation)1、轉化(transformation)：某些細菌經過其細胞膜攝取周圍供體的染色體片段，將此外源DNA片段經過重組整合到本人染色體組的過程。1928年，格里費斯(Griffith F.)在肺炎雙球菌中初次發現細菌轉化景象。1944年，艾弗里(Avery O. T.)進展肺炎雙球菌轉化實驗；證明細菌轉化因子是DNA；轉化是細菌交換基因的方法之一。2、轉化的條件：細菌活潑攝取外源DNA分子； 具備重組程序所必需的

8、酶。 外源的DNA片段普通是人工抽提的，傳送時不需求載體，經過改動細胞膜的通透性使外源DNA片段進入細胞，整合到基因組中，改動基因型。 在細菌中，轉化是裸露的非病毒DNA導入細胞的過程。3、轉化DNA的攝取和整合過程：結合與穿入：DNA分子結合在接受座位上(可逆)，可被DNA酶降解；接受座位飽和性。 DNA攝取(不可逆)，不受DNA酶破壞。穿入后，由外切酶或DNA移位酶降解其中一條鏈。聯會：按各個位點與其相應的受體DNA片段聯會。親緣關系越遠，聯會越小、轉化的能夠性越小。整合(重組)：是指單鏈的轉化DNA與受體DNA對應位點的置換穩定地進入到受體DNA。對同源DNA具有特異性。異源DNA，視親

9、緣關系遠近也可發生不同頻率整合。4、轉染(transfection)：是轉化的一種特殊方式，特指離體的噬菌體DNA作為外源DNA感染感受態細菌并在其中表達的過程。5、經過轉化可以測定基因的連鎖、基因的陳列順序以及圖距：利用共轉化景象研討供體DNA上兩個基因的連鎖情況及其圖距。單交換時，染色體開環易降解，故不存在單交換類型；只需雙交換和偶數的多交換才有效。(二) 接合(conjugation)：1、概念：是指原核生物的遺傳物質從供體(donor)轉移到受體(receptor)內的過程。特點：需經過細胞的直接接觸。2、F 因子的三種形狀：以大腸桿菌為例：未攜帶F因子的菌株為受體菌或雌性(F菌株)

10、，用F表示；攜帶一個自主形狀F因子的菌株稱為供體菌或雄性(F菌株)，用F表示； 含有一個整合到本人染色體內的F因子，即Hfr菌株(high frequence recombination)。自主形狀的F 因子獨立進展分裂。F菌株與Hfr菌株的比較：一樣點： 都含有F因子，細胞的外表有性纖毛； 都能與F菌株雜交，但F與F之間不能雜交。不同點：F菌株Hfr菌株F因子在細菌細胞內的存在狀態獨立于細菌染色體之外，能自我復制，可以不依賴于細菌染色體的存在而存在整合在細菌染色體內同其一起復制和遺傳與F菌株雜交的結果經性纖毛轉移到F菌株，利用滾環式復制，F菌株變成F菌株兩者重組率相當高，但很少能使F菌株變成

11、F菌株理化因素處理的結果若用丫啶橙或UV，能使F菌株丟失F因子變成F-菌株變化不大 F菌株與Hfr菌株可以相互轉化，F因子經交換可以整合到細菌染色體上，也可以經過原位交換從染色體上零落下來。3、 F 因子的傳送： F 因子中有構成F性傘毛(F pilus)的基因接合管F細胞中的F因子由接合管向F傳送F受體變成F。4、Hfr細胞的構成及染色體的轉移 F因子整合到細菌染色體上(FHfr細胞)，其繁衍與細菌染色體同步進展。 此時，細菌基因的重組頻率添加4倍以上，染色體上整合有F因子的菌株，稱為Hfr菌株。 在Hfr F結合時，細菌染色體由一小段單鏈的F因子為前導而轉移到F受體邊進入邊合成。普通僅小部

12、分細菌染色體可以轉入，接合中斷受體細胞為F，F因子仍留在供體內。5、中斷雜交實驗 由F. Jacob和E. Wollman(1956)首創的。 中斷雜交作圖 (interrupted mating mapping)：是一種繪制大腸桿菌物理圖譜的方法。將Hfr F雜交，在混合后不同時間進展攪拌，以使接合管斷裂，中止染色體向受體細胞轉移。越是排在前面的基因進入受體菌的時機越高，反之排在離起點較后的基因進入受體菌的時機越低，因此用不同時間來中斷雜交，就能推斷出基因的順序。Hfr菌株與F菌株混合培育。 Hfr菌株：strs a+ b+ c+ d+ 對鏈霉素敏感 F-菌株：strr a- b- c- d

13、- 抗鏈霉素實例：Hfr菌株：蘇氨酸(thr+)、亮氨酸(leu+)、抗疊氮化物(azir)、抗T1噬菌體(tonr)、半乳糖(galb+)、乳糖(lac+)。F-菌株：thr-、leu-、azis、tons、galb-、lac-型。 8分鐘時：thr+進入F-細胞；8.5分鐘時：leu+進入F-細胞； 9分鐘時：出現疊氮化物抗性的菌落，少數azir基因進入F-細胞； 11分鐘時：出現抗噬菌體T1的F-細菌； 18和25分鐘時：分別出現乳糖和半乳糖發酵基因，即lac+和galb+進入F-細胞。 重組體中各標志基因進入F- 細胞中時間不同，到達最高程度的時間也不同； 隨時間的推遲，某個基因的重組

14、率添加；一定程度后，重組率便不再添加。如：10tonr初次出現， 15時40%、25后80%。Hfr中基因是按一定的線性順序依次進入F-菌株的。大腸桿菌Hfr： thr+leu+lac+gal+azistonsstrsF： thrleulacgalazir tonr strr 的結果 用一種大腸桿菌的不同Hfr菌株進展中斷雜交實驗，作出連鎖圖，其基因向F-細胞轉移的順序不同。轉移的順序是不是隨機？Hfr1和和HfrAB312菌系的中斷雜交實驗及其連鎖圖：菌系的中斷雜交實驗及其連鎖圖：終了 開場 終了 開場差別：不同Hfr菌株轉移的原點(O)和轉移方向不同。 進一步闡明F因子和細菌染色體都是環狀

15、。(三) 性導(sexduction) 性導：指接合時由F因子所攜帶的外源DNA整合到細菌染色體的過程。 F 因子整合過程：可逆：發生環出時，F因子又可重新分開染色體。F 因子偶爾在環出時不夠準確，會攜帶出染色體上的一些基因，這種因子稱為F因子。F因子攜帶染色體的片段大小：從一個規范基因到半個細菌染色體。F因子使細菌帶有某些突出的特點： F因子轉移基因頻率極高，好像F+因子轉移頻率； F因子自然整合率極高，并且整合在一定的座位上。攜帶與細菌染色體一樣的同源區段；而正常F因子可在不同座位整合。性導在大腸桿菌遺傳研討中的作用： 分別出大量F因子(每個F因子攜帶有不同大腸桿菌基因) 利用不同基因在一

16、同的并發性導的頻率來作圖； 經過性導產生部分二倍體確定等位基因位置、顯隱性關系； 性導構成的部分二倍體可用作互補檢驗確定兩個突變類型能否屬于同一個基因。(四) 轉導(transduction)1、概念：指以噬菌體為媒介進展的細菌遺傳物質重組，是細菌遺傳物質傳送和交換方式之一。2、特點：以噬菌體為媒介細菌的一段染色體被錯誤地包裝在噬菌體的蛋白質外殼內經過感染轉移到另一個受體細胞內。 感染細菌的才干決議于噬菌體的蛋白質外殼。3、普遍性轉導(general transduction)： 作用：可轉導細菌染色體組的任何部分。錯誤包裹模型： 轉導顆粒：把細菌染色體片段包裝在噬菌體蛋白質外殼內而產生的假噬菌體(不包含噬菌體的遺傳物質)。4、特異性轉導(restricted transduction)：由溫暖噬菌體進展的轉導，在轉導時只能轉導供體細胞特定的區段。溶源起始：在染色體的