细菌和病毒的遗传作图ppt课件

细菌和病毒的遗传作图,1,第6章细菌及其病毒的遗传作图,细菌和病毒的遗传作图,2,第6章细菌及其病毒的遗传作图,第一节噬菌体遗传分析第二节细菌的转化第三节细菌的接合第四节细菌的性导第五节转导,细菌和病毒的遗传作图,3,第一节噬菌体遗传分析,一、噬菌体的繁殖二、噬菌体的突变型三、噬菌体的基因重组四、T2的环形遗传图,细菌和病毒的遗传作图,4,复习1：病毒的一般特性和类型,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,细菌和病毒的遗传作图,5,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,病毒粒子的模式构造,图6-1,细菌和病毒的遗传作图,7,复习2：噬菌体的一般特性,病毒可根据宿主(动物、植物、细菌)或遗传物质(DNA或RNA)来分类。细菌病毒(Bacterialphage)，称为噬菌体(phage)(如图)，是目前经过广泛研究，了解比较清楚的一种病毒。,细菌和病毒的遗传作图,8,噬菌体的结构,细菌和病毒的遗传作图,9,PhageT4,研究最为广泛的是T噬菌体：,细菌和病毒的遗传作图,10,噬菌体的特性,细菌和病毒的遗传作图,11,一、噬菌体的繁殖,根据与宿主的关系噬菌体可分为两类(Twomaintypesofphage)：烈性噬菌体（virulentphages)：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T1T7。温和噬菌体(temperatephages):除偶尔情况外，感染后不裂解细菌的噬菌体。或：能够溶源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。,细菌和病毒的遗传作图,12,一、噬菌体的繁殖,(1)lyticcycle-releasenewphagein20-30min.(2)lysogeniccycle-phageinsertsintohostchromo.Staysdormant休眠tillawakenedbycellstress-thencomesfreeagainandenterslyticcycle.,细菌和病毒的遗传作图,13,Lyticphagecycle,烈性噬菌体（virulentphages)的感染周期-裂解途径,不能溶源化细菌的噬菌体称为烈性噬菌体。,细菌和病毒的遗传作图,15,一、噬菌体的繁殖,裂解(lysis)：噬菌体附着到细菌体表，将它的遗传物质注入细菌细胞质中，利用细菌作为它的基质，合成更多的噬菌体，细菌细胞壁破裂后，大量噬菌体被释放出，这一过程称为裂解。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107108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。,细菌和病毒的遗传作图,16,l,温和噬菌体(temperatephages)的感染周期：,和P1噬菌体溶源途径LysogenicCycle：裂解途径LyticCycle,细菌和病毒的遗传作图,17,TemperateBacteriophageLifecycle,能够溶源化细菌的噬菌体称为温和噬菌体,LyticCycle,LysogenicCycle,细菌和病毒的遗传作图,18,温和噬菌体,BacteriophageundergoeseitherlyticreplicationorlysogenyfollowinginfectionofE.coli,裂解途径,溶源途径,原噬菌体（prophage)原病毒(provirus),溶源性细菌（lysogenicbacterium),细菌和病毒的遗传作图,20,一、噬菌体的繁殖,原噬菌体(prophage)：整合进细菌基因组中的噬菌体称为原噬菌体。在细菌染色体的特异位点整合进整个噬菌体基因组。溶源菌(lysogenicbacterium)：含有原噬菌体的细菌具有产生和释放噬菌体的潜力，这种细菌称为溶源菌。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。,细菌和病毒的遗传作图,21,二、噬菌体的突变型,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：Hostrange（宿主范围突变体）Plaquemorphology(噬菌斑形态),细菌和病毒的遗传作图,22,二、噬菌体的突变型,1.Hostrange（宿主范围突变体）正常的T2噬菌体h+：只能侵染E.coli菌株B（h+attacksbacterialstrainsonly,E.coliB)T2噬菌体的突变体h：同时可侵染E.coli菌株B及B2(hcanattacksE.colistrain1and)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。,细菌和病毒的遗传作图,23,二、噬菌体的突变型,2.Plaquemorphology(噬菌斑形态)正常的T噬菌体r+：噬菌斑小而边缘模糊Whenindividualbacterialcellsinalayer(lawn平板)areinfected,theylyse(burstopen)andthenewlyreleasedphageattacksurroundingcellsleavingaclearholeorplaque斑inthelawn.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）Mutantphagehavedifferentplaqueappearance,细菌和病毒的遗传作图,24,r+,r,细菌和病毒的遗传作图,25,三、噬菌体的基因重组,Hershey等用T2噬菌体的两个不同表型特征：噬菌斑的形态和宿主范围来进行杂交。一个噬菌体的基因型是hr，另一个噬菌体的基因型是hr。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，mixedordoubleinfection）。,细菌和病毒的遗传作图,26,三、噬菌体的基因重组,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（表6-5，图6-21）。,细菌和病毒的遗传作图,27,6-21,细菌和病毒的遗传作图,28,表6-5hr+h+r混合感染E.coliB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,细菌和病毒的遗传作图,29,噬菌体遗传重组原理示意图,细菌和病毒的遗传作图,30,三、噬菌体的基因重组,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：,细菌和病毒的遗传作图,31,四、T2的环形遗传图,Hershey根据hrhr的杂交结果推测T2的染色体是线状的，其实并非如此。在完成了上述T2杂交实验后，Hershey又分离出了许多T2噬菌体，详细地研究了T2噬菌体的遗传重组。杂交后果如表6-6所示。,细菌和病毒的遗传作图,32,四、T2的环形遗传图,表6-6T2hr+T2h+r杂交的重组率,细菌和病毒的遗传作图,33,a),1,b),图6-22r-h的图距和r1，r7，r13的不同排列,2,3,4,细菌和病毒的遗传作图,34,再作杂交：r7r13+r7+r13结果表明：r6-r13的重组值=14%r6-h所以h位于r7及r13之间，排列顺序为r6-h-r13同理，再做r1r7+r1+r7等杂交组合，判断出第二种和第三种排列都是可能的。10多年后G.Streisinger和Edgar（1964年）研究发现T2噬菌体的连锁图是环状的，所以2，3排列都对。,细菌和病毒的遗传作图,35,图6-23,细菌和病毒的遗传作图,36,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,细菌和病毒的遗传作图,37,第二节细菌的转化(transformation),一、细菌转化实验二、转化过程三、共同转化与遗传图谱绘制,细菌和病毒的遗传作图,38,转化(transformation),转化(transformation)是指某些细菌(或其他生物)能通过其细胞膜摄取周围供体(donor)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。转化中提供遗传物质的细胞称为供体(donor)，接受供体遗传物质的称为受体(receptor)。,细菌和病毒的遗传作图,39,只有当整合的DNA片段产生新的表现型时，才能测知转化的发生。大部分的转化工作是用肺炎双球菌(Streptococcuspneumoniae)、枯草杆菌(Bacillussubtilis)和流感嗜血杆菌(Hemophilusinfluenzae)进行的。,细菌和病毒的遗传作图,40,一、转化过程,不同细菌转化过程有一定差异，但是它们都存在几个共同特征：1.供体(donor)DNA与受体(receptor)细胞结合(binding)吸附2.DNA的穿入和摄取吸收3.联会(synapsis)与外源DNA片段整合(integration),细菌和病毒的遗传作图,41,细菌转化过程,细菌和病毒的遗传作图,42,1.供体(donor)DNA与受体(receptor)细胞结合(binding)吸附,结合发生在受体细胞特定部位；供体DNA片段为双链；结合过程是一个可逆过程。,二、转化过程,细菌和病毒的遗传作图,43,感受态与感受态因子,感受态指细菌能够从周围环境中吸收DNA分子进行转化的生理状态。感受态主要受一类蛋白质(感受态因子)影响，感受态因子可以在细菌间进行转移，从感受态细菌中传递到非感受态细菌中，可以使后者变为感受态。一般认为感受态出现在细菌对数生长后期，并且某些处理过程可以诱导或加强感受态，以大肠杆菌为例，用Ca2+(如Call2)处理对数生长后期的大肠杆菌可以增强其感受能力。,二、转化过程,细菌和病毒的遗传作图,44,2.DNA的穿入和摄取,当细菌结合点饱和之后，细菌开始摄取外源DNA；往往只有一条DNA单链进入细胞，另一条链在膜上降解。,二、转化过程,细菌和病毒的遗传作图,45,3.联会(synapsis)与外源DNA片段整合(integration),整合就是指单链的转化DNA与受体DNA对应位点的置换，稳定地掺入到受体DNA中的过程。整合是一个遗传重组的过程。因而研究整合的分子机制也为遗传重组的分子机制作出了贡献。,二、转化过程,细菌和病毒的遗传作图,46,细菌转化过程图解,细菌和病毒的遗传作图,47,细菌转化过程图解,细菌和病毒的遗传作图,48,二、共转化与遗传图谱绘制,利用共同转化绘制细菌连锁遗传图谱的基本原理：相邻基因发生共同转化的概率与两者的距离间成正向关系，基因间距离越近，发生共同转化的频率越高，反之越低。因此可能通过测定两基因共同转化的频率来指示基因间的相对距离。,细菌和病毒的遗传作图,49,转化与遗传图谱,按照概率定律，两个片段同时转化的概率应为它们单独转化的概率的乘积，所以这种情况的概率是很低的。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。例如，黎德伯格等人用枯草杆菌作了如下实验，即以trp2+his2+tyr1+为供体，以trp2-his2-tyr1-为受体进行转化，结果如表。,细菌和病毒的遗传作图,50,转化结果,3660,细菌的重组特点是没有相反重组子出现，转化后只能出现七种类型的转化子菌落，不会出现trp2his2tyr1。并且在计算各个基因间的距离（重组值）的公式中分母只能有六种类型的数目（排除AB型）。,细菌和病毒的遗传作图,51,知识要点：,1两个基因相距越远，转化时发生交换的可能性越大。2细菌的重组特点是没有相反重组子出现。转化后只能出现1到7七种类型的转化子菌落，不会出现trp2his2tyr1。并且在计算各个基因间的距离（重组值）的公式中分母只能有六种类型的数目（排除AB型）。3双交换类型是数目最少的类型。,细菌和病毒的遗传作图,52,转化与遗传图谱,可以看出，trp2、his2和tyr1是连锁的，其中his2和tyr1连锁紧密，这是因为它们并发转化的频率最高。根据重组值计算结果，可知trp2-his2的重组值为0.34%，trp2-tyr1的重组值为0.40%，his2-tyr1的重组值为0.13%，因此，trp2、his2及tyr1的排列顺序为：,细菌和病毒的遗传作图,53,第三节细菌的接合(conjugation),一、接合现象的发现和证实二、F因子及其在杂交中的行为三、中断杂交试验作图四、重组作图,在原核生物中，接合是指遗传物质从供体“雄性”转移到受体“雌性”的过程。,细菌和病毒的遗传作图,54,一、接合现象的发现和证实,黎德伯格和塔特姆大肠杆菌杂交试验：材料：大肠杆菌(Escherichiacoli)K12菌株的两个营养缺陷型品系：A甲硫氨酸缺陷型met-和生物素缺陷型bio-；B苏氨酸缺陷型thr-和亮氨酸缺陷型leu-。方法：将A、B混和，在基本培养基(固体)上涂布培养。结果：平板上长出原养型菌落(+)。,细菌和病毒的遗传作图,55,黎德伯格和塔特姆接合试验,原养型的菌落,progeny,细菌和病毒的遗传作图,56,几种可能解释及其分析,对上述试验结果原养型菌落可能产生于：亲本细菌A或B发生了回复突变；两品系细胞通过培养基交换养料互养作用；两品系间发生了转化作用；发生细胞融合，形成了异核体或杂合二倍体。为验证这些原养型菌落产生的可能而进行的研究最终表明：这些解释均不成立。,细菌和病毒的遗传作图,57,回复突变可能的排除,Lederbery和Tatum利用的双营养缺陷型菌株进行试验，已基本排除A或B品系发生回复突变产生原养型细菌的可能。单基因回复突变的频率约为10-6；双基因回复突变的频率则为10-12，频率很低。但试验中产生原养型菌落产生的频率非常高，因此基本可以排除回复突变的可能。,细菌和病毒的遗传作图,58,互养作用及其排除,试验材料：A品系：A-B+T1S(met-bio-thr+leu+T1S)；B品系：A+B-T1R(met+bio+thr-leu-T1R)。试验方法：将A、B品系混合接种在基本培养基表面；短时间后喷T1杀死A品系，使其不能持续产生thr与leu供B品系持续生长。结果与结论：仍然出现原养型菌落。从而表明互养并非原养型菌落出现的原因，而可能发生了遗传重组。,BacktoP56,细菌和病毒的遗传作图,59,转化作用及其排除,把品系A的培养液经加热灭菌，加入到B品系的培养物中，未得到原养型菌落；表明原养型菌落可能不是由转化作用产生。戴维斯(Dawis,1950)的U型管试验(结果没有得到原养型细菌)；,细菌和病毒的遗传作图,60,BacktoP56,结论：不是转化作用。细胞直接接触是原养型细菌产生的必要条件。,细菌和病毒的遗传作图,61,异核体和杂合二倍体及其排除:,异核体或双杂合二倍体类似于二倍体生物的杂合体，将产生原养型菌落。异核体指由于细胞融合而在细胞内含有遗传组成不同的两个或多个细胞核。双杂合二倍体则是异核体进一步发生核融合，形成二倍体细胞核，核内含有两套遗传物质。细菌为单倍配子体生物，异核体和二倍体只能暂时存在。培养繁殖过程中必将发生分离，产生各种缺陷型菌落。对试验中得到的原养型菌落后代研究表明：后代没有出现预期的性状分离现象。,BacktoP56,细菌和病毒的遗传作图,62,接合现象的发现和证实,经过上述分析可以认为：在Lederbery和Tatum的试验中，发生了一种不同于转化的遗传重组方式，称之为接合。Hayes(1952)研究表明：大肠杆菌两种不同菌株(品系)接合过程中遗传物质的转移是单向的；从而认为大肠杆菌存在两种类型品系：雌性与雄性分别作为接合过程中遗传物质的供体与受体。接合(conjugation)：遗传物质从供体(donor)转移到受体(receptor)的重组过程。,细菌和病毒的遗传作图,63,二、F因子及其在杂交中的行为,1.F因子：Hayes等进一步研究发现，大肠杆菌在接合中作供体的能力受细胞内一种致育因子(fertilityfactor,F因子;sexfactor,性因子)控制。F因子的化学本质是DNA，可以自主状态存在于细胞质中或整合到细菌的染色体上。F因子可以在细菌细胞间进行转移并传递遗传物质。,细菌和病毒的遗传作图,64,具有F因子的菌株可作为供体，因为F因子中有控制F性伞毛(Fpillus)形成的基因。F性伞毛是由供体细胞表面伸出的一种长附属物，当供体与受体细胞相互接合，F性伞毛就成了两个细胞之间原生质的通道，或叫接合管(conjugationtube)。F+细胞的F因子由接合管向F-传递，使F受体变成F+。,接合现象,细菌和病毒的遗传作图,65,F因子及其在杂交中的行为,纤毛,受体,细菌和病毒的遗传作图,66,F因子及其在杂交中的行为,细菌和病毒的遗传作图,67,F因子及其在杂交中的行为,细菌和病毒的遗传作图,68,F因子及其在杂交中的行为,细菌和病毒的遗传作图,69,F因子的存在状态,细菌和病毒的遗传作图,70,Hfr和F-接合,细菌和病毒的遗传作图,71,三、中断杂交试验作图,雅各布(Jacob，F)和沃尔曼(Wollman，E.)在五十年代设计了一个著名的中断杂交试验(interruptedmatingexperiment)。他们采用的菌株基因型为：Hfr:thr+leu+aziStonSlac+gal+strsF:thr+leu+aziRtonRlacgal-strR这里，thr、leu、lac、gal分别代表苏氨酸、亮氨酸、乳糖和半乳糖，+代表原养型或发酵型，代表营养缺陷型或不发酵型；azi和tonA分别代表叠氮化纳和T1噬菌体；Str表示链霉素，r代表抗性，s代表敏感。,细菌和病毒的遗传作图,72,1、中断杂交实验（Interrupted-matingexperiments）,巴斯德实验室，ElieWolliman和FrancoisJacob（1954）原理：HfrF-杂交中染色体是定向地、均匀地、逐渐进入F-细菌的，大部分F因子并没有进入受体，中途断开的原理，设计中断杂交试验。目的：证明接合时遗传物质从供体到受体的转移是直线进行的。,细菌和病毒的遗传作图,73,中断杂交试验过程：,.把Hfr菌株与F-菌株混合培养Hfr：strsthr+leu+azirtonArgal+lac+F-：strrthr-leu-azistonAsgal-lac-.培养一定时间取样，把菌液放在搅拌器内搅拌，以中断杂交。.稀释接种到含有链霉素、不含thr、leu的基本培养基上，杀死Hfr菌株与F-菌株。thr、leu-选择性标记.对形成菌进行影印培养测试其基因型，确定个基因转移到F-细胞的时间。个基因非选择性标记。,细菌和病毒的遗传作图,74,细菌和病毒的遗传作图,75,实验结果1,8分钟时：thr+进入F-细胞；8.5分钟时：leu+进入F-细胞。9分钟时：有少量叠氮化物抗性的菌落，少数azir基因进入F-细胞。.11分钟时：出现抗菌噬体T1的F-细菌。18和25分钟时：分别出现乳糖和半乳糖发酵基因，即lac+和galb+进入F-细胞。,细菌和病毒的遗传作图,76,实验结果2,重组体中各标志基因进入F-细胞中时间不同，达到最高水平的时间也不同；随时间的推延，某个基因的重组率增加，当增至一定程度后，重组率便不再增加。如：10minazir首次出现，15min40%、25min后80%，Hfr基因是按一定的线性顺序依次进入F-菌株的。,thr、leu-选择性标记,细菌和病毒的遗传作图,78,细菌和病毒的遗传作图,79,中断杂交试验,细菌和病毒的遗传作图,80,2、中断杂交试验作图,实验说明：Hfr菌株基因是按一定的线性顺序依次进入F-的；离原点愈近，进入愈早，反之则越晚；致育因子最后转移。以基因转移的时间作为基因间距离的单位作连锁图的方法-时间单位法,细菌和病毒的遗传作图,81,细菌和病毒的遗传作图,82,Hfr类型原点基因转移顺序HfrHOthrprolacpurgalhisglythi1Othrthiglyhisgalpurlacpro2Oprothrthiglyhisgalpurlac3OpurlacprothrthiglyhisgalAB312Othithrprolacpurgalhisgly,几个Hfr菌株的基因顺序：,中断杂交试验作图,细菌和病毒的遗传作图,83,中断杂交试验作图,初看起来，似乎每个菌株的基因转移顺序有所不同。其实，转移的顺序并不是随机的。例如，所有的his基因都有gal在一边，gly在另一边。其他基因也是如此，除非它们在连锁群的另一端。这个实验进一步说明F因子和细菌染色体都是环状的，而Hfr细胞染色体的形成，则因F因子插入环状染色体的不同位置，而形成了不同的转移原点和转移方向。,细菌和病毒的遗传作图,84,TheuseofdifferentHfrstrains(H,1,2,3,312)thathavethefertilityfactorinsertedintothechromosomeatdifferentpointsandindifferentdirections,indicatethatthechromosomeiscircularbasedoninterrupted-matingexperiments,细菌和病毒的遗传作图,85,中断杂交试验作图,细菌和病毒的遗传作图,86,细菌和病毒的遗传作图,87,根据中断杂交的实验，用Hfr基因在F细胞中出现的时间为标准，可以作出大肠杆菌的遗传连锁图。,细菌和病毒的遗传作图,88,几个Hfr菌系的中断杂交试验及其连锁图,差异：不同Hfr菌株转移的原点(O)和转移方向不同。,细菌和病毒的遗传作图,89,gal,图6-18根据中断杂交试验作出的大肠杆菌直线连锁图,细菌和病毒的遗传作图,90,如果两个基因间的转移时间小于2分钟，用中断杂交法所得的图距不太可靠，应采用传统的重组作图法(recombinationmapping)。例如，有两个紧密连锁的基因：lac+(乳糖发酵)和ade(腺嘌呤缺陷型)，为了求得这两个基因间的距离，可采用Hfrlac+ade+Flacade的杂交实验。,四、重组作图,细菌和病毒的遗传作图,91,Hfrlac+ade+(strs)F-lac-ade-(strr),完全培养基混合培养,完全培养基(无腺嘌呤、加链霉素),能发酵乳糖，紫红色F-lac+ade+未发生交换,不能发酵乳糖，粉红色F-lac-ade+发生交换,F-ade+菌落,加乳糖,重组作图法,由于ade进入F细胞的顺序较lac为晚，因此，lac自然也已经进入。,细菌和病毒的遗传作图,92,重组作图,细菌和病毒的遗传作图,93,基因的重组,两基因间的重组频率是22%。但这两个位点间的时间单位约为1分钟，可见1个时间单位(分钟)大约相当于20%的重组值。用重组频率与中断杂交法所测得的基因距离是大致符合的。,细菌和病毒的遗传作图,94,CircularchromosomeofE.coli,4,639kb,细菌和病毒的遗传作图,95,CirculargeneticmapofE.coliTotalmapunits=100minutestimerequiredforE.colichromosometoreplicateat37C.,细菌和病毒的遗传作图,96,第四节细菌的性导(sexduction),F因子F因子整合到宿主细菌染色体的过程是可逆的，当发生环出(loopingout)时，F因子又重新离开染色体。然而F因子偶然在环出时不够准确，它携带有染色体的一些基因。阿代尔伯格和伯恩斯(Adelberg，E.和Burns，S.，1959)称这种F因子为F因子。,细菌和病毒的遗传作图,97,性导(sexduction),性导(sexduction)是以F因子为媒介将外源DNA转移到受体中的现象。,F因子,细菌和病毒的遗传作图,99,性导(sexduction)与F因子,F因子使细菌带有某些突出的特点：第一，F因子以极高的比率转移它的基因，如同F+细菌以极高的比率转移它的F+因子一样；第二，F因子有极高的自然整合率，而且整合在一定的座位上，因为它有与细菌染色体的同源区段。,细菌和病毒的遗传作图,100,性导(sexduction)与F因子,性导在大肠杆菌的遗传学研究中十分有用。第一，不同的F因子带有不同的细菌DNA片段，利用不同的F的性导可以测定不同基因在一起转移的频率。其次，观察由性导形成的杂合部分二倍体中某一性状的表现，可以确定这一性状的等位基因的显隐关系。第三，性导形成的部分二倍体也可用作互补测验，确定两个突变型是同属于一个基因还是不同基因。,细菌和病毒的遗传作图,101,细菌染色体图,应用中断杂交技术、重组作图、转化和转导相结合的方法已经得到细菌的非常详细的染色体图。早在1963年对E.coli就已定位了近100个基因(图)，而截至1990年定位的基因已超过1400个。,细菌和病毒的遗传作图,102,细菌和病毒的遗传作图,103,细菌染色体图,1990年绘制的E.Coli连锁遗传图的一部分。此部分仅包括5分钟的距离(全图100分钟)。,细菌和病毒的遗传作图,104,第五节转导(transduction),一、转导的发现1952年J.Lederberg，N.Zinder发现：（1）P22的侵染性和FA的遗传能力可因DNase的失活而受到保护；（2）FA的大小和质量与P22相同；（3）用P22抗血清或加热处理都可以使P22和FA失活，且失活速率相同；（4）FA和P22的宿主范围相同。,细菌和病毒的遗传作图,105,一、转导的发现,转导(transduction)是指以噬菌体为媒介所进行的细菌遗传物质重组的过程。它与前述的转化、性导、接合的主要不同之处，在于它是以噬菌体为媒介的。在这一过程中，细菌的一段染色体被错误地包装在噬菌体的蛋白质外壳内，并通过感染而转移到另一个受体细菌内。,细菌和病毒的遗传作图,106,转导可分为两大类：普遍性转导(generalizedtransduction)特殊性转导(specializedtransduction,或restrictedtransduction),一、转导的发现,细菌和病毒的遗传作图,107,二、普遍性转导,名词概念在噬菌体感染的末期，细菌染色体被断裂成许多小片段，在形成噬菌体颗粒时，少数噬菌体将细菌的DNA误认作是它们自己的DNA，并以其外壳蛋白将其包围，从而形成转导噬菌体。由于可以转导细菌染色体组的任何不同部分，因此称为普遍性转导(Generalizedtransduction)。,细菌和病毒的遗传作图,108,普遍性转导(Generalizedtransduction),细菌和病毒的遗传作图,109,这种假噬菌体称为转导颗粒(transducingparticle)。这种颗粒既然不携带噬菌体基因，对受体细菌就没有有害的影响。当转导颗粒将它的内含物注入受体细菌后，形成一个部分二倍体，导入的基因经过重组，整合到宿主的染色体上。由此形成的具有重组遗传结构的细菌细胞叫做转导体(transductant)。,二、普遍性转导,细菌和病毒的遗传作图,110,转导作图,两个基因同在一起转导称为共转导(cotransduction)，共转导的频率愈高，表明两个基因在染色体上的距离愈近，连锁愈密切；相反，如果两个基因的共转导频率很低，就说明它们之间距离较远。通过观察两因子转导(two-factortransduction)，计算并比较每两个基因之间的共转导频率，就可以确定三个基因或三个以上基因在染色体上的排列顺序。,二、普遍性转导,细菌和病毒的遗传作图,111,二、普遍性转导转导作图,如：a基因和b基因共转导频率高，a和c共转导频率也高，而b和c共转导频率低，则3个基因顺序为bac,细菌和病毒的遗传作图,112,如果研究三因子转导(three-factortransduction)，只需分析一个实验的结果就可以推出三个基因的次序。例如,供体大肠杆菌具有基因型a+b+c+，受体的基因型为a-b-c-。供体用P1噬菌体感染，P1的后代再用来感染受体细胞，然后把受体细胞接种在选择培养基上。,二、普遍性转导转导作图,细菌和病毒的遗传作图,113,如果通过中断杂交已知三个基因中的一个如a不在中间，就可对a+进行选择，即在对a+进行选择的选择培养基上，把可以生长的a+细胞选出来。然后，再把被选择的受体细胞重复接种在其他对b+或c+进行选择的选择培养基上，检查a+细胞是否同时具有b+和c+。,二、普遍性转导转导作图,细菌和病毒的遗传作图,114,最少的一类转导体应当代表最难于转导的情况，这种转导体是同时发生交换次数最多的一类。它的两边应为供体基因，而中间为受体基因，如正确次序为abc，就应为a+b-c+。假定由实验得到的最少的转导体类别为a+b+c-，那么就可以确定，这三个基因的正确次序应当是acb或bca，而不是abc。,二、普遍性转导转导作图,细菌和病毒的遗传作图,115,二、普遍性转导转导作图,细菌和病毒的遗传作图,116,如果把三个基因中每两个基因的合转导频率算出来，还可推算出三个基因之间的物理距离。若两个基因紧密连锁，就可能经常在一起转导，合转导频率将接近于1。如果两个基因从来或者几乎不包含在同一转导DNA片段中，它们的合转导频率接近于或等于0。利用这种关系可以求出同一染色体上两个基因之间的物理距离。经推导，得到以下计算公式：,二、普遍性转导转导作图,细菌和病毒的遗传作图,117,d=同一染色体上两基因之间的物理距离。L=转导DNA的平均长度。.X=两个基因合转导的频率。转导颗粒DNA的平均长度(约为1个病毒基因组的大小)知道后，就可以依上述公式估算出两个较近基因间的分子距离。p1噬菌体可以携带大肠杆菌DNA的任何部分，在分析大肠杆菌基因的连锁关系上是很有效的。,二、普遍性转导转导作图,细菌和病毒的遗传作图,118,举例：利用普遍性转导测定leu，thr，azi三个基因顺序。方法：（1）利用普遍性转导噬菌体P1侵染带leu+，thr+和azi+的大肠杆菌；（2）用从该大肠杆菌释放出来的噬菌体，再侵染leu-、thr-和azi-的大肠杆菌；（3）将受体细菌进行特定培养，以测定该三个基因的连锁关系。,二、普遍性转导转导作图,细菌和病毒的遗传作图,119,测定该三个基因连锁关系的具体做法是：把受体细菌培养在一种可以选择1-2个标记基因，而不选择其余标记基因的培养基上。例如，把受体细菌放在没有叠氮化钠(azi)但加有苏氨酸(thr)的基本培养基上培养，于是leu就成为选择的标记基因，因为在该培养基上只有leu+细胞才能生长。thr和azi是未选择的标记基因，因为当培养基内有thr时，其标记基因可能是thr+或thr；当培养基内无叠氮化钠时，其标记基因可能是aziR或aziS。,二、普遍性转导转导作图,细菌和病毒的遗传作图,120,对每个选择的标记基因进行多次实验，以确定其未选择标记基因出现的频率。按照前面的原理，对那些leu+的细胞进一步进行涂布培养，以测试它们是aziR或aziS，是thr+或thr-。,二、普遍性转