第八章 微生物的遗传与育种

1、研究微生物遗传学的意义1928年，Griffith进行了以下几组实验：（1）动物实验）动物实验对小鼠注射活R菌或死S菌 小鼠存活对小鼠注射活S菌小鼠死亡对小鼠注射活R菌和热死S菌 小鼠死亡 抽取心血分离活的S菌（3）S型菌的无细胞抽提液试验活R菌+S菌无细胞抽提液长出大量R菌和少量S菌活R菌长出S菌只有R菌1944年O.T.Avery、C.M.MacLeod和M。McCarty从热死S型S. pneumoniae中提纯了可能作为转化因子的各种成分，在离体条件下进行了转化试验：只有S型细菌的DNA才能将S. Pneumoniae的R型转化为S型。且DNA纯度越高，转化效率也越高。说明S型菌株转移

2、给R型菌株的，是遗传因子。（1）含32P-DNA的一组：放射性85%在沉淀中（2）含35S-蛋白质的一组：放射性75%在上清液中所以，进入细胞的是噬菌体的核酸而不是蛋白质。植物病毒重建实验植物病毒重建实验RNAv选用选用TMV和和霍氏车前花叶病毒（霍氏车前花叶病毒（HRV），），分别分别拆分取得各自的拆分取得各自的RNA和蛋白质，将两种和蛋白质，将两种RNA分分别与对方的蛋白质外壳重建形成两种杂合病毒：别与对方的蛋白质外壳重建形成两种杂合病毒： （1）RNA（TMV） 蛋白质（蛋白质（HRV）（2）RNA（HRV） 蛋白质（蛋白质（TMV）v用两种杂合病毒感染寄主：用两种杂合病毒感染寄主：（1

3、）表现）表现TMV的典型症状病分离到正常的典型症状病分离到正常TMV粒子粒子（2）表现）表现HRV的典型症状病分离到正常的典型症状病分离到正常HRV粒子。粒子。v上述结果说明，在上述结果说明，在RNA病毒中，病毒中，遗传的物质基础也是遗传的物质基础也是核酸。核酸。遗传丰余：遗传丰余：三、原核生物的质粒三、原核生物的质粒1、定义、定义质粒（质粒（plasmid）：）：一种独立于染色体外，能进行自主一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。中。 质粒所含的基因对宿主细胞一般是非必需的；在质粒所含的基因对宿主细胞一般

4、是非必需的；在某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊的某些特殊条件下，质粒有时能赋予宿主细胞以特殊的机能，从而使宿主得到生长优势。机能，从而使宿主得到生长优势。2、结构特点、结构特点通常以共价闭合环状通常以共价闭合环状(covalently closed circle，简称简称CCC)的超螺旋双的超螺旋双链链DNA分子存在于细胞中；分子存在于细胞中；也发现有线型双链也发现有线型双链DNA质粒和质粒和RNA质粒；质粒；质粒分子的大小范围从质粒分子的大小范围从1kb左右到左右到1000kb； 细菌质粒多在细菌质粒多在10kb以内）以内）3、质粒的类型、质粒的类型严谨型质粒严谨型质粒(stri

5、ngent plasmid)：复制行为与核染色体的复制复制行为与核染色体的复制 同步，同步，低拷贝数低拷贝数松弛型质粒松弛型质粒(relaxed plasmid)：复制行为与核染色体的复制不复制行为与核染色体的复制不 同步，同步，高拷贝数高拷贝数窄宿主范围质粒窄宿主范围质粒(narrow host range plasmid)（只能在一种特定的宿主细胞中复制）（只能在一种特定的宿主细胞中复制）广宿主范围质粒广宿主范围质粒(broad host range plasmid)（可以在许多种细菌中复制）（可以在许多种细菌中复制）4、质粒在基因工程中的应用、质粒在基因工程中的应用质粒的优点：质粒的优点

6、：（1）体积小，易分离和操作）体积小，易分离和操作（2）环状，稳定）环状，稳定（3）独立复制）独立复制（4）拷贝数多）拷贝数多（5）存在标记位点，易筛选）存在标记位点，易筛选E. coli的的pBR322质粒是质粒是一个一个 常用的克隆载体常用的克隆载体5、质粒的检测、质粒的检测t 提取所有胞内提取所有胞内DNA后电镜观察；后电镜观察；t 超速离心或琼脂糖凝胶电泳后观察；超速离心或琼脂糖凝胶电泳后观察；t 对于实验室常用菌，可用质粒所带的某些特点，对于实验室常用菌，可用质粒所带的某些特点， 如抗药性初步判断。如抗药性初步判断。6、质粒的主要种类、质粒的主要种类质粒所编码质粒所编码的功能和赋的功

7、能和赋予宿主的表予宿主的表型效应型效应致育因子致育因子（Fertility factor，F因子）因子）抗性因子抗性因子（Resistance factor，R因子）因子）产细菌素的质粒产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid）毒性质粒毒性质粒（virulence plasmid）代谢质粒代谢质粒（Metabolic plasmid）隐秘质粒隐秘质粒（cryptic plasmid）（1）致育因子致育因子(Fertility factor，F因子因子)又称又称F质粒，其大小约质粒，其大小约100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖现象这是最早发现的一

8、种与大肠杆菌的有性生殖现象（接（接合作用）合作用）有关的质粒有关的质粒。携带携带F质粒的菌株称为质粒的菌株称为F+菌株菌株（相当于雄性），无（相当于雄性），无F质粒的质粒的菌株称为菌株称为F-菌株（相当于雌菌株（相当于雌性）。性）。F因子能以游离状态因子能以游离状态(F+)和和以与染色体相结合的状态以与染色体相结合的状态(Hfr)存在于细胞中，所以存在于细胞中，所以又称之为附加体又称之为附加体(episome)。（2）抗性因子（抗性因子（Resistance factor，R因子）因子）包括抗药性和抗重金属二大类，简称包括抗药性和抗重金属二大类，简称R质粒。质粒。抗性质粒在细菌间的传递是细菌产

9、生抗药性的重要原因之一。抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一。R质粒质粒抗性转移因子（抗性转移因子（RTF）：转移和复制基因转移和复制基因抗性决定因子抗性决定因子：抗性基因：抗性基因R100质粒质粒(89kb)可使宿主对下列药物及重金属具有抗性：可使宿主对下列药物及重金属具有抗性：汞（汞（mercuric ion ，mer）四环素（四环素（tetracycline，tet ）链霉素链霉素(Streptomycin, Str)、磺胺磺胺(Sulfonamide, Su)、氯霉素氯霉素(Chlorampenicol, Cm)、夫西地酸夫西地酸（fusidic acid，fus）并且

10、负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上。并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上。（3）产细菌素的质粒（产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid）一般都位于一般都位于质粒或转座质粒或转座子上，因此，子上，因此，细菌素可以细菌素可以杀死同种但杀死同种但不携带该质不携带该质粒的菌株。粒的菌株。细菌素一般根据产生菌的种类进行命名：细菌素一般根据产生菌的种类进行命名：大肠杆菌（大肠杆菌（E. coli）产生的细菌素为产生的细菌素为colicins（大肠杆大肠杆菌素），而质粒被称为菌素），而质粒被称为Col质粒。质粒。细菌素结构基因涉及细菌素运输及细菌素结构

11、基因涉及细菌素运输及发挥作用的蛋白质的基因赋予宿主发挥作用的蛋白质的基因赋予宿主对该细菌素具有对该细菌素具有“免疫力免疫力”的相关的相关产物的基因产物的基因（4）毒性质粒（毒性质粒（virulence plasmid）许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒引起的，这些许多致病菌的致病性是由其所携带的质粒引起的，这些质粒具有编码毒素的基因，其产物对宿主（动物、植物）质粒具有编码毒素的基因，其产物对宿主（动物、植物）造成伤害。造成伤害。产毒素大肠杆菌是引起人类和动物腹泻的主要病产毒素大肠杆菌是引起人类和动物腹泻的主要病原菌之一，其中许多菌株含有为一种或多种肠毒原菌之一，其中许多菌株含有为一种或多种肠

12、毒素编码的质粒。素编码的质粒。苏云金杆菌含有编码苏云金杆菌含有编码内毒素内毒素(伴伴孢晶体中孢晶体中)的质粒的质粒根癌土壤杆菌所含根癌土壤杆菌所含Ti质粒是引起双子叶植物冠质粒是引起双子叶植物冠瘿瘤的致病因子瘿瘤的致病因子Ti质粒质粒中的中的T-DNA可携带任何外源基因整合到植物基可携带任何外源基因整合到植物基因组中，是植物基因工程中有效的克隆载体因组中，是植物基因工程中有效的克隆载体（5）代谢质粒（代谢质粒（Metabolic plasmid）质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基质的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放些基质的酶，

13、进行共生固氮，或产生抗生素（某些放线菌）等。线菌）等。将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单形式用的简单形式，环境保护方面具有重要的意义。，环境保护方面具有重要的意义。降解质粒：降解质粒：假单胞菌：假单胞菌：具有降解一些有毒化合物，具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物如芳香簇化合物(苯苯)、农、农药药(2,4dichlorophenoxyacetic acid)、辛烷和樟脑等的能辛烷和樟脑等的能力。力。（6）隐秘质粒（隐秘质粒（cryptic plasmid）隐秘质粒不显示任何表型效应，它们的存在只有通过物理隐秘质粒不显示任何表型

14、效应，它们的存在只有通过物理的方法，例如用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才能发现。的方法，例如用凝胶电泳检测细胞抽提液等方法才能发现。 它们存在的生物学意义，目前几乎不了解。它们存在的生物学意义，目前几乎不了解。在应用上，很多隐秘质粒被加以改造作为基因工程的载体在应用上，很多隐秘质粒被加以改造作为基因工程的载体（一般加上抗性基因）（一般加上抗性基因）一、基因突变一、基因突变 一个基因内部遗传结构或一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变、可遗传、序列的任何改变、可遗传、自发或诱变产生自发或诱变产生基因突变基因突变狭义：点突变狭义：点突变广义：基因突变和染色体畸变广义：基因突变和染色体畸变野生型

15、（原始性状）野生型（原始性状）基因突变基因突变突变型（新性状）突变型（新性状）（一）突变类型（一）突变类型（二）（二）基因突变的特点基因突变的特点 1、随机性、随机性 2、稀有性、稀有性 3、独立性、独立性 4、可逆性、可逆性 5、稳定性、稳定性（三）基因突变随机性的实验证明（三）基因突变随机性的实验证明三个经典实验三个经典实验变量实验变量实验涂布实验涂布实验影印实验影印实验证明突变是自发产生证明突变是自发产生的，并且突变的性状的，并且突变的性状与引起突变的原因间与引起突变的原因间无直接对应关系。无直接对应关系。野生型野生型（原始性状）（原始性状）特定环境特定环境突变型突变型（适应环境的新性状

16、）（适应环境的新性状）驯化驯化定向定向诱变诱变筛选筛选？突变的原因突变的原因？（四）基因突变及其机制（四）基因突变及其机制1、诱发突变：物理、化学核生物的因素，提高突、诱发突变：物理、化学核生物的因素，提高突 变率的人为的作法变率的人为的作法（1）碱基的置换）碱基的置换碱基的置换引起的突变碱基的置换引起的突变（2）移码突变：添加或缺失）移码突变：添加或缺失核苷酸，引起阅读错误核苷酸，引起阅读错误- 错误错误+ 错误错误-+ 正常正常- 正常正常+ 正常正常（3）染色体畸变：缺失、重复、插入、易位、倒位）染色体畸变：缺失、重复、插入、易位、倒位2、自发突变：无人为因素下的低频率突变原因：、自发突

17、变：无人为因素下的低频率突变原因：（1）背景辐射）背景辐射（2）有害产物积累）有害产物积累（3）碱基错配）碱基错配（五）紫外线对（五）紫外线对DNA的损伤及其修复的损伤及其修复嘧啶嘧啶嘧啶二聚体嘧啶二聚体UV1、光复活作用、光复活作用嘧啶二聚体嘧啶二聚体嘧啶嘧啶光解酶光解酶2、切除修复切除修复二、突变与育种二、突变与育种（一）自发突变与育种（一）自发突变与育种： 生产选育生产选育 定向培育定向培育（二）诱变育种（二）诱变育种1、诱变育种的基本环节、诱变育种的基本环节2、诱变育种的原则、诱变育种的原则（1）使用简便有效的诱变剂）使用简便有效的诱变剂诱变剂诱变剂物理因素物理因素化学因素化学因素紫外

18、线紫外线激光激光离子束离子束X射线射线r射线射线快中子快中子烷化剂烷化剂碱基类似物碱基类似物吖啶化合物吖啶化合物Ames试验：利用细菌模型了解潜在化学致癌物的诱变作用试验：利用细菌模型了解潜在化学致癌物的诱变作用“生物化学统一性生物化学统一性”法则：法则： 人和细菌在人和细菌在DNA的结构及特性方面是一致的，能使微的结构及特性方面是一致的，能使微生物发生突变的诱变剂必然也会作用于人的生物发生突变的诱变剂必然也会作用于人的DNA，使其发使其发生突变，最后造成癌变或其他不良的后果。生突变，最后造成癌变或其他不良的后果。诱变剂的共性原则：诱变剂的共性原则：化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正

19、比化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比超过超过95%95%的致癌物质对微生物有诱变作用的致癌物质对微生物有诱变作用90%90%以上的非致癌物质对微生物没有诱变作用以上的非致癌物质对微生物没有诱变作用 美国加利福尼亚大学的美国加利福尼亚大学的Bruce Ames教授于教授于1966年发年发明，因此称为明，因此称为Ames试验试验具体操作：检测具体操作：检测鼠伤寒沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhmurium)组氨酸营养缺陷型菌株组氨酸营养缺陷型菌株(his-)的回复突变的回复突变率率回复突变回复突变：突变体失去的野生型性状，可以通过第突变体失去的野生型性状，可以通过

20、第二次突变得到恢复，这种第二次突变称为回复突变二次突变得到恢复，这种第二次突变称为回复突变证明证明Ames试验重要性的应用实例：试验重要性的应用实例： 国外曾开发了一种降低妇女妊娠反应的药物国外曾开发了一种降低妇女妊娠反应的药物“反应停反应停”，由于其药效显著，在，由于其药效显著，在60-7060-70年代十分流行，年代十分流行， 但随后人们就发现畸形儿的出生率明显增高，而且生但随后人们就发现畸形儿的出生率明显增高，而且生产畸形儿的妇女大多曾服用产畸形儿的妇女大多曾服用“反应停反应停”，后来采用，后来采用AmesAmes试试验发现这种物质的确具有很强的致突变作用，因此这种药验发现这种物质的确具

21、有很强的致突变作用，因此这种药物被禁止使用物被禁止使用 但如果能在这种药物上市之前就进行但如果能在这种药物上市之前就进行AmesAmes试验检测试验检测，那么这种大量出生畸形儿的悲剧完全可以避免，那么这种大量出生畸形儿的悲剧完全可以避免，（2）选用优良的出发菌株）选用优良的出发菌株（3）处理单细胞或单孢子悬浮液处理单细胞或单孢子悬浮液（4）使用最佳诱变剂量）使用最佳诱变剂量 剂量剂量 = 强度（浓度）强度（浓度） 作用时间作用时间 相对剂量相对剂量 = 杀菌率杀菌率（5）利用协同效应）利用协同效应（6）寻找和利用形态、生理与产量间的相关指标）寻找和利用形态、生理与产量间的相关指标（7）设计高效

22、率筛选方案）设计高效率筛选方案（8）根据具体情况创造新型筛选方案）根据具体情况创造新型筛选方案3、突变株的筛选：（、突变株的筛选：（1）产量突变株的筛选）产量突变株的筛选 （2）抗药性突变株的筛选）抗药性突变株的筛选 （3）营养缺陷型突变株的筛选）营养缺陷型突变株的筛选突变株的筛选方法突变株的筛选方法诱变诱变检出营养缺陷型检出营养缺陷型淘汰野生型淘汰野生型鉴定营养缺陷型鉴定营养缺陷型富集培养富集培养（抗生素法）（抗生素法）（菌丝过滤法）（菌丝过滤法）（差别杀菌法）（差别杀菌法）夹层培养法夹层培养法限量补充培养法限量补充培养法逐个检出法逐个检出法影印平板法影印平板法生长谱法生长谱法混合氨基酸法混

23、合氨基酸法第三节第三节 基因重组和杂交育种基因重组和杂交育种一、原核生物的基因重组一、原核生物的基因重组（一）转化（一）转化供体菌供体菌受体菌受体菌DNA片段片段1928年，年，Griffith发现肺炎链球菌（发现肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）的转化现象的转化现象,目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力进行自然转化，需要二方面必要的条件：力进行自然转化，需要二方面必要的条件：1、建立了感受态的受体细胞、建立了感受态的受体细胞感受态细胞：感受态细胞：具有摄取外源具有摄取外源DNA能力的细胞能力的细胞 自然感受态自然感

24、受态的出现是细胞一定生长阶段的生理特性，受细菌的出现是细胞一定生长阶段的生理特性，受细菌 自身的基因控制；自身的基因控制； 人工感受态人工感受态则是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取则是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNADNA的的 能力，或人为地将能力，或人为地将DNADNA导入细胞内导入细胞内2、外源游离、外源游离DNA分子（转化因子）分子（转化因子）转化过程（革兰氏阳性菌的转化模型）转化过程（革兰氏阳性菌的转化模型）噬菌体噬菌体DNA被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒被感受态细胞摄取并产生有活性的病毒颗粒转染转染(transfection)：转染的特点：转染的特点：提纯的噬菌体提

25、纯的噬菌体DNA以转化的（而非感染）途径以转化的（而非感染）途径进入细胞并表达后产生完整的病毒颗粒。进入细胞并表达后产生完整的病毒颗粒。转化过程的特点：转化过程的特点：a）对核酸酶敏感；对核酸酶敏感；b）不需要活的不需要活的DNA供体细胞；供体细胞；c）转化是否成功及转化效率的高低主要取决于转化供体菌转化是否成功及转化效率的高低主要取决于转化供体菌株和转化受体菌株之间的亲源关系；株和转化受体菌株之间的亲源关系； d）通常情况下质粒的自然转化效率要低得多通常情况下质粒的自然转化效率要低得多人工转化人工转化用用CaCl2处理细胞，电穿孔等是常用的人工转化手处理细胞，电穿孔等是常用的人工转化手段。段

26、。在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因在自然转化的基础上发展和建立的一项细菌基因重组手段，是基因工程的奠基石和基础技术。重组手段，是基因工程的奠基石和基础技术。不是由细菌自身的基因所控制；不是由细菌自身的基因所控制；用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于用多种不同的技术处理受体细胞，使其人为地处于一种可以摄取外源一种可以摄取外源DNA的的“人工感受态人工感受态”。质粒的转化效率高；质粒的转化效率高；（二）细菌的转导（二）细菌的转导（transduction） 通过完全缺陷或部分缺陷噬菌体为媒介，把供体细胞的通过完全缺陷或部分缺陷噬菌体为媒介，把供体细胞的 DNA 片片段携带到受体细

27、胞中，通过交换与整合，从而使后者获得前者部分段携带到受体细胞中，通过交换与整合，从而使后者获得前者部分遗传性状的现象，称为转导遗传性状的现象，称为转导 细菌转导的类型：细菌转导的类型：普遍普遍转导转导局限局限转导转导完全普遍转导完全普遍转导流产普遍转导流产普遍转导低频转导低频转导高频转导高频转导局限转导与普遍转导的主要区别局限转导与普遍转导的主要区别(三三)溶源转变溶源转变普遍转导（普遍转导（generalized transduction）噬菌体可以转导噬菌体可以转导供体菌染色体的任何部分供体菌染色体的任何部分到受体细胞中到受体细胞中的转导过程的转导过程普遍性转导的三种后果：普遍性转导的三种

28、后果：外源外源DNA被降解，转导失败。被降解，转导失败。进入受体的外源进入受体的外源DNA通过与细胞通过与细胞染色体的重组交换染色体的重组交换而形成稳定的转导子而形成稳定的转导子流产转导流产转导完全普遍转导完全普遍转导转导转导DNA不能进行整合、重组和复制，但其携带的基不能进行整合、重组和复制，但其携带的基因可经过转录而得到表达。因可经过转录而得到表达。因此群体中仅一个细胞含有因此群体中仅一个细胞含有DNA，而其它细胞只能得而其它细胞只能得到其基因产物，到其基因产物，在选择培养基平板上形成微小菌落在选择培养基平板上形成微小菌落流产普遍转导流产普遍转导局限转导局限转导温和噬菌体感染温和噬菌体感染

29、整合到细菌染色体的特定位点上整合到细菌染色体的特定位点上宿主细胞发生溶源化宿主细胞发生溶源化溶源菌因诱导而发生裂解时，溶源菌因诱导而发生裂解时，在前噬菌体二侧的少数宿主在前噬菌体二侧的少数宿主基因因偶尔发生的不正常切基因因偶尔发生的不正常切割而连在噬菌体割而连在噬菌体DNA上上部分缺陷的温和噬菌体部分缺陷的温和噬菌体把供体菌的少数特定基因转移到受把供体菌的少数特定基因转移到受体菌中体菌中温和噬菌体温和噬菌体裂解时的裂解时的不正常切割：不正常切割：包含包含galgal或或biobio基因基因缺陷噬菌体缺陷噬菌体DNADNA分子在宿主细胞内能够象正常的分子在宿主细胞内能够象正常的DNADNA分子一

30、样进行复制、包装，提供所需分子一样进行复制、包装，提供所需要的裂解功能，形成转导颗粒，但没有正常噬菌体的要的裂解功能，形成转导颗粒，但没有正常噬菌体的溶源性和增殖能力溶源性和增殖能力，感染受体细胞后，感染受体细胞后，通过，通过DNADNA整合进宿主染色体而形成稳定的局限转导子。整合进宿主染色体而形成稳定的局限转导子。低频转导低频转导低频转导低频转导裂解物裂解物正常噬菌体正常噬菌体极少量的极少量的部分部分缺陷噬菌体缺陷噬菌体（局限转导噬菌体）（局限转导噬菌体）转导颗粒转导颗粒局限转导子局限转导子（极少量）（极少量）低感染复数低感染复数高频转导高频转导低频转导低频转导裂解物裂解物正常噬菌体正常噬菌

31、体极少量的极少量的部分缺陷噬菌体部分缺陷噬菌体（局限转导噬菌体）（局限转导噬菌体）转导颗粒转导颗粒三次感染，三次整合，一次切割，两次复制，两三次感染，三次整合，一次切割，两次复制，两次裂解，两次转导次裂解，两次转导高感染复数高感染复数双重溶源菌双重溶源菌缺陷噬菌体缺陷噬菌体和正常噬菌和正常噬菌体同步复制体同步复制高频转导高频转导裂解物裂解物部分缺陷噬菌体部分缺陷噬菌体（局限转导噬菌体）（局限转导噬菌体）正常噬菌体正常噬菌体等等量量转导颗转导颗粒粒局限转导子局限转导子（大量）（大量）低感染低感染复数复数局限转导与普遍转导的主要区别：局限转导与普遍转导的主要区别：a）局限转导中被转导的基因共价地与

32、噬菌体局限转导中被转导的基因共价地与噬菌体DNA连接，连接，与噬菌体与噬菌体DNA一起进行复制、包装以及被导入受体细一起进行复制、包装以及被导入受体细胞中。胞中。而普遍性转导包装的可能全部是宿主菌的基因。而普遍性转导包装的可能全部是宿主菌的基因。b）局限性转导颗粒携带特定的染色体片段并将固定局限性转导颗粒携带特定的染色体片段并将固定的个别基因导入受体，故称为局限性转导。的个别基因导入受体，故称为局限性转导。而普遍性而普遍性转导携带的宿主基因具有随机性。转导携带的宿主基因具有随机性。 溶源转变是溶源转变是一个与转导相似又不同的现象一个与转导相似又不同的现象温和噬菌体感染细胞后使之发生溶源化，因噬

33、菌体的温和噬菌体感染细胞后使之发生溶源化，因噬菌体的基因整合到宿主染色体上，而使后者获得了新性状的基因整合到宿主染色体上，而使后者获得了新性状的现象。现象。溶源转变的特点：溶源转变的特点： 1、噬菌体不携带任何供体菌的基因；噬菌体不携带任何供体菌的基因；2、噬菌体是完整的，而不是缺陷的；、噬菌体是完整的，而不是缺陷的；3、噬菌体基因的整合到噬菌体基因的整合到宿主染色体上宿主染色体上导致导致宿主获得宿主获得 新性状，无通过基因重组而形成的稳定转导子；新性状，无通过基因重组而形成的稳定转导子；4 4、宿主获得新性状具有不稳定性、宿主获得新性状具有不稳定性（四）接合（四）接合(conjugation

34、)通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的转移通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗传信息的转移和重组过程和重组过程1946年，年，Joshua Lederberg 和和Edward L.Taturm细菌的多重营养缺陷型杂交实验细菌的多重营养缺陷型杂交实验中间平板上长出的原养型菌落中间平板上长出的原养型菌落是两菌株之间发生了遗传交换是两菌株之间发生了遗传交换和重组所致。和重组所致。证实接合过程需要细胞间的直接接触的证实接合过程需要细胞间的直接接触的“U”型管型管实验（实验（ Bernard Davis，1950 ）接合机制接合机制(大肠杆菌的接合机制大肠杆菌的接合机制)接合作用是由一种被称为接合

35、作用是由一种被称为F因子的因子的质粒介导。质粒介导。F因子的分子量通常为因子的分子量通常为5107，上面，上面有编码细菌产生性菌毛及控制接合有编码细菌产生性菌毛及控制接合过程进行的过程进行的20多个基因。多个基因。F因子为附加体质粒因子为附加体质粒既可以脱离染色体在细既可以脱离染色体在细胞内独立存在，也可插胞内独立存在，也可插入（整合）到染色体上入（整合）到染色体上F F因子的四种细胞形式因子的四种细胞形式 a）F-菌株菌株(“雌性雌性”菌株菌株)，不含不含F因子，没有性菌毛，但可以通过因子，没有性菌毛，但可以通过接合作用接收接合作用接收F因子而变成因子而变成F+菌株菌株；b）F+菌株菌株(“

36、雄性雄性”菌株菌株)， F因因子独立存在，细胞表面有性菌毛。子独立存在，细胞表面有性菌毛。c c）HfrHfr菌株菌株，F F因子插入到染色体因子插入到染色体DNADNA上上，细胞表面有性菌毛。，细胞表面有性菌毛。d d）F F菌株菌株，Hfr菌株内的菌株内的F因子因子因不正常切割而脱离染色体时，因不正常切割而脱离染色体时，形成游离的但携带一小段染色体形成游离的但携带一小段染色体基因的基因的F因子，特称为因子，特称为F因因 子。子。 细胞表面同样有性菌毛。细胞表面同样有性菌毛。1） F+F-杂交杂交理化因子的处理可将理化因子的处理可将F因子消除而使因子消除而使F+菌株变成菌株变成F-菌株菌株F

37、+菌株的菌株的F因子向因子向F-细胞转移，但含细胞转移，但含F因子的宿主细胞因子的宿主细胞的染色体的染色体DNA一般不被转移。一般不被转移。a a）F F+ +细菌通过性毛与细菌通过性毛与F F- -细菌接触并发生细菌接触并发生相互作用；相互作用；b b）F F+ +细菌的细菌的F F因子出现缺口，双链之一因子出现缺口，双链之一被切断，从断端转移被切断，从断端转移F F因子的一条链到因子的一条链到F F- -细菌中。细菌中。 c c）F F因子的一条链一进入因子的一条链一进入F F- -细菌中，就细菌中，就在在F F- -细菌中复制新的细菌中复制新的 F F因子。因子。d d）复制完成后，复制

38、完成后， F F- -细菌变成细菌变成F F+ + ，同时原有同时原有F F+ +细胞也完成细胞也完成F F因子另一条链的复制，所因子另一条链的复制，所以转移是以转移是F F+ +的拷贝。的拷贝。所以最终所以最终杂交的结果杂交的结果是是F F- -细菌变成细菌变成F F+ +细菌，而原有的细菌，而原有的F F+ +细菌则不变。细菌则不变。HfrHfr菌株的菌株的F F因子插入到染色体因子插入到染色体DNADNA上，因此上，因此只要发生接合转只要发生接合转移转移过程，就可以把部分甚至全部细菌染色体传递给移转移过程，就可以把部分甚至全部细菌染色体传递给F F- -细细胞并发生重组，由此而得名为胞并

39、发生重组，由此而得名为高频重组菌株高频重组菌株。2 2）HfrHfr F-杂交杂交Hfr菌株仍然保持着菌株仍然保持着F+细胞的特征，具有细胞的特征，具有F性菌毛，性菌毛，并象并象F+一样与一样与F-细胞进行接合。细胞进行接合。所不同的是，当所不同的是，当OriT序列被缺刻螺旋酶识别而产序列被缺刻螺旋酶识别而产生缺口后，生缺口后，F因子的先导区因子的先导区(leading region)结合着结合着染色体染色体DNA向受体细胞转移。向受体细胞转移。F因子除先导区以外，其余绝大部分是处于转移因子除先导区以外，其余绝大部分是处于转移染色体的末端，由于转移过程常被中断，因此染色体的末端，由于转移过程常被中断，因此F因子不易转入受体细胞中。因子不易转入受体细胞中。HfrF-杂交后的受体细胞杂交后的受体细胞(或接合子或接合子)大多数仍然大多数仍然是是F-。染色体上越靠近染色体上越靠近F因子的先导区的基因，进入的机会就越因子的先导区的基因，进入的机会就越多，在多，在F-中出现重组子的的时间就越早，频率也高。中出现重组子的的时间就越早，频率也高。中断杂交（中断杂交（interrupted mating）技术技术利用利用HfrF-的接合过程，的接合过程，在不同时间取样，并把样品猛烈搅拌以在不同时间取样，并把样品猛烈搅拌以分散接合中的细菌，然后分析受体细菌基因型，以时间分散接合中的细菌，然后分析