细菌和病毒的遗传

第七章细菌和病毒的遗传第一节导论合适材料的选用遗传学的发展一、微生物遗传学

1.概念

2.发展

1940年下列5个方面的工作使之成为独立学科

1）1941年Beadle营养缺陷型突变体的发现

2）抗性突变

3）细菌重组的发现：1947，Leaderberg，J.

（E.coli）Tatum，E.L.4）转化子化学本质的鉴定：

1928：Griffith：肺炎双球菌转化

1944：Avery：转化子是DNA5）噬菌体遗传学研究的发展。二、微生物作为遗传学研究材料的优越性生物学特性单细胞生物，易受环境影响N世代为主容易培养、繁殖、代谢旺盛优越性易诱发突变：营养缺陷，抗性基因功能基因突变杂交、转导、转化基因细微结构模型生物第二节噬菌体的遗传分析一、噬菌体是一类病毒病毒（Virus）：超显微、无细胞、活细胞专性寄生的大分子（微生物）特点：个体小：通过Davis滤器专性寄生：脱离活体无生命，无代谢无细胞：蛋白质＋DNA（RNA）繁殖方式简单2.分类：动物：球形、卵圆形寄主：植物：杆状、丝状细菌：蝌蚪状

双链DNA：λ，T2、4、6单链DNA：ΦX类，动物病毒、噬菌体

单链RNA双链RNA

植物病毒、艾滋病毒遗传物质：烟草花叶病毒腺病毒T4噬菌体爱滋病病毒RNADNADNARNA二、噬菌体分类概念：原指细菌为寄主，后来推广到真菌的病毒。烈性噬菌体：P2、P4、P6、T系列（T1-T7）2.温和性噬菌体：λ和P11.烈性噬菌体（1）形态结构（T偶列）（2）.繁殖和感染周期

（营养繁殖：噬菌体DNA不整合；150噬菌体/Cell）吸附细菌裂解释放出子代噬菌体颗粒细菌染色体降解蛋白质外壳包装DNA成子代噬菌体颗粒2.温和噬菌体:（1）形态结构（2）繁殖和感染周期:吸附溶菌周期UV诱导细菌裂解溶源周期噬菌体（原噬菌体）P1噬菌体几个相关的概念溶原性：噬菌体外壳蛋白的合成以及溶菌功能受到抑制。溶原性细菌：“携带”原噬菌体的细菌。原噬菌体：溶原性细菌中的噬菌体DNA分子。无外壳；无侵染能力。λ噬菌体DNA的插入attλ三、噬菌体遗传的研究方法获得突变株：处理营养期细菌或者游离噬菌体四类突变株：

1）寄主范围突变株（hostrangemutant）

2）噬菌斑（plaquemutant）

3）温度敏感性：野生型：37C、43C

均可繁殖

突变型：43ts：仅37C

繁殖

4）溶菌酶：e＋e1）寄主范围突变株（hostrangemutant）寄主范围：指噬菌体感染和裂解的菌株范围。某种噬菌体只能侵染某一种菌的个别菌系，突变后寄主范围变宽或变窄。

T2：h+

噬菌体：只侵染E.coli

B株；

h突变株：E.coliB&B/22）噬菌斑突变株（plaquemutant）噬菌斑形状：噬菌斑的大小、边缘清晰度、透明程度。例如：T噬菌体rAr1r＋r（rapidlysis）rBr13（噬菌斑小、边缘模糊）（速溶型，噬菌斑大、边缘清晰）rCr7m＋m小型（minute）c＋c透明（clear）t＋t半透明（turbid）2、杂交试验－双重感染

（1）E.ColiBE.ColiB＋B/2

二点测验基因型噬菌斑h+r+半透明、小h-r-

透明、大h+r-

半透明、大h-r+透明、小重组值＝×100%重组型亲型1+21+2+3+4

rb－rcrb－hh在中间rc－h（2）三点测验第三节细菌的遗传分析一、细菌遗传的研究方法二、遗传分析转化（Transformation）接合（Conjunction）性导（Sexduction）转导（Transduction）一、细菌遗传的研究方法

理化诱变：生化突变：lac＋lac－（乳糖）

gal＋gal－（半乳糖）抗药性：str＋str－（链霉素）

azi＋azi－（叠氮化物）3.

抗噬菌体：T2s(+)T2r(-)tonAs

tonAr

(T1)4.

营养缺陷型：ade＋ade－

试验方法：

细菌生活条件：基本培养基（BasalMedium）：

无机盐：SO42-、NO3-、

Ca2+、Mg2+

糖：葡萄糖、蔗糖维生素：生物素、Vbs完全培养基：

BM＋全部营养物质选择培养基：

BM＋某一种（营养）物质二、遗传分析转化（Transformation）（1）发现：

1928，Griffith：肺炎双球菌转化实验

1944，Avery：转化子－DNA

转化是细菌基因重组的方法之一。（2）概念：

细菌吸附游离态的双链DNA，将单链DNA分子吸收进入细胞后，不经过复制整合到细菌染色体中，并发生遗传重组。

（3）转化DNA（转化子）的特点：

a.DNA浓度与转化子数目的关系饱和：50/cell,原因：在细菌的细胞壁或细胞膜上有固定数量的DNA接受座位，故一般细菌摄取的DNA分子数小于10个。

b.DNA片段大小：不能太小：肺炎双球菌转化：DNA片断至少有800个碱基对；枯草杆菌的转化：DNA片断至少有16000个碱基对。

c.双链吸附：单链DNA不被转化

d.单链进入细菌。DNA浓度转化子数目（4）受体细胞的特点

a.感受态：

DNA合成刚刚停止、蛋白质合成继续活跃，活跃合成的蛋白质可使细菌细胞壁易于接受转化DNA。只有感受态的受体细胞才能摄取并转化外源DNA，而这种感受态也只能发生在细菌生长周期的某一时间范围内。

b.感受态的本质：部分原生质化：10/cell

酶受体：（5）转化过程：①．双链结合与单链穿入：

双链DNA分子结合在接受座位上。可逆，可被DNA酶降解，接受座位饱和性；单链DNA摄取，不可逆，不受DNA酶破坏。穿入后，由外切酶或DNA移位酶降解其中一条链。②．联会：DNA片段与细菌染色体部分联会。亲缘关系越远，联会越小、转化可能性越小。③．整合(重组)：单链的转化DNA与受体DNA对应位点的置换，从而稳定地参入到受体DNA中。（6）转化成功：感受态、吸附、整合。（7）转化与基因重组作图：

2、接合（Conjugation）（1）概念：

♂

♀（供体donor）（受体receptor）DNA接触（2）发现与证实：a.发现：J.Leaderberg&E.L.Tatum（1946）（营养缺陷型）b.证实转化作用的排除：

A（杀死）＋B或者A＋B（杀死）DavisU型管试验DNase处理回复突变突变的排除：

单个基因回复突变频率＝10-6

两个基因同时回复突变的频率＝10-6×10-6＝10-12<10-8

AB可通过：生物大分子、噬菌体不能通过：细菌（3）F因子：a.发现1952年：

W.Hayes试验证明：接合过程中，遗传物质单向转移，供体（donor）－♂受体（receptor）－♀1953年：

Hayes，Leaderberg&Cavalli：♂有F因子♀无F因子b.F因子的遗传结构质粒：旧称附加体，是指独立于细菌染色体的可以独立、整合、环出、丢失含有少量基因的双链DNA环状分子F

因子(致育因子、性因子)：是一种感染性质粒，由于F因子存在与否决定是否接合，又称为致育因子。F因子的遗传结构：图7-12根据F因子存在的方式，E.Coli可以分为4种菌株F＋HfrF＋整合准确环出配对、交换准确环出丢失不准确环出F’F－携带1个基因～半条染色体c.接合过程F+×F－F++F+Hfr×F－Hfr+F－复制：滚环模式d.部分二倍体、交换与遗传重组cb+a+c+ba单交换I降解（4）.E.coli染色体的遗传作图中断杂交实验法：（Wollman&Jacob，1950）abdhgfce

1

2

3cdefghab

1

2

3cdefghabefghabcd

3

2

1ghabcdeffedcbahgF＋HfrIIIIIIbhgaefghdcef横座标：接合时间（分钟）纵座标：重组体中Hfr基因的频率。IIIIII

根据上图，可以得到直线连锁图；Hfr菌株足够多，可以获得整个E.coli染色体连锁图。例子：

O

thithrprolacpurgalhisglythithrprolacpurOOOO小结（作图步骤）：（1）作直线连锁图，确定基因间距离及其染色体全长（分钟）。（2）画圆，根据染色体全长标示刻度，按照基因间距离标示基因。（3）标示Hfr起点、终点、菌株号。HfrAB312c.重组作图法：两基因转移时间间距小于2分钟时，中断杂交法的图距不精确，应采用传统的重组作图法。例：紧密连锁二基因:lac-(乳糖不发酵)

ade-(腺嘌呤缺陷型)Hfrlac+ade+(Strs)×F-lac-ade-(Strr)完全培养基混合培养基本培养基(无腺嘌呤、加Str)F-ade+菌落F-ade+lac-，则说明基因间发生交换F-ade+lac+，则说明未发生交换加乳糖基因间重组频率

两个位点间的时间约为1分钟，大约相当于20%的重组值。3.性导（Sexduction）概念：接合以F’因子为媒介将供体菌染色体DNA转移到受体细菌，形成部分二倍体的过程。F’菌株的突出特点：

⑴F’因子转移基因的比率极高，如同F+因子的转移比率；

⑵F’因子的自然整合率极高，但是整合不是随机的，需要

经过配对整合到特定的座位上。应用：（1）确定基因的显隐性关系（上图）。（2）绘连锁遗传图：原理：F+

不同的Hfr不同的F’距离近的基因容易环出到同一个F’因子上“并发性导”详尽的连锁图.

方法：同“并发转导”4.转导（Transduction）（1）概念：转导：是指以噬菌体为媒介将供体细菌DNA导入到受体细菌并发生遗传重组的过程。1/1000转导颗粒：溶菌噬菌体末期，噬菌体装配过程中，外壳蛋白识别一定长度的DNA分子，形成成熟的子代噬菌体时，把寄主细菌的DNA片段“错误”地组装到外壳蛋白中而形成。由于感染细菌的能力决定于噬菌体外壳蛋白，所以转导颗粒具有和正常噬菌体相同的侵染能力。转导体：转导颗粒将供体细菌的染色体片段转移到受体细菌，重组后的受体细菌叫作转导体。（2）发现与证实：黎德伯格（Leaderburg）与津德（Zinder）（1951）发现：鼠伤寒沙门氏菌中转导现象：将两个沙门氏菌的营养缺陷型进行杂交：

phe-try-tyr-met+his+×phe+try+tyr+met-his-

混合培养

phe+try+tyr+met+his+

基本培养基（10－5）

证实：a.10－5>10－12

（10－6×10－6）排除回复突变。

b.戴维斯U型管试验(防止细胞直接接触)也获得野生型重组体。排除由于接合或性导

c.DNase处理重组体。排除转化。

推测：某种过滤性因子（FA）可以穿过DavisU型管滤片。抗血清可以抑制重组体出现。P22噬菌体。（3）普遍性转导：概念供体细菌染色体组的任何部分都可以组装到转导颗粒中，从而可以转移到受体细菌中。（P1）b.并发性导（co-transduction）与细菌作图合转导（并发转导、共转导）：两个基因同时被包装到一个转导颗粒，从而一起重组到受体细菌的染色体上。二因子作图：供体受体合转导频率

a+b+ab30%ab近

a+c+ac35%