1、第八章細菌和病毒的遺傳細菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性 世代周期短 T7phage 2030 min E.Coli 20 min 群體大 一支試管 數以百萬計 遺傳物質簡單 一條裸露的核酸 單倍體 不存在顯隱關系第一節(jié) 病毒的一般特性及類型一. 病毒的一般特性 形體微小 電鏡下可見，形態(tài)多樣。 化學組成簡單 核酸+蛋白質 僅含一種核酸 單鏈或雙鏈 線狀或環(huán)狀 非細胞結構 無線粒體、核糖體等 缺乏獨立代謝能力 繁殖方式獨特 具有雙重存在方式 對抗生素不敏感，對干擾素敏感二. 病毒的類型 微生物病毒 寄生于細菌、真菌、單細胞藻 植物病毒 寄生于植物細胞 如 TMV 動物病毒 如 流感病毒、乙肝病毒等

2、 亞病毒 （比病毒更為簡單的生命形式） 類病毒 僅含核酸 擬病毒 如 RNA-1和RNA-2相互依賴 朊病毒 蛋白質病毒T4噬菌體E.Coli病毒三. 噬菌體的生活周期1. 烈性噬菌體 侵染宿主后使宿主細胞裂解的噬菌體增殖過程包括： 吸附、侵入、核酸復制與蛋白質合成、裝配及釋放。2. 溫和噬菌體噬菌體 生活周期存在兩種途徑： 裂解途徑溶源途徑噬菌體的溶源化和原噬菌體的形成噬菌體附著點的核心序列5G C T T T T T TA T AC TAA33C G AA AA AA T A T GATT5噬菌斑第二節(jié) 噬菌體的染色體作圖一. 噬菌體的表型與噬菌體遺傳學快速溶菌突變體r 形成較大的噬菌斑

3、野生型r+ 形成較小的噬菌斑 寄主范圍突變體h 感染Ttor Ttos兩種E.Coli 形成透明噬菌斑 野生型h+ 只感染Ttos的E.Coli 形成半透明噬菌斑h+r+ 半透明，小h+r 半透明，大hr+ 透明，小hr 透明，大噬菌體的雜交和重組混合感染 （又稱雙重感染）用rxh+r+h雜交所得四種噬菌斑所占比例雜交組合每種基因型的百分率RF = (r+h+) + (h-r-)總 噬 菌 斑 數hrbrarcT2噬菌體四個基因的連鎖遺傳圖RF = 100%2K菌株上的噬菌斑B菌株上的噬菌斑二. 基因的細微結構作圖1. T4噬菌體r區(qū)的作圖r 和r+均能感染E.Coli B但僅r+ 能感染E.

4、Coli Kr1r2+r1+r2 E.Coli B E.Coli K r1r2+ r1+r2 r1r2 r1+r2+ 2. 缺失作圖1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 正常9 10 11 12D11 2 3 4D2D1D2新突變新突變和缺失重組產生野生型突變體缺失 野生型 突變體缺失 突變型 突變位于非缺失區(qū)段突變位于缺失區(qū)段補充題A到J是某基因區(qū)段的一系列缺失品系，缺失區(qū)段用實線表示。將突變系1到9同A到J的每個缺失品系雜交，得到下面結果（“+”和“0”表示后代中野生型的出現(xiàn)與否）。指出此基因中從左到右的突變系1到9的順序。ABCDEFGHIJ 1 2 3 4 5 6 7

5、8 9A 0 0 0 0 0 + 0 0 +B + 0 0 + + + 0 0 +C + 0 0 + + + 0 + +D + + 0 + + + 0 + +E 0 0 + 0 + + + 0 +F + + 0 + + + + + +G 0 + + + 0 0 + + 0H 0 + + 0 0 0 + 0 0I + + + + 0 0 + + 0J + + + + + + + + 01234567893. 互補測驗和順反子r 和r+均能感染E.Coli B但僅r+ 能感染E.Coli K噬菌體 E.ColiB E.ColiK r+ + + r + -r47 r102E.Coli B + + E

6、.Coli K + +r 47 r104 通常 重組頻率高，噬菌斑多 重組頻率低，噬菌斑少多少r47 r106 r 106 r151 E. Coli K無噬菌斑有噬菌斑？Benzer提出 “順反子” 概念r突變體r突變體r突變體不能互補，細胞不裂解能互補，細胞裂解無能為力相依為命根據“一個基因一個酶”理論反式排列 a + + b順式排列 + + a b a b 屬同一功能區(qū)突變型野生型 a b 屬不同功能區(qū)野生型野生型等位基因非等位基因互補與重組的區(qū)別基因間基因內 順反位置效應 兩突變位點雜合體由于排列方式不同而表型不同的現(xiàn)象。 順反子 是一個不同突變之間沒有互補的功能區(qū)。功能 上最小的遺傳單

7、位，又稱作用子。 擬等位基因 染色體不同位置上 彼此密切連鎖，重組率很低，具有順反位置效應，決定同一性狀的同功能基因。 基因間互補 任何兩個非等位基因之間的功能補償。 基因內互補 某一基因內部不同位點突變之間的互補。 (即使有互補，酶活性也很低)例題 用T4噬菌體一個特殊基因區(qū)的不同突變體研究互補作用，獲得下列資料。是根據這個資料判斷本區(qū)應有幾個順反子？（互補 無互補） 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 1、3、62、454. 負干擾 一個單交換發(fā)生后，會增加另一個單交換的頻率的現(xiàn)象。正干擾 C 0負干擾 C 1 I 0 符合系數 干擾系數I1-C 實際雙交換值理論雙交換值大腸桿

8、菌噬菌體T4的三點測驗（mrtu+)基因型噬菌斑數百分率(%)m r tu+ + +m + + r tum r + + tum + tu+ r +3467372952047485396516217233.536.15.04.68.29.31.61.712.920.8符合系數C = = = 1.231.7%+1.6% 3.3%12.9%20.8% 2.68% 接合 性導 轉化 轉導第三節(jié) 細菌的染色體作圖細菌的細胞和染色體結構12m0.5m DNA 長約1100 m 分子量約2.6109 細胞結構 細胞膜 擬核 細胞質（核糖體） 細胞壁 （鞭毛 傘毛 莢膜 芽胞） 與真核細胞的差異 缺乏線粒體、

9、葉綠體，無核膜 染色體 裸露的共價閉合環(huán)狀雙鏈DNA分子 附加體 小型環(huán)狀DNA(質粒) 游離或整合狀態(tài) 1. 接合現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 1946年 J.Leaderberg和E.Tatum E.Coli K-12 菌株A met- bio- thr+ leu+ thi+ 菌株B met+ bio+ thr- leu- thi-一. 接合單基因突變率 10 6回復突變 10-12 or 10-18如何產生？原養(yǎng)型的出現(xiàn)以A、B菌株直接接觸為前提隔離培養(yǎng)后不出現(xiàn)原養(yǎng)型2. F因子及其轉移 1952年，W.HayesA菌株B菌株鏈霉素AB混合培養(yǎng)，原養(yǎng)型重組體鏈霉素BA混合培養(yǎng) ， 細菌接合中遺傳物質轉移單

10、向過程 （即從A B株） 細菌分為兩個類群（兩種接合型)供體（或雄菌株） 受體（或雌菌株）2. F因子及其轉移 致育因子（或F性因子，也叫F質粒）染色體外的一個共價環(huán)狀DNA分子（94.5kb 細菌DNA的2% 1/3基因與結合有關) 接合：原核生物中，遺傳物質從供體（“雄性”）轉移到受體（“雌性”）的過程。2. F因子及其轉移據 F 因子有無以及存在狀態(tài)E.Coli 有三種類型： F 不含有 F 因子 F+ 含有一個自主狀態(tài)的 F 因子 Hfr (高頻重組菌株） 含有一個整合到染色體上的 F 因子F + F F +Hfr菌株的染色體HfrF多數為F 有4個大腸桿菌菌株1、2、3 和 4 的基

11、因型均為ab,另外4個菌株5、6、7和8的基因型為ab,將兩種不同基因型的菌株充分混合后進行平板培養(yǎng)，以確定ab重組子的頻率。在以下結果中，M表示許多重組子，L表示少量重組子，O表示無重組子，請根據下述結果，指出每一菌株的性別類型（Hfr、F還是F-） 1 2 3 4O M M OO M M OL O O M8 O L L O17, 28, 38 L1、2、3、7、8 不是 Hfr25, 26, 35, 36, 47 M5、6 、4是Hfr, 2、3、7 是F15, 16, 18, 27, 37, 48 O1是F+ 8是F+ F+ F F HfrHfrHfrFF+3. 中斷雜交試驗及染色體作圖

12、1957年E.Wollman和E.Jacob設計 Hfr菌株 strs azir tonAr gal+ lac+ F菌株 strr azis tonAs gal lac鏈霉素 疊氮化物 T1噬菌體 半乳糖發(fā)酵 乳糖發(fā)酵步驟:供體受體混合培養(yǎng)隔時取樣稀釋攪拌，中斷雜交在含鏈霉素的完全培養(yǎng)基上選重組子鑒定重組體基因型記錄重組體頻率及首次出現(xiàn)的時間分析作圖Hfr基因轉移順序HfrH123AB3120 Thr Pro lac pur gal his gly thi0 Thr Thi gly his gal pur lac pro0 Pro Thr thi gly his gal pur lac0 Pr

13、o Lac pro thr thi gly his gal0 Thi Thr pro lac pur gal his gly用中斷雜交法確定的幾個Hfr菌株的基因順序轉移的基因鄰里關系不變Hfr基因轉移順序HfrH123AB3120 Thr Pro lac pur gal his gly thi0 Thr Thi gly his gal pur lac pro0 Pro Thr thi gly his gal pur lac0 Pro Lac pro thr thi gly his gal0 Thi Thr pro lac pur gal his gly有4個大腸桿菌的Hfr菌株按以下順序轉移

14、其標記基因：菌株 基因轉移順序 M Z X W C L A N C W A L B R U Z M U R B上述所有Hfr 菌株都衍生于同一F+菌株，這些基因在原始菌株的環(huán)狀染色體上排列順序如何？MZXWCNALBRU 從A到E為源于同一大腸桿菌F菌株的5個Hfr株，括號內的數字示中斷雜交試驗的5個基因進入F受體菌所需的時間： A B C D E mal (1) ade (13) pro (3) pro (10) his(7) str(11) his(28) met(29) gal(16) gal (17) ser(16) gal(38) xyl(32) his(26) pro(23) ad

15、e(36) pro(44) mal(37) ade(41) met(49) his(51) met(70) str(47) ser(61) xyl(52) 繪出F菌株的遺傳圖，表明所有基因的位置，并以分鐘表示基因的相對距離。 指出F因子在每一Hfr菌株中插入位點和方向。 在這些Hfr菌株中，你認為選擇那一個基因可以最高的頻率獲得Hfr接合后體？ A B C D Emal (1) ade (13) pro (3) pro (10) his(7) str (11) his (28) met(29) gal(16) gal (17) ser(16) gal (38) xyl (32) his(26)

16、 pro(23) ade(36) pro(44) mal(37) ade(41) met(49) his(51) met(70) str(47) ser(61) xyl(52) mal str serade hisgalpro metxyl10520151062635ABDCE接合時： Hfr菌株的基因是按一定的線性順序依次進入 F菌株的。 基因位點離原點越近，進入F越早，重組機會越多；反之越晚。 F 因子插入的位置不同，使不同的Hfr菌株有自己穩(wěn)定的轉移起點和次序。4. 細菌重組與E.Coli染色體作圖轉 移 后 標 記 基 因 間 的 重 組 原核生物的遺傳交換發(fā)生在一個部分二倍體中 (完

17、全的基因組和一個不完全的基因組)特點：單交換產生一個不完全二倍體線型染色體， 不能存活。偶數交換產生一個環(huán)狀染色體（存活的重組子）， 外加一個線型斷片。一個部分二倍體的重組體只有一個。交換與重組舉例Hfr染色體受體染色體 ade+ lac+ ade lacHfr染色體受體染色體 ade+ lac+ ade lac ade+ lac+ 兩基因間無重組 ade+ lac 兩基因間有重組RF = = ade+ lac(ade+ lac+)+(ade+ lac)ade+ lac ade+ 重組作圖 二. 轉化轉化的發(fā)現(xiàn) 1928年，F(xiàn).Griffith 肺炎雙球菌 二. 轉化轉化的發(fā)現(xiàn) 1928年，F(xiàn)

18、.Griffith 肺炎雙球1944年，O.T.Avery證實轉化因子是DNA細菌轉化：一個細菌品系由于吸收了從另一細菌品系分離得來的 DNA而發(fā)生遺傳性狀的改變的現(xiàn)象。轉化的條件： 感受態(tài)的受體細胞 轉化因子DNA的大小、形態(tài)和濃度 受體和供體染色體的同源性轉化過程轉化因子的吸附單鏈DNA的吸收聯(lián)會與整合F 10058.8% 196 +328+367轉化在遺傳分析中的應用獨立片段連鎖片段合轉化頻率越高連鎖越緊密 利用對4種藥物A、B、C、D具有抗性的一個供體菌株的DNA轉化對這4種藥物敏感的受體細胞，經初步培養(yǎng)后再將該細胞群涂布到含有各種藥物組合的培養(yǎng)基上，結果如下：加入的藥物 菌落數 加入

19、的藥物 菌落數 加入的藥物 菌落數 無 10000 AB 46 ABC 30 A 1156 AC 640 ABD 42 B 1148 AD 942 ACD 630 C 1161 BC 51 BCD 36 D 1139 BD 49 ABCD 30 CD 7864個基因中有3個基因似乎是緊密連鎖的，另一基因距三者相當遠， 這是哪一個基因？三個緊密連鎖基因的排列順序如何？BADC或CDA三. 性導F因子: 整合到E.Coli染色體上的F 因子環(huán)出時偶爾不夠準確，攜帶了E.Coli的一些基因，這種F 因子稱為F因子。性導：接合時由F因子所攜帶的外源DNA整合到細菌染色體上的過程。FlacFlac ts

20、xFlac tsx pur 可攜帶一個至多個基因，甚至半條染色體。比較F、F+和Hfr可知F因子的特點： 是細胞質因子，可攜帶1至多個緊密連鎖的基因。 高頻率轉移它的基因 ( 如同F(xiàn)因子)。 有極高的自然整合率，且整合到細菌染色體一定 的 座位上。Hfr2 pro+leu+gal+lac+F F lac- strrFlac+ strs F lac- strr lac+頻率低lac+頻率高F因子的主要用途 構建部分二倍體菌株，用于研究基因的相互作用。 顯隱性、等位性（互補測驗） 利用并發(fā)性導建立遺傳圖。 并發(fā)性導頻率越高，連鎖越緊密 連鎖基因片段通過重組作圖四. 轉導以噬菌體為媒介所進行的細菌遺

21、傳物質重組的過程。轉導現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 1952年Zinder N.和Lederberg J. 鼠傷寒沙門氏菌LA2 phe+ trp- met+LA22 phe trp+met 混合培養(yǎng) 原養(yǎng)型菌落 105（不可能是回復突變）？ 轉化還是接合 FA(過濾性因子)不因DNA酶而失活，說明是非裸露DNA FA與從溶源性細菌分離得到的噬菌體P22質量大小相同 對P22的血清敏感，加熱失活 抗噬菌體P22的沙門菌菌株對FA也表現(xiàn)抗性 FA是噬菌體P22出現(xiàn)原養(yǎng)型菌落表明不是接合2. 普遍性轉導（一般性轉導）2. 普遍性轉導（一般性轉導） 細菌染色體組中被轉導的基因是隨機的，轉導的DNA片段大小約為一個噬菌體基因組的大小。兩個基因距離越近，并發(fā)轉導的可能性越大并發(fā)轉導頻率 X =(1d/L)3 d兩基因的距離（Kb) L最大可包裹DNA長度(Kb)2. 普遍性轉導（一般性轉導） 在大腸桿菌中，thr和leu兩個基因在細菌基因組中相距約為2%，試問這兩個基因能否用P1噬菌體進行并發(fā)轉導？為什么？ 如果能，其頻率如何？P1噬菌體可包裹2.4%E.Coli基因組，能包裹此兩個基因 X = ( 1 ) 3 = 0.46% 2 2.4普遍性轉導與作圖 利用合轉導頻率測定基因的連鎖