1、第七章，細(xì)菌和病毒的遺傳，本章的要點(diǎn)，細(xì)菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)勢；溫和噬菌體和毒性噬菌體；原噬菌體、溶源細(xì)菌和溶源生命周期。F株、F株和Hfr株；因子，因子；轉(zhuǎn)化、接合、性傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念和基本原則；酵母：三個(gè)字母表示基因功能，下面的數(shù)字表示基因座。啤酒酵母基因： GAL4，CD28蛋白： GAL4，CD28非洲黃酒酵母基因：Gal4，CDC2蛋白： gal4，cdc2，基因和基因產(chǎn)物的符號(hào)，細(xì)菌：用三個(gè)引用字母表示。表型的首字母大寫，使用正常體；基因型的三個(gè)字母都是小寫和斜體的；肩膀上的符號(hào)表示野生型、突變型、抗性或敏感性。例如，表型野生型gal、突變型gal或gal基因型野生型Gal、突

2、變型Gal或Gal表型amp raamps基因型amp raamps、果蠅：由1-4個(gè)字母表示?；颍喊咨?w)，無尾巴(TLL)，刺猬(hh)；蛋白：白色，無尾，刺猬植物：沒有常規(guī)的方法，它們中的大部分都用1-3個(gè)小寫字母表示。擬南芥基因是用果蠅的方法命名的，但用大寫字母，如基因AGAMOUS和蛋白質(zhì)AGAMOUS。脊椎動(dòng)物：通常用1-4個(gè)小寫字母表達(dá)其基因功能。例如，基因sey，myc，蛋白質(zhì)Sey，Myc，人類：如脊椎動(dòng)物，應(yīng)該大寫。例如MYC和SRY基因、MYC和ENO1蛋白?；虍a(chǎn)品的命名沒有統(tǒng)一的規(guī)定?，F(xiàn)在，它們通常是正字法，都大寫或首字母大寫，如Gal或GAL。第一部分是關(guān)于細(xì)菌

3、和病毒遺傳研究的意義。1.細(xì)菌的生物學(xué)特性。2.病毒的生物學(xué)特征。3.細(xì)菌和病毒在基因研究中的優(yōu)勢。4.細(xì)菌和病毒的假性過程。5.細(xì)菌遺傳的實(shí)驗(yàn)研究方法。1.細(xì)菌的生物學(xué)特性。1.細(xì)菌是單細(xì)胞生物。完成每一代只需要20分鐘，而且很容易得到它的生化突變體。2.結(jié)構(gòu)：鞭毛、細(xì)胞壁、質(zhì)膜、中間體、核小體(類核小體)、核糖體3。包被和繁殖：每個(gè)細(xì)胞可以在短時(shí)間內(nèi)分裂107個(gè)，這被稱為肉眼可見的菌落。圖7-1大腸桿菌，圖7-2細(xì)胞結(jié)構(gòu)和細(xì)菌的擴(kuò)散繁殖，1。細(xì)菌的生物學(xué)特性。它的遺傳物質(zhì)DNA主要以單一主染色體的形式存在。這種DNA不同于真核生物的DNA，它不與組蛋白結(jié)合，也不形成核小體結(jié)構(gòu)，是一個(gè)封閉的

4、大環(huán)。通常有一個(gè)或多個(gè)小染色體(質(zhì)粒)。5.研究細(xì)菌遺傳的方法：主要是細(xì)菌菌落形態(tài)的遺傳研究(如圖，霉菌菌落)，圖7-3霉菌菌落，5。群體形態(tài)特征的突變包括：群體形狀、顏色和大小等。6.生理特征的突變包括：營養(yǎng)缺陷，失去合成某些營養(yǎng)的能力。7.耐藥性突變包括：耐藥性或抗傳染性。2.病毒的生物學(xué)特征。1.病毒比細(xì)菌更簡單，它們只有一條染色體，即單倍體。一些病毒有脫氧核糖核酸染色體，而另一些病毒有核糖核酸染色體。2.病毒主要是由蛋白質(zhì)外殼和被其包裹的核酸組成的顆粒。病毒可以根據(jù)宿主(動(dòng)物、植物、細(xì)菌)或遺傳物質(zhì)(脫氧核糖核酸或核糖核酸)來分類。細(xì)菌病毒，稱為噬菌體(如圖)，是一種已經(jīng)被廣泛研究和理

5、解的病毒。圖7-4噬菌體，圖7-5煙草花葉病毒腺病毒T4噬菌體艾滋病病毒核糖核酸丹核糖核酸，圖7-6艾滋病病毒，3。細(xì)菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)勢，短的世代周期和短的繁殖世代所需時(shí)間；易于操作和管理以及化學(xué)分析(純培養(yǎng)和代謝物積累)；便于研究基因突變(表達(dá)和選擇)；便于研究基因的作用(突變生長條件和基因作用)；基因重組研究方便(重組群體大，選擇方法簡單有效)；遺傳物質(zhì)相對(duì)簡單，可以作為研究高等生物的簡單模型。(4)細(xì)菌和病毒的假性過程。雖然細(xì)菌和病毒不像真核生物配子那樣具有融合的性過程，但是它們的遺傳物質(zhì)可以從一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞，并且它們也可以形成重組體。細(xì)菌獲得外源遺傳物質(zhì)有四種不同的途

6、徑：轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)和性傳導(dǎo)。假性別過程的存在是研究細(xì)菌和病毒作為真核生物模型的遺傳重組和基因結(jié)構(gòu)的重要前提。5.細(xì)菌遺傳的實(shí)驗(yàn)研究方法。細(xì)胞計(jì)數(shù)(培養(yǎng)中的細(xì)胞濃度)，2。建立純系的方法。通過選擇性培養(yǎng)鑒定突變體和重組體。突變體和重組體的批量篩選方法。細(xì)胞計(jì)數(shù)(細(xì)胞在培養(yǎng)物中的濃度)，計(jì)數(shù)培養(yǎng)物中的微生物是微生物學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)，其基本思想是不斷稀釋原始培養(yǎng)物；進(jìn)行平板涂抹培養(yǎng)；由于每個(gè)細(xì)胞形成一個(gè)菌落，計(jì)算菌落的數(shù)量；根據(jù)稀釋倍數(shù)，計(jì)算原始培養(yǎng)物中的細(xì)胞濃度。圖7-7細(xì)胞計(jì)數(shù)(培養(yǎng)物的細(xì)胞濃度)，細(xì)菌連續(xù)稀釋技術(shù)和后續(xù)培養(yǎng)的結(jié)果，圖7-8細(xì)菌培養(yǎng)，2。純培養(yǎng)通過建立純系，通過單細(xì)胞繁殖的純系

7、可以通過選擇用于培養(yǎng)的單細(xì)胞繁殖的菌落來獲得。通常，單個(gè)菌落可通過平板表面涂布法或劃線法獲得。通過這種方法獲得的純菌株稱為“菌株純度”。有時(shí)，通過顯微操作器切割菌絲的頂端，從單細(xì)胞直接培養(yǎng)建立純系。通過這種方法獲得的純菌株稱為“菌株純度”。圖7-9細(xì)菌培養(yǎng)；3.選擇性培養(yǎng)鑒定突變體和重組體。許多細(xì)菌突變與培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分和培養(yǎng)條件有關(guān)。營養(yǎng)缺陷型的篩選和鑒定：選擇性培養(yǎng)法是根據(jù)菌株在基礎(chǔ)培養(yǎng)基和營養(yǎng)培養(yǎng)基上的生長表現(xiàn)，將其分為原營養(yǎng)型(也稱原營養(yǎng)型)和營養(yǎng)缺陷型(不能在基礎(chǔ)培養(yǎng)基上正常生長，只能在相應(yīng)的營養(yǎng)培養(yǎng)基上生長)。營養(yǎng)突變體的篩選和鑒定方法與貝克病生化突變體的鑒定方法基本一致。4.突變

8、體和重組體的批量篩選方法。選擇性培養(yǎng)法可以一次鑒定和篩選一個(gè)突變株，但檢測和分離含有多個(gè)突變株的混合菌株效率太低。為了有效地檢測和分離混合群體中的不同突變體，里德堡夫婦設(shè)計(jì)了一種影印培養(yǎng)方法。這種方法的原理與選擇性培養(yǎng)的原理相同，但采用影印法將完全培養(yǎng)基上的單個(gè)菌落同時(shí)接種到不同的選擇性培養(yǎng)基上，大大提高了鑒定效率。圖7-10影印培養(yǎng)法，圖7-11影印培養(yǎng)法，注：(1)初始培養(yǎng)基必須是非選擇性的，即所有種類的突變體都能在其上生長；(2)必須采用適當(dāng)?shù)姆椒?，如涂布或劃線，以分離培養(yǎng)菌落。在第二部分，噬菌體的遺傳分析，1。毒性噬菌體，2。溫和的噬菌體，3。噬菌體的基因重組(T2)，1。在遺傳學(xué)中被

9、廣泛使用的強(qiáng)毒噬菌體是大腸桿菌的T系列噬菌體。它們看起來都像蝌蚪(如圖)。t系列噬菌體有六角形的頭部，里面含有雙鏈的脫氧核糖核酸分子，尾部有中空的針狀結(jié)構(gòu)和外鞘。末端是底板，由尾絲和尾針組成。圖7-12。1.當(dāng)強(qiáng)毒噬菌體和T-偶系列噬菌體的尾絲附著在大腸桿菌表面時(shí)，噬菌體DNA通過尾鞘的收縮，通過中空的尾部注入宿主細(xì)胞，破壞宿主細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，合成大量的噬菌體DNA和蛋白質(zhì)，形成許多新的子噬菌體，最后裂解細(xì)菌，釋放出無數(shù)的子噬菌體。因此，這種T連系列噬菌體被稱為強(qiáng)毒噬菌體。圖7-13從大腸桿菌中釋放強(qiáng)毒噬菌體T4，圖7-14強(qiáng)毒噬菌體，圖7-15強(qiáng)毒噬菌體，圖7-16噬菌體溶解循環(huán)，2。溫和的

10、噬菌體，侵入細(xì)菌后，細(xì)菌不裂解，也就是說，它們有溶源生命周期。例如，噬菌體P1可以代表稍微不同的溶源類型。噬菌體附著在大腸桿菌染色體gal和生物位點(diǎn)之間的att位點(diǎn)，通過交換可以整合到細(xì)菌染色體中。整合的噬菌體稱為原噬菌體(圖)。溶源性細(xì)菌是具有原噬菌體基因組的細(xì)菌。例如，乳酸菌的溶原性被稱為溶原性細(xì)菌。用溫和的噬菌體感染細(xì)菌并使它們成為溶源性細(xì)菌的過程稱為“溶源化”。圖7-17噬菌體，圖7-18，圖7-19特定噬菌體位點(diǎn)的整合，圖7-20噬菌體的溶源循環(huán)和裂解轉(zhuǎn)化，表7-1幾種病毒染色體的特征，1。噬菌體遺傳學(xué)的建立和發(fā)展(2)萊德伯格細(xì)菌雜交實(shí)驗(yàn)報(bào)告；(3)好時(shí)公司和盧里亞公司宣布發(fā)現(xiàn)了R

11、和H突變體；(4)德爾布魯克和好時(shí)分別發(fā)現(xiàn)了噬菌體重組。3。噬菌體的基因重組和基因定位(T2)，2。噬菌體突變：噬斑的形態(tài)宿主范圍(1)噬斑突變：T噬菌體的r-突變(瞬時(shí))正常噬菌體，具有小噬斑和模糊邊緣的r-突變噬菌體，具有兩倍大噬斑和清晰邊緣的R-突變噬菌體(2)宿主范圍突變：T2噬菌體的h-突變正常噬菌體僅EcoliB菌株(Ttor)可作為宿主來突變噬菌體，h-和EcoliB菌株和B/2菌株(Ttos)可作為宿主來重組、3和T2噬菌體的基因。將兩個(gè)不同的T2突變體雜交，并重組和分析它們的雜交后代。雜交方法：Ttor和Ttos大腸桿菌細(xì)胞混合；同時(shí)，接種高濃度的T2噬菌體的h-r和H-R突

12、變體，以確保大多數(shù)細(xì)菌被一個(gè)以上的噬菌體感染。兩種不同的噬菌體脫氧核糖核酸可以在宿主細(xì)胞中重組，產(chǎn)生非親代的h-r和h-r-。親本重組，圖7-21，圖7-22，T2噬菌體的基因重組，同時(shí)在含有B和B/2菌株的培養(yǎng)基上接種h-r-h-r，h-r-h-r-h-r-濁度，透明度大，濁度小。幾種T2噬菌體的雜交結(jié)果表明，ra、rb和rc有四種不同的排列方式。rx代表不同的R基因，不同的快速溶解突變體在表型上是不同的，分別標(biāo)記為ra、rb、rc和RC。這些快速裂解突變體(rx h)與宿主范圍突變體(r h)雜交，結(jié)果如下表所示：%去除的重組值可用作基因之間的圖譜距離，其可用作基因連鎖圖譜。圖7-25噬菌

13、體T2的環(huán)狀基因連鎖圖，三個(gè)r基因和h基因的連鎖圖，四個(gè)不同的基因序列，rc- rb，RC-Rb，細(xì)菌染色體定位，第3節(jié)，(1)轉(zhuǎn)化；(2)接合；(3)性還原；(4)轉(zhuǎn)導(dǎo)，一種細(xì)菌細(xì)胞的DNA和另一種細(xì)菌細(xì)胞的DNA的交換和重組可以通過四種方式進(jìn)行。(1)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化：是指一些細(xì)菌(或其他生物)可以通過細(xì)胞膜吸收周圍的介質(zhì)。轉(zhuǎn)化是細(xì)菌中常見的現(xiàn)象。不同細(xì)菌的轉(zhuǎn)化過程有所不同，但它們都有幾個(gè)共同的特點(diǎn)：(1)轉(zhuǎn)化過程；1)能力和能力因子：能力是指細(xì)菌從周圍環(huán)境中吸收DNA分子進(jìn)行轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)。能力主要受一類蛋白質(zhì)(能力因子)的影響，這些蛋白質(zhì)可以在細(xì)菌之間轉(zhuǎn)移，從有能力的細(xì)菌轉(zhuǎn)移到無能力的細(xì)菌，

14、并使后者變得有能力。一般認(rèn)為，這種能力出現(xiàn)在細(xì)菌對(duì)數(shù)生長期的后期，某些處理可以誘導(dǎo)或增強(qiáng)這種能力。以大腸桿菌為例，用Ca2處理對(duì)數(shù)生長期晚期的大腸桿菌，可以增強(qiáng)其感官能力。，2。供體脫氧核糖核酸與受體細(xì)胞的結(jié)合：結(jié)合發(fā)生在受體細(xì)胞的特定部分(結(jié)合點(diǎn))；對(duì)供體DNA片段有一定的要求；綁定過程是一個(gè)不可逆的過程。3.脫氧核糖核酸吸收：當(dāng)細(xì)菌結(jié)合點(diǎn)飽和時(shí)，細(xì)菌開始吸收外源脫氧核糖核酸；當(dāng)細(xì)菌攝取外源DNA時(shí)，其中一條鏈被DNA轉(zhuǎn)移酶降解，另一條鏈被降解這條鏈產(chǎn)生的能量拉入細(xì)胞。4。與外源DNA片段的突觸整合：整合是指用受體DNA替換單鏈轉(zhuǎn)化DNA的相應(yīng)位點(diǎn)，從而穩(wěn)定地整合到受體DNA中的過程。這實(shí)際

15、上是一個(gè)基因重組的過程。因此，研究整合的分子機(jī)制實(shí)際上有助于基因重組的分子機(jī)制。自然轉(zhuǎn)化在自然轉(zhuǎn)化中，細(xì)菌可以自由吸收脫氧核糖核酸，并通過它進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化?？莶菅挎邨U菌的轉(zhuǎn)化屬于自然轉(zhuǎn)化?；蚋脑煸谶@種改造中，細(xì)菌會(huì)發(fā)生變化，這樣它們就可以吸收并轉(zhuǎn)化外來的脫氧核糖核酸。大腸桿菌轉(zhuǎn)化屬于工程轉(zhuǎn)化。本實(shí)驗(yàn)用質(zhì)粒pUC18轉(zhuǎn)化大腸桿菌DH-5a，并用氨芐青霉素抗性篩選轉(zhuǎn)化子。通過一個(gè)重要的分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，介紹了細(xì)菌工程轉(zhuǎn)化的過程：(1)實(shí)驗(yàn)材料大腸桿菌DH-5a質(zhì)粒pUC18(氨芐青霉素，AmpR)；(2)培養(yǎng)基和試劑1。LB液體培養(yǎng)基(%) 2。LB固體培養(yǎng)基3?？股兀喊逼S青霉素以100毫克/毫升的劑量配制，以備后用。4.0.1毫升/升氯化鈣溶液、實(shí)驗(yàn)材料和試劑：(3)設(shè)備接種針10毫升移液管50毫升塑料離心管5毫升移液管90毫米培養(yǎng)皿1毫升移液管1.5毫升埃彭道夫管200毫升吸頭三角瓶15150試管冰塊試管鋁蓋密封膜紗布蓋繩硫酸鹽紙(4)儀器凈化工作臺(tái)搖床恒溫水浴離心機(jī)培養(yǎng)箱，(2)細(xì)菌轉(zhuǎn)化1。將100毫升新鮮的大腸桿菌DH-5a感受態(tài)細(xì)胞放入1.5毫升的潘朵夫試管中，加入50100毫克質(zhì)粒pUC18DNA，輕輕旋轉(zhuǎn)使其內(nèi)容物混合，并置于冰浴中30分鐘。2.42熱沖擊120秒，不要搖動(dòng)Eppen