關于細菌和病毒的遺傳分析細菌和病毒遺傳研究優勢世代周期短便于管理和生化分析便于研究基因突變便于研究基因作用便于基因重組研究便于研究基因的結構，功能及調控機制。便于進行遺傳操作第2頁,共39頁，2024年2月25日，星期天8.1細菌的接合現象8.1.1細菌接合現象發現

1964年萊德伯格和塔特姆用大腸桿菌K12，證明細菌有性雜交存在。

（一）大腸桿菌雜交試驗菌株Amet-（甲硫氨酸）bio-(生物素)thr+（蘇）leu+（亮）thi+（VB1）菌株Bmet+（甲硫氨酸）bio+(生物素)thr-（蘇）leu-（亮）thi-（VB1）A、B都為營養缺陷型，在基本培養基上不能生長。

A菌株A與B混合B菌株接種↓↓↓▔▔▔結果無菌落有菌落無菌落第3頁,共39頁，2024年2月25日，星期天菌株Abio-met-thr+leu+thi+菌株Bbio+met+thr-leu-thi-二細菌雜交得bio+met+thr+leu+thi+第4頁,共39頁，2024年2月25日，星期天（二）U實驗

1950年Davis（戴維斯），做了U實驗，在U底部中間用濾片隔開，交替吸壓。證明菌落是由于AB二細胞接觸雜交基因重組

第5頁,共39頁，2024年2月25日，星期天接合：通過細胞的直接接觸從供體單向轉移到受體中的過程。細菌接合的電鏡照片第6頁,共39頁，2024年2月25日，星期天8.1.2F因子及其轉移1953年海斯（Hayes.w）在驗證雜交時偶爾發現雜交中AB細菌作用不同，遺傳物質是單向轉移，A→B，不能B→A。鏈霉素敏感型

strs

抗鏈霉素突變型strrA品系strsstrr

B品系strsstrr

Astrs*BstrrA

strr*B

strs

接種↓↓培養基不含str

含str不含str

含str▔▔▔▔結果成活成活成活死亡第7頁,共39頁，2024年2月25日，星期天F因子：又稱性因子或致育因子，由共價環狀閉合雙鏈DNA構成，94.5Kb約為大腸桿菌環狀染色體全長的2%，以游離狀態存在于細胞質中。F因子的特點1、原點（origin）：它是轉移的起點。2、致育基因：這些基因使它具有感染性，其中一些基因編碼生成F菌毛的蛋白質。3、配對區：F因子的這一區域與細菌染色體中多處的核苷酸序列相對應，可以分別地與染色體上這些同源序列配對，通過交換整合到染色體中成為細菌染色體的一部分。第8頁,共39頁，2024年2月25日，星期天F因子存在方式

游離狀態：在細胞質中，能自我復制獨立遺傳整合狀態：整合到細菌環狀染色體上，與細菌染色體一起遺傳。附加體：像F因子即可存在于染色體之外作為一個獨立的復制子，也可整合到細菌染色體中，作為細菌復制子的一部分的遺傳因子。第9頁,共39頁，2024年2月25日，星期天8.1.3細菌重組Hfr：

Highfrequencyrecombination帶有一個整合的F因子的品系稱為高頻重組，F＋，攜帶F因子的菌株稱為供體菌或雄性F－，未攜帶F因子的菌株為受體菌或雌性（一）供體將F因子傳遞給受體的過程1、直接將F因子通過接合管傳遞給受體A品系F＋B品系F－

F＋細胞*F－細胞→F＋細胞2、F因子整合到細菌染色體上（Hfr

），通過接合管傳遞給受體細胞F＋細胞→Hfr細胞→Hfr細胞*F－細胞→F－細胞

F因子最后進入受體細胞

第10頁,共39頁，2024年2月25日，星期天接合過程示意圖第11頁,共39頁，2024年2月25日，星期天Hfr菌株的形成及其基因轉移第12頁,共39頁，2024年2月25日，星期天F＋和Hfr的區別F-與F＋雜交，只有F因子的傳遞，而細菌染色體并不轉移。因此，雖F因子轉移頻率高，但兩細菌間染色體重組頻率很低，大約每百萬個細胞中發生一次重組，故F+因子又稱低頻重組。Hfr是F因子整合到細菌染色體上，所以供體染色體一部分傳遞給受體。當供體、受體染色體具有同源區，既發生重組，重組頻率可達到10^-2以上，故Hfr稱高頻重組。第13頁,共39頁，2024年2月25日，星期天F＋和Hfr的共同點

都能與F-因子進行雜交產生重組后代雜交時都是通過接合管與受體菌相連用高劑量str處理后不影響雜交，說明他們都是作為供體第14頁,共39頁，2024年2月25日，星期天（二）細菌遺傳重組的特點只是偶數次的交換才能保持細菌染色體的完整性，產生有活性的重組子。偶數次交換得到的重組子只有一種類型，相反重組子是一個線狀片段，不能復制，會隨著細胞分裂而丟失。第15頁,共39頁，2024年2月25日，星期天8.2中斷雜交與染色體作圖

8.2.1中斷雜交實驗1954年Wollman和Jacob在大腸桿菌中進行了雜交實驗中斷雜交：根據供體基因進入受體細胞的時間和順序繪制染色體圖的技術（一）實驗過程：（1）供體Hfr：thr+leu+azirtonrlac+galb+strs

受體F－：thr-leu-azistonslac－galb－

strrstrr

對鏈霉素有抗性

azir

對疊氮化合物有抗性

tonAr

對T1噬菌體有抗性

thr+leu+galb+lac+

對蘇氨酸、亮氨酸、半乳糖和乳糖為原養型第16頁,共39頁，2024年2月25日，星期天（2）a、將Hfr與F-同時加入裝有完全培養基的大試管中，一定時間取樣振蕩，稀釋接種至添加str的基本培養基（葡萄糖和無機鹽）上，生長形成的菌落基因型為F-strr(F-或具Hfr部分基因的F-)，再把菌落分別轉移到只添加azi、ton、以lac或gal為炭源的選擇性培養基上。雜交過程也是先形成接合管，然后Hfr邊復制邊轉移。轉移的順序：原點→配對區→大腸桿菌基因→配對區→育性基因b、結果第17頁,共39頁，2024年2月25日，星期天中斷雜交后，接合后體中各個性狀出現的頻率第18頁,共39頁，2024年2月25日，星期天（二）中斷雜交實驗特點不同的Hfr品系轉移的起始基因是不同的，說明F+可以在不同的位點插入細菌染色體中。與同一基因相鄰的基因是相同的，不同品系的基因順序是相同的。Hfr品系上的基因可以以兩個不同的方向轉移基因進入受體細胞。一個Hfr轉移的起點基因是另一個Hfr最后轉移的基因，說明細菌染色體是環狀的。F因子插入的位置及方向第19頁,共39頁，2024年2月25日，星期天8.2.2重組作圖根據中斷雜交試驗繪制的連鎖圖大腸桿菌Hfrstrsthr+leu+azistonAsgalb+lac+

×F-strrthr-leu-azirtonArgalb-lac-的結果第20頁,共39頁，2024年2月25日，星期天a重組體的基因型是lac＋ade＋

b

重組體的基因型是lac－ade＋

菌株Hfr:lac＋ade＋

菌株F-：

lac-ade-進行中斷雜交兩基因進入受體細胞情況①其中一個進入②兩個都進入受體細胞如右圖在發生情況②時，進行了染色體整合。

lac-ade間圖距：Lac-ade=lac－ade＋/（（lac－ade＋)-(lac＋ade＋)*100%

重組率與中斷雜交時間比值約為20，即他們之間的關系大約是1min=20cM第21頁,共39頁，2024年2月25日，星期天8.3細菌的轉化與作圖

轉化：細菌通過細胞膜攝取周圍來自供體的外源DNA片段,并將其通過重組過程整合到自己基因組內的過程。（一）轉化的條件

①受體細胞的生理狀態A，處于對數生長期B，處于感受態（感受態：能夠使外源DNA轉化到受體細胞的生理狀態）②外源DNA片段的大小、形態、濃度DNA片段為雙鏈③外源DNA片段與受體DNA的同源程度第22頁,共39頁，2024年2月25日，星期天（二）轉化過程①供體DNA與受體DNA結合

供體DNA需滿足：

a、雙鏈

b、（濃度越大，效率越高）細胞上有特定結合位點②DNA的傳入和攝取

雙鏈DNA中的隨機的一條進入受體細胞，而另一條被降解。③同源重組供體DNA與受體DNA同源重組④重組后的細胞類型

a、與親本相同b、重組了外源基因第23頁,共39頁，2024年2月25日，星期天轉化示意圖第24頁,共39頁，2024年2月25日，星期天（三）共轉化與轉化作圖共轉化：供體一條DNA片段的兩個基因同時轉化的現象。繪制連鎖圖原理：

相鄰基因發生共轉化的頻率與兩者距離成正比，即基因間距離越近發生共轉化的頻率越高。因此，可通過測定兩基因共轉化頻率來指示基因間的相對距離。判斷兩基因是否連鎖：

DNA濃度下降A的轉化率B的轉化率A和B的轉化率????????情況①為兩基因連鎖，情況②為兩基因轉化為獨立事件所以出現結果1/4

第25頁,共39頁，2024年2月25日，星期天例：

trp2+his2+tyr1+（供體）×trp2-his2-tyr1-（受體）

的轉化類型及重組率計算第26頁,共39頁，2024年2月25日，星期天8.4F’因子與性導

8.4.1F’因子定義：F因子整合到染色體的過程是可逆的。當發生環出現時，又重新離開染色體，然而F因子環出時不夠準確常帶有大腸桿菌染色體的基因，這種F因子稱為F’因子。F′因子的形成第27頁,共39頁，2024年2月25日，星期天8.4.2性導性導（sexduction）：以F′因子為媒介，將供體細胞的部分遺傳物質導入受體細胞形成部分二倍體。性導過程示意圖第28頁,共39頁，2024年2月25日，星期天意義：①不同的F’因子可以帶有不同的細菌DNA片段，可以覆蓋全部的染色體基因，可用于構建部分二倍體菌株。②由性導形成的部分雜合二倍體中，可以確定這一性狀的等位基因中的顯隱性關系。③環出時形成大量F’因子，不同F’因子可攜帶大腸桿菌不同基因，因此并發性導是建立一次關系圖譜的重要途徑。并發性導（co－sexduction）：兩個相鄰的基因，同處于一個F′因子上被轉移，稱為并發性導。④性導所形成的部分二倍體可用于不同突變型的互補測驗，以確定這兩個突變型屬于同一基因或不同基因。第29頁,共39頁，2024年2月25日，星期天8.5.1噬菌體簡介按其在宿主細胞中的生活方式分為：①烈性噬菌體②溫和噬菌體

a具有溶原性（lisogeny）的生活周期。（整合狀態的噬菌體稱源噬菌體；含原噬菌體的細菌稱溶源體）

b侵入細菌以后，細菌細胞并不馬上裂解。溶源周期→裂解周期：①原噬菌體通過誘導（induction）可轉變為烈性噬菌體，進入裂解周期。②誘導方式：UV、溫度改變、與非溶原性細菌接合等。③誘導使阻遏物失活，噬菌體的基因表達，進入裂解周期。8.5噬菌體的遺傳分析

第30頁,共39頁，2024年2月25日，星期天T4phage的結構模式第31頁,共39頁，2024年2月25日，星期天8.5.2噬菌體的遺傳重組噬菌體侵染細菌后在均勻生長的細菌培養板上形成噬菌斑（plaque）雙重感染：兩個基因型不同的噬菌體同時感染一個宿主細胞。T2噬菌體的重組作圖1、基因類型①一個正常的T2

噬菌體產生的噬菌斑小而邊緣模糊，記為r＋；大而邊緣清晰，記為突變體r-。

r-T2

噬菌體是速溶突變體。②正常的T2

噬菌體能感染E.coliB株，h＋。突變型又能克服B/2株的抗性，h-，既能侵染B株又能侵染B/2株。（突變型E.coliB/2株能抗T2的感染）第32頁,共39頁，2024年2月25日，星期天2、T2phage重組試驗結果根據上表結果可以分別作出3個連鎖圖第33頁,共39頁，2024年2月25日，星期天有四種可能的排列順序

如①、②rb、rc同側，則drb-rc＜drb-h

如③、④rb、rc兩側，則drb-rc＞drb-h

①

②

③

④子代噬菌體