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《細菌和病毒的遺傳》基本信息
科目：生物學 教學對象：大學學生
課時：8 教學環境：多媒體教室
導論
合適材料的選用遺傳學的發展
教學內容分析
1.概念
2.發展
1940年下列5個方面的工作使之成為獨立學科
1）1941年beadle營養缺陷型突變體的發現
2）抗性突變
3）細菌重組的發現：1947，Leaderberg，J.
（E.coli）Tatum，E.L.
4）轉化子化學本質的鑑定：
1928：Griffith：肺炎雙球菌轉化
1944：Avery：轉化子是DNA
5）噬菌體遺傳學研究的發展。
教學重點與難點
微生物作為遺傳學研究材料的優越性
但細胞生物一首環境影響
容易培養，繁殖，新城代謝旺盛。
易突變
噬菌體的遺傳分析
噬菌體是一類病毒
病毒（Virus）：超顯微、無細胞、活細胞專
性寄生的大分子（微生物）
1.特點：
個體小：通過Davis濾器
專性寄生：脫離活體無生命，無代謝
無細胞：蛋白質＋DNA（RNA）
繁殖方式簡單
噬菌體分類
概念：原指細菌為寄主，後來推廣
到真菌的病毒。
烈性噬菌體：P2、P4、P6、T系列（T1-T7）
2.溫和性噬菌體：λ和P1
1.烈性噬菌體
（1）形態結構（T偶列）
（2）.繁殖和感染周期
（營養繁殖：噬菌體DNA不整合；150噬菌體/Cell）
2.溫和噬菌體:
（1）形態結構
（2）繁殖和感染周期:
幾個相關的概念
溶原性：噬菌體外殼蛋白的合成以及溶菌功能受到抑制。
溶原性細菌：“攜帶”原噬菌體的細菌。
原噬菌體：溶原性細菌中的噬菌體DNA分子。無外殼；無侵染能力。
λ噬菌體DNA的插入
噬菌體遺傳的研究方法
獲得突變株：處理營養期細菌或者游離噬菌體
四類突變株：
1）寄主範圍突變株（hostrangemutant）
2）噬菌斑（plaquemutant）
3）溫度敏感性：
野生型：37C、43C均可繁殖
突變型：43ts：僅37C繁殖
4）溶菌酶：e＋e
1）寄主範圍突變株（hostrangemutant）
寄主範圍：指噬菌體感染和裂解的菌株範圍。
某種噬菌體只能侵染某一種菌的個別菌系，突變後寄主範圍變寬或變窄。
T2：
h+噬菌體：只侵染E.coliB株；
h突變株：E.coliB&B/2
2）噬菌斑突變株（plaquemutant）
噬菌斑形狀：噬菌斑的大小、邊緣清晰度、透明程度。
細菌的遺傳分析
一、細菌遺傳的研究方法
二、遺傳分析
轉化（Transformation）
接合（Conjunction）
性導（Sexduction）
轉導（Transduction）
教學內容
理化誘變：
生化突變：lac＋lac－（乳糖）
gal＋gal－（半乳糖）
抗藥性：str＋str－（鏈黴素）
azi＋azi－（疊氮化物）
3.抗噬菌體：T2s(+)T2R(-)
tonAstonAr(T1)
4.營養缺陷型：ade＋ade－
試驗方法：
細菌生活條件：
基本培養基（BasalMedium）：
無機鹽：SO42-、NO3-、Ca2+、Mg2+
糖：葡萄糖、蔗糖
維生素：生物素、Vbs
完全培養基：
BM＋全部營養物質
選擇培養基：
BM＋某一種（營養）物質
二、遺傳分析
轉化（Transformation）
（1）發現：
1928，Griffith：肺炎雙球菌轉化實驗
1944，Avery：轉化子－DNA
轉化是細菌基因重組的方法之一。
（2）概念：
細菌吸附游離態的雙鏈DNA，將單鏈DNA分子吸收進入細胞後，不經過複製整合到細菌染色體中，並發生遺傳重組。
（3）轉化DNA（轉化子）的特點：
a.DNA濃度與轉化子數目的關係
飽和：50/cell,原因：在細菌的
細胞壁或細胞膜上有固定
數量的DNA接受座位，故
一般細菌攝取的DNA分子
數小於10個。
b.DNA片段大小：
不能太小：
肺炎雙球菌轉化：DNA片斷至少有800個鹼基對；
枯草桿菌的轉化：DNA片斷至少有16000個鹼基對。
c.雙鏈吸附：單鏈DNA不被轉化
d.單鏈進入細菌。
DNA濃度
轉化子數目
（4）受體細胞的特點
a.感受態：
DNA合成剛剛停止、蛋白質合成繼續活躍，活躍合成的蛋白質可使細菌細胞壁易於接受轉化DNA。
只有感受態的受體細胞才能攝取並轉化外源DNA，而這種感受態也只能發生在細菌生長周期的某一時間範圍內。
b.感受態的本質：
部分原生質化：10/cell
酶受體：
（5）轉化過程：
①．雙鏈結合與單鏈穿入：
雙鏈DNA分子結合在接受座位上。可逆，可被DNA酶降解，接受座位飽和性；
單鏈DNA攝取，不可逆，不受DNA酶破壞。穿入後，由外切酶或DNA移位酶降解其中一條鏈。
②．聯會：DNA片段與細菌染色體部分聯會。親緣關係越遠，聯會越小、轉化可能性越小。
③．整合(重組)：單鏈的轉化DNA與受體DNA對應位點的置換，從而穩定地參入到受體DNA中。
（6）轉化成功：
感受態、吸附、整合。
（7）轉化與基因重組作圖：
2、接合（Conjugation）
（1）概念：
♂♀
（供體donor）（受體receptor）
DNA
接觸
（2）發現與證實：
a.發現：
J.Leaderberg&E.L.Tatum（1946）
（營養缺陷型）
b.證實
轉化作用的排除：
A（殺死）＋B或者A＋B（殺死）
DavisU型管試驗
DNase處理
回復突變突變的排除：
單個基因回復突變頻率＝10-6
兩個基因同時回復突變的頻率
＝10-6×10-6＝10-12<10-8
可通過：生物大分子、噬菌體
不能通過：細菌
（3）F因子：
a.發現
1952年：
W.Hayes試驗證明：
接合過程中，遺傳物質單向轉移，
供體（donor）－♂
受體（receptor）－♀
1953年：
Hayes，Leaderberg&Cavalli：
♂有F因子
♀無F因子
b.F因子的遺傳結構
質粒：舊稱附加體，是指
獨立於細菌染色體的
可以獨立、整合、環出、丟失
含有少量基因的
雙鏈DNA環狀分子
F因子(致育因子、性因子)：是一種感染性質粒，由於F因子存在與否決定是否接合，又稱為致育因子。
F因子的遺傳結構：圖7-12
根據F因子存在的方式，E.Coli可以分為4種菌株
（4）.E.coli染色體的遺傳作圖
中斷雜交實驗法：（Wollman&Jacob，1950）
橫座標：接合時間（分鐘）
縱座標：重組體中Hfr基因的頻率。
多，可以獲得整個E.coli染色體連鎖圖。
小結（作圖步驟）：
（1）作直線連鎖圖，確定基因間距離及其染色體全長（分鐘）。
（2）畫圓，根據染色體全長標示刻度，按照基因間距離標示基因。
（3）標示Hfr起點、終點、菌株號。
HfrAB312
c.重組作圖法：
兩基因轉移時間間距小於2分鐘時，中斷雜交法的圖距不精確，應採用傳統的重組作圖法。
例：緊密連鎖二基因:
lac-(乳糖不發酵)
ade-(腺嘌呤缺陷型)
Hfrlac+ade+(Strs)
×F-lac-ade-(Strr)
完全培養基混合培養
基本培養基
(無腺嘌呤、加Str)
F-ade+菌落
F-ade+lac-，則說明基因間發生交換
F-ade+lac+，則說明未發生交換
加乳糖
基因間重組頻率
兩個位點間的時間約為1分鐘，大約相當於20%的重組值。
3.性導（Sexduction）
概念：接合以F’因子為媒介將供體菌染色體DNA轉移到受體細菌，形成部分二倍體的過程。
F’菌株的突出特點：
⑴F’因子轉移基因的比率極高，如同F+因子的轉移比率；
⑵F’因子的自然整合率極高，但是整合不是隨機的，需要
經過配對整合到特定的座位上。
套用：
（1）確定基因的顯隱性關係（上圖）。
（2）繪連鎖遺傳圖：
原理：F+不同的Hfr不同的F’距離近的基因容易環
出到同一個F’因子上“並發性導”詳盡的連鎖圖.
方法：同“並發轉導”
4.轉導（Transduction）
（1）概念：
轉導：是指以噬菌體為媒介將供體細菌DNA導
入到受體細菌並發生遺傳重組的過程。
1/1000
轉導顆粒：
溶菌噬菌體末期，噬菌體裝配過程中，外殼蛋白識別一定長度的DNA分子，形成成熟的子代噬菌體時，
把寄主細菌的DNA片段“錯誤”地組裝到外殼蛋白中而形成。由於感染細菌的能力決定於噬菌體外殼蛋白，所以轉導顆粒具有和正常噬菌體相同的侵染能力。
轉導體：
轉導顆粒將供體細菌的染色體片段轉移到受體細菌，重組後的受體細菌叫作轉導體。
（2）發現與證實：
黎德伯格（Leaderburg）與津德（Zinder）（1951）
發現：鼠傷寒沙門氏菌中轉導現象：
將兩個沙門氏菌的營養缺陷型進行雜交：
phe-try-tyr-met+his+×phe+try+tyr+met-his-
混合培養
phe+try+tyr+met+his+
基本培養基（10－5）
證實：a.10－5>10－12（10－6×10－6）排除回復突變。
b.戴維斯U型管試驗(防止細胞直接接觸)也獲得野生型重組
體。排除由於接合或性導
c.DNase處理重組體。排除轉化。
推測：某種過濾性因子（FA）可以穿過DavisU型管濾片。抗血清可
以抑制重組體出現。P22噬菌體。
（3）普遍性轉導：
概念
供體細菌染色體組的任何部分都可以組裝到轉導顆粒中，從而可以轉移到受體細菌中。（P1）
b.並發性導（co-transduction）與細菌作圖
合轉導（並發轉導、共轉導）：
兩個基因同時被包裝到一個轉導顆粒，從而一起重組到受體細菌的染色體上。
二因子作圖：
供體受體合轉導頻率
a+b+ab30%ab近
a+c+ac35%ac近a在bc之間
b+c+bc3%bc遠
三因子作圖：
供體受體合轉導頻率
leu+thr+azi+leuthrazi
實驗1：
leuazithrazileuthr
實驗2：
azileuthr
實驗3：最大轉導片
根據合轉導頻率推導基因之間的物理距離
d－基因之間的物理距離（bp，kbp）
L－轉導DNA的平均長度（bp，kbp）
X－兩個基因合轉導的頻率
（4）特殊性轉導：溫和性噬菌體進行的轉導，只能轉導部分基因。
