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1、第七章细菌和噬菌体的第1页，共42页，编辑于2022年，星期二 一、教学目的 1、了解细菌和病毒在遗传学研究中的地位 2、掌握细菌遗传的分析方法 3、掌握病毒遗传的分析方法 二、重点 1、细菌的遗传分析 2、病毒的遗传分析 三、难点 1、细菌的遗传分析 2、病毒的遗传分析第2页，共42页，编辑于2022年，星期二 细菌和病毒属于原核生物，它们没有真正的细胞核，不能进行减数分裂。我们在这一章里将学习细菌和病毒的遗传物质是怎样遗传和重组的。第一节第一节 细菌和病毒在遗传学研究中的地位细菌和病毒在遗传学研究中的地位 细菌和病毒繁殖速度快，生活周期短，在数十分钟或几小时之内，就能获得大量的后代，它们在
2、遗传学的研究中，其主要优势表现在以下四个方面：第3页，共42页，编辑于2022年，星期二一、细菌和病毒的遗传物质含量少研究证明：一个真核生物的生殖细胞NDA含量，平均约为细菌DNA含量的1000倍，约为病毒DNA含量的10万倍。若用长度比较，大肠杆菌DNA分子的总长度约为1mm，而人体一个体细胞中DNA的含量总长度约为2.8米。因而细菌和病毒有利于遗传学的研究。二、细菌和病毒中的DNA构型简单细菌和病毒的DNA都是裸露的，呈环状结构，不构成染色体，借助染色体一词，把它也称之为染色体。裸露的DNA更有利于遗传学的研究。第4页，共42页，编辑于2022年，星期二三、细菌和病毒的DNA是单倍体细菌和
3、病毒的染色体是单倍体。因此，不仅显性基因能表达，而隐性基因也能表达，这对研究基因的功能是极为有利。四、细菌和病毒代谢过程易于控制和鉴别 细菌和病毒虽小，但它们的遗传性状，从细菌菌落的大小和形状，噬菌班的大小和边缘的清晰度，通过肉眼即可进行观察和分析。同时，细菌代谢过程，可以通过营养缺陷型的类型等进行鉴别和研究。第5页，共42页，编辑于2022年，星期二 细菌菌落细菌菌落第6页，共42页，编辑于2022年，星期二噬菌班噬菌班第7页，共42页，编辑于2022年，星期二 第二节第二节 细菌的遗传重组细菌的遗传重组在细菌中，大肠杆菌是用得最为广泛的遗传学实验材料，细菌的遗传分析就以大肠杆菌为例来说明。
4、第8页，共42页，编辑于2022年，星期二一、细菌的杂交 1、分类：大肠杆菌有很多品系 抗生素来讲：A、敏感型：指细菌对某一抗生素敏感。如strs：表示细菌对链霉素敏感（s表示敏感）。B、抗性型：指细菌对某一抗生素有抗性 如strr：表示细菌对链霉素有抗性（r 表示抗性）。营养来讲：A、缺陷型：指细菌对某一种营养物质合第9页，共42页，编辑于2022年，星期二成能力缺失。如met：表示甲硫氨酸缺陷型（表示缺陷）。B、野生型：例met表示甲硫氨酸野生型2、杂交实验E.coli重组证明：E.coliK12中有两个菌株A和B。A、菌株A：met-bio-thr+leu+thi+B、菌株B：met+b
5、io+thr-leu-thi-met（甲硫氨酸），bio（生物素），thr（苏氨酸），Leu（亮氨酸），thi（硫胺）。第10页，共42页，编辑于2022年，星期二 不同的营养缺陷型细菌，在完全培养液中混合培养过夜，离心洗去完全培养液后，取108细胞涂布在基本培养基上，可发现数十个原养型菌落。如不同的营养缺陷型细菌独立培养，离心洗涤后，即使各取108细胞分别涂布在基本培养基上，也看不到原养型菌落的出现。第11页，共42页，编辑于2022年，星期二 这种原养型菌落的出现，是由于营养上的互补，还是A与B菌株发生杂交后出现的重组类型呢？U型管实验第12页，共42页，编辑于2022年，星期二经几个小时
6、后，在基本培养基上分别测定每臂的细菌，结果未见野生型细菌的产生。实验可说明两个问题。A、说明上述原养型菌落的出现不是营养互补而产生。B、说明菌株A、B必须通过直接接触后，才能发生杂交或遗传物质的交换，产生野生 型菌株。A菌株 met-bio-thr+1eu+ehi+B菌株 met+bio+thr-1eu-ehi-新菌株新菌株 met+bio+thr+1eu+ehi+(野生型）野生型）新菌株 met-bio-thr-1eu-ehi-（缺陷型）第13页，共42页，编辑于2022年，星期二二、F因子1、威廉H的实验 注：链霉素只阻止细菌分裂，但允许接触杂交 第14页，共42页，编辑于2022年，星期
7、二上述实验结果说明：A菌株的遗传物质能进入B菌株，而B菌株的遗传物质不能进入A菌株。由此得出结论，细菌有、之分，也就是说细菌有了性的分化，A菌株为性或供体菌；B菌株为性或受体菌。这一结论，后来通过电子显微镜观察，发现了细菌之间，确实存在着有性接合的行为。E.Coli有性结合有性结合（1953）第15页，共42页，编辑于2022年，星期二2、F因子（性因子或致育因子或F质粒）F因子：是雄性细菌中一个微小的可转移的因子。第16页，共42页，编辑于2022年，星期二 F因子是能独立复制的环状DNA分子，含有F因子的细菌记作F+细菌，不含F因子的细菌记作F-细菌。F+细菌的表面有性伞毛，F+与F-细菌
8、是通过性伞毛形成的结合管接合。F+细菌与F-细菌混合培养时，通过接合管转移F因子，几乎使所有的F-细菌都能转变为F+细菌。F因子的转移方式有二种。3、F因子的转移方式 游离态F因子的转移 第17页，共42页，编辑于2022年，星期二 F因子的转移是单链滚环复制转移如果把许多F+和F-细菌混合培养，经过一小时，约有95的F-细菌转变为F+细菌，但两细菌主染色体之间的重组频率还不到1/百万。结合态F因子的转移A、Hfr的菌株（高频重组菌株）：F因子插入到细菌主染色体中的菌株。第18页，共42页，编辑于2022年，星期二 第19页，共42页，编辑于2022年，星期二 为什么把F因子处于结合态时的菌株
9、叫高频重组菌株呢？因为Hfr菌株与F-细菌杂交，两细菌主染色体之间的重组频率约高于F因子游离态菌株与F细菌杂交的1000倍。B、转移过程第20页，共42页，编辑于2022年，星期二第21页，共42页，编辑于2022年，星期二 上述杂交，F-细菌很少转变为F+细菌，这是因为F基因在最后端。三、中断杂交技术作连锁图法 1、实验 Hfr azir tonr 1ac+ga1+strs F-azis tons 1ac-gai-strr azi（叠氮化钠）、ton（T1噬菌体）、1ac（乳糖）、ga1（半乳糖）、str（链霉素）。第22页，共42页，编辑于2022年，星期二 把这两种细菌以高浓度混合在一起
10、，在完全培养液中培养，两种不同的细菌进行有性接合，每隔一定时间取样，把每次取样的菌液都放在搅拌器内搅拌，以阻断细菌之间的接合管，然后，把搅拌液稀释，防止再度接合。把上述取样分别涂布于含有Str的不同选择培养基上，分析Hfr菌染色体上其它非选择性标记基因进入F-细菌的时间和顺序，实验结果如下图78所示。第23页，共42页，编辑于2022年，星期二 从图中可以看出，Hfr菌中的4个基因进入F-细菌的时间和数量是各不相同的。随着时间的推移，具有4个基因的菌落逐渐增加，某一基因出现的越早，百分数越高。第24页，共42页，编辑于2022年，星期二 第25页，共42页，编辑于2022年，星期二 从上表可以
11、看出，Hfr的基因9分钟时，azir基因进入F-；11分钟时tonr基因进入F-；18分钟时1ca+基因进入F-；25分钟时ga1+基因进入F-细菌。以上事实说明，Hfr细菌的基因按一定的时间顺序依次进入F-细菌，原点（0）为开始端，首先进入F-细菌；基因离原点越近，进入F-细菌越早；基因离原点越远，进入F-细菌越迟；较远的基因有时很难进入F-细菌，所以，达到最高值也较小。第26页，共42页，编辑于2022年，星期二 2、作图方法 根据中断杂交技术，以分钟为距离单位，就可以作上述细菌基因的连锁图：3、中断杂交技术：根据供体基因进入受体细菌的顺序和时间，绘制连锁图的技术。第27页，共42页，编辑
12、于2022年，星期二 四、细菌的交换过程 原核生物遗传物质交换并不是在两整套基因组间进行，而是在一完整基因组（F-细菌）与一不完整的基因组（供体细菌）间进行的，所以是在部分二倍体中进行。第28页，共42页，编辑于2022年，星期二 所以细菌遗传物质的交换，只有发生偶数（双交换）交换才能产生平衡的重组子，而单交换只能产生不平衡的线性染色体，不能成活。第29页，共42页，编辑于2022年，星期二五、性导第30页，共42页，编辑于2022年，星期二 1、F因子：带有部分供体主染色体的F因子，它能使F-细菌成为部分二倍体。2、性导：通过F因子将供体主染色体上的基因导入受体细菌，使受体细菌构成部分二倍体
13、的过程。性导也是基因转移的一种方式，它与Hfr菌株相比，转移的基因频率要低得多。第31页，共42页，编辑于2022年，星期二第三节第三节 噬菌体的遗传重组噬菌体的遗传重组 感染细菌的病毒叫噬菌体，它是最简单的生物，由核酸和蛋白质构成。第32页，共42页，编辑于2022年，星期二几种病毒颗粒几种病毒颗粒 艾滋病病毒（简称HIV）甲型H1N1流感病毒 SARS病毒第33页，共42页，编辑于2022年，星期二 一、烈性噬菌体 烈性噬菌体：当噬菌体感染细菌后，噬菌体的DNA在细菌体内立即复制，产生100-300个子噬菌体，并使宿主细菌裂解释放出成熟的子噬菌体，这一类噬菌体称烈性噬菌体。第34页，共42
14、页，编辑于2022年，星期二 噬菌斑：不透明菌苔上出现的一个园形透明区。对噬菌体的研究，主要是研究噬菌斑的大小，边缘清晰度和宿主范围等。二、噬菌体的基因重组 1、杂交实验：噬菌体的混合感染 把h+r-和h-r+两种噬菌体接种在同时长有菌株B和B/2的培养基上。h+代表噬菌斑半透明，h-代表噬菌斑透明；r+代表噬菌斑小，r-代表噬菌斑大。第35页，共42页，编辑于2022年，星期二 混合感染结果有4种噬菌斑出现：第36页，共42页，编辑于2022年，星期二 说明不同的噬菌体混合培养，也能进行杂交，发生遗传物质交换，产生新的重组类型。第37页，共42页，编辑于2022年，星期二三、溶源性细菌1、温
15、和噬菌体：噬菌体感染细菌后，噬菌体DNA在宿主细菌体内不立即复制，而是呈“休眠”状态，能潜伏在宿主细菌内与之共存。温和噬菌体感染细菌后，可进入两种周期的一种：第38页，共42页，编辑于2022年，星期二2、溶源性细菌（溶源菌）：细菌带有某种噬菌体，并不立即导致溶菌，这种细菌称溶源性细菌。四、转导 转导：指以噬菌体为媒介，将细菌的基因或小片段染色体从一个细菌转移到另一细菌的过程。1、普通性转导 普通性转导：噬菌体可以转移细菌染色体的不同部分。第39页，共42页，编辑于2022年，星期二普通性转导普通性转导第40页，共42页，编辑于2022年，星期二 2、特异性转导 特异性转导：噬菌体DNA在细菌主染色体特定位点上的插入和切除，将供体细菌特定位点旁的基因导入受体细菌的过程。第41页，共42页，编辑于2022年，星期二第42页，共42页，编辑于2022年，星期二