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1、根据寄主的不同把病毒分为植物病毒、动物病毒和细菌病毒。细菌病毒又叫噬菌体（bacteriophage），它是目前研究比较清楚的一种病毒。真核生物的基因重组是通过减数分裂实现的，而原核生物的细菌和既不是原核生物又不是真核生物的病毒，它们不进行减数分裂，但也能进行基因重组。第1页/共33页第五章 细菌和病毒的遗传 第一节 细菌和病毒遗传研究的意义第二节 噬菌体的遗传分析第三节 细菌的遗传分析 第2页/共33页第一节 细菌和病毒遗传研究的意义 本节内容简单，容易看懂，请大家自学。第3页/共33页第二节 噬菌体的遗传分析 一、噬菌体的结构与繁殖 二、T2噬菌体的基因重组 第4页/共33页一、噬菌体的结
2、构与繁殖形态：蝌蚪形、微球形、细线形等。结构：E.coliT系列如T1、T2、T3、T4-T7等为蝌蚪形，它们的结构相似。分类：烈性噬菌体（virulentphage），如E.coli的T偶数列噬菌体温和型噬菌体（temperatephage），如、P1和80噬菌体第5页/共33页1、烈性噬菌体的繁殖图75 烈性噬菌体（T4）的繁殖第6页/共33页概念：噬菌斑：把对噬菌体敏感的细菌和噬菌体混合培养在琼脂培养基上，未受侵染的细菌迅速生长，形成菌落（colony），而受侵染的细菌裂解（lysis），再侵染邻近细菌使之再裂解，在长满菌落的不透明培养基上，会出现肉眼可见的透明的斑点，叫噬菌斑。基因型不
3、同的噬菌体，产生的噬菌斑大小和形态不同，寄主范围（hostrange）也可能不同，根据这些性状可以加以区别。第7页/共33页2、温和型噬菌体的繁殖图76 噬菌体的溶源性周期和裂解周期概念：溶源性（lysogeny）周期：原噬菌体（prophage）：溶源性细菌：溶源性细菌对同一种噬菌体的侵染是免疫的。噬菌体感染细菌后，通过交换整合到细菌染色体上，而P1噬菌体并不整合到细菌染色体上，但它们都是溶原性细菌，属温和型噬菌体。温和型噬菌体多数情况下，进行溶源性周期，但在外界因素影响下，也能进入裂解周期第8页/共33页二、T2噬菌体的基因重组赫尔歇（Hershey）对T2噬菌体的基因重组作了研究。研究的
4、性状是噬菌斑的大小和寄主范围（hostrange）。野生型r-小噬菌斑；突变型r-大噬菌斑；野生型h-只能感染E.coli的B品系；突变型h-既能感染B品系，又能感染B2品系。噬菌体杂交：两种不同基因型的噬菌体在同一细菌体内的基因重组。第9页/共33页hr+h+r即同时感染B品系，DNA复制后可能配对，hr之间可能发生交换hr+h+rhr+h+r裂解后接种在同时含有B和B/2系的培养基上hr+h+rhrh+r+透明、小斑半透明、大斑透明、大斑半透明、小斑亲型重组型第10页/共33页重组型噬菌斑数交换值=100总噬菌斑数去掉即为两基因（h、r）之间的遗传距离第11页/共33页第三节 细菌的遗传分
5、析 细菌之间基因重组的方式主要有以下四种：一、转化 二、接合 三、性导 四、转导 第12页/共33页一、转化转化（transformation）：指一种细菌或细胞通过细胞膜吸收外源DNA（供体DNA），并通过重组将外源DNA整合（参入）到自己的基因组中，从而表现出供体（donor）遗传性状的现象。接受供体遗传物质的细胞称为受体（receptor）。只有当整合的DNA片段产生新的表现型时，才能测知转化的发生。第13页/共33页转化现象最初是由格里费斯（Griffith，F.）在1928年研究肺炎双球菌时发现的。肺炎双球菌有两种类型：（1）光滑型（S型）：被一层多糖类的荚膜所保护，有毒性，在培养基
6、上形成光滑的菌落。（2）粗糙型（R型）：没有荚膜，没有毒性，形成粗糙型菌落.第14页/共33页根据血清学反应，分成许多抗原型：S、S、S、R、R.转化试验：无毒的R型有毒的S型R型S型（加热杀死）注入加热（65）杀死再注入混合后注入一个体内老鼠老鼠老鼠不死亡不死亡死亡RR型细菌重现型细菌重现 无无SS型菌重现型菌重现 有少数有少数SS型菌重现型菌重现第15页/共33页第16页/共33页1944年阿委瑞（Avery，O.T.）不仅重复了上述实验，而且将S型菌的DNA提取物与R型混合在一起，在离体培养条件下，使少数R型转化成了S型，并能稳定遗传，因为该提取物不受蛋白酶、多糖酶、核糖核酸酶（RNA酶
7、）的影响，而只能为DNA酶所破坏，所以认为促成转化的物质是DNA。说明R型通过吸收了S型的DNA片段，实现了转化过程。这个转化实验直接证明了遗传物质是DNA，而不是蛋白质，也说明细菌的遗传物质可以通过转化进行重组。第17页/共33页转化的过程：1、供体DNA的结合和穿入（1）供体DNA片段必须是双链，且至少具有一定的长度和一定的浓度（2）受体细胞必须处于感受态（3）受体细胞利用DNA外切酶或移位酶（translocase）降解其中一条链，利用降解产生的能量，将另一条链纵向拉进细胞。第18页/共33页2、联会（synapsis）供体单链DNA与受体DNA根据亲缘关系进行联会，亲缘关系远，联会的可
8、能性就小，转化的成功率就低，反之，则大。3、整合（integration）配对后通过置换作用，使供体DNA片段参入到受体DNA中。第19页/共33页二、接合接合(conjugation)：指原核生物的遗传物质通过细胞接触从供体（雄性）转移到受体（雌性）的过程。（一）接合与转化的区别1946年黎德伯格（Lederberg，J.）和塔特姆（Tatum，E.）用E.coliK12品系做的实验：met：甲硫氨酸缺陷型bio：生物素（biotin）缺陷型thr：苏氨酸（threonine）缺陷型leu：亮氨酸（leucine）缺陷型第20页/共33页 图711 戴维斯的U型管试验为了解释上述原养型形成的
9、原因，1950年戴维斯（Davis,B.）设计了U型管试验（图711）。A菌株和B菌株混合一段时间后，从任何一个臂内取样，分别涂布在基本培养基上，都没有出现原养形细菌。说明细胞接触是上述实验出现原养型的必要条件。所以这是接合而不是转化，二者的区别就在于细胞是否接触。第21页/共33页（二）接合的过程1952年，海斯（Hayes,W.）证明，接合中遗传物质的交流是单方向的：A（雄性，供体）B（雌性，受体）后来研究发现，之所以AB，是因为A中有一个性因子（sexfactor），称F因子，它是DNA，它可以自主存在于细胞质中，也可整合到细菌的染色体组内，这类遗传颗粒叫附加体（episome）。根据F
10、因子在细胞中存在的状态，将细菌（以E.coli为例）分为三类：F+：F因子自主状态存在于细胞质中F：细胞质中无F因子Hfr：F因子整合在细菌的染色体组内第22页/共33页接合有两种情况：部分二倍体（部分合子）内基因子外基因子单交换时，E.coli的染色体被打开，呈链状，细菌死亡，无意义。双交换时，产生遗传的重组体，实现了遗传物质的交换。需要说明的是F很少转为Hfr（与F可转化为F区别），因为Hfr中的DNA在转移的过程中，接合常常中断。第23页/共33页分分 别别 影影 印印 培培 养养 到到 各各 培培 养养 皿皿 中中（三）中断杂交试验和染色体作图在接合过程中，根据F细胞中发现Hfr细胞基
11、因的时间早晚来确定其顺序，从而进行基因定位。原理：把Hfr菌株与F菌株混合培养设Hfr菌株的基因型为：strsa+b+c+d+F菌株的基因型为：strrabcd（strs-链霉素敏感基因，strr-链霉素抗性基因，abcd代表不同的基因，-为原养型或抗性，-为缺陷型或敏感型）含str的完全培养基以杀死Hfr细胞 缺少A物质的 缺少B物质的 缺少C物质的 缺少D物质的 完全培养基 完全培养基 完全培养基 完全培养基HfrF混合培养隔一定时间取样搅拌第24页/共33页1950年 雅 科（Jacob，F.）和 沃 尔 曼（Wollman，E.）的 中 断 杂 交 试 验（interruptedmat
12、ingexperiment）:Hfr的基因型 F的基因型thr-苏氨酸野生型thrleu-亮氨酸野生型leuaziR-抗叠氮化钠aziStonR-抗T1噬菌体tonSlac-能发酵乳糖lacgal-能发酵半乳糖galstrS-对链霉素敏感strR实验发现：混合8分钟后取样，开始出现少量thr的F菌落；混合8.5分钟后取样，开始出现少量leu的F菌落；混合9分钟后取样，开始出现少量抗azi的F菌落；混合11分钟后取样，开始出现少量抗T1噬菌体的F菌落；混合18分钟后取样，开始出现乳糖发酵基因的F菌落；混合25分钟后取样，开始出现半乳糖发酵基因的F菌落；在18分钟之前F均属不发酵型。随着时间的推移
13、，从Hfr得到的某个等位基因重组体的百分率增加，百分率增加到一定程度，就维持在一定的水平，很少出现100，这是因为在人为搅拌之前，有些接合已经中断，这种情况在重组体中就不会出现某个基因。第25页/共33页根据上述实验可知，Hfr菌中的基因是按一定的线性顺序依次进入F的，据开始进入时间的早晚，可作出基因的直线连锁图（图718），以始点为原点（origin）,写作OthrleuazitonlacgalF88.59111825O图718 根据中断杂交试验作出的大肠杆菌直线连锁图（数字单位：min）第26页/共33页注注意意：对于同一种细菌来说，不同的菌株F因子整合到细菌染色体的位置可能不同，这就形成
14、不同的Hfr类型，在接合时，转移的原点和方向可能不同，就会出现多种基因转移顺序（如表76）。Hfr的类型基因转移顺序HfrH123AB312OthrprolacpurgalhisglythiOthrthiglyhisgalpurlacproOprothrthiglyhisgalpurlacOpurlacprothrthiglyhisgalOthithrprolacpurgalhisgly从表76看出，尽管Hfr类型不同，基因转移的起点和顺序不同，但基因的相邻关系并没有改变，说明细菌染色体是环状的，据表76作连锁图（图719），但当两基因的距离小于2分钟时，中断杂交法作出的图距不太准确。表76
15、用中断杂交法确定的几个Hfr菌株的基因顺序第27页/共33页三、性导（sexduction）F因子整合在细菌染色体（形成Hfr）的过程是可逆的，即可以整合上去，也可以通过环出（loopingout）又离开染色体，但偶尔在离开时不够准确，携带了一段细菌染色体，这种F因子称F因子，在接合时，含有F因子的细菌（供体）以高频率地转移它的基因，并且整合在一定的座位上，因为它有与细菌染色体的同源区段（与正常F因子可整合在不同的座位相区别）形成部分二倍体，F因子可能消失，也可能通过交换使等位基因发生重组，产生重组体，实现了遗传物质的交换。第28页/共33页四、转导转导（transduction）：指以噬菌体
16、为媒介，将一个细菌的遗传物质转移给另一个细菌的过程。在转导过程中，细菌的一段染色体被错误地包装在噬菌体的蛋白质外壳内，通过再次感染而转移到另一个受体细菌内，形成的部分二倍体可以发生交换，从而实现遗传物质的重组。有些噬菌体包装细菌染色体的片段是随机的，这叫普遍性转导（generalizedtransduction）（下图），如P1、P22等。第29页/共33页有些噬菌体只包装细菌染色体的某一部分，这种转导叫局限性转导(restrictedtransduction)或特殊性转导（specializedtransduction）。说明：（1）包装在噬菌体内的细菌染色体片段不受DNA酶的破坏，所以用DNA酶可以区分转化和转导。（2）因感染特性是由噬菌体的蛋白质外壳决定的，裂解特性是由噬菌体的DNA决定的。所以，包装有细菌染色体片段的噬菌体可再感染细菌，而因不含噬菌体的遗传物质，所以不会使细菌裂解。第30页/共33页第31页/共33页本 章 重 点v噬菌体的基因重组噬菌体的基因重组v细细菌菌间间基基因因重重组组的的四四种种途途径径，尤尤其其是是利利用用中中断断杂杂交试验作染色体连锁遗传图。交试验作染色体连锁遗传图。作业（作业（P174）：）：6、7、8、10第32页/共33页感谢您的观看！第33页/共33页