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第七章 细菌和病毒的遗传

第七章 细菌和病毒的遗传. 第一节 导论 合适材料的选用 遗传学的发展 一、微生物遗传学 1. 概念 2. 发展 1940 年下列 5 个方面的工作使之成为独立学科 1 ） 1941 年 Beadle 营养缺陷型突变体的发现 2 ） 抗性突变 3 ） 细菌重组的发现： 1947 ， Leaderberg ， J. （ E.coli ） Tatum ， E.L. 4 ） 转化子化学本质的鉴定： 1928 ： Griffith ：肺炎双球菌转化

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第七章 细菌和病毒的遗传

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  1. 第七章 细菌和病毒的遗传 第一节 导论 合适材料的选用遗传学的发展 一、微生物遗传学 1. 概念 2. 发展 1940年下列5个方面的工作使之成为独立学科 1） 1941年Beadle 营养缺陷型突变体的发现 2） 抗性突变 3） 细菌重组的发现：1947，Leaderberg，J. （ E.coli ） Tatum，E.L. 4） 转化子化学本质的鉴定： 1928：Griffith：肺炎双球菌转化 1944：Avery：转化子是DNA 5） 噬菌体遗传学研究的发展。

  2. 二、微生物作为遗传学研究材料的优越性

  3. 第二节 噬菌体的遗传分析 一、噬菌体是一类病毒 病毒（Virus）：超显微、无细胞、活细胞专 性寄生的大分子（微生物） • 特点： • 个体小：通过Davis滤器 • 专性寄生：脱离活体无生命，无代谢 • 无细胞：蛋白质＋DNA（RNA） • 繁殖方式简单

  4. 2.分类： 动物：球形、卵圆形 寄主： 植物：杆状、丝状 细菌：蝌蚪状 双链DNA：λ，T2、4、6 单链DNA：ΦX 类，动物病 毒、噬菌体 单链RNA 双链RNA 遗传物质： 植物病毒、艾滋病毒

  5. 烟草花叶病毒 腺病毒 T4 噬菌体 爱滋病病毒 RNA DNA DNA RNA

  6. 二、噬菌体分类 概念：原指细菌为寄主，后来推广 到真菌的病毒。 • 烈性噬菌体：P2、P4、P6、T系列（T1-T7） 2. 温和性噬菌体： λ和P1

  7. 1. 烈性噬菌体 （1）形态结构（T偶列）

  8. （2）. 繁殖和感染周期（营养繁殖：噬菌体DNA不整合；150 噬菌体/Cell） 吸附 细菌染色体降解 蛋白质外壳包装DNA成 子代噬菌体颗粒 细菌裂解 释放出子代噬菌体颗粒

  9. 2. 温和噬菌体: （1）形态结构

  10. （2）繁殖和感染周期: 细菌裂解 吸附 溶菌周期 UV 诱导 溶源周期 噬菌体 P1噬菌体 （原噬菌体）

  11. 几个相关的概念 • 溶原性：噬菌体外壳蛋白的合成以及溶菌功能受到抑制。 • 溶原性细菌：“携带”原噬菌体的细菌。 • 原噬菌体：溶原性细菌中的噬菌体DNA分子。无外壳；无侵染能力。

  12. λ噬菌体DNA的插入 attλ

  13. 三、噬菌体遗传的研究方法 • 获得突变株：处理营养期细菌或者游离噬菌体 四类突变株： 1）寄主范围突变株（host range mutant） 2）噬菌斑（plaque mutant） 3）温度敏感性： 野生型：37C、43 C均可繁殖 突变型：43ts：仅37 C繁殖 4）溶菌酶：e＋e

  14. 1）寄主范围突变株（host range mutant） • 寄主范围：指噬菌体感染和裂解的菌株范围 。 某种噬菌体只能侵染某一种菌的个别菌系，突变后寄主范围变宽或变窄。 T2： • h+ 噬菌体：只侵染 E.coli B株； • h 突变株： E.coli B & B/2

  15. 2）噬菌斑突变株（plaque mutant） • 噬菌斑形状：噬菌斑的大小、边缘清晰度、透明程度。 例如：T噬菌体 rA r1 r＋ r（rapid lysis） rB r13 （ 噬菌斑小、边缘模糊） （速溶型，噬菌斑大、边缘清晰 ） rC r7 m＋ m 小型（minute） c＋ c 透明（clear） t＋ t 半透明（turbid）

  16. 2、杂交试验－ 双重感染

  17. 二点测验 E.Coli B （1） E.Coli B＋B/2

  18. 基因型 噬菌斑 • h+r+ 半透明、小 • h-r-透明、大 • h+r-半透明、大 • h-r+ 透明、小 • 重组值 • ＝ ×100% 重组型 亲型 1+2 1+2+3+4

  19. rb－rc rb－h h在中间 rc－h

  20. （2）三点测验

  21. 第三节 细菌的遗传分析 一、细菌遗传的研究方法 二、遗传分析 • 转化（Transformation） • 接合（Conjunction） • 性导（Sexduction） • 转导（Transduction）

  22. 一、细菌遗传的研究方法 • 理化诱变： • 生化突变：lac＋ lac－（乳糖） gal＋gal－ （半乳糖） • 抗药性： str＋str－ （链霉素） azi＋azi－ （叠氮化物） 3.抗噬菌体：T2s(+)  T2r(-) tonAs tonAr(T1) 4.营养缺陷型：ade＋ ade－

  23. 试验方法：

  24. 细菌生活条件： • 基本培养基（Basal Medium）： 无机盐：SO42-、NO3- 、Ca2+、Mg2+ 糖 ：葡萄糖、蔗糖 维生素：生物素、Vbs • 完全培养基： BM＋全部营养物质 • 选择培养基： BM＋某一种（营养）物质

  25. 二、遗传分析 • 转化（Transformation） （1）发现： 1928，Griffith：肺炎双球菌转化实验 1944，Avery：转化子－DNA 转化是细菌基因重组的方法之一。 （2）概念： 细菌吸附游离态的双链DNA，将单链DNA分子吸收进入细胞后，不经过复制整合到细菌染色体中，并发生遗传重组。

  26. 转化子数目 （3）转化DNA（转化子）的特点： a. DNA浓度与转化子数目的关系 饱和：50/cell, 原因：在细菌的 细胞壁或细胞膜上有固定 数量的DNA接受座位，故 一般细菌摄取的DNA分子 数小于10个。 b. DNA片段大小： 不能太小： 肺炎双球菌转化：DNA片断至少有800个碱基对； 枯草杆菌的转化：DNA片断至少有16000个碱基对。 c. 双链吸附：单链DNA不被转化 d. 单链进入细菌。 DNA浓度

  27. （4）受体细胞的特点 a. 感受态： DNA合成刚刚停止、蛋白质合成继续活跃，活跃合成的蛋白质可使细菌细胞壁易于接受转化DNA。只有感受态的受体细胞才能摄取并转化外源DNA，而这种感受态也只能发生在细菌生长周期的某一时间范围内。 b. 感受态的本质： 部分原生质化：10/cell 酶受体：

  28. （5）转化过程： ①．双链结合与单链穿入： 双链DNA分子结合在接受座位上。可逆，可被DNA酶降解，接受座位饱和性； 单链DNA摄取，不可逆，不受DNA酶破坏。穿入后，由外切酶或DNA移位酶降解其中一条链。 ②．联会： DNA片段与细菌染色体部分联会。亲缘关系越远，联会越小、转化可能性越小。 ③．整合(重组)：单链的转化DNA与受体DNA对应位点的置换，从而稳定地参入到受体DNA中。

  29. （6）转化成功： 感受态、吸附、整合。 （7）转化与基因重组作图：

  30. 2、接合（Conjugation） （1）概念： ♂♀ （供体 donor） （受体receptor） DNA 接触

  31. （2）发现与证实： a. 发现： J. Leaderberg & E.L. Tatum （1946） （营养缺陷型）

  32. b. 证实 • 转化作用的排除：  A（杀死）＋B 或者 A＋B（杀死）  Davis U型管试验  DNase处理 • 回复突变突变的排除： 单个基因回复突变频率＝10-6 两个基因同时回复突变的频率 ＝10-6×10-6＝10-12< 10-8 B A 可通过：生物大分子、噬菌体 不能通过：细菌

  33. （3）F因子： a. 发现 1952年： W. Hayes 试验证明： 接合过程中，遗传物质单向转移， 供体（donor）－♂ 受体（receptor）－♀ 1953年： Hayes，Leaderberg & Cavalli： ♂有F因子 ♀ 无F因子

  34. b. F因子的遗传结构 质粒：旧称附加体，是指 独立于细菌染色体的 可以独立、整合、环出、丢失 含有少量基因的 双链DNA环状分子 F 因子 ( 致育因子、性因子) ：是一种感染性质粒，由于F因子存在与否决定是否接合，又称为致育因子。 F因子的遗传结构：图7-12 根据F因子存在的方式，E.Coli 可以分为4种菌株

  35. 配对、交换 整合 准确环出 准确环出 F＋ F＋ Hfr 不准确环出 丢失 携带1个基因～半条染色体 F－ F’

  36. c. 接合过程 • F+×F－ F++F+ • Hfr×F－ Hfr+F－ 复制：滚环模式

  37. d.部分二倍体、交换与遗传重组 c b+ a+ c+ b a 单交换I 降解

  38. （4）. E.coli 染色体的遗传作图 • 中断杂交实验法：（Wollman & Jacob，1950） g b c d e f F＋ d h a 1 f e 3 c 2 2 2 1 3 e d 1 a h 3 g b g f c b a h II III I g c f b d e Hfr h e d f a c a g d h e b b g h c f a

  39. b f e a f e g d h c g h I II III 横座标：接合时间（分钟） 纵座标：重组体中Hfr基因的频率。

  40. 根据上图，可以得到直线连锁图；Hfr菌株足够 多，可以获得整个E.coli染色体连锁图。 例子： thi thr pro lac pur gal his gly thi thr pro lac pur O O O O O

  41. HfrAB312 小结（作图步骤）： （1）作直线连锁图，确定基因间距离及其染色体全长（分钟）。 （2）画圆，根据染色体全长标示刻度，按照基因间距离标示基因。 （3）标示 Hfr 起点、终点、菌株号。

  42. Hfr lac+ade+(Strs) × F- lac-ade-(Strr) c.重组作图法： 两基因转移时间间距小于2分钟时，中断杂交法的图距不精确，应采用传统的重组作图法。 例：紧密连锁二基因: lac-(乳糖不发酵) ade-(腺嘌呤缺陷型) 完全培养基混合培养 基本培养基 (无腺嘌呤、加Str) F-ade+ 菌落 加乳糖 F-ade+lac-，则说明基因间发生交换 F-ade+lac+，则说明未发生交换

  43. 基因间重组频率 两个位点间的时间约为1分钟，大约相当于20%的重组值。

  44. 3. 性导（Sexduction） • 概念：接合以F’因子为媒介将供体菌染色体DNA转移到受体细菌，形成部分二倍体的过程。

  45. F’菌株的突出特点： ⑴ F’因子转移基因的比率极高，如同F+因子的转移比率； ⑵ F’因子的自然整合率极高，但是整合不是随机的，需要 经过配对整合到特定的座位上。

  46. 应用： （1）确定基因的显隐性关系（上图）。 （2）绘连锁遗传图： 原理：F+ 不同的Hfr 不同的F’ 距离近的基因容易环 出到同一个F’因子上“并发性导”详尽的连锁图. 方法：同 “并发转导”

  47. 4. 转导（Transduction） （1）概念： • 转导：是指以噬菌体为媒介将供体细菌DNA导 入到受体细菌并发生遗传重组的过程。 1/1000

  48. 转导颗粒： 溶菌噬菌体末期，噬菌体装配过程中，外壳蛋白识别一定长度的DNA分子，形成成熟的子代噬菌体时，把寄主细菌的DNA片段“错误”地组装到外壳蛋白中而形成。由于感染细菌的能力决定于噬菌体外壳蛋白，所以转导颗粒具有和正常噬菌体相同的侵染能力。 转导体： 转导颗粒将供体细菌的染色体片段转移到受体细菌，重组后的受体细菌叫作转导体。

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