遗传学第10章细菌和病毒的遗传PT.ppt

第十章第十章 细菌和病毒的遗传细菌和病毒的遗传遗传学的发展与研究材料密切相关：遗传学的发展与研究材料密切相关： 性状遗传性状遗传 植物（豌豆）植物（豌豆） 细胞遗传细胞遗传 果蝇果蝇 分子遗传分子遗传 细菌和病毒细菌和病毒 遗传学从细胞水平发展到分子水平的另一遗传学从细胞水平发展到分子水平的另一个重要原因是对个重要原因是对基因的化学和物理结构基因的化学和物理结构的的深入了解深入了解细菌和蓝绿藻细菌和蓝绿藻： 一个一个线条状线条状或或环状环状染色体染色体( (单倍体结构单倍体结构) )；； 无典型的有丝分裂和减数分裂；无典型的有丝分裂和减数分裂； 染色体传递和重组方式与真核生物不同染色体传递和重组方式与真核生物不同病毒病毒： 比细菌更简单；比细菌更简单； 在寄主细胞内以集团形式产生；在寄主细胞内以集团形式产生； 属于只有一条染色体的单倍体属于只有一条染色体的单倍体E. coliT4 Phage第一节第一节 细菌和病毒遗传细菌和病毒遗传　　研究的意义　　研究的意义1.1.大小：大小：细胞较小、长约细胞较小、长约1.2u1.2um m 、宽约、宽约0.5u0.5um m；；2.2.结构：结构：鞭毛、细胞壁、质膜、间体、核质体、核糖体鞭毛、细胞壁、质膜、间体、核质体、核糖体3.3.遗传物质：遗传物质：单个主染色体、一个或多个小染色体（质粒）单个主染色体、一个或多个小染色体（质粒）一、细菌：一、细菌：细菌的繁殖非常快细菌的繁殖非常快在适宜的条件下，每在适宜的条件下，每2020分钟繁殖一代分钟繁殖一代一个细胞繁殖一个细胞繁殖n n代，就有代，就有2 2n-1n-1+1+1个细胞。

个细胞一昼夜一昼夜2424小时，小时，7272代，代，2 27171+1+1＝＝2.36×102.36×102121细菌遗传研究的方法细菌遗传研究的方法： 基本培养基（基本培养基（minimal mediumminimal medium）） 完全培养基（完全培养基（complete mediumcomplete medium）） 细菌的表现型：细菌的表现型：菌落形态菌落形态 颜色、大小、边缘状态等颜色、大小、边缘状态等营养需求营养需求 野生型（野生型（prototrophprototroph）） 营养缺陷型（营养缺陷型（auxotrophauxotroph））对药物、噬菌体和其他因素的反应对药物、噬菌体和其他因素的反应 青霉素（青霉素（penicillinpenicillin）：）：penpens s penpenr r•①①细菌细菌DNA–一个很长的共价闭合环状双链分子（dsDNA），通常以超螺线体的形式存在于细菌体内–DNA分子无组蛋白与之结合，仅与一些碱性蛋白结合②②质粒质粒–细菌体内含有的一种染色体外小型环状DNA–携带着决定细菌某些遗传特性的基因，如抗药、产毒、致病、形成芽胞、产生色素或抗生素等的基因。

–能独立于染色体存在和复制，还能在细胞间传递•③③附加体附加体–有些质粒能整合到细菌染色体中，在染色体的控制下随染色体一起复制，这类质粒称为附加体（episome） E.ColiE.Coli 的拟核的拟核4.4.涂布和繁殖：涂布和繁殖：每个细胞在较短时间内每个细胞在较短时间内( (如一夜如一夜) )能裂殖到能裂殖到10107 7个子细胞个子细胞  成为肉眼可见的菌落或克隆成为肉眼可见的菌落或克隆(Clone)(Clone)细菌的平板培养细菌的平板培养细菌的稀释培养及菌落细菌的稀释培养及菌落5.　　生理特性突变生理特性突变：：①①. .营养缺陷型：营养缺陷型： 丧失合成某种营养物质能力，不能在基本培养基上生长；丧失合成某种营养物质能力，不能在基本培养基上生长； 原养型：原养型：野生菌株则可在基本培养基上生长野生菌株则可在基本培养基上生长 ②②. 抗性突变型：抗性突变型：　　如抗药性或抗感染性如抗药性或抗感染性　　例如：青霉素（　　例如：青霉素（penr）抗性突变）抗性突变的菌落培养基中培养基中加有加有青霉素青霉素测定突变的方法测定突变的方法────影印法：影印法：　　黎德伯格等（黎德伯格等（Lederberg J.和和Lederberg E. M., 1952））设计。

设计Lederberg J., 1958 Nobel奖获得者，奖获得者，发现细菌转导和接合发现细菌转导和接合无链霉素吸附细菌丝绒印在母板上再印在选择培养基上链霉素筛选出抗链霉素的菌系从模板中挑出抗性和敏感菌系影印培养法影印培养法病毒分类：病毒分类： 寄主：寄主：动物、植物、细菌等；动物、植物、细菌等； 遗传物质：遗传物质：DNA 或或 RNA二、病毒：二、病毒：　　病毒病毒  蛋白质外壳蛋白质外壳  核酸烟草花叶病毒　　腺病毒　　　　烟草花叶病毒　　腺病毒　　　　T4 噬菌体　　　爱滋病病毒噬菌体　　　爱滋病病毒　　RNA　　　　　　　　　　 DNA　　　　　　　　　　DAN　　　　　　　　　　　　RNA噬菌体噬菌体 bacteriophagebacteriophage，，phagephage细菌病毒细菌病毒是研究得比较清楚的病毒是研究得比较清楚的病毒噬菌体侵染细菌后在均匀生长的细菌培养噬菌体侵染细菌后在均匀生长的细菌培养板上形成噬菌斑（板上形成噬菌斑（plaqueplaque）根据噬菌斑的形态和生长特点可以鉴别不根据噬菌斑的形态和生长特点可以鉴别不同的噬菌体。

同的噬菌体噬菌体的分类噬菌体的分类按其在宿主细胞中的生活方式分为：按其在宿主细胞中的生活方式分为：温和噬菌体温和噬菌体烈性噬菌体烈性噬菌体        病毒中病毒中没有没有合成蛋白质外壳所必须的合成蛋白质外壳所必须的核糖体核糖体所以，病毒必须感染活细胞，改变和利用活细胞的代谢合成机病毒必须感染活细胞，改变和利用活细胞的代谢合成机器，才能合成新的病毒后代器，才能合成新的病毒后代       感染细菌的病毒又叫感染细菌的病毒又叫噬菌体噬菌体(bacteriophage), 是是目前了解比较清楚的病毒目前了解比较清楚的病毒 常见几个主要噬菌体的特性质见表常见几个主要噬菌体的特性质见表噬菌体噬菌体对于分子生物学研究具有重要意义对于分子生物学研究具有重要意义1 1．世代周期短：．世代周期短： 大肠杆菌大肠杆菌( (E. ColiE. Coli)20)20分钟可繁殖一代分钟可繁殖一代2 2．便于管理和生化分析：．便于管理和生化分析： 个体小，一般在个体小，一般在1u1u至几至几u u之间之间，，因一支试管可以储存数因一支试管可以储存数以百万计的细菌和病毒，以百万计的细菌和病毒，操作管理方便。

操作管理方便三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性：三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性：3 3．便于研究基因突变：．便于研究基因突变： 裸露的裸露的DNADNA分子分子( (有的病毒为有的病毒为RNARNA分子分子) )，易受环境条，易受环境条件的影响而发生突变；单倍体生物，不存在显性掩盖隐件的影响而发生突变；单倍体生物，不存在显性掩盖隐性问题，突变均能表现出来性问题，突变均能表现出来Small summary4 4．便于研究基因的作用：．便于研究基因的作用： 影印培养影印培养，，易检出营养缺陷型突变，有利于从生化易检出营养缺陷型突变，有利于从生化角度来研究基因的作用角度来研究基因的作用5 5．便于基因重组研究：．便于基因重组研究： 细菌具有细菌具有转化转化、、转导转导和和接合作用接合作用，利用这些特性可，利用这些特性可以进行精密的以进行精密的遗传学分析遗传学分析6. 6. 便于研究基因结构、功能及调控机制：便于研究基因结构、功能及调控机制： 细菌和病毒的细菌和病毒的遗传物质简单遗传物质简单，，基因定位、结构分基因定位、结构分析及其分离易于进行，基因的表达调控也适于用生理析及其分离易于进行，基因的表达调控也适于用生理生化的方法进行深入的研究。

生化的方法进行深入的研究7. 7. 便于进行遗传操作：便于进行遗传操作： 染色体结构简单染色体结构简单，，没有组蛋白和其它蛋白的结合，更没有组蛋白和其它蛋白的结合，更宜于进行遗传工程的操作宜于进行遗传工程的操作Small summary第二节第二节 噬菌体的遗传分析噬菌体的遗传分析T T4 4 phage phage的结构模式的结构模式1. 结构简单：结构简单：　蛋白质外壳、核酸、某些碳水化合物、脂肪等蛋白质外壳、核酸、某些碳水化合物、脂肪等2. 多样性的原因：多样性的原因：外壳的蛋白质种类、染色体类型和结构外壳的蛋白质种类、染色体类型和结构一、噬菌体的结构：一、噬菌体的结构：3. 两大类：两大类：　　①① 烈性噬菌体：烈性噬菌体：能引起寄主细胞裂解的噬菌体能引起寄主细胞裂解的噬菌体                              例如：例如： T噬菌体系列（噬菌体系列（T1~T7）；）；②② 温和性噬菌体温和性噬菌体:侵入寄主细胞后，不使寄主细胞裂解的噬菌体侵入寄主细胞后，不使寄主细胞裂解的噬菌体                               例如：例如： P1和和λ噬菌体。

噬菌体据噬菌体DNA在宿主细菌内的特点 )：㈠、烈性噬菌体：㈠、烈性噬菌体： 1.　　结构大同小异，外貌一般呈蝌蚪状：结构大同小异，外貌一般呈蝌蚪状：　　　　　　　　　头部　　　　　　　　　头部：双链：双链DNA分子的染色体；分子的染色体；　　　　T偶列噬菌体偶列噬菌体　　　　颈部颈部：中空的针状结构及外鞘；：中空的针状结构及外鞘；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　尾部尾部：由基板、尾针和尾丝组成由基板、尾针和尾丝组成 尾丝固定大肠杆菌，遗传物质注入尾丝固定大肠杆菌，遗传物质注入  破坏寄主破坏寄主细胞细胞原有的遗传物质原有的遗传物质  合成大量的噬菌体遗传物质和蛋白质合成大量的噬菌体遗传物质和蛋白质  组装成许多新的子噬菌体组装成许多新的子噬菌体  溶菌酶裂解细菌溶菌酶裂解细菌  释释放出数百个噬菌体放出数百个噬菌体2.　　T偶列噬菌体的侵染过程（如偶列噬菌体的侵染过程（如T4噬菌体）：噬菌体）：㈡、温和性噬菌体：㈡、温和性噬菌体：例如例如λ和和P1噬菌体，噬菌体，λ和和P1各代表各代表　　一种略有不同的溶源性类型。

　　一种略有不同的溶源性类型λλ噬菌体结构噬菌体结构 ※※整合有噬菌体基因组的宿主细胞叫做整合有噬菌体基因组的宿主细胞叫做溶源菌溶源菌，，　　　　 而被整合的噬菌体基因组叫做而被整合的噬菌体基因组叫做原噬菌体原噬菌体　　　　①①.λ噬菌体：噬菌体：噬菌体侵入后，细菌不裂解噬菌体侵入后，细菌不裂解  附在附在E.coli染色体上的染色体上的gal和和bio位点间的位点间的attλ座位上座位上  整合整合到细菌染色到细菌染色体，并能阻止其它体，并能阻止其它λ噬菌体的超数感染噬菌体的超数感染λλ噬噬菌菌体体特特定定位位点点的的整整合合 1.1.溶源性噬菌体的生活周期：溶源性噬菌体的生活周期：λ噬菌体染色体噬菌体染色体大肠杆菌染色体大肠杆菌染色体附着位点附着位点整合酶整合酶②②.P.P1 1噬菌体：噬菌体： 不整合到细菌不整合到细菌的染色体上，而是的染色体上，而是独立独立存在于细胞质存在于细胞质内 ※※仅少数基因活动，表达出阻碍物，关闭其它基因仅少数基因活动，表达出阻碍物，关闭其它基因　　原噬菌体经　　原噬菌体经诱导诱导可转变为可转变为烈性噬菌体烈性噬菌体　　　　裂解途径。

裂解途径 溶原性细菌（溶原性细菌（lysogeniclysogenic bacterium bacterium）） u 被溶原性噬菌体感染了的细菌被溶原性噬菌体感染了的细菌u 整合在寄主染色体中的噬菌体整合在寄主染色体中的噬菌体DNADNA称为原称为原噬菌体（噬菌体（prophageprophage）Small summary溶源周期溶源周期→裂解周期：裂解周期：u 原噬菌体通过诱导（原噬菌体通过诱导（inductioninduction）可转变）可转变为烈性噬菌体，进入裂解周期为烈性噬菌体，进入裂解周期u 诱导方式：诱导方式：UVUV、温度改变、与非溶原性细、温度改变、与非溶原性细菌接合等菌接合等u 诱导使阻遏物失活，噬菌体的基因表达，诱导使阻遏物失活，噬菌体的基因表达，进入裂解周期进入裂解周期 Small summary　　P1和和λ噬菌体的特性：噬菌体的特性：①．P1和和λ各代表不同的溶源性类型：各代表不同的溶源性类型：　　P1噬菌体：噬菌体：侵入后并不整合到细菌的染色体上，独立存在侵入后并不整合到细菌的染色体上，独立存在　　　　　　　于细胞质内；　　　　　　　于细胞质内；　　　　λ噬菌体：噬菌体：通过交换整合到细菌染色体上。

通过交换整合到细菌染色体上②②．．溶源性细菌分裂溶源性细菌分裂  两个子细胞：两个子细胞：　　　　P1噬菌体复制则使每个子细胞中至少含有一个拷贝；噬菌体复制则使每个子细胞中至少含有一个拷贝；　　　　λ噬菌体随细胞染色体复制而复制，细胞中有一个拷贝噬菌体随细胞染色体复制而复制，细胞中有一个拷贝③③．．共同特点：共同特点：核酸既不大量复制，也不大量转录和翻译核酸既不大量复制，也不大量转录和翻译Small summaryu 真核生物有性生殖的本质：真核生物有性生殖的本质：遗传物质的交流与重组遗传物质的交流与重组u 细菌和病毒不能进行有性生殖细菌和病毒不能进行有性生殖u 细菌和病毒的遗传物质也可以传递细菌和病毒的遗传物质也可以传递u 这种遗传物质的传递，被称之为这种遗传物质的传递，被称之为拟有性过程拟有性过程u 拟有性过程拟有性过程指的是细菌或病毒获取外源遗传物质的指的是细菌或病毒获取外源遗传物质的方式 Small summary细菌和病毒在遗传研究中的优越性细菌和病毒在遗传研究中的优越性 ①①世代周期短世代周期短②②易于管理和进行生物化学分析易于管理和进行生物化学分析③③遗传物质比较简单遗传物质比较简单④④是单倍体，便于研究基因的突变是单倍体，便于研究基因的突变⑤⑤便于遗传操作便于遗传操作⑥⑥可用作研究高等生物的简单模型。

可用作研究高等生物的简单模型Small summary细菌和病毒的拟有性过程细菌和病毒的拟有性过程u 真核生物有性生殖的本质：真核生物有性生殖的本质：遗传物质的交流与重组遗传物质的交流与重组u 细菌和病毒不能进行有性生殖细菌和病毒不能进行有性生殖u 细菌和病毒的遗传物质也可以传递细菌和病毒的遗传物质也可以传递u 这种遗传物质的传递，被称之为这种遗传物质的传递，被称之为拟有性过程拟有性过程u 拟有性过程拟有性过程指的是细菌或病毒获取外源遗传物质的指的是细菌或病毒获取外源遗传物质的方式 拟有性过程：拟有性过程：u 当不同的病毒颗粒同时感染一个细菌时，他们在当不同的病毒颗粒同时感染一个细菌时，他们在细菌体内可以交换遗传物质，形成重组体细菌体内可以交换遗传物质，形成重组体u 细菌获取外源遗传物质有细菌获取外源遗传物质有4 4种方式：种方式： 转化（转化（transformationtransformation）） 接合（接合（conjugationconjugation）） 性导（性导（sexductionsexduction）） 转导（转导（transductiontransduction））第三节第三节 细菌的遗传分析细菌的遗传分析u 细菌获取外源遗传物质有细菌获取外源遗传物质有4 4种方式：种方式： 转化（转化（transformationtransformation）） 接合（接合（conjugationconjugation）） 性导（性导（sexductionsexduction）） 转导（转导（transductiontransduction））一、转化（一、转化（transformationtransformation）：）：概概念念：：指指某某些些细细菌菌能能通通过过其其细细胞胞膜膜摄摄取取周周围围供供体体的的染染色色体体片片段段，，将将此此外外源源DNADNA片片段段通通过过重重组组加加入入自自己己染染色色体体组组的过程。

的过程19281928年，格里费斯年，格里费斯(Griffith F.)(Griffith F.)在肺炎双球菌中发现在肺炎双球菌中发现转化现象转化现象19441944年，阿委瑞年，阿委瑞(Avery O. T.)(Avery O. T.)成功地进行了肺炎双球菌成功地进行了肺炎双球菌转化试验；证实遗传物质是转化试验；证实遗传物质是DNADNA；转化是细菌交换基因的；转化是细菌交换基因的方法之一方法之一转化示意图转化示意图转化的两个例子：转化的两个例子：①①.　　用两个带有不同抗性的肺炎双球菌群体混合用两个带有不同抗性的肺炎双球菌群体混合　　　　可以可以　　　　发现带有双抗性的细菌发现带有双抗性的细菌　　　　细菌裂解　　　细菌裂解　　　DNA残留　　　其它细菌摄取转化残留　　　其它细菌摄取转化②②.　　枯草杆菌活细胞表面能分泌枯草杆菌活细胞表面能分泌DNA，可被其它细胞摄取可被其它细胞摄取       细菌中的大部分的转化工作是用下面细菌中的大部分的转化工作是用下面三种细菌完三种细菌完成成的：的：肺炎双球菌，枯草杆菌和流感嗜血杆菌肺炎双球菌，枯草杆菌和流感嗜血杆菌转化主要分为二个步骤进行转化主要分为二个步骤进行: :( (一一) )供体供体DNADNA与受体细胞间的接触与互作与受体细胞间的接触与互作 肺炎双球菌转化：肺炎双球菌转化：DNADNA片断至少有片断至少有800800个碱基对；个碱基对；枯草杆菌的转化：枯草杆菌的转化：DNADNA片断至少有片断至少有1600016000个碱基对。

个碱基对 转化的第一步是使转化转化的第一步是使转化DNADNA与受体细菌间的成功地与受体细菌间的成功地相互作用，这包括：相互作用，这包括：转化片段的大小、形态、浓度和转化片段的大小、形态、浓度和受体细胞的生理状态受体细胞的生理状态 ①①. .转化片断的大小：转化片断的大小：②②. .供体供体DNADNA分子存在的数目：分子存在的数目：对特定基因来说，供体对特定基因来说，供体DNADNA分子数目与成功转化有关分子数目与成功转化有关链霉素抗性基因转化：链霉素抗性基因转化：在每个细胞含有在每个细胞含有1010个个DNADNA分子分子之前，之前，抗性转化体数目一直与抗性转化体数目一直与DNADNA分子存在数目成正比分子存在数目成正比原因：原因：在细菌的细胞壁或细胞膜上有固定数量的在细菌的细胞壁或细胞膜上有固定数量的DNADNA接受接受座位座位，，故一般细菌摄取的故一般细菌摄取的DNADNA分子数分子数小于小于1010个③③．受体的生理状态：．受体的生理状态：受体细胞受体细胞必须在生理上必须在生理上处于感受态处于感受态 这种感受态只能发生在细菌生长周期的这种感受态只能发生在细菌生长周期的某一时间某一时间范围内范围内，在感受态内，活跃合成的蛋白质的细菌细胞，在感受态内，活跃合成的蛋白质的细菌细胞壁多少发生改变而壁多少发生改变而易于接受转化易于接受转化DNADNA。

㈡、㈡、转化转化DNA的摄取和整合过程：的摄取和整合过程：　　①①.　　结合与穿入：结合与穿入： 　　DNA分子分子结合结合在接受座位上在接受座位上(可逆可逆)，，可被可被DNA酶降解；接受座位饱和性酶降解；接受座位饱和性　　　　DNA摄取摄取(不可逆不可逆)，不受，不受DNA酶破坏　　　　穿入穿入时，由外切酶或时，由外切酶或DNA移位酶降解移位酶降解其中一条链其中一条链　②②.　联会：　联会：　　按各个位点与其相应的受体按各个位点与其相应的受体DNA片段片段联会亲缘关系越远，联会越小、转化的联会亲缘关系越远，联会越小、转化的可能性越小可能性越小感受态受体细胞感受态受体细胞受体细胞染色体片段受体细胞染色体片段DNA转移酶转移酶 转化体转化体转化体染色体转化体染色体的重组体片段的重组体片段整合的供整合的供体体DNA单单链与部分链与部分互补受体互补受体单链配对单链配对③③．整合．整合(重组重组)：：　　是指单链的转化是指单链的转化DNA与与受体受体DNA对应位点的对应位点的置换置换稳定地进入到受体稳定地进入到受体DNA　　对同源　　对同源DNA具有特异性具有特异性异源异源DNA，视亲缘关系远近，视亲缘关系远近也可发生不同频率整合。

也可发生不同频率整合黎德伯格等用枯草杆菌进行转化和重组试验：黎德伯格等用枯草杆菌进行转化和重组试验：　　DNA 片段进入受体细胞后，可与受体染色体发生重组片段进入受体细胞后，可与受体染色体发生重组紧密连锁的两个基因有较多的机会在同一个紧密连锁的两个基因有较多的机会在同一个DNA片段中片段中同时整合到受体染色体中同时整合到受体染色体中　　三者并发转化的频率高　　三者并发转化的频率高，故这，故这3个基因是连锁的，个基因是连锁的，其中其中his2和和tyr1连锁最为紧密：连锁最为紧密：trp2his2tyr1341340　　　单交换时，染色体开环易降解，故不存在单交换类型；　单交换时，染色体开环易降解，故不存在单交换类型；只有双交换和偶数的多交换才有效只有双交换和偶数的多交换才有效二、接合（二、接合（conjugation）：）：1.　　概念：是指原核生物的遗传物质从概念：是指原核生物的遗传物质从供体供体（（donor）转移）转移　　　　到　　　　到受体受体（（receptor）内的过程内的过程　特点：需通过　特点：需通过细胞的直接接触细胞的直接接触  B菌株：菌株：Met+ bio+ thr- leu-，，需加需加苏氨酸苏氨酸和和亮氨酸亮氨酸。

不同营养缺陷型的大肠杆菌：不同营养缺陷型的大肠杆菌： A菌株：菌株：Met- bio- thr+ leu+，，需加需加甲硫氨酸甲硫氨酸和和生物素生物素2 2．实例：黎德伯格和塔特姆（．实例：黎德伯格和塔特姆（19461946年）：年）：A A菌株和菌株和B B菌株营养缺陷型，不能在基本培养上生长菌株营养缺陷型，不能在基本培养上生长A A+ +B B菌株混合培养菌株混合培养，在完全培养基上，几小时后离心，涂，在完全培养基上，几小时后离心，涂布基本培养布基本培养, ,长出原养型长出原养型(Met+ bio+ thr+ leu+)菌落菌落这种原养型细胞如何出现？这种原养型细胞如何出现？A菌株B菌株 　　A、、B菌株分别培养在基本菌株分别培养在基本　培养基上　培养基上  一边加压和一边加压和　吸引使培养液充分混合　吸引使培养液充分混合 　结果任何一臂的培养基上　结果任何一臂的培养基上　均未长出原养型细菌　均未长出原养型细菌∴∴直接接触直接接触(接合接合)是原养型是原养型　细胞出现的必要条件　细胞出现的必要条件　海斯　海斯（（Hayes W.,1952）证明）证明：：　　　接合过程是一种　　　接合过程是一种单向单向　　转移，转移，A菌株遗传物质菌株遗传物质  　　B菌株，从供体（菌株，从供体（donor）到受体（）到受体（receptor）。

滤片大分子可通过，细菌不能通过U型管的实验型管的实验（Davis，1950）u A A菌株之所以能成为供体，是因为它含有一个性菌株之所以能成为供体，是因为它含有一个性因子（因子（sex factorsex factor），又称），又称致育因子致育因子（（fertility fertility factorfactor），简称），简称 F F因子F因子及其在杂交中的行为•①致育因子致育因子–细菌染色体外的一个决定细菌性别的共价环状DNA分子，称为致育因子 (fertility factor)，又称为F因子或F质粒•②供体菌供体菌（雄性菌）–含有F因子的细菌，F因子游离于宿主染色体外，记为F+•③受体菌受体菌（雌性菌）–不含有F因子的细菌，记为F－•④Hfr菌株菌株（高频重组菌株）–指F因子整合到宿主染色体中的菌株，其重组频率比F+高1000多倍⑴⑴．．F 因子：因子：致育因子（性因子），是一种附加体致育因子（性因子），是一种附加体　　携带携带F因子的菌株称为供体菌或雄性，用因子的菌株称为供体菌或雄性，用F＋＋表示　　未携带　　未携带F因子的菌株为受体菌或雌性，用因子的菌株为受体菌或雌性，用F－－表示。

表示㈠、㈠、F因子及因子及F＋＋向向F－－的转移：的转移：⑵⑵．．F 因子的组成：因子的组成：　　染色体外遗传物质，环状染色体外遗传物质，环状DNA；；40~60个蛋白质基因；个蛋白质基因；　　　　2~4个个/细胞细胞(雄性内雄性内)⑶⑶．．F 因子的三种状态：因子的三种状态：（以大肠杆菌为例）（以大肠杆菌为例）　　①①．没有．没有F因子，即因子，即F－－；；　　②②．一个自主状态．一个自主状态F因子，即因子，即F＋＋；；　　③③．一个整合到自己染色体内的．一个整合到自己染色体内的F因子，即因子，即Hfr，高频重组细胞高频重组细胞⑷⑷．自主状态时．自主状态时　　F 因子独立进行分裂因子独立进行分裂 ⑸⑸．．F 因子的传递：因子的传递：　　带带F 因子的细菌较少因子的细菌较少具有具有F 因子的菌株可以作为供体因子的菌株可以作为供体　　∵∵ F 因子中有形成因子中有形成F性伞毛（性伞毛（F pilus）的基因）的基因接合管接合管　　 F＋＋ 细胞细胞中的中的F 因子由接合管向因子由接合管向F－－传递传递　　 F－－受体变成受体变成F＋＋　　F＋＋×F－－：：先形成接合管，先形成接合管，  F因子的因子的DNA边转移边复制，边转移边复制，  F－－细胞细胞  F＋＋细胞。

细胞F F因子整合到细菌染色体上因子整合到细菌染色体上(F(F＋＋  HfrHfr细胞细胞) )，，其繁殖与细其繁殖与细菌染色体同步进行菌染色体同步进行此时，此时，染色体上整合有染色体上整合有F F因子的菌株，称为因子的菌株，称为HfrHfr菌株菌株㈡㈡、、HfrHfr细胞的形成及染色体的转移细胞的形成及染色体的转移：：在在Hfr × F－－结合时结合时整整合的合的F因子的复制机器首因子的复制机器首先活跃起来，在它的一先活跃起来，在它的一条链中形成切口条链中形成切口细菌细菌染色体由一小段单链的染色体由一小段单链的F F因子为前导而转移到因子为前导而转移到F F- -受体受体  边进入边合成边进入边合成一般情况下仅小部分细一般情况下仅小部分细菌染色体能够转入，接菌染色体能够转入，接合中断合中断  受体细胞仍受体细胞仍为为F F－－，，F F因子仍因子仍留在供体留在供体内当当F因子复制完成后，因子复制完成后，F- 变成变成F+              降解单交换单交换双交换双交换受体内受体内基因子基因子供体外基因子供体外基因子部分二倍体：部分二倍体：　　　　当当F＋＋或或Hfr的细菌的细菌染色体进入染色体进入F－－后，在后，在一个短时期内，一个短时期内，F－－细细胞内的胞内的某些位点就会某些位点就会成为二倍体成为二倍体DNA。

cb+a+c+ba部分二倍体中发生交换部分二倍体中发生交换:　单数交换单数交换：打开环状染色体，产生一个线性染色体，这种：打开环状染色体，产生一个线性染色体，这种　　　　　　　　　　　　　　细胞是不能成活的细胞是不能成活的　　偶数交换偶数交换：产生可遗传的重组体和片段产生可遗传的重组体和片段三、性导三、性导（（sexduction））: :　　　　性导：性导：指接合时由指接合时由F'　　因子因子所携带的外源所携带的外源DNA整合到细菌整合到细菌染色体的过程染色体的过程　　　　F 因子整合过程因子整合过程：：　　可逆：发生环出时，　　可逆：发生环出时，F因子因子又可重新离开染色体又可重新离开染色体整整合合环环出出特异重组特异重组位点位点F因子重组因子重组Adelberg和Burns(1959)：：　　F 因子偶尔在环出时因子偶尔在环出时不够准确，会携带出不够准确，会携带出染色体上的一些基因，染色体上的一些基因，这种因子称为这种因子称为F'　　因子因子 　　F'　　因子因子携带染色体携带染色体的节段大小：从一个的节段大小：从一个标准基因到半个细菌标准基因到半个细菌染色体　　　　F’因子使细菌带有某些因子使细菌带有某些突出的特点：突出的特点：⑴⑴．．F'　　因子转移基因频率极因子转移基因频率极高，如同高，如同F+因子转移频率；因子转移频率；⑵⑵．．F'　　因子自然整合率极高，因子自然整合率极高，并且整合在并且整合在一定的座位一定的座位上。

上∵∵　　携带与细菌染色体一样携带与细菌染色体一样的同源区段；而正常的同源区段；而正常 F因子因子可在可在不同座位不同座位整合（随机插入）整合（随机插入）整合的整合的F因子能离开因子能离开宿主染色体并携带宿主染色体并携带宿主基因宿主基因雅各布和阿代尔伯格发现：雅各布和阿代尔伯格发现：　　特殊的特殊的Hfr菌株能把菌株能把lac+ 等位基因等位基因高频率高频率地转移到地转移到F lac-受体中∵∵由由F'　　携带携带lac+ 基因进入受体后可在基因进入受体后可在lac位点上形成部分位点上形成部分　　　二倍体　　　二倍体F'　　lac+ / lac-性导在大肠杆菌遗传研究中的作用：性导在大肠杆菌遗传研究中的作用：①①．分离出大量．分离出大量F F'　　因子（每个因子（每个F F'　　因子携带有不同大肠因子携带有不同大肠　　杆菌基因）　　杆菌基因）　　利用不同基因在一起的并发性导的利用不同基因在一起的并发性导的　　频率来作图；　　频率来作图；②②．通过性导产生部分二倍体．通过性导产生部分二倍体　　　　确定等位基因位置间的确定等位基因位置间的　　显隐性关系；　　显隐性关系；③③. . 性导形成的部分二倍体可用作互补测验性导形成的部分二倍体可用作互补测验确定两个确定两个　　突变类型是否属于同一个基因。

　　突变类型是否属于同一个基因相关概念：相关概念：u Fu F＋ u F－u Hfr：High frequency recombinationu F′F′F′因子的形成因子的形成接合过程示意图接合过程示意图HfrHfr菌株的形成及其基因转移菌株的形成及其基因转移　　1.　　概念：概念：指以指以噬菌体为媒介噬菌体为媒介进行的细菌遗传物质重组，进行的细菌遗传物质重组，　　　　　是细菌遗传物质传递和交换方式之一　　　　　是细菌遗传物质传递和交换方式之一　　2.　　特点：特点：　　　　　　　　以噬菌体为媒介以噬菌体为媒介  细菌的一段染色体被细菌的一段染色体被错误地错误地　　包装　　包装在噬菌体的蛋白质外壳内在噬菌体的蛋白质外壳内 　　通过感染　　通过感染转移转移到另一个受体细胞内到另一个受体细胞内　　∵∵ 感染细菌的能力决定于噬菌体的感染细菌的能力决定于噬菌体的　　　　　　　　蛋白质外壳蛋白质外壳四、转导（四、转导（transduction）：）：3.3.例如：例如：黎德伯格与津德（黎德伯格与津德（19511951）发现鼠伤寒沙门氏菌中转导现象发现鼠伤寒沙门氏菌中转导现象。

⑴⑴. . 将两个沙门氏菌的营养缺陷型进行杂交：将两个沙门氏菌的营养缺陷型进行杂交：phephe- - try try- - tyrtyr- - met met+ + his his+ + × phephe+ + try try+ + tyrtyr+ + met met- - his his- -↓混合培养混合培养在基本培养基在基本培养基发现原养型的菌落发现原养型的菌落频率为频率为1/105不能合成苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸不能合成苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸 不能合成甲硫氨酸和组氨酸不能合成甲硫氨酸和组氨酸 ⑵⑵. . 产生上述结果的原因产生上述结果的原因: :①①. .是否属于恢复突变是否属于恢复突变? ?高频率的出现不可能是回复突变高频率的出现不可能是回复突变②②. .是否属于接合、性导是否属于接合、性导? ?戴维斯戴维斯U U型管试验型管试验( (防止细胞直接接触防止细胞直接接触) )  结果也获得结果也获得野生型重组体，排除由于接合或性导而产生基因重组野生型重组体，排除由于接合或性导而产生基因重组可能性③③. .是否属于转化是否属于转化? ?结果表现为不受结果表现为不受DNADNA酶的影响酶的影响，排除了由于，排除了由于DNADNA片断通过滤片断通过滤片经转化实现基因重组可能性。

片经转化实现基因重组可能性⑶⑶. . 唯一可能的结论是：唯一可能的结论是：这种重组通过一种过滤性因子实现这种重组通过一种过滤性因子实现这种过滤性因子称为这种过滤性因子称为FAFA，不受，不受DNADNA酶的影响酶的影响FAFA是一种噬菌体，称为是一种噬菌体，称为P P2222转导可分为转导可分为普遍性转导普遍性转导和和特殊性转导特殊性转导两大类自学）两大类自学） ㈠㈠、普遍性转导：、普遍性转导：转导颗粒转导颗粒同源重组同源重组错误包装错误包装(1/1000(1/1000机率机率) )转导颗粒：转导颗粒：把细菌染色体片段把细菌染色体片段包装在包装在噬菌体蛋白质外壳内而产生　　噬菌体蛋白质外壳内而产生　　　　　　　　　　的的假噬菌体假噬菌体（不包含噬菌体的遗传物质）不包含噬菌体的遗传物质）１１. .作用：作用：可转导细菌染色体组的任何部分可转导细菌染色体组的任何部分转导细胞不正常的环出：不正常的环出：　　　　携带出部分携带出部分细菌染色体区段细菌染色体区段的噬菌体，又叫的噬菌体，又叫特殊性转导颗粒特殊性转导颗粒裂解起始：裂解起始：　　　　正常环出正常环出溶源起始：溶源起始：　　　　在染色体的在染色体的特定位点整合。

特定位点整合㈡㈡、特殊性转导：、特殊性转导：由温和噬菌体进行的转导由温和噬菌体进行的转导重组性转导：重组性转导：　再次整合：再次整合：　　导致溶源导致溶源性转导特点：转导仅限于特点：转导仅限于靠近原噬菌体附着点靠近原噬菌体附着点的基因　　　　应用中断杂交技术、应用中断杂交技术、重组作图、转化和转导重组作图、转化和转导相结合相结合细菌非常详细细菌非常详细的染色体连锁图谱的染色体连锁图谱　　　　1963年年，，E.coli已已定位近定位近100个基因个基因(右图右图)；；　　　　1990年，年，定位基因定位基因已超过已超过1400个；个；　　　　1997年完成全部测年完成全部测序序：：4639221对碱基对碱基，，其其功能基因已基本了解功能基因已基本了解2 2．噬菌体的类型；．噬菌体的类型；⑴⑴．烈性噬菌体：．烈性噬菌体：能破坏寄主细胞原有的遗传物质能破坏寄主细胞原有的遗传物质  组组装成许多子噬菌体装成许多子噬菌体  使细菌裂解使细菌裂解  释放出子噬菌体释放出子噬菌体⑵⑵．．温和性噬菌体：温和性噬菌体：特点特点：：①①. .核酸不大量复制、转录和翻译，具有溶源性的生活周期；核酸不大量复制、转录和翻译，具有溶源性的生活周期；②②. .λλ噬菌体能通过交换而整合到细菌染色体上；噬菌体能通过交换而整合到细菌染色体上；③③. .P1P1噬菌体则独立存在于细菌的细胞质内；噬菌体则独立存在于细菌的细胞质内；④④. .通过诱导通过诱导( (如紫外线如紫外线) )可转变为烈性噬菌体。

可转变为烈性噬菌体本章小结本章小结1 1．细菌研究的影印培养法：．细菌研究的影印培养法：⑶⑶. . 噬菌体的基因重组与作图噬菌体的基因重组与作图:(:(不要求不要求) )通过双重感染通过双重感染  两种噬菌体进行杂交两种噬菌体进行杂交 重组的噬菌斑重组的噬菌斑 两基因之间的遗传距离两基因之间的遗传距离3 3．细菌遗传分析中的基因转移：．细菌遗传分析中的基因转移：四种不同的方式：转化、接合、性导和转导四种不同的方式：转化、接合、性导和转导。