2022年细菌及其病毒的遗传作图章节重点参考 .pdf

普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳1 第七章 细菌及其病毒的遗传作图本章重点和难点：重点是 : 噬菌体和细菌遗传分析的原理和方法。难点是 : 噬菌体和细菌染色体作图。7.1 病毒的一般特性及类型（了解）7.1.1 病毒的一般特性7.1.2 病毒的类型7.1.3 噬菌体的生活周期7.2 噬菌体的染色体作图（掌握）7.2.1 噬菌体的表型与噬菌体遗传学7.2.2 基因的细微结构作图7.2.3 互补测验和顺反测验7.2.4 负干扰7.3 细菌的细胞和染色体结构（掌握）7.4 细菌的染色体作图 (掌握) 7.4.1 接合7.4.2 转化7.4.3 性导7.4.4 转导与细菌染色体作图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳2 考点综述：本章要求掌握病毒的一般特性和类型和细菌细胞及染色体结构，以及条件致死突变、合子诱导、噬菌体、原噬菌体、细菌和病毒的拟有性过程、细菌的染色体、细菌的表现型、大肠杆菌的性别、性导、转导等概念。 掌握噬菌体的突变型及基因重组的特点、噬菌体染色体作图的方法、噬菌体的互补测验与与顺反子测定，F 因子与性导，转导与细菌染色体作图。 1 细菌和病毒遗传研究的意义生物的简单分类自然界所有的生物都可以归入真核生物(eukaryote)和原核生物(prokaryote)两大类。细菌和蓝绿藻属于原核生物。构成原核生物的细胞是原核细胞。原核细胞最基本的特征是没有明确的核膜和核结构，也没有线粒体等细胞器，不能进行典型的有丝分裂和减数分裂，只通过简单的裂殖方式增殖。因此，它们的遗传物质传递和重组的方式与真核生物不同病毒是最原始的生物，没有细胞结构，甚至自己不能进行自主分裂，只能在宿主细胞内以集团形式增殖。遗传学研究从经典水平发展到细胞水平，一个重要的条件是Morgan 利用了果蝇这个模式试验材料。从细胞水平发展到分子水平，有两个必不可少的条件： （1）对基因的物理结构和化学结构的了解；（2）以微生物为研究材料。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳3 1 细菌和病毒遗传研究的意义一、细菌（Bacteria）1.细菌细菌是单细胞生物，是地球上最多的一类生物，它占据了地球上大部分的生物干重。细菌的繁殖非常快，在适宜的条件下，每 20 分钟就能繁殖一代，从一个细胞裂殖变成两个细胞。假如以一个细胞为基数， 繁殖一代成为 2 个，繁殖 2 代成为 4 个。繁殖 n 代，就有 2n-1+1 个。一昼夜以24 小时计，可以繁殖72 代，总个数为 271+12.36 1021。细菌的基因组很小，只有一条染色体，研究起来非常方便。细菌群体大，即使突变率很低，也很易得到各种不同的生化突变型。用液体培养基培养细菌，待其繁殖到一定程度，用吸管吸取几滴培养液，滴到固体的琼脂糖培养基上，用一根灭菌的玻璃棒涂布均匀。若涂布的细菌浓度很低， 单个细胞可以分散开来。 由于每个细胞不移动的裂殖增生，经过大约一夜，每个细胞的后代可达107 个，且集合成群，成为肉眼可见的菌落（colony） ，或称为克隆（ clone） 。单个细菌繁殖而成的菌落中， 每个细胞的遗传组成都应该是一样的，但可以发生突变，突变后所形成的菌落也会发生相应的变化。突变有几类：形态性状突变、生理特性突变、抗性突变。菌落形状的突变包括菌落的大小、形状和颜色。 如引起小鼠肺炎的野名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳4 生型肺炎双球菌本来形成大而光滑的菌落，而有一种突变形的菌落小而粗糙。生理特性的突变主要是丧失合成某种营养物质的能力，称为营养缺陷型。如野生型细菌可以自己合成色氨酸，可能突变以后就不能合成了，若不在培养基中添加色氨酸，该菌就会死亡。营养缺陷型可以用不同的选择培养基来检测。抗性突变主要是指抗药性的突变。 在野生型细菌培养基中加入青霉素（ penicillin ） ，可以阻止细胞壁的形成，从而杀死细菌。但有抗penicillin 的菌株，记为 pen r ，对 penicillin 敏感的菌株 (野生型)记为pen s 。2 细菌遗传的实验研究方法（一) 细胞计数 (培养物细胞浓度 ) (二) 建立纯系的方法(三) 选择培养法鉴定突变型与重组型(四) 突变型与重组型的批量筛选方法(一) 细胞计数 (培养物细胞浓度 ) 培养物中微生物计数方法是微生物学的基本实验技术，其基本思路是：对原培养物进行连续稀释；进行平板涂抹培养；由于每个细胞形成一个菌落，计数菌落数；根据稀释倍数计算原培养物中的细胞浓度名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳5 (二) 建立纯系的方法 纯培养挑取由单个细胞繁殖而来的菌落进行培养就可以获得由一个细胞繁殖而来的纯系。通常采用平板表面涂布法或划线法可以获得单菌落。这种方法获得的纯系，称为“ 菌种纯 ” 。有时采用显微操纵器进行菌丝尖端切割等方法从单个细胞直接培养建立纯系。采用这种方法获得的纯系称为“ 菌株纯” 。（三) 选择培养法鉴定突变型与重组型许多细菌的突变都与培养基营养成分及培养条件有关。营养缺陷型的筛选、鉴定：选择培养法是根据菌株在基本培养基和营养培养基上的生长表现将菌株分为原养型 (也称为原生营养型 )与营养缺陷型 (在基本培养基上不能正常生长，只能在相应的营养培养基上生长)。营养突变型的筛选、 鉴定方法与红色面包霉生化突变型的鉴定方法基本一致。许多细菌的突变都与培养基营养成分及培养条件有关。其它突变类型的筛选、鉴定：对于其它的突变类型 (如温度敏感型 )，也可以通过培养条件的选择培养来筛选与鉴定。(四) 突变型与重组型的批量筛选方法选择培养法一次可鉴定、 筛选一种突变型， 但要检测分离含有多种突变型的混和菌株， 仅采用选择培养法要进行多次试验才能够达到名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳6 目的、效率太低。为高效检测、分离混和群体中不同突变型，黎德伯格夫妇设计了影印培养法。该方法原理与选择培养法一致， 但是采用影印法将在完全培养基上单菌落同时接种到不同选择培养基上同时对所有菌落进行选择培养，鉴定效率大大提高。检测突变的方法 影印法。先在一个母板（ master plate ）上使细菌长成菌落。用一个比培养皿略小的木板，包上消过毒的丝绒。在母板上印一下， 使菌落吸附在丝绒上， 再把丝绒印到各种不同成分的培养基上。（事先应在培养皿的不同方向作好标记）假如在缺乏色氨酸的培养板上有一个菌落不能生长，则该菌落很可能是色氨酸营养缺陷型，记为try - 。即可在母板上的对应位置挑取菌落，继续培养，供进一步研究。若在加有 penicillin 的培养板上能够生长的菌落， 一定是 pen r 突变型，可以直接挑取，供进一步研究中。二、病毒（virus）病毒比细菌更为简单，也只有一条染色体（单倍体）。病毒的结构很简单， 只有蛋白质外壳和被外壳包裹着的核酸（遗传物质） ，没有自身进行代谢和分裂所必须的细胞质和细胞器，必须借助宿主细胞的代谢系统才能繁殖自己。所以，病毒都是寄生性的，它们必须生活在活细胞内。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳7 病毒按寄主可分为：动物病毒，植物病毒，细菌病毒。病毒按遗传物质可分：RNA 病毒， DNA 病毒。细菌病毒（ Bacterio-phage ）又称为噬菌体（ phage ） 。噬菌体是研究得比较清楚的病毒噬菌体侵染细菌后， 使细菌不能生长， 而在均匀生长的细菌培养板上形成噬菌斑（ plaque） 。根据噬菌斑的形态和生长特点可以鉴别不同的噬菌体。噬菌体按其在宿主细胞中的生活方式又可分为：温和噬菌体和烈性噬菌体两大类。三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性。世代周期短，繁殖块，繁殖系数高。大肠杆菌每20 分钟繁殖一代，噬菌体每小时可扩增百倍。 用它们作为研究材料， 可以大大节约实验时间。易于管理和进行生物化学分析。遗传物质比较简单，用于研究基因结构、功能及表达调控机制比较方便。细菌和病毒均只有一条染色体（DNA or RNA ） ，结构简单， 不必通过复杂的化学分析就可以对基因结构和功能进行精细的研究。便于研究基因的突变，因为它们是单倍体，所有的突变都能立即表现出来，没有显性掩盖隐性的问题，也不存在分离问题。而且数量庞大，突变率很低的突变都能检测到。便于研究基因的作用，代谢作用旺盛，能在短时间内积累大量代谢名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳8 产物，便于对其本身及其产物进行化学分析。可用作研究高等生物的简单模型。高等生物体内机制复杂，目前还难以进行详细研究，而细菌和病毒结构简单，可作为模型研究，为开展高等生物的遗传研究奠定基础，积累资料。病毒利用寄主的代谢系统进行繁殖， 势必其代谢方式与寄主有相似之处，因此可作为研究寄主的简化模型。四、细菌和病毒的拟有性过程。细菌和病毒的遗传物质也可以从一个个体传递到另一个个体，也能形成重组体。 因为这不同于真核生物的有性生殖，被称之为拟有性过程。实际上，所谓的拟有性过程指的是细菌或病毒获取外源遗传物质的方式或途径。细菌与细菌之间的遗传物质的交流（拟有性过程）。有四种不同的方式：转化、结合、性导和转导。 2 噬菌体的遗传分析一、噬菌体的结构与生活周期噬菌体 (bacteriaphage or phage)是病毒的一类，结构很简单，基本上由一个蛋白质外壳包裹着一些核酸组成的。噬菌体的多样性来自于组成其外壳的蛋白质的种类，以及其染色体的类型和结构的不同。（一）烈性噬菌体（virulent phage ）遗传学上应用最广泛的烈性噬菌体是大肠杆菌（E.coli ）的 T名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳9 偶列噬菌体。它们的结构大同小异，外貌一般呈蝌蚪状。T 偶列和 T奇列有些不同，以T 2 的结构最为典型（图74） 。T 偶列噬菌体的头部为六角形，染色体为双链DNA 分子。T 偶列噬菌体的尾丝附着在E.coli 表面时，通过尾鞘的收缩将DNA经中空的尾部注入宿主细胞。DNA 进入宿主细胞以后，随即破坏宿主的遗传物质， 并借助宿主细胞的代谢系统， 转而合成大量的噬菌体DNA 和蛋白质，组装成许多许多新的小噬菌体。最后使宿主细胞裂解（lysis） ，一下子释放出数百个子代噬菌体（图75） 。这样的噬菌体称为烈性的噬菌体（virulent Phage） 。（二）温和噬菌体（temperate phage ）温和性噬菌体具有溶原性（lisogeny）的生活周期。这类噬菌体侵入细菌以后，细菌细胞并不马上裂解。温和性噬菌体有两种类型。（1）以 为代表 , 噬菌体侵入细菌后，细菌并不裂解，噬菌体的DNA 附着于E.coli 染色体的gal 和 bio 位点之间的att 位点上（attachment site） ，并通过交换而整合到细菌染色体上。整合以后，就能阻止其它噬菌体的超数感染（ superinfection） 。整合在寄主染色体中的噬菌体称为原噬菌体（prophage ） 。超数感染：一个细菌受一个以上同种噬菌体感染的现象。 噬菌体的 DNA 被整合以后， 既不大量复制，亦不大量转录和翻译。往往只有一两个基因表达，表达产物作为阻遏物关闭其他基因的表达。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳10 被溶原性噬菌体感染了的细菌称为溶原性细菌（lysogenic bacterium 当溶原性细菌分裂成两个子细胞时，噬菌体 DNA 随细菌染色体的复制而复制，每个细胞中有一个拷贝。原噬菌体通过诱导 （induction）可转变为烈性噬菌体， 进入裂解周期。诱导可以通过不同的方式进行，如UV 照射、温度改变、与非溶原性细菌的接合等，诱导使阻遏物失活，使噬菌体的其他基因得以表达，促使噬菌体繁殖并进入裂解周期。（2）P 1 噬菌体P 1 噬菌体感染 E.coli 以后，不整合到细菌DNA 上，而是独立存在于寄主细胞内。 P 1 DNA 可以复制但不裂解宿主细胞，也不影响宿主细胞的正常代谢，但P 1 的复制可以使宿主的子细胞中也会有P 1 DNA ，而且可以多于一个拷贝。受 P 1 噬菌体感染的细菌也可以因诱导而进入裂解周期。二、噬菌体的基因重组两个基因型不同的噬菌体同时感染一个宿主细胞，叫做混合感染（mixed infection）或双重感染（ double infection） 。共同生存在同一个宿主细胞中的两个噬菌体的DNA 也可以发生交换，产生基因比如，一个噬菌体的基因型是a b - ，另一个噬菌体的基因型是a - b ，同时感染同一个宿主细胞， 宿主细胞裂解以后， 可能释放出基因型为 a b 和 a - b - 的重组体来。研究最深入的噬菌体突变体是T 2 噬菌体的 r - （rapid lysis 速溶性）突变体。一个正常的T 2 噬菌体产生的噬菌斑小而边缘模糊，记为r 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳11 ，突变体 r - 产生的噬菌斑大而边缘清晰。正常的 T 2 噬菌体能感染 E.coli B 株。突变型 E.coli B 株能抗 T 2 的感染，记为 B/2 株， T 2 噬菌体的突变型h - 又能克服 B/2 株的抗性，既能侵染 B 株又能侵染 B/2 株，形成透明的噬菌斑。 正常 T 2 噬菌体记为 h ，只能侵染 B 株，形成半透明的噬菌斑。h - 和 h 均能感染 B 株。用基因型为 r h - 和 r - h 的两种T 2 噬菌体同时感染E.coli B 株。这种现象称为双重感染（double infection） 。将双重感染后释放出来的子代噬菌体接种在同时长有B 株和 B/2株的培养皿内，记录噬菌斑的数目和形态。h r 半透明，大h r 透明，小，亲本型。 h r 透明，大 h r 半透明，小，重组型。h r 和 h r 为重组型。重组值（重组型噬菌斑数 /总噬菌斑数） 100% （h + r + )+ (h -r - ） / ( h + r +) + (h r ) +( h + r ) + (h r + ) 100不同速溶菌突变型的表现型不完全相同，分别记为r a 、r b 、r c 。用 r x h + r + h 获得的试验结果如下表。表71(P137) 根据表 71 的结果可以分别作出3 个连锁图。 P137 有四种可能的排列顺序。P137 四种顺序都是可能的， 要确定到底是那一种， 还缺条件。若知道 r b 和r c 之间的距离，就可以推知r b 、r c 和 h 的排列顺序。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳12 为此，需作 r b +r c r b r c + 。 结果 r b 与 r c 之间的距离大于 r b 与h 之间的距离，可知h 应位于 r b 与 r c 之间，即 r b hr c 。至于 r a 位于 h 的哪一边，是靠近r c 还是靠近 r b ？因为 T 2 DNA是环状的，所以两种答案都是正确的。3. 互补测验 (1)互补测验的原理互补测验是确定突变的功能关系的一种常用方法。用不同的r 突变型成对组合同时去感染大肠杆菌K()菌株。如果被双重感染的细菌中产生两种亲代基因型的子代噬菌体(也有少量重组型的噬菌体)， 那么就必然是一个突变型补偿了另一个突变型所不具有的功能，这两个突变型就称为彼此互补(complementation)。如果双重感染的细菌不产生子，那么这两种突变型一定有一个相同功能受到损伤( 图4-4) 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳13 (2) 、互补测验的方法斑点测试法（ spot test ）：用一种 r 突变型以 0.1 的感染比（噬菌体 1细菌 10）去感染大肠杆菌K（）菌株。噬菌体和细菌在温热的琼脂中混合，涂布在营养平板上，琼脂凝固后，在平板上所划出的一定位置上再加一滴含有另一种r突变型的培养基，在这一滴培养基的范围内，一些细菌就会被两种噬菌体所感染。如在这范围内形成噬菌斑，就证明这两种突变型互补，相反就不能互补。在一个培养皿平板上可做68个斑点试验。互补测验的结果发现， 除了一些缺失突变型外， r 突变型可分 rA和 r B两个互补群。所有 r A突变型的突变位点都在 r区的一头，是一个独立的功能单位；所有r B突变型的突变位点都在 r区的另一头，也是一个独立的功能单位。凡是属于 rA的突变之间不能互补，同理属于rB的突变之间也不能互补，只 rA的突变和 rB的突变之间可以互补，即双重感染大肠杆菌K（）菌株后可产生子代。说明rA和 rB是两个独立的功能单位，分别具有不同的功能，但它们的功能又是互补的，要在大肠杆菌K（）菌株中增殖，这两种功能缺一不可。 由此可见，r 是由于这两种遗传功能丧失而形成的。(3) 、顺反子名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳14 1、基本概念反式排列：用于互补测验中所用的两个突变型，如果分别位于两条染色体上，这种组合方式称为反式排列，顺式排列：如果两个突变同时位于一条染色体上，则称为顺式排列。顺反子：将不同突变之间没有互补的功能区称为顺反子，顺反子就是一个功能水平上的基因。 2、互补测验的遗传学分析在互补测验中， 两个隐性突变如表现出互补效应，则证明这两个突变型分别属于不同基因；如不能表现出互补，则证明这两个突变型是在同一基因内。顺式排列只是作为对照，因为在顺式排列中，不论是两个基因的突变，还是同一个基因内两个位点的突变，在互补测验中均表现出互补效应（图4-5）。这也就是说，对于不同基因间的突变型在互补测验中，不论是顺名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳15 式还是反式排列均表现出互补效应；但如果是属于同一基因的不同位点的突变， 则顺式构型表现互补， 反式构型则不能互补。(4) 、基因内互补在互补测验中已知，一般情况下同一顺反子内两个突变是不能互补的，但是也有一些例外，这种例外发生于同一基因内两个不同位点突变致使两条原来相同的多肽转变成两条分别在不同位点上发生变异的多肽链，而后将这两条多肽构成双重杂合子，这两者配合起来，有可能表现出程度不同的恢复酶活性部位，这种现象称为基因内互补（intragenic complementation ）。这可能是由于有些突变所影响的多肽区域是作为亚基而相互起作用的，而有些突变所影响的多肽区域是作为活性表达所必须的，但不参与亚基的相互作用（图4-6）。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳16 虽然基因内互补对互补测验存在一定的干扰，但通过进一步研究发现，基因内的互补作用与基因间的互补作用是可以区分开的：任何两个不同基因突变总是互补的，即基因间互补是普遍存在的，而同一基因内不同位点突变绝大多数是不能互补的，只有少数例外；基因内两个突变能互补的也只能是点突变，无缺失，这种突变一定是错义突变，决不是无义突变或移码突变；基因内互补作用的酶活性往往明显低于正常水平，最多只有野生型酶活性的25，同时所形成的蛋白质也常有某种异常，例如温度的稳定性或pH依赖性等。 3 细菌的遗传分析细菌与细菌之间的遗传物质的交流（拟有性过程）有四种不同的方式：转化、结合、性导和转导。一、转化（Transformation）细菌通过细胞膜摄取周围环境中DNA 体段，并通过重组将其整合到自身染色体中的过程，称为转化。当外源 DNA 进入宿主后，使宿主产生新的表现型时就能测知转化的发生。(一)、细菌转化实验肺炎双球菌转化试验：肺炎双球菌有两种不同的类型：S 型，有毒，菌落光滑，又分为SI ,S,SR 型，无毒，菌落粗糙，又分为RI R名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳17 1928 年，Griffith ，做了如下实验：当时无法解释这一结果，但可以肯定，加热杀死后的S型含有某种促成 R转变为有毒型的物质。1944 年，Avery 不仅重复了上述试验，而且用从S型中提取 DNA与 R型菌混合在一起，在离体的情况下，也成功地使少数R型细菌转变为 S型经多种试验证明，导致这一转变的物质是DNA，这是细菌遗传性状定向转化的第一个实例，R S S加热后 R杀死后的 S根据上述研究结果Griffith 认为：(有毒)死细菌中的某种物质转移到(无毒)活细菌中，并使之具有毒性，导致小家鼠死亡。他将这种细菌遗传类型的转变称为转化，并将引起转化的物质称为转化因子 (tranforming principle)。但是当时的化学与生化分析技术还无法鉴定杀死细菌中的成分，因而不知转化因子为何物以后一些研究者重复上述试验，并且加入了体外培养试验，即：将加热杀死的 SIII 细菌与无毒 RII 细菌混合培养，然后注入小家鼠体内，同样导致家鼠死亡。表明：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳18 细菌在培养条件下也能够实现遗传类型间的定向转化。阿维利 (Avery)等的转化实验 (1944) 上述实验结果表明：来源于加热杀死的SIII 细菌，并使RII 细菌转化成为 SIII 型细菌的转化因子是DNA 。正是在这一认识的基础上，将转化定义为：某一基因型的细胞从周围介质中吸收来自另一基因型的DNA 而使它的基因型和表现型发生相应变化的现象。Avery 等人的实验实际上也表明：决定细菌遗传类型的物质是DNA ，即证明了 DNA 就是遗传物质。但由于他们采用的实验方法当时不被人们广泛接受，而且得出的结论名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳19 与当时人们的传统观念 (认为蛋白质是遗传物质 )不符合，而长期没有得到人们的承认。但是，并非所有的细菌都能够发生转化，转化是有条件的。转化现象在细菌中是一种普遍现象。不同细菌转化过程有一定差异，但是它们都存在几个共同特征，即：1. 感受态与感受态因子：一般认为感受态出现在细菌对数生长后期，并且某些处理过程可以诱导或加强感受态，以大肠杆菌为例，用Ca2+处理对数生长后期的大肠杆菌可以增强其感受能力。2.供体(donor)DNA 与受体(receptor)细胞结合 (binding)：结合发生在受体细胞特定部位(结合点)；对供体 DNA 片段有一定要求；结合过程是一个可逆过程。3.DNA 摄取：当细菌结合点饱和之后，细菌开始摄取外源DNA；细菌在摄取外源 DNA 时，由 DNA 移位酶降解其中一条链，并利用降解这条链产生的能量，将另一条链拉进细胞中。4.联会(synapsis)与外源 DNA 片段整合 (integration)：整合就是指单链的转化DNA 与受体 DNA 对应位点的置换，从而稳定地掺入到受体 DNA 中的过程。实际上就是一个遗传重组的过程。 因而研究整合的分子机制事实上也为遗传重组的分子机制作出了贡献。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳20 转化过程： 当受体细胞处于感受态时， 符合要求的外源 DNA 分子可结合在受体细胞表面的几个接受座位上。最初的结合是可逆的。稳定结合在这些座位上的DNA 分子随后纵长地被细菌所吸收，这是不可逆的过程。在外援 DNA 进入细胞的过程中，有核酸外切酶降解其中的一条链，并利用降解过程中产生的能量，将另一条单链拉进细胞中。 细菌转化过程中的重组：a：供体片段与受体DNA 联会；b：单链的供体片段与受体DNA 部分变性部位的一个单链形成双链，置换出受体的一条单链；c：完全形成新的双链，但尚有缺口或切刻；d：被置换的受体单链被降解； 。e：杂合双链的形成（通过DNA 聚合酶和连接酶）。f：通过 DNA 复制产生稳定的转化子。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳21 摘自盛祖嘉分子遗传学P104 供体的单链片段进入细胞后与相应的受体DNA 片段联会，二者之间同源性越大，越容易形成杂交双链。外源的单链 DNA 在对应位点置换受体DNA 的一条链从而完成转化的全过程。在相应位置上受体的一条单链片段被置换下来，最终被降解。整合对同源 DNA 具有特异性，视亲缘关系的远近，整合的频率不转化以后，只有出现了遗传性状的变异，才能得知转化的发生。由于 DNA 是以小片段的形式进入的，所以距离很远的两个基因很难名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳22 同时存在于一个片段中， 除非分别包括这两个基因的两个片断同时进入受体，它们一般是不能同时对受体进行转化的。按照概率原理，两个片断同时转化的概率应该是它们单独转化的概率的乘积，所以这种概率是很低的。但是，当两个基因密切连锁时，它们就有较多的机会包括在同一个 DNA 片断中同时被整合到受体染色体中。因此，密切连锁的基因可以通过转化进行作图。Nestar等用枯草杆菌（ Bacullus subtilis）的一个菌株 trp 2 + his 2 + tyr 2 + 做供体，提取 DNA 向受体 trp 2 his 2 - tyr 2 菌进行转化，结果列于表 74。从表中资料可见，经过转化的个体，即转化体（transformant）中，数目最多的是三个座位同时被转化的类别，这意味着所研究的三个座位在染色体上是靠得很近的。计算 trp 2 和 his 2 之间的重组值时， 685个 trp 2 his 2 应当看成是没有机会和带有这两个基因的供体DNA 片断相遇的细胞，计算时不能考虑。同理，计算trp 2 和 tyr 1 的重组值时不能考虑418个trp 2 tyr 2 ，对于 his 2 和 tyr 2 的重组率时则不考虑2600 个his 2 tyr 2 。 由表中的计算表明， 三个基因的顺是 trp 2 his 2 tyr 2 。转化时细菌染色体的重组和接合一样，只有一种重组体，相反的重组体是不存在的，只有双交换和偶数次的多次交换才是有效的。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳23 二、结合（ conjugatio (一)、接合现象的发现和证实黎德伯格 (Lederberg)和塔特姆 (Tatum)大肠杆菌杂交试验：材料：大肠杆菌 (Escherichia coli)K12 菌株的两个营养缺陷型品系：A甲硫氨酸缺陷型 met-和生物素缺陷型 bio-；B苏氨酸缺陷型 thr-和亮氨酸缺陷型 leu-。方法：将 A、B 混和，在基本培养基 (固体)上涂布培养。结果：平板上长出原养型菌落 (+)。几种可能解释及其分析对上述试验结果原养型菌落可能产生于：亲本细菌 A 或 B 发生了回复突变；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳24 两品系细胞通过培养基交换养料互养作用；两品系间发生了转化作用；发生细胞融合，形成了异核体或杂合二倍体。为了验证这些原养型菌落产生的可能而进行的研究最终表明：这些解释均不成立经过上述分析可以认为：在 Lederbery和 Tatum及其它类似试验中，发生了一种不同于转化的遗传重组方式，称之为接合。Hayes(1952) 研究表明：大肠杆菌两种不同菌株 (品系)接合过程中遗传物质的转移是单向的；从而认为大肠杆菌存在两种类型品系：雌性与雄性分别作为接合过程中遗传物质的供体与受体。在原核生物中， 两个细胞在相互接触过程中， 遗传物质从一个个体转移到另一个个体的现象称为接合。输出遗传物质的个体称为供体（donor） ，又称为 “ 雄性” 。接受外源遗传物质的个体称为受体（receptor） ，又称为雌性。E.coli（大肠杆菌）是遗传学研究中应用最为广泛的细菌。野生型的E.coli 可以在只含有盐类和葡萄糖的简单培养基上生长。1946年， Leaderberg和 Tatum发现 E.coli 可以通过结合交换遗传物质。选用两个不同营养缺陷型的E.coli 菌株，A 和 B。A 菌株，met bio ，需要在基本营养培养基上补充苏氨酸（thr）和亮氨酸（ leu）才能生长。采用多营养缺陷型是为了防止回复突变干扰试验结果。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 37 页 - - - - - - - - - 普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳普通遗传学（第 2 版）杨业华主编章节重点难点归纳25 A 和 B 均不能在基本培养基上生长，但若将A 和 B 在完全液体培养基上培养几个小时以后再涂布在基本培养基上，就能长出一些原养型（met + bio + thr + leu + ）的菌落。细菌的野生型又称为原养型。换句话说，能够在基本培养基上生长的细菌称为原养型。这种原养型菌落的出现是转化的结果呢， 还是由于两种不同类型细胞直接接触而交换了遗传物质的结果呢？必须予以鉴别。因为在培养过程可能有部分细胞死亡放出 DNA 而发生转化反应。1950年，Davis 设计了一种 U