1 浙江大学 遗传学第九章 1 第九章 细菌和病毒的遗传 浙江大学 遗传学第九章 2 本章重点 1．细菌影印法研究。 2．细菌和病毒的四种遗传分析方法： 转化、接合、性导、转导。 3．掌握F+、F–、F'、Hfr×F+的特点。 4．理解和掌握中断杂交和重组作图的原理。 5．噬菌体结构和基因重组特点。 浙江大学 遗传学第九章 3 细菌和蓝绿藻： 一个线条状或环状染色体(单倍体结构)； 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。 病毒： 比细菌更简单； 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。 E. coli T4 Phage 浙江大学 遗传学第九章 4 第一节 细菌和病毒遗传 研究的意义 浙江大学 遗传学第九章 5 1.大小：细胞较小、长约1~2µ (1µ＝1/1000mm)、宽约0.5µ； 2.结构：鞭毛、细胞壁、质膜、 间体、核质体、核糖体 3.遗传物质：单个主染色体、 一个或多个小染色体(质粒) 4.涂布和繁殖：每个细胞在较短 时间内(如一夜)能裂殖到107个 子细胞 Î成为肉眼可见的菌落 或克隆(clone)。 一、细菌： 浙江大学 遗传学第九章 6 5. 生理特性突变： ①.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； 原养型：野生菌株则可在基本培养基上生长。 用不同的选择性培养基 Î 测知突变的特性。 ②. 抗性突变型： 如抗药性或抗感染性。 例如：青霉素（penr）抗性突变 的菌落。 培养基中 加有青霉素
1 浙江大学 遗传学第九章 1 第九章 细菌和病毒的遗传 浙江大学 遗传学第九章 2 本章重点 1．细菌影印法研究。 2．细菌和病毒的四种遗传分析方法： 转化、接合、性导、转导。 3．掌握F+、F–、F'、Hfr×F+的特点。 4．理解和掌握中断杂交和重组作图的原理。 5．噬菌体结构和基因重组特点。 浙江大学 遗传学第九章 3 细菌和蓝绿藻： 一个线条状或环状染色体(单倍体结构)； 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。 病毒： 比细菌更简单； 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。 E. coli T4 Phage 浙江大学 遗传学第九章 4 第一节 细菌和病毒遗传 研究的意义 浙江大学 遗传学第九章 5 1.大小：细胞较小、长约1~2µ (1µ＝1/1000mm)、宽约0.5µ； 2.结构：鞭毛、细胞壁、质膜、 间体、核质体、核糖体 3.遗传物质：单个主染色体、 一个或多个小染色体(质粒) 4.涂布和繁殖：每个细胞在较短 时间内(如一夜)能裂殖到107个 子细胞 Î成为肉眼可见的菌落 或克隆(clone)。 一、细菌： 浙江大学 遗传学第九章 6 5. 生理特性突变： ①.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； 原养型：野生菌株则可在基本培养基上生长。 用不同的选择性培养基 Î 测知突变的特性。 ②. 抗性突变型： 如抗药性或抗感染性。 例如：青霉素（penr）抗性突变 的菌落。 培养基中 加有青霉素
2 浙江大学 遗传学第九章 7 测定突变的方法──影印法： 黎德伯格等（Lederberg J.和Lederberg E. M., 1952）设计。 Lederberg J., 1958 Nobel奖获得者， 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 病毒分类： 寄主：动物、植物、细菌等； 遗传物质：DNA 或 RNA。 二、病毒： 单倍体，仅一条染色体。病毒 Î 蛋白质外壳 ª 核酸。 烟草花叶病毒 腺病毒 T4 噬菌体 爱滋病病毒 RNA DNA DAN RNA 浙江大学 遗传学第九章 9 噬菌体对于分子生物学研究具有重要意义。 浙江大学 遗传学第九章 10 1．世代周期短： 大肠杆菌（E.coli）20分钟可繁殖一代。 2．便于管理和生化分析： 个体小，一般在 1µ至几µ之间，操作管理方便。 三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性： 浙江大学 遗传学第九章 11 3．便于研究基因突变： 裸露的DNA分子（有的病毒为RNA分子），容易受 环境条件的影响而发生突变；单倍体生物，不存在显性 掩盖隐性问题，隐性突变也能表现出来。 4．便于研究基因的作用： 影印培养，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。 5．便于研究基因重组： 细菌具有转化、转导和接合作用，可以进行精密的 遗传分析。 浙江大学 遗传学第九章 12 6. 便于研究基因结构、功能及调控机制： 细菌和病毒的遗传物质简单，易于进行基因定位、 结构分析和分离，基因的表达调控也适于采用生理生化 的方法进行深入研究。 7. 便于进行遗传操作： 染色体结构简单，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
2 浙江大学 遗传学第九章 7 测定突变的方法──影印法： 黎德伯格等（Lederberg J.和Lederberg E. M., 1952）设计。 Lederberg J., 1958 Nobel奖获得者， 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 病毒分类： 寄主：动物、植物、细菌等； 遗传物质：DNA 或 RNA。 二、病毒： 单倍体，仅一条染色体。病毒 Î 蛋白质外壳 ª 核酸。 烟草花叶病毒 腺病毒 T4 噬菌体 爱滋病病毒 RNA DNA DAN RNA 浙江大学 遗传学第九章 9 噬菌体对于分子生物学研究具有重要意义。 浙江大学 遗传学第九章 10 1．世代周期短： 大肠杆菌（E.coli）20分钟可繁殖一代。 2．便于管理和生化分析： 个体小，一般在 1µ至几µ之间，操作管理方便。 三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性： 浙江大学 遗传学第九章 11 3．便于研究基因突变： 裸露的DNA分子（有的病毒为RNA分子），容易受 环境条件的影响而发生突变；单倍体生物，不存在显性 掩盖隐性问题，隐性突变也能表现出来。 4．便于研究基因的作用： 影印培养，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。 5．便于研究基因重组： 细菌具有转化、转导和接合作用，可以进行精密的 遗传分析。 浙江大学 遗传学第九章 12 6. 便于研究基因结构、功能及调控机制： 细菌和病毒的遗传物质简单，易于进行基因定位、 结构分析和分离，基因的表达调控也适于采用生理生化 的方法进行深入研究。 7. 便于进行遗传操作： 染色体结构简单，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
3 浙江大学 遗传学第九章 13 第二节 噬菌体的遗传分析 浙江大学 遗传学第九章 14 1. 结构简单： 蛋白质外壳、核酸、某些碳水化合物、脂肪等。 2. 多样性的原因：外壳的蛋白质种类、染色体类型和结构。 3. 两大类： ① 烈性噬菌体：T噬菌体系列（T1~T7）； ② 温和性噬菌体: P1和λ噬菌体。 一、噬菌体的结构： T4噬菌体从 大肠杆菌中释放 浙江大学 遗传学第九章 15 ㈠、烈性噬菌体： 1. 结构大同小异，外貌一般呈蝌蚪状： 头部：双链DNA分子的染色体； T偶列噬菌体 颈部：中空的针状结构及外鞘； 尾部：由基板、尾针和尾丝组成。 浙江大学 遗传学第九章 16 2. T偶列噬菌体的侵染过程（如T4噬菌体）： 尾丝固定于大肠杆菌， 遗传物质注入 Î 破坏寄 主细胞遗传物质 Î 合成 噬菌体遗传物质和蛋白质 Î 组装许多新的子噬菌体 Î 溶菌酶裂解细菌 Î 释放出大量噬菌体。 T4噬菌体侵染大肠杆菌的生活周期 浙江大学 遗传学第九章 17 ㈡、温和性噬菌体：例如λ和P1噬菌体，λ和P1各代表 一种略有不同的溶源性类型。 λ噬菌体结构 浙江大学 遗传学第九章 18 ①.λ噬菌体：噬菌体侵入后，细菌不裂解 Î 附在E.coli 染色体上的gal和bio位点间的attλ座位上 Î 整合到细菌染色 体，并能阻止其它λ噬菌体的超数感染。 λ 噬 菌 体 特 定 位 点 的 整 合 1.溶源性噬菌体的生活周期：
3 浙江大学 遗传学第九章 13 第二节 噬菌体的遗传分析 浙江大学 遗传学第九章 14 1. 结构简单： 蛋白质外壳、核酸、某些碳水化合物、脂肪等。 2. 多样性的原因：外壳的蛋白质种类、染色体类型和结构。 3. 两大类： ① 烈性噬菌体：T噬菌体系列（T1~T7）； ② 温和性噬菌体: P1和λ噬菌体。 一、噬菌体的结构： T4噬菌体从 大肠杆菌中释放 浙江大学 遗传学第九章 15 ㈠、烈性噬菌体： 1. 结构大同小异，外貌一般呈蝌蚪状： 头部：双链DNA分子的染色体； T偶列噬菌体 颈部：中空的针状结构及外鞘； 尾部：由基板、尾针和尾丝组成。 浙江大学 遗传学第九章 16 2. T偶列噬菌体的侵染过程（如T4噬菌体）： 尾丝固定于大肠杆菌， 遗传物质注入 Î 破坏寄 主细胞遗传物质 Î 合成 噬菌体遗传物质和蛋白质 Î 组装许多新的子噬菌体 Î 溶菌酶裂解细菌 Î 释放出大量噬菌体。 T4噬菌体侵染大肠杆菌的生活周期 浙江大学 遗传学第九章 17 ㈡、温和性噬菌体：例如λ和P1噬菌体，λ和P1各代表 一种略有不同的溶源性类型。 λ噬菌体结构 浙江大学 遗传学第九章 18 ①.λ噬菌体：噬菌体侵入后，细菌不裂解 Î 附在E.coli 染色体上的gal和bio位点间的attλ座位上 Î 整合到细菌染色 体，并能阻止其它λ噬菌体的超数感染。 λ 噬 菌 体 特 定 位 点 的 整 合 1.溶源性噬菌体的生活周期：
4 浙江大学 遗传学第九章 19 ②.P1噬菌体： 不整合到细菌 的染色体上，而是 独立存在于细胞质 内。 浙江大学 遗传学第九章 20 裂解 途径 溶原 途径 o 原噬菌体：整合到 宿主基因组中的噬菌体。 仅少数基因活动， 表达出阻碍物关闭其它 基因。 原噬菌体经诱导可 转变为烈性噬菌体 Î 裂解途径。 浙江大学 遗传学第九章 21 2. P1和λ噬菌体的特性： ①．P1和λ各代表不同的溶源性类型： P1噬菌体：侵入后并不整合到细菌的染色体上，独立存在 于细胞质内； λ噬菌体：通过交换整合到细菌染色体上。 ②．溶源性细菌分裂 Î 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； λ噬菌体随细胞染色体复制而复制，细胞中有一个拷贝。 ③．共同特点：核酸既不大量复制，也不大量转录和翻译。 浙江大学 遗传学第九章 22 P1和λ噬菌体的生活周期特性 浙江大学 遗传学第九章 23 1. 噬菌体遗传性状分为两类： 形成的噬菌斑形状： 指噬菌斑大小、边缘清晰度、 透明程度。 寄主范围： 指噬菌体感染和裂解的菌株 范围。 二、T2噬菌体的基因重组与作图： 浙江大学 遗传学第九章 24 ①. 正常噬菌体r +： 噬菌斑小而边缘模糊。 r –突变体（rapid lysis，速溶性）： 噬菌斑大而边缘清楚。 ②. 寄主范围突变体： 指能克服噬菌体抗性的突变体。 例：T2 h+ 噬菌体：只侵染大肠杆菌B株Î 半透明噬菌斑。 T2 h –突变株：能利用B株和B/2株Î 透明噬菌斑。 2．T2噬菌体的研究最为广泛： T2 phage
4 浙江大学 遗传学第九章 19 ②.P1噬菌体： 不整合到细菌 的染色体上，而是 独立存在于细胞质 内。 浙江大学 遗传学第九章 20 裂解 途径 溶原 途径 o 原噬菌体：整合到 宿主基因组中的噬菌体。 仅少数基因活动， 表达出阻碍物关闭其它 基因。 原噬菌体经诱导可 转变为烈性噬菌体 Î 裂解途径。 浙江大学 遗传学第九章 21 2. P1和λ噬菌体的特性： ①．P1和λ各代表不同的溶源性类型： P1噬菌体：侵入后并不整合到细菌的染色体上，独立存在 于细胞质内； λ噬菌体：通过交换整合到细菌染色体上。 ②．溶源性细菌分裂 Î 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； λ噬菌体随细胞染色体复制而复制，细胞中有一个拷贝。 ③．共同特点：核酸既不大量复制，也不大量转录和翻译。 浙江大学 遗传学第九章 22 P1和λ噬菌体的生活周期特性 浙江大学 遗传学第九章 23 1. 噬菌体遗传性状分为两类： 形成的噬菌斑形状： 指噬菌斑大小、边缘清晰度、 透明程度。 寄主范围： 指噬菌体感染和裂解的菌株 范围。 二、T2噬菌体的基因重组与作图： 浙江大学 遗传学第九章 24 ①. 正常噬菌体r +： 噬菌斑小而边缘模糊。 r –突变体（rapid lysis，速溶性）： 噬菌斑大而边缘清楚。 ②. 寄主范围突变体： 指能克服噬菌体抗性的突变体。 例：T2 h+ 噬菌体：只侵染大肠杆菌B株Î 半透明噬菌斑。 T2 h –突变株：能利用B株和B/2株Î 透明噬菌斑。 2．T2噬菌体的研究最为广泛： T2 phage
5 浙江大学 遗传学第九章 25 h –和h+均能感染B株 Î 可用T2 两个亲本h –r+和h+r –同时感染B株。 h –r+(透明，小)×h+r – (半透明，大) ↓同时感染 B菌株 获得噬菌体子代 亲本型：h –r+， h+r – 重组型：h –r –， h+r+ E.coli B株 ③．双重感染： 将亲本型和重组型混合子代 ↓感染 混合有B和B/2菌株的培养基 ↓ h –r+(亲)：噬菌斑透明、小，边缘模糊 h+r – (亲)：噬菌斑半透明、大，边缘清楚 h –r – (重组)：噬菌斑透明、小，边缘清楚 h+r+(重组)：噬菌斑半透明、小，边缘模糊 ④．重组值计算： 重组值 = 重组噬菌斑数/总噬菌斑数×100% = [(h+r+ + h –r –)/(h+r –+ h –r+ + h+r+ + h –r –)]×100% 去掉%即可作为图距。 h+r - 浙江大学 遗传学第九章 27 ⑤．不同速溶菌的突变型在表现型上不同，可分别写成ra、rb、 rc等，用rx –h+×rx +h –获得试验结果列于下表： 杂交组合 各基因型（%） 重组值 r-h+ r+h- r+h+ r-h- rah+×ra +h- 34.0 42.0 12.0 12.0 24.0/100=24% rbh+×rb +h- 32.0 56.0 5.9 6.4 12.3/100.3=12.3% rch+×rc +h- 39.0 59.0 0.7 0.9 1.6/99.6=1.6% 分别作出ra、rb、rc与h的三个连锁图: 浙江大学 遗传学第九章 28 再做杂交：rcrb + × rc +rb ↓ 结果表明: rc– rb的重组值 > rb– h ∴ h 位于rb及rc之间，排列顺序 Î rc– h– rb。 由于T2 噬菌体的连锁图是环状的，所以2、3排列都对。 四种可能的基因排列连锁图: 1 2 3 4 9 9 V h rc ra rb 浙江大学 遗传学第九章 29 三、λ噬菌体的基因重组与作图： 凯泽（Kaiser A. D., 1955）最先进行λ噬菌体的重组 作图试验。紫外线照射处理 ¨ 获5个λ噬菌体突变系，产生 不同噬菌斑： s系：小噬菌斑； mi系：微小噬菌斑； c系：完全清亮的噬菌斑； co1系：中央环之外部分表现清亮的噬菌斑； co2系：更浓密的中央环噬菌斑。 浙江大学 遗传学第九章 30 凯泽利用λ噬菌体sco1mi与噬菌体+++进行杂交作图： 遗 传 图 谱
5 浙江大学 遗传学第九章 25 h –和h+均能感染B株 Î 可用T2 两个亲本h –r+和h+r –同时感染B株。 h –r+(透明，小)×h+r – (半透明，大) ↓同时感染 B菌株 获得噬菌体子代 亲本型：h –r+， h+r – 重组型：h –r –， h+r+ E.coli B株 ③．双重感染： 将亲本型和重组型混合子代 ↓感染 混合有B和B/2菌株的培养基 ↓ h –r+(亲)：噬菌斑透明、小，边缘模糊 h+r – (亲)：噬菌斑半透明、大，边缘清楚 h –r – (重组)：噬菌斑透明、小，边缘清楚 h+r+(重组)：噬菌斑半透明、小，边缘模糊 ④．重组值计算： 重组值 = 重组噬菌斑数/总噬菌斑数×100% = [(h+r+ + h –r –)/(h+r –+ h –r+ + h+r+ + h –r –)]×100% 去掉%即可作为图距。 h+r - 浙江大学 遗传学第九章 27 ⑤．不同速溶菌的突变型在表现型上不同，可分别写成ra、rb、 rc等，用rx –h+×rx +h –获得试验结果列于下表： 杂交组合 各基因型（%） 重组值 r-h+ r+h- r+h+ r-h- rah+×ra +h- 34.0 42.0 12.0 12.0 24.0/100=24% rbh+×rb +h- 32.0 56.0 5.9 6.4 12.3/100.3=12.3% rch+×rc +h- 39.0 59.0 0.7 0.9 1.6/99.6=1.6% 分别作出ra、rb、rc与h的三个连锁图: 浙江大学 遗传学第九章 28 再做杂交：rcrb + × rc +rb ↓ 结果表明: rc– rb的重组值 > rb– h ∴ h 位于rb及rc之间，排列顺序 Î rc– h– rb。 由于T2 噬菌体的连锁图是环状的，所以2、3排列都对。 四种可能的基因排列连锁图: 1 2 3 4 9 9 V h rc ra rb 浙江大学 遗传学第九章 29 三、λ噬菌体的基因重组与作图： 凯泽（Kaiser A. D., 1955）最先进行λ噬菌体的重组 作图试验。紫外线照射处理 ¨ 获5个λ噬菌体突变系，产生 不同噬菌斑： s系：小噬菌斑； mi系：微小噬菌斑； c系：完全清亮的噬菌斑； co1系：中央环之外部分表现清亮的噬菌斑； co2系：更浓密的中央环噬菌斑。 浙江大学 遗传学第九章 30 凯泽利用λ噬菌体sco1mi与噬菌体+++进行杂交作图： 遗 传 图 谱