第七章细菌和噬菌体的重组和连锁 个基因型为 atbtctd'e'并对链霉素敏感的 E. coliHfr菌株与基因型为 abode.并对链 霉素耐性的F-菌株接合,30分钟后,用链霉素处理,然后从成活的受体中选出e型的原养 型,发现它们的其它野生型(+)基因频率如下:a70%,b-,c85%,d10%。问a,b,c, d四个基因与供体染色体起点(最先进入F受体之点)相对位置如何? 解:根据中断杂交原理,就一对接合个体而言,某基因自供体进入受体的时间,决定于 该基因同原点的距离。因此,就整个接合群体而论,在特定时间内,重组个体的频率反映着 相应基因与原点的距离 报据题目给定的数据,a、b、c、d与供体染色体的距离应该是: b d ac e 8为了能在接合后检出重组子,必须要有一个可供选择用的供体标记基因,这样可以认 出重组子。另一方面,在选择重组子的时候,为了不选择供体细胞本身,必须防止供体菌株 的继续存在,换句话说,供体菌株也应带有一个特殊的标记,能使它自己不被选择。例如供 体菌株是链霉素敏感的,这样当结合体( conjugants)在含有链霉素的培养基上生长时,供 体菌株就被杀死了。现在要问:如果一个Hfr菌株是链霉素敏感的,你认为这个基因应位于 染色体的那一端为好,是在起始端还是在末端? 解:在起始端 9有一个环境条件能使T偶数噬菌体(T- even phages)吸附到寄主细胞上,这个环境条 件就是色氨酸的存在。这种噬菌体称为色氨酸需要型(C)。然而某些噬菌体突变成色氨酸 非依赖型(α-)。有趣的是,当用C和C噬菌体感染细菌时,将近一半的色氨酸非依赖型子 代在进一步的实验中表现为基因型C。你如何解释这个发现? 解 首先,这不可能是回复突变,因为这里的频率是1/2 应该注意的是,这里进行的是C和C对寄主的混合感染。当两种类型噬菌体同时感染 同一寄主细胞时,两者在同一寄主细胞中增殖,同时,各自按照本身的遗传组成指导合成其 外壳蛋白质,以便组装成成熟的噬菌体颗粒。也就是说,在寄主细胞中,同时存在两种类型 的噬菌体染色体和可以包装其染色体的两类型噬菌体的所需蛋白质 当然,蛋白质包装染色体是随机的,C染色体指导合成的蛋白质可以包装C型染色体, 也可以包装C型染色体。从随机事件发生频率上可以理解,C艹蛋白质1/2包装了C染色体, 另1/2包装了C型染色体。反之亦然 而感染决定于噬菌体外壳蛋白特异结构。于是当后者感染寄主细胞时,表现为C,但 其内含染色体为C型。因此,在宿主中增殖、组装以至成为有感染能力的子代噬菌体时, 再度感染新的寄主,当然完全是C型噬菌体。 这是一种表型混合的现象
第七章 细菌和噬菌体的重组和连锁 7.一个基因型为 a +b + c +d + e +并对链霉素敏感的 E.coliHfr 菌株与基因型为 a -b - c -d - e -并对链 霉素耐性的 F-菌株接合，30 分钟后，用链霉素处理，然后从成活的受体中选出 e +型的原养 型，发现它们的其它野生型（+）基因频率如下：a +70％，b + -，c +85％，d +10％。问 a，b，c， d 四个基因与供体染色体起点（最先进入 F-受体之点）相对位置如何？ 解：根据中断杂交原理，就一对接合个体而言，某基因自供体进入受体的时间，决定于 该基因同原点的距离。因此，就整个接合群体而论，在特定时间内，重组个体的频率反映着 相应基因与原点的距离。 报据题目给定的数据，a、b、c、d 与供体染色体的距离应该是： 是： O b d a c e 8.为了能在接合后检出重组子，必须要有一个可供选择用的供体标记基因，这样可以认 出重组子。另一方面，在选择重组子的时候，为了不选择供体细胞本身，必须防止供体菌株 的继续存在，换句话说，供体菌株也应带有一个特殊的标记，能使它自己不被选择。例如供 体菌株是链霉素敏感的，这样当结合体（conjugants）在含有链霉素的培养基上生长时，供 体菌株就被杀死了。现在要问：如果一个 Hfr 菌株是链霉素敏感的，你认为这个基因应位于 染色体的那一端为好，是在起始端还是在末端？ 解：在起始端 9.有一个环境条件能使 T 偶数噬菌体（T-even phages）吸附到寄主细胞上，这个环境条 件就是色氨酸的存在。这种噬菌体称为色氨酸需要型（C）。然而某些噬菌体突变成色氨酸 非依赖型（C +）。有趣的是，当用 C 和 C +噬菌体感染细菌时，将近一半的色氨酸非依赖型子 代在进一步的实验中表现为基因型 C。你如何解释这个发现？ 解： 首先，这不可能是回复突变，因为这里的频率是 1／2。 应该注意的是，这里进行的是 C 和 C +对寄主的混合感染。当两种类型噬菌体同时感染 同一寄主细胞时，两者在同一寄主细胞中增殖，同时，各自按照本身的遗传组成指导合成其 外壳蛋白质，以便组装成成熟的噬菌体颗粒。也就是说，在寄主细胞中，同时存在两种类型 的噬菌体染色体和可以包装其染色体的两类型噬菌体的所需蛋白质。 当然，蛋白质包装染色体是随机的，C +染色体指导合成的蛋白质可以包装 C +型染色体， 也可以包装 C 型染色体。从随机事件发生频率上可以理解，C +蛋白质 1／2 包装了 C +染色体， 另 1／2 包装了 C 型染色体。反之亦然。 而感染决定于噬菌体外壳蛋白特异结构。于是当后者感染寄主细胞时，表现为 C +，但 其内含染色体为 C 型。因此，在宿主中增殖、组装以至成为有感染能力的子代噬菌体时， 再度感染新的寄主，当然完全是 C 型噬菌体。 这是一种表型混合的现象
l0 Derman用Ⅳ4病毒的两个品系感染E.coli。一个品系是小噬菌斑(m)、快速溶菌(r) 和浑浊噬菌斑(tu)突变型。另一个品系对这三个标记都是野生型(+++)。把这种感染 的溶菌产物涂平板,并分类如下: 基因型 噬菌班数 520 172 10342 (1)决定m-r,rtu和m-tu的连锁距离? (2)你认为这三个基因的连锁序列怎样? (3)在这个杂交中,并发系数是多少?它意味着什么? 解: 因为噬菌体在宿主细胞内的基因重组特点是产生交互的重组子,所以,其基因作图可沿 用二倍体生物重组作图的方法。 首先,因mrt和+++数目最多,所以为亲本型。与之比较,m+t和+r+数目最少 此为双交换类型。与亲型比较,r基因发生改变,所以位于中间。因此,这3个基因的连锁 顺序是mrtu。而mr+,++tu和m++,+rtu为单交换类型。于是,各组互换率是 520+474+162+172 RF 12.8% 10342 853+965+162+172 rE =20.8 10342 162+172 RF Double =3.2% 10342 即,它们的连锁距离是: m12.8r 20.8 并发系数=3 2%0 1.2 12.8%×20.8% 并发系数>1,意味著存在负干扰
10.Doerman 用 T4 病毒的两个品系感染 E.coli。一个品系是小噬菌斑（m）、快速溶菌（r） 和浑浊噬菌斑（tu）突变型。另一个品系对这三个标记都是野生型（＋＋＋）。把这种感染 的溶菌产物涂平板，并分类如下： （1）决定 m—r，r—tu 和 m—tu 的连锁距离？ （2）你认为这三个基因的连锁序列怎样？ （3）在这个杂交中，并发系数是多少？它意味着什么？ 解： 因为噬菌体在宿主细胞内的基因重组特点是产生交互的重组子，所以，其基因作图可沿 用二倍体生物重组作图的方法。 首先，因 m r tu 和+ + +数目最多，所以为亲本型。与之比较，m + tu 和+ r +数目最少， 此为双交换类型。与亲型比较，r 基因发生改变，所以位于中间。因此，这 3 个基因的连锁 顺序是 m r tu。而 m r +，+ + tu 和 m + +，+ r tu 为单交换类型。于是，各组互换率是： 12.8% 10342 520 474 162 172 = + + + RFm−r = 20.8% 10342 853 965 162 172 = + + + RFr−t u = 3.2% 10342 162 172 = + RFDouble = 即，它们的连锁距离是： m 12.8 r 20.8 tu 1.2 12.8% 20.8% 3.2% = 并发系数 = 并发系数＞1，意味著存在负干扰
1l.基因型 ACNRX菌株,作为外源DNA用来转化基因型 acne的菌株得到下列类型 Acn Rx, acNrX 请问被转化的基因顺序是什么? 解 转化通常只是DNA片段。因此,同时被转化的基因肯定是连锁较紧密者。依此可以判 定,上述DNA的基因顺序应该是: NXARC 12用一野生型菌株抽提出来的DNA来转化一个不能合成丙氨酸(ala)、脯氨酸(pro) 和精氨酸(arg)的突变型菌株,产生不同转化类型的菌落,其数如下 00 ala prang 10 ala pro’ang ala pro arg 840 ala prang 问:(1)这些基因间的图距为多少? (2)这些基因的顺序如何? 解: 根据转化重组的定义,各基因的重组率可以推求如下 aln+,pO+单个整合个体数 同时整合个体数+单个整合个体数 2100+840+420+840 8400+420+2100+840+1400+840 0.30 同理求得: 2100+840+1400+840 RF pro-arg8400+1400+2100+420+840+840 =0.37 840+1400+420+840 Raag8400+2100+840+1400+420+840 =0.25 也就是说, ala-pro, pro arg,ala-arg间的图距分别为30,37,25。由于细菌的染色体为 环形的,因此,推断这三个基因的相对位置是:
11.基因型 ACNRX 菌株，作为外源 DNA 用来转化基因型 acnrx 的菌株得到下列类型： AcnRx，acNrX aCnRx，AcnrX. aCnrx 请问被转化的基因顺序是什么？ 解： 转化通常只是 DNA 片段。因此，同时被转化的基因肯定是连锁较紧密者。依此可以判 定，上述 DNA 的基因顺序应该是： NXARC。 12.用一野生型菌株抽提出来的 DNA 来转化一个不能合成丙氨酸（ala）、脯氨酸（pro） 和精氨酸（arg）的突变型菌株，产生不同转化类型的菌落，其数如下： 问：（1）这些基因间的图距为多少？ （2）这些基因的顺序如何？ 解： 根据转化重组的定义，各基因的重组率可以推求如下： 0.30 8400 420 2100 840 1400 840 2100 840 420 840 , = + + + + + + + + = + = + + − 同时整合个体数 单个整合个体数 ala pro 单个整合个体数 RFala pro 同理求得： 0.37 8400 1400 2100 420 840 840 2100 840 1400 840 arg = + + + + + + + + RFpro− = 0.25 8400 2100 840 1400 420 840 840 1400 420 840 arg = + + + + + + + + RFala− = 也就是说，ala—pro，pro—arg，ala—arg 间的图距分别为 30，37，25。由于细菌的染色体为 环形的，因此，推断这三个基因的相对位置是：
O 25 arg 13.利用中断杂交技术,检査了5个Hfr菌株(1,2,3,4,5),想知道这几个菌株把 若干不同基因(F,G,O,P,Q,R,S,W,X,Y)转移到一个F-菌株的顺序。结果发现, 各个Hfr菌株都以自己特有的顺序转移,如下所示:(各品系只记下最初转移进去的6个基 因,) Hfr菌株 23 5 移第三RFQR 顺第四 P O W s Y 序第五PxQ 第 F R Y W F 问:(1)这些Hfr菌株的原始菌株的基因顺序如何? (2)为了得到一个最高比例的Hfr重组子,在接合后应该在受体中选择哪个供体 标记基因? 提示:Hfr品系是环状DNA 解: (1)因为H转入F的基因顺序,取决于F因子在供体染色体上整合的位点和方向, 所以,原始菌株的基因顺序,可以根据上述各Hfr株系直接推出,如下图所示:
ala arg pro 30 37 25 13.利用中断杂交技术，检查了 5 个 Hfr 菌株（1，2，3，4，5），想知道这几个菌株把 若干不同基因（F，G，O，P，Q，R，S，W，X，Y）转移到一个 F-菌株的顺序。结果发现， 各个 Hfr 菌株都以自己特有的顺序转移，如下所示：（各品系只记下最初转移进去的 6 个基 因，） 问：（1）这些 Hfr 菌株的原始菌株的基因顺序如何？ （2）为了得到一个最高比例的 Hfr 重组子，在接合后应该在受体中选择哪个供体 标记基因？ 提示：Hfr 品系是环状 DNA。 解： （1）因为 Hfr 转入 F −的基因顺序，取决于 F 因子在供体染色体上整合的位点和方向， 所以，原始菌株的基因顺序，可以根据上述各 Hfr 株系直接推出，如下图所示：
Hfr2 HfrI Q Hfrs F Hfr4 Hfrs (2)因为距离原点最近的基因最先转入受体,因此在接合后,在受体中标记供体染色 离原点最远的基因作标记,以便不会漏检重组子。 14.为了检出λ噬菌体的4个基因(col,mi,c和s)间的连锁关系, Kaiser做了一个 杂交试验,下面是杂交结果的一部分数据: 亲本 子代 (a)col+×+mi 5162cl+,6510+mi,311++,341 colm (b)mi+×+s 502mi+,647+s,65++,56mis (c)c+×+s 566c+,808+s,19++,20cs (d)c+×+mi 1213c+,1205+mi,84++,75cmi 问:(1)每个杂交组合的重组频率是多少? (2)画出col,mi,c,和s四个基因的连锁图。 解:(1)每个杂交组合的重组频率是 (a)、0.053;(b)、0.096;(c)、0.028;(d)、0.062: 15用Pl进行普遍性转导,供体菌是 purna pdx,受体菌是 pur nad pdxt。转导后选择 具有pur的转导子,然后在100个pur转导子中检定其它供体菌基因有否也转导过来。所得 结果如下表 基因型 菌落薮 nadtpdx' nad pdx nad pdx 合计 问 ①pur和nad的共转导( cotransduction)频率是多少? ②pur和pdx的共转导频率是多少?
X Hfr4 Hfr5 Hfr2 W Hfr1 Hfr3 Y G F P O R S （2）因为距离原点最近的基因最先转入受体，因此在接合后，在受体中标记供体染色 体离原点最远的基因作标记，以便不会漏检重组子。 14.为了检出λ噬菌体的 4 个基因（co1，mi，c 和 s）间的连锁关系，Kaiser 做了一个 杂交试验，下面是杂交结果的一部分数据： 亲本 子代 （a）co1＋×＋mi 5162 co1＋，6510＋mi，311＋＋，341 co1mi （b）mi＋×＋s 502 mi＋，647＋s，65＋＋，56 mi s （c）c＋×＋s 566c＋，808＋s，19＋＋，20cs （d）c＋×＋mi 1213c＋，1205＋mi，84＋＋，75 c mi 问：（1）每个杂交组合的重组频率是多少？ （2）画出 co1， mi， c，和 s 四个基因的连锁图。 解：（1）每个杂交组合的重组频率是： (a)、0.053；(b)、0.096；(c)、0.028；(d)、0.062； 15.用 P1 进行普遍性转导，供体菌是 pur+nad+pdx-，受体菌是 pur-nad-pdx+。转导后选择 具有 pur+的转导子，然后在 100 个 pur+转导子中检定其它供体菌基因有否也转导过来。所得 结果如下表： 问： ①pur 和 nad 的共转导（cotransduction）频率是多少？ ②pur 和 pdx 的共转导频率是多少？ Q