7、细菌和噬菌体的遗传分析2

第三节噬菌体的遗传分析一、噬菌体的类型及特点二、噬菌体的突变型三、烈性噬菌体与基因定位四、温和性噬菌体与溶源性周期和溶菌周期五、转导*（一）烈性噬菌体：侵入细菌细胞后，使寄主细胞裂解的噬菌体。如大肠杆菌的T噬菌体T1→T7。子代噬菌体感染邻近的细胞，这样不断地侵染，最后形成一个圆形的透明区—噬菌斑。一个噬菌斑通常含有107—108个噬菌体。一个噬菌斑是由一个噬菌体引起的，所以，一个噬菌斑中的噬菌体在遗传上是均一的，相当于一个克隆。第三节噬菌体的遗传分析根据噬菌体与寄主之间的关系，可将噬菌体分成两大类：烈性噬菌体和温和性噬菌体。（书本P131）一、噬菌体的类型及特点噬菌体的遗传物质经中空尾部进入宿主细胞；破坏宿主细胞原有的遗传物质，并转而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；最后使细菌裂解(lysis)。烈性噬菌体生活周期第三节噬菌体的遗传分析一、噬菌体的类型及特点（二）温和性噬菌体：第三节噬菌体的遗传分析一、噬菌体的类型及特点温和性噬菌体具有溶源性(lysogeny)的生活周期，即噬菌体侵染细菌后，并不使细菌很快裂解，而是存活或潜伏较长的时期。如噬菌体和P1噬菌体。噬菌体:侵入后DNA整合到细菌染色体上。P1噬菌体:DNA独立存在于细胞质中。共同点:是在细菌中DNA不大量复制也不大量转录和翻译，保持一个相对固定的数量。如噬菌体和P1噬菌体，它们侵入后不使细菌裂解，而是在特定的条件下才使细菌裂解。如有紫外线照射或温度刺激，就可使原来温和性噬菌体改变成烈性噬菌体，使细菌裂解。P1和λ噬菌体的生活周期特性噬菌体有很多性状可以产生各种突变型，T2噬菌体的研究最为广泛，常用于遗传研究的有以下几类：（一）快速溶菌突变型（r）由于基因突变能快速复制，并裂解细菌的噬菌体类型。r+—野生型r—突变型（30分钟之内可以完成一个周期）。由于r+噬菌体比r噬菌体裂解细菌的速度慢，所以在同一时间内，感染同一细菌时，r+形成小菌落，r形成大菌落且边缘清晰。第三节噬菌体的遗传分析T2噬菌体二、噬菌体的突变型（二）宿主范围突变型（h）指由于基因突变能感染两个品系细菌的突变型噬菌体。野生型——h+，只能侵染野生型菌株。突变型——h，能感染野生型细菌和突变型细菌。例如：T2噬菌体野生型(h+)—能感染B菌株；突变型(h)—能感染B菌株和B/2菌株。若将B和B/2同时混合培养在平板上，用h+和h的T2噬菌体感染，h：噬菌斑透明的，h+：噬菌班半透明的。第三节噬菌体的遗传分析二、噬菌体的突变型例如：噬菌体Ⅰ（hr+）：能感染B和B/2菌株，噬菌斑透明；产生噬菌斑小且边缘模糊；噬菌体Ⅱ（h+r）：只能感染B菌株产生噬菌斑；噬菌斑生长较快（约两倍大）且边缘清晰；用hr+和h+r两种噬菌体同时感染B菌株（双重感染）。在双重感染（相当于hr+×h+r）的过程中，共同生存在同一个宿主细胞中的两个噬菌体DNA也可以发生交换，产生基因重组。在其子代中可以得到hr、h+r+两种重组体以及hr+、h+r两种亲本类型，共4种噬菌体。第三节噬菌体的遗传分析双重感染（混合感染、复感染）：是指用两种噬菌体同时感染某一菌株。三、烈性噬菌体与基因定位B菌株第三节噬菌体的遗传分析三、烈性噬菌体与基因定位第三节噬菌体的遗传分析三、烈性噬菌体与基因定位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株的培养板上，记录噬菌斑的数目和形态。hr+(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hr(重组)：噬菌斑透明、小，边缘清楚h+r+(重组)：噬菌斑半透明、小，边缘模糊记录亲型（hr+；h+r）和重组型（hr；h+r+）的噬菌斑的数值。第三节噬菌体的遗传分析三、烈性噬菌体与基因定位杂交组合每种基因型的%重组值h+rhr+h+r+hr（1）h+ra×hr+（2）h+rb×hr+（3）h+rc×hr+34.032.039.042.056.059.012.05.90.712.06.40.924/100=24%12.3/100.3=12.3%1.6/99.6=1.6%第三节噬菌体的遗传分析三、烈性噬菌体与基因定位%100)(总噬菌斑数重组噬菌斑数重组值Rf不同快速溶菌的突变型在表现型上不同，可分别写成ra、rb、rc等。h+r++hrh+r+hr++h+r++hr=×100%重组值去掉%即可作为图距，∴h-ra之间的图距是24厘摩。根据重组值绘出ra、rb、rc与h的三个连锁图。（书本P137）第三节噬菌体的遗传分析三、烈性噬菌体与基因定位ra、rb、rc和h之间有四种可能的排列顺序：由于T2噬菌体的连锁图是环状的，所以1=4，2=3。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。第三节噬菌体的遗传分析三、烈性噬菌体与基因定位能否确定这4个基因座的关系？还缺什么条件？怎么解决?（一）溶源性细菌和原噬菌体溶源性细菌：细菌体内已含有噬菌体，但噬菌体并不裂解细菌的菌株又称溶源菌。这种现象称为溶源性。原噬菌体：溶源性细菌所携带的无感染能力的噬菌体。有2种存在方式：一种是游离状态，增殖与染色体不同步(P1)。另一种是整合状态，通过交换整合到染色体上，增殖与染色体同步，整合位置视种类而定(λ)。第三节噬菌体的遗传分析四、温和噬菌体与溶源性周期和溶菌周期（二）溶源周期和溶菌周期温和性噬菌体感染细菌后，或者进入溶源周期形成溶源菌，溶源菌的特性一代一代传下去。但在紫外线照射诱导或偶尔自发（10-2～10-5）而裂解细菌即进入溶菌周期。另外，溶源性细菌内的整合状态的原噬菌体，可以通过原位交换退回到独立遗传的状态，可能单独生活一段时间，也可能丢失，使溶源菌又变为非溶源菌。第三节噬菌体的遗传分析四、温和噬菌体与溶源性周期和溶菌周期（三）合子诱导（zygoticinduction）正交反交Hfr（）×F-（对敏感）Hfr×F-（）未发现重组子Hfr基因转移到F-细胞中，产生重组子第三节噬菌体的遗传分析四、温和噬菌体与溶源性周期和溶菌周期带有原噬菌体的Hfr菌株与敏感性的F-菌株杂交后，由于原噬菌体进入无阻遏物的受体菌中随即复制，诱导受体菌裂解，这种现象称为合子诱导。Hfr（）噬菌体进入F-后随即复制使F-裂解在F-（）细胞中含有Hfr基因以噬菌体作为媒介，把一个细菌（供体）的遗传物质转移到另一细菌（受体）中进行基因重组的过程叫转导。转导分为两类：局限性转导和普遍性转导。（一）普遍性转导（随机转导；普遍转导）噬菌体能传递供体细菌任何基因的转导。随机转移，没有特异性的转导。第三节噬菌体的遗传分析五、转导*P156这种转导，供体的任何一个基因都可能被转移，且几率相等，因此称普遍性转导。第三节噬菌体的遗传分析五、转导以噬菌体为媒介细菌的一段染色体被错误地包装在噬菌体的蛋白质外壳内通过感染转移到另一个受体细胞形成部分二倍体导入的基因通过双交换整合到宿主菌的染色体上。∵感染细菌的能力决定于噬菌体的蛋白质外壳。1、普遍性转导的过程：错误包装：1/1000的几率转导颗粒同源重组转导颗粒：将细菌染色体片段包装在噬菌体蛋白质外壳内而产生的假噬菌体（不包含噬菌体的遗传物质）。共转导（并发转导）：两个紧密连锁的基因往往可以一起被转导，这种结合转导现象叫共转导。第三节噬菌体的遗传分析五、转导共转导的频率愈高，表明两个基因在染色体上的距离愈近，连锁愈密切；相反，如果两个基因的共转导频率很低，就说明它们之间距离较远。例如a基因和b基因的共转导频率很高，和c基因的共转导频率也很高，而b和c很少或完全不在一起转导，这三个基因的次序就应为b-a-c。利用共转导，还可以测定宿主细菌基因之间的连锁关系。2、共转导：供体thr＋leu＋azir受体thr－leu－azis先用P1噬菌体感染供体菌株，再用来自供体的新一代P1噬菌体感染受体菌株。然后将受体菌进行特定培养，检测受体菌基因型。例如：以E.coli的P1噬菌体进行下列转导，检测leu（亮氨酸合成)、thr（苏氨酸合成）、azi(叠氮化钠抗性）三个基因的顺序。第三节噬菌体的遗传分析五、转导基本培养基2azi，leu+只有整合thr+细菌生长thr+azir个数thr+leu+个数受体菌特定培养基本培养基1azi，thr+leu+：被选择的标记基因，只有整合leu+细菌可生长leu+azir个数leu+thr+个数基本培养基3azileu+thr+细菌生长leu+thr+azir个数含azi的基本培养基1不含thr的基本培养基1含azi的基本培养基影印影印影印影印影印含azi的基本培养基2不含leu的基本培养基2在受体菌中选择一个或几个供体的标记基因，然后检定（用选择性培养基）非选择性标记基因的有无。序号选择标记培养基成分非选择标记基因之间距离1leu+含azi；无thr50%azir；2%thr+leu+与azir近2thr+含azi；无Leu3%Leu+；0%azirthr+与azir远3thr+leu+含azi、无thrleu0%azirthr+leu+近第三节噬菌体的遗传分析五、转导基于实验1，这3个基因可以有下面两种可能的排列：实验2说明thr与leu近，与azi更远。因为有3%的时间leu+和thr+是并发转导的，但azir和thr+则没有发生过并发转导，因此可以肯定基因的顺序应是实验3说明这个顺序是正确的，因为leu+thr+片段之间从未携带有azir。第三节噬菌体的遗传分析五、转导通过共转导关系求出两基因之间的物理距离：dLXdLDNAX3(1)同一染色体上的物理距离；两转导的平均长度；两基因之间合转导个基因的频率。由以上公式可知：转导DNA的平均长度约为１个病毒基因组的大小；通过试验测知两个基因的共转导频率，就可估算出两个基因间的物理距离。共转导频率的计算公式：X=（1-d/L）3第三节噬菌体的遗传分析五、转导P1噬菌体：头部可包裹91.5kb的供体DNA，相当大肠杆菌基因组的2.4%=75个基因。被P1噬菌体感染的细菌中，有约0.3%的噬菌体为转导噬菌体，其余正常。由于一个转导颗粒至多能包裹2.4%的宿主基因（只要片段的基因座位不超过2min的距离，均可一起转导），一个噬菌体粒子随机包裹某一特定座位的概率为：0.3%×2.4%=7.2×10-5第三节噬菌体的遗传分析五、转导3、稳定转导与流产转导稳定转导：指外基因子重组到受体菌基因组中的转导。流产转导：转导DNA进入受体细胞后，不与受体基因组交换，也不进行DNA复制，稳定独立地存在于细胞中。使后代细胞中只有一个细胞具有转导DNA，其他细胞不含转导DNA，后代细胞发生分离。由于细菌不断增殖，故该转导类型的细菌所占比例越来越少，以至最终消失。第三节噬菌体的遗传分析五、转导（二）局限性转导把带gal+的大肠杆菌的溶源性菌株K12（）用紫外线照射诱导，使之释放噬菌体，然后把各种营养缺陷型和糖类不发酵突变型大肠杆菌与噬菌体接触，经一段时间后，接种在各种选择培养基上，观察有无转导子（体）的出现，结果发现，在gal-（被感染的）中出现了gal+转导子。供体菌的染色体片段在转导过程中被转移到受体菌中，经重组后整合到受体菌的染色体上，形成转导子。除此之外，没有其它转导子，即噬菌体只能转导gal+基因。第三节噬菌体的遗传分析五、转导局限性转导（特异性转导；特定转导）：噬菌体仅能转移少数特定基因的转导叫局限性转导。1、实验现象：局限性转导由温和噬菌体介导进行。如λ的DNA，既可以以自主的状态存在，也可以整合在细菌染色体中。多数噬菌体当整合在细菌染色体中时都占有一个特定的位置。例如λ，在大肠杆菌中的附着点(attλ)一边具有半乳糖操纵子gal，另一边具有生物素(biotin)合成的基因bio。第三节噬菌体的遗传分析五、转导2、局限性转导的特点：溶源起始：在染色体的特定位点整合。原噬菌体离开细菌染色体时，偶尔可将噬菌体