第七章 细菌和病毒的遗传分析

重点大肠杆菌的性别特性和重组 特征中断杂交技术细菌 重组作图的方法噬菌体的 遗传分析难点细菌的遗传分析和噬菌体的 遗传分析

第一节 细菌和病毒在遗传学研究中 的地位 一细菌二病毒三细菌和病毒是遗传学研究的好材料

细菌的结构 细菌结构简单其基本结构包括细胞

壁细胞膜染色体核糖体细胞质及内含物特殊结构如荚膜和鞭毛

细菌染色体不凝缩没有着丝粒也没有纺锤体结构细菌染色体大多为裸露的环状闭合 DNA 双链没有组蛋白和其他蛋白质结合也不形成核小体结构

一细菌一细菌

研究细菌的方法 细菌的培养 基本培养基仅能满足微生物野生型菌株 生长需要的培养基称为基本培养基 完全培养基凡可满足一切营养缺陷型菌 株营养需要的天然或者半天然培养基 称为完全培养基一般可在基本培 养基中加入富含氨基酸维生素和碱 基之类的天然物质配制而成

细菌能在液体培养基上生长

细菌能在固体培养基上生长(a) (b)

(c) (d)

图 细菌能生长在固体培养基上并显示不同的 表型

根据营养需求可分离到突变体菌株

细菌的基因组 细菌染色体大多为裸露的环状闭合 DNA

双链没有组蛋白和其他蛋白质结合也不形成核小体结构

图 裂开的Ecoli 细胞释放出它的染色体（电镜照片）

除了含有一条染色体外大部分细菌还含有小的环状的 DNA 分子 ( 质粒 ) 质粒的复制独立于细菌染色体

图 淋球菌的刚复制完成的质粒

大肠杆菌的突变型1 ）合成代谢功能的突变型 野生型品系在基本培养基上具有合成所

有代谢和生长所必需的复杂有机物的功能这称为合成代谢功能这需要大量基因的表达其中任何一个必需基因突变都会阻碍整个合成代谢功能的实现这种突变型称为营养缺陷型

2 ）分解代谢功能的突变型 野生型品系能利用比葡萄糖复杂的不同碳源因为它能使复杂的糖类转化成葡萄糖或其他简单的糖类也能将复杂分子如氨基酸或脂肪酸降解为乙酸或三羧酸循环的中间物这些降解功能称为分解代谢功能这也需要许多相关基因的表达其中任何一个基因的突变都会影响降解功能的实现 这种突变型称为分解代谢功能的突变型

3 ）抗性突变型 细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或抗生素产生抗性对噬菌体的抗性突变往往是以某种方式改变细菌的膜蛋白从而某种噬菌体不能吸附或吸附在这种突变细菌上的能力降低细菌对各种抗生素的抗性机制各不相同抗链霉素突变型的核糖体 30S 亚基的 S12 蛋白不再和链霉素结合因此抗性突变细菌可以在链霉素存在的情况下进行正常的翻译作用和正常的分裂繁殖

二病毒 病毒的形态结构 病毒由蛋白质外壳包裹的 DNA或 RNA

组成

病毒的分类 通常按宿主类型病毒分为 1 ）噬菌体 (phage) 细菌病毒真菌病毒 2 ）植物病毒 (plant virus) 感染高等植物藻类等真核生物的病毒 3 ）动物病毒 昆虫病毒和脊椎动物病毒

病毒的基因组 根据病毒基因组的结构以及其转录

mRNA 指导蛋白质合成与病毒复制表达的特点基本上可以将其分成 6 种类型

双链 (ds)DNA 病毒基因组 单链 (ss) DNA 病毒基因组 正链 (+) RNA 病毒基因组 负链 (-) RNA 病毒基因组 双链 (ds) RNA 病毒基因组 反转录病毒基因组

噬菌体的增殖与突变型 噬菌体的增殖 1 ）烈性噬菌体的增殖 感染宿主细胞后就进入裂解反应使

宿主细胞裂解整个过程包括吸附1048766侵入1048766脱壳1048766生物合成1048766装配和释放

2 ）温和噬菌体的增殖 其感染周期有两种途径即裂解途径和溶源途径分别称为裂解周期 (lytic cycle) 和溶源周期(lysogenic cycle)

温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

第一节 细菌和病毒在遗传学研究中 的地位 一细菌二病毒三细菌和病毒是遗传学研究的好材料

细菌的结构 细菌结构简单其基本结构包括细胞

壁细胞膜染色体核糖体细胞质及内含物特殊结构如荚膜和鞭毛

细菌染色体不凝缩没有着丝粒也没有纺锤体结构细菌染色体大多为裸露的环状闭合 DNA 双链没有组蛋白和其他蛋白质结合也不形成核小体结构

一细菌一细菌

研究细菌的方法 细菌的培养 基本培养基仅能满足微生物野生型菌株 生长需要的培养基称为基本培养基 完全培养基凡可满足一切营养缺陷型菌 株营养需要的天然或者半天然培养基 称为完全培养基一般可在基本培 养基中加入富含氨基酸维生素和碱 基之类的天然物质配制而成

细菌能在液体培养基上生长

细菌能在固体培养基上生长(a) (b)

(c) (d)

图 细菌能生长在固体培养基上并显示不同的 表型

根据营养需求可分离到突变体菌株

细菌的基因组 细菌染色体大多为裸露的环状闭合 DNA

双链没有组蛋白和其他蛋白质结合也不形成核小体结构

图 裂开的Ecoli 细胞释放出它的染色体（电镜照片）

除了含有一条染色体外大部分细菌还含有小的环状的 DNA 分子 ( 质粒 ) 质粒的复制独立于细菌染色体

图 淋球菌的刚复制完成的质粒

大肠杆菌的突变型1 ）合成代谢功能的突变型 野生型品系在基本培养基上具有合成所

有代谢和生长所必需的复杂有机物的功能这称为合成代谢功能这需要大量基因的表达其中任何一个必需基因突变都会阻碍整个合成代谢功能的实现这种突变型称为营养缺陷型

2 ）分解代谢功能的突变型 野生型品系能利用比葡萄糖复杂的不同碳源因为它能使复杂的糖类转化成葡萄糖或其他简单的糖类也能将复杂分子如氨基酸或脂肪酸降解为乙酸或三羧酸循环的中间物这些降解功能称为分解代谢功能这也需要许多相关基因的表达其中任何一个基因的突变都会影响降解功能的实现 这种突变型称为分解代谢功能的突变型

3 ）抗性突变型 细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或抗生素产生抗性对噬菌体的抗性突变往往是以某种方式改变细菌的膜蛋白从而某种噬菌体不能吸附或吸附在这种突变细菌上的能力降低细菌对各种抗生素的抗性机制各不相同抗链霉素突变型的核糖体 30S 亚基的 S12 蛋白不再和链霉素结合因此抗性突变细菌可以在链霉素存在的情况下进行正常的翻译作用和正常的分裂繁殖

二病毒 病毒的形态结构 病毒由蛋白质外壳包裹的 DNA或 RNA

组成

病毒的分类 通常按宿主类型病毒分为 1 ）噬菌体 (phage) 细菌病毒真菌病毒 2 ）植物病毒 (plant virus) 感染高等植物藻类等真核生物的病毒 3 ）动物病毒 昆虫病毒和脊椎动物病毒

病毒的基因组 根据病毒基因组的结构以及其转录

mRNA 指导蛋白质合成与病毒复制表达的特点基本上可以将其分成 6 种类型

双链 (ds)DNA 病毒基因组 单链 (ss) DNA 病毒基因组 正链 (+) RNA 病毒基因组 负链 (-) RNA 病毒基因组 双链 (ds) RNA 病毒基因组 反转录病毒基因组

噬菌体的增殖与突变型 噬菌体的增殖 1 ）烈性噬菌体的增殖 感染宿主细胞后就进入裂解反应使

宿主细胞裂解整个过程包括吸附1048766侵入1048766脱壳1048766生物合成1048766装配和释放

2 ）温和噬菌体的增殖 其感染周期有两种途径即裂解途径和溶源途径分别称为裂解周期 (lytic cycle) 和溶源周期(lysogenic cycle)

温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

细菌的结构 细菌结构简单其基本结构包括细胞

壁细胞膜染色体核糖体细胞质及内含物特殊结构如荚膜和鞭毛

细菌染色体不凝缩没有着丝粒也没有纺锤体结构细菌染色体大多为裸露的环状闭合 DNA 双链没有组蛋白和其他蛋白质结合也不形成核小体结构

一细菌一细菌

研究细菌的方法 细菌的培养 基本培养基仅能满足微生物野生型菌株 生长需要的培养基称为基本培养基 完全培养基凡可满足一切营养缺陷型菌 株营养需要的天然或者半天然培养基 称为完全培养基一般可在基本培 养基中加入富含氨基酸维生素和碱 基之类的天然物质配制而成

细菌能在液体培养基上生长

细菌能在固体培养基上生长(a) (b)

(c) (d)

图 细菌能生长在固体培养基上并显示不同的 表型

根据营养需求可分离到突变体菌株

细菌的基因组 细菌染色体大多为裸露的环状闭合 DNA

双链没有组蛋白和其他蛋白质结合也不形成核小体结构

图 裂开的Ecoli 细胞释放出它的染色体（电镜照片）

除了含有一条染色体外大部分细菌还含有小的环状的 DNA 分子 ( 质粒 ) 质粒的复制独立于细菌染色体

图 淋球菌的刚复制完成的质粒

大肠杆菌的突变型1 ）合成代谢功能的突变型 野生型品系在基本培养基上具有合成所

有代谢和生长所必需的复杂有机物的功能这称为合成代谢功能这需要大量基因的表达其中任何一个必需基因突变都会阻碍整个合成代谢功能的实现这种突变型称为营养缺陷型

2 ）分解代谢功能的突变型 野生型品系能利用比葡萄糖复杂的不同碳源因为它能使复杂的糖类转化成葡萄糖或其他简单的糖类也能将复杂分子如氨基酸或脂肪酸降解为乙酸或三羧酸循环的中间物这些降解功能称为分解代谢功能这也需要许多相关基因的表达其中任何一个基因的突变都会影响降解功能的实现 这种突变型称为分解代谢功能的突变型

3 ）抗性突变型 细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或抗生素产生抗性对噬菌体的抗性突变往往是以某种方式改变细菌的膜蛋白从而某种噬菌体不能吸附或吸附在这种突变细菌上的能力降低细菌对各种抗生素的抗性机制各不相同抗链霉素突变型的核糖体 30S 亚基的 S12 蛋白不再和链霉素结合因此抗性突变细菌可以在链霉素存在的情况下进行正常的翻译作用和正常的分裂繁殖

二病毒 病毒的形态结构 病毒由蛋白质外壳包裹的 DNA或 RNA

组成

病毒的分类 通常按宿主类型病毒分为 1 ）噬菌体 (phage) 细菌病毒真菌病毒 2 ）植物病毒 (plant virus) 感染高等植物藻类等真核生物的病毒 3 ）动物病毒 昆虫病毒和脊椎动物病毒

病毒的基因组 根据病毒基因组的结构以及其转录

mRNA 指导蛋白质合成与病毒复制表达的特点基本上可以将其分成 6 种类型

双链 (ds)DNA 病毒基因组 单链 (ss) DNA 病毒基因组 正链 (+) RNA 病毒基因组 负链 (-) RNA 病毒基因组 双链 (ds) RNA 病毒基因组 反转录病毒基因组

噬菌体的增殖与突变型 噬菌体的增殖 1 ）烈性噬菌体的增殖 感染宿主细胞后就进入裂解反应使

宿主细胞裂解整个过程包括吸附1048766侵入1048766脱壳1048766生物合成1048766装配和释放

2 ）温和噬菌体的增殖 其感染周期有两种途径即裂解途径和溶源途径分别称为裂解周期 (lytic cycle) 和溶源周期(lysogenic cycle)

温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

研究细菌的方法 细菌的培养 基本培养基仅能满足微生物野生型菌株 生长需要的培养基称为基本培养基 完全培养基凡可满足一切营养缺陷型菌 株营养需要的天然或者半天然培养基 称为完全培养基一般可在基本培 养基中加入富含氨基酸维生素和碱 基之类的天然物质配制而成

细菌能在液体培养基上生长

细菌能在固体培养基上生长(a) (b)

(c) (d)

图 细菌能生长在固体培养基上并显示不同的 表型

根据营养需求可分离到突变体菌株

细菌的基因组 细菌染色体大多为裸露的环状闭合 DNA

双链没有组蛋白和其他蛋白质结合也不形成核小体结构

图 裂开的Ecoli 细胞释放出它的染色体（电镜照片）

除了含有一条染色体外大部分细菌还含有小的环状的 DNA 分子 ( 质粒 ) 质粒的复制独立于细菌染色体

图 淋球菌的刚复制完成的质粒

大肠杆菌的突变型1 ）合成代谢功能的突变型 野生型品系在基本培养基上具有合成所

有代谢和生长所必需的复杂有机物的功能这称为合成代谢功能这需要大量基因的表达其中任何一个必需基因突变都会阻碍整个合成代谢功能的实现这种突变型称为营养缺陷型

2 ）分解代谢功能的突变型 野生型品系能利用比葡萄糖复杂的不同碳源因为它能使复杂的糖类转化成葡萄糖或其他简单的糖类也能将复杂分子如氨基酸或脂肪酸降解为乙酸或三羧酸循环的中间物这些降解功能称为分解代谢功能这也需要许多相关基因的表达其中任何一个基因的突变都会影响降解功能的实现 这种突变型称为分解代谢功能的突变型

3 ）抗性突变型 细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或抗生素产生抗性对噬菌体的抗性突变往往是以某种方式改变细菌的膜蛋白从而某种噬菌体不能吸附或吸附在这种突变细菌上的能力降低细菌对各种抗生素的抗性机制各不相同抗链霉素突变型的核糖体 30S 亚基的 S12 蛋白不再和链霉素结合因此抗性突变细菌可以在链霉素存在的情况下进行正常的翻译作用和正常的分裂繁殖

二病毒 病毒的形态结构 病毒由蛋白质外壳包裹的 DNA或 RNA

组成

病毒的分类 通常按宿主类型病毒分为 1 ）噬菌体 (phage) 细菌病毒真菌病毒 2 ）植物病毒 (plant virus) 感染高等植物藻类等真核生物的病毒 3 ）动物病毒 昆虫病毒和脊椎动物病毒

病毒的基因组 根据病毒基因组的结构以及其转录

mRNA 指导蛋白质合成与病毒复制表达的特点基本上可以将其分成 6 种类型

双链 (ds)DNA 病毒基因组 单链 (ss) DNA 病毒基因组 正链 (+) RNA 病毒基因组 负链 (-) RNA 病毒基因组 双链 (ds) RNA 病毒基因组 反转录病毒基因组

噬菌体的增殖与突变型 噬菌体的增殖 1 ）烈性噬菌体的增殖 感染宿主细胞后就进入裂解反应使

宿主细胞裂解整个过程包括吸附1048766侵入1048766脱壳1048766生物合成1048766装配和释放

2 ）温和噬菌体的增殖 其感染周期有两种途径即裂解途径和溶源途径分别称为裂解周期 (lytic cycle) 和溶源周期(lysogenic cycle)

温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

细菌能在液体培养基上生长

细菌能在固体培养基上生长(a) (b)

(c) (d)

图 细菌能生长在固体培养基上并显示不同的 表型

根据营养需求可分离到突变体菌株

细菌的基因组 细菌染色体大多为裸露的环状闭合 DNA

双链没有组蛋白和其他蛋白质结合也不形成核小体结构

图 裂开的Ecoli 细胞释放出它的染色体（电镜照片）

除了含有一条染色体外大部分细菌还含有小的环状的 DNA 分子 ( 质粒 ) 质粒的复制独立于细菌染色体

图 淋球菌的刚复制完成的质粒

大肠杆菌的突变型1 ）合成代谢功能的突变型 野生型品系在基本培养基上具有合成所

有代谢和生长所必需的复杂有机物的功能这称为合成代谢功能这需要大量基因的表达其中任何一个必需基因突变都会阻碍整个合成代谢功能的实现这种突变型称为营养缺陷型

2 ）分解代谢功能的突变型 野生型品系能利用比葡萄糖复杂的不同碳源因为它能使复杂的糖类转化成葡萄糖或其他简单的糖类也能将复杂分子如氨基酸或脂肪酸降解为乙酸或三羧酸循环的中间物这些降解功能称为分解代谢功能这也需要许多相关基因的表达其中任何一个基因的突变都会影响降解功能的实现 这种突变型称为分解代谢功能的突变型

3 ）抗性突变型 细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或抗生素产生抗性对噬菌体的抗性突变往往是以某种方式改变细菌的膜蛋白从而某种噬菌体不能吸附或吸附在这种突变细菌上的能力降低细菌对各种抗生素的抗性机制各不相同抗链霉素突变型的核糖体 30S 亚基的 S12 蛋白不再和链霉素结合因此抗性突变细菌可以在链霉素存在的情况下进行正常的翻译作用和正常的分裂繁殖

二病毒 病毒的形态结构 病毒由蛋白质外壳包裹的 DNA或 RNA

组成

病毒的分类 通常按宿主类型病毒分为 1 ）噬菌体 (phage) 细菌病毒真菌病毒 2 ）植物病毒 (plant virus) 感染高等植物藻类等真核生物的病毒 3 ）动物病毒 昆虫病毒和脊椎动物病毒

病毒的基因组 根据病毒基因组的结构以及其转录

mRNA 指导蛋白质合成与病毒复制表达的特点基本上可以将其分成 6 种类型

双链 (ds)DNA 病毒基因组 单链 (ss) DNA 病毒基因组 正链 (+) RNA 病毒基因组 负链 (-) RNA 病毒基因组 双链 (ds) RNA 病毒基因组 反转录病毒基因组

噬菌体的增殖与突变型 噬菌体的增殖 1 ）烈性噬菌体的增殖 感染宿主细胞后就进入裂解反应使

宿主细胞裂解整个过程包括吸附1048766侵入1048766脱壳1048766生物合成1048766装配和释放

2 ）温和噬菌体的增殖 其感染周期有两种途径即裂解途径和溶源途径分别称为裂解周期 (lytic cycle) 和溶源周期(lysogenic cycle)

温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

细菌能在固体培养基上生长(a) (b)

(c) (d)

图 细菌能生长在固体培养基上并显示不同的 表型

根据营养需求可分离到突变体菌株

细菌的基因组 细菌染色体大多为裸露的环状闭合 DNA

双链没有组蛋白和其他蛋白质结合也不形成核小体结构

图 裂开的Ecoli 细胞释放出它的染色体（电镜照片）

除了含有一条染色体外大部分细菌还含有小的环状的 DNA 分子 ( 质粒 ) 质粒的复制独立于细菌染色体

图 淋球菌的刚复制完成的质粒

大肠杆菌的突变型1 ）合成代谢功能的突变型 野生型品系在基本培养基上具有合成所

有代谢和生长所必需的复杂有机物的功能这称为合成代谢功能这需要大量基因的表达其中任何一个必需基因突变都会阻碍整个合成代谢功能的实现这种突变型称为营养缺陷型

2 ）分解代谢功能的突变型 野生型品系能利用比葡萄糖复杂的不同碳源因为它能使复杂的糖类转化成葡萄糖或其他简单的糖类也能将复杂分子如氨基酸或脂肪酸降解为乙酸或三羧酸循环的中间物这些降解功能称为分解代谢功能这也需要许多相关基因的表达其中任何一个基因的突变都会影响降解功能的实现 这种突变型称为分解代谢功能的突变型

3 ）抗性突变型 细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或抗生素产生抗性对噬菌体的抗性突变往往是以某种方式改变细菌的膜蛋白从而某种噬菌体不能吸附或吸附在这种突变细菌上的能力降低细菌对各种抗生素的抗性机制各不相同抗链霉素突变型的核糖体 30S 亚基的 S12 蛋白不再和链霉素结合因此抗性突变细菌可以在链霉素存在的情况下进行正常的翻译作用和正常的分裂繁殖

二病毒 病毒的形态结构 病毒由蛋白质外壳包裹的 DNA或 RNA

组成

病毒的分类 通常按宿主类型病毒分为 1 ）噬菌体 (phage) 细菌病毒真菌病毒 2 ）植物病毒 (plant virus) 感染高等植物藻类等真核生物的病毒 3 ）动物病毒 昆虫病毒和脊椎动物病毒

病毒的基因组 根据病毒基因组的结构以及其转录

mRNA 指导蛋白质合成与病毒复制表达的特点基本上可以将其分成 6 种类型

双链 (ds)DNA 病毒基因组 单链 (ss) DNA 病毒基因组 正链 (+) RNA 病毒基因组 负链 (-) RNA 病毒基因组 双链 (ds) RNA 病毒基因组 反转录病毒基因组

噬菌体的增殖与突变型 噬菌体的增殖 1 ）烈性噬菌体的增殖 感染宿主细胞后就进入裂解反应使

宿主细胞裂解整个过程包括吸附1048766侵入1048766脱壳1048766生物合成1048766装配和释放

2 ）温和噬菌体的增殖 其感染周期有两种途径即裂解途径和溶源途径分别称为裂解周期 (lytic cycle) 和溶源周期(lysogenic cycle)

温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

根据营养需求可分离到突变体菌株

细菌的基因组 细菌染色体大多为裸露的环状闭合 DNA

双链没有组蛋白和其他蛋白质结合也不形成核小体结构

图 裂开的Ecoli 细胞释放出它的染色体（电镜照片）

除了含有一条染色体外大部分细菌还含有小的环状的 DNA 分子 ( 质粒 ) 质粒的复制独立于细菌染色体

图 淋球菌的刚复制完成的质粒

大肠杆菌的突变型1 ）合成代谢功能的突变型 野生型品系在基本培养基上具有合成所

有代谢和生长所必需的复杂有机物的功能这称为合成代谢功能这需要大量基因的表达其中任何一个必需基因突变都会阻碍整个合成代谢功能的实现这种突变型称为营养缺陷型

2 ）分解代谢功能的突变型 野生型品系能利用比葡萄糖复杂的不同碳源因为它能使复杂的糖类转化成葡萄糖或其他简单的糖类也能将复杂分子如氨基酸或脂肪酸降解为乙酸或三羧酸循环的中间物这些降解功能称为分解代谢功能这也需要许多相关基因的表达其中任何一个基因的突变都会影响降解功能的实现 这种突变型称为分解代谢功能的突变型

3 ）抗性突变型 细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或抗生素产生抗性对噬菌体的抗性突变往往是以某种方式改变细菌的膜蛋白从而某种噬菌体不能吸附或吸附在这种突变细菌上的能力降低细菌对各种抗生素的抗性机制各不相同抗链霉素突变型的核糖体 30S 亚基的 S12 蛋白不再和链霉素结合因此抗性突变细菌可以在链霉素存在的情况下进行正常的翻译作用和正常的分裂繁殖

二病毒 病毒的形态结构 病毒由蛋白质外壳包裹的 DNA或 RNA

组成

病毒的分类 通常按宿主类型病毒分为 1 ）噬菌体 (phage) 细菌病毒真菌病毒 2 ）植物病毒 (plant virus) 感染高等植物藻类等真核生物的病毒 3 ）动物病毒 昆虫病毒和脊椎动物病毒

病毒的基因组 根据病毒基因组的结构以及其转录

mRNA 指导蛋白质合成与病毒复制表达的特点基本上可以将其分成 6 种类型

双链 (ds)DNA 病毒基因组 单链 (ss) DNA 病毒基因组 正链 (+) RNA 病毒基因组 负链 (-) RNA 病毒基因组 双链 (ds) RNA 病毒基因组 反转录病毒基因组

噬菌体的增殖与突变型 噬菌体的增殖 1 ）烈性噬菌体的增殖 感染宿主细胞后就进入裂解反应使

宿主细胞裂解整个过程包括吸附1048766侵入1048766脱壳1048766生物合成1048766装配和释放

2 ）温和噬菌体的增殖 其感染周期有两种途径即裂解途径和溶源途径分别称为裂解周期 (lytic cycle) 和溶源周期(lysogenic cycle)

温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

细菌的基因组 细菌染色体大多为裸露的环状闭合 DNA

双链没有组蛋白和其他蛋白质结合也不形成核小体结构

图 裂开的Ecoli 细胞释放出它的染色体（电镜照片）

除了含有一条染色体外大部分细菌还含有小的环状的 DNA 分子 ( 质粒 ) 质粒的复制独立于细菌染色体

图 淋球菌的刚复制完成的质粒

大肠杆菌的突变型1 ）合成代谢功能的突变型 野生型品系在基本培养基上具有合成所

有代谢和生长所必需的复杂有机物的功能这称为合成代谢功能这需要大量基因的表达其中任何一个必需基因突变都会阻碍整个合成代谢功能的实现这种突变型称为营养缺陷型

2 ）分解代谢功能的突变型 野生型品系能利用比葡萄糖复杂的不同碳源因为它能使复杂的糖类转化成葡萄糖或其他简单的糖类也能将复杂分子如氨基酸或脂肪酸降解为乙酸或三羧酸循环的中间物这些降解功能称为分解代谢功能这也需要许多相关基因的表达其中任何一个基因的突变都会影响降解功能的实现 这种突变型称为分解代谢功能的突变型

3 ）抗性突变型 细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或抗生素产生抗性对噬菌体的抗性突变往往是以某种方式改变细菌的膜蛋白从而某种噬菌体不能吸附或吸附在这种突变细菌上的能力降低细菌对各种抗生素的抗性机制各不相同抗链霉素突变型的核糖体 30S 亚基的 S12 蛋白不再和链霉素结合因此抗性突变细菌可以在链霉素存在的情况下进行正常的翻译作用和正常的分裂繁殖

二病毒 病毒的形态结构 病毒由蛋白质外壳包裹的 DNA或 RNA

组成

病毒的分类 通常按宿主类型病毒分为 1 ）噬菌体 (phage) 细菌病毒真菌病毒 2 ）植物病毒 (plant virus) 感染高等植物藻类等真核生物的病毒 3 ）动物病毒 昆虫病毒和脊椎动物病毒

病毒的基因组 根据病毒基因组的结构以及其转录

mRNA 指导蛋白质合成与病毒复制表达的特点基本上可以将其分成 6 种类型

双链 (ds)DNA 病毒基因组 单链 (ss) DNA 病毒基因组 正链 (+) RNA 病毒基因组 负链 (-) RNA 病毒基因组 双链 (ds) RNA 病毒基因组 反转录病毒基因组

噬菌体的增殖与突变型 噬菌体的增殖 1 ）烈性噬菌体的增殖 感染宿主细胞后就进入裂解反应使

宿主细胞裂解整个过程包括吸附1048766侵入1048766脱壳1048766生物合成1048766装配和释放

2 ）温和噬菌体的增殖 其感染周期有两种途径即裂解途径和溶源途径分别称为裂解周期 (lytic cycle) 和溶源周期(lysogenic cycle)

温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

除了含有一条染色体外大部分细菌还含有小的环状的 DNA 分子 ( 质粒 ) 质粒的复制独立于细菌染色体

图 淋球菌的刚复制完成的质粒

大肠杆菌的突变型1 ）合成代谢功能的突变型 野生型品系在基本培养基上具有合成所

有代谢和生长所必需的复杂有机物的功能这称为合成代谢功能这需要大量基因的表达其中任何一个必需基因突变都会阻碍整个合成代谢功能的实现这种突变型称为营养缺陷型

2 ）分解代谢功能的突变型 野生型品系能利用比葡萄糖复杂的不同碳源因为它能使复杂的糖类转化成葡萄糖或其他简单的糖类也能将复杂分子如氨基酸或脂肪酸降解为乙酸或三羧酸循环的中间物这些降解功能称为分解代谢功能这也需要许多相关基因的表达其中任何一个基因的突变都会影响降解功能的实现 这种突变型称为分解代谢功能的突变型

3 ）抗性突变型 细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或抗生素产生抗性对噬菌体的抗性突变往往是以某种方式改变细菌的膜蛋白从而某种噬菌体不能吸附或吸附在这种突变细菌上的能力降低细菌对各种抗生素的抗性机制各不相同抗链霉素突变型的核糖体 30S 亚基的 S12 蛋白不再和链霉素结合因此抗性突变细菌可以在链霉素存在的情况下进行正常的翻译作用和正常的分裂繁殖

二病毒 病毒的形态结构 病毒由蛋白质外壳包裹的 DNA或 RNA

组成

病毒的分类 通常按宿主类型病毒分为 1 ）噬菌体 (phage) 细菌病毒真菌病毒 2 ）植物病毒 (plant virus) 感染高等植物藻类等真核生物的病毒 3 ）动物病毒 昆虫病毒和脊椎动物病毒

病毒的基因组 根据病毒基因组的结构以及其转录

mRNA 指导蛋白质合成与病毒复制表达的特点基本上可以将其分成 6 种类型

双链 (ds)DNA 病毒基因组 单链 (ss) DNA 病毒基因组 正链 (+) RNA 病毒基因组 负链 (-) RNA 病毒基因组 双链 (ds) RNA 病毒基因组 反转录病毒基因组

噬菌体的增殖与突变型 噬菌体的增殖 1 ）烈性噬菌体的增殖 感染宿主细胞后就进入裂解反应使

宿主细胞裂解整个过程包括吸附1048766侵入1048766脱壳1048766生物合成1048766装配和释放

2 ）温和噬菌体的增殖 其感染周期有两种途径即裂解途径和溶源途径分别称为裂解周期 (lytic cycle) 和溶源周期(lysogenic cycle)

温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

大肠杆菌的突变型1 ）合成代谢功能的突变型 野生型品系在基本培养基上具有合成所

有代谢和生长所必需的复杂有机物的功能这称为合成代谢功能这需要大量基因的表达其中任何一个必需基因突变都会阻碍整个合成代谢功能的实现这种突变型称为营养缺陷型

2 ）分解代谢功能的突变型 野生型品系能利用比葡萄糖复杂的不同碳源因为它能使复杂的糖类转化成葡萄糖或其他简单的糖类也能将复杂分子如氨基酸或脂肪酸降解为乙酸或三羧酸循环的中间物这些降解功能称为分解代谢功能这也需要许多相关基因的表达其中任何一个基因的突变都会影响降解功能的实现 这种突变型称为分解代谢功能的突变型

3 ）抗性突变型 细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或抗生素产生抗性对噬菌体的抗性突变往往是以某种方式改变细菌的膜蛋白从而某种噬菌体不能吸附或吸附在这种突变细菌上的能力降低细菌对各种抗生素的抗性机制各不相同抗链霉素突变型的核糖体 30S 亚基的 S12 蛋白不再和链霉素结合因此抗性突变细菌可以在链霉素存在的情况下进行正常的翻译作用和正常的分裂繁殖

二病毒 病毒的形态结构 病毒由蛋白质外壳包裹的 DNA或 RNA

组成

病毒的分类 通常按宿主类型病毒分为 1 ）噬菌体 (phage) 细菌病毒真菌病毒 2 ）植物病毒 (plant virus) 感染高等植物藻类等真核生物的病毒 3 ）动物病毒 昆虫病毒和脊椎动物病毒

病毒的基因组 根据病毒基因组的结构以及其转录

mRNA 指导蛋白质合成与病毒复制表达的特点基本上可以将其分成 6 种类型

双链 (ds)DNA 病毒基因组 单链 (ss) DNA 病毒基因组 正链 (+) RNA 病毒基因组 负链 (-) RNA 病毒基因组 双链 (ds) RNA 病毒基因组 反转录病毒基因组

噬菌体的增殖与突变型 噬菌体的增殖 1 ）烈性噬菌体的增殖 感染宿主细胞后就进入裂解反应使

宿主细胞裂解整个过程包括吸附1048766侵入1048766脱壳1048766生物合成1048766装配和释放

2 ）温和噬菌体的增殖 其感染周期有两种途径即裂解途径和溶源途径分别称为裂解周期 (lytic cycle) 和溶源周期(lysogenic cycle)

温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

2 ）分解代谢功能的突变型 野生型品系能利用比葡萄糖复杂的不同碳源因为它能使复杂的糖类转化成葡萄糖或其他简单的糖类也能将复杂分子如氨基酸或脂肪酸降解为乙酸或三羧酸循环的中间物这些降解功能称为分解代谢功能这也需要许多相关基因的表达其中任何一个基因的突变都会影响降解功能的实现 这种突变型称为分解代谢功能的突变型

3 ）抗性突变型 细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或抗生素产生抗性对噬菌体的抗性突变往往是以某种方式改变细菌的膜蛋白从而某种噬菌体不能吸附或吸附在这种突变细菌上的能力降低细菌对各种抗生素的抗性机制各不相同抗链霉素突变型的核糖体 30S 亚基的 S12 蛋白不再和链霉素结合因此抗性突变细菌可以在链霉素存在的情况下进行正常的翻译作用和正常的分裂繁殖

二病毒 病毒的形态结构 病毒由蛋白质外壳包裹的 DNA或 RNA

组成

病毒的分类 通常按宿主类型病毒分为 1 ）噬菌体 (phage) 细菌病毒真菌病毒 2 ）植物病毒 (plant virus) 感染高等植物藻类等真核生物的病毒 3 ）动物病毒 昆虫病毒和脊椎动物病毒

病毒的基因组 根据病毒基因组的结构以及其转录

mRNA 指导蛋白质合成与病毒复制表达的特点基本上可以将其分成 6 种类型

双链 (ds)DNA 病毒基因组 单链 (ss) DNA 病毒基因组 正链 (+) RNA 病毒基因组 负链 (-) RNA 病毒基因组 双链 (ds) RNA 病毒基因组 反转录病毒基因组

噬菌体的增殖与突变型 噬菌体的增殖 1 ）烈性噬菌体的增殖 感染宿主细胞后就进入裂解反应使

宿主细胞裂解整个过程包括吸附1048766侵入1048766脱壳1048766生物合成1048766装配和释放

2 ）温和噬菌体的增殖 其感染周期有两种途径即裂解途径和溶源途径分别称为裂解周期 (lytic cycle) 和溶源周期(lysogenic cycle)

温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

3 ）抗性突变型 细菌由于某基因的突变而对某些噬菌体或抗生素产生抗性对噬菌体的抗性突变往往是以某种方式改变细菌的膜蛋白从而某种噬菌体不能吸附或吸附在这种突变细菌上的能力降低细菌对各种抗生素的抗性机制各不相同抗链霉素突变型的核糖体 30S 亚基的 S12 蛋白不再和链霉素结合因此抗性突变细菌可以在链霉素存在的情况下进行正常的翻译作用和正常的分裂繁殖

二病毒 病毒的形态结构 病毒由蛋白质外壳包裹的 DNA或 RNA

组成

病毒的分类 通常按宿主类型病毒分为 1 ）噬菌体 (phage) 细菌病毒真菌病毒 2 ）植物病毒 (plant virus) 感染高等植物藻类等真核生物的病毒 3 ）动物病毒 昆虫病毒和脊椎动物病毒

病毒的基因组 根据病毒基因组的结构以及其转录

mRNA 指导蛋白质合成与病毒复制表达的特点基本上可以将其分成 6 种类型

双链 (ds)DNA 病毒基因组 单链 (ss) DNA 病毒基因组 正链 (+) RNA 病毒基因组 负链 (-) RNA 病毒基因组 双链 (ds) RNA 病毒基因组 反转录病毒基因组

噬菌体的增殖与突变型 噬菌体的增殖 1 ）烈性噬菌体的增殖 感染宿主细胞后就进入裂解反应使

宿主细胞裂解整个过程包括吸附1048766侵入1048766脱壳1048766生物合成1048766装配和释放

2 ）温和噬菌体的增殖 其感染周期有两种途径即裂解途径和溶源途径分别称为裂解周期 (lytic cycle) 和溶源周期(lysogenic cycle)

温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

二病毒 病毒的形态结构 病毒由蛋白质外壳包裹的 DNA或 RNA

组成

病毒的分类 通常按宿主类型病毒分为 1 ）噬菌体 (phage) 细菌病毒真菌病毒 2 ）植物病毒 (plant virus) 感染高等植物藻类等真核生物的病毒 3 ）动物病毒 昆虫病毒和脊椎动物病毒

病毒的基因组 根据病毒基因组的结构以及其转录

mRNA 指导蛋白质合成与病毒复制表达的特点基本上可以将其分成 6 种类型

双链 (ds)DNA 病毒基因组 单链 (ss) DNA 病毒基因组 正链 (+) RNA 病毒基因组 负链 (-) RNA 病毒基因组 双链 (ds) RNA 病毒基因组 反转录病毒基因组

噬菌体的增殖与突变型 噬菌体的增殖 1 ）烈性噬菌体的增殖 感染宿主细胞后就进入裂解反应使

宿主细胞裂解整个过程包括吸附1048766侵入1048766脱壳1048766生物合成1048766装配和释放

2 ）温和噬菌体的增殖 其感染周期有两种途径即裂解途径和溶源途径分别称为裂解周期 (lytic cycle) 和溶源周期(lysogenic cycle)

温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

病毒的分类 通常按宿主类型病毒分为 1 ）噬菌体 (phage) 细菌病毒真菌病毒 2 ）植物病毒 (plant virus) 感染高等植物藻类等真核生物的病毒 3 ）动物病毒 昆虫病毒和脊椎动物病毒

病毒的基因组 根据病毒基因组的结构以及其转录

mRNA 指导蛋白质合成与病毒复制表达的特点基本上可以将其分成 6 种类型

双链 (ds)DNA 病毒基因组 单链 (ss) DNA 病毒基因组 正链 (+) RNA 病毒基因组 负链 (-) RNA 病毒基因组 双链 (ds) RNA 病毒基因组 反转录病毒基因组

噬菌体的增殖与突变型 噬菌体的增殖 1 ）烈性噬菌体的增殖 感染宿主细胞后就进入裂解反应使

宿主细胞裂解整个过程包括吸附1048766侵入1048766脱壳1048766生物合成1048766装配和释放

2 ）温和噬菌体的增殖 其感染周期有两种途径即裂解途径和溶源途径分别称为裂解周期 (lytic cycle) 和溶源周期(lysogenic cycle)

温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

病毒的基因组 根据病毒基因组的结构以及其转录

mRNA 指导蛋白质合成与病毒复制表达的特点基本上可以将其分成 6 种类型

双链 (ds)DNA 病毒基因组 单链 (ss) DNA 病毒基因组 正链 (+) RNA 病毒基因组 负链 (-) RNA 病毒基因组 双链 (ds) RNA 病毒基因组 反转录病毒基因组

噬菌体的增殖与突变型 噬菌体的增殖 1 ）烈性噬菌体的增殖 感染宿主细胞后就进入裂解反应使

宿主细胞裂解整个过程包括吸附1048766侵入1048766脱壳1048766生物合成1048766装配和释放

2 ）温和噬菌体的增殖 其感染周期有两种途径即裂解途径和溶源途径分别称为裂解周期 (lytic cycle) 和溶源周期(lysogenic cycle)

温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

噬菌体的增殖与突变型 噬菌体的增殖 1 ）烈性噬菌体的增殖 感染宿主细胞后就进入裂解反应使

宿主细胞裂解整个过程包括吸附1048766侵入1048766脱壳1048766生物合成1048766装配和释放

2 ）温和噬菌体的增殖 其感染周期有两种途径即裂解途径和溶源途径分别称为裂解周期 (lytic cycle) 和溶源周期(lysogenic cycle)

温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

2 ）温和噬菌体的增殖 其感染周期有两种途径即裂解途径和溶源途径分别称为裂解周期 (lytic cycle) 和溶源周期(lysogenic cycle)

温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

温和噬菌体的溶菌周期和溶源周期

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

噬菌体的宿主细胞为细菌利用宿主细胞的代谢机器来增殖

图 噬菌体裂解细菌后形成的清晰噬菌斑

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

噬菌体的突变型1 ）条件致死突变型 温度敏感突变（ temperature sensitive mutation ts ）野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖而热敏感突变型通常在 30（许可条件）感染宿主进行繁殖但在 40～ 42（限制条件）就是致死的不能形成噬菌斑而冷敏感突变型在较低温度下就致死

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

抑制因子敏感突变（ suppressor sensitive mutation sus ）其实质是原来正常的密码子变成了终止密码子因而翻译提前终止不能形成有活性的蛋白质带有 sus 突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因 (suppressor su ＋ )（许可条件）的宿主菌时能产生子代但在感染另一种没有抑制基因 (su － )（限制条件）的宿主菌时不能产生子代野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

表 1 不同宿主菌中 sus 突变噬菌体的表型

噬菌体基因型宿主菌基因型

su- su+ amb su+ och su+ op

野生型 + + + +

sus amb - + + -

sus och - - + -

sus op - - - +

注ldquo +rdquo 产生子代ldquo -rdquo 不产生子代

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性可以将 sus 突变分为 3 类琥珀突变（ amber amb ）赭石突变（ ochre och ）和乳白突变（ opal op ）它们相应的密码子为 UAGUAA 和UGA

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

终止密码子不编码任何氨基酸称为无义密码子（ nonsense codon ）是蛋白质合成的终止信号这些密码子是琥珀型（ amber ）UAG 赭石型（ ochre）UAA 和乳白型（ opal ）UGA

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子多肽链合成到此便会中断从而使多肽链变短而失去活性这种突变称为无义突变（ nonsense mutation ）各种无义突变都是条件致死突变因为有相应的无义抑制基因（ su＋）

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

这些 sus 突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代是因为翻译过程中在终止密码子处插入一个特定的氨基酸防止在终止密码子位置上提前终止如琥珀突变就有许多种抑制基因各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表 2 ）

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

表 2 琥珀抑制基因的实质琥珀型抑制

基因插入的氨基

酸合成的蛋白质占野生型

比例 赭石型抑制

基因

su1+ 丝氨酸 28 -su2+ 谷氨酰胺 14 -su3+ 酪氨酸 55 -su4+ 酪氨酸 16 +su5+ 赖氨酸 5 +

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

携带 su ＋突变型的菌株实质是tRNA 基因发生了突变例如表 2中的琥珀型抑制基因 su3 ＋在UAG密码子上插入了一个酪氨酸这是因为 tRNATyr 基因的反密码子的一个突变

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

例如酪氨酸密码子是 UAC酪氨酸tRNA反密码子是 AUG 置换突变使UAC 变为无义密码子 UAG后翻译便到此停止如果酪氨酸 tRNA 基因发生突变而使它的反密码子由 AUG 变为 AUC这一反密码子便能识别无义密码子UAG 可是它的 3prime端上仍然携带着酪氨酸因此这一突变型 tRNA 能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

2 ）噬菌斑形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（ plaque ）另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

宿主范围的突变型噬菌体感染细菌时首先吸附于细胞表面的专一受体上这是由受体的基因控制的如果受体发生改变有可能使噬菌体不能附着从而该噬菌体的宿主范围就缩小另外 噬菌体突变也可以扩大寄生范围

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

三细菌和病毒是遗传学研究的好材料使用细菌和病毒进行遗传学研究的优点1 ）繁殖快2 ）能产生大量子代3 ）单倍体基因组使得所有突变能直接表达4 ）无性繁殖简化了遗传纯合菌株的分离5 ）培养方便所需空间小6 ）基因组小7 ）基因的分离和操作方便8 ）能通过遗传修饰获得有经济价值的物质

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

第二节 细菌的遗传分析

一接合二 F 因子三用中断杂交实验作连锁图四 Frsquo 因子与性导五转导与作图

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

细菌中大肠杆菌（ Ecoli ）是最为广泛的遗传学实验材料 细菌的遗传重组可以通过三种途径来来实现 1 ）接合 (conjugation) 通过供体与受体之间的接触而传递 DNA 2 ）转化 (transformation) 是指游离的细菌 DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内 (受体 ) 3 ）转导 (transduction) 是指一种细菌的DNA片段经过温和的或经有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

一接合 经细菌细胞直接的接触把一个细胞(供体 ) 的遗传物质传递给另一个细胞 (受体 ) 从而实现遗传重组 1) 细菌经典的杂交实验 细菌的重组最初是在 Ecoli 中发现的 1946年 Lederberg amp Tatum 通过EcoliK12 菌株杂交实验首次证明Ecoli 的有性生殖和基因重组

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

不同营养缺陷型的大肠杆菌 A 菌株Met-bio-thr+leu+ 需加甲硫氨酸和生物素 B菌株Met+bio+thr-leu-需加苏氨酸和亮氨酸 A 菌株和 B菌株营养缺陷型不能在基本培养上生长 A 菌株和 B菌株混合培养在完全培养基上几小时后离心涂布在基本培养基上长出原养型 (Met+bio+thr+leu+) 菌落

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

问题 1 ）这种原养型细菌的出现不一定是基因型的改变可能是培养上的互补即一些物质从一个品系的细胞中泄漏出来而被另一个品系的细胞所吸收呢 2 ）另一种可能是一个品系的 DNA片段逸出细胞后携带着相应的基因进入另一个品系的细胞因为这种转化作用而产生了上述的营养型

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

1950年 Davis的 U型管实验 他用一个 U型管在底部用一块细菌过滤器隔开 U型管两臂中分别为营养缺陷型品系 A 和 B使它们繁殖到饱和状态同时在 U型管的一端交替地吸和压使两臂中的培养液充分混合但细菌的两个品系的细胞却不会接触在U型管中培养一些时间后再从两端分别取细菌进行培养没有发现一个细菌能在基本培养基上生长

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

结论要有原养型细胞的形成两个菌 株间的直接接触是必不可少的

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

Lederbery和 Tatum认为两个亲本细菌在基因重组过程中起着同等作用Ecoli 的性系统是同宗配合 Hayes则证明 Ecoli遗传物质的传递方式与具有典型减数分裂的生物不同例如两个亲本类型对后代的遗传贡献并不相等有些亲本基因的组合会在后代出现有一些则不会出现而且所有后代中出现的基因都是连锁的因此 Ecoli的有性过程应该是异宗配合的

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

1952年 Hayes 的细菌杂交实验 菌株 A met-thr+leu+thi+ 菌株 Bmet+thr-leu-thi- 菌株 A(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 B 混合涂布在基本培养基上有活下来的菌落 菌株 B(经链霉素处理不能分裂 )与菌株 A 混合涂布在基本培养基上没有活下来的菌落

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

结论 Hayes 认为 Ecoli遗传物质的重组不是交互进行的而是一种单向转移的结果其中品系 A 作为遗传物质的供体品系 B的细胞则是遗传物质的受体当两个亲本细胞接触后供体 A 的遗传物质进入受体 B的细胞中紧接着遗传重组现象就在受体品系 B的细胞中发生供体品系相当于雄性受体品系则相当于雌性

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

二 F因子 F因子 Hayes提出在 Ecoli两个品系间遗传物质的转移是通过一个 Sex factor F （致育因子）介导进行的携带 F因子的菌株称为供体菌或雄性用 F ＋表示未携带 F因子的菌株为受体菌或雌性用 F －表示

现在已经证实 F因子是一种质粒大约包含 100 个基因

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

F因子的遗传结构 1)原点转移的起点 2) 形成性伞毛的基因群与结合有关

3)DNA 复制酶基因与自我复制有关

4)插入序列与其插入细菌染色体的过程有关

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

在细菌接合过程中性伞毛连接 F+ 和F-细胞

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

根据 F因子存在的方式 EColi 可以分为 4 种菌株

F-菌株不带有 F因子的菌株作为受体接受遗传物质

F+ 菌株带有 F因子的菌株作为供体提供遗传物质

Hfr 菌株高频重组菌株 F因子通过配对交换整合到细菌染色体上

Frsquo菌株带有 Frsquo 因子的菌株既可转移供体的染色体片段又可转移F因子

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

三用中断杂交实验作连锁图 中断杂交实验法 (Wollman amp Jacob 1950)

Hfr thr+leu+azirtonrlac+gal+strs F- thr-leu-azistonslac-gal-strr

将两菌株混合培养 每隔一定时间取样 搅拌样品菌液使配对的细菌分开稀释菌液防止再度配对 涂平板 重组子菌落影印培养在若干不同的选择培养基上 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连锁图

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

结果发现 Hfr 的未选择性标记基因进入 F －所需时间 分种 转移的 Hfr 基因 ＜ 9 0 9 azir

11 azirtonr

18 azirtonrLac+

25 azirtonrLac+gal+

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

从 Hfr 菌株的基因在 F －细菌中出现开始随着时间的推移具有这一基因的菌落逐渐增加直到某一百分数为止基因出现的时间愈早它所达到百分数也愈高 上述四个基因在混合后 24 分钟内以一定的顺序和时间间隔先后从 Hfr进入F －的细菌中去

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

染色体从一端开始这一端称为原点(origin)或O 以线性方式进入 F －细胞中基因离开原点越远进入 F －细胞越迟根据中断杂交技术用杂交后 Hfr 基因最初在受体细菌中出现的时间作为指标可以作连锁图这里距离的单位是分钟如ton在 azi开始进入 F －细胞后 2 分钟进入那么 azi和 ton 相隔 2 单位 0 5 10 15 20 25 azi ton Lac gal

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

如果让 HfrtimesF －杂交继续进行长达二小时然后使之中断发现某些 F －受体转变为 Hfr 这说明 Hrf 的全部基因已转移完毕排在最后的 F因子最后转移到受体使它成为供体但效率很低是线性染色体的最后一个单位我们可得下图 0 azi ton Lac gal F

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

大肠杆菌的染色体呈环形 Wollman和 Jocob 用不同的 Hfr菌株进行中断杂交试验都可作成连锁图可是基因转移的顺序转移起点和转移方向都很不相同Hfr H O thr pro lac pur gal his gly thi F

1 O thr thi gly his gal pur lac pro F

2 O pro thr thi gly his gal pur lac F

3 O pur lac pro thr thi gly his gal F

AB312 O thi thr pro lac pur gal his gly F

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

规律 任一行中任何一对相邻的基因在其他各行中也是相邻的例如 his 基因总是一边为 gal 另一边为 gly 每个Hfr 菌系的基因排列顺序都是相同的所不同的是 O点的位置都有改变基因转移的方向不尽相同致育因子（ F）最后转移

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

结论 1 ） F因子的插入方向将决定 Hfr染色体的极性 2 ）插入 F因子的一端将是原点从原点 Hfr 染色体的转移开始在 F因子的另一端为终止点可能并不被转移除非整条染色体都被转移

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

重组作图法1 ）适用范围

在中断杂交试验中根据基因转移的先后次序以时间为单位求出各基因间的距离－－时间单位法两基因转移时间间距小于 2 分钟时中断杂交法的图距不精确应采用传统的重组作图法

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

2 ）原理 如果两基因紧密连锁那么在知道这两个基因转移的先后顺序的前提下后转移进去的基因发生了重组那么先转移进去的基因一定也已经转移进去在此基础上用选择性培养基进一步挑选重组子中的重组子

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

3 ） Hfr lac+ade+Strs F- lac-ade-Strr

混合培养 用含有 Str 的基本培养基挑出 ade+Strs 重组子 再用EMB 培养基区分 lac+ 和 lac-

注在含有链霉素的基本培养基上 Hfr 细菌被杀死因其为 strs未杂交的 F －也死亡因为是 ade-所以选出来的重组子都是 ade+strr

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

因为 ade+ 是在 Lac+ 之后进 F －细胞所以我们选出的 F － ade+strr一定是由同时得到 Lac+ 和 ade+ 的部分二倍体起源的 lac+ ade+

lac- ade- 外基因子

内基因子

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

F- ade+lac+ 则说明未发生交换为重组子中的亲组合 lac ＋ ade ＋ Strs

lac- ade- Strr

lac ＋ ade ＋ Strr

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

F- ade+lac-则说明基因间发生交换为重组子中的重组子 lac+ ade+ Strs

lac- ade- Strr

lac- ade+ Strr

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

重组值计算lac-ade 之间的图距为 (Lac-ade+) （ Lac-ade+

） (lac+ade+)+(lac-ade+) ade+

注 选择在腺甘酸缺乏的培养基上生长的类型它们表明 ade 基因已转入细胞 选出的 lac-ade+ 类型即是重组子而lac-ade+ 表型就是 lac和 ade发生交换的结果可用此来计算重组值

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

四 Frsquo 因子与性导

F 因子能使 Hfr 转变为 F+ F因子 能整合能切离是带有部分细 菌染色体的 F 因子性导利用 F 因子形成部分二倍体 叫做性导

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

五转导与作图转导是指以噬菌体为媒介将供体细菌 DNA导入到受体细菌并发生遗传重 组的过程普遍性转导供体细菌染色体的任何部 分都可以组装到转导颗粒中从而 可以转移到受体细菌中特异性转导温和噬菌体进行的转导 只能转导部分基因

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

普遍性转导与作图 共转导两个基因同时被包装到一个转 导颗粒从而一起重组到受体细菌 的染色体上 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很低说明其距离较远因此测定两基因的共转导频率就可以确定基因之间的次序和距离

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

二因子作图供体 受体 共转导频率 a+b+ ab 30 ab近 a+c+ ac 35 ac近 a在bc 之间 b+c+ bc 3 bc远

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

三因子作图 例如供体的基因型为 a+b+c+ 受体的基因型 a －b －c －在一个三因子转导杂交实验中将产生各种不同的转导体由于两个基因 (a+b+ 或 b+c+)共转导的机率和它们之间的距离成反比即二基因距离愈近就愈可能被包装到同一个转导子中并共同转移到同一个受体细胞中形成一个共转导子 a+b+

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

例用 Ecoli trpA+supC+pyrF+

供体细胞和 trpA-supC-pyrF-作为受体由 P1 噬菌体进行三因子转导杂交实验结果 转导型 数目 supC+trpA+pyrF+ 36 supC+trpA+pyrF- 114 supC+trpA-pyrF+ 0 supC+trpA-pyrF- 453 问它们的基因顺序共转导频率

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

解上述三个基因在遗传图上的顺序可以从第 3 种转导型上立即判断出来因为它的数目最少 ( 等于 0) 三个基因的次序为 supC trpA pyrF supC+ 和 trpA+ 二基因共转导形成第 1 和第 2 两种转导型因此 supC和trpA 的共转导频率是 36+114 603=025 同理 supC和 pyrF 的共转导频率 36603=006 共转导频率愈高说明两基因靠得愈紧反之则愈远

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

第三节 噬菌体的遗传分析

一 T2 突变型的两点测交与作图二 λ 噬菌体的基因重组与作图

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

一 T2 突变型的两点测交与作图 T2 品系噬菌体两个特定性状 噬菌斑的形态（ r －或 r+ ） 宿主范围（ h －或 h+ ）h － r+ 能侵染 Ecoli B和 Ecoli B2 且有溶 菌阻碍现象 ( 噬菌斑小透明 周边有光环）h+r － 只能侵染 Ecoli B 无溶菌阻碍现象 ( 噬菌斑大半透明周边清晰 )

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

r －噬菌斑形态突变型快速溶菌产 生大的有明显界限的噬菌斑r+ 噬菌斑形态为野生型缓慢溶解产生 界限不清的小噬菌斑h+ 能够溶裂 EcoliB 品系不能溶解 EcoliB2 品系h －宿主范围突变型既能溶裂 EcoliB 品系也能溶裂 EcoliB2 品系

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

h －r+ h+r －混合感染Ecoli B 子代噬菌体再感染Ecoli B和 Ecoli B2 得到四种噬菌斑（透明小半透明大半透明小透明大）子代的基因型分别为 h －r+ h+r－ h+r+ h － r －

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同可分别写成 ra－ rb－ rc－等用h ＋ rx

－timesh － rx＋获得的试验结果如下

表 3 h ＋ rx

－ timesh － rx＋噬菌斑数目及重组值

杂交组合每种基因型的

重组值h+r- h-r+ h+r+ h-r-

h ＋ ra－ timesh － ra

＋ 34 42 12 12 24

h ＋ rb－ timesh － rb

＋ 32 56 59 641230

h ＋ rc－ timesh － rc

＋ 39 59 07 09 160

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

每一杂交得到一连锁图 ra 240 h

rb 123 h

rc 16 h

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

三种不同的重组值表示三个 r基因的座位是不同的所以有 4 种可能的连锁图 ra rb rc h

ra rb h rc

ra rc h rb

ra h rc rb

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

确定四个基因的排列顺序时首先只考虑 rb rc和 h进行 rc

－ rb+timesrc+rb

－

的杂交得到的重组值与 rb-h 间的距离进行比较若 rc-rb＞ 123=rb-h 则 h位于中间即排列顺序为 rc-h-rb 剩下的是 ra在 h的哪一边答案是ra-rc-h-rb和 rc-h-rb-ra都正确因为 T2噬菌体的连锁图也是环状的

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

h rc

rb

ra

图 T2 的连锁图只注明4个基因

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

二 λ 噬菌体的基因重组与作图 Kaiser在 1955年最早进行了 λ噬菌体的重组作图试验他用紫外线照射处理得到 5 个 λ噬菌体的突变系 s 系产生小噬菌斑 mi 系产生微小噬菌斑 c 系产生完全清亮的噬菌斑 co1 系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑 co2 系产生比 co1更浓密的中央环噬菌斑

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

Kaiser用 s co1 mitimes＋＋＋杂交后代有 8 种类型病毒是单倍体与二倍体生物不同亲本组合与重组交换的组合可直接从后代中反映出来 8 个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果频率最高的两种是亲本类型其余的为单交换类型

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

表 4 λ噬菌体 s co1 mitimes＋＋＋杂交结果及重组值计算

表现型 数目 占总数比例 重组值

s-co1 co1-mi s-mi

＋＋＋ 9759082

　 　 　s co1 mi 924 　 　 　

s＋＋ 30297 radic

　radic ＋ co1

mi32 　

s co1 ＋ 61535

　radic radic

＋＋ mi 51 　s ＋ mi 5

086 radic radic　

＋ co1 ＋ 13 　合计 2091 100 383 621 832

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621

从双交换的类型可知这 3 个基因的次序就是 s－ co1－mi s与 co1 的图距应为 383cM co1 与mi 之间则为 621cM因为有双交换的存在 s与mi 之间的图距则为 832＋ 2times086＝ 1004(cM) 3 个基因的遗传图 s co1 mi

383 621