4.5 细菌的遗传分析和基因定位细菌作为遗传研究对象的特点 结构简单：属于原核生物，无明显细胞核，染色

体裸露，不与组蛋白结合，不进行减数分裂。 世代周期短： 20 分钟一代 容易获得各种突变型 ① 合成代谢缺陷型 ( 营养缺陷型 ) ② 分解代谢缺陷型 ③ 抗性突变型 易培养，可长期保藏

细菌之间遗传物质的转移方式

转化：细胞从周围介质中吸收裸露的 DNA 。 接合： DNA 从供体菌到受体菌直接转移。 转导：由噬菌体所介导的 DNA 从供体菌到受体菌

的 转移。

4.5.1 细菌的转化和基因定位 转化的类型 ① 自然转化（ natural transformation ） 细菌能够自然地吸收 DNA ，如枯草杆菌的转化。 ② 工程转化（ engineered transformation ） 通过某种处理使细菌能够摄入外源 DNA ，如大肠杆菌

的转化。 转化效率：约 1 ％ 转化片段的长度： 20kb

细菌转化过程示意

图

转化在基因定位中的应用 判断两个基因的位置关系① 观察 DNA 浓度降低时 AB 基因共转化频率的下降和 A 、

B 各自转化频率下降的程度： 程度相同表明 ；共转化频率下降的程度远大于各自转

化频率下降的程度，表明 。② 观察转化频率： AB 共转化频率与 A 、 B 各自转化的频率相近，表明 ；

相差很远，表明 。 基因作图：判断基因间的距离

连锁不连锁

连锁不连锁

计算重组值

遗传作图

4.5.2 细菌的接合与基因定位

一、接合现象的发现1946 年，莱德伯格 (Lederberg) 和塔特姆 (Tatum)

A 菌株： met － bio － thi ＋ leu ＋ thr ＋（ thi ：硫胺素B1 ）

B 菌株： met ＋ bio ＋ thi － leu － thr －

原养型： met ＋ bio ＋ thi ＋ leu ＋ thr ＋

A 菌株： met － bio － thi ＋ leu ＋ thr ＋（ thi ：硫胺素 B1 ） B 菌株： met ＋ bio ＋ thi － leu － thr －

A A+B B

基本培养基 原养型： met ＋ bio ＋ thi ＋ leu ＋ thr ＋

出现频率： 10 － 7

分析原因 发生了回复突变？ 可能是转化的结果。 培养基中含有某些代谢产物，混合后这些产物

互相补充了对方的不足而得以在基本培养基上生长。

结论：重组子的产生需要两个菌株的直接接触，二者之间发生了遗传物质的转移。

Davis(1950)U 型管实验

结论：接合过程是一种单向转移，从供体到受体。

二、遗传物质的转移方向1953年，海斯 (W. Hayes) 的杂交实验

① 菌株 B （ str 处理）＋ 菌株 A ↓

无菌落

② 菌株 A （ str 处理）＋ 菌株B

↓ 有菌落

三、 F因子1. F 因子：致育因子（性因子） 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。2. F 因子的组成： ① 复制区 ( 含 2 个复制起点 oriT,oriV) ； ②致育基因区； ③配对区（含有 4 个 IS）

3. F 因子的转移：

4. F+×F- 的特点：(1) F因子转移的频率高， 1/10 ，使 F-→F+。 (2) 染色体重组频率低； 10-6 。 (3) F+×F+不发生接合。 因此， F+品系又称为低频重组品系 (low frequency re

combination ， Lfr) 。

四、高频重组 (Hfr)1.Hfr 的形成及转移过程 由 F因子和细菌染色体的单交换产生； 转移时带有供体细菌的染色体。

2.Hfr 的特点 ： (1) 染色体重组频率高，比 F+×F- 高 1000倍；(2)F因子转移频率低， F-→F+ 很少或没有。

3.Hfr 和 F+ 的联系和区别 联系： 都是雄性菌，含有 F质粒 区别：（ 1 ）前者高频重组，后者低频重组； （ 2 ）前者 F因子转移频率低，后者 F因子转移频率高； （ 3）前者 F因子整合，后者 F因子游离。

五、中断杂交作图 根据供体基因进入受体细胞的顺序和时间绘制连

锁图的 技术。

1961 年 Jacob 和 Wollman 供体 HfrH ： strs thr ＋ leu ＋azir tonr lac ＋ gal ＋

受体 F － ： strr thr － leu － azis tons lac － gal －

操作方法： 37℃混合培养 每隔一段时间取样 搅拌器中断杂交 涂布含链霉素的基本筛选培养基 影印培养于含链霉素的几种不同的培养基（选择培养基）上 观察重组子 鉴定各基因的转移时间

HfrH菌株各非选择标记基因进入 F －细菌的时间和频率

　以基因出现的时间为标准，作出 E. coli 的遗传连锁图

六、环状连锁图

结论：不同 Hfr 菌株向 F －细胞转移的顺序、起点和方向不同。表明大肠杆菌的染色体是环状的。

七、细菌的重组作图 细菌重组的特点：① 基因重组发生在部分二倍体中；② 只有偶数次交换才能产生平衡的重组子；③ 在选择培养基上只出现一种重组子，而没有

相反的重组子。

例如：根据中断杂交试验已知 lac 和 ade 基因是紧密连锁的，而且 lac 比 ade 先进入受体。

Hfr lac+ade+strs × F- lae-ade-strr

未重组的基因型是 lac+ade+ 重组体的基因型是 lac-ade+

lac-ade 间的距离： lac-ade+

(lac+ade+)+(lac-ade+) ×100

lac-ade+ ade+＝ ×100

八、 F’因子与性导

F’因子：从 Hfr 染色体上不精确分离产生的含有细菌基因组的 新的 F因子。性导：利用 F’因子将供体细胞的基因导入受体形成部分二倍体 的过程。内基因子和外基因子

4.5.3 细菌的转导与作图

一、噬菌体噬菌体结构组成： 头部：核酸和蛋白质外壳； 颈部：中空的针状结构及

外鞘； 尾部：由基板、尾针和尾丝组成。

类型： ①烈性噬菌体：使宿主发生裂解的噬菌体。 ②温和噬菌体：除偶尔情况外，感染后不裂解细菌的噬菌

体。 温和噬菌体的增殖周期： ①溶菌周期：细菌受到感染后，噬菌体迅速增殖，菌体被

裂解，噬菌体释放。 ②溶源周期：噬菌体感染细菌后，其 DNA整合到细菌染色

体中，随宿主染色体的复制而复制，细菌继续增殖。

原噬菌体：整合到宿主染色体中的噬菌体基因组。 溶源性细菌：带有原噬菌体的细菌。 附加体：噬菌体既可整合在细菌染色体上，又可游离于细胞质中。

Lederberg  和 N. Zinder 的杂交试验 (1952 年 ) 沙门氏菌　 LT22: phe- trp- tyr- met+ his+ × LT2: phe+ trp+ tyr+ met- his-

　　　　　　　　

二、细菌染色体的转导作图

结果 :10-5 频率出现野生型菌株

基本培养基

结论：重组通过一种过滤性因子实现。 后来发现这种过滤因子是一种温和噬菌体 P22 。

转导类型：①普遍性转导：通过噬菌体可以转移细菌染色体上

的任何基因，如 P22 ， P1 。

② 特异性转导：噬菌体只能转移细菌染色体的特定部分，如噬菌体。

1.普遍性转导的过程

2.普遍性转导作图① 原理： 如果两个基因始终一起转导或同时转导频率较高，那么表明这两个基因是连锁的；

两个基因同时转导的现象称为共转导或并发转导（ contransduction ）；

两基因共转导频率愈高，表明两个基因连锁愈紧密；相反，共转导频率愈低，则表明两个基因距离愈远。

判断细菌基因间的位置关系 以普遍性转导噬菌体 P1 为例，测定大肠杆菌的 leu 、 thr 、

azi三个基因的顺序。 供体 thr+ leu+ azir → 受体 thr- leu- azis ，观察其共转导率。

三个基因间的排列顺序

② 重组值的计算 a+b+供体 → ab 受体

3. 特异性转导 (局限性转导 )(1) 产生机制

(2) 低频转导 (low-frequency transduction, LFT) 由于不正常环化现象发生的频率较低，在释放出的 106个噬

菌体中只有 1 个 gal ＋转导噬菌体感染受体，因此转导的频率很低，称为低频转导。

λdgal→ gal －受体

①稳定转导子

② 不稳定：整合—切离

(3)高频转导 (high frequency trasduction ， HFT)

由于产生 λ/λdgal双重溶源菌，使溶菌物中既含有大量的 λdgal ，又包含正常的 λ 噬菌体，正常的 λ起了辅助缺陷型噬菌体成熟的作用，所以称为辅助噬菌体，从而导致高频转导。

4.6 噬菌体的重组作图一、常用的表型特征①宿主范围 (host range) 野生型 h ＋ ：能感染 E.coliB,不能感染 E.coli B/2,噬菌斑半透明； 突变型 h：二者均可感染，噬菌斑透明。②嗜菌斑形态 (plaque morphology) 野生型 r ＋ ：形成小菌斑 (1mm左右 ) ，边缘模糊； 突变型 r ：形成大菌斑 (2mm左右 ) ，边缘清晰。③温度敏感

用 h ＋ r 和 hr ＋共感染 E.coliB

噬菌体染色体在宿主细胞内复制

噬菌体染色体间发生重组

噬菌体组装、细菌裂解、子噬菌体释放

噬菌体遗传重组原理示意

图

二、噬菌体的遗传重组与作图

接种在 E.coliB/B2混合培养物上

h＋r＋＋h r重组值＝

总噬菌斑数× 100％

三基因之间的距离

可能的排列顺序

再作杂交： rbrc+ × rc+rb

结果表明： rc-rb 的重组值 >rb-h所以 h位于 rb及 rc 之间，排列顺序为 rb-h-rcT2 噬菌体的连锁图是 环状的，所以 2 ， 3 排列都对。

噬菌体的遗传图与 DNA

遗传图： 环形 DNA ：线性末端冗余：染色体双链 DNA 分子的两端带

有相同的碱基。头部满装机制