第五章（ A ） 细菌与噬菌体的遗传分析

细菌的接合与重组 转化 转导

一、细菌的接合与重组

细菌的突变型 F 因子 / 性因子 / 致育因子 中断杂交实验

（一）细菌的突变型

合成代谢功能的突变型——营养缺陷型 分解代谢功能的突变型 抗性突变型

1 、合成代谢功能的突变型——营养缺陷型

合成代谢功能：原养型 / 野生型在基本培养基上，具有合成所有代谢和生长所必须的复杂有机分子的功能。

营养缺陷型：合成代谢过程需大量基本基因的表达，当其中某一基因发生突变，将使相应的代谢过程不能进行。

基因型： Met- ， Met ＋

2 、分解代谢功能的突变型

分解代谢的功能突变型：一系列分解代谢功能的实现，也必须有许多有关基因的表达。其中任何一个基因突变，将使相应的生化反应过程不能进行。

Lac －：不能分解乳糖 Lac ＋：能分解乳糖

3 、抗性突变型

抗药突变型： 抗链霉素突变型： Strr ，（野生型 Strs ） 抗青霉素突变型： Penr ，（野生型 Pens ） 抗 phage 突变型：

抗 T1-phage 突变型 Tonr ，（野生型 Tons ）—

（二） F 因子 / 性因子 / 致育因子

F 因子：环状 DNA ，含 6×104 个 bp ，

约为大肠杆菌染色体的 2 ％。

由原点、致育基因、配对区三个部分组

成。

环状 F 因子的模式图

组成 F 因子各部分的功能

原点：是转移的起点。 致育基因：其上一些基因编码生成 F 纤毛的蛋

白质，即 F+ 细胞表面的管状结构， F 纤毛与 F-

细胞表面的受体相结合，在两个细胞间形成细胞质桥。

配对区：此处与大肠杆菌 DNA 多处核苷酸序列相对应（即同源序列），故可通过交换而使F 因子整合到大肠杆菌 DNA 上。

F+

F+ 与 F-

F+ ：细胞质中具有 F 因子的大肠杆菌（供体）

F- ：细胞质中没有 F 因子的大肠杆菌

F+

F 因子大肠杆菌DNA

F-

F+×F -

F 因子转移的频率很高，但细菌 DNA 间的重组率很低，故称 F+ 为低频重组品系

（ low frequence recombination ， Lfr ）

电镜图

Hfr （ high frequence recombinvation ）

F因子的整合和环出

附加体

象 F 因子既可独立存在于染色体之外作为一个独立的复制子，也可整合到大肠杆菌染色体中作为大肠杆菌复制子的一部分的遗传因子，称为附加体。

（三）中断杂交实验

1954 年 Wollmun 与 Jacob 以大肠杆菌为材料，他们想了解 Hfr 品系什么时候把它的基因授给 F －细胞。

实验材料

HfrF+ ： Strs azir tonr lac ＋ gal ＋

　 F －：　 Str r azi s tons lac － gal －

HfrF+×F-

实验方法 - 中断杂交实验

两品系在液体培养基里，通气混合培养，定时

取样，猛烈搅拌以中断杂交，释稀菌液，在含

Str 的基本培养基上培养。

实验结混合时间（ min ） 结果8 出现的菌 落与 F －相同，说明 Hfr

的基因未进入 F －

9 　 出现 少量的 azir 菌落，说明azir 己从 Hfr 转移到 F ＋

11 　　　 出现 azir tonr 型的 F －菌落

18　　　　 出现 azir tonr lac ＋型的 F －菌落

24 　　　　 出现 azir tonrlac ＋ gal ＋型的F －菌落

实验说明：

Hfr F ＋的 DNA从一端开始，以线性方式

逐段进入 F －，这一端叫原点或O点。

O点 azir tonr lac ＋ gal ＋

时间单位法

以转移时间单位（每分钟）作为基因间距单位，可作出 Hfr F ＋的“染色体”上的基因分布图（基因连锁图）

在选出的 thr+leu+str 重组子非选择标记频率同杂交时间作图

假如让 Hfr F ＋　 × 　 F －　杂交持续 2

小时后中断杂交，发现一些 F － F ＋，

这说明 Hfr 的全部基因转移到 F －内，排

列到最后的 F 因子才进入 F －，使 F －

F ＋ 。

E.coli 的连锁群

几个 Hfr 菌株的线性连锁群的产生

（四）细菌重组的特点

形成部分二倍体

偶数次交换，形成有活性的重组体

1 、形成部分二倍体 部分二倍体：这种含有一个亲体 F －全部

基因组和另一亲体部分基因组的合子叫部分合子 / 部分二倍体。

F- 的DNA Hfr 的部

分 DNA

2 、偶数次交换，形成有活性的重组体

单交换 部分二倍性线状体 双交换 重组体＋线性片断 偶次交换结果：只产生一种重组体，而无相应

的重组体。

+

交换 1次

交换 2次

aa

A A

无活性的线状体

重组体

（五） F′因子与性导 F′ 因子： Hfr 的染色体上的 F 因子脱离下来，带有细菌染色体的部分基因，这种新的 F 因子称为 F′因子。

特点：能独立复制 F′菌株：具有 F′因子的菌株 性导：通过 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叫性导。

Hfr

F` 因子

F` 因子的形成：

性导：

F` 因子

二、转化 转化作用：是指一种细胞或生物接受另

一种细胞或生物的遗传物质而表现出后者的性状或遗传性状发生改变的现象。

发生转化的频率很低： 大约为 1 ％的受体细菌可吸收外源 DNA并发生转化。

原因： ①受体细菌的受体部位的数目是有限的。外源

DNA片段只是在受体部位通过。 ②外源 DNA 的进入，除受体部位外，还必须

有酶或蛋白质分子，以及能量等的协同作用。外源 DNA只有在酶促旺盛的受体部位进入。

感受态细胞与感受态因子 感受态细胞：这种能接受外源 DNA 分子并被转化的细菌细胞。

感受态因子：促进转化作用的酶或蛋白质的分子。

转化作用具体过程包括几个连续的过程： ⑴供体细胞 DNA 分子与细胞表面受体部位进行可逆性结

合。 ⑵供体 DNA片段被吸入受体细胞，并要防止受体 DNA酶的破坏。

⑶供体 DNA 进入受体后，立即 DNA双链 DNA单链。 ⑷未被降解的一条单链 DNA 部分或整个插入受体细胞的

DNA 链中，形成杂合 DNA 分子。 ⑸这种杂合 DNA 复制，分离后形成一个受体亲代类型的

DNA 和一个供体与受体 DNA 结合的杂种双链 DNA ，从而导致基因重组形成各种类型的转化子。

细菌转化的主要步骤

三、转导 普遍性转导 特异性转导

转导（ transduction ）转导作用：以噬菌体为媒介，将细菌的小片段 DNA或基因，从一个细菌转移到另一细菌的过程叫转导作用。

（一）普遍性转导

J.Lederberg 和 N.Zinder 做了这样一个杂交试验：

鼠沙门氏菌的 2 个突变菌株： LT22 ：　 Phe － trp － tyr － his+

LT2: Phe+ trp+ tyr+ his －

LT22+LT2混合培养得野生型

U型管实验

LT22 LT2

滤板：防止细菌接触

实验结果：

得到了野

生型细胞

实验结果的解释 p22 的释放： LT22 是带有 P22 原 phage 的细菌；在培养

过程中，少数 LT22 细菌自溶释放出游离的 p22 。 p22 的侵染： 这种游离的 p22 通过滤孔进入右臂而感染了

LT2 细菌。 转导噬菌体的形成：在裂解 LT2 过程中，宿主 LT2 环状染

色体被裂解成小片段，某些片段在 p22phage 组装时偶尔被装入头部，形成转导噬菌体。

这种转导噬菌体就将 LT2 的基因转入 LT22 。形成部分二倍

体，经重组后形成原养型菌落。

普遍性 转导机制

普遍性转导的概念

象 P22 、 P1这类 phage 可以转移细菌 DNA ，

很多不同部分，这种转导作用，称为普遍性转

导。

普遍性转导的频率较低，约为 10-5 ，两个基因

同时转导的频率则更低， 仅有 10-5 10-5=10-10.

（二）局限性转导 /特异性转导这类噬菌体只能转移供体基因中的特定基因 /特定部分。如噬菌体是一种附加体 (episome), 即可作为一个复制因子独立存在，又可以整合到细菌染色体上的特定位点—— attB位点 , 而形成原噬菌体。 attB位点一边是 gal 基因，另一边是 bio 。在紫外线诱导下，原噬菌体从细菌染色体上离开时，偶尔带有宿主细菌基因，包装形成局限性转导的噬菌体颗粒，可将供体基因转移至受体细菌，但仅限于 靠近 attB位点附近的基因，如噬菌体专门转导 gal 和 bio 基因。

例如： λ 噬菌体 其 DNA 整合到细菌的 DNA 上，整合位点是一定的，当诱导时（紫外线），噬菌体的 DNA脱下带有细菌的特定基因 gol ＋。但噬菌体的DNA 也少了一段（少了基因细胞）。汇入 λdgol ＋（ gol ＋是细菌的基因）。称它为 λd－ gal ＋转导粒子。约丧失了 25 ％的噬菌体 DNA ，但具有完整的 λ外壳。仍能感染细菌， ndgal+

转导子去感染 gol －细菌→形成部分二倍体→形成原养型 gal+ 细菌。

λ 噬菌体局限性转导机制

形成溶源细菌

正常切离 形成转导 λ dgal+

转导