【正文】 ?第七章 細菌和病毒的遺傳 ?細菌 和 病毒 都是低等生物，在遺傳研究中作用很大，是現(xiàn)代遺傳學研究基因結構與表達的好材料，也是遺傳工程直接的操作對象。 ?167。 1．細菌和病毒研究的遺傳意義 ?一、細菌（ germ） ? 細菌屬原核生物，體積小，結構簡單，有核物質沒有核結構，并且大多數(shù)細菌的染色體是裸露的 DNA分子，沒有蛋白質結合。如大腸桿菌（ Escherichia Coli 通?？s寫為 E. Coli）在現(xiàn)代遺傳學和微生物遺傳學的研究中應用廣泛，是基因克隆的最好工具。 ?大腸桿菌 的 DNA以單個 主染色體 的形式出現(xiàn)，其分子長約 1100181。m，分子量約 109。這種 DNA不與組蛋白結合，也不形成核小體， 是一個封閉的大環(huán)，沒有起點和終點。 除了主染色體之外，細胞里通常還具有 一個或多個小染色體 ，人們通常把小染色體叫 質粒 ，也是一個小環(huán)，也不與組蛋白結合。 ?細菌培養(yǎng)有兩種方法： 一是 液體培養(yǎng)基培養(yǎng)， 二是 固體表面培養(yǎng)基培養(yǎng)（瓊脂）。在適當條件下培養(yǎng)， 20分鐘可繁殖一代 ， 一晝夜便可達到肉眼能看得見的菌落 ?（ 107個細菌）。 ? 細菌的突變型： ? 1．營養(yǎng)缺陷型： 野生型 （即原養(yǎng)型）在基本培養(yǎng)基中 能合成所需要的各種物質 ，某基因突變以后，就成為 營養(yǎng)缺陷型 （突變型），營養(yǎng)缺陷型為致死突變， 在基本培養(yǎng)基中必須添加缺陷的營養(yǎng)物質才能存活， 這類基因命名一般取前 3個字母，原養(yǎng)型在字母后加上標“＋”，突變型不加或加“－”。 ? 2．分解代謝功能突變型： 野生型的能將一些較復雜的營養(yǎng)物質分解，如乳糖、氨基酸、脂肪酸等，擔負這些功能的基因發(fā)生突變以后， 就會喪失分解這些物質的能力 。 ? ? 3．抗性突變型： 野生型的對一些抗菌素或噬菌體（ bacteriophage，通常縮寫為 phage）敏感，有關基因突變后，就成為抗某種抗菌素或某種噬菌品系，成 抗性突變型 ，在培養(yǎng)基中添加某種抗菌素或某種噬菌能把野生型的殺死，但不能殺死抗性突變型。 ? 萊德伯格（ Ledeberg， J）等人設計的 印影培養(yǎng)法 就是鑒定突變的一種方法：先將待測的細菌在母板 培養(yǎng)基 上培養(yǎng)成菌落， 母板上采用 完全培養(yǎng)基， 也不添加抗菌素和 phage，突變型和野生型均可繁殖，菌落培養(yǎng)成以后，用一 塊比培養(yǎng)基略小的木板，包上一層嚴格消毒的絲絨布，印在母板菌上， ? 母板上的細菌吸附在絲絨布上，再 ? 把這塊包著絲絨的木板 分別印在各 ? 種不同的添加培養(yǎng)基因 上 ，分析各 ? 培養(yǎng)基上菌落的形成，在缺乏某種 ? 物質的培養(yǎng)基上不能形成菌落，或 ? 者添加某種 phage能生長，即為某 ? 種缺陷型或抗某 phage的突變型。 ?如，鏈霉素抗性突變性的篩選 ?二、病毒 ? 病毒不具有細胞結構，體積很小，但也有遺傳物質，也可以繁殖后代。病毒是靠寄生生活，根據(jù)宿主的類型又分為 三種病毒： 植物病毒、動物病毒和細菌病毒類 。噬菌體（ phage） ? 是細菌病毒。 ? 目前人們對 ? phage了解 ? 較多， phage ? 的遺傳物質 ? 分子結構， ? 又分為 ? 單鏈 DNA、 ? 單鏈 RNA、 ? 雙鏈 DNA ? 和雙鏈 RNA。 ? 三、細菌和病毒在遺傳研究中的優(yōu)越性 ? 1．世代周期短： 細菌在適宜的溫度下 20min可繁 殖一代，病毒更快，不到 ? 10min便可繁殖一代。 ? 2．便于管理和生化分析 ： 個體小，一般在 1181。m 至幾 181。m之間，操作管理方便。 ? 3．便于研究基因的突變 ： 裸露的 DNA分子 (有的病毒為 RNA分子 )， 易受環(huán)境條 ? 件的影響而發(fā)生突變 ；單倍體生物，不存在顯性掩蓋隱 ? 性問題，顯隱性突變均能表現(xiàn)出來。 ? 4．便于研究基因的作用 ： 影印培養(yǎng)，易檢出營養(yǎng)缺陷型突變，有利于從生化 ? 角度來研究基因的作用。 ? 5．便于研究基因重組 ： 細菌具有轉化、轉導和接合作用，可以進行精密的遺 ? 傳學分析。 ? 6．便于研究基因結構、功能及調(diào)控機制 ： 細菌和病毒的遺傳物質簡單，易于 ? 進行基因定位、結構分析和分離，基因的表達調(diào)控也 ? 適于采用生理生化的方法進行深入研究。 7．便于進行遺傳操作 ： 染色體結構簡單，沒有組蛋白和其它蛋白的結合，更 ? 宜于進行遺傳工程的操作。 ? ?167。 2. 噬菌體的遺傳分析 ? 一、噬菌體的結構 ? 噬菌體是一種 細菌病毒， 結構非簡單，遺傳學研究中應用最多是 T噬菌體 系列 ，通常應用 T1～ T7。它們的結構大同小異，外貌似蝌蚪。 ? （ P153，圖 74） T偶列 噬菌體 （ T T T6）頭部呈六角形，為蛋白質外殼和內(nèi)含的 DNA雙鏈分 ? 子，頭下的尾部包括一個 ? 中空的針狀結構及外鞘， ? 末端是基板，由尾絲及 ? 尾針組成， T偶列噬菌體 ? 將尾絲附著在 E. Coli的 ? 表面，通過尾鞘的收縮 ? 將噬菌體的 DNA注入 ? 到 E. Coli細胞中。 ? 噬菌體 DNA注入細胞以后 ， 對宿主細胞的影響不同 ，通常分為兩類： ? 1．烈性噬菌體： DNA注入宿主以后，快速復制，組裝成許多新的子噬菌體，并使細胞裂解，將噬菌體釋放出來，再重新侵染 E. Coli細胞，這種途徑稱為 裂解途徑 。 ? 2．溫和性噬菌性： 溫和性噬菌體具有 溶源性，即 不使宿主的細胞裂解，形成 共生狀態(tài) ，隨著宿主細胞染色體的復制而復制，分裂而分裂，能夠相安共存，一個子細胞中有一份噬菌體拷貝，這種途徑稱為 溶源途徑 。 ?溫和性噬菌體又有兩種類型： ? ① λ噬菌體；② P噬菌體 。 ? λphage侵入宿主細胞以后， 細菌不裂解 附在 gal（ 半乳糖 ）和 bio（ 生物素 ）位點間的attλ座位上 通過交換整合到細菌染色體 上，并能阻止其它 λ噬菌體的超數(shù)感染。 ? P1phage代表 P類噬菌體 ， ?這類噬菌體的 DNA進入 ?宿主細胞以后 不整合到 ?宿主細胞的染色體上 ， ?獨立存在 和 宿主共生。 ? 這兩類噬菌體的 共同特點 是不大量復制、轉錄和翻譯，這類噬菌體往往只有一個或少數(shù)幾個基因表達，產(chǎn)生阻遏物，使其它基因被關閉不能表達 。 ? λphage通過一些 ? 誘導因素 如紫外線（ UV）、 ? 溫度改變、烈性噬菌體的 ? 誘導，可使關閉的基因 ? 表達，成為烈性噬菌體， ? 進入裂解途徑 。 ? ?二、 T2噬菌體的基因重組與作圖 ?赫爾歇將他研究的 phage性狀分為兩類： ? 1．侵染 E. Coli細胞時，細胞裂解形成 噬菌 ? 斑的形態(tài) ， 如 斑的大小、斑的邊緣清晰或 ? 模糊。 ? 2．為宿主細胞的反應， 如 宿主細胞的抗裂 ?解能力的不同基因型有不同的表現(xiàn)型。 ? ? ? T2phage侵染 E. Coli時： ? T2phage的性狀： ? 野生型： r＋ 噬菌斑小而邊緣模糊 ? 突變型 ： r－ 噬菌斑大而邊緣清晰 ? E. Coli的性狀： ? B株突變 → B/2株 抗 T2phage ? phage 野生型 h＋ ：能侵染 E. Coli B株 ,不能侵染 B/2株 ? 突變型 h－ ：能侵染 E. Coli B株和 B/2株兩種 ? h－ r+ 噬菌斑小 , 能侵 B株和 B/2株 ? h＋ r－ 噬菌斑大 ,只能侵染 B株 ? 將兩種 phage雜交 ? 將這 兩種 phage雙重侵染 E. Coli B株 (不能一先一后，必須是同時 )，這兩種 phage親本的 DNA分子在 宿主細胞內(nèi)重組 ：可以形成四種基因型的phage， 接種在 B株和 B/2株 混合 培養(yǎng)基中 ， ? ? 表現(xiàn)為 ： ? h＋ r－ 半透明 大噬菌斑 ? 親本類型 ? h－ r＋ 透明 小噬菌斑 ? h＋ r＋ 半透明 小噬菌斑 ? 重組類型 ? h－ r－ 透明 大噬菌斑 ? 將觀察結果記錄下來，計算重組值： ? 重組值去掉百分號即為 cM，為這兩個基因的遺傳距離。 %100??? ????總噬菌斑數(shù) rhrhRF?這種方法也可以采用另一個類似的過程，叫轉染（ trancfection）， 經(jīng)過特殊處理的 細菌細胞可以直接吸收裸露的 DNA分子 ，不同的DNA分子在宿主細胞中同樣也可以復制和重組，也可以計算 RF值。 ? 例 溶菌性噬菌體控制溶菌速度的有三個基因，分別為 、 、 ， 這三個基因突變型 、 、 的 溶菌速度不同，可以分別測得這三個基因與 h基因的距離。（見 P155表 72）