细菌和病毒遗传
真核、细菌、病毒遗传重组的特点
真核、细菌、病毒遗传重组的特点。
1.三者之间，基因的交换是成对的，性状和重组也是成对出现的。
2.都符合自由组合和连锁互换规律。
3.红色面包霉（真菌类）减数分裂特点：每次减数分裂结果都保存在一个子囊中；四分子
或八分子在子囊中呈直线排列——直列四分子/八分子，具有严格的顺序。
突变型是因为着丝粒与基因位点间发生非姊妹染色单体交换，因此这四种子囊均为交换型子囊。
4.细菌遗传是通过一个细菌DNA与另一个细菌DNA的交换重组可以通过转化、接合、
性导、转导四种方式实现，基因的图距可以通过结合的时间来计算。
5.噬菌体侵入细菌后，才能遗传后代，并发生基因重组符合连锁互换规律。
T2噬菌体的
连锁图为环形。
10细菌和病毒的遗传-性导、转导
如果研究三因子转导(three-factor transduction)，只需分析一个实 验的结果就可以推出三个基因的次序。
普遍性转导
例如：供体基因型a+b+c+，受体的基因型为a- b- c- 。 供体用P1噬菌体感染，P1的后代再用来感染受体细胞，
然后把受体细胞接种在选择培养基上。
如果通过中断杂交已知三个基因中的一个如a不在中 间，就可对a+进行选择，即在对a+进行选择的选择培 养基上，把可以生长的a+细胞选出来。然后，再把被 选择的受体细胞重复接种在其他对b+或c+进行选择的 选择培养基上，检查a+细胞是否同时具有b+和c+。
突变子和重组子都是一个核苷酸对或者碱基对(bp)。所
以基因内每个碱基均可能发生突变，任意两个碱基间均能 发生交换重组
噬菌体突变型的互补试验
属于同一基因(功能单位)还是两个基因突变产生的呢
p59
对于两个独立起源的、表型相似的隐性突变，如何判定是 在二倍体生物中，可以建立双突变杂合体。双突变体杂合 体有两种形式：顺式(cis)和反式(trans)
普遍性转导
最少的一类转导体应当代表最难于转导的情况，
这种转导体是同时发生交换次数最多的一类。
这种转导子的基因排列应为两边是供体基因，而
中间为受体基因。
假定由实验得到的最少的转导体类别为a+b+c- ，
那么就可以确定，这三个基因的正确次序应当是 acb或bca，而不是abc。
普遍性转导
如λ的DNA，既可以以自主的状态存在，也可以整合在细菌染色 体中。这种有两种状态的遗传因子叫做附加体(episome)。
微生物遗传知识点总结
微生物遗传知识点总结1. 细菌的遗传物质：细菌遗传物质主要为环状核糖体RNA（plasmid）和线状核糖体RNA（chromosome）。
环状核糖体RNA一般用来携带特定功能的基因，如抗药性基因等；线状核糖体RNA则包含了细菌的基本遗传信息。
2. 真菌的遗传物质：真菌的遗传物质为线状核糖体RNA （chromosome），真菌基因组（基因组大小较大）一般包含了细菌的基本遗传信息以及其他功能基因。
3.病毒的遗传物质：病毒遗传物质主要为DNA或RNA，可以是双链的或单链的。
病毒利用寄主细胞的复制机制进行自身的遗传，感染细胞后，病毒的基因会整合到宿主细胞的染色体上，成为细菌的一部分。
4.遗传修饰：微生物中常见的遗传修饰方式有化学修饰、DNA甲基化和结构修饰等。
这些修饰可以影响基因表达、DNA复制和修复等过程，从而影响微生物的遗传特征。
5.细菌的水平基因转移：细菌拥有多种水平基因转移机制，包括转染、共转移、转座子、转化等方式。
这些机制使得细菌能够快速适应环境变化，并具有快速产生新基因型的能力。
6.真菌的有性和无性生殖：真菌包括有性生殖和无性生殖两种方式。
有性生殖通过两个不同的配子的结合产生新的基因组，有助于增加基因的多样性；无性生殖则通过单个微生物细胞的分裂繁殖来维持和传递遗传信息。
7.病毒的突变：病毒突变是其遗传变异的主要方式。
突变可以是点突变（单个碱基的改变）、缺失突变（基因缺失）、插入突变（外源DNA插入）等方式，导致病毒的基因组结构和功能的改变。
8.抗药性的遗传机制：抗药性是微生物遗传的重要研究方向之一、细菌的抗药性主要通过基因的垂直传递和水平传递两种方式进行。
基因的垂直传递是指抗药性基因在细菌的染色体上遗传给后代细菌；水平传递则是指通过细菌间共享质粒等遗传物质，传递抗药性基因。
9.基因工程和生物技术：微生物遗传的研究对于基因工程和生物技术具有重要意义。
通过对微生物遗传物质进行改造和调控，可以实现基因的克隆、表达、突变和组合等操作，从而用于生物医学、农业、食品工业和环境保护等方面的应用。
细菌和病毒的遗传学分析
用不同的Hfr菌株进行中断杂交实验所作出的大肠杆菌基因连锁图，其基因向F-细胞转移的顺序大不相同。
重组作图
01
当转移时间间隔在两分钟之内， 如已知lac与ade紧密连锁，距离约为1分钟，中断杂交作图就不可靠，须用传统的重组作图(recombination mapping)
01
不用亲本类型 两对基因间的交换频率，必须在形成部分二倍体的条件下，计算重组率。 部分二倍体如果不发生重组，无法鉴别。 接合重组不产生相反的重组类型
低频重组与高频重组
高频重组(High frequence recombination, Hfr)
F因子整合到了细菌染色体上，与F-细胞接合后将供体染色体的一部分或全部传递给F-受体，当供体和受体的等位基因带有不同的遗传标记时，可观察到它们之间发生重组，频率可达到10-2以上，称为高频重组品系（菌株）
杂合DNA复制后，形成一个亲代类型的DNA和一个重组类型的DNA并导致转化细胞的形成与表达。
转化的进程
4 共转化与遗传图谱绘制
共转化：供体的一条DNA片段上的两个基因同时转换的现象。 利用共同转化绘制细菌连锁遗传图谱的基本原理： 相邻基因发生共同转化的概率与两者的距离间成正向关系，基因间距离越近，发生共同转化的频率越高，反之越低。 因此可能通过测定两基因共同转化的频率来指示基因间的相对距离。
数理与生物工程学院
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遗 传 学
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第七章细菌和病毒的遗传学分析
目录
1
2
二 细菌的接合与染色体作图
1.接合现象的发现
细菌的接合首先是莱德伯格（ Lederberg ）和塔特姆（ Tatum ）在1946大肠杆菌杂交试验中发现的。
第一节细菌和病毒遗传研究的意义
7
三、细菌和病毒在遗传研究 中的优越性
3、遗传物质比较简单，用于研究基 因结构、功能及表达调控机制比较 方便。 细菌和病毒均只有一条染色体 （DNA or RNA），结构简单，不 必通过复杂的化学分析就可以对基 因结构和功能进行精细的研究。
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三、细菌和病毒在遗传研究中 的优越性
6、可用作研究高等生物的简单模型。高 等生物体内机制复杂，目前还难以进 行详细研究，而细菌和病毒结构简单， 可作为模型研究，为开展高等生物的 遗传研究奠定基础，积累资料。
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第一节 细菌和病毒研究的意义
一、细菌 二、病毒 三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性
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一、细菌
1、细菌是单细胞生物，是地球上最多的一类生 物，它占据了地球上大部分的生物干重。
2、细菌的繁殖非常快，在适宜的条件下，每20 分钟就能繁殖一代，从一个细胞裂殖变成两个 细胞。
3、细菌的基因组很小，只有一条染色体，研究 起来非常方便。
4、细菌群体大，即使突变率很低，也很易得到 各种不同的生化突变型。
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二、病毒（virus）
病毒比细菌更为简单，也只有一条 染色体（单倍体）。
病毒的结构很简单，只有蛋白质外 壳和被外壳包裹着的核酸（遗传物质）， 没有自身进行代谢和分裂所必须的细胞 质和细胞器，必须借助宿主细胞的代谢 系统才能繁殖自己。所以，病毒都是寄 生性的，它们必须生活在活细胞内。
4、便于研究基因的突变，因为它们是单 倍体，所有的突变都能立即表现出来， 没有显性掩盖隐性的问题，也不存在 分离问题。而且数量庞大，突变率很 低的突变都能检测到。
细菌和病毒的遗传和进化的研究
细菌和病毒的遗传和进化的研究细菌和病毒是人类和其他物种生命中的主要因素之一。
它们通过基因的遗传和进化不断地适应环境和攻击宿主，从而保完自己生命的延续。
因此，细菌和病毒的遗传和进化的研究非常重要。
本文将探讨细菌和病毒的遗传和进化的研究，包括遗传多样性和基因转移等重要问题。
遗传多样性细菌和病毒的遗传多样性反映了它们面对的选择压力和环境变化。
这些变化导致某些基因的出现和消失，进而造成群体基因组的演化。
传统上，人们将细菌和病毒分为几个生物型，以反映它们的遗传多样性。
近年来，随着基于DNA序列的分析技术的发展，研究者开始将细菌和病毒的群体基因组划分为生物型，并更加精确地分析它们之间的遗传多样性。
例如，分析不同大肠杆菌株的基因组序列，可以揭示不同的群体遗传变化并确定引起菌株间差异的单个SNP（单核苷酸多态性）之类的变异。
这种方法使研究细菌和病毒的遗传多样性更加精确和全面。
基因转移细菌和病毒的基因转移是它们遗传多样性的主要机制之一。
基因转移可以促进物种的遗传多样性和进化。
对细菌和病毒的基因转移的研究，可以揭示它们如何适应宿主和环境，从而更好地保护自己。
最近的研究还发现，基因转移可以在不同物种间发生，这表明细菌和病毒间遗传信息交流更为普遍。
对基因转移的研究也为新疗法和抗生素开发提供了新的思路。
进化途径细菌和病毒的进化途径是它们在空间和时间上适应不同环境和宿主的战略。
通过长期进化，一些细菌或病毒形成了高度专业化和致病性，使它们更难以被治疗和控制。
理解细菌和病毒的进化途径，对于制定有效的预防和治疗策略至关重要。
近年来，新的分析技术已经使我们可以在不同生态系统和物种之间比较基因组，揭示进化的方向和机制。
例如，通过分析埃博拉病毒的基因组，我们发现它经历了多种分化，导致不同的埃博拉病毒具有不同的致病性和适应能力。
总结细菌和病毒的遗传和进化的研究带给我们许多新的见解。
我们现在更加了解它们如何适应宿主、如何和其他微生物交流基因信息、如何进化，以及如何产生新的致病性变异。
细菌及病毒的遗传分析h
trp2+ his2+ tyr1+转化trp2- his2- tyr1- 实验 trp2 34 his2 13 tyr1
Hfr菌株在切除F因子时发生错误切除，分离出一个携带F因子和部分宿主染色体基因的遗传因子，这种带有宿主染色体基因的F因子称为F΄因子。
T2噬菌体的基因重组
将两种不同的T2突变体进行杂交，对其杂交子代进行重组分析 杂交方法： 将Ttor和Ttos两种大肠杆菌细胞混合 同时接种高浓度的T2噬菌体的h-r+和h+r-两种突变体，保证绝大多数细菌都被一个以上噬菌体感染 两种不同的噬菌体DNA可能在宿主细胞内进行重组，从而产生非亲本型子代h+r+和h-r-。 亲本型 重组型
F因子在杂交中的行为——接合过程
（三）中断杂交实验作图
中断杂交实验作图
1分钟≈20%的重组值
二、转化
转化(transformation)：指某些细菌(或其它生物)能通过其细胞膜摄取周围介质中的DNA片段，并将此外源DNA片段整合到自己染色体组中的过程。 （一）转化的过程 非感受态细胞 外源DNA被洗掉了 转化因子 感受态细胞 外源DNA仍与细胞结合 整合 吸收 整合 供体单链DNA进入受体细胞后与受体染色体的某一部分联会，并进一步置换受体的对应染色体区段的过程。
第十章 细菌及病毒的遗传分析(2h)
1
第一节 细菌和病毒遗传研究的意义
2
第二节 噬菌体的基因重组
3
第三节 细菌基因重组
4
本章要求
5
思考题
繁殖世代所需时间短；
易于管理和进行化学分析；
便于研究基因的作用；
便于研究基因的突变；
遗传物质较简单，便于用作研究基因结构、功能及调控机制的材料。
遗传学_ 细菌和病毒的遗传分析_
1180 + 418 + 685 +107 +11940 +3660
100% = 2390 100% =13% 17990
trp2
tyr
34
his2
13 tyr1
his
40
trp
八、转导（transduction）
⚫ 普遍性转导（Generalized transduction）
转导是以噬菌 体为媒介，将 外源基因携带 入细菌，使受 体细胞发生遗 传重组的方式。
a、b间发生交换
单性状的转化子
a、b间不发生交换
双性状的转化子
七、转化作图的原理
细菌两连锁基因的交换率
=
单性状转化子的数 单性状转化子数+共转化的转化子数
100%
表7-1 枯草芽孢杆菌trp2+ his2+ tyr1+（供体）× trp2－ his2－ tyr1－（受体）的转化实验 座位转化子类型
噬菌体的遗传分析
一、细菌和病毒的遗传分析
7-1 T4噬菌体的电镜照片
二、病毒对遗传学研究的贡献
1952年 Hershey & Chase的同位素示踪试验
证明T4病毒的遗传物质 是脱氧核糖核酸（DNA） 【1969年诺贝尔奖】
二、病毒对遗传学研究的贡献
1956年Fraemkel Conrat的烟草花叶病毒的重建试验
滑，可致病）
粗糙型R菌株 （无荚膜，菌落粗
糙，不致病）
三、转化现象的发现——Griffth的肺炎双球菌实验
IIR菌株不致病 IIIS菌株致病
灭活的IIIS菌株不致病 灭活的IIIS菌株的某种物 质使IIR菌株发生性状改 变，变成致病的IIIS菌株
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细菌和病毒遗传
23
第二节 细菌的遗传重组
一、转化 二、接合 三、性导
细菌和病毒遗传
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一、转化(transformation)
(一)、细菌转化实验 (二)、转化过程 *(三)、共同转化与遗传图谱绘制
细菌和病毒遗传
25
(一)、细菌转化实验
➢ 研究细菌遗传的方法：主要是对细菌菌落形态 的遗传研究 (如图，霉菌菌落)
细菌和病毒遗传
3
霉菌菌落
细菌和病毒遗传
4
大肠杆菌
细菌和病毒遗传
5
一、细菌的生物学特征
➢ 原则上说，培养皿中每个细菌长成的菌落应具有 共同的遗传组成，但是由于偶然发生的突变：形 态性状的突变，生理特性的突变或抗性的突变， 而使这些突变后的细菌所形成的菌落与其他的菌 落有所不同。
➢ 病毒主要是由蛋白质外壳及其包被的核酸所组 成的颗粒。病毒可根据宿主(动物、植物、细菌) 或遗传物质(DNA或RNA)来分类。细菌病毒 (Bacterial phage)，称为噬菌体(phage)(如图)， 是目前经过广泛研究，了解比较清楚的一种病毒。
细菌和病毒遗传
7
噬菌体
细菌和病毒遗传
8
三、细菌和病毒在遗传研究中的 优越性
细菌和病毒遗传
9
四、细菌和病毒的拟有性过程
➢ 虽然细菌和病毒不具备象真核生物配子进行融合 的有性过程，但它们的遗传物质也能从一个细胞
➢ 细菌获取外源遗传物质有四种不同的方式：转化，
接合，转导和性导。当一个细菌被一个以上的病 毒粒子所侵染时，噬菌体也能在细菌体内交换遗 传物质。如果两个噬菌体属于不同品系，它们之 间可以发生遗传物质的部分交换(重组)。
➢ 菌落形态性状的突变包括：菌落的形状、颜色和 大小等。
➢ 生理特性的突变包括：丧失合成某种营养物质能 力的营养缺陷型。
➢ 抗性突变包括：抗细菌和药病毒遗性传 或抗感染性。
6
二、病毒的生物学特征
➢ 病毒是比细菌更为简单的生物，它们也只有一条 染色体，即单倍体。有些病毒的染色体是DNA， 还有一些病毒是RNA。
14
(二) 建立纯系的方法——纯培养
➢ 挑取由单个细胞繁殖而来的菌落进行培养就可 以获得由一个细胞繁殖而来的纯系。
➢ 通常采用平板表面涂布法或划线法可以获得单 菌落。这种方法获得的纯系，称为“菌种纯”。
➢ 有时采用显微操纵器进行菌丝尖端切割等方法 从单个细胞直接培养建立纯系。采用这种方法 获得的纯系称为“菌株纯”。
第七章 细菌和噬菌体 的重组和
连锁
细菌和病毒遗传
1
第一节 细菌和病毒遗传 研究的意义
一、细菌的生物学特征 二、病毒的生物学特征 三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性 四、细菌和病毒的拟有性过程 五、细菌遗传的实验研究方法
细菌和病毒遗传
2
一、细菌的生物学特征
➢ 细菌是单细胞生物，完成每个世代只需20分钟， 而且容易得到它的生化突变型，它不仅在医学 上和农业上重要，而且从进化角度上也是异常 成功的，因为它占据地球上大部分的生物干重。
➢ 细菌和病毒在遗传研究中的优越性可以归纳为：
➢ 世代周期短，繁殖世代所需时间短； ➢ 易于操作管理和进行化学分析(纯培养与代谢产物累积)； ➢ 便于研究基因的突变(表现与选择)； ➢ 便于研究基因的作用(突变型生长条件与基因作用)； ➢ 便于研究基因的重组(重组群体大、选择方法简便有效)； ➢ 遗传物质比较简单，可作为研究高等生物的简单模型；
细菌和病毒遗传
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建立纯系的方法—细菌和—病毒遗来自纯培养16(三) 选择培养法鉴定突变型与重组 型
➢ 许多细菌的突变都与培养基营养成分及培养条 件有关。
➢ 营养缺陷型的筛选、鉴定：
➢ 选择培养法是根据菌株在基本培养基和营养培养基 上的生长表现将菌株分为原养型(也称为原生营养型) 与营养缺陷型(在基本培养基上不能正常生长，只能 在相应的营养培养基上生长)。
➢ 该方法原理与选择培养法一致，但是采用影印 法将在完全培养基上单菌落同时接种到不同选 择培养基上同时对所有菌落进行选择培养，鉴 定效率大大提高。
细菌和病毒遗传
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影印培养法
细菌和病毒遗传
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影印培养法
细菌和病毒遗传
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(四) 突变型与重组型的批量筛选方 法
➢ 注意：
➢ (1)最初的培养基必须是非选择性的，即各种突 变型都能够在其上生长；
1. 基础知识
➢ 野生型肺炎双球菌(Streptococcus pneumoniae)菌
落为光滑型，一种突变型 为粗糙型，两者根本差异 在于荚膜形成；
➢ 荚膜的主要成分是多糖， 具特殊的抗原性；
➢ 不同抗原型是遗传的、稳
定的，一般情况下不发生
互变。
细菌和病毒遗传
荚膜 菌落 毒性 类型
➢ 下面将叙述细菌和噬菌体遗传物质的交换过程，
并且将利用这些方法作出细菌和噬菌体的染色体
图。
细菌和病毒遗传
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五、细菌遗传的实验研究方法
(一) 细胞计数(培养物细胞浓度) (二) 建立纯系的方法 (三) 选择培养法鉴定突变型与重组型 (四) 突变型与重组型的批量筛选方法
细菌和病毒遗传
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细菌培养
➢ 营养突变型的筛选、鉴定方法与红色面包霉生化突 变型的鉴定方法基本一致。
细菌和病毒遗传
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(三) 选择培养法鉴定突变型与重组 型
➢ 许多细菌的突变都与培养基营养成分及培养条 件有关。
➢ 其它突变类型的筛选、鉴定：
➢ 对于其它的突变类型(如温度敏感型)，也可以通过 培养条件的选择培养来筛选与鉴定。
细菌和病毒遗传
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(一) 细胞计数(培养物细胞浓度)
➢ 培养物中微生物计数方法是微生物学的基本实 验技术，其基本思路是：
➢ 对原培养物进行连续稀释； ➢ 进行平板涂抹培养； ➢ 由于每个细胞形成一个菌落，计数菌落数； ➢ 根据稀释倍数计算原培养物中的细胞浓度。
细菌和病毒遗传
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细胞计数(培养物细细菌和病毒胞遗传 浓度)
细菌和病毒遗传
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(四) 突变型与重组型的批量筛选方 法
➢ 选择培养法一次可鉴定、筛选一种突变型，但 要检测分离含有多种突变型的混和菌株，仅采 用选择培养法要进行多次试验才能够达到目的、 效率太低。
细菌和病毒遗传
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(四) 突变型与重组型的批量筛选方 法
➢ 为高效检测、分离混和群体中不同突变型，黎 德伯格夫妇设计了影印培养法。