第五章 细菌和噬菌体遗传
第五章细菌基因重组及遗传分析
第一节 转化（Transformation）
转化：是指受体细胞在特定生理条件下吸收外源DNA分子或 片段，并能表达外源DNA性状的过程。转化现象的发现和转 化因子的证实对促进现代分子生物学的诞生和发展产生了巨 大的推动作用。 转化是导致细菌基因重组的主要途径之一，转化现象在自然 环境中普遍存在于许多细菌中，包括一些革兰氏阳性菌和阴 性菌，只是转化频率很低。
转化的两个例子： ①.用两个带有不同抗性的肺炎双球菌群体混合, 可以发现带有双抗性的细菌。 细菌裂解 DNA残留 其它细菌摄取转化
②.枯草杆菌活细胞表面分泌DNA，可被其它细 胞摄取。
通过化学和非常规培养等方法处理受体细胞，不仅可以提高 转化频率，也可使遗传转化发生在自然条件难以转化或不能 转化的微生物中。 在实验室条件下，通常用CaCl2 、cAMP、低温培养、PEG 介导及电脉冲等方法转化细菌或其它微生物。细菌转化的过 程大体可分为三个阶段： 感受态的出现 DNA的吸附和进入 DNA的整合
如果a和b是连锁的，当DNA浓度降低时，ab共转化频率 的下降和a或b的转化频率的下降相同。假如a和b不连锁， ab共转化频率的下降将远远超过a或b的转化频率。
因为在较低浓度范围内，转化频率和转化DNA的浓度成 正比关系，如果两个基因在同一DNA分子上，那么浓度降 低10倍时，两个基因同时转化的概率也将减少10倍。 如果两个基因不在同一DNA分子上，DNA浓度下降时， 两个基因同时转化的概率将减少100倍，而不是10倍。
例外---流感嗜血菌（G-）
转化小体
转化的双链DNA （30-50kb）结 合到膜受体上
双链DNA被转 化小体摄取
然而，不同的细菌摄取DNA 的方式也不尽相同。在流感 嗜血菌中，其感受态细胞形成 一种结合双链DNA的膜结构， 称为转化小体 （transformasome）。该 小体吸附DNA后，与细胞的 内外膜相融合而转入细胞内 侧。进入细胞质前，再将双 链变成单链DNA。
食品微生物 第5章 微生物遗传变异与菌种选育第二节
携带供体部分遗传物质（DNA片段）的噬菌体称为 转导噬菌体。
普遍性转导
细菌转导的二种类型：
特异性转导
1、普遍性转导（generalized transduction）
通过极少数完全缺陷噬菌体对供体菌基因组上任何小片段 DNA进行误包，而将其遗传性状传递给受体菌的现象，称普遍 性转导。 (1) 意外的发现
保藏期 3-6 月
1-2 年 1-10 年 5-15 年
菌种保藏机构
ATCC采用的菌种保藏法：
（ American Type Culture Collection ，美国典型菌种保藏中心）
冷冻干燥保藏法 液氮保藏法 CCCCM采用的菌种保藏法：
（ China Committee for Culture Collections of Microorganism， 中国微生物菌种保藏委员会）
转化（transformation）
转化：受体细胞直接吸收供体细胞的DNA片段, 并与其染色 体同源片段进行遗传物质交换，使受体细胞获得新的遗传性 状的现象。
转化因子
吸附吸收
受体细胞 高1000倍 感受态
整合
转化子
(2) 转化过程
供体(strR)
ds DNA
感受态受体(strS) 酶解与吸收单链
将遗传性状不同的两种菌（种内、间、属间）融合 为一个新细胞的技术。
五、基因工程技术用于工业菌种改良
基因工程技术：基因操作、基因克隆、DNA重组。将含 目的基因DNA片段经体外操作与载体连接，转入一个受 体细胞并使之扩增、表达的过程。
•目的基因 •载体选择 •体外重组 •导入细胞 •筛选 •鉴定
分离、合成、逆转为cDNA、PCR扩增等 质粒、噬菌体、病毒
食品微生物学---第五章_微生物的遗传变异
1.经典转化实验（肺炎双球菌）
S型菌株：有致病性，菌落表面光滑，有荚膜 R型菌株：无致病性，菌落表面粗糙，无荚膜
（1）动物实验 对小鼠注射活R菌或死S菌 ————小鼠存活 对小鼠注射活S菌————————小鼠死亡 对小鼠注射活R菌和热死S菌 ———小鼠死亡
（二）微生物的诱变育种
1.出发菌株选择：对诱变剂敏感、变异幅度广、产量高 的菌株。
2.同步培养：使菌悬液中细胞达到同步生长状态 3.单细胞悬液制备：先收集菌体并洗涤，然后用生理盐
水或缓冲液配制，振荡使分散度90％以上。 4.诱变处理：物理诱变、化学诱变 5.中间培养 ：使细胞内原有酶量稀释，以得到纯的变
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普遍性转导过程： 噬菌体侵染供体细胞 供体染色体断裂，
噬菌体蛋白质衣壳和DNA合成 衣壳包裹供体 DNA片段 侵染受体菌株
供体DNA片段整合到受体DNA上——完全转导
供体DNA片段不能整合到受体 DNA上，也不能复制，但能表达 ——流产转导
特异性转导过程： 噬菌体侵染供体细胞 供体细胞溶源化 噬菌体和供体菌染色体间发生交换 转导型 噬菌体（转导颗粒） 侵染受体菌
R菌＋S菌 只有R菌
只有S型细菌的DNA才能将R型转化为S型。且 DNA纯度越高，转化效率也越高。说明S型菌株转 移给R型菌株的，是遗传因子。
2.噬菌体感染实验
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3.植物病毒的拆开与重建实验
将TMV拆成蛋白质外壳与RNA，分别对 烟草进行感染试验，结果只有RNA能感染 烟草并使其患典型症状，而且在病斑中还 能分离出正常病毒粒子。
（2）细菌培养实验 热死S菌———不生长 活R 菌———长出R菌
细菌与噬菌体遗传(二)_真题-无答案
细菌与噬菌体遗传(二)(总分81,考试时间90分钟)一、填空题1. 组成F质粒的三个区段为______、______和______。
2. 噬菌体突变类型主要有：______等。
3. 在细菌的接合过程中进入受体F-细菌中的DNA为______，是______端牵引______进入受体，原保留的环状DNA链进行______复制。
4. 整合在染色体中的F因子______进行独立自主的复制。
5. 假基因分为两类：①______，其保留了内含子，是通过基因组DNA复制产生的，常位于相同有功能基因附近，与有功能的同源基因有类似的结构；②______，是通过对mRNA的反转录和获得的cDNA的随机整合而产生的，其缺少内含子。
6. 细菌的突变型主要有三种______、______和______。
7. 重叠基因的重叠方式有：______等。
8. 温和噬菌体的生活周期可分为______。
温和噬菌体早期基因和部分晚早期基因的表达，形成相应的______，调节或抑制自身其他基因的表达，使其整个基因组整合到宿主染色体的特定区域。
9. 每个顺反子在染色体上的区域称为______，每个基因座中有______个突变位点，每一个核苷酸对的改变都可引起多肽链中氨基酸的改变，从而影响顺反子的功能。
10. 噬菌体的基因重组与______的重组过程不同，与______的重组十分相似。
11. 由P1噬菌体介导进行E.coli A菌株(基因型为ABC)和B菌株(基因型为abc)的转导实验，得到最小频率的转导子为aBc，则这三个基因在染色体上的顺序为______。
12. 在适合条件下，细菌每______繁殖一代，而大多数哺乳动物细胞约______分裂一次。
13. 两个或两个以上的基因共有一段DNA序列，或是指一段DNA序列成为两个或两个以上基因的组成部分，这样的基因被称为______。
14. 噬菌体是指寄生于______细胞中的病毒。
15. F'因子是从______细胞中不准确地切除______时产生的，所以F'因子上除了含有F因子的基因外，还有部分______的基因。
噬菌体、细菌遗传和变异
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一、细菌染色体
细菌染色体：环状dsDNA，不含组蛋白, 无核膜包围。
•相对较小，只有一个复制起始位点 •功能相关的基因转录出一条mRNA，分别合成各自蛋白 •基因是连续的，没有内含子，不需要转录后的剪切和加工 •基因组为单倍体，具有各种功能识别区
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6
二、质粒（plasmid）
细菌染色体外的遗传物质，环状闭合的双链DNA。 带有遗传性息，控制细菌的某些生物学性状，能 自行复制，并非细菌生长所必需。
第二章 细菌的遗传与变异
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1
概述 细菌遗传变异的物质基础 细菌的变异现象与机制 细菌遗传变异的医学意义及其应用
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2
概述
遗传（heredity）
子代与亲代的性状具有相似性，且代代相传， 使其种属得以保存。
变异（variation）
在一定条件下，子代和亲代之间以及子代和 子代之间的差异称为变异。
链霉素敏感株
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菌体，噬菌体DNA能随细菌DNA复制，并随细 菌的分裂而传代。
前噬菌体（prophage）：整合在细菌基因组中
的噬菌体基因
溶原性细菌：
带有前噬菌体基因可编组辑版 的细菌
20
温和噬菌体
prophage: 整合在细菌基因 组中的噬菌体基因
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溶原性细菌
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温和噬菌体的溶原性
温和噬菌体基因脱离宿主菌基因组----转变成毒 性噬菌体，产生成熟子代噬菌体，导致细菌裂解。
尾丝：吸附
15
生物学性状
抗原性：能刺激机体产生特异中和抗体 抵抗力：对70℃30分钟仍有抵抗力，耐脂溶
剂，对紫外线、X射线敏感 严格的宿主特异性－细菌的鉴定与分型
细菌与噬菌体遗传(三)
细菌与噬菌体遗传(三)(总分：247.00，做题时间：90分钟)一、选择题(总题数：7，分数：7.00)1.菌株A可以石油燃料为营养，菌株B则不能利用石油燃料，活化菌株B，杀死菌株A，混合在一起，几小时后，混合物变得混浊，经检查得知，混浊是菌株A快速生长的结果，引起的这种现象原因是______ A．性导 B．转录 C．转导 D．转化（分数：1.00）A.B.C.D. √解析：2.两种噬菌体杂交，如a+b+×a-b-，下列哪种公式可用于计算位点间的重组率______A．a+b-/(a+b++a+b-)B．a-b+/(a+b++a-b+)C．(a+b-+a-b+)/(a+b-+a-b++a+b+)D．(a+b-+a-b+)/(a+b-+a-b++a+b++a-b-)E．上述答案均不对（分数：1.00）A.B.C.D. √E.解析：3.转化时，供体菌a+b+c+可给受体菌a-b-c-提供DNA，假定这些基因是紧密连锁的，顺序为abc，它们很容易一起遗传，那么下列何种转化类型出现的最少______A．a-b+c- B．a+b-c+ C．a+b+c+ D．a-b+c+E．由于三个位点可能在同一片段上传递，故各类转化类型出现的频率相等。
（分数：1.00）A.B. √C.D.E.解析：4.已知一种Hfr菌株可把a和b基因按ab顺序地传递给受体。
那么在杂交Hfra+b+×F-a-b-中，下列哪个公式可用来计算基因a和b间的重组率______A．a+b-/(a+b++a+b-)B．a-b+/(a-b++a+b+)C．(a+b-+b+a-)/(a+b-+a-b++a+b+)D．(a+b-+a-b+)/(a+b++a+b-+a-b++a-b-)（分数：1.00）A.B. √C.D.解析：5.有两个细菌品系，它们合成三种氨基酸的能力不同，以a+b+c+为供体和受体a-b-c-杂交。
杂交后，取细菌的悬浮液分别涂在补充了氨基酸A、B和C的培养基上，观察到在一种平板上有四种细菌菌落，然后把此菌落影印到各种平板上(如图所示)根据上述资料，下列有关各菌落基因型的阐述哪句话正确______A．菌落②的基因型一定是a-b+c- B．菌落③的基因型一定是a+b+c+C．菌落④的基因型一定是a-b-c- D．上述答案均对（分数：1.00）A.B. √C.D.解析：6.以青霉素培养基做为选择培养基，用来筛选细菌的营养缺陷型，这一技术的原理是______A．青霉素可杀死敏感型细菌，只允许抗性型细菌在上生存B．青霉素有时可补偿营养缺陷型，允许营养缺陷型细菌在基本培养上生存C．青霉素在营养缺陷型的菌落特征上，起明显的修饰作用，便于人们观察认识D．青霉素可杀死繁殖的原养型细菌，只留下营养缺陷型（分数：1.00）A. √B.C.D.解析：7.大肠杆菌的一个基因型为a+b+c+d+e+，Str s的Hfr菌株与一个基因型为a-b-c-d-e-Str r的F-菌株杂交了30min 后，由链霉素处理，再从存活的受体菌中选取出e+类型的原养型，其他+基因的频率为a+70%，b+没有，c+85%，d+10%，它们与供体原点的相对位置是______A．bdac B．dbac C．abdc D．cbad（分数：1.00）A. √B.C.D.解析：二、解答与分析题(总题数：40，分数：240.00)8.有时由于基因突变，发生代谢障碍，有化学物质积累，这个事实对于我们说明单个基因的多效现象是否有启发?（分数：6.00）__________________________________________________________________________________________ 正确答案：(当单个基因发生突变造成化学物质积累，而该物质可以为多个代谢过程的中间产物，可以影响与该化学物质一系列有关的代谢过程，从而影响多个性状的表达，造成一因多效现象。
第五章细菌的遗传与变异
第5章细菌的遗传与变异遗传与变异是所有生物的一起生命特点。
细菌亦是一种生物，其形态结构、生理代谢、致病性、耐药性、抗原性等性状都是由细菌的遗传物质所决定。
遗传（heredity）使细菌的性状维持相对稳固，且代代相传，使其种属得以保留。
另者在必然条件下，假设子代与亲代之间和子代与子代之间的生物学性状显现不同称变异（variation）。
变异可使细菌产生新变种,变种的新特性靠遗传得以巩固，并使物种得以进展与进化。
细菌的变异分为遗传性与非遗传性变异，前者是细菌的基因结构发生了改变，如基因突变或基因转移与重组等，故又称基因型变异；后者是细菌在必然的环境条件阻碍下产生的变异，其基因结构未改变，称为表型变异。
基因型变异样发生于个别的细菌，不受环境因素的阻碍，变异发生后是不可逆的，产生的新性状可稳固的遗传给后代。
相反，表型变异易受到环境因素的阻碍，凡在此环境因素作用下的所有细菌都显现变异，而且当环境中的阻碍因素去除后，变异的性状又可恢复，表型变异不能遗传。
第一节细菌的变异现象一、形态结构的变异细菌的大小和形态在不同的生长时期可不同，生长进程中受外界环境条件的阻碍也可发生变异。
如鼠疫耶尔森菌在陈腐的培育物或含30g/L NaCl的培育基上，形态可从典型的两极浓染的椭圆形小杆菌变成多形态性，如球形、酵母样形、亚铃形等。
又如许多细菌在青霉素、免疫血清、补体和溶菌酶等因素阻碍下，细胞壁合成受阻，成为细胞壁缺点型细菌（细菌L型变异），L型的革兰染色多为阴性，呈球形、长丝状或多形态性，在含血清的高渗低琼脂培育基（含20％血清、5％NaCl、%琼脂）上能缓慢生长，形成中央厚而周围薄的荷包蛋样小菌落。
细菌的一些特殊结构，如荚膜、芽胞、鞭毛等也可发生变异。
肺炎链球菌在机体内或在含有血清的培育基中初分离时可形成荚膜，致病性强，经传代培育后荚膜慢慢消失，致病性也随之减弱。
将有芽胞的炭疽芽胞杆菌在42℃培育10～20d后，可失去形成芽胞的能力，同时毒力也会相应减弱。
第五章微生物的遗传变异与菌种选育复习题知识讲解
第五章微⽣物的遗传变异与菌种选育复习题知识讲解第五章微⽣物的遗传变异与菌种选育复习题⼀、名词解释1.遗传型（genotype）遗传型⼜称基因型，是指某⼀⽣物个体所含有的全部遗传因⼦（基因组）所携带的遗传信息。
它是⼀种内在的可能性或潜⼒，只有在适当的环境条件下，通过⾃⾝的代谢和发育，才可将遗传型转化成现实的表型。
2.表型（phenotype）表型是某⼀⽣物体所具有的⼀切外表特征和内在特性的总和。
它是遗传型在⼀定环境下通过⽣长和发育后得体现，故是⼀种现实性（具体性状）。
3.变异（variation）变异是⽣物体在某外因或内因的作⽤下所引起的遗传物质结构或数量的改变，亦即遗传型的改变，其特点是群体中，以极低的概率出现（约10-9-10-5），性状变化幅度⼤，且变化后的新性状是稳定的、可遗传的。
4.饰变（modification）饰变是⼀种不涉及遗传物质结构或数量变化，只发⽣在转录、转译⽔平上的表型变化。
其特点是整个群体中⼏乎每⼀个体都发⽣同样的变化；性状变化的幅度⼩；饰变后的性状是不遗传的。
5.基因（gene）基因是⽣物体内的最⼩遗传功能单位，其本质是⼀段核苷酸序列，它能编码多肽链（通过mRNA）、tRNA或Rrna.6.操纵⼦（operon）操纵⼦是原核⽣物特有的基因形式，由三种功能上密切相关的基因组成，包括结构基因、操纵基因和启动基因。
7.结构基因（structure gene）结构基因是决定某⼀多肽链⼀级结构的DNA模板，它通过转录和转译机制可指导多肽链的合成8.遗传密码（genetic code）DNA链上决定各具体氨基酸的特定核苷酸序列称为遗传密码，其信息单位是密码⼦（核苷酸三联体）9.质粒（plasmid）直⽴式⼀类游离于核基因组外，具有独⽴复制能⼒的⼩型共价闭合环状dsDNA分⼦（cccDNA）。
10．F质粒（F plasmid）F质粒⼜称F因⼦或致育因⼦。
是⼤肠杆菌等细菌决定其性别并有转移能⼒的质粒。
7、细菌和噬菌体的遗传分析2
第三节 噬菌体的遗传分析 三、烈性噬菌体与基因定位
双重感染（混合感染、复感染）：是指用两种噬菌体同时感染某一菌株。 双重感染（混合感染、复感染）：是指用两种噬菌体同时感染某一菌株。 ）：是指用两种噬菌体同时感染某一菌株
例如： 例如： 噬菌体Ⅰ ）：能感染 能感染B B/2菌株 噬菌斑透明；产生噬菌斑小且边缘模糊； 菌株， 噬菌体Ⅰ（hr+）：能感染B和B/2菌株，噬菌斑透明；产生噬菌斑小且边缘模糊； 噬菌体Ⅱ（h+r）：只能感染B菌株产生噬菌斑；噬菌斑生长较快（约两倍大）且 ）：只能感染 菌株产生噬菌斑；噬菌斑生长较快（约两倍大） 只能感染B 噬菌体Ⅱ 边缘清晰； 边缘清晰； 两种噬菌体同时感染B菌株（双重感染） 用 hr+ 和 h+r 两种噬菌体同时感染B菌株（双重感染）。 在双重感染（ 的过程中， 在双重感染（相当于 hr+ ×h+r）的过程中，共同生存在同一个宿主细胞中的 两个噬菌体DNA也可以发生交换，产生基因重组。 hr、 两个噬菌体DNA也可以发生交换，产生基因重组。在其子代中可以得到 hr、h+r+ 两 DNA也可以发生交换 种重组体以及 两种亲本类型， 种噬菌体。 种重组体以及 hr+、h+r 两种亲本类型，共4种噬菌体。
再做杂交： 再做杂交：rc rb+ × rc+ rb
结果表明: 结果表明:
rc—rb的重组值 ﹥ rb—h
∴ h位于rb及rc之间，排列顺序 rc—h—rb。 位于r 之间， 由于T2 噬菌体的连锁图是环状的，所以2 排列都对。 由于T2 噬菌体的连锁图是环状的，所以2、3排列都对。
第三节 噬菌体的遗传分析 四、温和噬菌体 与溶源性周期和溶菌周期
细菌与噬菌体遗传(一)
细菌与噬菌体遗传(一)(总分：322.00，做题时间：90分钟)一、填空题(总题数：15，分数：57.00)1.F因子在细胞中的存在状态有两种，分别是 1状态和 2状态。
（分数：3.00）解析：游离整合2.当F +或Hfr细菌染色体进入F -后，在一个短时期内，F -细胞中对若干基因座来说总有一段 1体的DNA，这样的细菌称为 2。
（分数：3.00）解析：二倍部分二倍体3.大肠杆菌基因重组的特点有 1、 2、 3。
（分数：4.50）解析：在部分二倍体发生双交换有意义无相反重组子4.大肠杆菌F +菌株与F -菌株结合，最后F +菌株变成了 1，F -菌株变成了 2。
（分数：3.00）解析：F + F +5.噬菌体将供体菌的某些基因带入受体菌的过程称为 1，通过原噬菌体的不规则交换脱离细菌染色体时带出临近少数供体基因并传给受体菌的过程称为 2。
（分数：3.00）解析：转导6.大肠杆菌中含有独立而且完整F因子的菌株是 1，不含有F因子的菌株是 2，F因子组合进入到染色体上的菌株是 3，F因子带有少量染色体基因的菌株是 4。
（分数：6.00）解析：F + F - Hfr F"7.细菌转化过程包括有转化能力的染色体DNA片段的 1、 2和 3三个阶段。
（分数：4.50）解析：结合与穿入联会整合8.T4快速溶菌突变型有 1、 2和 3三类，通过对T4rⅡ区突变型间的重组实验可以确定 4，通过互补实验可以确定 5。
（分数：7.50）解析：rⅠ rⅡ rⅢ 基因间距离是否属于一个基因9.一个Hfr菌株染色体上的基因顺序为转移原点—X—Y—Z—S—P—Q，为了得到一个最高比例的重组子，在接合后应该在受体中选择 1作为供体的标记基因。
（分数：1.50）解析：X10.F因子由三个区域组成，它们是 1、 2和 3。
（分数：4.50）解析：致育因子原点配对区11.互补测验可以通过如下几个途径进行，分别是 1、 2和 3。