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细菌间的基因转移(Transfer of Genes between Bacteria) 宣劲松 北京科技大学 本节重点： 1、细菌和病毒的四种遗传分析方法： 转化、接合、性导、转导。 2、掌握F+、F–、F的特点。 3、理解和掌握中断杂交的原理。 一、细菌和病毒遗传研究的意义 (一) 细菌 1、大小：细胞较小、长约1~2μ (1μ＝1/1000mm)、宽约0.5μ； 2、结构：鞭毛、细胞壁、质膜、 间体、核质体、核糖体 3、遗传物质：单个主染色体、 一个或多个小染色体(质粒) 4、涂布和繁殖：每个细胞在较短 时间内(如一夜)能裂殖到107个 子细胞→成为肉眼可见的菌落 或克隆(clone)。 5、生理特性突变： ① 营养缺陷型： 丧失合成某种营养物质能力，不能在基本培养基上生长； 原养型：野生菌株则可在基本培养基上生长。 用不同的选择性培养基→测知突变的特性。 ② 抗性突变型： 　如抗药性或抗感染性。 例如：青霉素(penr)抗性突变的菌落。 (二) 病毒 单倍体，仅一条染色体。病毒→蛋白质外壳＋核酸。 病毒分类： 寄主：动物、植物、细菌等； 遗传物质：DNA 或RNA。 (三) 细菌和病毒在遗传学研究中的重要性 1、世代周期短： 　 大肠杆菌(E.coli)20分钟可繁殖一代。 2、便于管理和生化分析： 个体小，一般在1μ至几μ之间，操作管理方便。 3、便于研究基因突变： 　 裸露的DNA分子(有的病毒为RNA分子)，容易受环境条件的影响而发生突变；单倍体生物，不存在显性掩盖隐性问题，隐性突变也能表现出来。 4、便于研究基因的作用： 　 繁殖迅速，易检出营养缺陷型突变，有利于从生化角度来研究基因的作用。 5、便于研究基因重组： 　 细菌具有转化、转导和接合作用，可以进行精密的遗传分析。 6、便于研究基因结构、功能及调控机制： 　 细菌和病毒的遗传物质简单，易于进行基因定位、结构分析和分离，基因的表达调控也适于采用生理生化的方法进行深入研究。 7、便于进行遗传操作： 染色体结构简单，没有组蛋白和其它蛋白的结合，更宜于进行遗传工程的操作。 二、细菌的遗传学分析 (一) 细菌基因组的特点 1、不具备明显的核结构，只有DNA的集中区，为拟核； 2、基因组较小，只有一条环状染色体，一个复制起点，一个基因组就是一个复制子； 3、染色体不与组蛋白结合； 4、基因的结构简练，重复序列和不编码序列很少，大部分为功能基因；无断裂基因，不含内含子； 5、基因的调控方式多种多样； 6、功能密切相关的基因常高度集中，越是简单的生物，集中程度越高； 7、存在转录单元； 8、常通过结合方式传递遗传物质。 (二) 大肠杆菌中的质粒 1、质粒(plasmid)：是独立于细菌染色体外能进行自主复制的小型环状裸露的DNA分子。 质粒的结构大致由3部分组成： ① 转移区(transfer region, tra)和转移起点ori：长约33kb，最少含有22个基因，为所有转移基因的转录所必须的，并参与调节结构基因的转录； ② 自我复制区(rep)：由3个位点组成，即正常的复制起点oriV、复制基因frp、不亲和性基因inc，该区域直接关系到质粒的自身复制； ③ 插入区(insertion region)：可直接与细菌染色体同源区段配对，发生重组，插入到细菌染色体中。 2、大肠杆菌的质粒按表型效应可分为3类： (1) 致育因子(fertility factor，F因子)： 这是一种能使细菌致育的因子，其上所带的基因能使细菌在表面产生一种性纤毛。带有F因子的细菌菌株称为F＋，而不带F因子的菌株为F－菌株。 F因子为一个小的双链闭合环状DNA，94.5kb，约为细菌染色体DNA的2％ ；约含40~60个蛋白质基因；2~4个/细胞(F＋菌株)。 (2) R因子(抗性因子) 包括抗药性及抗某些金属质粒，R因子几乎在所有细菌中都存在，大小也从几kb至几十kb不等。 在基因工程中常利用质粒的这种抗性特性用作外源基因载体，便于筛选。 (3)大肠杆菌素原因子(col因子) 含有可以编码大肠杆菌素的基因，而大肠杆菌素可用于专门杀死其它肠道细菌。 三、细菌间的基因转移 遗传物质在细菌中有三种转移形式： 转化(transformation) 接合(conjugation) 转导(transduction) 这三种转移形式的共同特点是： 1、单方向转移； 2、都产生部分二倍体； 3、基因只有整合到环状染色体上才能稳定地遗传。 (一) 转化(transformation) 1、转化(trans