细菌和噬菌体的遗传分析（2）

细菌和噬菌体等原核生物的遗传重组是指受体中插入来自供体的遗传性不同的DNA片段，并把这种DNA片段或它的复本整合为受体基因组的一部分。受体的遗传重组可以通过三种途径来实现：

 

转化（transformation）：游离的细菌DNA片段被吸收到不同的细菌细胞内（受体）

接合（conju gation）：通过供体与受体细胞之间的接触而传递DNA

转导（transduction）：一种细菌的DNA片段经过温和的或有缺陷的噬菌体传递给另一种细菌

 

在细菌中转化很可能是十分普遍的现象。前人的研究发现链球菌属、嗜血杆菌属、芽孢杆菌属、奈瑟氏球菌属、假单孢杆菌属和大肠杆菌属的细菌都可以转化。

 

能吸取DNA分子而被转化的细菌细胞叫做感受态细胞（competent recipient cell），在某一细菌群体中，只有极少数细胞是感受态的，它们具有感受因子，可能是细胞表面的一种蛋白质或是一种转化酶，它参与了DNA的吸收。

 

转化过程可分为几个步骤： 

 

（1）双链DNA分子和细胞表面感受位点可逆性的结合；

（2）供体DNA片段被吸入受体细胞；

（3）侵入受体细胞的供体双链DNA转变成单链形式，其中的一条链被降解；

（4）未被降解的一条链部分或整个插入受体细胞的DNA链，形成杂合的DNA分子；

（5）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

 

F因子是细菌中独立染色体外可复制的质粒，为一环状DNA，包括原点、配对区和致育基因。F因子上大部分区域叫育性区或育性基因，负责大肠杆菌的育性。含有育性区的大肠杆菌在细胞表面有很多毛状的性纤毛（或性伞毛）。

 

A菌株中的F质粒通过配对区可和大肠杆菌染色体的某些区域配对，配对后即可交换，便整合到大肠杆菌染色体上。这种既可以整合又可以游离的质粒叫附加体。 

 

 

含有游离状态的F因子叫F⁺，没有的叫F^-，含有整合状态的叫Hfr（高频重组）。大量混合后，只有F⁺×F^-，Hfr×F^-能杂交，而F⁺×F⁺，F^-×F^-，Hfr×Hfr，Hfr×F⁺都不能杂交。因此大肠杆菌的和相当于高等植物的雌雄配子。

 

F⁺菌株和F^-菌株靠近→细胞膜融合→两细胞间形成接合管。然后， F因子从原点断裂，以原点为先导，边复制边转移（因此叫滚环复制），复制后的F因子转移到另一个细胞中。最后，细胞分开，使F^-变成F⁺。

F因子可整合在大肠杆菌不同的部位，由于整合的部位不同，方向不同，则形成了不同的Hfr。

 

在Hfr×F^-杂交过程也是先形成接合管，然后Hfr边复制边转移，转移的顺序：原点—配对区—大肠杆菌基因—配对区—育性基因。在转移过程中，结合管很易破裂，这样转移到受体的部分只是靠近原点的一部分（全部转移需温和条件120分钟），形成部分二倍体：一个完整的基因组和一个不完整的基因组所构成的二倍体。在部分二倍体中，受体的基因组叫内基因子，供体的基因组叫外基因子。外基因子转移到受体以后：游离。随着细胞分裂代数的增加被稀释，消失；与内基因子发生交换、重组。奇数交换，形成一个线状分子，在大肠杆菌中不能复制，导致细胞死亡；偶数交换，形成线状分子（不能复制，消失）和环状分子。大肠杆菌复制时，DNA复制酶只能识别环状分子。其中原点有273bp，富含AT，首先解旋成“眼”状结构，然后双向复制。

 

（1）基因重组发生在部分二倍体中（自然状态下很难把供体基因全部转移过来）

（2）奇数交换无效，偶数交换有效。

（3）只出现一种重组子（杂交后代），真核生物出现四种杂交后代。

（4）在F⁺×F^-中，结果使F^-变为F⁺，很少发生基因重组（供体与受体之间）

因为F⁺大部分是游离的，不转移，只有个别的细胞是整合状态。只有整合的才能转移，进行基因重组。

（5）在Hfr×F^-中，F^-很少变成F⁺，基因重组频率比较高。杂交后，育性基因没有转移。

 

2.2.2、中断杂交法定位大肠杆菌的基因

在Hfr×F^-过程中，人为的中断大肠杆菌杂交而进行的基因定位叫中断杂交法。

    （1）中断杂交的原理

Hfr和F^-一混合，形成接合管，然后进行转移，越接近原点的基因，进入受体就越快。用振荡器振荡使之中断，检测受体细胞中的供体基因。1分钟内出现了受体A基因，则说明A基因很近原点；2分钟内出现了受体AB基因，则说明B在A之后，也近原点；3分钟内出现了受体ABC基因，则说明C在AB之后，也近原点；则按时间来定位，标出不同基因位于原点的先后位置，单位：时间单位。据基因进入受体的时间来定位基因（假定转移是匀速的）。

 

方法： 

 

 

 

 

将 Hfr与F^-同时加入装有完全培养基的大试管中，一定时间取样振荡，洗涤完全培养基，加至添加str的基本培养基（葡萄糖和无机盐）上，只能使杂交后代生长，再把菌落分别转移到只添加azi、T₁、gal或str的选择性培养基上。 

 

箭头表示基因位点位置先后

大肠杆菌只要有葡萄糖（G）则不利用其它糖类，因此基本培养基中lac⁺ 、lac^-都能生长。选择培养基中gal或lac只用其做碳源，没有其它糖（碳源）。

 

一个菌株只能测少数（如6个）基因，接合管便断裂。