普通遗传学-第20节
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目赡苄跃驮酱蟆rp2和tyr1基因间的重组率应是196＋328/（196＋328＋367）×100％=58。8％。这个数值称为q值，表示转化连锁距离。它与其他方法测定的重组率有差异，可能是由于初级误差造成的。
表5…4 枯草杆菌trp…2、tyr…1细胞转化的单、双转化子类型
供体DNA 受体细胞 转化子类型 转化子数
trp＋tyr… trp＋tyr… 190
trp…tyr＋ trp…tyr… trp…tyr＋ 256
trp＋tyr＋ 2
trp＋tyr… 196
trp＋tyr＋ trp…tyr… trp…tyr＋ 328
trp＋tyr＋ 367
5。4。3 性异
F因子整合到染色体上是一种可逆过程（图5…29），能够低频率地被切除。如果是正常切除，F因子又重新离开细菌染色体，形成F＋细胞。但是切除中往往发生错误，分离出一个携带F因子和部分染色体基因的遗传因子，这种带有染色体基因的附加体称为F′因子。这种细胞在接合时，由F′因子所携带的外源DNA便整合到细菌染色体上，这一过程称为性异（sexduction）。Ｆ′因子可分成两类：
整合到Hfr染色体上的F质粒环出时带有宿主的一部分染色体DNA，包括与其相邻的lac
第一类F′因子包括了染色体一个区段和不完全的Ｆ因子，Ｆ因子缺失的那部分还留在细菌染色体上。只要Ｆ因子保留了复制和接合所需的基因，就能和野生型一样转移进Ｆ－细胞，同时将附带的细菌染色体基因传递过去。第二类F′因子带有完整的Ｆ因子和位于Ｆ因子两端的染色体基因，它在环出过程中，造成染色体的这两部分基因的缺失，但它却能同时将这两部分基因通过接合异入到Ｆ 细菌。
第一类F′因子一般携带的基因是在Ｈfr的末端。它们在Hfr×F…时是低频率转移的，而在F′×F…时却是高频转移的。如Ｈfr2转移基因顺序是Ｏ…pro＋…leu＋…gal＋…lac＋…F；杂交后很难选择到lac＋的重体组，从Hfr2中分离到F′lac＋strs和Ｆ－lac…strr菌的杂交就很容易得到lac＋细菌。因为宿主染色体上具有F′因子的lac同源ＤＮＡ序列，二者可以很快进行同源重组，而且重组的座位是相对固定的。
F′因子的主要用途之一是构建部分二倍体菌株，用于研究基因的相互作用。例如；Ｆ－lac是载有lac基因的F′因子，当载有Ｆ－lac的Ｆ＋细胞与Ｆ－lac…细胞结合时，就可使受体转变成F…lac＋。尽管受体染色体上仍然保留了突变的lac基因，但F…lac质粒上的野生型基因为其提供了丢失的酶。F…lac质粒在宿主细胞中独立复制，无须与染色体进行重组。此外，由于F因子的整合位置几乎复盖了全部染色体区，因此，可以从不同Hfr菌株分离到一个带有任何特殊染色体基因的F′菌，从而利用F′因子上2个以上的染色体基因进行重组作图。这样通过计算2个位点间重组频率就可以获得每个片段的连锁群。
比较F′是细胞与F＋、Hfr的关系可以看出：
（1）F′是细胞质因子。Hfr通过环出可以形成带有部分细菌染色体的F′因子，而F′因子又可通过交换整合到细菌染色体的原来位置上，回复到原来的Hfr状态。
（2）在F＋×F…中，F因子由供体进入F…细胞，使受体细胞成为F＋细胞，但供体染色体很少转移。
（3）在Hfr×F…中，Hfr能以高频率把细菌染色体转移到F…细菌中，而F因子位于Hfr转移到染色体的最后端，极少进入受体细胞。F′因子和F因子很容易转移到F…细胞中，但供体染色体的转移率很低。
5。4。4 转导与细菌染色体作图
5。4。4。1 普遍性转导
1952年N。Zinder和J。Lederberg研究鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）遗传重组时发现，把2个营养缺陷型菌株LA2phe＋trp＋met…his…和LA22phe…trp…met＋his＋混合培养时，能获得原养型菌，分别培养则不能产生原养型菌。进一步研究也证明，将这2株沙门氏菌其他性状的突变型混合培养时，也能产生重组体。当他们将LA…2和LA…22分别培养在Davis U型管两侧时，仍得到了重组体，这一结果排除了2种细菌发生了接合的可能性。进一步研究证明LA…2和LA…22之间的遗传交换是一种由过滤性因子（FA）完成的。此外还证明
（1）FA不会因DNA酶处理而失去活性，说明它不是裸露的DNA片段，也就是说基因转移不是通过转化进行的。
（2）FA与从溶原细菌分离得到的噬菌体P22的质量大小相同。
（3）用抗P22的血清或加热处理，P22的感染性和过滤性因子FA功能失活的速率相同。
（4）抗噬菌体P22的沙门氏菌菌株对过滤性因子也表现为抗性。
这一结果证明：FA就是温和噬菌体P22，LA22菌株是溶原性的，LA2是非溶原性的，在培养过程中LA22自发释放出温和噬菌体P22，P22感染LA2细菌后，细菌染色体断裂成片段，在形成噬菌体颗粒时，偶尔错误地把细菌染色体片段包装在噬菌体蛋白质外壳内。这种假噬菌体称为转导颗粒（transducing particle）。当这些噬菌体再度感染LA22细菌时，便带着细菌基因进入细胞，形成一个部分二倍体。导入的基因经过重组，整合到宿主的染色体上（图5…30）。
图5…30 Salmonella typhimurium 的转导
噬菌体P22感染野生型（leu＋）菌株，细菌染色体断裂成片段。小段细菌染色
体组合到噬菌体头部。转导的颗粒然后感染陷型受体细胞（leu…，亮氨酸缺陷
型），注入野生型供体的染色体片段，形成部分二倍体。注入的染色体片段与
受体染色体的相应部分发生重组，把受体细胞转导为原养型（leu＋）。受体细
胞被一正常的P22颗粒感染后，受体细胞或者裂解，或者成为溶原菌
通过噬菌体作为媒介，把一个细菌的基因导入另一细菌的过程称为转导（transduciton）。转导又分为普遍性和局限性两类，由P1和P22这一类噬菌所进行的转导是普遍性转导（generalized transduction），这类噬菌体可以转移细菌染色体的很多不同部分。后来人们在其他种属细菌如大肠杆菌中都观察到通过转导使基因转移的现象。
普遍性转导也可以用来绘制细菌遗传图谱。P1、P22等噬菌体感染大肠杆菌后，可以随意包裹寄主DNA片段，只要这个片段包含的基因座位不超过大肠杆菌遗传图谱的2min距离，均可一起被转导。这是一般用接合和转化进行基因定位所难以实现的。2个基因一起被转导的现象称共转导或并发转导（cotransduction）。
P1是用于普遍性转导的最适宜噬菌体，其基因组通常只含有91。5kb的DNA，也就是说P1噬菌体的头部可以包裹高达91。5kb的供体DNA，约相当于大肠杆菌基因组的2。4％。按基因平均大小为1。0kb计算，P1足以包裹75个基因。
在受P1感染的细菌中，大约有0。3％的噬菌体，其余是正常的。由于一个转导颗粒至多能包裹2。4％的宿主基因组，一个噬菌体粒子随机包裹某一特写座位的概率就为0。024×0。003或7。2×10…5。
2个基因相距越近，它们进行并发转导的可能性也越大。2个基因并发转导的概率可用下式计算：
X=（1…d/L）3
其中d为两标记基因之间的距离，L为转导颗粒能够包裹的DNA的最大长度。根据上述公式，如果标记基因之间两两相距分别为60kb、30kb和10kb，则以P1为媒体的并发转导的预期频率分别为4％、30％和70％。细菌基因平均大小约为1kb，则紧密连锁的2个基因发生并发转导的概率为97％。并发转导可以用于测定基因的顺序。
Lennox（1955）用P1噬菌体侵染带有leu＋ 、thr＋ 、ara＋ 3个基因的大肠杆菌，然后收集噬菌体并用来侵染带有leu… 、thr… 、ara…的大肠杆菌（受体），以测定这3个基因的连锁关系。通过把受体细菌在选择一个或几个供体标记基因的培养基上培养，然后鉴定未选择的标记基因的有无（表5…5）。例如，将受体菌涂布到不含阿拉伯糖的完全培养基上培养，选择ara＋基因。被转导颗粒感染的细胞能够生长，其基因型为ara＋；被正常P1噬菌体感染的细胞会裂解，即使不裂解，也不会生长，因为它们缺少ara＋基因。未选择的标记基因则为leu＋和thr＋。如果将受体菌涂布到不含诧异氨酸（leu）和苏氨酸（thr）的培养，则选择ler＋ htr＋ ，未选择的基因为leu ara＋。从表5…5中可看出，thr和leu有时能、有时又不能与第3个基因座位ara一起转导。当ara＋时，其中有75％转导同时是leu＋，而无ara＋ thr＋ ler＋转导出现。推测ara座位距leu较thr近，因此基因排列顺序是thr…ara…leu或thr…leu…ara。如果是前一种情况，则thr＋leu＋转导应同时是ara＋；假如是后一种形式，只有少量的ara＋在thr＋leu＋转导中出现。分析thr＋leu＋转导，有85％是ara＋型，故确定基因顺序是thr…ara…leu。
表5…5 用P1噬菌体普遍性转导测定大肠杆菌基因间的连锁关系
实验 选择的标记基因 未选择的标记基因 实验 选择的标记基因 未选择的标记基因
1 ara＋ 75％leu＋＋0％thr＋ 2 thr＋leu＋ 85％ara＋
如果用于研究的2个细菌的基因型并不是一个都是显性基因，另一个都是隐性基因，也可采用上述相似的方式推导基因的排列顺序。假定供体菌株的基因型为A＋B＋C…，受体细胞的基因型为A＋B＋C…，而且还知道B和C相距较近，A距B和C较远，这3个基因就有2种可能的排列顺序，即ABC和ACB（图5…31）。如果基因顺序是ABC，在选择B＋C＋时，若转导子都是A＋，表明在C基因两侧各发生一次断裂（1和2），只发生了1和2的交换。如果同时还发生了3和4的交换，则转导子中有极少数了A…。因为只有偶数次的交换，转导子才能成活，而且双交换的频率比四交换的频率高得多。如果基因的排列顺序为ACB，则1和2或1和3的双交换都可产生B＋C＋基因型，但1和3双交换的频率要比1和2的频率高，因为1距3较1距2远。1和3双交换产生A…B＋C＋多，这正好与基因顺序为ABC的结果相反。
图5…31 利用并发转导的三因子交换确定基因顺序
1、2、3和4表示交换位点
转导DNA分子进入受体细胞后，除了发生普遍性转导外，转导DNA分子也可能既不与受体基因组发生交换，又不随细胞DNA复制而复制，而是很稳定地存在于细胞之中，形成所谓的“流产转导”（abortive transduction）。在以P22为媒体的沙门氏菌的转导中，发现在基本培养基上除了有正常大小的菌落以外，还有一些微小的菌落，数目大约10倍于正常菌落。小菌落中每一个细胞能再产生一个原养型小菌落。对这一现象的解释是，当转导DNA进入受体后，并没有整合到受体细菌的染色体上，因而它不能复制。当受体细胞分裂成为2个时，其中只有一个细胞获得了这基因，而另一细胞则没有获得这一基因，因而仍然是缺陷型（图5…32）。转导的基因可以表达，并与受体菌的突变部分发生互补作用。由原养型基因产生的野生型蛋白质在细胞分裂时一分为二，这就使得没有得到供体DNA片段的子代细胞也能生长，但随着野生型蛋白质不断被稀释而停止分裂。因而这种细菌不会呈指数增长，所以在平板培养时形成很小的菌落。正常大小的菌落则为转导型。
流产转导也可以形成部分二部体，从而便于进行互补分析。
图5…32 流产转导
一个leu…受体细胞获得了leu＋染色体片段，但这个片段没有重组到细菌染色体中。被侵染的细胞
因为含有leu＋基因，在基因培养上可以继续分裂；但染色体片段不能复制，只能传给2个子细胞
中的一个（用黑色粗箭头表示）；另一个子细胞含有残留的leu＋基因产物，能够再一次分裂（用白
色箭头表示）。这一过程重复进行，染色体片段沿着单个细胞线传递。具有染色体片段的单个细胞
和那些不能进一步分裂的细胞都是流产转导型
5。4。4。2 局限转导
Morse和Lederberg（1956）发现λ噬菌体也可以转移细菌基因即以λ噬菌体为媒体的转导，但可被转导，的只是λ噬菌体在细菌染色本上插入位点两侧的基因，也就是说转导仅限于gal和bio区以内的基因，因此称为限制性转导或局限转导（specialized transduction）。Λ噬菌体按Campell模型整合到寄主的特写染色体位点上。通过相反的过程，λ也要中以脱离寄主染色体而成为游离的噬菌体（图5…33）。但是如果在这过程中交换的位置发生偏差，就会形成带有gal基因或带有bio基因的噬菌体。这些就是转导噬菌体。但是这种偏差很少发生，大约106个λ中才出现一个转导噬菌体。因此，用诱导λ溶原性菌株得来的噬菌体进行转导时转导频率不起过10…6，这种转�
