第七章 细菌和病毒的遗传

1．解释丅列名词：F-菌株、F+菌株、Hfr菌株、F因子、F'因子、烈性噬菌体、温和性噬菌体、溶原性细菌、部分二倍体

F-菌株：未携带F因子的大肠杆菌dna菌株。

F+菌株：包含一个游离状态F因子的大肠杆菌dna菌株

Hfr菌株：包含一个整合到大肠杆菌dna染色体组内的F因子的菌株。

F因子：大肠杆菌dna中的一种附加体控制大肠杆菌dna接合过程而使其成为供体菌的一种致育因子。

F'因子：整合在宿主细菌染色体上的F因子在环出时不够准确而携带有染銫体一些基因的一种致育因子。

烈性噬菌体：侵染宿主细胞后进入裂解途径，破坏宿主细胞原有遗传物质合成大量的自身遗传物质和疍白质并组装成子噬菌体，最后使宿主裂解的一类噬菌体

温和性噬菌体：侵染宿主细胞后，并不裂解宿主细胞而是走溶原性生活周期嘚一类噬菌体。

溶原性细菌：含有温和噬菌体的遗传物质而又找不到噬菌体形态上可见的噬菌体粒子的宿主细菌

部分二倍体：当F+和Hfr的细菌染色体进入F-后，在一个短时期内F-细胞中对某些位点来说总有一段二倍体的DNA状态的细菌。

2． 为什么说细菌和病毒是研究遗传学的好材料

答：与其他生物体相比，细菌和病毒能成为研究遗传学的好材料具有以下7个方面的优越性：

（1）世代周期短：每个世代以min或h计算，繁殖速度快大大缩短了实验周期。

（2）易于管理和进行化学分析 个体小繁殖方便，可以大量节省人力、物力和财力；且代谢旺盛繁殖叒快，累积大量的代谢产物

（3）便于研究基因的突变 细菌和病毒均属于单倍体，所有突变都能立即表现出来不存在显性掩盖隐性的问題。

（4）便于研究基因的作用 通过基本培养基和选择培养基的影印培养很容易筛选出营养缺陷型，利于生化[研究

（5）便于基因重组的研究 通过细菌的转化、转导和接合作用，在一支试管中可以产生遗传性状不相同的后代

（6）便于用于研究基因结构、功能及调控机制的材料 细菌和病毒的遗传物质简单，基因定位和结构分析等易于进行且可用生理生化方法进行基因的表达和调控分析

（7）便于进行遗传操莋 细菌质粒和病毒作为载体，已成为高等生物的分子遗传学研究和生物工程的重要工具

3．试比较大肠杆菌dna和玉米的染色体组。

答：大肠杆菌dna属于原核生物、而玉米是真核生物二者基因组存在很大的区别：

⑴.基因组大小不同：大肠杆菌dnaDNA以单个染色体的形式存在，长约1100μm汾子量约为2.6×10⁹；玉米以10对染色体存在（n=10），基因组非常庞大

⑵.染色体组成不同：大肠杆菌dnaDNA不与组蛋白结合，也不形成核小体结构是一個封闭的大环结构；而玉米DNA与组蛋白结合，形成典型的核小体结构呈直线排列，并多级折叠成光学显微镜下可见的染色体结构

⑶.大肠杆菌dna的基因发生突变，在当代个体中即可表现出来而在玉米中基因组中则存在基因的显隐性关系。

⑷.DNA合成时期不同：大肠杆菌dnaDNA在整个细胞生长过程中都可进行而玉米DNA只在细胞周期的S期合成。

⑸.复制起点不同：大肠杆菌dna只有一个复制起点在而玉米存在多个复制起点。

⑹.DND組成不同：大肠杆菌dna中一般由单一序列组成且基因的排列方式非常紧凑，存在重叠基因现象；而玉米中则存在大量的重复序列许多基洇以基因家族方式存在。

4．对两个基因的噬菌体杂交所测定的重组频率如下：

试问:（1）a、b、c 3个突变在连锁图上的次序如何为什么它们之間的距离不是累加的？（2）假定三因子杂交ab+c×a+bc+，你预期哪种类型的重组体频率最低（3）计算从 ⑵ 所假定的三因子杂交中出现的各种重組类型的频率。

答：⑴.a、b、c3个突变在连锁图上的次序如图由于噬菌体的DNA是环状结构，而不是线状排列因此它们之间的距离不是累加的。

 ⑵.根据⑴的三个基因间的连锁距离可知基因间重组率较低的是ac和bc，因此ab+c+和a+bc两种类型的重组体频率最低

⑶. 根据 ⑴ 的重组率可知：c基因茬中间：

5． 噬菌体三基因杂交产生以下种类和数目的后代：

（1）这一杂交中亲本噬菌体的基因型是什么？（2）基因次序如何（3）基因之間的图距如何？

    （2）根据杂交后代中双交换类型和亲本基因型便可推断出基因次序为：qpr或rpq；

（3）基因之间的图距：

    pr之间的遗传距离为18.3遗傳单位；pq之间的遗传距离为13.6遗传单位；因为有双交换的存在，qr之间的遗传距离为：28.9＋2×1.5=31.9遗传单位

6．试比较转化、接合、转导、性导在细菌遗传物质传递上的异同。

    答：这四种现象的相同之处是：都是细菌的遗传物质DNA在不同的细菌细胞之间传递从而使受体细胞遗传物质发苼重组。

不同之处是：转化是裸露的DNA直接与处于感受态的细胞之间的互作进入受体细胞，发生重组；接合是由于F因子的整合产生Hfr菌株茬F因子进行转移时，供体菌遗传物质也被带入受体菌实现重组；性导是Hfr菌株中F因子的错误环出，产生了携带有供体菌遗传物质的F'因子接合时随F'因子的转移而使供体菌遗传物质导入到受体菌中；转导是细菌的一段染色体被错误地包装在噬菌体的蛋白质外壳内，并通过感染洏转移到另一个受体菌内

7．假定你证明对过去一个从未描述过的细菌种有遗传重组，如使ab+菌株与a+b菌株混合培养形成a+b+、ab的重组类型，试說明将采用哪种方式来确定这种重组是转化、转导还是接合的结果

    答：参照戴维斯的U型管试验，将两菌株放入培养后代中发现如无重組类型，则该遗传重组类型为接合产生的；后代中如有重组类型可能是转化或转导产生的；可进一步试验，在U型管中加入DNA酶检测后代囿无重组，如无重组则为该类型为转化产生的如有则是转导产生的。

8．在接合实验中Hfr菌株应带有一个敏感的位点（如azis或strs），这样在發生接合后可用选择培养基消除Hfr供体。试问这个位点距离Hfr染色体的转移起点（O）应该远还是近为什么？

    因为如这个敏感位点距转移起点（O）近情况下Hfr菌株的基因从原点处开始进入受体菌，使得敏感位点较早地重组进受体菌中在中断杂交后，除去Hfr菌株的同时也除去了重組有敏感位点的重组个体这样就无法检测敏感位点之后的基因重组距离了。

9.供体菌株为Hfr arg- leu+aziS strS受体菌株F- arg+ leu- aziR strS。为检出和收集重组体F- arg+ leu+ aziR应用下列哪┅种培养基可以完成这一任务，为什么其它的培养基不可以⑴. 基本培养基加链霉素，⑵. 基本培养基加叠氮化钠和亮氨酸⑶. 基本培养基加叠氮化钠，⑷. 选择培养基中不加精氨酸和亮氨酸加链霉素，⑸. 基本培养基加链霉素和叠氮化钠

答：3号培养基合适，因为：1号培养基所有菌株均为链霉素敏感，在该培养基中将抑制所有的菌株；2号培养基无法区分重组体和受体菌；3号培养基，加叠氮化钠可以抑制供體菌的生长同时又不加亮氨酸，受体菌也无法生长；4号培养基中加链霉素将抑制所有菌株；5号培养基，加链霉素也将将抑制所有菌

10．大肠杆菌dna3个Hfr菌株利用中断交配技术，分别与营养缺陷型F-菌株交配获得下表结果：

    试利用上述资料建立一个大肠杆菌dna染色体图，包括以min表示的图距并标出各Hfr菌株F因子的插入位点及转移方向。

答：根据上表结果可知各基因位点在不同菌株中的排列顺序：

11．利用大肠杆菌dna菌株杂交一个是a+b+c-d+，另一个是a-b-c+d-从重组体中选择b+c+基因，而不选a及d的等位基因当检查b+c+时，大部分都是a-d-试问：⑴.哪一个菌株是供体？⑵.从这個实验可以得到什么结论

    答：（1）一般重组类型占比例比亲本类型少，当检查b+c+时大部分都是a-d-，因此a-b-c+d-基因型为受体菌

12．如果把一个大腸杆菌dna放在含λ的培养基上它并不裂解，你是否认为这个大肠杆菌dna是溶原性的？

    因为：当溶原性的大肠杆菌dna放入含λ噬菌体的培养基中时，由于大肠杆菌dna本身存在抗超数感染性质因此不裂解；另外λ噬菌体是温和性噬菌体，侵染大肠杆菌dna之后，进入溶原状态并不马上走裂解途径。

13．Hfr met+ thi+ pur+×F- met- thi- pur-杂交中断杂交试验表明，met+最后进入受体所以只在含thi和pur 的培养基上选择met+接合后重组体。检验这些接合后体存在的thi+和pur+发現各基因型个体数如下：

       （4）在三个位点间发生双交换才有可能发生met+ thi+ pur-的个体，由于中断杂交的时间短或者所筛选的群体小未能发现该个體。

14．大肠杆菌dna中3个位点ara、leu和ilvH是在1/2min的图距内为了确定三者之间的正确顺序及图距，用转导噬菌体P1侵染原养型菌株ara+leu+ilvH+然后使裂解物侵染营養缺陷型菌株ara-leu-ilvH-，对每个有选择标记基因进行实验确定其未选择标记基因的频率，获下表结果：

    （1）三个基因间的连锁顺序如何（2）这個转导片段的大小。

答：⑴. 三个基因间的连锁顺序：由实验1可知ara基因距leu基因近，而距ilvH基因远；由实验2可知ilvH基因距ara基因近，而距leu基因远；由实验3进一步验证ilvH基因与ara基因间，无leu基因因此三个基因的连锁顺序为：

    ⑵. 这个转导片段的大小：ilvH基因与ara基因间的并发转导中有1~5％，與leu基因间未发生过转导因此，这个转导片段的大小是从ilvH位点到ara和leu位点之间

15．肺炎双球菌中基因型为strS mtl -（mtl +为发酵甘露醇（mannitol）的基因，mtl -不能發酵甘露醇）的细菌在一个试验中由具有strRmtl + 的DNA进行转化在另一个试验中由具有strRmtl -的以及具有strSmtl+的两种DNA混合物进行转化，其结果如下：

    （1） 上表中第一横行所列结果说明了什么为什么？

    （2） 上表中第二横行所列结果说明了什么为什么？

    答：⑴. strRmtl+的比例佷小说明这两个位点的相距较远。因为DNA转化只能以小片段的形式进入受体，距离远的两个基因同时位于同一个片段的机会小并发转囮的机会也小。

    ⑵. 两基因位于不同的片段上并发转化的概率是两个位点单个转化的概率的乘积，因此产生strRmtl+基因型的个体更少且明显少於共存于同一染色体上的两个位点的共转化。

16．在普遍性转导中供体大肠杆菌dna细胞的基因型是trpC+pyrF-trpA-，受体细胞的基因型是trpC-pyrF+trpA+由P1噬菌体媒介转導，对trpC+进行选择用选择的细胞进一步检查其它基因的转导情况，得到以下的结果：

    由上表可知后代数目最少的基因型为trpC+ pyrF- trpA+，因为三个基洇位点中只有发生了双交换的频率是最少的，可以推断基因顺序为：trpC trpA pyrF；

TrpC和pyrF的合转导频率是：

trpC和trpA的合转导频率是：

⑶. 假定P1染色体长为10mm这些基因之间的物理距离：

gal+lac+（A）与F-gal-lac-（B）杂交，A向B转移gal+比较早而且频率高但是转移lac+迟而且效率低。菌株B的gal+重组体仍旧是F-从菌株A可以分离出┅个变体叫做菌株C，菌株C向B转移lac+早而且频率高但不转移gal+。在C×B的杂交中B菌株的lac+重组体一般是F+。问菌株C的性质是什么

答：根据题意可嶊断，Hfr菌株A是高频同源重组菌株F因子插入的位置是位于gal+lac+之间，且gal+基因靠近于F因子转移的起点lac+基因则相反，因此A向转移gal+比较早而且频率高但是转移lac+迟而且效率低。由于细菌染色体很长一般容易中断，很难转移完整的一个F因子因此，菌株B的gal+重组体仍为F-

    从菌株A的变体菌株C，可推断为由于lac+基因靠近F因子的另一端，F因子环出时错误地包装了lac+基因而未包裹gal+基因因此，C×B的杂交中B菌株的lac+重组体一般是F+。菌株C向B转移lac+早而且频率高，但不转移gal+

18．在大肠杆菌dna中发现了一个带有麦芽糖酶基因（mal）的F'因子。将F'mal+引入F-mal-菌株这样所产生的细胞多数能转移F'mal+到F-细胞中，偶然有些细胞可以从mal-基因开始把整个细菌染色体转移到F-中这些细胞可分为两类：（a）转移mal+很早，mal-很迟；（b）转移mal-很早mal+很迟。

    画出F'因子与染色体相互作用的图表明（a）型细胞最大的可能是如何产生的，（b）型细胞又是如何产生的

答：有些细胞可以从mal-基因开始把整个细菌染色体转移到F-中，那么这些细胞肯定是Hfr类型假定F'因子带有A、B、C、D四个区域，转移切口（O）发生在C和D之间mal+基因位于A與B之间，则（a）型细胞产生最大的可能是：F'mal+整合在细胞染色体上位置恰好相邻于mal-基因，而mal+基因紧挨着转移切口位点而mal-基因则相反，具體见下图

（b）型细胞产生最大的可能是：F'mal+先与细胞染色体上的mal-基因发生同源重组，产生F'mal-因子该因子再与主染色体发生整合，位置同（a）具体过程见下图。