微生物学课件第二节 细菌基因转移的方式

Hfr菌株的F因子插入到染色体DNA上，因此只要发生接合转移转移 过程，就可以把部分甚至全部细菌染色体传递给F-细胞并发生重组 ，由此而得名为高频重组菌株。
Hfr菌株仍然保持着F+细胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一样与 F-细胞进行接合。所不同的是，F因子的先导区(leading region)结 合着染色体DNA向受体细胞转移，F因子除先导区以外，其余绝 大部分是处于转移染色体的末端，由于转移过程常被中断，因此F 因子不易转入受体细胞中，故Hfr×F-杂交后的受体细胞(或接合 子)大多数仍然是F-。
第七章 微生物遗传和变异
一 细菌的接合作用(conjugation)
接合作用：通过细胞与细胞的直接接触而产生的遗 传信息转移和重组过程
证实接合过程需要细胞间的直接接触的 “U”型管实验（ Bernard Davis，1950 ）
2. 机制
接合作用是由一种被称为F因子的质粒介导 F因子的分子量通常为5×107 Da ，上面有编码细菌产生 性菌毛（sex pili）及控制接合过程进行的20多个基因。
d）F′菌株，Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色体时， 形成游离的但携带一小段染色体基因的F因子，特称为F′因 子。 细胞表面同样有性菌毛。
1） F+×F-杂交
F+菌株的F因子向F-细胞转移，但含F因子的宿主细胞 的染色体DNA一般不被转移。
杂交的结果：给体细胞和受体细胞均成为F+细胞
2）Hfr ×F-杂交
三 细菌的遗传转化（genetic transformation）
定义：游离DNA分子(质粒和染色体DNA)被自然或人工
感受态细胞摄取，并得到表达的基因转移过程。
1、转化
1928年，Griffith发现肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae） 的转化现象
目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力
Hfr菌株内的F因子因不正常切割而脱离染色体时， 形成游离的但携带一小段染色体基因的F因子， 特称为F′因子。
F′×F-与F+×F-的不同：给体的
部分染色体基因随F′一起转入受体细胞
a）与染色体发生重组； b）继续存在于F′因子上，
形成一种部分二倍体；
二 细菌的转导（transduction）
由噬菌体介导的细菌细胞间进行遗传交换的一种方式： 一个细胞的DNA通过病毒载体的感染转移到另一个细胞中
含有F因子的细胞：“雄性”菌株（F+），其细胞表面有性菌毛 不含F因子的细胞：“雌性”菌株（F-），细胞表面没有性菌毛
F因子的四种细胞形式
a）F-菌株， 不含F因子，没有性菌毛，但可以通过 接合作用接 收F因子而变成雄性菌株（F+）；
b）F+菌株， F因子独立存在，细胞表面有性菌毛。 c）Hfr菌株，F因子插入到染色体DNA上，细胞表面有性菌毛。
能将一个细菌宿主的部分染色体或质粒DNA 带到另一个细菌的噬菌体称为转导噬菌体
细菌转导的二种类型：
普遍性转导 局限性转导
1 普遍性转导（generalized transduction）
噬菌体可以转导给体细菌染色体的任何部分到
受体细胞中的转导过程
1951年，Joshua Lederberg和Norton Zinder为了证实大肠杆菌以外 的其它菌种是否也存在接合作用，用二株具不同的多重营养缺陷型 的鼠伤寒沙门氏菌进行类似的实验：
普 遍 性 转 导 过 程
2 局限性转导（specialized transduction） 把供体菌的少数特定基因转移到受体菌中的过程
温和噬菌体感染
整合到细菌染色体的特定位点上
宿主细胞发生溶源化
溶源菌因诱导而发生裂解时， 在前噬菌体二侧的少数宿主 基因因偶尔发生的不正常切 割而连在噬菌体DNA上
– 3、 DNA双链中的一条单链逐步降解，同时，另一条 单链逐步进入细胞。
– 4、 转化DNA单链与受体菌染色体组上的同源区段配 对，接着受体染色体组的相应单链片段被切除，并被外 来的单链DNA所交换和取代，于是形成了杂种DNA区 段。
– 5、受体菌染色体组进行复制，杂合区段分离成两个， 其中之一类似供体菌，另一类似受体菌。当细胞分裂后， 此染色体分离形成了一个转化子。
转化全过程
转化整合过程
转化过程的特点：
a）对核酸酶敏感； b）不需要活的DNA供体细胞； c）转化是否成功及转化效率的高低主要取决于 转化（DNA）给体菌株和转化受体菌株之间的 亲源关系； d）通常情况下质粒的自然转化效率低
进行转化，需要二方面必要的条件：
转化因子：外源游离dsDNA分子 受体细胞处于感受态：最容易接受外源DNA的一种生理状态
以革兰氏阳性的肺炎链球菌为材料，其转化过程大体是：
– 1、双链DNA片段与感受态受体菌的细胞表面特定位 点结合。
– 2、在位点上的DNA发生酶促分解，形成平均分子量 为（4~5) x 106D的DNA片段。
染色体上越靠近F因子的先导区的基因，进入的机会 就越多，在F-中出现重组子的的时间就越早，频率也高。
F因子不易转入受体细胞中，故Hfr×F杂交后的受体细胞（或称接合子）大多 数仍然是F-。
3细）胞F基′因×的F这-杂种交转移过程又常称为性导（sexduction）、F因子转导
（F-duction），或F因子媒介的转导（F-mediated transduction）。
部分缺陷的温和噬菌体
把供体菌的少数特定裂解时的 不正常切割：包含gal或 bio基因
（几率一般仅有10-6）
3 局限性转导与普遍性转导的主要区别：
a）普遍性转导是误包；局限性转导是误切。 b）局限性转导颗粒携带特定的染色体片段并将固定的个别基因
导入受体，故称为局限性转导。而普遍性转导携带的宿主基 因具有随机性，包装的可能全部是宿主菌的基因。
用“U”型管进行同样的实验时，在给体和受体细胞 不接触的情况下，同样出现原养型细菌！
沙门氏菌LT22A是携带P22噬菌体的溶源性细菌 另一株是非溶源性细菌
基因的传递很可能是由可透过“U”型管滤板 的
P22噬菌体介导的
一个表面看起来的常规研究却导致 一个惊奇和十分重要发现的重要例证！
（普遍性转导这一重要的基因转移途径的发现）