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细菌和病毒的遗传和进化的研究细菌和病毒是人类和其他物种生命中的主要因素之一。
它们通过基因的遗传和进化不断地适应环境和攻击宿主，从而保完自己生命的延续。
因此，细菌和病毒的遗传和进化的研究非常重要。
本文将探讨细菌和病毒的遗传和进化的研究，包括遗传多样性和基因转移等重要问题。
遗传多样性细菌和病毒的遗传多样性反映了它们面对的选择压力和环境变化。
这些变化导致某些基因的出现和消失，进而造成群体基因组的演化。
传统上，人们将细菌和病毒分为几个生物型，以反映它们的遗传多样性。
近年来，随着基于DNA序列的分析技术的发展，研究者开始将细菌和病毒的群体基因组划分为生物型，并更加精确地分析它们之间的遗传多样性。
例如，分析不同大肠杆菌株的基因组序列，可以揭示不同的群体遗传变化并确定引起菌株间差异的单个SNP（单核苷酸多态性）之类的变异。
这种方法使研究细菌和病毒的遗传多样性更加精确和全面。
基因转移细菌和病毒的基因转移是它们遗传多样性的主要机制之一。
基因转移可以促进物种的遗传多样性和进化。
对细菌和病毒的基因转移的研究，可以揭示它们如何适应宿主和环境，从而更好地保护自己。
最近的研究还发现，基因转移可以在不同物种间发生，这表明细菌和病毒间遗传信息交流更为普遍。
对基因转移的研究也为新疗法和抗生素开发提供了新的思路。
进化途径细菌和病毒的进化途径是它们在空间和时间上适应不同环境和宿主的战略。
通过长期进化，一些细菌或病毒形成了高度专业化和致病性，使它们更难以被治疗和控制。
理解细菌和病毒的进化途径，对于制定有效的预防和治疗策略至关重要。
近年来，新的分析技术已经使我们可以在不同生态系统和物种之间比较基因组，揭示进化的方向和机制。
例如，通过分析埃博拉病毒的基因组，我们发现它经历了多种分化，导致不同的埃博拉病毒具有不同的致病性和适应能力。
总结细菌和病毒的遗传和进化的研究带给我们许多新的见解。
我们现在更加了解它们如何适应宿主、如何和其他微生物交流基因信息、如何进化，以及如何产生新的致病性变异。
第七章细菌和病毒的遗传本章习题1．解释下列名词：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因子的大肠杆菌菌株。
F+菌株：包含一个游离状态F因子的大肠杆菌菌株。
Hfr菌株：包含一个整合到大肠杆菌染色体组内的F因子的菌株。
F因子：大肠杆菌中的一种附加体，控制大肠杆菌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色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蛋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的一类噬菌体。
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，繁殖又快，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题。
（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。
转载遗传学课后答案三[转载]遗传学课后答案三000第七章细菌和病毒的遗传3. 试比较大肠杆菌和玉米的染色体组。
答：大肠杆菌玉米染色体一条环状双链DNA形成的染色体十对线状染色体基因个数少多基因之间的关系连锁独立，连锁连锁图距时间，交换值交换值、 4．对两对基因的噬菌体杂交所测定的重组频率如下：a－b＋×a＋b－ 3.0 %a－c＋×a＋c－ 2.0%b－c＋×b＋c－ 1.5%试问：(1) a、b、c三个突变在连锁图上的次序如何？为什么它们之间的距离不是累加的？(2) 假定三因子杂交，ab+c×a+bc+，你预期哪两种类型的重组体频率最低？(3)计算从(2)所假定的三因子杂交中出现的各种重组类型的频率。
解：噬菌体杂交能够在寄主中形成完整的二倍染色体，可以完全配对，所以噬菌体杂交中的基因重组与高等生物的遗传重组的分析方法完全相同。
本题相当于三个两点测验结果。
（1）3个相互连锁的基因a，b，c，重组频率越高，基因之间的距离越远，比较它们两两重组频率可知：a与b之间的遗传距离最大，c则是位于ab之间。
由于两点测验忽略了双交换，所以它们之间的距离不是累加的。
（2）ab+c×a+bc+是三点测验，双交换型重组型的频率最低，由于c位于ab之间，所以ab+ c+和a+b c应该最少。
（3）首先对照两点测验结果推算双交换值：对于ac b+×a+c+b 产生的6种重组型为：当对ac进行两点测验时：则a c+b，a+c b+，ac+b+， a+cb都是重组类型，所以两点测验与三点测验的结果相同；同样对cb进行两点测验时：a cb、a+c+b+、ac+b+、a+cb都是重组类型，与两点测验与三点测验的结果相同；对ab进行两点测验时：只包括了a c+b、a+c b+ 、a cb、 a+c+b+四种重组类型，而双交换ac+b+ 和a+cb却不是重组型。
已知ac重组值＝2.0％，cb重组值＝1.5％，根据三点测验，ab之间的重组值应该＝2.0 ％+1.5 %＝3.5 ％，它与两点测验所得非3.0 %相差两个双交换值，即2×双交换值＝0.5％双交换值为0.25％。
第十章细菌和病毒的遗传第一节细菌和病毒遗传研究的意义本章教学时数：4-6学时。
本章重点：低等生物的拟有性过程。
本章难点：利用拟有性过程绘制遗传连锁图。
第一节细菌和病毒遗传研究的意义自然界所有的生物都可以归入真核生物(eukaryote)和原核生物(prokaryote)两大类。
细菌和蓝绿藻属于原核生物。
构成原核生物的细胞是原核细胞。
原核细胞最基本的特征是没有明确的核膜和核结构，也没有线粒体等细胞器，不能进行典型的有丝分裂和减数分裂，只通过简单的裂殖方式增殖。
因此，它们的遗传物质传递和重组的方式与真核生物不同。
病毒是最原始的生物，没有细胞结构，甚至自己不能进行自主分裂，只能在宿主细胞内以集团形式增殖。
遗传学研究从经典水平发展到细胞水平，一个重要的条件是Morgan利用了果蝇这个模式试验材料。
从细胞水平发展到分子水平，有两个必不可少的条件：（1）对基因的物理结构和化学结构的了解；（2）以微生物为研究材料。
基因的物理结构和化学结构已经在第三章讲过了，本章主要讨论与细菌和病毒有关的一些问题。
一、细菌（Bacteria）细菌是单细胞原核生物，是地球上生物量最大的一类生物，它占据了地球上大部分的生物干重。
细菌的繁殖非常快，在适宜的条件下，每20分钟就能繁殖一代，从一个细胞裂殖变成两个细胞。
假如以一个细胞为基数，繁殖一代成为2个，繁殖2代成为4个。
繁殖n代，就有2n-1+1个。
一昼夜以24小时计，可以繁殖72代，总个数为271+1＝2.36×1021。
细菌的基因组很小，只有一条染色体，研究起来非常方便。
细菌群体大，即使突变率很低，也很容易得到各种不同的生化突变型。
细菌遗传研究的方法：用液体培养基培养细菌，待其繁殖到一定程度，用吸管吸取几滴培养液，滴到固体的琼脂糖培养基上，用一根灭菌的玻璃棒涂布均匀。
若涂布的细菌浓度很低，单个细胞可以分散开来（图7－2）。
由于每个细胞不移动的裂殖增生，经过大约一夜，每个细胞的后代可达107个，且集合成群，成为肉眼可见的菌落（colony），或称为克隆（clone）。
单个细菌繁殖而成的菌落中，每个细胞的遗传组成都应该是一样的，但可以发生突变，突变后所形成的菌落也会发生相应的变化。
突变有几类：形态性状突变、生理特性突变、抗性突变。
菌落形状的突变包括菌落的大小、形状和颜色。
如引起小鼠肺炎的野生型肺炎双球菌本来形成大而光滑的菌落，而有一种突变形的菌落小而粗糙。
生理特性的突变主要是丧失合成某种营养物质的能力，称为营养缺陷型。
如野生型细菌可以自己合成色氨酸，可能突变以后就不能合成了，若不在培养基中添加色氨酸，该菌就会死亡。
营养缺陷型可以用不同的选择培养基来检测。
抗性突变主要是指抗药性的突变。
在野生型细菌培养基中加入青霉素（penicillin），可以阻止细胞壁的形成，从而杀死细菌。
但有抗penicillin的菌株，记为penr，对penicillin敏感的菌株(野生型)记为pens。
检测突变的方法——影印法（图7－3）。
①先在一个母板（master plate）上使细菌长成菌落。
②用一个比培养皿略小的木板，包上消过毒的丝绒。
在母板上印一下，使菌落吸附在丝绒上，再把丝绒印到各种不同成分的培养基上。
（事先应在培养皿的不同方向作好标记）假如在缺乏色氨酸的培养板上有一个菌落不能生长，则该菌落很可能是色氨酸营养缺陷型，记为try-。
即可在母板上的对应位置挑取菌落，继续培养，供进一步研究。
若在加有penicillin的培养板上能够生长的菌落，一定是penr突变型，可以直接挑取，供进一步研究中。
二、病毒（virus）病毒比细菌更为简单，也只有一条染色体（单倍体）。
病毒的结构很简单，只有蛋白质外壳和被外壳包裹着的核酸（遗传物质），没有自身进行代谢和分裂所必须的细胞质和细胞器，必须借助宿主细胞的代谢系统才能繁殖自己。
所以，病毒都是寄生性的，它们必须生活在活细胞内。
病毒按寄主可分为：动物病毒，植物病毒，细菌病毒。
病毒按遗传物质可分：RNA病毒，DNA病毒。
细菌病毒（Bacterio-phage）又称为噬菌体（phage）。
噬菌体是研究得比较清楚的病毒。
噬菌体侵染细菌后，使细菌不能生长，而在均匀生长的细菌培养板上形成噬菌斑（plaque）。
根据噬菌斑的形态和生长特点可以鉴别不同的噬菌体。
噬菌体按其在宿主细胞中的生活方式又可分为：温和噬菌体和烈性噬菌体两大类。
表7－1三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性。
①世代周期短，繁殖块，繁殖系数高。
大肠杆菌每20分钟繁殖一代，噬菌体每小时可扩增百倍。
用它们作为研究材料，可以大大节约实验时间。
②易于管理和进行生物化学分析。
③遗传物质比较简单，用于研究基因结构、功能及表达调控机制比较方便。
细菌和病毒均只有一条染色体（DNA or RNA），结构简单，不必通过复杂的化学分析就可以对基因结构和功能进行精细的研究。
④便于研究基因的突变，因为它们是单倍体，所有的突变都能立即表现出来，没有显性掩盖隐性的问题，也不存在分离问题。
而且数量庞大，突变率很低的突变都能检测到。
⑤便于研究基因的作用，代谢作用旺盛，能在短时间内积累大量代谢产物，便于对其本身及其产物进行化学分析。
⑥可用作研究高等生物的简单模型。
高等生物体内机制复杂，目前还难以进行详细研究，而细菌和病毒结构简单，可作为模型研究，为开展高等生物的遗传研究奠定基础，积累资料。
病毒利用寄主的代谢系统进行繁殖，势必其代谢方式与寄主有相似之处，因此可作为研究寄主的简化模型。
四、细菌和病毒的拟有性过程。
细菌和病毒的遗传物质也可以从一个个体传递到另一个个体，也能形成重组体。
因为这不同于真核生物的有性生殖，被称之为拟有性过程。
实际上，所谓的拟有性过程指的是细菌或病毒获取外源遗传物质的方式或途径.第二节噬菌体的遗传分析一、噬菌体的结构与生活周期噬菌体是病毒的一类，结构很简单，基本上由一个蛋白质外壳包裹着一些核酸组成的。
噬菌体的多样性来自于组成其外壳的蛋白质的种类，以及其染色体的类型和结构的不同。
（一）烈性噬菌体（virulent phage）遗传学上应用最广泛的烈性噬菌体是大肠杆菌（E.coli）的T偶列噬菌体。
它们的结构大同小异，外貌一般呈蝌蚪状。
T偶列和T奇列有些不同，T4是比较典型的T偶列噬菌体（图7－4）。
T4噬菌体T偶列噬菌体的头部为六角形，染色体为双链DNA分子。
T偶列噬菌体的尾丝附着在E.coli表面时，通过尾鞘的收缩将DNA经中空的尾部注入宿主细胞。
DNA进入宿主细胞以后，随即破坏宿主的遗传物质，并借助宿主细胞的代谢系统，转而合成大量的噬菌体DNA 和蛋白质，组装成许多许多新的小噬菌体。
最后使宿主细胞裂解（lysis），一下子释放出数百个子代噬菌体（图T4生活周期）。
这样的噬菌体称为烈性的噬菌体（virulent phage）。
T4噬菌体的生活周期（二）温和噬菌体（temperate phage）温和性噬菌体具有溶原性（lisogeny）的生活周期。
这类噬菌体侵入细菌以后，细菌细胞并不马上裂解。
温和性噬菌体有两种类型。
（1）以λ为代表, λ噬菌体侵入细菌后，细菌并不裂解，λ噬菌体的DNA附着于E.coli染色体的gal和bio位点之间的att位点上（attachment site），并通过交换而整合到细菌染色体上。
整合以后，就能阻止其它λ噬菌体的超数感染（superinfection）。
整合在寄主染色体中的噬菌体称为原噬菌体（prophage）。
超数感染：一个细菌受一个以上同种噬菌体感染的现象。
λ噬菌体的DNA被整合以后，既不大量复制，亦不大量转录和翻译。
往往只有一两个基因表达，表达产物作为阻遏物关闭其他基因的表达。
被溶原性噬菌体感染了的细菌称为溶原性细菌（lysogenic bacterium）。
当溶原性细菌分裂成两个子细胞时，λ噬菌体DNA随细菌染色体的复制而复制，每个细胞中有一个拷贝。
原噬菌体通过诱导（induction）可转变为烈性噬菌体，进入裂解周期。
诱导可以通过不同的方式进行，如UV照射、温度改变、与非溶原性细菌的接合等，诱导使阻遏物失活，使噬菌体的其他基因得以表达，促使噬菌体繁殖并进入裂解周期。
（2）P1 噬菌体P1 噬菌体感染E.coli以后，不整合到细菌DNA上，而是独立存在于寄主细胞内。
P1 DNA可以复制但不裂解宿主细胞，也不影响宿主细胞的正常代谢，但P1 的复制可以使宿主的子细胞中也会有P1 DNA，而且可以多于一个拷贝。
受P1 噬菌体感染的细菌也可以因诱导而进入裂解周期。
二、噬菌体的基因重组两个基因型不同的噬菌体同时感染一个宿主细胞，叫做混合感染（mixed infection）或双重感染（double infection）。
共同生存在同一个宿主细胞中的两个噬菌体的DNA也可以发生交换，产生基因重组。
比如，一个噬菌体的基因型是a＋b-，另一个噬菌体的基因型是a-b＋，同时感染同一个宿主细胞，宿主细胞裂解以后，可能释放出基因型为a＋b＋和a-b-的重组体来。
研究最深入的噬菌体突变体是T2 噬菌体的r-（rapid lysis速溶性）突变体。
一个正常的T2噬菌体产生的噬菌斑小而边缘模糊，记为r＋，突变体r-产生的噬菌斑大而边缘清晰（图T2噬菌斑）。
正常的T2 噬菌体能感染E.coli B株。
突变型E.coli B株能抗T2的感染，记为B/2株，T2 噬菌体的突变型h-又能克服B/2株的抗性，既能侵染B株又能侵染B/2株，形成透明的噬菌斑。
正常T2噬菌体记为h＋，只能侵染B株，形成半透明的噬菌斑。
h-和h＋均能感染B株。
用基因型为r＋h-和r-h＋的两种T2 噬菌体同时感染E.coli B株。
这种现象称为双重感染（double infection）。
将双重感染后释放出来的子代噬菌体接种在同时长有B株和B/2株的培养皿内，记录噬菌斑的数目和形态。
h ＋r －半透明，大h －r ＋透明，小————亲本型h －r －透明，大h ＋r ＋半透明，小————重组型h－r－和h＋r＋为重组型。
重组值＝（重组型噬菌斑数/总噬菌斑数）×100%＝（h+r+ + h－r－）/ ( h+r+ + h－r－+ h+r－+ h－r+)×100％不同速溶菌突变型的表现型不完全相同，分别记为ra、rb、rc。
用r－xh+ ×r+h－获得的试验结果如下表。
表7－2杂交组合每种基因型的％重组值h + r －h －r +h + r +h －r －r a - h + × r + h -34.042.012.012.024/100=24%r b - h+ × r + h -32.056.05.96.412.3/100=12.3%r c - h + × r + h -39.059.00.70.91.6/99.6=1.6%根据表7－2的结果可以分别作出3个连锁图。
