微生物的遗传和变异

微生物的遗传和变异_微生物学与免疫学

课堂笔记

遗传性：微生物世代间子代与亲代相似的现象。

变异性：微生物子代与亲代，以及子代不同个体之间性状上的差异。

基因型变异：由微生物细胞内遗传物质的结构发生改变而致，已变异的性状可遗传给后代。

表型变异：由外界环境的作用而引起，已变异的性状并不遗传至后代。

一、微生物遗传的物质基础

基因是合成一种有功能的多肽链或RNA分子所必需的一段完整的DNA序列。

基因组是指存在于生物体的遗传物质中的全部基因的总称。

细胞内只具有一套基因组的称为单倍体；细胞内具有两套基因组的称为二倍体。

（一）微生物的遗传物质★★

1．病毒的遗传物质　除“朊粒”外，已知所有病毒的遗传物质是DNA或RNA。

2．原核细胞型微生物的基因组特点

（1）为共价闭合环状的（CCC）双链DNA，在细胞中紧密缠绕成较致密的不规则小体，称为拟核，其上有类组蛋白和少量RNA分子结合。

（2）非编码DNA序列少，转录后一般不需要加工剪切。

（3）结构基因单拷贝，rRNA基因多拷贝。

（4）重复序列比真核生物少。

（5）功能相关的基因组成操纵子结构。

3．真核细胞型微生物的基因组特点

（1）具有完整的细胞核结构。

（2）DNA序列包括编码序列（即外显子）和非编码序列（即内含子）两部分。

（3）通常含多条染色体，每条染色体含多个复制起始点，可同时进行复制。

（二）质粒和转座因子★★★

1．质粒　一种独立于染色体外，能进行自主复制的细胞质遗传因子，主要存在于各种微生物细胞中。

（1）质粒的特征

①绝大多数质粒是CCC双链DNA。

②质粒可独立于宿主染色体外自主复制，其中拷贝数少的为紧密型质粒（1～2个），拷贝数多的为松弛型质粒（10～30个）。

③质粒基因常赋予宿主细胞某些特性，如致育性、抗药性等。

④质粒能从宿主细胞自发消除，人为应用某些理化因素处理（吖啶橙、紫外线），可提高质粒的消除频率。

⑤质粒可通过接合、转化或转导等方式在细菌间转移；根据质粒能否通过接合作用进行传递，可将其分为接合型质粒和非接合型质粒。

⑥质粒具有相容性或不相容性（两种不同类型的质粒若能稳定地共存于一个宿主细胞内，即多次传代后，每个子细胞内仍同时含有两类质粒，这种现象被称为质粒的相容性。若两种质粒不能稳定地共存于一个细胞内，就称为质粒的不相容性。

（2）常见质粒类型

①F质粒：具有编码性菌毛、介导细菌之间接合的能力。属严紧型接合型质粒，整个质粒可分为三个主要功能区：自主复制和不相容性区；转移基因群区；重组区。

②R质粒：分为接合型和非接合型抗药质粒。接合型抗药质粒由抗药转移因子（RTF）和抗药决定子或称抗药基因（rdet）组成。RTF决定着自主复制和接合转移的功能，r-det决定着菌株的抗药性；非接合型抗药质粒，在结构上没有RTF，只有r-det。

③Col质粒：Col质粒是编码大肠菌素的质粒。大肠菌素是某些大肠埃希菌菌株产生的，仅对近缘细菌有杀灭作用的蛋白质类抗菌物质。

④代谢质粒：携带有能降解某些基质的酶的基因，能将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单形式。

2．转座因子的类型　转座因子又称跳跃基因，是指细胞基因组中能够从一个位置转移到另一位置的一段DNA序列。转座因子从染色体的一个位置转移到另一位置，或者在质粒与染色体之间转移的过程叫做转座。

原核生物中的转座因子，按其结构与遗传性质可以分为三类。

（1）插入序列：只带有和转座功能相关的基因，两端通常具有反向重复序列。

（2）转座子：含有转座功能相关的基因，还含有其他已知基因的DNA序列，有些Tn两端接一个短的反向重复序列；而有的Tn两端接的就是IS。

（3）转座噬菌体：是具有转座功能的一类可引起突变的温和噬菌体。大肠埃希菌温和噬菌体Mu具有转座行为，能插入到宿主菌染色体的任一位置导致宿主菌变异，故称为诱变噬菌体。Mu噬菌体已成为研究细菌变异的工具之一，常用作生物诱变剂。

二、噬　菌　体

噬菌体是感染细菌、放线菌、螺旋体或真菌等微生物的病毒，因为噬菌体能引起宿主菌的裂解，故称为噬菌体。

（一）噬菌体的生物学性状★★★

1．形态与结构　在电子显微镜下可见到噬菌体呈三种形态，即蝌蚪形、微球形和细杆形，但多数噬菌体为蝌蚪形。蝌蚪形噬菌体由头尾两部分构成。头部球形，为二十面体对称，尾部管状，由蛋白质组成，呈螺旋形对称，由尾领、尾鞘、尾髓、尾板、尾丝和尾刺等构成。

2．化学组成　主要由核酸和蛋白质组成。大多数噬菌体是双链DNA，某些噬菌体的基因组中含有稀有碱基，如含5’-羟甲基胞嘧啶等成为噬菌体DNA的天然标记。蛋白质组成噬菌体的头部外壳和尾部结构，对核酸起保护作用，参与识别宿主菌表面的噬菌体受体并与之结合。

3．抗原性　噬菌体能刺激动物产生抗噬菌体抗体，该抗体与相应噬菌体结合后能使噬菌体丧失感染宿主菌的能力。

4．抵抗力　噬菌体的抵抗力比一般细菌强，70℃30min仍不失活，能在低温下长期保存活力，在0．5%苯酚中3～7d不丧失活性。

（二）噬菌体与宿主菌细胞的关系★★★

根据噬菌体与宿主菌的关系，可将噬菌体分为烈性噬菌体和温和噬菌体两类。

1．烈性噬菌体　能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终使宿主菌细胞裂解的噬菌体称为烈性噬菌体。其复制过程包括吸附、穿入、生物合成、成熟和释放几个阶段。从吸附到宿主菌细胞裂解释放子代噬菌体的过程，称为噬菌体的复制周期或溶菌周期。

（1）吸附：噬菌体的尾部与宿主菌表面的噬菌体受体发生特异性结合的过程。

（2）穿入：有尾的噬菌体吸附于宿主菌后，通过尾部含有的一种类似溶菌酶的物质，在细菌细胞壁上溶一个小孔，再借助尾鞘蛋白的收缩，将头部的核酸注入菌体内，其蛋白质外壳仍留在菌体外。无尾噬菌体与细杆形噬菌体可以脱壳的方式进入菌细胞内。

（3）生物合成：当噬菌体核酸进入宿主菌细胞后，以噬菌体核酸为模板，转录与翻译合成噬菌体蛋白质，同时复制大量的子代噬菌体核酸。

（4）成熟与释放：当噬菌体的蛋白质与核酸分别合成后，在菌细胞内按一定程序装配成完整的成熟噬菌体。待子代噬菌体达一定数目时，菌细胞突然裂解，释放出成熟噬菌体。有些细杆形噬菌体可以出芽的方式释放。

2．温和噬菌体　感染宿主菌后不立即增殖，而是将其核酸整合到宿主菌核酸中，随宿主菌核酸的复制而复制，并随细菌的分裂而传代，这类噬菌体被称为温和噬菌体。

温和噬菌体基因组整合到宿主菌的核酸中，随宿主菌核酸的复制而复制，伴随宿主菌分裂而分配到两个子代菌细胞的状态为溶原状态。带有温和噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌，整合在宿主菌核酸中的噬菌体基因组称为前噬菌体。有时也会自发终止（发生率为10-5左右），前噬菌体脱离宿主菌的DNA，并在宿主菌体内进行增殖并产生成熟的子代噬菌体，导致宿主菌细胞裂解。许多理化因素如紫外线照射、致癌剂、突变剂等作用能提高终止发生的频率，可诱发大部分甚至全部溶原性细菌产生成熟的子代噬菌体。所以，温和噬菌体既有溶原周期，又有溶菌周期。

溶原性细菌具有抵抗同种或近缘噬菌体重复感染的能力，称为噬菌体免疫状态。而某些溶原性细菌可同时伴有相应性状的改变，称为溶原性转变。

（三）噬菌体的分离与测定★★

1．噬菌体的分离　材料接种于肉汤培养基中经短时孵育后过滤除菌，滤液加入待分离噬菌体的相应细菌继续孵育。如培养液由最初的混浊状态变为透明澄清，则提示已分离到噬菌体，可进一步用溶菌空斑试验证实。

2．噬菌体的滴定　通过连续稀释法在液体培养基中进行测定，以最大稀释度还能溶解相应细菌判为该噬菌体的效价。或者采用固体培养基作噬斑计数，可测定一定容积内的噬斑形成单位（PFU）数目，常以每毫升噬菌体液能出现的噬斑数表示。

（四）噬菌体的应用

1．用于细菌的鉴定和分型　原理：由于噬菌体的溶菌具有高度的特异性。

2．耐药性细菌感染的治疗

3．作为分子生物学研究工具　许多生命科学的基本知识都是从噬菌体研究中首先或受到启发而得来的。

4．遗传工程　可利用噬菌体作为载体将需要转移的基因带入菌细胞，让细菌在增殖过程中表达该基因的产物；噬菌体展示是一种基因表达和对表达产物亲和选择相结合的技术。常以一组随机多肽编码序列或基因群插入噬菌体展示载体，形成噬菌体展示文库。

5．其他　发酵工业中应严防噬菌体的污染，选育生产用发酵菌种应注意选育抗噬菌体的菌株；可供作抗病毒药物的筛选和抗肿瘤抗生素的实验模型。

三、基因突变及其分子机制

（一）基因突变的特性★★

突变是指生物体遗传物质的核苷酸序列发生了稳定而可遗传的变化。广义的突变包括基因突变和染色体畸变。

基因突变是指一个基因内部由于一对或少数几对碱基的置换、缺失或插入而引起的突变，其涉及的变化范围很小，又叫做点突变。狭义的突变概念就是指基因突变。

染色体畸变是指大段染色体的缺失、重复、易位和倒位，即较大范围内遗传物质结构的改变。

基因突变的共同特性如下。

1．自发性和稀少性　在没有人为的诱变因素的情况下产生的基因突变称为自发突变。其突变率很低，一般在10-9～ 10-6。

2．不对应性　指突变的性状与引起突变的原因间无直接的对应关系。

3．可诱发性　通过人为的理化因素的处理，可以提高自发突变的概率，称之为诱变。通常诱变可提高突变率101～105倍。凡能显著提高突变率的理化因素称为诱变剂。

4．独立性　在某一群体中可以发生任何性状的突变且某一基因的突变，既不提高、也不降低任何其他基因的突变率。

5．可遗传性　突变型的基因和野生型的基因一样，也可以遗传给后代。

6．可逆性　通常把从自然界获得的未发生突变的原始菌株称为野生型菌株，经突变后性状改变了的菌株称为突变株。野生型菌株经突变成为突变型菌株后，经再一次突变，有时突变株又获得了野生型的表型，这第二次突变称为回复突变。回复突变株所表现的性状与野生型菌株无差异，但从基因型来分析，真正的原位回复突变恢复到野生型的DNA序列的概率很少，绝大多数是另一位点上的突变，这种第二位点的突变并没有改变正向突变的DNA序列，只是第一突变后所出现的表型改变被第二突变抵消或校正，因此这样的回复突变又称为抑制突变。抑制突变的位点发生在正向突变的基因内称为基因内抑制突变，如发生在正向突变基因外则称为基因外抑制突变。

（二）基因突变的分子机制★★

某一微生物所表现出来的所有性状称为表型，由其基因组和环境因素来决定。而基因型则是指微生物所具有的全部基因组成。

表型变异：在不同的环境条件下，相同基因型的微生物表现出不同的表型。特点：暂时的，属于非遗传性的变异。

基因型变异：基因结构发生变化所致，可使微生物的性状产生稳定的遗传性变异。特点：自发产生，也可以由人工诱变处理造成。

1．自发突变机制

（1）低剂量诱变因素的长期综合效应：低剂量诱变因素分为外源性如短波辐射、高温等和内源性如自身的各种代谢产物。

（2）碱基结构的变化：如互变异构效应、5-甲基胞嘧啶（MeC）自发脱氨作用等。

（3）环出效应：DNA复制时，模板链的某一核苷酸（或某一基因）偶尔会向外突出成环，则在新合成的DNA链继续复制时就会越过该环出部位，导致缺失突变。

2．诱变机制　包括碱基对置换、移码突变、插入与缺失突变及紫外线的诱变机制。

（1）碱基对置换：一对碱基被另一对取代或一对碱基的位置互换，称为碱基对置换。分为转换和颠换。前者指DNA中某一嘧啶被另一嘧啶取代，某一嘌呤被另一嘌呤取代；后者指嘧啶被嘌呤取代或嘌呤被嘧啶所取代。其中常见的是转换。

碱基对置换发生于DNA的复制过程中，机制可能是：①化学诱变剂改变了DNA中原有碱基的化学本质或碱基类似物掺入DNA中，取代了原有的正常碱基；如5-溴尿嘧啶的作用（图12-1）。②由于电子转移，DNA中的碱基发生互变异构的不稳定构型，导致碱基错配。如亚硝酸（HNO2）的作用（图12-2）。

（2）移码突变：移码突变是由于DNA分子中一对或少数几对核苷酸的增加或缺失而造成。

（3）缺失或插入突变：指较大范围的核苷酸序列的缺失或插入所导致的突变。

（4）紫外线的诱变机制：胸腺嘧啶二聚体（T-T）的形成是紫外线诱变的主要机制。

图12-1　5-溴尿嘧啶的诱变机制（＊为烯醇式结构）

图12-2　亚硝酸的诱变机制

3．RNA基因组的突变　RNA病毒的基因组也可能发生突变，且其突变率比DNA高1　000倍。原因一是RNA复制酶无错活性，二是没有RNA修复机制。RNA病毒中这种较高的突变率将导致病毒不断出现新的类群，这对RNA病毒的研究及该类病毒疾病的防治均具有十分重要的意义。

（三）DNA损伤的修复★★

对于修复系统的研究，比较详细的是对紫外线引起的损伤的修复，包括光复活作用、切除修复、重组修复和SOS修复等。

1．光复活作用　细菌具有光复活酶，识别DNA分子上的受损部位并与之结合，形成酶-DNA复合物，在可见光下利用光能使二聚体解离，恢复原有嘧啶单体的作用，同时酶释放。

2．切除修复　又称暗修复。首先由具有DNA识别活性的DNA内切核酸酶识别突变的碱基，然后在突变碱基两侧固定数目的碱基处，将包含有突变碱基的核苷酸片段切除，再在DNA聚合酶的作用下，修补合成一段新的DNA，最后通过DNA连接酶的作用，连接新合成的DNA片段和原有DNA链而完成整个修复过程。

3．重组修复　是在DNA复制的情况下进行的修复作用。子链在复制到损伤相应位置时得暂停一下，“跳越”过去，在二聚体后重新开始子链的合成；产生的子链缺口，在重组蛋白（RecA）的作用下，进行DNA分子间重组，从原来完整的母链上将相应的一段核苷酸序列转移至子链空缺处；母链中失去的部分再在DNA聚合酶的作用下，以其对应子链为模板合成修补；当然留在母链上的二聚体仍然要依靠切除修复机制加以去除。

4．SOS修复　是DNA分子受到较大范围的损伤，复制又受到抑制、细胞处于危急状态时，经诱导产生的一种应急反应。它一方面通过增加细胞内原有的修复酶（切除修复、重组修复）的合成，提高酶活性而增强修复功能。另一方面诱导产生新的DNA聚合酶来应急修复，以使细胞能够得以存活而不至于死亡。经诱导产生新的聚合酶校对活性低，识别碱基的精度差，易造成复制的差错，是一种倾向差错的修复。

四、突变株的类型及实际应用

（一）高产突变株★

医药工业产品的生产菌种需经不断地自然选育或人工诱变处理，选出高产突变株，以供生产的需要。

（二）抗性突变株★★

包括抗噬菌体突变株和抗药突变株。抗噬菌体突变株可用以取代对噬菌体敏感的抗生素产生菌种；抗药性突变可用作遗传学研究的选择标记。

（三）条件致死突变株★

在许可条件下，突变株表达出野生型的表型；而在限制条件下致死。如某些温度敏感（Ts）突变株对高温（42℃）敏感，不能生长，而在低温（30℃）下却可生长。在限制条件下不能生长的原因：其主要基因产物（如DNA聚合酶，tRNA等）在限制条件下无功能或不能合成。实际应用：被用作遗传学研究的选择标记。

（四）营养缺陷型突变株★★

微生物经突变后失去对某种生长因素（维生素、氨基酸或核苷酸）的合成能力，必须依靠外界供应才能生长，这种突变株称为营养缺陷型突变株，其在没有相应生长因素的培养基上不能生长。应用：是遗传学研究的重要标记和菌种选育的重要手段；亦可用作氨基酸的生产菌种；氨基酸、维生素含量的生物鉴定；目前还普遍地在Ames试验中用于检测某种新药是否具有诱变作用。

Ames试验：由　　B．Ames所建立，用一系列鼠伤寒沙门菌的组氨酸营养缺陷型进行。菌株要求：①每个菌株具有不同的、经遗传学确证的组氨酸营养缺陷；②它们的细胞壁组成突变，对有机化合物具有高度渗透性；③它们的DNA修复功能突变。结果判定：回复突变率超过正常者即可认为具有诱变作用，也即有致癌的可能。由于有些药物需在进入体内经肝内加氧酶类作用后才转化为致癌的活性物质，因而在实际试验中还需加入大白鼠肝微粒体酶以活化待试的样品。

（五）毒力变异株★

微生物长期培养于加有特殊化学成分的培养基或长期通过不同的动物传代，它的毒力能够降低，可应用于弱毒活疫苗的制备。

五、基因转移与重组

在原核微生物间，遗传物质转移主要方式是转化、接合和转导。

（一）转化★★★

转化是指受体菌直接从周围环境中吸收供体菌游离的DNA片段，从而获得了供体菌部分遗传性状的过程。在转化过程中，被转化的DNA片段称为转化因子。经转化后，稳定地表达供体菌部分遗传性状的重组子称为转化子。

1．转化的前提条件

（1）供体DNA片段大小：分子量在10 6～108时转化率高。性质：同缘的、未变性的双链DNA分子。受体菌：处于“感受态”。

（2）感受态是指受体菌能够从周围环境中吸收外源DNA分子进行转化的生理状态。按照细菌出现感受态的方式，可以将转化分成两种类型：第一种类型是细菌可自发地出现感受态而发生的“自然转化”；第二种类型是人工诱导的感受态而发生的“人工转化”，即通过人为诱导的方法，包括CaCl2处理、电穿孔等，使细胞具有摄取DNA的能力。

2．自然转化过程及其机制

（1）转化因子与感受态受体菌细胞表面的DNA结合受体相结合，核酸内切酶将双链中的一条链切成适当大小的片段，再由胞膜上的核酸外切酶将其降解，降解中产生的能量协助把另一条链推进受体细胞。

（2）转化因子的整合：吸收进入受体菌的单链DNA被转运到受体菌染色体同源区段。在细胞RecA蛋白以及核酸酶、聚合酶、连接酶等参与下，单链供体DNA与受体菌染色体同源区段发生置换性重组，供体DNA整合入受体菌一条链中，形成杂合双链分子。未被整合的供体DNA剩余片段，以及被置换下来的受体菌单链DNA均被降解。

（3）转化子的产生：单链转化DNA完成整合形成杂合双链分子后，可通过两条途径产生转化子。一是通过错配修复，将不配对的受体菌碱基切除再经修复合成形成转化子。另一条途径是杂合双链分子不经错配修复，而直接发生染色体复制，再经细胞分裂在部分子代细胞中出现转化子。由于涂布平板的选择培养基（如加入了抗生素或是不含某种生长因素的培养基）只能让重组子存活，因此能生长出菌落的应是重组后的转化子细菌。若转化因子是质粒DNA，由于质粒本身是复制子，它可以独立存在自主复制，从而可以不发生DNA的整合，转化子也表达质粒编码的表型。

（二）接合★★★

接合指供体菌和受体菌通过性菌毛直接接触，遗传物质自供体菌转移入受体菌，使后者获得前者的部分遗传性状的过程。

根据　　E．coli细胞中是否存在F质粒及其存在方式的不同，可将其分为以下四种。

1．F＋菌株　细胞内存在着游离的F质粒，它控制着性菌毛的生成以及自身接合转移的能力。当F＋与F-接合时，由于F质粒转移可使F-菌株转变为＋菌株。

2．F-菌株　在F-菌株中不含F质粒，细胞表面也无性菌毛。

3．高频重组菌株（Hfr）　F质粒与宿主菌染色体整合为一体，此时F质粒为线状，并且成为细菌染色体的一个部分，随染色体复制而复制，但仍保留原有编码性菌毛以及接合转移的能力。当Hfr菌株与F-菌株进行接合时，能高频率地带动细菌染色体转移入F-菌株，故而得名。但很少能使F-菌变成F＋菌株。

4．F′菌株　携带一小段细菌染色体基因的特殊F质粒，称为F′因子，携带F′因子的菌株称为初生F′菌株。当F′与F-结合时，可使后者也成为F′菌株，通过F′因子的转移而使受体菌改变它的遗传性状的现象称为F′因子转导或性导。

5．接合的机制

（1）F＋×F-的接合：结果F-菌转变成为F＋菌；而原来的F＋供体菌仍然是F＋菌株。在F＋×F-的接合时，仅F质粒转移而F

＋菌的染色体转移频率极小。

（2）Hfr×F-的接合：结果绝大多数Hfr仍是Hfr，而F-仍是F-菌，只有部分供体菌染色体基因进入F-菌，通过类似于转化的外源DNA整合过程，发生同源区段DNA交换重组，可产生表达供体菌部分遗传性状的重组子——传递接合子。

（3）F′×F-的接合：结果F′仍是F′菌株，而F-变成了F′菌株。

（三）转导★★★

以噬菌体为媒介，将供体菌的遗传物质转移入受体菌，通过交换重组而使受体菌获得供体菌的部分遗传性状，这种基因转移方式称为转导。所用的噬菌体称转导噬菌体，它们可以是烈性噬菌体或是温和噬菌体，但都是缺陷噬菌体。通过转导而获得新遗传性状的受体菌叫转导子。

1．普遍转导　通过完全缺陷噬菌体将供体菌任何DNA片段转移至受体菌的转导现象，称为普遍转导。又可分为以下两种。

（1）完全转导：烈性噬菌体或温和噬菌体进入裂解周期时，偶尔装配错误，装入与噬菌体DNA大小相似的供体菌DNA片段，形成完全缺陷的转导噬菌体。当供体菌裂解后，释出极少数的转导噬菌体（约为10-6）。其再感染受体菌时即可将供体菌基因转导入受体菌。通过交换重组，形成重组子即转导子。

（2）流产转导：普遍转导进入受体菌的供体菌基因，如既不能重组整合入受体菌基因组和复制，也不迅速消失，而仅能表达，则在细胞分裂时，只能将供体基因分给一个子细胞，另一细胞只分配到部分的基因表达产物。细胞继续分裂，供体基因及其表达产物在细胞群体中逐渐稀释、减弱，最终渐趋消失，此现象称为流产转导。所以，能在选择培养基平板上形成微小菌落就是流产转导子的特点。

2．局限转导　是指通过部分缺陷的温和噬菌体，把供体菌少数特定的基因转移给受体菌，使后者获得前者特定表型的转导现象。

溶原菌经诱导（如紫外线照射）前噬菌体从宿主菌染色体上切离下来时，偶尔发生不正常地切离（约10-6），致使其插入位点两侧之一的少数宿主基因连接到噬菌体的DNA上形成部分缺陷的转导噬菌体，当它们再感染受体菌时，带有供体菌基因的噬菌体核酸整合入受体菌的染色体，可使受体菌成为一个局限转导子。

（四）噬菌体转变★★

温和噬菌体的感染，前噬菌体整合入宿主菌的染色体而使其溶原化的同时，使得宿主菌表型特征也发生改变的现象称为噬菌体转变。噬菌体转变与转导有着本质的不同：①这种温和噬菌体不携带任何来自供体菌的外源基因，使宿主表型改变的完全是噬菌体基因整合入宿主染色体的结果；②这种温和噬菌体是完整的，而不是缺陷的；③获得新性状的是溶原化的宿主细胞，而不是转导子；④获得的性状可随噬菌体消失而同时消失。

（五）重组与重组DNA技术★

1．重组　是指两个或两个以上不同的核酸分子进行重排，产生新的核苷酸排列顺序的过程。经遗传重组后，含有新的复制子的细胞称为重组子。

除转座外，一般重组的进行需要受体菌的重组基因编码的酶类（如RecA）等参与，在两个DNA分子的同源区段间进行遗传交换。

线性DNA片段与细菌染色体发生一次交换不能形成复制子，只能产生不能自主复制的线性DNA；如线性DNA与细菌染色体发生二次交换，则部分供体DNA片段被重组入染色体，形成新的复制子，同时染色体上相应一段DNA被置换；而环状质粒本身就是复制子，转移入宿主菌后仍可游离存在，经自主复制遗传给下一代；但也可以经一次交换后重组入细菌染色体，整合为一个新的复制子。

2．重组DNA技术　是指将一种生物的DNA片段或人工合成的基因，通过载体在体外重组，转移并插入到另一生物的基因组中，使其扩增和表达，从而获得大量基因产物或令生物细胞表现出新的性状。

主要步骤：①分离或合成目的基因；②体外重组将基因插入载体；③将重组DNA导入微生物或动、植物细胞；④扩增并筛选重组体克隆；⑤对克隆的基因进行鉴定；⑥外源基因的表达；⑦获得基因产物或转基因动物、转基因植物。

（六）基因定位和基因组测序★

1．中断杂交试验　某一特定的Hfr菌株，F质粒在染色体上的整合位置和方向是一定的。利用基因转移所需要的时间进行染色体的基因定位，这种技术称为中断杂交试验。须用多株F质粒整合在不同位置的Hfr菌完成。

2．基因连锁　在染色体上是紧密连锁的两个基因可以同时被转化，称共转化，连锁的两个基因距离越近，其共转化频率越高，反之则低。利用转化频率和连锁的两个基因间的距离的反比关系即可进行基因定位的工作。

普遍性转导也可通过测量共转导的频率进行基因定位，所谓共转导是指两个处在同一个转导片段上的基因一起整合进受体染色体中。被共转导的两个基因之间的距离不能超过转导噬菌体所包装的DNA长度。而且越是紧密连锁的基因，其共转导的频率越高。因此普遍性转导也是基因定位的重要技术之一。

3．遗传图谱　将中断杂交数据和共转导、共转化研究结合起来，对基因进行精确定位。

4．基因组测序　“全基因组鸟枪测序”的方法步骤如下。

（1）用超声波将基因组随机打断成相当小的片段（大约一个基因大小或更小），这些片段与质粒载体结合，产生质粒克隆文库。

（2）制备这些克隆和提纯DNA以后，数千个细菌DNA片段被自动测序，通常是用特殊的染料标记引物。这个程序的特点是几乎基因组的所有片段都被程序测序几次，以增加最后结果的精确性。

（3）用专门的计算机程序将已测序的DNA片段通过片段之间核苷酸序列重叠的比较，将其装配成比较长的DNA序列。如果这些序列在其末端重叠（或有相同的末端），那么两个片段连在一起形成更长的一段DNA。这种重叠比较过程导致一系列大的相邻核苷酸序列或重叠群。

（4）将这些重叠群按合适的顺序排队，填补两个重叠群之间可能留下的缺口，从而形成完整的基因组序列。

重点难点提示

1．基因突变的分子机制。

2．基因转移与重组。

测试及考研

一、最佳选择题

1．下列细胞中，不受噬菌体侵袭的是（　）

A．淋巴细胞　　　　B．真菌细胞　　C．细菌细胞

D．螺旋体细胞　　E．放线菌细胞

本题考点：噬菌体的概念。

2．基因转移与重组中，与噬菌体无关的方式是（　）

A．转化　　B．普通性转导C．局限性转导

D．溶原性转换　　E．流产转导

本题考点：细菌基因转移与重组方式的特点。

3．前噬菌体是指（　）

A．已整合到宿主细胞染色体上的噬菌体基因组

B．进入宿主菌体内的噬菌体

C．尚未感染细菌的游离噬菌体

D．尚未成熟的子代噬菌体

E．成熟的子代噬菌体

本题考点：温和噬菌体的增殖过程。

二、问答题

经Hfr×F—和F＋×F—杂交后，受体菌F—都能转变为F＋菌吗？为什么？

答案：

一、1．A；2．A；3．A

二、不是。只有F＋×F—杂交后，受体菌F—才能获得F

质粒，转变为F＋菌。而Hfr×F—杂交时，受体菌往往只能获

得由Hfr菌提供的一段染色体基因，F质粒位于染色体末端，几乎没有可能进入受体菌，因而杂交后F—菌仍表现为F—菌。

（蔡苏兰）