普通遗传学-第17章

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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，这种转导称为低频转导。由于λ噬菌体头部空间是有限的，能够容纳的额外DNA量只有λ本身基因组DNA的10％，约5kb。如果要包裹比这更多的DNA，λ噬菌体必须丢掉一部分自身的DNA才行，如果λ噬菌体包裹了其一一端的大肠杆菌的big座位，它就会丢掉另一端的一部分调节序列。丢失的这部分序列是溶原性必需的，而与λ的裂解周期无关，所以产生的转导噬菌体能够裂解细胞和产生噬菌斑。这种转颗粒称为λpbio，其中p表示噬菌斑形成。
如果λ颗粒包裹了其一端的？gal座位，它就会丢掉其另一端的与裂解周期有关的基因，形成的转导噬菌体是有缺陷的，称为λdgal，其中d表示“缺陷”。这种有缺陷的转导噬菌体需要正常噬菌体即所谓帮助噬菌体（helper　phage）为其提供复制所需的功能。
如果转导噬菌λdgal＋和正常λ噬菌体同时感染一个gal…受体菌，可诱导产生λ/λdgal双重溶原菌。这种双重溶原菌可以认为是gal区的部分二倍体（gal＋/gal…），是一类杂基因子。它是不隐定的，用紫外线等诱导这些双重溶原菌可以得到大约半数的转导噬菌体，因为这里通过正常的切离就可以从每一个细菌得到一个非转导噬菌体和一个转导噬菌体，而且由于有正常的λ存在，有缺陷的λdgal也能由于功能上得到补偿而复制。用这样得来的噬菌体进行的转导称为高频转导（high…frequency　transduction，HFT）（图5…34）。
特殊转导只能用于转移小部分基因，通常用于研究bio和gal座位的互补性。但是λDNA在宿主染色体上的插入位点有时也会发生变化，也可以转移各种基因，使局限转导的应用更加广泛。








图5…33　　λ噬菌体整合与转导噬菌体形成
整合和切离均通过单交换完成





图5…34　　通过λdgal进行的特殊转导



主要参考文献
1。　黄秀梨。微生物学。北京：高等教育出版社，1998
2。　盛祖嘉。微生物遗传学。第二版。北京：科学出版社，1997
3。　崔涛。细菌遗传学。合肥：中国科学技术大学出版社，1991
4。　浙江农业大学。遗传学。第二版。北京：农业出版社，1996
5。　刘祖洞，江绍慧。遗传学。北京：人民教育出版社，1979
6。　Fristorm　J　M；　Clegg　M　T。　Principles　of　Genetics。2nd　ed。　New　York；　W　H　Freeman　and　pany；　1989
7。　Griffiths　A　J　F；　Miller　J　H；　Suzuki　D　T；　et　al。　An　Introduction　to　Genetic　Analysis。　6th　ed。　New　York：W　H　Freeman　and　pany；1996
6．染色体结构的变异
生物的正常细胞中染色体数目和结构是相对稳定的，不同染色体均有特定的形态特征。染色体是遗传物质的载体，基因按一定顺序分布在染色体上。染色体结构保持稳定是生物性状稳定的基础，一旦结构改变将会引起基因数目和连锁关系的改变，严重的会使个体的生长发育受阻甚至导致个体死亡。染色体结构变异包括四种，即缺失、重复、倒位和易位，每种类型均有其特定的细胞学特征和遗传学效应。
6。1　　染色体畸变概述
染色体结构的稳定是相对的，在各种自然因素和人为因素影响下，染色体结构会发生改变。引起染色体结构变异的原因有内因和外因两个方面。内因是指营养、温度、生理等异常的变化；外因主要指物理诱变因素（如紫外线、X射线、γ射线、中子等）和化学药剂等。在这些因素作用下，染色体会发生断裂和重接。各种染色体结构变异，均与染色体的断裂以及重接有关。由于对染色体超微结构知之甚少，故染色体受损伤后发生断裂及重接的机制还属于推想，主要理论是断裂重接假说。其主要内容是：
每一断裂产生两个断裂端，这些断裂可按下列三种方式发展：①保持原状，不愈合，无着丝粒的染色体片段丢失。②同一断裂的两个断裂端重接，恢复为原来的染色体结构。③某一断裂的一个或两个断裂端与另一断裂所产生的断裂端连接，产生新的染色体。这三种类型中，第二种不发生结构变异，第一和第三种在染色体断裂和重接过程中可能发生结构变异。
玉米和果蝇是研究染色体结构变异的较理想材料。玉米的10对染色体在形态上可相互区别，减数分裂的粗线期各染色体均有其特定的形态特征，如着丝粒的位置、染色粒的分布、两臂的相对长度等。这些标记一旦发生改变，便标志着染色体结构发生改变（图6…1）。







图6…1　　玉米的粗线期染色体
表示10个粗线期染色体（10H）和一个核。
图上说明了染色体号码，长臂（L）和短臂（S）等
果蝇的染色体在减数分裂时，形状很小，但幼虫唾腺细胞中，核特别大，其中的染色体比减数分裂时的染色体和其他体细胞的染色体大几百倍。图6…2是普通染色体和唾腺染色体的对照模式。唾液腺染色体有明显的横纹，横纹在染色后清晰可辨。横纹的相对大小和空间排列是恒定的，可作为识别唾腺染色体的标志。






图6…2　　黑腹果蝇的普通染色体与唾腺染色体的对照模式
上：分裂中期的普通染色体；　　下：幼虫的唾腺染色体。
A：X染色体　　　BC：第二染色体　　DE：第三染色体　　F：第四染色体
在唾腺细胞中，同源染色体紧密地结合在一起，像减数分裂时的粗线期染色体一样，
各染色体的着丝粒及其邻近部分相互聚合，形成染色中心
唾腺细胞的有丝分裂方式特殊，即细胞中染色体连续复制，但染色体不分裂，染色质线纵向地密集在一起，形成多线染色体。每个染色体的染色质线可多达千条以上，且同源染色体发生配对时，像减数分裂的粗线期一样，同源染色体紧密地结合在一起，各染色体的着丝粒及其邻近部分相互聚合，形成染色中心，可观察的染色体数目减少一半，它们较一般细胞的染色体粗1000~2000倍，长100~200倍。4个二价体的总长达1000μm。经染色后，多线染色体上出现深浅不同的横纹和条带。横纹和条带的数目在同一物种的不同细胞中是一样的。一旦发生染色体缺失、重复等结构变异，横纹和条带的特征便会发生改变。
为研究上的方便，染色体结构变异可用各种符号表示，人类细胞遗传学命名的国际体制对确定人类染色体畸变的统一命名规则如表6…1、6…2、6…3所示。＋或－号放在号码和字母之前表示整个染色体的添加或丧失，放在号码和字母之后表示一段染色体的添加或缺失。q表示染色体的长臂，p表示染色体的短臂，def表示缺失，dup表示重复，inv表示倒位，t表示易位。
表6…1　　细胞遗传学常用符号和编写术语
符　　　　号 字　　　　源 意　　　义
A~G 染色体组号
1~22 常染色体编号
X，Y 性染色体
＋，— 符号前表示整条额外增加或丢失，符号后表示部分增长或缺失

续表
符　　　　号 字　　　　源 意　　　义
/ 嵌合体
→ 从→到
？ 识别没有把握，或为可疑者
： 断裂
：： 断裂后重接
； 区分涉及结构重排的染色体
ace；f acentric　fragment 无着丝粒断片
cen centromere 着丝粒
del deletion 缺失
dic dicentric 双着丝粒
dup duplication 重复
end endoreduplication 内复制
fem female 女性
mal male 男性
i isochromosome 等臂染色体
ins insertion 插入
inv inversion 倒位
mat maternal 母源
pat paternal 父源
mar marker 标记染色体
p petie；petit 短臂
q 长臂
r ring　chromosome 环形染色体
rcp reciprocal　translocation 相互易位
rob Robertsonian　translocation 罗伯逊易位
s Satellite 随体
sce sister　chromatid　exchange 姊妹染色单体互换
t translocation 易位
ter terminal 染色体末端
注：符号书写次序；染色体总数，性染色体类型或畸变，常染色体畸变情况。例如：
47；　XXY：　47条染色体，性染色体为XXY。
46；　XX/45；　XO：　两种细胞类型的嵌合体：一种是46条染色体，性染色体为XX；另一种是45条染色体，性染色体为XO。
47；　XX；　＋G：　47条染色体，性染色体为XX，G组染色体中多一条。
46；　XY；　t（15p＋；　21q…）：　46条染色体，性染色体为XX，15号与21号染色体易位，其结果使一条第15号染色体短臂增长，另一条第21号染色体长臂部分缺失。
表6…2　　染色体数目畸变符号
畸变类型 符　　　号 意　　　　　　义
多倍体
多体性

单体性


假二倍体
嵌合体


69；XXY
47；XY；　＋21
47；XXY
45；X
45；XX；　…C
45；XX；　…？　8
46；XY；　＋18；　…21
45；X/46；　XY

45；　X/16；　XX/47
XXX 总数49，性染色体2条X，1条Y，男性核型
多1条第21号染色体
性染色体2条X，1条Y，男性核型
性染色体只有1条X
C组染色体中少1条
丢失的可能是1条8号染色体
多1条18号染色体，少1条21号染色体，总数仍不变
一个个体中一个细胞系性染色体只有1条X，另一个细胞系染色体为XY
一个个体中具有三个细胞系：一个细胞系性染色体只有1条X，一个细胞系有正常2条X，另一细胞系有3条X

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　续表

表6…3　　非显带染色体结构畸变符号
畸变类型 符　　　　号 意　　　　　义
部分增长
多体性及部分增
易位









环形染色体
等臂染色体
双着丝粒染色体 46；　XY；　1q＋
47；　XY；　＋14p＋
46；　XY；　t（Bp…；　Dq＋）

46；　X；　t（Xq…；　16p…）

45；　XX；　…D；
…G；　＋t（DqGq）
46；　XX；　…D；
＋t（DqGq