第三节 基因重组和杂交育种
基因重组（ gene recombination）, 凡把两个不同性状的个体
内的遗传基因转移到一起，经过遗传分子间的重新组合，
形成新遗传型个体的方式，称为基因重组或遗传重组。
杂交（ hybridization）,细胞水平上的基因重组。包含了分子
水平上的重组，例如真核微生物中的有性杂交、准性杂交、
原生质体融合，以及原核生物中的转化、转导、接合和原
生质体融合。
? 基因重组是杂交育种的理论基础。由于 杂交育种是选用已
知性状的供体和受体菌种作为亲本,因此不论在方向性还
是自觉性方面，都比诱变育种前进了一大步。
微生物中各种形式基因重组的比较
重组范围
供体和受体的关系
整 套 染 色 体 局 部 杂 合
高频率 低频率 部分染色体 个别或少数 基因
细胞融合
或联结
性细胞 真菌的有性 生殖
体细胞 真菌的准性 生殖
细胞间暂时沟通 细菌的结合 性 导
细胞间
不接触
吸收游离
DNA片段 转 化
噬菌体携带
DNA 转 导
由噬菌体提
供遗传物质
完整噬菌体 溶源转变
噬菌体
DNA
转 染
一、原核微生物的基因重组
原核生物基因重组的特点：
? 片断性
? 单向性
? 机制独特而多样
四种主要的遗传重组形式：
转化、转导、接合、原生质体融合
（一）转化 （ transformation）
1、概念：受体菌直接吸收了来自供体菌的 DNA片段，
通过交换，把它整合到自己的基因组中，从而获
得部分供体菌遗传性状的现象。
2、转化微生物的种类：
? 原核生物：
? 真核生物：
? 在实验室中的操作,CaCl2处理 E.coli的球状体、
真菌制成原生质体
3、影响转化的因素：
⑴ 两个菌种或菌株的亲缘关系
⑵ 受体细胞必须处于感受态：
感受态,受体细胞最容易接受外源 DNA片段并能实现转化的一
种生理状态
影响感受态出现的因素
? 培养时间,生长的对数期, 稳定期
? 群体比例和维持时间
? 外界环境因子,cAMP和 Ca2+ 影响最明显 。 cAMP可使嗜血杆
菌的感受态水平提高 105倍 。
? 感受态因子,胞外蛋白, 可以催化外来 DNA片段的吸收或
降解细胞表面某种成分 。 包括 3种主要成分：膜相关 DNA接
合蛋白, 自溶素, 核酸酶 。
4,转化因子 —离体的 DNA片断
（ 1）转化因子的本质与类型
? 离体的 DNA片段（ 15kb左右）
? 类型,dsDNA,ssDNA和质粒 DNA（通常不与核染色体
发生重组）
（ 2） 转化的频率,0.1％ ～ 1.0％, 最高 20％
（ 3） 转化的 DNA的浓度,1× 10-5ug/mL(即 1× 10-11ug/mL)
5,以革兰氏阳性菌 (肺炎链球菌 )说明转化的具体过程
(1)供体菌 dsDNA与感受
态受体菌的膜连 DNA结合
蛋白相接合，一条链被水
解，另一条链进入细胞。
(2)ssDNA片断与特异的蛋
白 RecA接合，与核染色
体上的同源区段配对、重
组，形成杂合的 DNA区段。
(3)同步复制
(4)细胞分裂，形成一个转
化子和一个仍为原基因型
的子代。
6,革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌在转化过程中
的差别：
（ 1） 只能吸收其同源的 DNA,如肺炎链球菌还可以吸收
小牛腺 DNA。
（ 2） 外来 DNA片断仍以双链形式进入受体菌, 其单链化
与整合过程同时发生 。
7,转染与转化的比较
转染 (transfection),用提纯的病毒核酸去感染其
宿主细胞或原生质体, 可增值出一群正常病毒后
代的现象 。
与转化的区别,作为转染的病毒核酸并非是供体基
因, 中间不发生遗传因子的交换和整合, 不产生
具有杂种性质的转化子 。
（二）转导（ transduction）
1、转导,通过缺陷噬菌体的 媒介作用,把供体细胞的 DNA
小片段携带到受体细胞中，通过交换和整合，从而使后者
获得前者部分遗传性状的现象。
? 获得新遗传性状的受体细胞称为转导子（ transducant） 。
2,转导的类型
? 普遍转导：完全普遍转导、流产普遍转导
? 局限转导：低频、高频转导
? 溶原转变
3、具有转导现象的微生物
? Salmonella typhimurium
? E,coli
? Bacillus
? Proteus
? Pseudomonas
? Shigella
? Staphylococcus
? Vibrio
? Rhizobium
4、普遍转导（ complete tranduction）：通过完全缺陷
噬菌体对供体菌基因组上任何 DNA小片段的,误包,，
而实现其遗传性状传递至受体菌的转导现象，称为普
遍转导。
分为,①完全普遍转导； ② 流产普遍转导：
?一般用温和噬菌体作为媒介。
Salmonella typhimurium,P22 Phage
E,coli,P1 Phage
Bacillus subtilis,SP10
?转导颗粒,完全缺陷噬菌体
感染复数,要小于 1
普遍转导子
① 完全普遍转导,简称完全转导（ complete transduction），
由完全不含噬菌体自身 DNA的假噬菌体－完全缺陷噬菌体把
外源 DNA片段导入受体细胞内。
② 流产普遍转导,简称流产转导（ abortive transduction），
经转导而获得了供体菌 DNA片段的受体菌，如果外源 DNA在其内
既 不进行交换、整合和复制,也不迅速消失，而仅进行转录、
转译和性状表达，这种现象就称流产转导。
4、局限转导 （ specialized / restricted
tranduction）,
（ 1）局限转导,通 过部分缺陷的温和噬菌体把供
体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并获得
表达的转导现象。
（ 2）进行局限转导的微生物：
E,coli K12
（ 3）局限转导特点：
1） 传递基因,只能转导供体菌的个别特定基因；
2） 携带载体,该特定基因由部分缺陷的噬菌体携
带；
3） 缺陷噬菌体形成方式,缺陷噬菌体的形成方式
是由于其脱离宿主核染色体过程中，发生 低频率
的误切 或由于 双重溶源菌的裂解 而形成；
4） 局限转导噬菌体的形成,局限转导噬菌体的产
生要通过 UV等因素对溶源菌的诱导并引起裂解
后才产生。如,E,coli的 λ噬菌体和 Φ80噬菌体。
（ 4）转导的类型：
? 低频局限转导
? 高频局限转导
① 低频转导 (LFT,low frequency transduction)：
低频转导,通过一般溶源菌释放的噬菌体所进行的转导，只能形成极少数
（ 10-4~10-6）的转导子
? 不正常切离会将插入位点两侧之一的少数宿主基因连接到噬菌体 DNA
上，就形成了一种特殊的噬菌体，即缺陷噬菌体。
? 由于宿主染色体上进行不正常切离的频率极低，因此所形成的裂解物中
所含的噬菌体的比例极低
低频转导 (LFT) 裂解物的形成
低频转导的过程
?低频转导 (LFT) 裂解物
的形成
?低频转导 (LFT) 裂解物
去感染受体菌：低的感染
复数
?形成局限转导子
② 高频转导（ HFT,High frequency transduction）：
高频转导,营养缺陷菌体受到双重感染（ 正常噬菌体和缺陷
噬菌体） 后变为双重溶源菌，进行诱导后能产生 50%左右
的局限转导噬菌体的 HFT裂解物，用它 对转导受体菌进行
转导从而可获得 50%左右转导子的局限转导类型。
高频转导的过程：
? 噬菌体感染供体菌； HFT Lysate制备；低感染复数感染受
体菌；整合到受体菌基因组
如用 HFT裂解物去感染另一个营养缺陷菌体，会转变为原养
型。 E,Coil gal- →→ E,Coil gal+
5、溶源转变 (Lysogenic conversion)
? 概念,当正常温和噬菌体感染其宿主细胞而使其发生溶
源化时，因噬菌体基因整合到宿主的核基因组上，而使
宿主获得了除免疫性之外的新遗传性状的现象。
? 与转导的本质区别：
1）不携带任何供体菌的外源基因，宿主新性状是由于噬
菌体本身引起的；
2）这种温和噬菌体是完整的，而不是缺陷的；
3）获得新性状的是溶源化的宿主细胞，而不是经过遗传
重组形成的转导子；
4）获得的性状可随噬菌体的消失而同时消失。
? 发生溶源转变的微生物
※ Corynebacterium diphtheriae
β-温和噬菌体：不产毒素变为产毒素
※ Clostridium botulinum
新性状：产 C或 D型肉毒毒素
※ Salmonella anatum
ε15噬菌体细胞表面多糖结构
※ Streptomyces erythreus
P4温和噬菌体：红霉素生物合成和形成气生菌丝能力
（三）结合 （ conjugation）
? 1、概念,供体菌 （“雄”）通过其性菌毛与 受体菌
（“雌”）相 接触, 把 F质粒或其携带的不同长度的核基因
组片段传递给后者,并在后者细胞中进行双链化或进一步
与核染色体发生交换、整合，从而使后者获得供体菌的遗
传性状的现象，称为 接合 。
? 通过接合而获得新性状的受体细胞就是 接合子
（ conjugant）。
? 重组子（ Recombinant）
? 研究细菌接合的营养缺陷型法 原理 （ By J.Lederberg and E,L,
Tatum）
2,进行接合的微生物种类
细菌和放线菌
? 细菌，革兰氏阴性细菌
E,coli,Salmonella,Shigella,Klebsiella,Serratia,Vibrio,
Azotobacter,Pseudomonas
? 放线菌
Streptomyces,Nocardia等。最常见的 S,coelicolor
? 不同属间的接合
E,coli and Salmonella typhimurium
Salmonella and Shigella dysenteriae
3,E,coli的接合现象
什么是 F质粒？决定大肠杆菌 E,coli性别分化的质粒，是一
种属于附加体性质的质粒，既可在细胞中单独存在，也
可整合到核染色体组上。
? 通过接合而获得；通过吖啶化合物、溴化乙锭或丝裂霉
素等处理而发生质粒消除（抑制 F质粒的复制）；
? 合成性菌毛基因的载体
? 决定细菌性别的物质基础
四种接合型 E,coli菌株（ F质粒在细胞内存在方式）：
① F+ （,雄性”）菌株,含有 F因子，有性菌毛
② F-（,雌性”）菌株,不含有 F 因子，无有性菌毛
③ Hfr菌株 （高频重组菌株,high frequency recombination strain）, F质
粒从游离态转变成核染色体特定位点上的整合态。因为 Hfr
菌株与 F-菌株接合后发生重组的频率要比 F+与 F-接合后的重
组频率高出数百倍，故名。
④ F′菌株, 当 Hfr菌株内的Ｆ因子因不正常切离而脱离核染色
体组时，可重新形成游离的但携带一小段染色体基因的特
殊Ｆ因子，称 F′因子。携带了 F′因子的菌株，其遗传性状介
于 F+与 Hfr之间，这就是初生 F′菌株（ primary F ′-strain）。
F质粒四种存在方式及相互关系：
F+（“雄性”）菌株
? 指细胞内存在一至几个 F质粒，并在细胞表面着生
一至几条性菌毛的大肠杆菌菌株
? F+菌株与 F-菌株的接合,F+菌株与 F-菌株通过性菌
毛的沟通和收缩，将 F质粒由 F+菌株转移到 F-菌株
中，同时 F+菌株中的 F质粒也获得复制，使两者都
变成 F+菌株。
? 通过接合而转性别的频率接近 100％
? 接合的具体过程
Ｆ因子的传递过程（接合的具体过程）为：
? F质粒的一条单链在特定位点产生缺口，形成供体单链 DNA。
? 以滚环模型方式复制 F质粒：在断裂的单链 B逐步解开的同时，
留存环状单链 A边滚动、边以自身模板合成互补单链 A’；同时
含裂口的单链 B以 5’端为先导，以线形方式经过性菌毛而转移
到 F-质粒中。
? 在受体内线形外源 DNA单链合成互补双链，经环化后形成新的
F质粒。
F-（“雌性”）菌株
细胞中无 F质粒，细胞表面也无性菌毛的菌株
? F－ 菌株可通过与 F+菌株或 F’菌株的接合而接受供
体菌中的 F质粒或 F’质粒
? 通过接合接受来自 Hfr菌株的一部分或一整套核基
因组
从自然界分离得到的 2000个 E,coli菌株中 F-仅占 30％
左右
Hfr（高频重组）菌株
? High frequency recombination Strain,F质粒从游
离态转变成在核染色体组特定位点上的整合态，
从而提高与 F-菌株接合基因重组频率的 E.coli菌株
类型。
? Hfr菌株与 F-菌株接合后发生基因重组的频率比单
纯用 F+菌株和 F-菌株接合的频率要高数百倍。
? Hfr与 F-菌株的接合过程
Hfr与 F-菌株的接合过程
? Hfr与 F-细胞配对
? 通过性菌毛使两个细胞直接接触，并形成接合管
? 发生接合中断
? 外源双链 DNA片段与受体菌的染色体 DNA双链进行双
交换，产生稳定的接合子
Hfr与 F-菌株间的接合中断试验
接合中断法绘制环状染色体图
? 接合中断法（ Interrupted mating experiment）
? 获得接合子
? 按照接合中 DNA转移过程的严格顺序性及接合中断试
验，可画出环状染色体图
接合中断法
F’ 菌株
Hfr菌株细胞内的 F质粒由于不正常切割而脱离核染色体
组时重新形成的游离的携带整合位点一小段核染色体
基因的特殊 F质粒，或 F’因子。
? 初生 F’菌株
? 次生 F ’菌株
带有插入细菌基因的环状 F因子是一个复制子，称为 F‘因
子。利用 F’因子形成部分二倍体，以 F’质粒传递供体
基因的方式，称为,性导 ( sexduction）,F质粒转导
或 F因子转导（ F-duction),F质粒媒介的转导。
初生 F'菌株与次生 F'菌株的由来
（四）原生质体融合（ protoplast fusion）
1、概念,通过人为的方法，使遗传性状 不同的两细胞 的
原生质体 发生融合，并进而发生遗传重组以产生同时
带有双亲性状的、遗传性稳定的融合子（ fusant） 的过
程，称为原生质体融合。
2、进行原生质体融合的生物种类
? 原核生物：细菌、放线菌
? 真核生物：酵母菌、霉菌和蕈菌、植物细胞、人 和
动物细胞
3、原生质融合的主要步骤,p232
1、选择具有遗传标记的亲株
为了有利于重组子的检出，必须选择已知的或用
诱变方法获得的营养缺陷型或抗药性标记菌株作为
亲株，同时要求标记必须稳定。
2、原生质体的制备
选择合适的酶系进行细胞脱壁，细菌多用溶
菌酶，真菌多用纤维素酶，酵母菌用蜗牛酶等。
3、原生质体融合
把二亲株原生质体混合在一起，用 PEG
（ 聚乙二醇）助融，然后将融合子涂布在再生
平板上，保温后检出重组子。
4、再生
再生是一个十分关键的问题，
因为不同微生物的原生质体所要求
的最适条件不同。
5、重组子的检出
融合子重组的测定，通常采用染色
体标记的遗传重组来检测，如二亲株的
遗传标记为营养缺陷型 A+B-及 A-B+,则
其重组子应为原养型 A+B+。 检出重组子
一般可用二个方法：直接法和间接法。
原生质体融合的操作示意图
检出重组子一般可用二个方法：
? 直接法,将融合液涂布在不补充二亲株生长所需营养物
或补充有两种药物的再生平板上，直接筛选出原养型的
或双重药物抗性的重组子；
? 间接法,将融合液涂布在丰富的再生平板上，使亲株及
重组子都再生而长成细胞，然后用影印法或牙签法转到
选择性培养基上检出重组子，此法对某些有表型延迟作
用的遗传标记，较直接法有利，不至于因直接筛选而产
生干扰。
二、真核微生物的基因重组
? 有性杂交
? 准性杂交
? 原生质体融合
? 遗传转化
（一）有性杂交 (sex hybridization)
1.概念,杂交是在细胞水平上发生的一种
遗传重组方式 。 有性杂交, 一般指性细
胞间的接合和随之发生的染色体重组,
并产生新遗传型后代的一种育种技术 。
2,进行有性杂交的微生物
产生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌
酿酒酵母（ S,cerevisiae） 的有性杂交
步骤：
? 单倍体的制备：含醋酸钠或其他产孢子培养基
? 接触杂交
? 有性杂交后代双倍体
? 优良性状个体筛选
双、单倍体酵母细胞的比较
双、单倍体酵母细胞的比较
有性杂交的实例
酒精发酵酵母
? 产酒率高，对麦芽糖和葡萄糖发酵力弱
面包发酵酵母
? 产酒率低、对麦芽糖和葡萄糖发酵力强
上面二者的综合
? 同时用作酒精高产菌种和面包发酵菌种
（二）准性杂交 （ parasexual hybridization）
1,准性生殖 （ parasexual reproduction）,
? 是一种在同种而不同菌株的体细胞间发生的
融合, 它可不借减数分裂而导致低频率基因
重组并产生重组子 。 也可认为是在自然条件
下, 真核微生物体细胞间发生的一种自发性
的原生质体融合现象 。
2.准性生殖过程：
菌丝联结
形成异核体
核融合或核配
体细胞交换和单倍体化
单倍体杂合子
? 以灰黄霉素生产菌的
育种为例, 说明 准性
杂交 方法的主要步骤 。
半知菌的准性生殖示意图
准性生殖与有性生殖的比较
3.准性杂交育种（ Breeding by parasexuality）
灰黄霉素产生菌 Penicillium urticae（荨麻青梅）的准性杂交
育种
? 选择亲本
? 强制异合
? 移单菌落
? 验稳定性
? 促进变异
? 筛选杂合单倍体
准性杂交原理
finish
基因重组（ gene recombination）, 凡把两个不同性状的个体
内的遗传基因转移到一起，经过遗传分子间的重新组合，
形成新遗传型个体的方式，称为基因重组或遗传重组。
杂交（ hybridization）,细胞水平上的基因重组。包含了分子
水平上的重组，例如真核微生物中的有性杂交、准性杂交、
原生质体融合，以及原核生物中的转化、转导、接合和原
生质体融合。
? 基因重组是杂交育种的理论基础。由于 杂交育种是选用已
知性状的供体和受体菌种作为亲本,因此不论在方向性还
是自觉性方面，都比诱变育种前进了一大步。
微生物中各种形式基因重组的比较
重组范围
供体和受体的关系
整 套 染 色 体 局 部 杂 合
高频率 低频率 部分染色体 个别或少数 基因
细胞融合
或联结
性细胞 真菌的有性 生殖
体细胞 真菌的准性 生殖
细胞间暂时沟通 细菌的结合 性 导
细胞间
不接触
吸收游离
DNA片段 转 化
噬菌体携带
DNA 转 导
由噬菌体提
供遗传物质
完整噬菌体 溶源转变
噬菌体
DNA
转 染
一、原核微生物的基因重组
原核生物基因重组的特点：
? 片断性
? 单向性
? 机制独特而多样
四种主要的遗传重组形式：
转化、转导、接合、原生质体融合
（一）转化 （ transformation）
1、概念：受体菌直接吸收了来自供体菌的 DNA片段，
通过交换，把它整合到自己的基因组中，从而获
得部分供体菌遗传性状的现象。
2、转化微生物的种类：
? 原核生物：
? 真核生物：
? 在实验室中的操作,CaCl2处理 E.coli的球状体、
真菌制成原生质体
3、影响转化的因素：
⑴ 两个菌种或菌株的亲缘关系
⑵ 受体细胞必须处于感受态：
感受态,受体细胞最容易接受外源 DNA片段并能实现转化的一
种生理状态
影响感受态出现的因素
? 培养时间,生长的对数期, 稳定期
? 群体比例和维持时间
? 外界环境因子,cAMP和 Ca2+ 影响最明显 。 cAMP可使嗜血杆
菌的感受态水平提高 105倍 。
? 感受态因子,胞外蛋白, 可以催化外来 DNA片段的吸收或
降解细胞表面某种成分 。 包括 3种主要成分：膜相关 DNA接
合蛋白, 自溶素, 核酸酶 。
4,转化因子 —离体的 DNA片断
（ 1）转化因子的本质与类型
? 离体的 DNA片段（ 15kb左右）
? 类型,dsDNA,ssDNA和质粒 DNA（通常不与核染色体
发生重组）
（ 2） 转化的频率,0.1％ ～ 1.0％, 最高 20％
（ 3） 转化的 DNA的浓度,1× 10-5ug/mL(即 1× 10-11ug/mL)
5,以革兰氏阳性菌 (肺炎链球菌 )说明转化的具体过程
(1)供体菌 dsDNA与感受
态受体菌的膜连 DNA结合
蛋白相接合，一条链被水
解，另一条链进入细胞。
(2)ssDNA片断与特异的蛋
白 RecA接合，与核染色
体上的同源区段配对、重
组，形成杂合的 DNA区段。
(3)同步复制
(4)细胞分裂，形成一个转
化子和一个仍为原基因型
的子代。
6,革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌在转化过程中
的差别：
（ 1） 只能吸收其同源的 DNA,如肺炎链球菌还可以吸收
小牛腺 DNA。
（ 2） 外来 DNA片断仍以双链形式进入受体菌, 其单链化
与整合过程同时发生 。
7,转染与转化的比较
转染 (transfection),用提纯的病毒核酸去感染其
宿主细胞或原生质体, 可增值出一群正常病毒后
代的现象 。
与转化的区别,作为转染的病毒核酸并非是供体基
因, 中间不发生遗传因子的交换和整合, 不产生
具有杂种性质的转化子 。
（二）转导（ transduction）
1、转导,通过缺陷噬菌体的 媒介作用,把供体细胞的 DNA
小片段携带到受体细胞中，通过交换和整合，从而使后者
获得前者部分遗传性状的现象。
? 获得新遗传性状的受体细胞称为转导子（ transducant） 。
2,转导的类型
? 普遍转导：完全普遍转导、流产普遍转导
? 局限转导：低频、高频转导
? 溶原转变
3、具有转导现象的微生物
? Salmonella typhimurium
? E,coli
? Bacillus
? Proteus
? Pseudomonas
? Shigella
? Staphylococcus
? Vibrio
? Rhizobium
4、普遍转导（ complete tranduction）：通过完全缺陷
噬菌体对供体菌基因组上任何 DNA小片段的,误包,，
而实现其遗传性状传递至受体菌的转导现象，称为普
遍转导。
分为,①完全普遍转导； ② 流产普遍转导：
?一般用温和噬菌体作为媒介。
Salmonella typhimurium,P22 Phage
E,coli,P1 Phage
Bacillus subtilis,SP10
?转导颗粒,完全缺陷噬菌体
感染复数,要小于 1
普遍转导子
① 完全普遍转导,简称完全转导（ complete transduction），
由完全不含噬菌体自身 DNA的假噬菌体－完全缺陷噬菌体把
外源 DNA片段导入受体细胞内。
② 流产普遍转导,简称流产转导（ abortive transduction），
经转导而获得了供体菌 DNA片段的受体菌，如果外源 DNA在其内
既 不进行交换、整合和复制,也不迅速消失，而仅进行转录、
转译和性状表达，这种现象就称流产转导。
4、局限转导 （ specialized / restricted
tranduction）,
（ 1）局限转导,通 过部分缺陷的温和噬菌体把供
体菌的少数特定基因携带到受体菌中，并获得
表达的转导现象。
（ 2）进行局限转导的微生物：
E,coli K12
（ 3）局限转导特点：
1） 传递基因,只能转导供体菌的个别特定基因；
2） 携带载体,该特定基因由部分缺陷的噬菌体携
带；
3） 缺陷噬菌体形成方式,缺陷噬菌体的形成方式
是由于其脱离宿主核染色体过程中，发生 低频率
的误切 或由于 双重溶源菌的裂解 而形成；
4） 局限转导噬菌体的形成,局限转导噬菌体的产
生要通过 UV等因素对溶源菌的诱导并引起裂解
后才产生。如,E,coli的 λ噬菌体和 Φ80噬菌体。
（ 4）转导的类型：
? 低频局限转导
? 高频局限转导
① 低频转导 (LFT,low frequency transduction)：
低频转导,通过一般溶源菌释放的噬菌体所进行的转导，只能形成极少数
（ 10-4~10-6）的转导子
? 不正常切离会将插入位点两侧之一的少数宿主基因连接到噬菌体 DNA
上，就形成了一种特殊的噬菌体，即缺陷噬菌体。
? 由于宿主染色体上进行不正常切离的频率极低，因此所形成的裂解物中
所含的噬菌体的比例极低
低频转导 (LFT) 裂解物的形成
低频转导的过程
?低频转导 (LFT) 裂解物
的形成
?低频转导 (LFT) 裂解物
去感染受体菌：低的感染
复数
?形成局限转导子
② 高频转导（ HFT,High frequency transduction）：
高频转导,营养缺陷菌体受到双重感染（ 正常噬菌体和缺陷
噬菌体） 后变为双重溶源菌，进行诱导后能产生 50%左右
的局限转导噬菌体的 HFT裂解物，用它 对转导受体菌进行
转导从而可获得 50%左右转导子的局限转导类型。
高频转导的过程：
? 噬菌体感染供体菌； HFT Lysate制备；低感染复数感染受
体菌；整合到受体菌基因组
如用 HFT裂解物去感染另一个营养缺陷菌体，会转变为原养
型。 E,Coil gal- →→ E,Coil gal+
5、溶源转变 (Lysogenic conversion)
? 概念,当正常温和噬菌体感染其宿主细胞而使其发生溶
源化时，因噬菌体基因整合到宿主的核基因组上，而使
宿主获得了除免疫性之外的新遗传性状的现象。
? 与转导的本质区别：
1）不携带任何供体菌的外源基因，宿主新性状是由于噬
菌体本身引起的；
2）这种温和噬菌体是完整的，而不是缺陷的；
3）获得新性状的是溶源化的宿主细胞，而不是经过遗传
重组形成的转导子；
4）获得的性状可随噬菌体的消失而同时消失。
? 发生溶源转变的微生物
※ Corynebacterium diphtheriae
β-温和噬菌体：不产毒素变为产毒素
※ Clostridium botulinum
新性状：产 C或 D型肉毒毒素
※ Salmonella anatum
ε15噬菌体细胞表面多糖结构
※ Streptomyces erythreus
P4温和噬菌体：红霉素生物合成和形成气生菌丝能力
（三）结合 （ conjugation）
? 1、概念,供体菌 （“雄”）通过其性菌毛与 受体菌
（“雌”）相 接触, 把 F质粒或其携带的不同长度的核基因
组片段传递给后者,并在后者细胞中进行双链化或进一步
与核染色体发生交换、整合，从而使后者获得供体菌的遗
传性状的现象，称为 接合 。
? 通过接合而获得新性状的受体细胞就是 接合子
（ conjugant）。
? 重组子（ Recombinant）
? 研究细菌接合的营养缺陷型法 原理 （ By J.Lederberg and E,L,
Tatum）
2,进行接合的微生物种类
细菌和放线菌
? 细菌，革兰氏阴性细菌
E,coli,Salmonella,Shigella,Klebsiella,Serratia,Vibrio,
Azotobacter,Pseudomonas
? 放线菌
Streptomyces,Nocardia等。最常见的 S,coelicolor
? 不同属间的接合
E,coli and Salmonella typhimurium
Salmonella and Shigella dysenteriae
3,E,coli的接合现象
什么是 F质粒？决定大肠杆菌 E,coli性别分化的质粒，是一
种属于附加体性质的质粒，既可在细胞中单独存在，也
可整合到核染色体组上。
? 通过接合而获得；通过吖啶化合物、溴化乙锭或丝裂霉
素等处理而发生质粒消除（抑制 F质粒的复制）；
? 合成性菌毛基因的载体
? 决定细菌性别的物质基础
四种接合型 E,coli菌株（ F质粒在细胞内存在方式）：
① F+ （,雄性”）菌株,含有 F因子，有性菌毛
② F-（,雌性”）菌株,不含有 F 因子，无有性菌毛
③ Hfr菌株 （高频重组菌株,high frequency recombination strain）, F质
粒从游离态转变成核染色体特定位点上的整合态。因为 Hfr
菌株与 F-菌株接合后发生重组的频率要比 F+与 F-接合后的重
组频率高出数百倍，故名。
④ F′菌株, 当 Hfr菌株内的Ｆ因子因不正常切离而脱离核染色
体组时，可重新形成游离的但携带一小段染色体基因的特
殊Ｆ因子，称 F′因子。携带了 F′因子的菌株，其遗传性状介
于 F+与 Hfr之间，这就是初生 F′菌株（ primary F ′-strain）。
F质粒四种存在方式及相互关系：
F+（“雄性”）菌株
? 指细胞内存在一至几个 F质粒，并在细胞表面着生
一至几条性菌毛的大肠杆菌菌株
? F+菌株与 F-菌株的接合,F+菌株与 F-菌株通过性菌
毛的沟通和收缩，将 F质粒由 F+菌株转移到 F-菌株
中，同时 F+菌株中的 F质粒也获得复制，使两者都
变成 F+菌株。
? 通过接合而转性别的频率接近 100％
? 接合的具体过程
Ｆ因子的传递过程（接合的具体过程）为：
? F质粒的一条单链在特定位点产生缺口，形成供体单链 DNA。
? 以滚环模型方式复制 F质粒：在断裂的单链 B逐步解开的同时，
留存环状单链 A边滚动、边以自身模板合成互补单链 A’；同时
含裂口的单链 B以 5’端为先导，以线形方式经过性菌毛而转移
到 F-质粒中。
? 在受体内线形外源 DNA单链合成互补双链，经环化后形成新的
F质粒。
F-（“雌性”）菌株
细胞中无 F质粒，细胞表面也无性菌毛的菌株
? F－ 菌株可通过与 F+菌株或 F’菌株的接合而接受供
体菌中的 F质粒或 F’质粒
? 通过接合接受来自 Hfr菌株的一部分或一整套核基
因组
从自然界分离得到的 2000个 E,coli菌株中 F-仅占 30％
左右
Hfr（高频重组）菌株
? High frequency recombination Strain,F质粒从游
离态转变成在核染色体组特定位点上的整合态，
从而提高与 F-菌株接合基因重组频率的 E.coli菌株
类型。
? Hfr菌株与 F-菌株接合后发生基因重组的频率比单
纯用 F+菌株和 F-菌株接合的频率要高数百倍。
? Hfr与 F-菌株的接合过程
Hfr与 F-菌株的接合过程
? Hfr与 F-细胞配对
? 通过性菌毛使两个细胞直接接触，并形成接合管
? 发生接合中断
? 外源双链 DNA片段与受体菌的染色体 DNA双链进行双
交换，产生稳定的接合子
Hfr与 F-菌株间的接合中断试验
接合中断法绘制环状染色体图
? 接合中断法（ Interrupted mating experiment）
? 获得接合子
? 按照接合中 DNA转移过程的严格顺序性及接合中断试
验，可画出环状染色体图
接合中断法
F’ 菌株
Hfr菌株细胞内的 F质粒由于不正常切割而脱离核染色体
组时重新形成的游离的携带整合位点一小段核染色体
基因的特殊 F质粒，或 F’因子。
? 初生 F’菌株
? 次生 F ’菌株
带有插入细菌基因的环状 F因子是一个复制子，称为 F‘因
子。利用 F’因子形成部分二倍体，以 F’质粒传递供体
基因的方式，称为,性导 ( sexduction）,F质粒转导
或 F因子转导（ F-duction),F质粒媒介的转导。
初生 F'菌株与次生 F'菌株的由来
（四）原生质体融合（ protoplast fusion）
1、概念,通过人为的方法，使遗传性状 不同的两细胞 的
原生质体 发生融合，并进而发生遗传重组以产生同时
带有双亲性状的、遗传性稳定的融合子（ fusant） 的过
程，称为原生质体融合。
2、进行原生质体融合的生物种类
? 原核生物：细菌、放线菌
? 真核生物：酵母菌、霉菌和蕈菌、植物细胞、人 和
动物细胞
3、原生质融合的主要步骤,p232
1、选择具有遗传标记的亲株
为了有利于重组子的检出，必须选择已知的或用
诱变方法获得的营养缺陷型或抗药性标记菌株作为
亲株，同时要求标记必须稳定。
2、原生质体的制备
选择合适的酶系进行细胞脱壁，细菌多用溶
菌酶，真菌多用纤维素酶，酵母菌用蜗牛酶等。
3、原生质体融合
把二亲株原生质体混合在一起，用 PEG
（ 聚乙二醇）助融，然后将融合子涂布在再生
平板上，保温后检出重组子。
4、再生
再生是一个十分关键的问题，
因为不同微生物的原生质体所要求
的最适条件不同。
5、重组子的检出
融合子重组的测定，通常采用染色
体标记的遗传重组来检测，如二亲株的
遗传标记为营养缺陷型 A+B-及 A-B+,则
其重组子应为原养型 A+B+。 检出重组子
一般可用二个方法：直接法和间接法。
原生质体融合的操作示意图
检出重组子一般可用二个方法：
? 直接法,将融合液涂布在不补充二亲株生长所需营养物
或补充有两种药物的再生平板上，直接筛选出原养型的
或双重药物抗性的重组子；
? 间接法,将融合液涂布在丰富的再生平板上，使亲株及
重组子都再生而长成细胞，然后用影印法或牙签法转到
选择性培养基上检出重组子，此法对某些有表型延迟作
用的遗传标记，较直接法有利，不至于因直接筛选而产
生干扰。
二、真核微生物的基因重组
? 有性杂交
? 准性杂交
? 原生质体融合
? 遗传转化
（一）有性杂交 (sex hybridization)
1.概念,杂交是在细胞水平上发生的一种
遗传重组方式 。 有性杂交, 一般指性细
胞间的接合和随之发生的染色体重组,
并产生新遗传型后代的一种育种技术 。
2,进行有性杂交的微生物
产生有性孢子的酵母菌、霉菌和蕈菌
酿酒酵母（ S,cerevisiae） 的有性杂交
步骤：
? 单倍体的制备：含醋酸钠或其他产孢子培养基
? 接触杂交
? 有性杂交后代双倍体
? 优良性状个体筛选
双、单倍体酵母细胞的比较
双、单倍体酵母细胞的比较
有性杂交的实例
酒精发酵酵母
? 产酒率高，对麦芽糖和葡萄糖发酵力弱
面包发酵酵母
? 产酒率低、对麦芽糖和葡萄糖发酵力强
上面二者的综合
? 同时用作酒精高产菌种和面包发酵菌种
（二）准性杂交 （ parasexual hybridization）
1,准性生殖 （ parasexual reproduction）,
? 是一种在同种而不同菌株的体细胞间发生的
融合, 它可不借减数分裂而导致低频率基因
重组并产生重组子 。 也可认为是在自然条件
下, 真核微生物体细胞间发生的一种自发性
的原生质体融合现象 。
2.准性生殖过程：
菌丝联结
形成异核体
核融合或核配
体细胞交换和单倍体化
单倍体杂合子
? 以灰黄霉素生产菌的
育种为例, 说明 准性
杂交 方法的主要步骤 。
半知菌的准性生殖示意图
准性生殖与有性生殖的比较
3.准性杂交育种（ Breeding by parasexuality）
灰黄霉素产生菌 Penicillium urticae（荨麻青梅）的准性杂交
育种
? 选择亲本
? 强制异合
? 移单菌落
? 验稳定性
? 促进变异
? 筛选杂合单倍体
准性杂交原理
finish
