普通遗传学-第20章
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图5…13 rII区的精细缺失作图
水平粗线表示缺失的末端，从A1到B10为通过缺失突变体鉴定出的47个亚区段，水平粗线的左端为缺失
突变体的名称，其中有些缺失突变超出了rII区之外。垂直粗线示主亚区，垂直红线为主亚区中的次亚区
杂交，对突变位点大致定位。例如，如果某个突变不能与缺失突变体1272但能与1241进行重组，产生野生型重组体，则该突位于rⅡ区左端的Ala、A1b1或Alb2亚区内。为了确定这3个亚区中
究竟哪一个含有该突变体，可将这3个亚区分别与缺失的1364和EM66进行杂交。假定该突变体能与缺失EM66进行重组，而不能与1364重组，则该突变体必定位于A1b1亚区内。然后只要将该突变与位于这一亚区的其他突变体杂交，就可作出该突变的精细图。Benzer在对rⅡ区中数百个自发突变进行定位时发现，这些突变并不均匀地分布在rⅡ区内，有些位点根本不发生突变，有些位点则可反复地发生突变。在Benzer筛选的1612个突变体中有500个以上突变发生在同一位点之内，他将这些突变发生率高的位点称为热斑（hot spot）。这与化学诱变结果相一致。
5。2。3 互补测验和顺反测验
互补测验（plementation test）是用来确定影响某一种表型效应的一些突变是属于等位基因内突变还是属于非等位基因间突变。进行这样的分析，需要在同一细胞内建立2个突变体的二倍体或部分二倍体。因为从功能角度上来讲，属于同一基因的2个突变体是不能互补的（图5…14a），如果2个突变型能够互补，就说明它们属于2个基因，例如图5…14b中，同一细胞中的一个染色体上的基因a发生了突变，而它的基因b是完好的，另一个同源染色体上基因b发生了突变，可是它的基因a是完好的。由于彼此补偿了对方突变基因带来的缺陷，所以细胞的表型是正常的即野生型。如果2个突变基因是在同一个染色体上，而另一个同源染色体上的这2个基因是正常的，结果也相同。如果2个突变型都是在基因a座位上发生突变，那么在它们分处于2个同源染色体上时，便缺少了野生型基因a，因此细胞的表型是突变型。如果这2个突变型都位于同一个染色体的基因a座位上，由于另一个同源色体上的基因a是完好的，因此细胞的表型是正常的（图5…14c）。2个突变分别位于2条同源染色体上的基因组合称为反式构型（in trans）；而当2个突变位于同一个染色体上的基因组合称为顺式构型（incis）。比较顺式和反式构型细胞的表型从而判断2个突变是否属于同一基因的测验，称为顺反测验（cis…trans test）或互补测验。
Benzer通过互补分析发现T4噬菌体rⅡ突变型可分为rⅡA和rⅡB两组（图5…13），一组中的任何成员可与另一组中的任何成员互补。他的遗传分析结果证明，所有rⅡA突变型在rⅡ区的一端从A1到A6，所有rⅡB突变型在rⅡ区的另一端从B1至B10，因此他正确得出结论，rⅡA和rⅡB区是分开的功能单位，通过互补试验把它们定义为顺反子（cistron）。顺反子是一个必须保持完
整才具有正常功能的遗传物质的最小单位，等同于基因。
图5…14 互补测验或顺反测验示意图
另外，还必须提到基因内互补，即某一个基因内部的不同位点的突变型之间也有互补作用。区别基因间互补和基因内互补的标准是：①基因间互补可发生在任何2个非等位基因之间，基因内互发生在同一基因内的若干不同的突变型之间，但同一基因产生的绝大多数突变是不能互补的。②互补突变型产生的酶在性质上不同于野生型产生的酶，它至多只有野生型活性的25％。
对基因内互补的种解释是，许多蛋白质是由2条或几条相同的多肽链聚合而成的，突变引起多肽亚基上一个氨基酸代换，使该亚基的三维空间构型发生变化，不能聚合产生一个有活性的酶（图5…15）。某一基因的2个突发型虽然各自产生一个发生了变异的多肽，却不能自身聚合成有活性的酶；但是当它们结合在一起时有可能互补形成一个有活性的酶。沙门氏菌中的甘油磷酸脱氢酶的基因，大肠杆菌和链孢霉中色氨酸合成酶的基因，链孢霉中谷酰脱氢酶基因都有基因内互补的现象。
图5…15 基因内互补
3种型式表示野生型和2种突变型产生的蛋白质亚基的三维空间构型。只有当
2个亚基聚合时才能产生有活性的酶。
（a）蛋白质亚基的三维空间构型使它们能聚合形成有活性的酶蛋白复合分子
（用圆圈表示） （b）亚基改变了三维空间构型，不再能聚合形成有活性的
酶。 （c）另一个突变型可能以不同方式改变三维空间构型，但亚基也不能
聚合形成有活性的酶。 （d）当2个突变基因结合在一个异核体内时，2种
类型的亚基能聚合形成活性减小的酶。只有50％的亚基对能够互补，另外50％
同类相配，没有活性。
5。2。4 负干扰
在第4章中已论述了在三点测验时，一个单交换发生后，在它邻近再发生第二个单交换的机会就会减少，即一个单交换会降低另一个单交换发生的概率，这种现象称为干扰（interfer…ence）。对于受到干扰的程度可采用符合系数（C=实际双交换值/理论双交换值）或干扰系数（I=1…C）来加以衡量。干扰系数为1时，表示安全的干扰，即一点发生交换，其邻近一点就不会发生单交换。干扰系数为0时，表示2个单交换独立发生，完全没有干扰。在λ噬菌体的三点测验中，发现一
个单交换发生后，会增加另一单交换发生的概率即所谓负干扰（nega…tive interference）现象，这时干扰系数为负值，或符合系数大于1。表5…2是T4噬菌体三点测验资料，根据第4章三点测验的方法可以画出T4噬菌体包括3个基因的染色体图，但不同的是符合系数在于1而不是小于1，表明m…r之间的单交换可提高r…tu单交换发生的概率或者相反。
表5…2 大肠杆菌噬菌体T4的三点测验（m r tu×＋＋＋）结果
基因型 噬菌斑数 百分率/％ 基因型 噬菌斑数 百分率/％
1。m r tu 3 467 33。5 5。m r ＋ 853 8。2
2。＋ ＋ ＋ 3 729 36。1 6。＋ ＋ tu 965 9。3
3。m ＋ ＋ 520 5。0 7。m ＋ tu 162 1。6
4。＋ r tu 474 4。6 8。＋ r ＋ 172 1。7
负干扰后来在真核生物如家蚕、真菌中也都有发现。负干扰的发生可能与基因转变（gene conversion）有关，往往重组基因相距很近或发生基因内重组时会出现负干扰。
5。3 细菌的细胞和染色体结构
细菌的细胞包括细胞膜、核区、细胞质和细胞壁。部分细菌还有某些特殊结构，如鞭毛、伞毛、荚膜、芽孢和气泡等（图5…16）。细菌是单细胞生物，完成每个世代只需20min，而且很容易得到它的生化突变型。遗传物质又比较简单，适宜用作基因结构和功能的研究。细菌的大小不一，大肠杆菌的平均长度约2um，宽约0。5um。常见的细菌细胞的形状有杆状、球状和螺旋状，其中以杆状最为常见。
细菌细胞与真核细胞之间有2个基本差异。首先，原核细胞缺乏线粒体、叶绿体等细胞器。第二，原核细胞没有核膜，因此也没有界限分明的细胞核。
细菌无真正的细胞核，只是在菌体中央有一个大量遗传物质DNA所在的核区，称为拟核，其功能与细胞核相当。核区无核膜和核仁，由一个环状DNA分子高度缠绕而成，其中央部分还有RNA与支架蛋白。
细菌DNA是一个很长的共价闭合环状双链分子，通常为经过反复折叠形成高度缠绕的致密结构——超螺旋，能存在于长度仅有DNA几百万分之一的菌体中。例如，大肠杆菌染色体长约1mm，但其菌体长仅2～3um。细菌无典型的染色体结构，没有组蛋白与DNA结合，DNA仅与一些碱性蛋白相结合。此外，细菌染色体DNA中有一定比例（约1％）的碱基甲基化，其中以腺嘌呤居多，胞嘧啶次之。
除染色体DNA外，很多细菌还含有一种染色体遗传成分——质粒。这是一些小型环状DNA，携带着决定细菌某些遗传特性的基因，如接合或致育、抗药、产毒、致病等以及产生抗生素和色素等次生代谢产物或形成芽孢的基因。质粒能独立于染色体存在和复制，很多质粒还能在细胞之间传递。它们也会自行或经某种理化因子处理而消失。有的质粒还能整合到染色体中，在染色体的控制下与染色体一起复制，这种质粒称为附加体（episome）。
影印培养法是细菌和病毒遗传研究的常用方法。其基本原则是：把长有许多菌落的母培养皿倒置于包有灭菌丝绒布的圆木柱（直径略小于培养皿）上，然后把这一“印章”上的细菌一次接种到一系列选择培养基平板上。经培养后，通过对各皿相同位置上的菌落作对比，就可选出适当的突变型（图5…17）。
图5…16 细菌细胞的结构 图5…17 细菌的影印培养技术
某些结构如荚膜、鞭毛、孢子和伞毛等不是所有细胞都具有的
（a）革兰氏阳性细菌 （b）革兰氏阴性细菌
5。4 细菌的染色体作图
5。4。1 接合
5。4。1。1 接合现象的发现
1946年，J。Lederberg和E。Tatum设计了一个研究细菌基因重组的试验。他们选用大肠杆菌K…12的2种不同营养缺陷型菌株即甲硫氨酸（met ）、生物素（bio ）的营养缺陷型和苏氨酸（thr…）、亮氨酸（leu ）、硫氨素（thi…）的营养缺陷型。“＋”代表原养型或抗性，“…”代表营养缺陷型或敏感型。
菌株A的基因型为：met… bio… thr＋ leu＋ thi＋ ；只能在补充有甲硫氨酸、生物素的培养基上基上生长。
菌株B的基因型为：thr… leu… thi… met＋ bio＋ ；只能在补充了苏氨酸、亮氨酸和硫氨素的培养基上生长。
在这一实验中，他们将2种细菌都涂布到基本培养基中培养，其中有些平板只涂布菌株A，有些平板只涂布菌株B，有些则涂布预先在液体完全培养基中培养了数小时的A株和B株的混合物（图5…18）。经培养后发现，只有在混合培养平板上长出了菌落，其频率为1×10…7，而在单独培养A菌株和B菌株的培养基上生长，因此这一试验表明这2个菌株的基因组之间可能发生了某种形式的基因重组。
图5…18 Lederbeng和Tatum的细菌结合试验
这种原养型菌落是如何产生的呢？由于Lederberg和Tatum用的是多重营养缺陷型，因而就可以排除发生回复突变的可能性。单个基因的突弯率在10…6。2个或2个以上突变型同时发生突变，回复突弯率都小于10…12，这在基本培养基上几乎不可能获得菌落。那么是否发生遗传转化呢？1950年；B。Davis设计的U形管实验否定了这一推测。他在一根U形管底部用超微孔滤片隔开，将A和B菌分别注入两臂中（图5…19）。这种滤片使大肠杆菌不能直接接触，但可以允许大约0。1um以下的分子通过。他在U形管的一端通入灭菌空气或用吸气方法使培养液从一端经过滤片透到另一端，使两边的培养基较好地相通。培养一段时间后，�
