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转导

以噬菌体为媒介,将一个细胞的基因转移给另一细胞的过程。它是细菌之间遗传物质的传递和交换的方式之一。1951年津德(N.D.Zinder)和莱德伯格(J.Le-derderg)首先在鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi-murium)发现转导现象。

噬菌体为媒介,将一个细胞的基因转移给另一细胞的过程。它是细菌之间遗传物质的传递和交换的方式之一。

1951年津德(N.D.Zinder)和莱德伯格(J.Le-derderg)首先在鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi-murium)发现转导现象。他们将甲硫氨酸和组氨酸营养缺陷型菌株LT-2与苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸营养缺陷型菌株LT-22分别接种在戴氏U形管的两臂内,中间用超微多孔的硼硅酸玻璃滤片隔开,以防止两种细菌直接接触。结果在LT-22一端获得了能在基本培养基上生长的野生型重组体。它不是由细菌接合产生的,而是由一种过滤因子导致的。这种过滤因子用DNA酶处理不被水解,所以不是DNA分子,排除了转化的可能性。这种过滤因子的大小和质量与P22相同,用抗P22血清处理后失活,故证实是P22。至今已在大肠杆菌、肺炎克氏杆菌(Kiebsiella pneumoniae)、痢疾志贺氏菌(Shigella dysenteriae)、葡萄球菌、枯草杆菌、假单胞菌和变形杆菌(Proteus)等20多种细菌发现有转导现象。在放线菌和高等动物的细胞株中也有报道。

转导可分为普遍性转导和局限性转导两类。普遍性转导能够转导供体细胞任何基因。鼠伤寒沙门氏菌P22噬菌体大肠杆菌P1噬菌体和枯草杆菌PBS1、PBS2、PBS10等都是普遍性转导噬菌体。这类噬菌体侵染细菌后,细菌染色体断裂。在形成噬菌体颗粒时,偶尔错误地把细菌DNA片段包装在噬菌体外壳内而形成假噬菌体。这种假噬菌体称为转导颗粒。当假噬菌体吸附到另一种细菌上时,将内含的供体细菌DNA注入到受体细胞内,形成部分二倍体。又可分为两种情况:①经过重组,供体DNA整合到受体的DNA上(见图)新的转导子能够稳定遗传,这种转导方式称为完全转导。转导颗粒所含的供体DNA长达20~30个基因。两个以上的基因同时被转导的现象称为并发转导。②如果部分二倍体不发生重组,转导DNA不能整合到受体DNA上,不能复制但能表达。细胞分裂后转导DNA只转递给两个子细胞中的一个,虽经多次分裂,仍只有一个细胞含有转导DNA,呈单线遗传,这种转导方式称为流产转导。在一次转导试验中,通常流产转导多于完全转导。

普遍性转导的完全转导图解

局限性转导只能转导供体细胞的几个特定基因。例如λ噬菌体能转导大肠杆菌K-12的半乳糖(gal)和生物素(bio)两个基因:φ80噬菌体能转导大肠杆菌的色氨酸(trp)和胸腺嘧啶激酶(tdk)两个基因等。现以λ噬菌体为例,当λ噬菌体侵染细菌后,它的DNA整合到大肠杆菌染色体的特定部位,即gal和bio两个基因之间。通过紫外线诱导,将整合到大肠杆菌染色体上的噬菌体DNA切除。在大约105~106噬菌体中得到-个缺少噬菌体一段DNA而连着细菌的gal或bio基因的转导颗粒,称为λgal或bio。用λgal(或bio)侵染gal-(或bio-大肠杆菌菌株,可以得到野生型的转导子。但形成的转导子较少,称为低频转导。如果用λgal(或λbio)和λ噬菌体同时侵染受体细胞,两者的DNA都能整合到受体染色体上成为双重溶菌源。经过诱导裂解时可以得到50%的转导颗粒。用这种方式得到的噬菌体进行诱导,有50%的转导子,称为高频转导。局限性转导不发生并发转导,每次只能转导与原噬菌体DNA相连的两个细菌基因中的一个。

通过不同基因并发转导的频率可以测定细菌基因间的连锁关系,进行基因定位(见基因定位)。利用多位置突变型的转导分析还可以绘制基因精细结构图。还可利用流产转导单线遗传的部分二倍体进行互补测验,以便研究不同基因突变功能上的相互关系。在遗传工程中可以利用λ噬菌体作为载体,与目的基因组成重组DNA,通过转导将目的基因转移至受体细胞。并可用此法建立基因文库