部分合子的形成和基因重组

现在我们可以提一个问题，Hfr菌把DNA转入Fˉ细菌后，它自己就死亡了吗？回答是：不会死亡。这就是为什么在重组实验中必须要用链霉素杀死对链霉素敏感的且带有显性标志基因的供体Hfr菌的原因。生物化学的分析表明，Hfr菌在转移DNA的过程中伴随着DNA复制，电镜照片显示Hfr菌和Fˉ菌体接合时，具有由F因子的Hfr菌会形成连接两个细菌的性伞毛（sex pili）。处于合成中的Hfr菌DNA就通过性伞毛转入Fˉ细胞。整个过程如图2-12。

到现在为止，我们的讨论仅仅限于接合中菌体遗传信息的转移过程。然而，基因转移是通过稳定的重组子的出现来验证的。遗传信息由Hfr菌或F′菌转入受体细胞再到稳定的重组子的出现，必须要历经外源DNA的整合，或者与受体细胞染色体的交换过程。细菌中的基因重组交换和真核生物的生殖细胞形成和受精过程中的交换是不尽相同的。

细菌中的交换至少有三个显著的特点。

图2-12　F因子整合于细菌染色体、Hfr菌的生成、Hfr菌与Fˉ接合中DNA复制和转移，以及部分二倍体形成过程示意

（1）与真核生物由配子融合形成合子不同，细菌之间的接合并不是两套完整的基因组之间的遗传物质交换，而是在一个完整的内基因子（enoogenote）和一个不完整的外基因子（exogenote）之间进行交换的。在交换之后得到的是一个部分二倍体，或称部分合子。细菌的遗传分析实际上是部分合子的遗传分析。

（2）在部分合子中，交换必须是成双的，或者讲必须是偶次交换。单交换的产物只是一个打开的环，即一个部分二倍体DNA的线性分子。为了得到完整的环状DNA分子，必须进行双交换（图2-13）。双交换产生一个环状DNA分子和一个不完整的线状DNA分子。这个线状片段如果没有完整的复制序列就会在以后的细菌生长和分裂过程中消失。

图2-13　部分合子中外基因子和内基因子间的交换模式

（3）细菌中的交换并非对等交换（reciprocal），交换双方中只有一方保留，而另一方会丢失。

托密扎瓦（J.Tomizawa）曾对部分合子的重组分离做了动力学研究（图2-14）。他用Hfr Lac＋TsSs和FˉLacˉ TrSr做接合杂交，随之用噬菌体T杀死Hfr菌。然后，在不同的取样时间抽取菌样涂布于EMB乳糖琼脂平板。在这种特殊的培养基上，FˉLacˉ菌落呈白色，而最初形成的部分合子Lac＋/ Lacˉ呈红白相杂的菌落，称为Lacv。随着时间的推移，Lacv的数目渐渐减少，红色的Lac＋菌落相应地逐渐增加。到130 min时，Lacv几乎消失。托密扎瓦根据实验数据推测Lacv的消失和Lac＋的出现有一一对应关系，他据此认为一个Lacv菌中的Lac＋基因只能形成一个带Lac＋的稳定的重组子。

最后，我们对细菌的接合重组过程做个小结。细菌的染色体是一个闭合的环状DNA分子。环外可以有能育因子F，F因子也是个环状DNA分子，分子量为染色体DNA的3%。F因子是一种附着体，带有游离状态的F因子的是F＋菌。F因子可以通过A.坎贝尔模型经一次交换而整合于染色体，使F＋菌变成Hfr菌。Hfr菌与不含F因子的Fˉ菌接合时，通过性伞毛将染色体DNA转移至Fˉ菌。然而，这种转移往往是不完全的，接合的结果是在受体细胞中形成部分合子；完整的受体基因组和不完整的供体基因组之间经过双交换可以产生稳定的重组子，相应的线状染色体片段在以后的分裂中丢失，部分合子的交换不对等性是细菌遗传学研究中必须注意的一个重要特性。

图2-14　Hfr Lac＋TsSs和FˉLacˉTrSr杂交中Lac＋重组子分离动力学研究（改自G.S.Stent）

第一个Lac＋重组子在50 min时出现，而多数Lacv能在一个世代中转变为稳定的Lac＋。