七、转化作图
1．转化（transformation）机制
自从Avery等（1944年）发现了肺炎双球菌的转化后，在其它生物中也发现有转化现象。一般情况下，从一个供体菌株分离出来的DNA与另一受体菌株活细胞接触后，大约只有1%的受体细菌细胞可吸收外源DNA，并发生转化。
转化时供体DNA片段平均长度约为20000bp，DNA片段进入受体后和受体染色体形成部分二倍体，因此有可能发生重组，从而成为稳定的重组子。转化过程如下：
（1）双链DNA分子和受体细胞表面可逆性地结合。
（2）供体DNA片段被吸入受体细胞，并要防止被受体DNA酶所破坏。
（3）供体DNA进入受体后，双链DNA立即转变为单链DNA，其中一条单链被降解。
（4）未被降解的一条单链DNA部分地或整个地插入到受体细胞的DNA链中形成杂合的DNA分子。
（5）这种杂合DNA复制、分离以后，形成一个受体亲代类型的DNA和一个供体与受体DNA结合的杂种双链，从而导致基因重组，形成各种类型的转化子（transformant）
2．转化作图
转化中的供体DNA片段往往可以携带若干个基因，这些连锁基因可以同时转化，当然同时转化的基因不一定都是连锁的，因为两个不连锁的DNA片段有可能被同一个细菌细胞所吸收。
区分两个基因是连锁遗传、还是独立遗传，经常要观察DNA浓度降低时的转化频率的改变。如果A和B是不连锁的，那么当DNA浓度下降时，AB同时转化频率的下降将远远超过A或B的转化频率下降的程度，这是因为在较低的浓度范围内，转化频率和转化DNA浓度成正比关系；如果两个基因在同一DNA分子上，那么浓度降低10倍时，两个基因同时转化的几率也将减少10倍。但是如果两个基因在不同DNA片段上，那么DNA浓度下降时，两个基因同时转化的几率将减少100倍，而不是10倍。由此可确定A和B之间是否连锁，确定连锁关系后就可通过转化试验进一步作图。
在计算两基因或多基因间的交换率时，由于供体基因片段仍是要通过双交换或偶数的交换进入受体DNA内，计算公式同7-2。
八、转导作图
1．转导（transduction）现象的发现
为了验证在沙门氏菌（Salmonella typhimurium）是否也存在类似于大肠杆菌中的接合现象，J.Lederberg和N.Zinder做了一个杂交试验：
LT22 phe－trp－ tyr－ his × LT2 phe trp tyr his－
结果：在基本培养基上以10-5频率出现野生型菌株，这似乎和大肠杆菌中的接合重组情况相似。但是，当把两个亲本菌株分别置于“U”型管的两臂时，结果出乎以外地在LT22的一臂也出现了野生型细菌。显然这种重组是不同于大肠杆菌中接合重组，因为这种U型管的中间是用烧结玻璃隔开的，只能允许DNA等大分子以及病毒通过，细菌细胞是不能通过的，所以这两种细菌不能直接接触。
进一步试验证实在两个菌株之间传递遗传物质的因子是沙门氏菌中的一种温和性噬菌体P22。这种温和性噬菌体存在于LT22细菌的染色体中，而LT2细菌对P22敏感。
在培养的过程中，少数LT22细菌自溶释放出游离的P22，而这种游离的P22从U型管的烧结玻璃处进入LT2细菌细胞中，随后裂解它。在组装LT2病毒时，宿主LT2的环状染色体被裂解成小片段，其中一些片段在P22组装时偶尔装入头部，形成转导噬菌体（transducing phage）；它再越过烧结玻璃到达LT22细菌细胞上，于是这种转导噬菌体就将LT2的基因（如trp 基因）转入LT22，经交换后，成为trp 重组子。由于这种重组子能在不含色氨酸的培养基上生长，所以很容易被检出。
2．普遍性转导
如果在转导时能将供体的所有基因片段都转移到受体，这种转导称为普遍性转导（general transduction）。如上述的P22噬菌体就能将供体的基因片段都转移到受体细胞内。
（1）错误包裹模型
用错误包裹模型可解释普遍性转导。其内容是：在噬菌体感染细菌后，DNA侵入到宿主细胞，这时，宿主细胞内的DNA被噬菌体释放的酶所切割，形成许多片段。同时噬菌体开始快速复制、合成自身的蛋白质外壳等。在噬菌体组装时，蛋白质外壳对DNA片段识别能力较弱，若这时有宿主细胞内未被彻底降解的DNA片段长度类似于噬菌体DNA的长度时，噬菌体外壳蛋白就将供体DNA片段包装进去，形成含有细菌DNA片段的转导噬菌体（transducing phage）或假噬菌体（pseudophage）。当这种假噬菌体继续侵染其他细菌时，就将供体的DNA片段传递给受体细胞，先形成部分二倍体，再通过偶数的交换，最终形成稳定的重组子（图7-23）。
（2）普遍性转导作图
由于普遍性转导频率很低，而且噬菌体头部非常小，能装入头部的DNA区段很短，所以如果两个基因同时转导的现象称为共转导或并发转导（cotransduction）。两个基因共转导的频率越高，表明两个基因连锁越紧密；共转导频率越低，表明这两个基因距离越远。正是利用这一原理，可进行细菌的基因作图。
如分析3个基因则需做3次两因子转导试验，才能确定这3个基因的次序。假定这3次试验结果为：（1）a基因和b基因共转导频率高；（2）a和c基因的共转导频率也高；（3）b和c基因的共转导频率很低，那么这3个基因的次序就一定是bac。
（3）流产转导
在基本培养基上，普遍性转导除了出现正常菌落（转导基因形成的菌落）外，还有大量小菌落，这两者之比大约为1:10，这一现象是因为转导噬菌体虽然将供体野生型基因导入受体，但是只有10%的可以组入受体染色体中形成完全转导型（complete transduction），即在基本培养基上形成正常的菌落，而90%的供体野生型基因并未组入受体染色体内，不能复制，当这些细胞分裂时，只有一个细胞得到该基因。这种过程一再发生后，供体的该野生型基因便一直沿着单个细胞传递下去，这称为单线遗传。
凡是经转导产生的部分二倍体内的供体基因，若不组装入受体细胞染色体内，只能以外源DNA片段仍残留在受体细胞内，随着细胞的分裂逐渐减少，这种转导方式称为流产转导（abortive transduction）（图7-24）。
3．局限性转导
在转导时只能转导供体细胞特定的区段则称为局限性转导（restricted transduction）。
（1）局限性转导的产生原因——Campbell模型
为了解释局限性转导，1962年A. M. Campbell提出了以下假设：温和噬菌体λ也是一种附加体，既可以自主状态存在，也可整合到细菌染色体中，而且是整合于宿主染色体特定的附着位点attB处而形成原噬菌体。它一边是半乳糖（galactose）操纵子ga1基因，另一边是生物素（biotin）合成基因bio。原噬菌体离开细菌染色体时偶尔形成某些细菌基因和噬菌体基因连在一起的DNA片段。这种混杂的DNA片段由噬菌体外壳包装，就形成了局限性转导颗粒，通过这种颗粒可将细菌的基因由供体细胞转移至受体细胞，只是这种转导仅限于靠近原噬菌体附近的基因，如λ噬菌体专门转导大肠杆菌的gal和bio基因（图7-25）。
（2）局限性转导作图
在局限性转导颗粒中被包装的DNA总长度同样也与噬菌体基因组长度相当，否则就难以包进噬菌体的头部外壳中，那么在局限性转导颗粒中既然加进一段细菌的DNA，必然要减少相应长度的一段噬菌体自身的DNA，所以这种转导噬菌体是有缺失（defective）的，因此用λd gal 或λd bio 表示。这种有缺失的λ转导后，gal 菌株在裂解时也不产生成熟的λ颗粒，而且局限性转导噬菌体发生机率很低，故用这种噬菌体群体感染非溶源性的gal－ 的受体细胞后，转导子出现频率只有10-6，所以称低频转导（low frequency transduction，LFT） 。
当在杂合体gal /gal－中，由于该杂合体不稳定，如用紫外线诱导 gal /gal－细胞裂解，所产生的溶菌产物将包含约一半正常的噬菌体和一半λd gal 转导噬菌体，这样的溶菌产物进行转导时频率较高，故称高频转导（high frequency transduction, HFT），因为这种溶菌产物中既有大量的细菌gal 基因，又包含正常的λ噬菌体，正常的λ起了辅导缺陷型噬菌体成熟的作用，所以称为辅助噬菌体（complementary phage），从而提高了转导频率。
若发生了两个基因的共转导，则可依据任两个基因相对距离，进行基因定位，其原理同普遍性转导。
4．普遍性转导与局限性转导的差别
二者都是以噬菌体为媒介，将供体的基因传递给受体。但它们之间存在着较大的差异：
（1）转导的媒介不同：普遍性转导通常所用的噬菌体是烈性噬菌体；而局限性转导一定是温和噬菌体。
（2）转导的过程不同：前者是由于噬菌体外壳在包裹DNA时，发生了错误，将宿主DNA片段组装入自身的头部内，形成了假噬菌体，才出现了将供体基因传递给受体的结果；而后者则是温和噬菌体在嵌入细菌DNA时，有一固定的att点，当它从细菌DNA上脱离时，将宿主细菌的特定DNA片段组装入自己的头部内，形成了缺陷型噬菌体，才将特定基因传递给受体。
（3）转导子不同：前者的转导子是完整噬菌体的蛋白质外壳，包装的却是细菌不同的DNA片段（长度与噬菌体DNA长度近似）；后者的转导子则是缺陷了噬菌体自身片段，而带上原来嵌入点附近的个别的基因，如λd gal 。
（4）转导的结果不同：前者能将供体的几乎所有的基因片段都可转导入受体，但容易产生流产转导；后者仅转导原插入点附近的个别基因，进入受体后，很容易再插入到受体DNA内，与宿主DNA形成一个完整的整体，不会出现流产转导。
