2.4.5　转导

为了验证在沙门菌（Salnonella typhinurium）中是否也有大肠杆菌中的接合现象，J.莱德伯格和津德（N.Zinder）做了一个与大肠杆菌类似的杂交实验：

实验结果与大肠杆菌中的情况相似。但是，当他们把两个亲本菌株分别置于U形管的两臂（图2-2）时，在培养LT22细菌的一臂出现了野生型细菌。这里出现的遗传重组显然不是以培养在U形管两臂的LT22和LT2菌体直接接合为前提的。接着，他们用改变U形管中间的滤板孔径的方法证实，在两个菌株之间传递遗传物质的因子与沙门菌的一种温和噬菌体P22的大小相当，免疫学实验还证实这种因子可以被P22抗血清灭活。J.莱德伯格和津德进而又用LT2的一株P22抗性品系来代替敏感的LT2，U形管的两臂都不出现野生型重组体。根据上述几项实验，他们假定，很可能是温和噬菌体P22把基因从一种细胞传给了另一种细胞，并将这种通过噬菌体把基因从一种细菌带入另一种细菌的现象称为转导（transduction）。

进一步的研究表明，LT22是携带了P22原噬菌体的溶原性细菌，LT2是对P22敏感的非溶原性细菌。在培养的过程中，少数LT22细菌自溶而释出游离的P22，这种噬菌体通过U形管底部的滤孔进入培养LT2细菌的一侧，随之感染并溶裂敏感的LT2细菌。溶裂过程中极少数P22的头部裹入了寄主细胞LT2的染色体片段，转而携带P22的片段又渗回U形管培养LT22细菌的一侧将部分LT2的基因转入LT22，在LT22细胞中形成部分双价体，经交换和重组产生了野生型细菌。不久，许多微生物学家报道了转导现象，表明转导是溶原性细菌以温和噬菌体为介导与敏感的非溶原性细菌之间常见的一种进行遗传物质交换的渠道。

1965年，伊科达（K.Ikeda）和托密扎瓦以大肠杆菌和噬菌体P1为实验材料详细分析了转导过程。他们发现在非溶原性细菌被P1感染和溶裂的过程中，它的环状染色体DNA被裂解为小的片段，某些片段会在P1噬菌体组装过程中偶尔装入病毒的头部，形成转导噬菌体（transducing phage）。用诱导因素处理溶原性细菌时，也会发生类似导致转导噬菌体产生的情况。转导过程有赖于噬菌体的蛋白质外壳相关结构的完整，并正常行使吸附寄主细胞和注入DNA这两种功能。与通过F′因子介导的基因转移相似，转导噬菌体注入寄主细胞的也是供体细胞基因组的DNA片段。转导也会导致受体细胞成为部分双价体，经过交换和重组也可产生重组体。转导产生的重组子称为转导子。图2-24是转导过程的示意图。

到现在为止我们讨论的都是一个标志基因的转导，实际上只要两个基因的连锁紧密到足以能为一个噬菌体头部蛋白所包裹，这两个基因就有可能同时被转导，这种现象称为并发转导（cotransduction），所产生的重组体称为并发转导子。利用并发转导可以进行基因组精细结构的分析，画出精确的细菌基因组局部连锁图。在基因工程技术发展以前，早期定位于大肠杆菌和沙门菌染色体上的基因，绝大多数是借助并发转导来精确定位的。

除了寄主DNA随机包裹于噬菌体头部蛋白而导致的普遍性转导外，还有一种局限性转导，只能转导寄主染色体上非常狭窄的一个范围内的基因。以λ噬菌体为例，它可以以原噬菌体的形式整合于寄主染色体的特定位置，即Gal基因和Bio基因之间。当用紫外线处理野生型的K12（λ）时，Gal＋基因可能经一个异常的逆整合而为λ噬菌体所携带。这种异常逆向整合发生的概率是很低的，所以用诱导裂解产生的噬菌体群体感染非溶原性的Galˉ细胞时，Gal＋转导子的出现频率只有10-6，称为低频转导（low frequency transduction，LFT）。

值得注意的是多数转导子并不稳定（稳定的只占1/3左右），大多数Gal＋转导子会以10-3的概率分离出Galˉ细胞，也就是说转导子会以10ˉ3的概率丢失转导噬菌体导入的基因。如果用紫外线来处理不稳定的转导子，则会诱导细胞的溶裂并释放有感染力的噬菌体，其中约有一半，即高达50%的噬菌体具有转导Gal＋基因的能力。这些转导噬菌体所进行的转导称为高频转导（high frequency transduction，HFT）。但是，当我们将能做高频转导的噬菌体和Galˉ受体细胞以1∶1的感染指数混合培养时，得到的Gal＋转导子虽然对λ噬菌体的感染有免疫性，却不能诱导受体细胞溶裂和产生有感染力的噬菌体。这种转导子称为缺陷溶原性转导子。只有将HFT转导噬菌体和过量的非转导噬菌体一起感染敏惑的受体细胞，才能得到溶原性转导子，这些转导子可在紫外线诱导后释放出HFT转导噬菌体。

怎样解释HFT转导噬菌体的上述种种性质呢？这种噬菌体能转导Gal＋基因，又能使寄主细胞获得免疫性，所以它必定携有Gal＋基因，又有λ噬菌体的DNA片段。但是它的缺陷溶原性又表明它的λDNA是不完整的，有缺陷的。这种噬菌体称为缺陷型半乳糖基因转导噬菌体（简称λdg）。当λdg和正常的λ一起感染一个细胞时，这个细胞实际上是λdg和λ的双重溶原化细菌。当紫外线诱导双重溶原化细菌时，则会产生大致等量的λ和λdg，这里野生型λ起了辅助缺陷型噬菌体成熟的作用，称为辅助噬菌体。这就是高频转导和缺陷溶原性噬菌体产生的机制。

到现在为止我们已经介绍了细菌遗传重组的三条途径：接合重组、转化和转导。这三种过程形成的都是异源部分合子，经双交换后都能获得稳定的重组子。运用适当的选择方法可以筛选得到出现频率极低的重组子，并借以进行精细的遗传分析，绘制出细菌遗传学图。