细菌转导

转导是指由噬菌体作为媒介，将一个细菌细胞（供体）的遗传物质(DNA)传递给另一个细菌细胞（受体） 的过程。
转导现象是1952年由Zinder和Lederberg在研究鼠伤寒沙门菌重组时发现的。为了确定遗传物质的重组是否一定需要互补基因型的细胞间的直接接触，Zinder等采用一个中间有熔结玻璃细菌滤片的U形管，将沙门菌Lt-2的蛋氨酸、组氨酸营养缺陷型[Lt-2(met-,his-)]及Lt-22的苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸缺陷型 [Lt-22phe-,try-,tyr-)]分别加在U形管两臂中，生长数小时后发现在Lt-22这一臂中出现大量不需要任何氨基酸的原养型。这个现象与早期发现的需要双亲细胞之间直接接触的细菌接合现象不同，遗传物质的传递不需要互补基因型的细胞之间的直接接触，而是由滤过因子所引起。进一步证明滤过因子是溶源性细菌Lt-22自发释放的P12噬菌体。它通过玻璃滤器进入Lt-2这一臂，将Lt-2细菌（供体）裂解，然后又进入U形管Lt-22这一臂。由于携带Lt-2的某些基因的噬菌体将这些基因传递给Lt-22，使Lt-22得到Lt-2的性状，具有能在不含色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸培养基上生长的能力。这样，便成了转导过程。
根据噬菌体传递细菌遗传标记的范围，转导分为两大类型： 普遍性转导和局限性转导。普遍性转导又分为完全转导及流产转导。
普遍性转导 在普遍性转导中，噬菌体能将供体的任何遗传标记转导给受体。例如P22噬菌体能将沙门菌染色体上几乎所有遗传标记转导给受体。普遍性转导噬菌体是噬菌体在裂解周期中形成的。当噬菌体在细菌细胞中进行装配时，发生错误的机率约为10^-5，在它的蛋白质外壳中不是包裹了噬菌体本身的基因组，而是随机地包裹了一个大小适宜的细菌DNA片段，这种含有细菌DNA片段的噬菌体就是转导噬菌体。
普遍性转导的频率(转导体/吸附的噬菌体)在10^-4至10-8范围内。转导频率取决于遗传标记、供体和受体的基因背景和生理状态以及噬菌体的制备条件等。不同标记的转导频率的差别可达20倍以上，在某些系统中，例如在不同条件下繁殖枯草杆菌噬菌体SP-10，转导频率可相差103左右。用PBS-1及SP-15进行转导时，转导最佳的受体细胞应处在能运动的生理条件下。
完全转导 在完全转导中，细菌DNA片段通过转导噬菌体导进受体细胞后不仅有功能，而且能复制。导入的转导片段与受体细胞的DNA进行重组，置换了受体染色体上的等位基因。
流产转导 如果转导噬菌体所引入的细菌DNA片段

图1 流产转导示意图
细胞内的长线表示细菌染色体，短线表示转导噬菌体所引入的DNA片段。细胞分裂过程中黑点的减少表示由于引入片段不存在而导致表型的改变。虚线所包括的细胞属于一个流产转导菌落

在受体细胞中既不复制，也不进行重组，但仍保持功能，并且在每一次细胞分裂时遗传给两个子细胞中的一个细胞，这种以“单线遗传”为特征的普遍性转导称为流产转导。流产转导是1953年Stocker等研究鼠伤寒沙门菌鞭毛的转导时发现的。除P22-沙门菌系统外，P1-大肠杆菌等系统中也发现有流产转导现象。流产转导提供了遗传互补测定的有效手段(图1)。
用普遍性转导可进行细菌遗传学图的制作，它是细菌遗传学分析的有效手段，已广泛应用在大肠杆菌、沙门菌、葡萄球菌、链球菌及假单孢菌等细菌的基因细微结构分析中。
局限性转导 局限性转导是1954年Morse等研究E.coli K-12的λ噬菌体时所发现的。在溶源性细菌中，把整合到宿主细菌染色体上并随同染色体的复制而复制的λ噬菌体称为λ原噬菌体。λ原噬菌体在E. coli K-12染色体上与控制半乳糖发酵的一些基因及生物素基因连锁。λ噬菌体特异性地转导靠近λ原噬菌体的同半乳糖代谢酶合成有关的基因、生物素基因以及一个抑制基因。除λ噬菌体外，在E. coli中φ80噬菌体能特异性地转导色氨酸、尿核苷二磷酸葡糖(UDPG)、胸苷激酶(TK)等在染色体上靠近φ80原噬菌体位置的基因。
进行局限性转导的噬菌体只能转导与原噬菌体紧密连锁的细菌基因，而且必须是从溶源性细菌诱导后得到的噬菌体才有转导活性，以裂解方式制备的噬菌体则没有转导作用。由于这些转导噬菌体是在原噬菌体脱离细菌染色体时形成，这就是它们只能转导供体细菌染色体上原噬菌体整合位置旁边的基因的原因。局限性转导中大部分转导体是不稳定的，它使大部分受体细菌成为部分双倍体的杂基因子。用紫外线诱导原始溶源性细菌后得到的噬菌体裂解物中，只有10^-6的噬菌体具有转导能力，这是低频转导(LFT)。但用紫外线诱导杂基因子培养物后，在噬菌体裂解物中约50%的噬菌体具有转导能力，这是高频转导(HFT)。高频转导噬菌体是缺陷溶源性的，转导体对于λ噬菌体的再感染有免疫性。

图2 Campbell模型图解
A.线状的λ噬菌体 B.环化后的λ噬菌体在aa′位置上和细菌染色体上的bb′位置配对 C.通过交换，λ噬菌体整合到细菌染色体上 D,E.λ噬菌体脱离宿主染色体时由于偶然的错误，细菌染色体上有一部分片段，构成λ噬菌体环形DNA的一个片段，因而产生两种转导噬菌体λgal和λbio

根据Campbell模型，游离的λ噬菌体的DNA呈线状，在噬菌体感染后几分钟内DNA环化，在DNA上的特殊区域aa′（整合区）与细菌染色体上特殊区域bb′配对，在这位点上进行交换，这样，λ噬菌体基因组便直线状地整合到细菌染色体中去，λ原噬菌体便成为细菌染色体的一部分。经诱导后，λ原噬菌体离开细菌染色体，从整合的逆向途径进入营养繁殖阶段。但是如果在λ原噬菌体离开细菌染色体而环化时，发生一个偶然性的错误，不是在aa′及bb′位置上配对及交换，那就导致噬菌体基因组中一部分基因缺失，而由靠近原噬菌体整合位点的细菌基因所代替，这样就形成了转导半乳糖发酵基因或生物素基因的缺陷性转导噬菌体λgal或λbio (图2)。
局限性转导可以用来分离细菌的基因。1969年，Shap-rio等利用局限性转导噬菌体分离出大肠杆菌乳糖操纵子的6个纯净基因，这是首次报道基因分离成功。