遺傳病毒的遺傳分析課件

1、病毒的遺傳分析（heredity of virus）病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)與基因組病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)病毒的基因組噬菌體的增殖與突變型噬菌體的增殖噬菌體的突變型噬菌體突變型的重組測(cè)驗(yàn)擬等位基因Benzer的重組測(cè)驗(yàn)T2突變型的兩點(diǎn)測(cè)交與作圖噬菌體的基因重組與作圖噬菌體突變型的互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)的原理和方法順反子基因內(nèi)互補(bǔ)一、病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)與基因組病毒(virus)是一類超纖維的、結(jié)構(gòu)極簡單的，無完整細(xì)胞結(jié)構(gòu)，含單一核酸（DNA或RNA)型，必須在活細(xì)胞內(nèi)寄生并復(fù)制的，在活體外能以無生命的化學(xué)大分子狀態(tài)長期存在并保持其侵染活性的非細(xì)胞型微生物。（一）病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)病毒沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，既不屬于原核生物，也不屬于真核

2、生物。 病毒結(jié)構(gòu)十分簡單，僅含DNA或RNA和一個(gè)蛋白質(zhì)外殼，蛋白質(zhì)外殼保護(hù)遺傳物質(zhì)，并參與感染宿主細(xì)胞的過程。沒有合成蛋白質(zhì)外殼所必須的核糖體。所以，病毒必須感染活細(xì)胞，改變和利用活細(xì)胞的代謝合成機(jī)器，才能合成新的病毒后代。病毒按寄主可分為： 動(dòng)物病毒，植物病毒，細(xì)菌病毒。病毒按遺傳物質(zhì)可分： RNA病毒，DNA病毒。（二）病毒的基因組每種病毒只含一類核酸（DNA或RNA）。病毒基因組類型多樣：有單鏈(ss)與雙鏈(ds)，正鏈(+)與負(fù)鏈(-)，線狀與環(huán)狀之分。不同病毒的核酸含量差別很大，但對(duì)每種病毒而言，核酸的長度是一定的。病毒基因組的基因一般有：侵染功能所需的基因，復(fù)制所需的基因，病毒

3、體形成所需的基因，破壞宿主細(xì)胞的基因等二、噬菌體的增殖與突變型噬菌體 bacteriophage，phage噬菌體：指侵染細(xì)菌、放線菌以及真菌的病毒。噬菌斑（plaque）：由于噬菌體的侵染，使細(xì)菌細(xì)胞裂解，有菌落上出現(xiàn)的一些圓形而清亮的小洞。根據(jù)噬菌斑的形態(tài)和生長特點(diǎn)可以鑒別不同的噬菌體。遺傳學(xué)上應(yīng)用最廣泛的是大腸桿菌的T噬菌體系列(T1到T7)。其結(jié)構(gòu)大同小異，呈蝌蚪狀。T系列噬菌體結(jié)構(gòu)如下圖T4 phage的結(jié)構(gòu)模式噬菌體分成兩類:烈性噬菌體和溫和性噬菌體1.烈性噬菌體：侵入細(xì)菌細(xì)胞后，就進(jìn)入裂解反應(yīng)，使宿主細(xì)胞裂解的噬菌體。如大腸桿菌的T噬菌體T1T7。子代噬菌體感染鄰近的細(xì)胞，這樣不

4、斷地侵染，最后形成一個(gè)圓形的透明區(qū)噬菌斑。一個(gè)噬菌斑通常含有107108個(gè)噬菌體。一個(gè)噬菌斑是由一個(gè)噬菌體引起的，所以，一個(gè)噬菌斑中的噬菌體在遺傳上是均一的，相當(dāng)于一個(gè)克隆。（一）噬菌體的增殖烈性噬菌體生活周期噬菌體的遺傳物質(zhì)經(jīng)中空尾部進(jìn)入宿主細(xì)胞，遂即破壞宿主細(xì)胞原有的遺傳物質(zhì)，并轉(zhuǎn)而合成大量的噬菌體遺傳物質(zhì)和蛋白質(zhì)，組裝成許多新的子噬菌體，最后使細(xì)菌裂解(lysis)。烈性噬菌體生活周期細(xì)菌染色體2.溫和性噬菌體：具有溶源性的生活周期，噬菌體侵染細(xì)菌后，并不使細(xì)菌很快裂解，而是存活或潛伏較長的時(shí)期。如噬菌體和P1噬菌體，具有裂解和溶源兩種途徑.噬菌體:侵入后DNA整合到細(xì)菌染色體上P1噬菌

5、體:DNA獨(dú)立存在于細(xì)胞質(zhì)中 。共同點(diǎn):是在細(xì)菌中DNA不大量復(fù)制也不大量轉(zhuǎn)錄和翻譯，保持一個(gè)相對(duì)固定的數(shù)量。 溶原性細(xì)菌（lysogenic bacterium）。 溶源性： 有些細(xì)菌帶有某種噬菌體，但并不立即導(dǎo)致溶菌，這種現(xiàn)象稱為溶源性，溶源性細(xì)菌（lysogenic bacteria）：具有溶源性的細(xì)菌稱為溶源性細(xì)菌，受溫和噬菌體感染的細(xì)菌，幾乎都成為溶源菌。原噬菌體（prophage）：整合到宿主染色體中的噬菌體基因組稱為原噬菌體或原病毒（provirus），帶有原噬菌體的細(xì)菌稱溶源性細(xì)菌（lysogenic bacterium），失去原噬菌體的細(xì)菌和為非溶源性細(xì)菌（nonlysoge

6、nic bacterium）。溶源性細(xì)菌有兩個(gè)重要特性: (1)免疫性： 原噬菌體產(chǎn)生一種阻遏蛋白，抑制同類噬菌體DNA的復(fù)制，噬菌體可進(jìn)入細(xì)胞，但不能增殖，亦不能導(dǎo)致細(xì)菌裂解。因而能抵抗同類噬菌體的超感染。 (2)可誘導(dǎo)性： 自發(fā)萬分之一； 紫外線或絲裂霉素90%。噬菌體（ phage） 侵入細(xì)菌后，細(xì)菌并不裂解 噬菌體的DNA通過交換整合到細(xì)菌染色體上。 隨著細(xì)菌DNA一起復(fù)制。 溶源周期裂解周期： 原噬菌體通過誘導(dǎo)（induction）可轉(zhuǎn)變?yōu)榱倚允删w，進(jìn)入裂解周期。 誘導(dǎo)方式：UV、溫度改變、與非溶原性細(xì)菌接合等。 誘導(dǎo)使阻遏物失活，噬菌體的基因表達(dá)，進(jìn)入裂解周期。 型裂解途徑P1

7、噬菌體 （P1 phage） 感染E.coli以后，不整合到細(xì)菌DNA上，而是獨(dú)立存在于寄主細(xì)胞內(nèi)。 不影響宿主細(xì)胞的正常代謝 P1 DNA 自主復(fù)制，并分配到宿主的子細(xì)胞中去，而且可以多于一個(gè)拷貝。受P1 噬菌體感染的細(xì)菌也可以因誘導(dǎo)而進(jìn)入裂解周期。 P1型裂解途徑在某些條件下，一些突變型是致死的，這些條件就稱為限制條件(restrictive condition)； 而在另一些條件下仍可以進(jìn)行繁殖，從而得以擴(kuò)增繁殖進(jìn)行研究，這些條件就稱為許可條件(permissive condition)。 （1）“溫度敏感”突變(temperature sensitive mutation)： 野生型噬

8、菌體能在很大的溫度范圍內(nèi)感染宿主并進(jìn)行繁殖。原因：溫度敏感性是基因突變的結(jié)果，基因突變后造成蛋白質(zhì)中有一個(gè)氨基酸的替換，而這種蛋白質(zhì)在“限制溫度”下不穩(wěn)定而失去活性。（二）噬菌體的突變型1.條件致死突變型熱敏感突變型(heat sensitive mutants，ts)：通常在30(許可條件)感染宿主進(jìn)行繁殖，但在40一42(限制條件)條件下就是致死的，不能形成噬菌斑； 冷敏感突變型(cold sensitive mutation，cs)：在較低溫度下就是致死的。（2）“抑制因子敏感”突變(suppressor-sensitive mutation, sus)：實(shí)質(zhì)是原來正常的密碼子變成了終止

9、密碼子，因而翻譯提前終止，不能形成完整肽鏈而產(chǎn)生有活性的蛋白質(zhì)，屬于無義突變（nonsence mautation）。帶有sus突變的噬菌體在感染一種帶有抑制基因(suppressor, su)(許可條件)的宿主菌時(shí)能產(chǎn)生子代，但在感染另一種沒有抑制基因(su)(限制條件)的宿主菌時(shí)，不能產(chǎn)生子代。野生型噬菌體在這兩種宿主中都能產(chǎn)生子代。sus突變不像“宿主范圍突變”那樣影響噬菌體對(duì)宿主的吸附，這種突變的噬菌體能正常地吸附、注入自身的DNA，殺死宿主細(xì)胞，但不產(chǎn)生子代。 這些sus突變型之所以在帶有相應(yīng)的抑制基因宿主中可產(chǎn)生后代，是因?yàn)榉g過程中，在終止密碼子處插入一個(gè)特定的氨基酸，防止在終止

10、密碼子位置上提前終止。2.快速溶菌突變型（r）由于基因突變能快速復(fù)制，并裂解細(xì)菌的噬菌體類型。 r+野生型，r突變型。r+小噬菌斑，周邊有朦朧的光環(huán)原因 ：有兩個(gè)以上的噬菌體侵染一個(gè)細(xì)菌時(shí)，出現(xiàn)溶菌阻礙現(xiàn)象，混有裂解和未裂解的細(xì)胞。 r大噬菌斑且邊緣清晰。原因：無溶菌阻礙現(xiàn)象。 表4-1 野生型與幾種突變型的區(qū)別類 型不同大腸桿菌平板上噬菌斑表型 B K() S野生型小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑 rI 大噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑 rII 大噬菌斑無噬菌斑（致死）小噬菌斑rIII小噬菌斑 大噬菌斑大噬菌斑T4 rII 突變型和野生型噬菌體在E.coli B菌株中的噬菌斑3.寄主范圍突變型 突變后使宿主

11、范圍縮小或擴(kuò)大例如： T2噬菌體 野生型（h+）感染B 突變型（h）感染B，和B/2。 若將B和B/2同時(shí)混合培養(yǎng)在平板上，用h+和h的T2噬菌體感染，h噬菌斑透明的， h+噬菌班半透明的。三、重組測(cè)驗(yàn)與基因精細(xì)結(jié)構(gòu)分析recombination test（一） 擬等位基因（pseudoalleles）例如：果蠅眼色： 紅色：+ 杏色：Wa 白色：W 其它色P 杏眼 X 白眼 Wa/Wa W/YF1 杏眼 F2 杏眼 白眼 紅眼 1/1000可能原因：A：基因突變 B：基因內(nèi)重組因?yàn)榛蜃匀煌蛔兟屎艿停?0-6）因此，基因突變被排除 P 杏眼X 白眼 Wa + + W Wa + Y F1 杏眼

12、 X 杏眼 Wa + Wa + Y + W F2 杏眼 杏眼 杏眼 白眼 Wa + + W Wa + W + Wa + Wa + Y Y 基因內(nèi)重組 + + Wa W 配子 + + + + Wa W Wa W Wa + 或 Y 或 Wa + Y紅眼比較：F1 杏眼 基因型 紅眼 基因型 Wa + 反式 Wa W 順式 + W + + 由于排列方式不同而表型不同的現(xiàn)象稱為順反位置效應(yīng).擬等位基因:將緊密連鎖的功能性等位基因,但不是結(jié)構(gòu)性的等位基因稱為擬等位基因.（二） Benzer的重組測(cè)驗(yàn)Benzers recombination test重組測(cè)驗(yàn)是以遺傳圖的方式確定突變子之間的空間關(guān)系。這種

13、方法測(cè)定重組率極其靈敏。近代基因的概念：基因是一段有功能的DNA序列，是一個(gè)遺傳功能單位，其內(nèi)部存在有許多的重組子和突變子。突變子：指改變后可以產(chǎn)生突變型表型的最小單位重組子：不能由重組分開的最小單位。雙重感染（混合感染、復(fù)感染）：是指用兩種噬菌體同時(shí)感染某一菌株。共同生存在同一個(gè)宿主細(xì)胞中的兩個(gè)噬菌體DNA也可以發(fā)生交換，產(chǎn)生基因重組。1 噬菌體雜交實(shí)驗(yàn) r47r+ X r+r104 B B K()親組合：r47r+、r+r104， r+r+ 重組合：r+r+、r47r104，2 重組值的計(jì)算 重組值重組噬菌斑數(shù) 100 總噬菌斑數(shù)在K()上生長的噬菌斑數(shù)2100 在B上生長的噬菌斑數(shù)Ben

14、zer的重組測(cè)驗(yàn)（三）T2突變型的兩點(diǎn)測(cè)交與作圖一個(gè)正常的T2 phage產(chǎn)生的噬菌斑小而邊緣模糊，記為r；突變體r-是速溶（rapid lysis）突變體，產(chǎn)生的噬菌斑大而邊緣清晰。正常的T2 噬菌體能感染E.coli B株， 記為h 。突變型E.coli B株能抗T2的感染，記為B/2株。宿主范圍突變型h-又能克服B/2株的抗性，既能侵染B株又能侵染B/2株。T2 phage 和 E.coli的關(guān)系BB/2h+能感染不能感染h-能感染能感染半透明透明侵染B株和B/2株混合物h- 和 h 噬菌體均能感染E.coli B株。 用基因型為rh- 和 r-h的兩種T2 噬菌體同時(shí)感染E.coli

15、B株（雙重感染）。，都可在B菌株中增殖，同時(shí)也可能發(fā)生重組。 將雙重感染后釋放出來的子代噬菌體接種在同時(shí)長有B株和B/2株的培養(yǎng)板上，記錄噬菌斑的數(shù)目和形態(tài)。hr 42 半透明，大 hr 34 透明，小 hr 12 透明，大 hr 12 半透明，小親本型重組型 重組率（Rf） 24(hr)+(hr)噬菌斑總數(shù)T2 plaquesh+r+半小h-r+透小h-r- 透大h+r-半大不同速溶性噬菌體在表型上不同，可分別記為等用xx獲得的試驗(yàn)結(jié)果如下：T2 phage重組試驗(yàn)結(jié)果重組型根據(jù)上表結(jié)果可以分別作出3個(gè)連鎖圖 有四種可能的排列順序思考題：你能否確定這4個(gè)基因座的關(guān)系？還缺什么條件？怎么解決?

16、（四）噬菌體的基因重組與作圖 Kaiser(1955)，噬菌體的重組作圖試驗(yàn)。 用UV照射獲得了5個(gè)phage的突變型： s型，噬菌斑較小， mi型，噬菌斑特別小， c型，噬菌斑完全清晰， co1型，噬菌斑中間模糊，四周清晰， co2型，噬菌斑的中部較co1型更為濃密。噬菌體s co1 mi 的雜交結(jié)果及分析作圖 噬菌體s co1 mi 基因連鎖圖如何判斷多個(gè)突變型是屬于一個(gè)基因還是幾個(gè)基因?四、互補(bǔ)測(cè)驗(yàn) complementation test 用不同的rII突變型成對(duì)組合同時(shí)去感染大腸桿菌K()（一）互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)的原理和方法（二）順反子（ cistron ）2 互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)又稱順反測(cè)驗(yàn)：指將兩個(gè)突變分別處于順式和反式，根據(jù)其表型確定兩個(gè)突變是否是同一基因的試驗(yàn)。 3 判斷方法: 順式 反式 分析結(jié)論：兩突變 + +/- - + -/- + 表現(xiàn)型 野生型 野生型 屬于兩個(gè)順反子 表現(xiàn)型 野生型 突變型 屬于同一順反子1 順反子：不同突變之間沒有互補(bǔ)的功能區(qū)。 就是一個(gè)功能水