武漢大學(xué)遺傳學(xué)第8章病毒的遺傳分析

第8章

病毒的遺傳分析本章重點(diǎn):以噬菌體為材料1、

分析基因的精細(xì)結(jié)構(gòu)2

、基因定位與遺傳作圖病毒（virus）既不屬于原核生物，也不屬于真核生物，屬非細(xì)胞型生命形態(tài)，又稱為分子生物。其一般特點(diǎn)是：個(gè)體極?。航橛?0～300

nm之間,能夠通過(guò)細(xì)菌濾器；無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)：僅含一種類型的核酸（或DNA或RNA），其主要成分是蛋白質(zhì)和核酸；

沒(méi)有完整的酶系和蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)，離體條件下，以無(wú)生命的化學(xué)大分子狀態(tài)存在，可形成結(jié)晶，不能進(jìn)行獨(dú)立的代謝活動(dòng)；嚴(yán)格的活細(xì)胞內(nèi)寄生，以復(fù)制的方式增殖；對(duì)抗生素不敏感，但對(duì)干擾素敏感通常按宿主類型病毒分為：1.

噬菌體（bacteriophage

或phage）:細(xì)菌病毒、真菌病毒及藻類病毒2.

植物病毒(plant

virus

):

感染高等植物、藻類等真核生物的病毒3.

動(dòng)物病毒：昆蟲(chóng)病毒和脊椎動(dòng)物病毒8.1

8.1.1病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)與基因組

病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)

病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)只能借助電子顯微鏡才可以觀察到。成熟的具有侵染力的病毒個(gè)體稱為病毒粒子（毒粒）

，病毒粒子是一種包括核酸和結(jié)構(gòu)蛋白或被膜的一個(gè)完整的病毒顆粒，其體積大小相差懸殊，絕大多數(shù)直徑在10～

300

nm之間。其形態(tài)多種多樣，但基本形態(tài)有桿狀，如煙草花葉病毒（tobacco

mosaic

virus，TMV）呈直桿狀,腺病毒（adenovirus）呈球形蝌,

蚪狀為大部分噬菌體的典型形態(tài)，如λ噬菌體和T偶數(shù)噬菌體均為蝌蚪形（圖8－1）

。

基本結(jié)構(gòu)核心

+

衣殼（核衣殼）核心:

DNA或RNA衣殼由許多蛋白質(zhì)亞單位衣殼體以對(duì)稱的形式，規(guī)則排列而成。有的病毒在核衣殼外還有囊膜、包膜、被膜、外膜等結(jié)構(gòu)，膜的表面還有突起：刺突、囊膜粒等。8.1.2病毒的基因組

已知病毒基因組的結(jié)構(gòu)類型多種多樣，根據(jù)病毒基因組的結(jié)構(gòu)、以及其轉(zhuǎn)錄mRNA、指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成與病毒復(fù)制表達(dá)的特點(diǎn)，基本上可以將其分成6種類型：

雙鏈（ds）DNA病毒基因組

單鏈

(ss)

DNA病毒基因組正鏈

(+)負(fù)鏈

(-)RNA病毒基因組RNA病毒基因組雙鏈

(ds)

RNA病毒基因組反轉(zhuǎn)錄病毒基因組

不同病毒的核酸含量差別較大，通常在1%

～

50%

。但對(duì)每種病毒粒子而言，核酸的長(zhǎng)度是一定的，一般由5～500

kb組成。最大的病毒基因組有幾百個(gè)基因最小的病毒如M

S2噬菌體僅有3個(gè)基因

病毒基因組編碼的基因一般有：侵染功能所需的基因，如侵染中的酶；基因組復(fù)制所需的基因，如聚合酶基因；病毒體形成的基因，如衣殼蛋白基因；破壞宿主細(xì)胞的基因，如溶菌酶基因；有些病毒生活周期中任何特殊方面所需的基因，如λ

噬菌體基因組與宿主基因組之間的位點(diǎn)專一性重組所需的基因等。反轉(zhuǎn)錄酶病毒外殼蛋白反轉(zhuǎn)錄病毒的生活史

蛋白水解酶反轉(zhuǎn)錄病毒基因組的結(jié)構(gòu)與功能及轉(zhuǎn)錄8.2噬菌體的增殖與突變型8.2.1噬菌體的增殖

（1）

烈性噬菌體（virulent

phage）的增殖:感染宿主細(xì)胞后就進(jìn)入裂解反應(yīng)，使宿主細(xì)胞裂解。

整個(gè)過(guò)程包括：

吸附

侵入

脫殼

生物合成

裝配和釋放其感染周期有兩種途徑：即裂解途徑和溶源途徑，分別稱為裂解周期（lytic

cycle）和溶源周期（lysogenic

cycle）（2）

溫和噬菌體的增殖8.2.2噬菌體的突變型（1）

條件致死突變型在某些條件下，導(dǎo)致某些突變型致死。那么這些條件就稱為限制條件，而在另一些條件下仍可進(jìn)行增殖，從而得以擴(kuò)增進(jìn)行研究，所以這些條件稱為許可條件。①

溫度敏感突變（temperature

sensitive

mutation，ts

）

，野生型噬菌體能在很大的溫度變化范圍內(nèi)感染宿主并進(jìn)行繁殖，而熱敏感突變型（heatsensitive

mutant，hs

）

，通常在30℃

（許可條件）感染宿主進(jìn)行繁殖，但在40～42℃

（限制條件）就是致死的，不能形成噬菌斑；而冷敏感突變型（cold

sensitive

mutant，cs）在較低溫度下就致死。②

抑制因子敏感突變（suppressor

sensitive

mutation，sus

），sus突變的實(shí)質(zhì)是原來(lái)正常的密碼子變成了終止密碼子，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)。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(méi)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。根據(jù)在帶有專一性抑制基因的宿主中的非致死性，可以將sus突變分為3類：琥珀突變（

amber，amb）、赭石突變（ochre，och）和乳白突變（

opal，op），它們相應(yīng)的密碼子為UAG、UAA

和UGA終止密碼子不編碼任何氨基酸，稱為無(wú)義密碼子（

nonsensecodon）

，是蛋白質(zhì)合成的終止信號(hào)。這些密碼子是琥珀型（ambe

r

）UAG、赭石型（

ochre）

UAA

和乳白型（

opa

l

）UGA。如果編碼多肽鏈中某一氨基酸的密碼子突變?yōu)榻K止密碼子，多肽鏈合成到此便會(huì)中斷，從而使多肽鏈變短而失去活性。這種突變稱為無(wú)義突變（

nonsense

mutation）

。各種無(wú)義突變都是條件致死突變，因?yàn)橛邢鄳?yīng)的無(wú)義抑制基因（

su＋

）

。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(guò)程中，在終止密碼子處插入一個(gè)特定的氨基酸，防止在終止密碼子位置上提前終止。如琥珀突變就有許多種抑制基因，各插入某個(gè)氨基酸以防止提前終止（表8

-3）

。攜帶su＋

突變型的菌株實(shí)質(zhì)是tRNA基因發(fā)生了突變，例如表8－

3中的琥珀型抑制基因su3＋在UAG密碼子上插入了一個(gè)酪氨酸，這是因?yàn)閠RNATyr基因的反密碼子的一個(gè)突變，

tRNATyr正常的反密碼子是GUA，它按擺動(dòng)規(guī)則譯讀酪氨酸密碼子UAuc。su3＋

菌株的tRNATyr含有反密碼子CUG，它識(shí)讀琥珀型密碼子UAG，并插入酪氨酸而防止終止。即使抑制基因可在相應(yīng)的終止密碼子處插入一個(gè)特定的氨基酸而防止提前終止，但合成蛋白質(zhì)的量也只有相應(yīng)野生型的5%

～

55%（表8－

3）（2）

噬菌斑形態(tài)和宿主范圍的突變型①

噬菌斑形態(tài)突變型這類突變往往是致死的，受控制的基因大都位于基因組中狹窄的特定的區(qū)段里，而噬菌體大多數(shù)基因都涉及生命過(guò)程不可缺少的功能。但突變后有的是由于侵染宿主細(xì)胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（

plaque）

。另一些則是由于被感染細(xì)菌全部或是部分被殺死而形成清晰或混濁的噬菌斑。②

宿主范圍的突變型噬菌體感染細(xì)菌時(shí)，首先吸附于細(xì)胞表面的專一受體上，這是由受體的基因控制的，如果受體發(fā)生改變，有可能使噬菌體不能附著，從而該噬菌體的宿主范圍就縮小，另外,噬菌體突變也可以擴(kuò)大寄生范圍。盡管這些突變通常是致死的，不能形成噬菌斑，但有些突變?cè)谙拗频乃拗髦惺侵滤赖?，而在許可的宿主中則可形成噬菌斑。因而宿主范圍的突變型其本質(zhì)也是條件致死突變型之一。8.3.1

Benzer的重組測(cè)驗(yàn)與基因的精細(xì)結(jié)構(gòu)析

(1)

噬菌體的雜交和重組慨念野生型噬菌體突變型

用兩種突變型噬菌體感染同一宿主細(xì)菌，叫混合感染（mixed

infection）或雙感染（doubleinfection）→進(jìn)入裂解周期→兩個(gè)噬菌體偶然地發(fā)生交換→它們的后裔可以出現(xiàn)重組子。

因此可以進(jìn)行染色體作圖分析。8.3噬菌體突變型的重組測(cè)驗(yàn)(2)基因的精細(xì)作圖——基因內(nèi)重組（Intragenic

recombination)基本原理如圖所示:雖然基因內(nèi)重組能夠發(fā)生，但實(shí)驗(yàn)很難做，因?yàn)樵趦蓚€(gè)相同基因內(nèi)的兩個(gè)突變間的距離非常短，在這樣一個(gè)極其小的區(qū)域，產(chǎn)生重組染色體的可能性僅1×10－5。真核生物如果蠅、植物這樣低的頻率是無(wú)法從實(shí)驗(yàn)上得到的。rⅡ突變型品系，在E.coli中的不同表型提供了一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以檢測(cè)到1×10－6的重組子。1955年

Benzer

：細(xì)菌噬菌體遺傳區(qū)的精細(xì)結(jié)構(gòu)1、分離兩個(gè)不同的（非互補(bǔ)的）rⅡ噬菌體突變子2、共感染E.coli

B，形成噬菌體的新群體，E.coli

B細(xì)胞逐漸裂解。3、收集裂解液，和E.coli

K菌株混合后倒在固體平板上4、取一些噬菌體→稀釋到10－8，感染E.coli

B，也取一些噬菌體→稀釋到10－3，感染E.coli

K12

(λ)5、涂布細(xì)胞，觀察噬菌斑的數(shù)目Benzer利用T4的兩個(gè)rⅡ

不同突變型如r47＋

和＋

r104在許可條件下進(jìn)行雙重感染，即r47和r104同時(shí)侵染大腸桿菌B菌株，形成噬菌斑后收集溶菌液，將此溶菌液等分兩份，一份再接種大腸桿菌B菌株，在大腸桿菌B菌株的細(xì)胞中r47

＋、＋

r104

、r47

r104

、＋

＋

都能生長(zhǎng)，故在此平板上可統(tǒng)計(jì)噬菌體總數(shù)；另一份溶液接種于大腸桿菌K（λ）菌株中倒平板，在這里，只有＋

＋

重組子才能生長(zhǎng)（圖8-4）

，由于rⅡ

雙重突變的交互重組子r47

r104不能生長(zhǎng)，所以無(wú)法檢出，但是它的頻率和＋

＋

相等，因此估算重組子數(shù)要將＋

＋數(shù)乘以2，代入公式：2×rII

重組噬菌體數(shù)因此可用以下公式計(jì)算相鄰不同位點(diǎn)的遺傳距離：

+總噬菌體數(shù)Rf

=2×在E.coliK(λ)上生長(zhǎng)的噬菌斑數(shù)

在E.coliB上生長(zhǎng)的噬菌斑數(shù)Rf

=

由于在E.coli

B平板感染后得到的噬菌斑數(shù)為群體總數(shù)，在E.coli

K12

(λ)的噬菌斑為基因內(nèi)重組所得到的野生型的噬菌體數(shù)，所以以上公式可以表示為：r

47r47r47++r104r47

+r47

+

+r106

+

r102精細(xì)作圖B菌株K菌株裂解液裂解液裂解液裂解液abcd這一測(cè)定方法稱為重組測(cè)驗(yàn)（

recombination

test

）

，它是以遺傳圖的方式確定突變子之間的空間關(guān)系（圖8--

5）。根據(jù)公式重組頻率＝2（11×103）/

6.6×109

＝3.3×10－6

＝0.0000033

（一百萬(wàn)分之3.3）

作圖顯示r+重組子最低頻率，在rⅡ突變子中帶有的異點(diǎn)等位突變是0.01%，最小的圖距0.01%來(lái)對(duì)兩個(gè)標(biāo)記間的分子距離——以堿基對(duì)表示的距離——做一個(gè)粗略地估計(jì)。可檢測(cè)到兩個(gè)rⅡ

突變之間重組率為0.000

2%（

2×

1／106＝

2×

10－

6）

。但實(shí)際上所觀察的最小重組率為0.02%

，即0.02個(gè)圖距單位，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)小于這個(gè)數(shù)值的重組率（圖8-

6）以前用來(lái)計(jì)算重組的方法是計(jì)算基因與基因之間的距離，而B(niǎo)enzer的方法可以用來(lái)測(cè)算一個(gè)基因內(nèi)部不同位點(diǎn)的距離，它的精確度可達(dá)到十萬(wàn)分之一，也就是0.001個(gè)圖距單位，故稱作基因的精細(xì)作圖例：

噬菌體T4＝1500

map

units

(1.8×105bp)如果兩個(gè)rⅡ突變子產(chǎn)生0.01%

r+突變子，則意味突變是由0.02圖單位所分開(kāi)。占整個(gè)T4

Genome:

0.02/1500

=

1.3×10－5T4

phage

有：

1.8×105bp所觀察到的最小重組距離：（1.3×10－5）×（

1.8×105

）＝2.4

bp

這意味Benzer’s結(jié)果已顯示遺傳重組可能出現(xiàn)在2個(gè)堿基對(duì)順序的距離內(nèi)，后來(lái)由其他人的實(shí)驗(yàn)已做出結(jié)論性的說(shuō)明，重組可出現(xiàn)在影響DNA中鄰近堿基對(duì)的突變之間。也就是說(shuō)：遺傳實(shí)驗(yàn)已經(jīng)說(shuō)明堿基對(duì)既是

突變單位

（unit

of

mutation）也是

重組單位

（unite

of

recombination）(3)

基因的基本概念

經(jīng)典遺傳學(xué)基因概念：基因是一個(gè)基本的結(jié)構(gòu)單位，基因內(nèi)不發(fā)生重組；基因是一個(gè)基本的突變單位，基因內(nèi)部沒(méi)有更小的突變發(fā)生；基因是一個(gè)基本的功能單位，它決定著一個(gè)特定的表型性狀。即：基因是一個(gè)重組、突變和功能三位一體的單位。

現(xiàn)

代

遺

傳

學(xué)

基

因

概

念

：

Gene

(Cistron)

is

thesegment

of

DNA

involved

in

producing

a

polypeptideChain；

it

includes

regions

proceeding

and

following

thecoding

region

(leader

and

trailer)

as

well

as

interveningsequences

(introns)

between

individual

coding

segments(exons)。基因內(nèi)部可以發(fā)生重組，基因內(nèi)部可以發(fā)生更小的突變一些基因可被轉(zhuǎn)錄但不被翻譯，如rRNA，tRNA等；一些既被轉(zhuǎn)錄也被翻譯,如Structural

gene等。8.3.2T2

突變型的兩點(diǎn)測(cè)交與作圖

1940年

Alfred

Hershey

&

R.Rotman

發(fā)現(xiàn)

T2品系噬菌體兩個(gè)特定性狀：噬菌斑的形態(tài)（r－或r+）

宿

主

范

圍

（h－或h+）

一個(gè)T2品系:

基因型

h+r—

另一個(gè)T2品系

:

基因型

h－

r+

r－：噬菌斑形態(tài)突變型，快速溶菌，產(chǎn)生大的有明顯界限的噬菌斑

r+：噬菌斑形態(tài)為野生型，緩慢溶解產(chǎn)生界限不清的小噬菌斑

h+：能夠溶裂

E.coli

B品系，不能溶解E.coli

B/2品系h－：宿主范圍突變型，既能溶裂E.coli

B品系也能溶裂

E.coli

B/2品系

讓h+r－和h－

r+共感染E.coli

B即h+r－

×

h－

r+

得到

h+r－、

h－

r+、

h－

r－、

h+r+、

h－

r－

（圖8－7）分別統(tǒng)計(jì)各種噬菌斑的數(shù)目，由此計(jì)算出重組值，去掉%

，作為圖距進(jìn)行作圖。

不同速溶性噬菌體的突變?cè)诒硇蜕喜煌?，可分別寫(xiě)成ra－

、rb－

、rc－

等，用h＋

rx－

×

h－

rx＋

獲得的試驗(yàn)結(jié)果如下：每一雜交得一連鎖圖

:rarb24.0

12.3

rc

1.6

h

hh三種不同的重組值，表示三個(gè)r基因的座位是不同的，所以有4種可能的連鎖圖：rarbrchrcrbrararbh

h

rcrahrcrb我們?nèi)绾芜x出正確的排列？首先只考慮

rb，rc和h

rc-h-rb

h-rc-rb要進(jìn)行rcrb+×rc+rb的雜交，得到的重組值與rb-h間的距離進(jìn)行比

較，若rc-rb＞12.3=rb-h，則h位于中間，即排列順序?yàn)閞c-h-rb。剩下的是ra在h的哪一邊？這需做廣泛的遺傳學(xué)作用，答案是ra-rc-h-rb和rc-h-rb-ra都正確，因?yàn)門2噬菌體的連鎖圖也是環(huán)狀的？8.3.3λ

噬菌體的基因重組與作圖

Kaiser

1955年最早進(jìn)行了λ

噬菌體的重組作圖試驗(yàn)。他用紫外線照射處理得到5個(gè)λ

噬菌體的突變系：

s

系產(chǎn)生小噬菌斑

mi系產(chǎn)生微小噬菌斑

c

系產(chǎn)生完全清亮的噬菌斑

co1

系產(chǎn)生除中央一個(gè)環(huán)之外其余部分都清亮的噬菌斑

co2

系產(chǎn)生比co1

更濃密的中央環(huán)噬菌斑。

Kaiser用s

co1

m

i×

＋

＋

＋

雜,

交所得后代有8種類型。病毒是單倍體，與二倍體生物不同，親本組合與重組交換的組合可直接從后代中反映出來(lái)。8個(gè)類型中數(shù)目最少的兩種類型就是雙交換的結(jié)果，頻率最高的兩種是親本類型，其余的為單交換類型。結(jié)果及分析作圖可歸納于表8－6。從雙交換的類型可知，這3個(gè)基因的次序就是s－

co1－mis與co1

的圖距應(yīng)為3.83

cM

；

co1與mi之間則為6.21

cM

；因?yàn)橛须p交換的存在，s與mi之間的圖距則為8.32＋

2×

0.86＝

10.043個(gè)基因的遺傳圖:8.3.4T4

突變型的三點(diǎn)測(cè)交與作圖

采用三點(diǎn)測(cè)交的方法，在噬菌體中同樣可進(jìn)行基因定位。用T4噬菌體的兩個(gè)品系感染E.coli

。

一個(gè)品系:m

r

tu

（小噬菌斑、快速溶菌

渾濁溶菌斑）突變型。另一個(gè)品系對(duì)這3個(gè)性狀都是野生型（＋＋＋）的。三點(diǎn)測(cè)交結(jié)果見(jiàn)表8－7：根據(jù)上述結(jié)果，可繪出這3個(gè)基因的染色體圖：三點(diǎn)測(cè)交所得8種噬菌斑都可觀察到，單倍體的病毒、親本型與重組型可直接從后代中表現(xiàn)出。雖然將真核生物中兩點(diǎn)測(cè)交和三點(diǎn)測(cè)交的基本原理和方法應(yīng)用于噬菌體雜交，但是兩者在雜交機(jī)制上是完全不同的：

①噬菌體在雜交中，每個(gè)親代對(duì)子代所提供的遺傳貢獻(xiàn)取決于感染細(xì)菌時(shí)每種親代噬菌體的相對(duì)數(shù)量。如基因型A與基因型B的親代比＝10：1，則產(chǎn)生重組子代的數(shù)量A型常多于B型子代數(shù)。

②

噬菌體的基因重組發(fā)生在噬菌體的DNA復(fù)制以后，因此從單個(gè)混合感染的細(xì)菌中可以得到親代噬菌體和重組噬菌體；③

噬菌體不同基因型之間可以發(fā)生多次交換④

在噬菌體中基因重組率可以隨著宿主細(xì)胞裂解時(shí)間的延長(zhǎng)而增加因此噬菌體雜交時(shí)，應(yīng)該注意：①

控制每種親代噬菌體基因型的投放量。②

控制允許發(fā)生復(fù)制和重組的時(shí)間。只有控制這兩個(gè)因素并在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行雜交所,

得重組率才能用于繪制近似的遺傳圖8.4

互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)與順?lè)醋铀^互補(bǔ)作用是指二個(gè)突變型染色體同處在一個(gè)細(xì)胞中，由于相對(duì)的野生型基因的互相補(bǔ)償而使表型正?；淖饔谩＿M(jìn)行互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)（complementation

tests）必須是二個(gè)突變型染色體同處在一個(gè)細(xì)胞中（二倍體或部分二倍體合子），而且它們之間不發(fā)生重組或者只發(fā)生忽略不計(jì)的極少重組，否則將不能判斷表型正?；侵亟M的結(jié)果還是互補(bǔ)的結(jié)果。為了界定基因的功能單位，必須進(jìn)行互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)。1957年Benzer以大腸桿菌T4噬菌體為材料，通過(guò)互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)，在DNA分子水平上，研究快速溶菌突變型rⅡ的基因精細(xì)結(jié)構(gòu)。Benzer的互補(bǔ)試驗(yàn)：

①用兩個(gè)不同的rⅡ突變型rⅡA和rⅡB同時(shí)感染（共感染）E.coli

K12

(λ)，結(jié)果可以互相彌補(bǔ)對(duì)方的缺陷，共同在菌體內(nèi)增殖，引起溶菌，釋放原來(lái)的兩個(gè)突變型。

②用rⅡA中的兩個(gè)突變型，共感染或用rⅡB中的兩個(gè)突變型共感染E.coli

K12

（λ）菌株，都不能互補(bǔ)，不產(chǎn)生溶菌現(xiàn)象

Benzer將rII

突變型r51、r47和r106分別感染寄主細(xì)菌E.coli

K12(λ)菌株，不能形成噬菌斑，因?yàn)樗鼈兌疾荒軓?fù)制，沒(méi)有噬菌體從被感染的Ｋ菌株釋放出來(lái)。而將r51和r106對(duì)K菌株混合感染后，無(wú)論是順式排列還是反式排列在指示菌E.coliB菌株中都能產(chǎn)生噬菌斑。而將r47和r106混合感染K菌株，只有在順式排列的情況下，在指示菌E.coli

B中才出現(xiàn)噬菌斑，而在其反式排列中不形成噬菌斑

。B菌株

株r106

r51+

+r106

+

r47

+r47

r106+

++r106K菌株+

r51

順?lè)礈y(cè)驗(yàn)B菌裂解液

裂解液裂解液裂解液

順式排列的效應(yīng)不同于反式排列的效應(yīng)的現(xiàn)象被稱為順?lè)次恢眯?yīng)。Benzer通過(guò)該實(shí)驗(yàn)首先提出具有順?lè)葱?yīng)的突變型，屬于同一個(gè)順?lè)醋?。在這里r51和r106無(wú)論是順式排列還是反式排列在Ｋ菌株內(nèi)都能生存，説明這兩個(gè)突變型一定可以在功能上互補(bǔ)，那么這兩個(gè)突變位點(diǎn)不在同一個(gè)順?lè)醋又?；而r47和r106只有在順式排列的情況下才能互補(bǔ)，而在反式排列的情況下不能互補(bǔ)，説明這兩個(gè)突變位點(diǎn)一定在同一個(gè)順?lè)醋又??；パa(bǔ)測(cè)驗(yàn)又稱為順?lè)礈y(cè)驗(yàn)（cis-trans

test），所用的兩個(gè)突變?nèi)绻謩e位于兩條染色體上，這種組合方式稱為反式排列，如果兩個(gè)突變同時(shí)位于一條染色體上，則稱為順式排列。

結(jié)論：當(dāng)兩個(gè)突變型的順式排列互補(bǔ)表現(xiàn)為野生型，反式排列不互補(bǔ)表型為突變型，這兩個(gè)突變位點(diǎn)（sites）它們應(yīng)屬于同一基因（同一順?lè)醋樱?。?dāng)兩個(gè)突變型順式、反式排列都表現(xiàn)為野生型，即沒(méi)有位置效應(yīng)時(shí)，它們應(yīng)屬于不同的功能基因，位于不同的座位（非等位）上。彼此不能互補(bǔ)的突變肯定影響相同的功能單位；彼此能夠互補(bǔ)的突變必定影響不同的功能單位。

Benzer將這樣一個(gè)不同突變之間沒(méi)有互補(bǔ)的功能區(qū)稱為順?lè)醋樱╟istron），即遺傳的功能單位就是一個(gè)順?lè)醋?。A

cistron

is

a

genetic

region

within

which

there

is

normally

nocomplementation

between

mutations.

The

cistron

is

equivalent

to

the

gene.圖8－10

8.4.2

8.4.38.4.4Φ

X174

條件致死突變的互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)（P198－199）自學(xué)T4

條件致死突變型的互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)

(p199)自學(xué)

基因內(nèi)互補(bǔ)

一般情況下同一順?lè)醋觾?nèi)兩個(gè)突變是不能互補(bǔ)的，但是也有一些例外，這種例外發(fā)生于同一基因內(nèi)兩個(gè)不同位點(diǎn)突變致使兩條原來(lái)相同的多肽轉(zhuǎn)變成兩條分別在不同位點(diǎn)上發(fā)生變異的多肽鏈，而后將這兩條多肽構(gòu)成雙重雜合子，這兩者配合起來(lái)，有可能表現(xiàn)出不同程度酶活性部位的恢復(fù)，這種現(xiàn)象稱為基因內(nèi)互補(bǔ)（intragenic/intracistronic

complementation），又稱等位（基因）互補(bǔ)（

allelies

complementation）

(8－11)編碼多肽的基因

→

多肽體蛋白

稀少情況下，出現(xiàn)基因內(nèi)互補(bǔ):突變的蛋白質(zhì)的每個(gè)單體是沒(méi)有活性的，但是，當(dāng)這些單體結(jié)合在一起時(shí)，形成有活性的，功能上的多聚體。

在同一基因內(nèi)兩個(gè)不同位點(diǎn)的以反式排列所形成的雜合體中可以形成兩種不同的肽鏈，一種在一個(gè)位置上有毛病，另一種在另一位置上有毛病。這樣兩種肽鏈聚合成的酶有時(shí)便可能部分具有活性或完全具有活性。這表明，一個(gè)突變肽鏈的非突變片段的氨基酸順序有可能補(bǔ)償另一個(gè)不同的突變肽鏈的突變片段的氨基酸順序。基因內(nèi)的互補(bǔ)與基因間的互補(bǔ)的主要區(qū)別：①

任何兩個(gè)不同基因間的突變總是互補(bǔ)的，即基因間互補(bǔ)是普遍存在的，而同一基因內(nèi)不同位點(diǎn)突變絕大多數(shù)是不能互補(bǔ)的，只有少數(shù)例外；②

基因內(nèi)兩個(gè)突變能互補(bǔ)的也只能是點(diǎn)突變，無(wú)缺失，這種突變的功能效應(yīng)一定是錯(cuò)義突變，絕不是無(wú)義突變或移碼突變；③

基因內(nèi)互補(bǔ)作用的酶活性往往明顯低于正常水平，最多只有野生型酶活性的25%

，同時(shí)所形成的蛋白質(zhì)也常有某種異常，例如溫度的穩(wěn)定性或pH依賴性等。8.5

缺失作圖（Deletion

mapping）

缺失作圖就是利用一系列缺失突變型，把所要測(cè)定的突變型和這一系列缺失突變型分別進(jìn)行重組測(cè)定，凡是能和某一缺失突變型進(jìn)行重組的，它的位置一定不在缺失范圍內(nèi)，凡是不能重組的，它的位置一定在缺失范圍內(nèi)。通過(guò)與一系列的缺失突變型進(jìn)行重組的結(jié)果，可以精確確定某待測(cè)突變型（點(diǎn)突變）的位置。缺失和基因突變之間一個(gè)重要的區(qū)別是缺失不能回復(fù)到野生型。Benzer

發(fā)現(xiàn)rⅡ區(qū)的許多缺失之后，采用了缺失作圖（deletion

mapping）的方法，使T4

phage

rⅡ區(qū)不同突變的定位變得迅速簡(jiǎn)便。圖8－12

Benzer的缺失作圖：

利用一組重疊缺失（overlapping

deletions）系來(lái)進(jìn)行的：帶有7個(gè)大缺失的7個(gè)品系（r1272

r1241

rJ3

rPT1

rPB242rA105

R638

）rⅡ

deletion

tester

strains測(cè)定：

一個(gè)未知位點(diǎn)的點(diǎn)突變

×

（7個(gè)重疊缺失系）

若點(diǎn)突變的位點(diǎn)在A3e片段中，則與r1272，r1241和rJ3缺失品系雜交不產(chǎn)生野生型重組體，但和其余缺失突變系雜交時(shí)產(chǎn)生野生型重組體，在J3缺失的右端到PT1缺失左端的區(qū)域內(nèi)點(diǎn)突變的位置可以與有關(guān)的小缺失突變系即r221，r184，r250和c33雜交來(lái)測(cè)定。A3e突變系和r1231雜交應(yīng)當(dāng)不產(chǎn)生野生型重組體，但和其他的幾個(gè)小系列產(chǎn)生。圖8－13圖8－13

只需要通過(guò)次數(shù)不多的雜交就可以把這一突變定位在A3e片段中，然后再與A3e片段中其點(diǎn)突變系雜交，就可以確定這一突變?cè)贏3e中的位置，用這種方法Benzer第一個(gè)確定了基因精細(xì)圖。圖8－14

此

外

，

Benzer還記載了各個(gè)位點(diǎn)發(fā)生突變的頻率（r+→r，和r→r+），顯然，基因中存在許多自發(fā)突變優(yōu)先發(fā)生的“熱點(diǎn)”（hot

spot），最明顯的熱點(diǎn)的突變數(shù)可達(dá)500個(gè)以上。其他許多座位往往只有一個(gè)突變。缺失作圖舉例：

1

2

31

0

0

＋2

0

0

03

＋0

0有三個(gè)缺失突變，每一個(gè)影響一個(gè)基因的不同區(qū)段，帶有1和3缺失的突變品系能重組，產(chǎn)生野生型重組體（＋），但1和3缺失的品系和缺失2品系雜交都不能產(chǎn)生野生型重組體（0）解：213

例：請(qǐng)根據(jù)下列實(shí)驗(yàn)結(jié)果劃分出噬菌體T4的rⅡ缺失突變型a、b、c、d、e的缺失段。

a

b

c

d

e1

+

+

-

+

+2

+

+

-

-

-3

-

-

+

-

+4

+

-

+

+

+解：根據(jù)：凡能和某一缺失突變型進(jìn)行重組的，它的位置一定不在缺失的范圍

內(nèi)；凡是不能重組的，它的位置一定在缺失范圍內(nèi)，這一原理。

a與3無(wú)重組，説明缺失3包括了a所在的位置；b與3和4都無(wú)重組，説明b在缺失3和4的范圍內(nèi)，同時(shí)表明，缺失4包括缺失3中a的位置。

c與1無(wú)重組，説明其處于缺失1的范圍，但同時(shí)又與2無(wú)重組，進(jìn)而説明缺失2包括缺失1

的c位點(diǎn)，另有涉及d和e，而d所處的位置是缺失2和3都涉及到的，e位于缺失2中但絕未處在缺失1上。dabc

e14328.6

8.6.1λ

噬菌體的基因組與位點(diǎn)專一性重組λ

噬菌體的基因組8.6.2λ

原噬菌體與合子誘導(dǎo)自學(xué)8.6.38.6.4原噬菌體的整合與切除

位點(diǎn)專一性重組的分子機(jī)制8.6.4位點(diǎn)專一性重組的分子機(jī)制

在能識(shí)別特定的核苷酸