第八章病毒的遺傳分析

重點：順反子的概念；噬菌體的重組測驗、互補測驗和缺失作圖。難點：噬菌體的互補測驗和缺失作圖。重難點當前第1頁\共有52頁\編于星期五\23點第一節(jié)病毒形態(tài)結構與基因組一、病毒的結構二、病毒的基因組當前第2頁\共有52頁\編于星期五\23點一、病毒的結構病毒沒有細胞結構，既不屬于原核生物，也不屬于真核生物。病毒結構十分簡單，僅含DNA或RNA和一個蛋白質外殼，蛋白質外殼保護遺傳物質，并參與感染宿主細胞的過程。沒有合成蛋白質外殼所必須的核糖體。所以，病毒必須感染活細胞，改變和利用活細胞的代謝合成機器，才能合成新的病毒后代。當前第3頁\共有52頁\編于星期五\23點當前第4頁\共有52頁\編于星期五\23點通常按照宿主類型分為噬菌體（phage）：

細菌病毒、真菌病毒植物病毒（plantvirus）：

感染高等植物、藻類等真核生物的病毒動物病毒：

昆蟲病毒或脊椎動物病毒按照遺傳物質組成可分為：

DNA病毒，RNA病毒病毒的分類當前第5頁\共有52頁\編于星期五\23點當前第6頁\共有52頁\編于星期五\23點二、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(+)與負鏈(-)，線狀(L)與環(huán)狀(O)之分。不同病毒的核酸含量差別很大，但對每種病毒而言，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，復制所需的基因，病毒體形成所需的基因，破壞宿主細胞的基因等當前第7頁\共有52頁\編于星期五\23點表8-1病毒的基因組結構當前第8頁\共有52頁\編于星期五\23點第二節(jié)噬菌體的增殖與突變型一、噬菌體的增殖二、噬菌體的突變型當前第9頁\共有52頁\編于星期五\23點一、噬菌體的增殖噬菌體：指侵染細菌、放線菌以及真菌的病毒。遺傳學上應用最廣泛的是大腸桿菌的T噬菌體系列(T1到T7)。其結構大同小異，呈蝌蚪狀。T系列噬菌體結構如下圖當前第10頁\共有52頁\編于星期五\23點噬菌斑（plaque）：由于噬菌體的侵染，使細菌細胞裂解，有菌落上出現(xiàn)的一些圓形而清亮的小洞。根據噬菌斑的形態(tài)和生長特點可以鑒別不同的噬菌體。當前第11頁\共有52頁\編于星期五\23點（一）烈性噬菌體的增殖烈性噬菌體：侵入細菌細胞后，就進入裂解反應，使宿主細胞裂解的噬菌體。如大腸桿菌的T噬菌體T1→T7。子代噬菌體感染鄰近的細胞，如此不斷地侵染，最后形成一個圓形的透明區(qū)-噬菌斑。一個噬菌斑通常含有107—108個噬菌體。一個噬菌斑是由一個噬菌體引起的，所以一個噬菌斑中的噬菌體在遺傳上是均一的，相當于一個克隆。當前第12頁\共有52頁\編于星期五\23點圖8-2

T4噬菌體的生活周期當前第13頁\共有52頁\編于星期五\23點2、溫和噬菌體的增殖侵入后不使細菌裂解，如：和P1噬菌體。噬菌體侵入后DNA整合到細菌染色體上；P1噬菌體DNA獨立存在于細胞質中。

共同點：DNA不大量復制也不大量轉錄和翻譯↓U.V.溫度改變烈性噬菌體，使細菌裂解相關概念

溶源性細菌、原噬菌體

當前第14頁\共有52頁\編于星期五\23點溶源性細菌溶源性：

有些細菌帶有某種噬菌體，但并不立即導致溶菌，這種現(xiàn)象稱為溶源性，溶源性細菌（lysogenicbacteria）：具有溶源性的細菌稱為溶源性細菌，受溫和噬菌體感染的細菌，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），帶有原噬菌體的細菌稱溶源性細菌（lysogenicbacterium），失去原噬菌體的細菌和為非溶源性細菌（nonlysogenicbacterium）。當前第15頁\共有52頁\編于星期五\23點圖8-3

λ噬菌體的生活周期當前第16頁\共有52頁\編于星期五\23點二噬菌體的突變型條件致死突變型：

溫度敏感突變（temperaturesensitivemutation,ts）野生型噬菌體感染和繁殖的溫度范圍廣，而熱敏感突變型，30℃（許可條件）下感染并繁殖，40-42℃（限制條件），無法形成菌斑。原因：基因突變編碼蛋白中有一個氨基酸的替換，該蛋白質在限制溫度下不穩(wěn)定失去活性。當前第17頁\共有52頁\編于星期五\23點抑制因子敏感突變型

（suppressor-sensitivemutation，sus）

突變實質原本正常的密碼子變?yōu)榻K止密碼子，導致翻譯的提前終止，不能形成完整的多肽，而產生無活性的蛋白。抑制因子敏感突變型類型及表現(xiàn)：

琥珀型（amber）UAG赭石型（ocher）UAA乳白型（opal）UGA表8-2攜帶不同專一性抑制基因宿主中sus突變噬菌體的表現(xiàn)噬菌體基因型

宿主菌基因型su-su+ambsu+ochsu+op野生型susambersusochresusopal++++-+-

---+----+當前第18頁\共有52頁\編于星期五\23點抑制因子敏感突變的實質：如：噬菌體mRNA基因細菌tRNA基因反密碼子正常突變突變正常基因：5`TAC3`5`TAG3`3`ATC5`3`ATG5`

mRNA5`UAC3`5`UAG3`3`AUC5`3`AUG5`

表型：酪氨酸終止5`UAG3`酪氨酸酪氨酸3`AUC5`

酪氨酸當前第19頁\共有52頁\編于星期五\23點無義突變與無義抑制突變無義突變：指一個為氨基酸編碼的密碼變?yōu)榻K止密碼的突變。無義抑制突變：指能抑制無義突變表現(xiàn)的突變。

表8-35種琥珀抑制基因的性質琥珀型抑插入的合成的蛋白質赭石型抑制基因氨基酸占野生型%制基因su1+絲氨酸28-su2+谷氨酰胺14-su3+酪氨酸55-su4+酪氨酸16+su5+賴氨酸5+當前第20頁\共有52頁\編于星期五\23點菌斑形態(tài)突變型此類突變多為致死型，受控基因位于基因組狹窄的特定區(qū)段，噬菌體大多數基因涉及生命過程不可缺少的功能。因而突變后導致侵染宿主細胞后溶菌速度快慢而形成大小不同的菌斑。另一些則由于被感染的細菌，部分或者全部被殺死而形成清晰或渾濁的菌斑。

烈性噬菌體形成清晰菌斑，溫和噬菌體形成渾濁菌斑。當前第21頁\共有52頁\編于星期五\23點宿主范圍突變型噬菌體感染細菌，首先需要吸附在細胞表面，受體發(fā)生改變（抗性突變），則可導致噬菌體宿主范圍的縮小，

噬菌體突變也可擴大寄生范圍。當前第22頁\共有52頁\編于星期五\23點第三節(jié)噬菌體突變的重組測驗一、Benzer的重組測驗二、T2突變型的兩點測交與作圖三、λ噬菌體的基因重組與作圖當前第23頁\共有52頁\編于星期五\23點一、Benzer的重組測驗與基因的精細結構分析T4噬菌體有一種快速溶菌突變型，產生大而邊緣清楚的噬菌斑，而野生型噬菌斑小而邊緣模糊。Benzer對一組快速溶菌突變型進行了詳盡的研究，并提出順反子、重組子、突變子的概念。當前第24頁\共有52頁\編于星期五\23點重組測驗重組測驗

BK(λ)T4噬菌體：野生型小噬菌斑小噬菌斑

rⅡ大噬菌斑無噬菌斑

Benzer將兩個rⅡ不同突變型如r47+和+r104雙重感染B菌株，收集子代噬菌體，再分別感染B菌株和K(λ)菌株；

在B菌株的細胞中，r47+、+r104、r47r104和++都能生長，形成噬菌斑；在K(λ)菌株的細胞中，只有野生型++重組子能夠生長，并形成噬菌斑

當前第25頁\共有52頁\編于星期五\23點

r47r47

r47++r104

精細作圖

r47++r106

r47++r102

B菌株K菌株當前第26頁\共有52頁\編于星期五\23點重組頻率計算：將收集到的子代噬菌體稀釋106倍后可以平均在B菌株平板形成一個噬菌斑；將收集到的子代噬菌體稀釋2×102倍后可以平均在K(λ)菌株平板形成一個噬菌斑。根據以下公式計算r47+和+r104之間的重組值

當前第27頁\共有52頁\編于星期五\23點重組測驗

按照Benzer測定重組值的方法，理論上可以檢測到兩個突變之間重組率為0.0002%，但是，實際上所觀察到的最小重組率為0.02%。

重組子（recom）：也稱交換子，基因內不能由交換（或重組）分開的最小遺傳單位。

當前第28頁\共有52頁\編于星期五\23點2023/6/529二、T2突變型的兩點測交與作圖

性狀：快速溶菌突變、宿主范圍突變

快速溶菌突變：正常的T噬菌體r+：噬菌斑小而邊緣模糊快速溶菌突變體r：產生約大兩倍的邊緣清楚的噬菌斑宿主范圍突變：

T2噬菌體野生型h+：只侵染B菌株，不能*B/2株

T2噬菌體的突變體h：可侵染B株及*B/2株*B/2株是大腸桿菌B株的突變體，它對T2噬菌體有抗性。

當前第29頁\共有52頁\編于星期五\23點2023/6/530二、T2突變型的兩點測交與作圖

1、雙重感染（doubleinfection）親本：hr+

（宿主范圍突變）：能感染B和B/2菌株產生的噬菌斑小而邊緣模糊。親本：h+r（快速溶菌突變）：僅能感染B株，產生約大兩倍的邊緣清晰的噬菌斑。將兩個親本hr+和h+r同時感染B菌株；

當前第30頁\共有52頁\編于星期五\23點

用hr+和h+r兩種噬菌體同時感染B菌株，稱為雙重感染（復感染）。在雙重感染的過程中，hr+和h+r相互作用（即基因可以發(fā)生交換），所以在其子代中可以得到hr和h+r+的重組體,因此子代噬菌體有四種基因型：

hr+、h+r（親本型）hr、h+r+

（重組型）

雙重感染作用相當于hr+×h+r的雜交當前第31頁\共有52頁\編于星期五\23點2、重組值的測定●雜交子代噬菌體基因型的測定

方法：收集雙重感染后釋放的子代的噬菌體，將其接種在同時長有B及B/2株培養(yǎng)上，觀察、記錄噬菌斑的形態(tài)。〇親本型

h+r：半透明，大

hr+：透明，小〇重組型

hr：透明，大

h+r+：半透明，小當前第32頁\共有52頁\編于星期五\23點計算

重組值=重組噬菌斑數/總噬菌斑數×100%

=(h+r++hr)/(h+r+hr++h+r++hr)×100%

舉例：a.求出重組型表8-4用rxh+×r+h所得的四種噬菌斑數及算得的重組值（rx代表不同的r基因）每種基因型的%雜交組合重組值rah+×r+hrbh+×r+hrch+×r+hrh+r+hr+h+rh34.032.039.042.056.059.012.05.90.712.06.40.924/100=24%12.3/100.3=12.3%1.6/99.6=1.6%*：ra、rb、rc分別代表不同速溶菌突變型（它們表現(xiàn)型不同，所以是不同基因）當前第33頁\共有52頁\編于星期五\23點

b.寫出ra、rb、rc與h三個連鎖圖24rah12.3rbh1.6rch當前第34頁\共有52頁\編于星期五\23點

c.基因順序排列rarbrchrbrchrarbrchrarbrchra當前第35頁\共有52頁\編于星期五\23點d.確定基因順序

1)確定rb、rc和h

rcrb+×r+crb

↓

重組型=13.9

說明h位于rb及rc之間,所以順序為rc-h-rb

至于ra在h哪一邊，是靠近rb還是rc，由于T2噬體的基因是環(huán)狀的，所以兩種答案均合理，即為連鎖圖為：hrcrbra當前第36頁\共有52頁\編于星期五\23點2023/6/537三、T4突變型的三點測交與作圖品系1：小噬菌斑(m)，快速溶菌(r)，渾濁溶菌斑(tu)品系2：野生型

當前第37頁\共有52頁\編于星期五\23點第四節(jié)噬菌體突變型的互補測驗一、互補測驗與順反子

rⅡ區(qū)中有2000多個突變體，它們都有相同的表型。

Benzer將不同的突變個體兩兩成對去感染K(λ)菌株，觀察能否形成噬菌斑，既兩個突變體之間是否能夠發(fā)生功能互補：

當前第38頁\共有52頁\編于星期五\23點2023/6/539Benzer注意到：1、rⅡ突變型可以分為A、B兩組，將A組的一個突變型和B組的一個突變型共同感染K(λ)菌株，可以形成噬菌斑，兩個突變體之間能夠發(fā)生互補，A組內的兩個突變型，或B組內的兩個突變型不能互補。2、所有A組的突變型在rⅡ區(qū)域的一邊，所有B組的突變型在rⅡ區(qū)域的另一邊。

噬菌體當前第39頁\共有52頁\編于星期五\23點Benzer順反子概念和基因內重組

DiscoveryofRecombinationWithintheGene

Benzer以T4噬菌體為材料進行了研究工作，提出基因是一個“順反子”一詞。

rIIAmutant

rIIBmutant單獨感染E.coliK單獨感染E.coliK混合感染E.coliK能正常生長不能正常生長不能正常生長當前第40頁\共有52頁\編于星期五\23點重組測驗一、互補測驗與順反子

如果能夠形成噬菌斑，說明兩個突變體屬于兩個不同的基因突變，可以產生功能互補。如果不能形成噬菌斑，說明兩個突變體屬于同一個基因的突變，不能產生功能互補。互補試驗的原理

表型有無功能互補結論反式:A+BAB+反式:

A+BAB+

突變型－屬同一順反子野生型＋屬不同順反子當前第41頁\共有52頁\編于星期五\23點重組測驗

結果發(fā)現(xiàn)：1、rⅡ區(qū)中的2000多個突變體可分成rⅡA和rⅡB兩個互補群。將A組的一個突變型和B組的一個突變型共同感染K(λ)菌株，可以形成噬菌斑，兩個突變體之間能夠發(fā)生互補；A組內的兩個突變型，或B組內的兩個突變型不能互補。2、、所有的rⅡA突變型在rⅡ區(qū)的一邊，所有的rⅡB突變型在rⅡ區(qū)的另一邊。當前第42頁\共有52頁\編于星期五\23點重組測驗順反子（cistron）Benzer的互補測驗兩個突變體，在互補測驗中，兩個隱性突變如果表現(xiàn)出互補效應，則證明這兩個突變體分別屬于不同的基因突變；如果不表現(xiàn)出互補效應，則證明這兩個突變體屬于同一個基因內的相同或不同位點的突變。

Benzer就將這樣一個不同突變之間沒有互補的功能區(qū)稱為順反子（cistron）。順反子：利用互補測驗所確定的遺傳功能單位。當前第43頁\共有52頁\編于星期五\23點當前第44頁\共有52頁\編于星期五\23點第五節(jié)噬菌體T4rⅡ的缺失突變與作圖相關概念點突變：由于基因編碼區(qū)內堿基對的改變產生的突變。缺失突變：由于基因編碼區(qū)內缺失一個或多個堿基產生的突變。二者的區(qū)別：1、突變范圍：點突變是單一位點突變，缺失突變是多位點突變。2、能否回復突變：點突變可以發(fā)生，缺失突變不能發(fā)生。3、能否發(fā)生重組：同一基因（或同一區(qū)域）內不同的點突變之間可以發(fā)生重組；同一區(qū)域內缺失突變和點突變之間不能重組。缺失作圖原理