第八章病毒的遺傳分析

第八章病毒的遺傳分析第一節(jié)病毒形態(tài)結構與基因組一、病毒得結構二、病毒得基因組一、病毒得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與一個蛋白質外殼,蛋白質外殼保護遺傳物質,并參與感染宿主細胞得過程。沒有合成蛋白質外殼所必須得核糖體。所以,病毒必須感染活細胞,改變與利用活細胞得代謝合成機器,才能合成新得病毒后代。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、藻類等真核生物得病毒動物病毒:

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病毒病毒得分類二、病毒得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。不同病毒得核酸含量差別很大,但對每種病毒而言,核酸得長度就是一定得。病毒基因組得基因一般有:侵染功能所需得基因,復制所需得基因,病毒體形成所需得基因,破壞宿主細胞得基因等表8-1病毒得基因組結構第二節(jié)噬菌體得增殖與突變型一、噬菌體得增殖二、噬菌體得突變型一、噬菌體得增殖噬菌體:指侵染細菌、放線菌以及真菌得病毒。遺傳學上應用最廣泛得就是大腸桿菌得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噬菌斑(plaque):由于噬菌體得侵染,使細菌細胞裂解,有菌落上出現(xiàn)得一些圓形而清亮得小洞。根據噬菌斑得形態(tài)與生長特點可以鑒別不同得噬菌體。大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點(一)烈性噬菌體得增殖烈性噬菌體:侵入細菌細胞后,就進入裂解反應,使宿主細胞裂解得噬菌體。如大腸桿菌得T噬菌體T1→T7。子代噬菌體感染鄰近得細胞,如此不斷地侵染,最后形成一個圓形得透明區(qū)-噬菌斑。一個噬菌斑通常含有107—108個噬菌體。一個噬菌斑就是由一個噬菌體引起得,所以一個噬菌斑中得噬菌體在遺傳上就是均一得,相當于一個克隆。圖8-2

T4噬菌體得生活周期2、溫與噬菌體得增殖侵入后不使細菌裂解,如:

與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與翻譯↓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

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):具有溶源性得細菌稱為溶源性細菌,受溫與噬菌體感染得細菌,幾乎都成為溶源菌。原噬菌體(prophage):整合到宿主染色體中得噬菌體基因組稱為原噬菌體或原病毒(provirus),帶有原噬菌體得細菌稱溶源性細菌(lysogenicbacterium),失去原噬菌體得細菌與為非溶源性細菌(nonlysogenicbacterium)。圖8-3

λ噬菌體得生活周期二噬菌體得突變型條件致死突變型:

溫度敏感突變(temperaturesensitivemutation,ts)野生型噬菌體感染與繁殖得溫度范圍廣,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得替換,該蛋白質在限制溫度下不穩(wěn)定失去活性。抑制因子敏感突變型

(suppressor-sensitivemutation,sus)

突變實質原本正常得密碼子變?yōu)榻K止密碼子,導致翻譯得提前終止,不能形成完整得多肽,而產生無活性得蛋白。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突變噬菌體得表現(xiàn)噬菌體基因型

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

---+----+抑制因子敏感突變得實質: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`

酪氨酸無義突變與無義抑制突變無義突變:指一個為氨基酸編碼得密碼變?yōu)榻K止密碼得突變。無義抑制突變:指能抑制無義突變表現(xiàn)得突變。

表8-35種琥珀抑制基因得性質琥珀型抑插入得合成得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+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得特定區(qū)段,噬菌體大多數(shù)基因涉及生命過程不可缺少得功能。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得菌斑。另一些則由于被感染得細菌,部分或者全部被殺死而形成清晰或渾濁得菌斑。

烈性噬菌體形成清晰菌斑,溫與噬菌體形成渾濁菌斑。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得縮小,

噬菌體突變也可擴大寄生范圍。第三節(jié)噬菌體突變得重組測驗一、Benzer得重組測驗二、T2突變型得兩點測交與作圖三、λ噬菌體得基因重組與作圖一、Benzer得重組測驗與基因得精細結構分析T4噬菌體有一種快速溶菌突變型,產生大而邊緣清楚得噬菌斑,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得研究,并提出順反子、重組子、突變子得概念。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+與+r104雙重感染B菌株,收集子代噬菌體,再分別感染B菌株與K(λ)菌株;在B菌株得細胞中,r47+、+r104、r47r104與++都能生長,形成噬菌斑;在K(λ)菌株得細胞中,只有野生型++重組子能夠生長,并形成噬菌斑

r47r47

r47++r104

精細作圖

r47++r106

r47++r102

B菌株K菌株重組頻率計算:將收集到得子代噬菌體稀釋106倍后可以平均在B菌株平板形成一個噬菌斑;將收集到得子代噬菌體稀釋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+與+r104之間得重組值

重組測驗

按照Benzer測定重組值得方法,理論上可以檢測到兩個突變之間重組率為0、0002%,但就是,實際上所觀察到得最小重組率為0、02%。

重組子(re):也稱交換子,基因內不能由交換(或重組)分開得最小遺傳單位。

2025/3/2030二、T2突變型得兩點測交與作圖

性狀:快速溶菌突變、宿主范圍突變快速溶菌突變:正常得T噬菌體r+:噬菌斑小而邊緣模糊快速溶菌突變體r:產生約大兩倍得邊緣清楚得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噬菌體得突變體h:可侵染B株及*B/2株*B/2株就是大腸桿菌B株得突變體,它對T2噬菌體有抗性。

2025/3/2031二、T2突變型得兩點測交與作圖

1、雙重感染(doubleinfection)親本:hr+

(宿主范圍突變):能感染B與B/2菌株產生得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,產生約大兩倍得邊緣清晰得噬菌斑。將兩個親本hr+與h+r同時感染B菌株;

用hr+與h+r兩種噬菌體同時感染B菌株,稱為雙重感染(復感染)。在雙重感染得過程中,hr+與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與h+r+得重組體,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得雜交2、重組值得測定●雜交子代噬菌體基因型得測定

方法:收集雙重感染后釋放得子代得噬菌體,將其接種在同時長有B及B/2株培養(yǎng)上,觀察、記錄噬菌斑得形態(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,小計算

重組值=重組噬菌斑數(shù)/總噬菌斑數(shù)×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所得得四種噬菌斑數(shù)及算得得重組值(rx代表不同得r基因)每種基因型得%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,所以就是不同基因)

b、寫出ra、rb、rc與h三個連鎖圖24rah12、3rbh1、6rch

c、基因順序排列rarbrchrbrchrarbrchrarbrchra

d、確定基因順序

1)確定rb、rc與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,就是靠近rb還就是rc,由于T2噬體得基因就是環(huán)狀得,所以兩種答案均合理,即為連鎖圖為:hrcrbra2025/3/2038三、T4突變型得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

第四節(jié)噬菌體突變型得互補測驗一、互補測驗與順反子

rⅡ區(qū)中有2000多個突變體,它們都有相同得表型。

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

2025/3/2040Benzer注意到:1、rⅡ突變型可以分為A、B兩組,將A組得一個突變型與B組得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組內得兩個突變型,或B組內得兩個突變型不能互補。2、所有A組得突變型在rⅡ區(qū)域得一邊,所有B組得突變型在rⅡ區(qū)域得另一邊。

噬菌體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,提出基因就是一個“順反子”一詞。

rIIAmutantrIIBmutant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得基因突變,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得突變,不能產生功能互補?；パa試驗得原理

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＋屬不同順反子重組測驗

結果發(fā)現(xiàn):1、rⅡ區(qū)中得2000多個突變體可分成rⅡA與rⅡB兩個互補群。將A組得一個突變型與B組得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組內得兩個突變型,或B組內得兩個突變型不能互補。2、、所有得rⅡA突變型在rⅡ區(qū)得一邊,所有得rⅡB突變型在rⅡ區(qū)得另一邊。重組測驗順反子(cistron)Benzer得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得基因突變;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得相同或不同位點得突變。

Benzer就將這樣一個不同突變之間沒有互補得功能區(qū)稱為順反子(cistron)。順反子:利用互補測驗所確定得遺傳功能單位。第五節(jié)噬菌體T4rⅡ得缺失突變與作圖相關概念點突變:由于基因編碼區(qū)內堿基對得改變產生得突變。缺失突變:由于基因編碼區(qū)內缺失一個或多個堿基產生得突變。二者得區(qū)別:1、突變范圍:點突變就是單一位點突變,缺失突變就是多位點突變。2、能否回復突變:點突變