第五章病毒的遗传分析

第第五五章章 病病毒毒的的遗遗传传分分析析（3h） 教教学学目目的的：掌握噬菌体的突变类型以及 噬菌体的基因组；明确噬菌体的噬 菌体的重组；了解噬菌体的互补测验。 教教学学重重点点：噬菌体的重组。 教教学学难难点点：噬菌体的互补测验。 第第一一节节 噬噬菌菌体体的的繁繁殖殖和和突突变变型型 一、噬菌体的繁殖 二、噬菌体突变型 第第二二节节 噬噬菌菌体体突突变变型型的的互互补补测测验验 一、X174 条件致死突变型的互补测验 二、T4 突变型的互补测验 第第三三节节 噬噬菌菌体体突突变变的的重重组组实实验验 一、T2 突变型的两点测交 二、T4 突变型的三点测交 第第四四节节 噬噬菌菌体体基基因因组组与与 原原噬噬菌菌体体 一、 噬菌体的基因组 二、原噬菌体的插入与切除 第五节第五节 环状排列与末端重复（自学）环状排列与末端重复（自学） 一、线状 DNA 具有环状遗传图 二、环状排列与末端重复的形成 第第五五章章 病病毒毒的的遗遗传传分分析析（3h） 第第一一节节 噬噬菌菌体体的的繁繁殖殖和和突突变变型型 一一、噬噬菌菌体体的的繁繁殖殖 感感染染周周期期：是指噬菌体从吸附细菌到子代噬菌体从宿主细菌细胞中放出来 的过程。 1、烈烈性性噬噬菌菌体体的的感感染染周周期期： 烈性噬菌体T4，其宿主是大肠杆菌，故称之为大肠杆菌T4噬菌体。T4 噬菌体对大肠杆菌的侵染过程，就是我们在前面讲过的噬菌体感染周期。 大大肠肠杆杆菌菌 T4噬噬菌菌体体：头、尾两部分组成，外为蛋白质外壳内部DNA 分 子。 侵侵染染过过程程：侵染时 T4 噬菌体的尾部吸附在大肠杆菌的细胞壁上，放出溶菌 酶将细胞壁溶成一小孔，借助于尾鞘的收缩，将自己的DNA（T4DNA）通过 小孔注入大肠杆菌细胞内，T4噬菌体的基因e 立即有顺序地进行表达。 T4噬菌体 DNA 上约有 160 个基因，已定位的有70 多个基因，装配成完 整的噬菌体的全部信息也都在此DNA 上。 T4噬噬菌菌体体的的基基因因的的表表达达：早前期基因表达多为调节基因。其作用是启 动自身基因表达。而抑制宿主大肠杆菌细胞的DNA 合成。晚前期基因表达是 与 DNA 复制有关的基因。其产物是：核酸酶：降解大肠杆菌的DNA，为自己 DNA 合成提供游离的核苷酸；DNA 复制有关的酶：大量合成新T4DNA。晚 期基因表达是控制形态发生过程的基因；编码噬菌体结构蛋白的基因。其产 物是大部分直接参与外壳的建成和少数具有酶的作用。包装完成后，由噬菌体 裂解基因表达，产生裂解酶。消化宿主细胞壁。大肠杆菌细胞裂解，放出大量 的子代 T4噬菌体。 2、温温和和噬噬菌菌体体的的感感染染周周期期 噬噬菌菌体体：其宿主是大肠杆菌。感染宿主。 遗传学教案第五章病毒的遗传分析 3 原原噬噬菌菌体体：整合到宿主染色体中的噬菌体基因组，称为原噬菌体。 溶溶源源性性 细细菌菌：带有原噬菌体的细菌叫溶源性细菌。以上过程称为溶溶源源周周期期。 噬噬菌菌体体基基因因的的表表达达：先是早期基因和部分晚期基因的表达。产物阻 遏蛋白。作用调节或抑制自身其它基因的表达。 噬菌体的整个基因组整合到宿主染色体的特定区域，噬菌体的大部分基因处于 失活状态，随宿主染色体一起复制。 溶源性细菌具有2 个重要特性： 免免疫疫性性：由于大肠杆菌含原噬菌体而产生一种阻遏蛋白（ I ） 。这种阻遏蛋 白不但可抑制原噬菌体DNA 复制。也可抑制再度感染的同类噬菌体DNA 的复 制。故能抵抗同类噬菌体的超感染。 可可诱诱导导性性：原噬菌体的自发诱导，每一代可能有1/10000 溶源性细菌被裂解， 释放出大量噬菌体（裂解周期） 。 裂裂解解周周期期：用紫外线或化学物质（丝裂霉素C）诱导，90溶源细菌进入裂 解周期。噬菌体的基因有顺序地表达，phage 的 DNA 独立复制，形成蛋白 质外壳，从而组装成完整的噬菌体释放出来。 温和噬菌体：象这种在感染周期中具有裂解和溶源两种途经的噬菌体称为温和 噬菌体。 二二、噬噬菌菌体体的的突突变变型型 1.噬噬菌菌斑斑形形态态突突变变型型快快速速溶溶菌菌突突变变型型 野野生生型型噬噬菌菌体体：形成嗜菌斑小、边缘模糊、中心清晰。这是因为野生型噬 菌体裂解细菌细胞，速度缓慢，当噬菌斑中心的细胞裂解形成清亮的小洞后， 它的边缘还有许多未裂解的细菌，故呈现出模糊的晕环。 快快速速溶溶菌菌突突变变型型：形成的嗜菌斑大、边缘清晰、中心清晰。这是由于突变 体裂解细菌细胞的速度快，只要突变体在增殖细菌便一直在裂解，产生的噬菌 体就在且边缘清晰。 2.寄寄主主范范围围突突变变体体 在细菌和噬菌体生存竞争过程中，两者都在发生突变。 大肠杆菌抗噬菌体突变型：细胞壁上由于没有野生型噬菌体赖以附着的接 受点而表现出抗性，但野生型噬菌体也能突变成寄主范围突变体。 寄寄主主范范围围突突变变体体：其吸附器和野生型的有某些精细的差别，所以又能吸附 在抗噬菌体细菌的细胞壁上，侵染并使它们裂解，经自然选择，细菌中又产 生抗寄主范围突变体的抗性品系，而噬菌体同样会产生侵染这种新品系的突变 体。可谓“道高一尺，魔高一丈”。自然界中，细菌和噬菌体靠这种突变的微妙平 衡，而使对立双方不致于同归于尽而完全灭绝。 3.条条件件致致死死突突变变型型 噬菌体大部分基因的功能是复制和产生子代噬菌体所必需的，这些基因的 突变是致死的，不能形成噬菌斑， 有些致死突变型在限制条件下是致死的，而在许可条件，可形成噬菌斑， 这种突变称为条件致死突变。它在遗传学研究最具有重要意义，通过这种突变 已鉴定出大部分噬菌体基因。Benzer 所用的 T4的 r突变就是遗传学研究中所用 第一个条件致死突变型。 第第二二节节 噬噬菌菌体体的的互互补补测测验验 一一、X174 条条件件致致死死突突变变型型的的互互补补测测验验 X174 条件致死突变型的互补测验含一环状单链DNA，称为（+）链。 X174 突突变变型型 有许多条件致死突变型：将突变型成对地进行互补测验以确定不同来源的 两种条件致死突变型影响的是不同的遗传功能还是相同的遗传功能。 如两种突变能互补的，则属于不同的顺反子；不能互补的则属于同一顺反 子。 由此推出 X174 基因组中的顺反子数，根据互补测验结果， X174 的 39 种条件致死突变分属于8 个顺反子 互互补补测测验验的的原原理理： 遗传学研究的基础首先必须有突变型，然后就是分析这些突变型之间的关 系。互补测验是确定突变的功能关系。如T4的 r区中有 3000 多个突变型，它 们有相同的表现型，这是由于所有的r突变都导致丧失合成一种或几种蛋白质 遗传学教案第五章病毒的遗传分析 5 的能力，这种蛋白质是大肠杆菌k（）发育所必须的。 ，因此这些突变型对大肠 杆菌 k（）细胞是致死的，但可在大肠杆菌B 菌株的细胞中增殖。既然它们有 相同的表现型，那么是否它们都影响同一种遗传功能呢？即r中这 3000 多个突 变型是属于一个基因还是属于几个基因？为了划分这种功能单位界线，必须进 行互补测验，就是用不同的r突变型成对组合去感染大肠杆菌k（）菌株。如 果被双重感染的细菌中产生两种亲代基因型的子代噬菌斑（也有少量重组型的 噬菌斑） ，那么就必然是一个突变型补偿了一个突变型所不具有的功能，这两个 突变型就称为彼此互补。如果双重感染的细菌不产生子代噬菌体，则这两种突 变型一定有一个相同功能受到损伤。 互互补补测测验验的的方方法法： 具体进行互补测验常用斑斑点点测测试试法（spot test） 。用一种 r突变型以 0.1 的感 染比（噬菌体1/细菌 10）去感染大肠杆菌k（）菌株。噬菌体和细菌在温热的 琼脂中混合，涂布在营养平板上，琼脂凝固后，在平板上所划出的一定位置上 再加一滴含有另一种r突变型的培养基，在这一滴培养基的范围内，一些细菌 就会被两种噬菌体所感染。如在这范围内形成噬菌斑，就证明这两种突变型互 补，反之就不能互补。在一个培养皿平板上可做68 个斑点试验。 互互补补测测验验的的结结果果： 互补测验的结果发现：除了一些缺失突变型外，r突变型可分成rA 和 rB 两个互补群。所有rA 突变型的突变位点都r区的一头，是一个独立的 功能单位；所有rB 突变型突变型的突变位点都在r区的另一头，也是一个独 立的功能单位。凡是属于rA 互补群的突变不能互补，同理属于rB 互补群的 突变也不能互补，只有rA 的突变和 rB 的突变可以互补，即双重感染大肠 杆菌 k（）菌株后可产生子代。说明rA 和 rB 是两个独立的功能单位，分 别具有不同的功能，但它们又是互补的，要在大肠杆菌k（）中增殖，这两种 功能缺一不可。由此可见，r是因为这两种功能丧失而形成的。 二二、T4 突突变变型型的的互互补补测测验验 是 R.S.Edgar 和 R.H.Epstein 于 1960 年首次从 T4 中分离出条件致死突变型。 第第三三节节 噬噬菌菌体体突突变变的的重重组组实实验验 一一、T2 突突变变型型的的两两点点测测交交 r型型：生长缓慢，噬菌斑小，边缘模糊。 r型型：快速生长，噬菌斑大，边缘清晰。 h型型：只能感染Ttos （ 对 T2phage 敏感的野生型大肠杆菌） ，不能感染 Ttor（对 T2 噬菌体具抗性的突变型大肠杆菌） 。 h 型型：能感染 Ttos，也能感染Ttor Ttos 简称品系 1，Ttor 简称品系 2 噬菌体的混合感染 噬菌体的重组 h-r+ h+r-中出现的 4 种噬菌斑 四种嗜菌斑 重组率的计算 T2 的的连连锁锁图图（只只注注明明4 个个基基因因） 1965 年，用重组分析法鉴定出T4phage 的 60 个不同的基因，它们在环 状遗传图上的排列。 二二、 T4 突突变变型型的的三三点点测测交交 突突变变型型品品系系：小嗜菌斑（m） 、快速溶菌（r） 、浑浊溶菌斑（tu） 野野生生型型品品系系：野生型（+） T4 的的 mrtu +三三点点测测交交结结果果 三个基因的染色体图 第第四四节节 噬噬菌菌体体基基因因组组与与 原原噬噬菌菌体体 一一、 噬噬菌菌体体的的基基因因组组 基基因因：一是形成嗜菌斑所必须的基因（用大写字母表示） ；另一类是嗜菌斑 形成非必须基因（用小写字母/希腊字母表示） 。 遗传学教案第五章病毒的遗传分析 7 基基因因组组：含 49 000bp，线状 DNA。 基基因因组组特特点点： 许多功能相关的基因聚集在一