第八章++病毒遗传

1、1第八章第八章 病毒的遗传分析病毒的遗传分析8. 1 8. 1 病毒的结构与基因组病毒的结构与基因组8. 2 8. 2 噬菌体的繁殖和突变型噬菌体的繁殖和突变型8. 3 8. 3 噬菌体突变体的重组测验噬菌体突变体的重组测验8. 4 8. 4 噬菌体突变型的互补测验噬菌体突变型的互补测验8. 5 8. 5 噬菌体噬菌体T4 rT4 r的缺失突变与作图的缺失突变与作图8. 6 8. 6 噬菌体基因组与位点专一性重组噬菌体基因组与位点专一性重组8. 7 8. 7 环状排列与末端重复环状排列与末端重复28.1 病毒的结构与基因组病毒的结构与基因组病毒病毒(virus)既不属于真核生物既不属于真核生物

2、, 也不属于原核也不属于原核生物生物, 而是一种无细胞结构的生物。而是一种无细胞结构的生物。病毒仅由病毒仅由DNA(或或RNA)与蛋白质组成与蛋白质组成, 寄生于寄生于动物、植物或细菌的细胞内动物、植物或细菌的细胞内, 依赖宿主细胞得依赖宿主细胞得以生长和繁殖以生长和繁殖。3病毒按宿主范围划分：病毒按宿主范围划分：包括包括动物病毒、植物病毒、细菌病毒。动物病毒、植物病毒、细菌病毒。细菌、真菌和藻类的病毒又称为细菌、真菌和藻类的病毒又称为 噬菌体噬菌体 (phage)(phage)。按所含遗传物质划分：按所含遗传物质划分：包括包括 DNADNA病毒病毒（多数为动物病毒和细菌病毒）和（多数为动物病

3、毒和细菌病毒）和 RNARNA病毒病毒（多数为（多数为RNARNA病毒病毒）按按DNA DNA 与与RNARNA形态划分形态划分包括包括: : 单链病毒单链病毒 与与 双链病毒双链病毒病毒的种类病毒的种类4尾钉基板基板尾丝尾丝腮须病毒的形态与结构病毒的形态与结构5病毒的基因组病毒的基因组按单双链划分：单链（按单双链划分：单链（ssss) ) 与与 双链双链 ( (dsds）按正负链划分：正链按正负链划分：正链(+) (+) 与与 负链负链 (-)(-)。按形态划分：按形态划分： 线状线状(L) (L) 与环状与环状 (O)(O)按照单双及正负链划分：按照单双及正负链划分：DNADNA、RNAR

4、NA、+DNA, +RNA+DNA, +RNA、-DNA-DNA、-RNA -RNA 正链正链 碱基顺序与碱基顺序与mRNA相同者叫正链；与相同者叫正链；与mRNA互补的链叫负链互补的链叫负链RNARNA病毒的病毒的RNARNA多为单链，线状，有正负链之分。多为单链，线状，有正负链之分。DNADNA病毒的病毒的DNADNA多为双链，少数为单链。多为双链，少数为单链。噬菌体的噬菌体的DNADNA多为线状双链多为线状双链6在植物中发现的病毒在植物中发现的病毒7在动物中发现的病毒在动物中发现的病毒8在细菌中发现的病毒（噬菌体在细菌中发现的病毒（噬菌体)9 噬菌体是在遗传学研究中应用最广泛，对遗传学研

5、究贡献也最噬菌体是在遗传学研究中应用最广泛，对遗传学研究贡献也最大的病毒，大的病毒， 其主要原因是：其主要原因是：v繁殖速度快，繁殖速度快， 可缩短研究周期可缩短研究周期v在很小体积的培养基内可获得非常大的群体，有利于从中在很小体积的培养基内可获得非常大的群体，有利于从中筛选出非常稀少的突变体筛选出非常稀少的突变体v基因组小，基因组小， 并且只有一个复制子，并且只有一个复制子， 因此有利于研究基因的因此有利于研究基因的精细结构与功能精细结构与功能v有许多有许多可相互重组的可相互重组的突变体，突变体， 因此有利于选择出有用的重因此有利于选择出有用的重组子组子。108. 2 噬菌体的繁殖与突变型噬

6、菌体的繁殖与突变型8. 2. 1 基本概念基本概念8. 2. 2 噬菌体的繁殖噬菌体的繁殖8. 2. 3 噬菌体的突变型噬菌体的突变型118.2.1 基本概念基本概念烈性噬菌体：烈性噬菌体：可使寄主菌发生裂解可使寄主菌发生裂解, 并形成噬菌斑的噬菌并形成噬菌斑的噬菌体叫烈性噬菌体（体叫烈性噬菌体（virulent phage), 如如T1 、T2、 T3、T4、Q等。等。温和噬菌体温和噬菌体：侵染细菌后，可游离于细菌细胞质中，又可侵染细菌后，可游离于细菌细胞质中，又可整合到宿主染色体上和宿主整合到宿主染色体上和宿主DNA协调地复制的噬菌体就叫协调地复制的噬菌体就叫温和噬菌体（温和噬菌体（tem

7、perate phage), 如如、P22、80 等噬等噬菌体。菌体。原噬菌体：以原噬菌体：以整合到宿主染色体上并与宿主染色体一起复整合到宿主染色体上并与宿主染色体一起复制噬菌体叫原噬菌体（制噬菌体叫原噬菌体（prophage） 。噬菌体类型噬菌体类型12敏感型细菌：敏感型细菌：受噬菌体侵染后迅速发生裂解的细菌叫敏受噬菌体侵染后迅速发生裂解的细菌叫敏感型细菌（感型细菌（sensitive bacteria） 。溶源性细菌：溶源性细菌：能被温和噬菌体浸染（以原噬菌体状态存能被温和噬菌体浸染（以原噬菌体状态存在）的细菌叫溶源性细菌（在）的细菌叫溶源性细菌（lysogenic bacteria 或或

8、 lysogen ）。或者说受噬菌体侵染后）。或者说受噬菌体侵染后, 不迅速发生裂解的细不迅速发生裂解的细菌叫敏感型细菌菌叫敏感型细菌宿主菌类型13溶源溶源化反化反应：应：敏感型细菌被温和噬菌体感染后变成为溶源性细敏感型细菌被温和噬菌体感染后变成为溶源性细菌的过程叫溶源化反应（菌的过程叫溶源化反应（lysogenic response） 。裂解反应：裂解反应：敏感型细菌被烈性噬菌体侵染后在短期内裂解敏感型细菌被烈性噬菌体侵染后在短期内裂解, 释释放出大量子代噬菌体的过程叫反应裂解反应（放出大量子代噬菌体的过程叫反应裂解反应（lytic response） 。诱导释放（诱导释放（inductio

9、n release）：受受UV、丝裂霉素丝裂霉素 C 等物理化等物理化学因素影响学因素影响, 温和噬菌体温和噬菌体DNA从宿主染色体上剪切下来，从宿主染色体上剪切下来， 独立独立进行复制，组装成为完整噬菌体，将细菌裂解，进行复制，组装成为完整噬菌体，将细菌裂解， 自身释放出来自身释放出来的过程。此过程也可自发地发生的过程。此过程也可自发地发生, 但频率较低（但频率较低（10-4左右）。左右）。细菌-噬菌体相互作用14免疫性免疫性 已被噬菌体感染的细菌一般具有抵御同类噬菌体再次已被噬菌体感染的细菌一般具有抵御同类噬菌体再次(超超)感染（感染（Superinfection）的能力）的能力, 这种特

10、性叫免疫性这种特性叫免疫性（immunity） 。产生免疫性的原因产生免疫性的原因在于已存在的原噬菌体可产生一种阻遏蛋白在于已存在的原噬菌体可产生一种阻遏蛋白(CI), CI 不但可抑制自身不但可抑制自身DNA的复制，也可抑制再度感染的同的复制，也可抑制再度感染的同类或近缘噬菌体的复制，这种阻遏蛋白如果受类或近缘噬菌体的复制，这种阻遏蛋白如果受UV或丝裂霉素或丝裂霉素C 的诱发被被破坏的诱发被被破坏(或钝化或钝化)，细菌则处于诱导释放状态。，细菌则处于诱导释放状态。15烈性噬菌体的增殖烈性噬菌体的增殖噬菌体尾部吸附到细菌表面噬菌体尾部吸附到细菌表面 噬菌体噬菌体DNA注入注入细菌细胞质中细菌细

11、胞质中 噬菌体噬菌体早前期早前期基因表达基因表达 噬噬菌体菌体晚前期晚前期基因表达基因表达噬菌体噬菌体晚期晚期基因表达基因表达噬菌体重组与装配噬菌体重组与装配 噬菌体产生裂解酶噬菌体产生裂解酶宿主宿主细胞裂解细胞裂解 子代噬菌体释放子代噬菌体释放。8. 2. 2 噬菌体的繁殖噬菌体的繁殖16基基 因因功功 能能早前期表达基因早前期表达基因启动自身基因表达，抑制宿主细胞启动自身基因表达，抑制宿主细胞RNARNA合成合成晚前期表达基因晚前期表达基因编码一些核酸酶与编码一些核酸酶与DNADNA复制酶复制酶, , 前者用于降前者用于降解宿主解宿主DNA, DNA, 为自身复制提供核苷酸；后者为自身复制

12、提供核苷酸；后者用于自身用于自身DNADNA合成。合成。晚期表达基因晚期表达基因编码控制形态发生所必需的蛋白质编码控制形态发生所必需的蛋白质, , 及噬菌及噬菌体结构蛋白体结构蛋白, , 参与噬菌体外壳及尾部的装参与噬菌体外壳及尾部的装配配烈性噬菌体增殖过程各时期表达的基因及其功能烈性噬菌体增殖过程各时期表达的基因及其功能17温和噬菌体感染周期温和噬菌体感染周期 溶源周期溶源周期 吸附到细胞表面吸附到细胞表面 DNA以线形方式注入宿主细胞质以线形方式注入宿主细胞质 DNA分子环化分子环化 早期基因和部分晚早期基因表达早期基因和部分晚早期基因表达 DNA插入插入(整合整合)到宿主染色体特定区域到

13、宿主染色体特定区域 随宿主染色体一起复随宿主染色体一起复制并传递给子代制并传递给子代。 整合到宿主染色体上的整合到宿主染色体上的 噬菌体基因组噬菌体基因组 称为称为原噬菌体原噬菌体(prophage) 或原病毒或原病毒(provirus)。 带有原噬菌体的细菌称为带有原噬菌体的细菌称为溶源性细菌溶源性细菌(lysogenic bacterium)18 裂解周期裂解周期 原噬菌体受自发诱导或物理化学因素诱导原噬菌体受自发诱导或物理化学因素诱导, 原噬菌体可从宿主原噬菌体可从宿主菌基因组中分离下来菌基因组中分离下来 重新进行独立复制重新进行独立复制 最终使溶原噬最终使溶原噬裂解裂解 子代子代噬菌体

14、释放。噬菌体释放。 这一过程叫裂解周期这一过程叫裂解周期, 也叫即也叫即诱导释放诱导释放 失去原噬菌体的细菌称为失去原噬菌体的细菌称为非溶源性细菌非溶源性细菌。191. 大小斑大小斑 (plague)突变型：噬菌体侵染细胞因突变型：噬菌体侵染细胞因溶菌速度溶菌速度不不同引起，同引起，溶菌溶菌速度快速度快 大斑，大斑，溶菌溶菌速度慢速度慢 小斑小斑. 2. 清晰或混浊斑突变型清晰或混浊斑突变型: 因细菌被侵染后因细菌被侵染后, 全部或是部分全部或是部分被杀死引起：被杀死引起： 全部杀死全部杀死清晰斑清晰斑; 部分杀死部分杀死 混浊斑混浊斑.烈性噬菌体烈性噬菌体 清晰斑清晰斑;温和噬菌体温和噬菌体

15、 混浊斑混浊斑8.2.3 噬菌体的突变型噬菌体的突变型形态突变型形态突变型:20 寄主范围突变型寄主范围突变型 一种噬菌体一般只能浸染特定的一种或几种宿主菌一种噬菌体一般只能浸染特定的一种或几种宿主菌(宿主特宿主特异性异性), 这种专一性受特定的受体基因控制，受体基因一旦这种专一性受特定的受体基因控制，受体基因一旦发生突变突变，所能浸染的寄主范围随之缩小或扩大。发生突变突变，所能浸染的寄主范围随之缩小或扩大。 把寄主范围发生改变的突变体把寄主范围发生改变的突变体称寄主范围突变型称寄主范围突变型（host range mutant）21在限制在限制生存生存条件下不能生存（繁殖）条件下不能生存（繁

16、殖）, 在许可在许可生存生存条件下条件下可以生存，并形成噬菌斑的突变称为条件致死突变可以生存，并形成噬菌斑的突变称为条件致死突变. 条条件致死突变分为件致死突变分为:温度敏感突变型温度敏感突变型( temperature sensitive mutant, ts)，如如T4 噬菌体噬菌体30在宿主可进行繁殖，在在宿主可进行繁殖，在40-42下致死下致死。抑制因子敏感突变型抑制因子敏感突变型 (suppressor-sensitive mutant, sus)条件致死突变型条件致死突变型(体体) (conditional lethal mutation).22在有在有抑制基因抑制基因(因子因子)

17、 (suppressor, su) 的宿主菌中能够繁的宿主菌中能够繁殖殖, 在无抑制基因在无抑制基因(因子因子)的宿主菌（野生型的宿主菌（野生型 ）中不能繁）中不能繁殖的突变体叫殖的突变体叫抑制因子敏感突变体。抑制因子敏感突变体。抑制因子敏感突变型的实质是抑制因子敏感突变型的实质是: 噬菌体某基因内某噬菌体某基因内某有有义密码子义密码子突变成突变成终止密码子终止密码子(无义密码子无义密码子)，从而导致蛋，从而导致蛋白质翻译过程提前终止的缘故。所以抑制因子敏感突白质翻译过程提前终止的缘故。所以抑制因子敏感突变型也叫变型也叫无义突变无义突变型或型或无义突变体。无义突变体。抑制因子敏感突变体抑制因子

18、敏感突变体(sus) 23如编码酪氨酸的密码子UAC(有义密码子) 突变为UAG(无义密码子)mRNAmRNA5353U A CU A G(酪氨酸密码子酪氨酸密码子)CG链的生长提前在此终止链的生长提前在此终止 U A GU A G正常终止位点正常终止位点24抑制因子敏感突变体的类型抑制因子敏感突变体的类型因为无义密码子因为无义密码子/ /终止密码子有终止密码子有 UAGUAG、UAA, UGA UAA, UGA 三种类三种类型，所以型，所以抑制因子敏感突变体也有三种类型抑制因子敏感突变体也有三种类型: :UAGUAAUGAXXX有义密码子有义密码子琥珀型突变琥珀型突变amber (amb )

19、赭石型突变赭石型突变ochre (och )乳白型突变乳白型突变opal (op)25因为不同有义密码子可能突变为同一种无义密码子，所以每一类因为不同有义密码子可能突变为同一种无义密码子，所以每一类抑制基因敏感突体又分为若干个种。抑制基因敏感突体又分为若干个种。如在如在174噬菌体中发现：噬菌体中发现：琥珀突变琥珀突变(amb ) 有有: am8、am18、am30、am33、am50、am86等等赭石突变赭石突变(och ) 有有: Och5、Och6、Och1、Och11等等乳白突变乳白突变(op) 有有: Op6、Op9等等数目字代表突变位点。数目字代表突变位点。26为什么为什么抑制因子

20、敏感突变体抑制因子敏感突变体在有在有抑制基因抑制基因(su) 的宿的宿主菌中能够繁殖主菌中能够繁殖, 在无在无抑制基因抑制基因的宿主菌（野生型的宿主菌（野生型 ）中不能繁殖中不能繁殖 ？ 首先我们应该了解什麽是抑制基因首先我们应该了解什麽是抑制基因27是指宿主菌基因组中，编码是指宿主菌基因组中，编码 tRNA上反密码子的上反密码子的 3个碱基中个碱基中的一个发生了突变的的一个发生了突变的 tRNA 基因基因 ( tDNA )。 这种发生了单碱基突变的这种发生了单碱基突变的tRNA 基因基因 能够抑制无义突变的作能够抑制无义突变的作用，用， 所以这种突变所以这种突变 tRNA 叫叫无义抑制无义抑

21、制 tRNA; 编码无义抑制编码无义抑制 tRNA的基因叫的基因叫抑制基因，抑制基因，无义抑制基因无义抑制基因, 或或无义抑制突变基因无义抑制突变基因.抑制基因抑制基因28为什么抑制因子敏感突变型为什么抑制因子敏感突变型(无义突变无义突变)只能在有抑制基因的宿只能在有抑制基因的宿主菌细胞中繁殖主菌细胞中繁殖, 而在野生型而在野生型 (无抑制基因无抑制基因) 宿主菌中繁殖宿主菌中繁殖 ？因为突变后的因为突变后的 tRNA上的反密码子与噬菌体无义突变产生的无上的反密码子与噬菌体无义突变产生的无义密码子配对，把义密码子配对，把 tRNA上携带的氨基酸插入到无义密码子处上携带的氨基酸插入到无义密码子处

22、（本来不是与无义密码子配对的（本来不是与无义密码子配对的)，使蛋白质翻译继续进行而不，使蛋白质翻译继续进行而不被终止被终止, 从而弥补了噬菌体无义突变造成的致死影响从而弥补了噬菌体无义突变造成的致死影响, 或者说使或者说使无义突变发生回复突变无义突变发生回复突变 (恢复到正常功能恢复到正常功能).29tDNA+和无义密码子配对和无义密码子配对tDNA转录转录aa-tRNA 无义抑制无义抑制 tRNA无义抑制基因无义抑制基因30mRNA 53U A GA U C氨基酸臂氨基酸臂携带某种携带某种氨基酸氨基酸53无义抑制无义抑制tRNA终止（无义）密码子31 Tyr-tRNA 突变突变 tyr-tR

23、NA GUA CUA UAU UAG （酪氨酸）（酪氨酸） 琥珀无义密码子琥珀无义密码子mRNAU or C GG A蛋白质合成恢复蛋白质合成恢复宿主菌宿主菌噬菌体噬菌体第一点突变第一点突变第二点突变第二点突变32因为 3 种无义密码子 产生 3 种无义突变 诱发 3 种无义抑制突变（基因：琥珀无义突变 琥珀无义抑制突变 产生识别 UAG 的 tRNA赭石无义突变 赭石无义抑制突变 产生识别 UAA 的 tRNA。乳石无义突变 乳石无义抑制突变 产生识别 UGA 的 tRNA 无义抑制突变无义抑制突变( (基因基因) )的种类的种类有抑制基因的菌用 su+ 表示，无抑制基因的菌用 su 或 s

24、u- 表示。琥珀、赭石、乳石抑制基因分别用 su+ amb、 su+ och 、 su+ op 表示33野生型噬菌体在有和没有抑制基因 的宿主菌(su+、su)中都能繁殖; 琥珀型噬菌体突变体(amb) 只能在有琥珀(su+ amb)或赭石(su+ och) 抑制基因的宿主菌中繁殖；赭石型噬菌体突变体 (och)只能在携带赭石抑制基因(su+ och )的宿主中繁殖;乳白型噬菌体突变体(opal)只能在携带乳白抑制基因(su+opal )的宿主中繁殖.34358. 3. 噬菌体突变体的重组测验噬菌体突变体的重组测验8. 3. 1 拟等位基因拟等位基因8. 3. 2 本泽尔的本泽尔的r II 突

25、变体重组测验突变体重组测验8. 3. 3 T2 噬菌体突变型两点测交噬菌体突变型两点测交8. 3.4 T4 噬菌体突变型三点测交噬菌体突变型三点测交3. 3. 5 174 噬菌体突变型两点与三点测交噬菌体突变型两点与三点测交3. 3. 6 烈性噬菌体的遗传体制烈性噬菌体的遗传体制36拟等位基因也叫假等位基因拟等位基因也叫假等位基因, , 是是指位点接近指位点接近, , 表型表型相似相似，互补测验中，互补测验中, , 在功能上表现出一定互补性，在功能上表现出一定互补性，并可通过交换发生重组的一写突变体体总称并可通过交换发生重组的一写突变体体总称. .拟等位基因出现是同一基因内部不同位点发生突变拟

26、等位基因出现是同一基因内部不同位点发生突变的结果的结果。8.3.1 拟等位基因拟等位基因(pseudo alleles )37拟等位基因中，把两个突变点拟等位基因中，把两个突变点( w, wa) 出现在同源染色体的出现在同源染色体的两个成员上的现象称为两个成员上的现象称为反式排列反式排列，两个突变点，两个突变点( w, wa)出现在出现在同源染色体当中一个成员上的现象称同源染色体当中一个成员上的现象称顺式排列顺式排列W Wa a，W W 在两个成员上在两个成员上W Wa a，W W 在同一个成员上在同一个成员上反式排列反式排列顺式排列顺式排列38顺顺- -反位置效应反位置效应拟等位基因中，两个

27、突变位点因排列方式不同（反式排列与顺式拟等位基因中，两个突变位点因排列方式不同（反式排列与顺式排列），表型也不相同的现象称为顺排列），表型也不相同的现象称为顺-反位置效应反位置效应.如在果蝇中，如在果蝇中，反式排列反式排列 表型为表型为杏红色眼；杏红色眼；顺式排列顺式排列 表型为表型为红色眼红色眼 顺式排列、顺式排列、红色眼红色眼+ 代表红眼反式排列、杏红色眼反式排列、杏红色眼39A aB bA ab B顺顺/ /反排列与互引反排列与互引/ /互斥相的区别互斥相的区别代表同源染色体上的非代表同源染色体上的非等位基因间的排列方式等位基因间的排列方式同一基因座内不同同一基因座内不同突变点间的排列方

28、式突变点间的排列方式40拟等位基因与复等位基因的区别拟等位基因与复等位基因的区别拟等位基因拟等位基因复等位基因复等位基因同一基因内不同位点的突变同一基因内不同位点的突变 存在于同一个体内。存在于同一个体内。同源染色体上同一基因座内的同源染色体上同一基因座内的突变突变存在于不同的个体之间存在于不同的个体之间418.3.2 本泽尔噬菌体本泽尔噬菌体 rIIrII突变体重组测验突变体重组测验rII 突变体突变体是指在是指在T4 噬菌体染色体（基因组）上人为噬菌体染色体（基因组）上人为划分的划分的rII区因发生的一些突变产生的突变体。区因发生的一些突变产生的突变体。 该区该区被称作为突变热点区，因为突

29、变被称作为突变热点区，因为突变产生了许多的突变产生了许多的突变体。体。除除 rII 区外，还有除区外，还有除 rI 与与 rIII 区。区。rIIrII 突变体突变体4243本泽尔噬菌体本泽尔噬菌体 rIIrII突变体重组测验突变体重组测验用两个不同的用两个不同的 rr突变型突变型 (如如 r r47 + 与与 + r104 ) 同时感染大肠同时感染大肠杆菌杆菌 B 菌株菌株, 然后将收集到的溶菌液分别感染然后将收集到的溶菌液分别感染 E. coli B 与与 E. coli K () , 最后通过计算重组率最后通过计算重组率, 并以遗传图距的方式确定基因并以遗传图距的方式确定基因内突变发生的

30、空间关系，即突变发生的位点内突变发生的空间关系，即突变发生的位点r 47 + r104r 后面的数字代表该突变发现的先后次序后面的数字代表该突变发现的先后次序44原理原理: 在在B菌株中菌株中 (许可条件下许可条件下), 两种突变体两种突变体 ( r47r47 + , + r104)r104)均可均可生长生长, 并且发生重组，可能得到以下四种基因型并且发生重组，可能得到以下四种基因型: r 47 + r104r 47 + r104r 47 r104+ + r104r 47 +能够生长能够生长, 并形成大噬菌斑并形成大噬菌斑重组子重组子纯合双突变纯合双突变, 不能生长不能生长, 野生型野生型,

31、可生长可生长, 形成小噬菌斑形成小噬菌斑亲组型亲组型在在B菌株中菌株中45再用上述混合裂解物浸染大肠杆菌再用上述混合裂解物浸染大肠杆菌K ()菌株后菌株后(限制条件下限制条件下) , 只有只有其中的野生型的能生长，突变型不能生长（不能形成噬菌斑）：其中的野生型的能生长，突变型不能生长（不能形成噬菌斑）：r 47 r104+ + r104r 47 +可以生长可以生长, 形成小噬菌斑形成小噬菌斑不能生长不能生长,不能形成噬菌斑不能形成噬菌斑46EColi B一环5ml LB37,O/N0.1mlr47 + r1040.1ml0.1ml吸附10后倒平板只有只有+ + + + 生长生长, 并并形成形成

32、 r r+ + 斑斑。K12B亲组型与重组亲组型与重组型均可生长型均可生长用图表示用图表示: 4748重组率重组率(RF) = 100%= 100% 2 是因为一次交换产生是因为一次交换产生2 种重组型种重组型, 其中的双重突变其中的双重突变 (r47 r104) 因在因在K菌株中不能生长菌株中不能生长, 所以无法检测出。所以无法检测出。49同一基因内突变的位点相距越远同一基因内突变的位点相距越远, 重组率越高重组率越高, 反过来说，重组率越高反过来说，重组率越高, 两突变点的图距越大两突变点的图距越大.突变点突变点r47 距距r104, r106, 102的距离的距离:r47 r104 r1

33、06 r102近近远远重组率重组率低高距离距离50目前发现目前发现T4 噬菌体噬菌体r突变型间突变型间重组率最小为重组率最小为 0. 02% = 0. 02cM T4 噬菌体噬菌体DNA全长全长= 1. 8 105 bp = 1500 cM 1. 8 10 5 bp 1500表明两个突变点之间的图距最小为表明两个突变点之间的图距最小为2. 4 bp, 也表明基因内相邻的两也表明基因内相邻的两个核苷酸之间可以发生交换重组，也就是说重组子的最小单位相个核苷酸之间可以发生交换重组，也就是说重组子的最小单位相当于一个核苷酸对当于一个核苷酸对120 bp 0. 02 = 2. 4 bp = 120bp

34、/ cM51溶菌速度突变型溶菌速度突变型( r 或或 r )：溶菌速度快溶菌速度快, 产生大量界限分明的噬菌斑。产生大量界限分明的噬菌斑。野生型野生型( r+ ) :溶菌相对缓慢，形成噬菌斑小。溶菌相对缓慢，形成噬菌斑小。8.3.3 T2 T2 突变体两点测交与作图突变体两点测交与作图 T2 噬菌体突变型噬菌体突变型: 52寄主范围突变型寄主范围突变型( h 或或 h )：能感染能感染 E. coli 品系品系 1 (Ts) 与与 品系品系2 (Tr) ，产生透产生透明噬菌斑。明噬菌斑。野生型野生型( h+ ) : 只能感染品系只能感染品系1(Ts), 不能感染品系不能感染品系2 (Tr) ,

35、 但感染但感染品系品系1 1与品系与品系2 2的混合物时的混合物时, , 能形成半透明的噬菌能形成半透明的噬菌斑斑53h 因能感染品系因能感染品系1与品系与品系2，在两种细胞的混合物中，在两种细胞的混合物中, 能使能使两种细胞（所有细菌）全部裂解两种细胞（所有细菌）全部裂解, 所以产生透明噬菌斑。所以产生透明噬菌斑。 h+ 因只能感染品系因只能感染品系1 (Ts), 而不能感染品系而不能感染品系2 (Tr) , 所以在所以在品系品系1与品系与品系2 的混合物中的混合物中, 因只裂解品系因只裂解品系1, 而不能裂解品而不能裂解品系系2。因为只有部分细菌被裂解。因为只有部分细菌被裂解, 所以形成半

36、透明的噬菌斑所以形成半透明的噬菌斑。透明和半透明斑形成的原因透明和半透明斑形成的原因54T2 T2 噬菌体突变型两点测交噬菌体突变型两点测交 h+ r h r+ 杂交，杂交，h 和和 r 的表型的表型 和基因型列表表示如下和基因型列表表示如下： phageE. coli溶菌速度溶菌速度寄主范围寄主范围野生型野生型(r+）突变型（突变型（r）野生型野生型(h+）突变型（突变型（h）Ts (品系品系1)+小小 r+ 斑斑+大大 r 斑斑+小小 r+ 斑斑+小小 r+ 斑斑Tr (品系品系2)+小小 r+ 斑斑55E. coli 品系品系1E. coli品系1+品系2h r + h + r用用 h+

37、 r 和和 h r+ 混合感染品系混合感染品系1 (Ts ) , 二种突变体在品系二种突变体在品系1内内同时繁殖并重组同时繁殖并重组根据噬菌斑的大小和形态根据噬菌斑的大小和形态, 统计每一类型噬菌体的数统计每一类型噬菌体的数目目, 计算重组率计算重组率, 并根据并根据重组率作图重组率作图收集品系收集品系1 上的子代噬菌体（扩增了的上的子代噬菌体（扩增了的噬菌体）再接种到涂了一层品系噬菌体）再接种到涂了一层品系1和一和一层品系层品系2 ( Tr ) 的平板上的平板上, 使两种细菌发使两种细菌发生重叠生重叠5657 大而半透明大而半透明 小而透明小而透明 小而半透明小而半透明 大而透明大而透明 亲

38、本型亲本型 重组型重组型 重组率重组率(h-r)= 100%(r+ h+ ) + (r h )总噬菌斑数总噬菌斑数r h r h+r+ h r+ h+ r h+ r+ h r+ h+ r h 58如果用如果用溶菌速度不同的溶菌速度突变体溶菌速度不同的溶菌速度突变体(ra, rb, rc) 杂交杂交59rarbrchrarbrchrarbrchrarbrch2413四个基因的排序有以下4 种可能rahhhrcrb2412.31.6基因 ra、rb、rc 与 h 的图距如下；60rb rcrb rc计算计算 rb - rc 间的重组率，如果间的重组率，如果 RF( rb-rc)RF(rb-h),

39、表表明明 rb 与与 rc 位于位于 h 两侧，四基因的排序是两侧，四基因的排序是: ra rb h rc 或或 ra rc h rb （2，3）; 如果如果RF( rb-rc)RF(rb-h). 表明表明 rb、rc 位于位于 h 同一侧同一侧，四基因的排序是四基因的排序是: ra rb rc h， 或或 ra h rb rc (1, 4)进行下列杂交进行下列杂交61如果基因如果基因 h 位于位于 rb 与与 rc 之间，之间，ra 可能位于可能位于 基因基因 h 的左的左侧侧, 也可能位于也可能位于h 的的右侧，也可能靠近右侧，也可能靠近 rb, 也可能靠近也可能靠近 rc, 因为噬菌体的

40、基因组为环形。因为噬菌体的基因组为环形。ra ?hrbrcra ?628.3.4 噬菌体的基因重组作图噬菌体的基因重组作图vA.D. Kaiser(1955)噬菌体噬菌体s s mico2cco1小的小的嗜菌斑嗜菌斑微小微小嗜菌斑嗜菌斑清亮清亮嗜菌斑嗜菌斑浓中央环浓中央环嗜菌斑嗜菌斑更浓中央环更浓中央环嗜菌斑嗜菌斑s co1 mi + + +突变型突变型紫外光诱变紫外光诱变63Sco1mi3.836.21= 8.32 + 2 x 0.86 = 10.04s-co1 mi-co1 s-mi3.83 + 6.21 8.32 =10.0464m r tu+ + +E. Coli TS 品系品系 E.

41、 ColiTs + Tr 品系品系根据噬菌斑的大小和形态根据噬菌斑的大小和形态, 统计每一类型噬菌体的数目统计每一类型噬菌体的数目 计算计算重组率重组率 绘制连锁图绘制连锁图m: 小噬菌斑小噬菌斑, r: 快速溶解快速溶解tu: 浑浊噬菌斑浑浊噬菌斑8.3.5 T4 T4 噬菌体突变体三点测噬菌体突变体三点测交交收集品系收集品系1 上的子代噬菌体上的子代噬菌体, 接种到先涂接种到先涂了一层品系了一层品系1, 再涂了一层品系再涂了一层品系2( Tr ) 的的平板上平板上(两种细菌重叠两种细菌重叠)突变型突变型野生型野生型65 共共 23 = 8 种类型的噬菌斑种类型的噬菌斑, 每一种代表一种基因

42、型每一种代表一种基因型, 其中包括其中包括 2 种亲组型种亲组型, 6 种重组型种重组型 (四种单交换型，两种双交换型四种单交换型，两种双交换型) 。66RF (mr) =520+474+162+17210342= 12.9 cMRF (r tu) = = 20.8 cM853+965+162+17210342RF (m tu)= = 27.1cM520+474+853+96510342m 12.9 r 20.8 tu33.727.1计算重组率计算重组率67噬菌体杂交的特点噬菌体杂交的特点1.1.每个亲代提供给子代遗传质的多少决定于感染宿每个亲代提供给子代遗传质的多少决定于感染宿主菌时，两种亲

43、代噬菌体的相对数量，如亲代主菌时，两种亲代噬菌体的相对数量，如亲代 A A与亲代与亲代 B B 的数量比的数量比 = 10: 1= 10: 1，则产生的重组子，则产生的重组子代中，代中，A A 的数量的数量 B B 的数量。的数量。 682. 2. 两种噬菌体感染宿主菌之后，不断进行复制，产两种噬菌体感染宿主菌之后，不断进行复制，产生许多子代，不同基因型的子代之间发生重组，生许多子代，不同基因型的子代之间发生重组， 重组的重组的 DNA DNA 和亲代的和亲代的 DNA DNA 之间再发生重组，直之间再发生重组，直到装配成完整的噬菌体颗粒。所以噬菌体是以群到装配成完整的噬菌体颗粒。所以噬菌体是

44、以群体形式在寄主细胞中反复进行重组的体形式在寄主细胞中反复进行重组的。 遗传学上供亲代及子代噬菌体复制和重组的宿主菌遗传学上供亲代及子代噬菌体复制和重组的宿主菌叫交配池交配池或交配库交配库（mating pool）693. 在噬菌体杂交在噬菌体杂交 (测交测交)中，重组率随宿主菌裂解时中，重组率随宿主菌裂解时间的延长而增加，人为提前裂解间的延长而增加，人为提前裂解, 重组率小，推重组率小，推迟裂解，重组率大，表明重组型噬菌体在宿主菌迟裂解，重组率大，表明重组型噬菌体在宿主菌中，随噬菌体中，随噬菌体DNA复制，反复地进行重组。为得复制，反复地进行重组。为得到正确的重组率，到正确的重组率， 应该应

45、该 1) 严格控制每种亲代噬严格控制每种亲代噬菌体基因型的投放量；菌体基因型的投放量； 2）严格控制允许发生复）严格控制允许发生复制与重组的时间制与重组的时间.704. 不同基因型噬菌斑之间可以发生多次交换，如用不同基因型噬菌斑之间可以发生多次交换，如用 x y+ z+ 、 x + y z+ 和和 x+ y+ z 三种基因型的噬菌斑三种基因型的噬菌斑感染同一个宿主菌，出现感染同一个宿主菌，出现 x y z 重组子重组子. 718. 4 噬菌体突变型的互补测验噬菌体突变型的互补测验8. 4. 1 互补测验与顺反子互补测验与顺反子8. 4. 2 X174 条件致死突变型的互补测定条件致死突变型的互

46、补测定8. 4. 3 T4 噬菌体突变型的互补测定噬菌体突变型的互补测定8. 4. 4 基因内互补基因内互补 72互补互补 用两个不同的用两个不同的rr突变体突变体 (如如rr1和和 rr2)同时侵染大肠杆同时侵染大肠杆菌菌 K ()菌株，如果被侵染的宿主菌产生的子代噬菌体的菌株，如果被侵染的宿主菌产生的子代噬菌体的基因型均为亲代型基因型均为亲代型, 表明其中的一个突变型补偿了另一表明其中的一个突变型补偿了另一个突变体的缺陷个突变体的缺陷, 那麽就称这两突变型之间互补那麽就称这两突变型之间互补（complementation）如果被感染的宿主菌不产生任何噬菌体，表明这两个突如果被感染的宿主菌不

47、产生任何噬菌体，表明这两个突变型之间不互补变型之间不互补（incomplementation）.8. 4. 1 互补测验与顺反子互补测验与顺反子73互补表明这两个突变型具有不同的功能损伤; 不互补表明这两个突变型有相同的功能损伤.测验两个突变体之间是否互补的方法叫互补测验。 互补测验又叫顺反测验(cis-trans test)。741234561 用两个用两个r突变体中的一个突变体中的一个(r-1) 感染感染 E. coli K12 后铺平板后铺平板2 平板凝固后平板凝固后, 在皿底将培养基划成格（如划在皿底将培养基划成格（如划 6格），格），在每一格内加一滴含另一在每一格内加一滴含另一r突变

48、体突变体 (r-2) 的培养物的培养物, 在在37度温箱培养过夜度温箱培养过夜；3如在所加如在所加r-2培养物范围内出现噬菌培养物范围内出现噬菌斑，表明这两种斑，表明这两种r发生互补，则反之发生互补，则反之不互补。不互补。 图图 1-5 有嗜菌班形成有嗜菌班形成, 表明表明两个突变体之间有互补作用，两个突变体之间有互补作用，6 无嗜无嗜菌班形成菌班形成, 表明无互补作用表明无互补作用。互补测验的方法互补测验的方法75BenzerBenzer 的顺的顺- -反反( (互补互补) )测验测验用六个突变型和一个野生型用六个突变型和一个野生型, , 两两组合两两组合, , 构成如下两种顺式和反构成如下

49、两种顺式和反式组合式组合, , 双重感染双重感染 E.coli K12菌株，然后把获得的噬菌体滴加到菌株，然后把获得的噬菌体滴加到在含在含 E. coli B 菌株的平板上菌株的平板上, 观察是否互补观察是否互补.r106 r51 + +r106 + + r 51r47 r106 + + r47 + + r106顺式顺式反式反式76顺顺/ /反式均有反式均有 r, r+ r, r+ 斑形成斑形成表明无顺表明无顺- -反位置效应反位置效应顺式有顺式有r, r+ 斑斑, 反式无反式无r, r+ 斑形成斑形成表明有顺表明有顺-反位置效应反位置效应77顺式和反式排列的效果相同顺式和反式排列的效果相同,

50、 表明这两个突变位点之间不表明这两个突变位点之间不存在顺存在顺-反位置效应反位置效应. 顺顺-反位置效应不存在反位置效应不存在表明两个突变位点之间功能互补表明两个突变位点之间功能互补.顺式和反式排列的效果不同顺式和反式排列的效果不同, 表明这两个突变位点之间存表明这两个突变位点之间存在顺在顺-反位置效应反位置效应; 顺顺-反位置效应存在反位置效应存在表明二突变位点之间功能不互补表明二突变位点之间功能不互补.为什么在有的组合中为什么在有的组合中, 正反式感染均可互补正反式感染均可互补, 在有的组合在有的组合中只有顺式才可互补中只有顺式才可互补 ?78Benzer 把所有的把所有的r突变体突变体两

51、两混合两两混合后双重感染后双重感染 E. coli K, 然后再感染然后再感染E. coli B，通过大量顺反测验后，通过大量顺反测验后, 把这些把这些r突变体分为两组突变体分为两组;A A组组( (或或B B组组) )内内的各个突变株之间组合的各个突变株之间组合( (如如r47r47与与r106, r51r106, r51与与r102r102),),有顺反位置效应有顺反位置效应, , 无无互补作用；互补作用；A A组和组和B B组间组间突变株的组合突变株的组合( (如如r106 r106 与与r51),r51),无无顺反位置效应顺反位置效应, ,有有互补作用互补作用106 + 51trans

52、47 + 106trans79r区由两个功能单位区由两个功能单位(基因基因) A 和和B 组成，各自编码出一条完整的多组成，各自编码出一条完整的多肽肽(A肽和肽和B肽肽)，这两条多肽结合在一起才能形成一种有活性的酶。，这两条多肽结合在一起才能形成一种有活性的酶。有了这种酶，两种有了这种酶，两种r突变体同时感染突变体同时感染 E. coli K 时，才能在时，才能在K菌株菌株内复制产生大量噬菌体，发生重组，并将内复制产生大量噬菌体，发生重组，并将E. coli K裂解，于是在裂解，于是在E. coli B上出现上出现 r 和和 r+斑。如果任何一条多肽有缺陷，就不能形成有斑。如果任何一条多肽有缺

53、陷，就不能形成有活性的酶，使得活性的酶，使得r突变体不能在菌株突变体不能在菌株K内繁殖并随之死亡。内繁殖并随之死亡。 Benzer 对上述现象的解释对上述现象的解释rrrr区区ABA肽肽 + B肽肽 有活性的酶有活性的酶80有正常有正常A A、B B产物（产物（A A+ +B B+ +AA- -B B- -）表现为互补表现为互补有正常有正常A A、B B产物（产物（A A+ +B B- -AA- -B B+ +）表现为互补表现为互补有正常有正常A A、B B产物（产物（A A- -B B+ +AA+ +B B+ +）表现为互补表现为互补只有正常只有正常B B产物，产物，A A产物有缺陷产物有缺

54、陷 （A A- -B B+ +AA- -B B+ +）不能互补不能互补以上实验结果用图表示为以上实验结果用图表示为： 8182以上结果表明以上结果表明: :如果两个突变型属于如果两个突变型属于不同基因内突变不同基因内突变( (如一个发生在基因如一个发生在基因rArA内，另一个发生在基因内，另一个发生在基因rBrB 内内), ), 无论顺式还是反式排列无论顺式还是反式排列, , 这两个突变体都表现互补这两个突变体都表现互补; ;如果两个突变型属于同如果两个突变型属于同一基因内不同位点的突变一基因内不同位点的突变( (基因基因 rIIArIIA, , 或或 rIIBrIIB), ), 顺式排列时顺

55、式排列时, ,这两个突变体表型上互补这两个突变体表型上互补; ; 反式排列反式排列时时, , 这两个突变体表型上不互补这两个突变体表型上不互补, , 83+ 表示互补表示互补, 表示不互补表示不互补, 只有只有基因内反式排列基因内反式排列表现为不互补表现为不互补基因内顺式、基因间顺式和反式均表现为互补基因内顺式、基因间顺式和反式均表现为互补84 顺反子顺反子(cistron)Bener 把功能上不能互补的这段 DNA序列 (A 或 B 区) 叫做顺反子. 一个顺反子代表一个功能单位, 从当今分子生物学研究的结果看, 一个顺反子就相当于一个基因, 就是决定一个特定多肽的氨基酸序列的一段多核苷酸(

56、DNA)序列，更准确的说是一个开放的读框 (open reading frame, ORF)85互补测验的应用互补测验的应用利用同一基因内顺式排列突变体间可以互补利用同一基因内顺式排列突变体间可以互补, 反式排列反式排列突变体间不能互补突变体间不能互补. 不同基因内的顺不同基因内的顺/反式排列突变体反式排列突变体之间都能够互补的原理之间都能够互补的原理, 判断表型相同的若干突变体判断表型相同的若干突变体的突变是发生在同一个基因之内，还是发生在不同基的突变是发生在同一个基因之内，还是发生在不同基因之内因之内.86如如 a1 - a5 是是5个表型相同的突变体个表型相同的突变体, 根据下表结果说明

57、根据下表结果说明a1- a5分属几分属几个基因？（个基因？（+表示有互补作用，表示有互补作用，- 表示无互补作用表示无互补作用）a1a2a3a4a5a1+a2+a3+a4+a5a1a2a4a5a3（互补表）（互补表）即分属即分属4个基因：个基因：a1；a2-a3；a4；a5a2与与a3为同一个基因内的突变为同一个基因内的突变（互补图）（互补图）878.4.2 X174X174条件致死突变型的互补测定条件致死突变型的互补测定l174噬菌体噬菌体: 一一种小噬菌体，种小噬菌体，DNA分子为单链环状，称分子为单链环状，称 (+) 链。染色体长链。染色体长1.8 um，5400bp. DNA复制与组装

58、复制与组装：以以(+) 链为模板合成互补链链为模板合成互补链() () 链与链与 (+) 链构成双链环状的复制型分子链构成双链环状的复制型分子 (RF) RF分子分子 通过半保留机制通过半保留机制进行复制进行复制, 形成更多的形成更多的RF分子分子 以以RF分子为模板再合成许多分子为模板再合成许多(+)单链环状单链环状DNA (病毒的病毒的DNA) 单链环状的单链环状的DNA被装进蛋白被装进蛋白质外壳，形成成熟的质外壳，形成成熟的174噬菌体颗粒噬菌体颗粒。88以负链为模版合成正链89在在174 噬菌体中发现噬菌体中发现 39 种条件致死突变，互补测验发现这种条件致死突变，互补测验发现这39个

59、突变分别属与个突变分别属与A、B、C、D、E、F、G、H 8个顺反子个顺反子(基因）基因）.如如 am 8 与与 am10 双重感染能产生子代噬菌体，所以分别属基因双重感染能产生子代噬菌体，所以分别属基因A与与D 内内的突变。的突变。am8与与am18 或或am30、am33 双重感染，不能产生子代，所以他双重感染，不能产生子代，所以他们属于顺反子们属于顺反子A 内的突变内的突变。908. 4. 3 T4 T4 噬菌体突变型的互补测定噬菌体突变型的互补测定T4 噬菌体是一种噬菌体是一种 DNA病毒病毒, 双链线状双链线状, 染色体长染色体长 54um, 共共162000bp. 由头部和尾部组成

60、由头部和尾部组成. 目前已分离出目前已分离出 50 多种突变型，这些突变随机分布于整个基因内，多种突变型，这些突变随机分布于整个基因内，通过对这些突变体的研究通过对这些突变体的研究, 可以了解各个基因在可以了解各个基因在 T4发育过程中发育过程中的作用的作用。T4 噬菌体的特征噬菌体的特征91T4 噬菌体染色体功能连锁图噬菌体染色体功能连锁图外圈代表外圈代表 T4 T4 染色体，每一染色体，每一小格代表一个基因座位，共小格代表一个基因座位，共8080个；个；外圈数字代表外圈数字代表6363个突变发生个突变发生的位点；的位点；内侧空格表示对应基因及突内侧空格表示对应基因及突变的遗传功能，如基因变