第八章病毒的遺傳分析

重點(diǎn)：順?lè)醋拥母拍?；噬菌體的重組測(cè)驗(yàn)、互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)和缺失作圖。難點(diǎn)：噬菌體的互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)和缺失作圖。重難點(diǎn)當(dāng)前第1頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)第一節(jié)病毒形態(tài)結(jié)構(gòu)與基因組一、病毒的結(jié)構(gòu)二、病毒的基因組當(dāng)前第2頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)一、病毒的結(jié)構(gòu)病毒沒(méi)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，既不屬于原核生物，也不屬于真核生物。病毒結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，僅含DNA或RNA和一個(gè)蛋白質(zhì)外殼，蛋白質(zhì)外殼保護(hù)遺傳物質(zhì)，并參與感染宿主細(xì)胞的過(guò)程。沒(méi)有合成蛋白質(zhì)外殼所必須的核糖體。所以，病毒必須感染活細(xì)胞，改變和利用活細(xì)胞的代謝合成機(jī)器，才能合成新的病毒后代。當(dāng)前第3頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)當(dāng)前第4頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)通常按照宿主類型分為噬菌體（phage）：

細(xì)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(dòng)物病毒：

昆蟲(chóng)病毒或脊椎動(dòng)物病毒按照遺傳物質(zhì)組成可分為：

DNA病毒，RNA病毒病毒的分類當(dāng)前第5頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)當(dāng)前第6頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)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(fù)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(duì)每種病毒而言，核酸的長(zhǎng)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(fù)制所需的基因，病毒體形成所需的基因，破壞宿主細(xì)胞的基因等當(dāng)前第7頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)表8-1病毒的基因組結(jié)構(gòu)當(dāng)前第8頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)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(dāng)前第9頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)一、噬菌體的增殖噬菌體：指侵染細(xì)菌、放線菌以及真菌的病毒。遺傳學(xué)上應(yīng)用最廣泛的是大腸桿菌的T噬菌體系列(T1到T7)。其結(jié)構(gòu)大同小異，呈蝌蚪狀。T系列噬菌體結(jié)構(gòu)如下圖當(dāng)前第10頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)噬菌斑（plaque）：由于噬菌體的侵染，使細(xì)菌細(xì)胞裂解，有菌落上出現(xiàn)的一些圓形而清亮的小洞。根據(jù)噬菌斑的形態(tài)和生長(zhǎng)特點(diǎn)可以鑒別不同的噬菌體。當(dāng)前第11頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)（一）烈性噬菌體的增殖烈性噬菌體：侵入細(xì)菌細(xì)胞后，就進(jìn)入裂解反應(yīng)，使宿主細(xì)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(xì)胞，如此不斷地侵染，最后形成一個(gè)圓形的透明區(qū)-噬菌斑。一個(gè)噬菌斑通常含有107—108個(gè)噬菌體。一個(gè)噬菌斑是由一個(gè)噬菌體引起的，所以一個(gè)噬菌斑中的噬菌體在遺傳上是均一的，相當(dāng)于一個(gè)克隆。當(dāng)前第12頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)圖8-2

T4噬菌體的生活周期當(dāng)前第13頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)2、溫和噬菌體的增殖侵入后不使細(xì)菌裂解，如：和P1噬菌體。噬菌體侵入后DNA整合到細(xì)菌染色體上；P1噬菌體DNA獨(dú)立存在于細(xì)胞質(zhì)中。

共同點(diǎn)：DNA不大量復(fù)制也不大量轉(zhuǎn)錄和翻譯↓U.V.溫度改變烈性噬菌體，使細(xì)菌裂解相關(guān)概念

溶源性細(xì)菌、原噬菌體

當(dāng)前第14頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)溶源性細(xì)菌溶源性：

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

λ噬菌體的生活周期當(dāng)前第16頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)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(wú)法形成菌斑。原因：基因突變編碼蛋白中有一個(gè)氨基酸的替換，該蛋白質(zhì)在限制溫度下不穩(wěn)定失去活性。當(dāng)前第17頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)抑制因子敏感突變型

（suppressor-sensitivemutation，sus）

突變實(shí)質(zhì)原本正常的密碼子變?yōu)榻K止密碼子，導(dǎo)致翻譯的提前終止，不能形成完整的多肽，而產(chǎn)生無(wú)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(dāng)前第18頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)抑制因子敏感突變的實(shí)質(zhì)：如：噬菌體mRNA基因細(xì)菌tRNA基因反密碼子正常突變突變正?；颍?`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(dāng)前第19頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)無(wú)義突變與無(wú)義抑制突變無(wú)義突變：指一個(gè)為氨基酸編碼的密碼變?yōu)榻K止密碼的突變。無(wú)義抑制突變：指能抑制無(wú)義突變表現(xiàn)的突變。

表8-35種琥珀抑制基因的性質(zhì)琥珀型抑插入的合成的蛋白質(zhì)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(dāng)前第20頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)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(shù)基因涉及生命過(guò)程不可缺少的功能。因而突變后導(dǎo)致侵染宿主細(xì)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(xì)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(dāng)前第21頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)宿主范圍突變型噬菌體感染細(xì)菌，首先需要吸附在細(xì)胞表面，受體發(fā)生改變（抗性突變），則可導(dǎo)致噬菌體宿主范圍的縮小，

噬菌體突變也可擴(kuò)大寄生范圍。當(dāng)前第22頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)第三節(jié)噬菌體突變的重組測(cè)驗(yàn)一、Benzer的重組測(cè)驗(yàn)二、T2突變型的兩點(diǎn)測(cè)交與作圖三、λ噬菌體的基因重組與作圖當(dāng)前第23頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)一、Benzer的重組測(cè)驗(yàn)與基因的精細(xì)結(jié)構(gòu)分析T4噬菌體有一種快速溶菌突變型，產(chǎn)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(duì)一組快速溶菌突變型進(jìn)行了詳盡的研究，并提出順?lè)醋?、重組子、突變子的概念。當(dāng)前第24頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)重組測(cè)驗(yàn)重組測(cè)驗(yàn)

BK(λ)T4噬菌體：野生型小噬菌斑小噬菌斑

rⅡ大噬菌斑無(wú)噬菌斑

Benzer將兩個(gè)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(xì)胞中，r47+、+r104、r47r104和++都能生長(zhǎng)，形成噬菌斑；在K(λ)菌株的細(xì)胞中，只有野生型++重組子能夠生長(zhǎng)，并形成噬菌斑

當(dāng)前第25頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)

r47r47

r47++r104

精細(xì)作圖

r47++r106

r47++r102

B菌株K菌株當(dāng)前第26頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)重組頻率計(jì)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(gè)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(gè)噬菌斑。根據(jù)以下公式計(jì)算r47+和+r104之間的重組值

當(dāng)前第27頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)重組測(cè)驗(yàn)

按照Benzer測(cè)定重組值的方法，理論上可以檢測(cè)到兩個(gè)突變之間重組率為0.0002%，但是，實(shí)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(nèi)不能由交換（或重組）分開(kāi)的最小遺傳單位。

當(dāng)前第28頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)2023/6/529二、T2突變型的兩點(diǎn)測(cè)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(chǎn)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(duì)T2噬菌體有抗性。

當(dāng)前第29頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)2023/6/530二、T2突變型的兩點(diǎn)測(cè)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(chǎn)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(chǎn)生約大兩倍的邊緣清晰的噬菌斑。將兩個(gè)親本hr+和h+r同時(shí)感染B菌株；

當(dāng)前第30頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)

用hr+和h+r兩種噬菌體同時(shí)感染B菌株，稱為雙重感染（復(fù)感染）。在雙重感染的過(guò)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(dāng)于hr+×h+r的雜交當(dāng)前第31頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)2、重組值的測(cè)定●雜交子代噬菌體基因型的測(cè)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(shí)長(zhǎng)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(dāng)前第32頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)計(jì)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所得的四種噬菌斑數(shù)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(dāng)前第33頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)

b.寫(xiě)出ra、rb、rc與h三個(gè)連鎖圖24rah12.3rbh1.6rch當(dāng)前第34頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)

c.基因順序排列rarbrchrbrchrarbrchrarbrchra當(dāng)前第35頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)d.確定基因順序

1)確定rb、rc和h

rcrb+×r+crb

↓

重組型=13.9

說(shuō)明h位于rb及rc之間,所以順序?yàn)閞c-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(dāng)前第36頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)2023/6/537三、T4突變型的三點(diǎn)測(cè)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(dāng)前第37頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)第四節(jié)噬菌體突變型的互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)一、互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)與順?lè)醋?/p>

rⅡ區(qū)中有2000多個(gè)突變體，它們都有相同的表型。

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

當(dāng)前第38頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)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(gè)突變型和B組的一個(gè)突變型共同感染K(λ)菌株，可以形成噬菌斑，兩個(gè)突變體之間能夠發(fā)生互補(bǔ)，A組內(nèi)的兩個(gè)突變型，或B組內(nèi)的兩個(gè)突變型不能互補(bǔ)。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(dāng)前第39頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)Benzer順?lè)醋痈拍詈突騼?nèi)重組

DiscoveryofRecombinationWithintheGene

Benzer以T4噬菌體為材料進(jìn)行了研究工作，提出基因是一個(gè)“順?lè)醋印币辉~。

rIIAmutant

rIIBmutant單獨(dú)感染E.coliK單獨(dú)感染E.coliK混合感染E.coliK能正常生長(zhǎng)不能正常生長(zhǎng)不能正常生長(zhǎng)當(dāng)前第40頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)重組測(cè)驗(yàn)一、互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)與順?lè)醋?/p>

如果能夠形成噬菌斑，說(shuō)明兩個(gè)突變體屬于兩個(gè)不同的基因突變，可以產(chǎn)生功能互補(bǔ)。如果不能形成噬菌斑，說(shuō)明兩個(gè)突變體屬于同一個(gè)基因的突變，不能產(chǎn)生功能互補(bǔ)?；パa(bǔ)試驗(yàn)的原理

表型有無(wú)功能互補(bǔ)結(jié)論反式:A+BAB+反式:

A+BAB+

突變型－屬同一順?lè)醋右吧停珜俨煌樂(lè)醋赢?dāng)前第41頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)重組測(cè)驗(yàn)

結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1、rⅡ區(qū)中的2000多個(gè)突變體可分成rⅡA和rⅡB兩個(gè)互補(bǔ)群。將A組的一個(gè)突變型和B組的一個(gè)突變型共同感染K(λ)菌株，可以形成噬菌斑，兩個(gè)突變體之間能夠發(fā)生互補(bǔ)；A組內(nèi)的兩個(gè)突變型，或B組內(nèi)的兩個(gè)突變型不能互補(bǔ)。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(dāng)前第42頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)重組測(cè)驗(yàn)順?lè)醋樱╟istron）Benzer的互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)兩個(gè)突變體，在互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)中，兩個(gè)隱性突變?nèi)绻憩F(xiàn)出互補(bǔ)效應(yīng)，則證明這兩個(gè)突變體分別屬于不同的基因突變；如果不表現(xiàn)出互補(bǔ)效應(yīng)，則證明這兩個(gè)突變體屬于同一個(gè)基因內(nèi)的相同或不同位點(diǎn)的突變。

Benzer就將這樣一個(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）。順?lè)醋樱豪没パa(bǔ)測(cè)驗(yàn)所確定的遺傳功能單位。當(dāng)前第43頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)當(dāng)前第44頁(yè)\共有52頁(yè)\編于星期五\23點(diǎn)第五節(jié)噬菌體T4rⅡ的缺失突變與作圖相關(guān)概念點(diǎn)突變：由于基因編碼區(qū)內(nèi)堿基對(duì)的改變產(chǎn)生的突變。缺失突變：由于基因編碼區(qū)內(nèi)缺失一個(gè)或多個(gè)堿基產(chǎn)生的突變。二者的區(qū)別：1、突變范圍：點(diǎn)突變是單一位點(diǎn)突變，缺失突變是多位點(diǎn)突變。2、能否回復(fù)突變：點(diǎn)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(nèi)不同的點(diǎn)突變之間可以發(fā)生重組；同一區(qū)域內(nèi)缺失突變和點(diǎn)突變之間不能重組。缺失作圖原理