1、8 病毒的遗传分析主要内容主要内容:1 1噬菌体的突变型及基因重组的特点；噬菌体的突变型及基因重组的特点；*2 2 噬菌体的重组测验与互补测验；噬菌体的重组测验与互补测验；*3 3 噬菌体噬菌体T4rT4r的缺失作图的缺失作图；4 4 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；5 5 噬菌体的线状染色体与环状连锁图。噬菌体的线状染色体与环状连锁图。8.1 病毒的形态结构与基因组8.1.1 8.1.1 病毒的形态结构病毒的形态结构病毒病毒:一种不具备细胞结构的生物体，只有寄一种不具备细胞结构的生物体，只有寄生在宿主细胞中才能生存。其基本结构包含核生在宿主细胞中才能生存。其基本结
2、构包含核酸和外壳蛋白。有些病毒的外壳外还有一层脂酸和外壳蛋白。有些病毒的外壳外还有一层脂质或脂蛋白组成的包膜，有的包膜表面还有蛋质或脂蛋白组成的包膜，有的包膜表面还有蛋白质或糖蛋白突出的结构刺突。白质或糖蛋白突出的结构刺突。8.1.2 8.1.2 病毒的基因组病毒的基因组DNADNA病毒和病毒和RNARNA病毒；病毒；噬菌体的核酸大多为噬菌体的核酸大多为DNADNA；植物病毒的核酸大多；植物病毒的核酸大多为为RNARNA，少数为，少数为DNADNA；动物病毒部分是；动物病毒部分是RNA RNA，部，部分是分是RNARNA；真菌病毒的核酸大多是；真菌病毒的核酸大多是RNARNA。RNARNA病毒
3、多为单链，线状，有正、负链之分；病毒多为单链，线状，有正、负链之分；DNADNA病毒多为双链，少数为单链正病毒多为双链，少数为单链正DNADNA，腺病毒，腺病毒为为-DNA-DNA；噬菌体多为线状双链；噬菌体多为线状双链DNADNA。真菌病毒都。真菌病毒都是双链是双链RNARNA，藻类病毒都是双链，藻类病毒都是双链DNADNA。8.2 噬菌体的增殖与突变型8.2.1 8.2.1 噬菌体的繁殖噬菌体的繁殖（1 1）烈性噬菌体的增殖）烈性噬菌体的增殖 如：如：E.coliE.coli的的T T噬菌体系列（噬菌体系列（T T1 1-T-T7 7）。）。T T偶列偶列噬菌体噬菌体头部：双链头部：双链D
4、NADNA分子分子颈部：中空的针状结构及外鞘颈部：中空的针状结构及外鞘尾部：由基板、尾针和尾丝组成尾部：由基板、尾针和尾丝组成（2 2）温和噬菌体的增殖）温和噬菌体的增殖 噬菌体的噬菌体的宿主是大肠杆菌宿主是大肠杆菌K12K12。噬菌体侵。噬菌体侵入后，细菌不裂解入后，细菌不裂解附着在附着在E.coliE.coli染色体的染色体的galgal和和biobio位点间的位点间的attatt座位上座位上整合整合到细菌染色到细菌染色体上，并能阻止其它体上，并能阻止其它噬菌体的超数感染。噬菌体的超数感染。超数感染：一个细菌受一个以上同种噬菌体感超数感染：一个细菌受一个以上同种噬菌体感染的现象。染的现象。
5、噬菌体噬菌体及其及其生活周期生活周期 P1P1噬菌体噬菌体P1P1噬菌体并不整噬菌体并不整合到细菌的染色合到细菌的染色体上，而是独立体上，而是独立地存在于细菌细地存在于细菌细胞质内。胞质内。8.2.2 8.2.2 噬菌体的突变型噬菌体的突变型（1 1）条件致死突变型）条件致死突变型 抑制因子敏感突变（抑制因子敏感突变（sussus）：实质是原来正常）：实质是原来正常的密码子变成了终止密码子，因而翻译提前终止，的密码子变成了终止密码子，因而翻译提前终止，不能形成完整肽链而产生有活性的蛋白质。不能形成完整肽链而产生有活性的蛋白质。温度敏感突变型温度敏感突变型:实质是氨基酸的替换，蛋实质是氨基酸的替
6、换，蛋白质失去活性。白质失去活性。SUSSUS噬菌体噬菌体宿主宿主 su-su-：不产生子代：不产生子代(限制条件）限制条件）su+su+：产生子代（许可条件）：产生子代（许可条件）噬菌体基因型噬菌体基因型 宿主菌基因型宿主菌基因型 su-su+amb su+och su+op野生型野生型sus ambersus ambersus ochresus ochresus opalsus opal +-+-+-+-+-+-+表表8-2 8-2 不同宿主菌中不同宿主菌中sussus突变噬菌体的表型突变噬菌体的表型根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性：根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性：琥
7、珀突变（琥珀突变（ambamb):UAG):UAG；赭石突变赭石突变(ochoch):UAA):UAA 乳白突变乳白突变(opop):UGA):UGA 5 5种琥珀抑制基因的性质种琥珀抑制基因的性质琥珀型抑琥珀型抑 插入的插入的 合成的蛋白质合成的蛋白质 赭石型抑赭石型抑 制基因制基因 氨基酸氨基酸 占野生型占野生型%制基因制基因 su1+丝氨酸 28 -su2+谷氨酰胺 14 -su3+酪氨酸 55 -su4+酪氨酸 16 +su5+赖氨酸 5 +（2）噬菌体形态和宿主范围的突变型）噬菌体形态和宿主范围的突变型 噬菌斑形态突变型噬菌斑形态突变型野生型野生型r+r+：小而边缘模糊的噬菌斑。：小
8、而边缘模糊的噬菌斑。原因：有两个以上的噬菌体侵染一个细菌时，原因：有两个以上的噬菌体侵染一个细菌时，出现溶菌阻碍现象，混有裂解和未裂解的细胞。出现溶菌阻碍现象，混有裂解和未裂解的细胞。突变型突变型r r：大而边缘清晰的噬菌斑。：大而边缘清晰的噬菌斑。原因：无溶菌阻碍现象。原因：无溶菌阻碍现象。鉴别：噬菌斑大小。鉴别：噬菌斑大小。寄主范围突变型寄主范围突变型表表8-4 T48-4 T4野生型和突变型的区别野生型和突变型的区别类类 型型不同大肠杆菌菌斑平板上表型不同大肠杆菌菌斑平板上表型E.coli B E.coli B E.coli K(E.coli K()S S野生型野生型 小噬菌斑小噬菌斑小
9、噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑rI rI 大噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑r r 大噬菌斑大噬菌斑无噬菌斑（致死）无噬菌斑（致死）小噬菌斑小噬菌斑r r小噬菌斑小噬菌斑 大噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑8.3 8.3 噬菌体突变型的重组测验噬菌体突变型的重组测验混合感染：两个基因型不同的细胞同时感染一个混合感染：两个基因型不同的细胞同时感染一个宿主细胞，也叫双重感染。共同生存在同一个宿宿主细胞，也叫双重感染。共同生存在同一个宿主细胞中的两个噬菌体主细胞中的两个噬菌体DNADNA可以发生交换，产生基可以发生交换，产生基因重组。因重组。a+b-a-b+a+b-a-b+亲组合亲组合a
10、-b-a+b+重组合重组合8.3.1 BenzerBenzer的重组测验与基因的精细结构分析的重组测验与基因的精细结构分析1 1）噬菌体杂交实验）噬菌体杂交实验 r r4747r r+r r+r r104104r r+r r+亲组合：亲组合：r r4747r r+、r r+r r104104重组合：重组合：r r+r r+、r r4747r r104104K（）BB2 2）重组值的计算重组值的计算%1002%100r2%100菌株上噬菌斑总数大肠杆菌）菌株上噬菌斑数（大肠杆菌噬菌斑总数噬菌斑数噬菌斑总数重组噬菌斑数重组率BKr+噬菌斑数理论上，重组率理论上，重组率=210-6实际上，重组率实际
11、上，重组率=0.02%。说明：基因内相邻核苷酸对的突变可发生重组，说明：基因内相邻核苷酸对的突变可发生重组，重组子的单位可小到重组子的单位可小到2bp 2bp。基因内部可分，基因是一个功能单位，但基因内部可分，基因是一个功能单位，但不是最小的突变单位和重组单位。不是最小的突变单位和重组单位。T4T4噬菌体染色体噬菌体染色体1.81.810105 5bpbp，15001500图距单位。图距单位。bpxx4.2108.1150002.05即即0.020.02个图距单位约个图距单位约2bp 2bp。8.3.2 T28.3.2 T2噬菌体的两点测交与作图噬菌体的两点测交与作图 T2T2噬菌斑形态突变型
12、（噬菌斑形态突变型（r r-）：快速溶菌）：快速溶菌型，产生大而界限清晰的噬菌斑；型，产生大而界限清晰的噬菌斑；T2T2野生型（野生型（r r+）：缓慢溶菌型，产生）：缓慢溶菌型，产生小而边缘模糊的噬菌斑。小而边缘模糊的噬菌斑。（1）T2T2噬菌体的突变型噬菌体的突变型T2T2寄主范围突变型（寄主范围突变型（h h-）：能感染大肠杆菌品）：能感染大肠杆菌品系系1 1和品系和品系2 2，产生透明的噬菌斑。，产生透明的噬菌斑。T2T2野生型（野生型（h h+）：只能感染品系）：只能感染品系1 1，因为品系，因为品系2 2的细胞表面能阻止的细胞表面能阻止T2T2噬菌体对它的吸附。噬菌体对它的吸附。h
13、 h+同时感染品系同时感染品系1 1和品系和品系2 2，产生半，产生半透明的噬菌斑。透明的噬菌斑。E.coli 1 1 和和 2 2（2 2）T2T2噬菌体的杂交噬菌体的杂交 h+rhr+E.coli 1基因型基因型 表现型表现型 h h-r r+亲组合亲组合 透明透明,小小 h h+r r-亲组合亲组合 半透明半透明,大大 h h-r r-重组合重组合 透明透明,大大 h h+r r+重组合重组合 半透明半透明,小小 (3)(3)重组值的计算重组值的计算%100)()噬菌斑总数（噬菌斑总数重组噬菌斑数重组值rhrh要测定不同速溶突变体要测定不同速溶突变体ra-、rb-、rc-之间之间的距离，
14、可以分别进行的距离，可以分别进行h h+r ra a-h h-r ra a+、h h+r rb b-h h-r rb b+、h h+r rc c-h h-r rc c+重组实验。重组实验。杂交组合杂交组合噬菌斑基因型的噬菌斑基因型的%重组值重组值h h+r r -h h-r r+h h+r r+h h-r r -h h+r ra a-h h-r ra a+34.034.042.042.012.012.012.012.024%24%h h+r rb b-h h-r rb b+32.032.056.056.05.95.96.06.012.3%12.3%h h+r rc c-h h-r rc c+3
15、9.039.059.059.00.70.70.90.91.6%1.6%h h+r rx x-h h-r rx x+噬菌斑数目及重组值噬菌斑数目及重组值 则：则：rara、rbrb、rcrc与与 h h之间的顺序：之间的顺序：ra 24 hrb 12.3 hrc 1.6 h 4 4个基因可能的排列：个基因可能的排列：ra rb rc h ra rc h rb ra rb h rcra h rc rb再做杂交再做杂交:rcrb+rc+rb结果表明结果表明:rcrb的重组值的重组值rbh 所以，所以，h h应位于应位于rb rb 及及rcrc之间，之间，即：即：rcrch hrbrb。rbhrcra
16、8.3.3 8.3.3 噬菌体的基因重组与作图噬菌体的基因重组与作图噬菌体的噬菌体的5 5个突变系：个突变系：s s：小噬菌斑；：小噬菌斑；mimi：微小噬菌斑；：微小噬菌斑；c c：完全清亮的噬菌斑；：完全清亮的噬菌斑；coco1 1：中央具环其余部分清亮的噬菌斑；：中央具环其余部分清亮的噬菌斑；coco2 2：中央环更浓密其余部分清亮的噬菌斑。：中央环更浓密其余部分清亮的噬菌斑。野生型：浑浊噬菌斑。野生型：浑浊噬菌斑。表表 8-6 8-6 噬菌体噬菌体s cos co1 1 mimi+的杂交结果的杂交结果类型类型数目数目重组率重组率亲本类型亲本类型+s cos co1 1 mi mi975
17、975924924单交换单交换s +s +co+co1 1 mi mi30303232单交换单交换s cos co1 1 +mi+mi61615151双交换型双交换型s +mis +mi+co+co1 1+5 51313合计合计209120913.833.836.216.218.328.32s3.83co16.21mi 8.32+20.86=10.04m m 12.912.9 r r 20.8 20.8 tu tu 类型类型数目数目重组率重组率亲本类型亲本类型m r tum r tu+3467346737293729单交换单交换m +m +r tu+r tu520520474474单交换单交换
18、m r +m r +tu+tu853853965965双交换型双交换型m +tum +tu+r +r +162162172172合计合计103421034212.912.920.820.827.127.18.3.4 T48.3.4 T4噬菌体的突变型的三点测交作图噬菌体的突变型的三点测交作图8.4 噬菌体突变型的互补测验）互补测验互补测验：根据基因的功能确定两个基因是：根据基因的功能确定两个基因是否等位的测验方法否等位的测验方法）互补作用互补作用：两个突变型细胞的两条同源染色：两个突变型细胞的两条同源染色体同处在一个杂合子时，野生型基因补偿突变基体同处在一个杂合子时，野生型基因补偿突变基因的缺
19、陷而使表型恢复正常。否则，两种突变型因的缺陷而使表型恢复正常。否则，两种突变型一定具有相同的功能损伤。一定具有相同的功能损伤。8.4.1 8.4.1 互补测验与顺反子互补测验与顺反子3)3)反式构型：两个突变分别位于两条同源染色反式构型：两个突变分别位于两条同源染色体上的基因组合体上的基因组合。4)4)顺式构型：两个突变位于同一染色体上的基顺式构型：两个突变位于同一染色体上的基因组合。因组合。顺式顺式反式反式5)互补测验与重组测验的区别：互补测验与重组测验的区别：重组测验中检测的是重组类型的产生，以遗传重组测验中检测的是重组类型的产生，以遗传图距的方式确定基因的空间关系；图距的方式确定基因的空
20、间关系；互补测验中检测的是具有亲代基因型的子代噬互补测验中检测的是具有亲代基因型的子代噬菌体，即在限制条件下突变型能否生长。菌体，即在限制条件下突变型能否生长。T4T4噬菌体的噬菌体的rr区区30003000多个突变可分为多个突变可分为rArA和和 rBrB两个互补群。两个互补群。121212y+-+13246 6）顺反子、突变子、重组子顺反子、突变子、重组子1 1 顺反子（顺反子（cistroncistron）：不同的突变型之间没）：不同的突变型之间没有互补的功能区，即一个功能水平上的基因。有互补的功能区，即一个功能水平上的基因。2 2 突变子（突变子（recon):recon):顺反子内部
21、能发生突变的顺反子内部能发生突变的最小单位最小单位3 3 重组子（重组子（muton muton）：顺反子内部出现重组的）：顺反子内部出现重组的最小区间最小区间7 7）互补测验结论）互补测验结论如果两个隐性突变发生在同一个基因内的如果两个隐性突变发生在同一个基因内的两个不同位点上，在反式状态下不能互补，顺两个不同位点上，在反式状态下不能互补，顺式状态下表现互补。式状态下表现互补。若两个突变分别发生在两个相邻的基因内，若两个突变分别发生在两个相邻的基因内，在反式状态下表现为互补，顺式状态下也表现在反式状态下表现为互补，顺式状态下也表现为互补。为互补。8.4.2 8.4.2 X X174174条件
22、致死突变型的互补测验条件致死突变型的互补测验1 1）互补测验原理）互补测验原理 在限制条件下，能长出噬菌斑：在限制条件下，能长出噬菌斑：说明：说明：两个突变型能发生功能互补，是两两个突变型能发生功能互补，是两个基因。个基因。在限制条件下，不能长出噬菌斑：在限制条件下，不能长出噬菌斑：说明：说明：两个突变型不能发生功能互补，是两个突变型不能发生功能互补，是同一基因。同一基因。2 2 互补测验及结果互补测验及结果 X174X174突变的互补测验结果突变的互补测验结果顺反子顺反子 突突 变变 型型A am8,am18,am30,am33,am35,am50,am86,tsl28,A am8,am18
23、,am30,am33,am35,am50,am86,tsl28,B am14,am16,och5,ts9,tsl16,och1,och8,och11,B am14,am16,och5,ts9,tsl16,och1,och8,och11,C och6C och6D am10,amH81,D am10,amH81,E am3,am6,am27,E am3,am6,am27,F am87,am88,am89,amH57,op6,op9,tsh6,ts41D F am87,am88,am89,amH57,op6,op9,tsh6,ts41D G am9,am32,ts,ts79 G am9,am32,
24、ts,ts79 H amN1,am23,am80,am90,ts4H amN1,am23,am80,am90,ts48.4.3 T48.4.3 T4条件致死突变型的互补试验条件致死突变型的互补试验8-118.4.4 8.4.4 基因内互补基因内互补实质：同一基因内两个不同位点的突变使原来实质：同一基因内两个不同位点的突变使原来相同的多肽链转变成两条分别在不同位点发生相同的多肽链转变成两条分别在不同位点发生编译的多肽链，而后将这两条多肽构成双重杂编译的多肽链，而后将这两条多肽构成双重杂合子，表现出不同程度的的酶活性的恢复。合子，表现出不同程度的的酶活性的恢复。P200（图（图8-12）8.5 8
25、.5 噬菌体噬菌体T4r T4r 的缺失突变与作图的缺失突变与作图8.5.1 8.5.1 缺失作图原理缺失作图原理 缺失突变的特点缺失突变的特点 多碱基对的缺失；多碱基对的缺失；具不可逆性；具不可逆性；有部分相同缺失的突变型间不能通过重组有部分相同缺失的突变型间不能通过重组恢复野生型表型。恢复野生型表型。缺失作图的原理缺失作图的原理 凡是凡是能重组能重组且产生野生型的，且产生野生型的，点突变点突变一定一定不在缺失区不在缺失区内；内；凡是凡是不能重组不能重组且不产生野生型的，且不产生野生型的，点突变点突变一定一定在缺失区在缺失区内。内。8.5.2 缺失作图的方法缺失作图的方法将待测点突变（将待测
26、点突变（X X）型先与几个最大的缺失）型先与几个最大的缺失突变体分别杂交，以确定该突变位点所属的大突变体分别杂交，以确定该突变位点所属的大范围；范围；将点突变与有关的的几个小缺失突变体分将点突变与有关的的几个小缺失突变体分别杂交，以缩小突变位点的范围。别杂交，以缩小突变位点的范围。利用利用T4rT4r缺失突变型的缺失部位所构建的精细结构图缺失突变型的缺失部位所构建的精细结构图A58.6 8.6 噬菌体的基因组与位点专一性重组噬菌体的基因组与位点专一性重组8.6.1 8.6.1 噬菌体的基因组噬菌体的基因组头部基因：头部基因：7 7个个尾部基因：尾部基因：1111个个复制所需基因：复制所需基因：
27、O O、P P裂解、释放所需基因：裂解、释放所需基因：S S、R R基因基因附着区：附着区：attatt专一性重组：专一性重组：intint、xisxis溶源化所需：溶源化所需：CICI、CIICII、CIIICIII重组必需：重组必需：exoexo、rexrex噬菌斑形噬菌斑形成成必需基因必需基因噬菌斑形噬菌斑形成非必需成非必需基因基因8.6.2 8.6.2 原噬菌体与合子诱导原噬菌体与合子诱导合子诱导：合子诱导：Hfr()Hfr()F-F-的杂交中，供体菌带有的杂交中，供体菌带有噬菌体噬菌体,受体菌对受体菌对噬菌体敏感噬菌体敏感,染色体从供体染色体从供体向受体转移时向受体转移时,当带有当带
28、有噬菌体的染色体部位转移噬菌体的染色体部位转移进受体细胞后进受体细胞后,噬菌体立即从供体染色体上脱噬菌体立即从供体染色体上脱落下来自主繁殖落下来自主繁殖,最终使受体细胞裂解最终使受体细胞裂解,释放出游释放出游离的噬菌体。离的噬菌体。b+b+原点原点d+c+d+c+a+a+8.6.3 原噬菌体的整合与切除原噬菌体的整合与切除原噬菌体的整合与正常切除原噬菌体的整合与正常切除整合态整合态原噬菌体的异常切除原噬菌体的异常切除 温和性噬菌体的互补试验与作图温和性噬菌体的互补试验与作图某些某些 d gald gal品系与品系与 图谱左臂顺反子中典型图谱左臂顺反子中典型sussus突变之间重组突变之间重组
29、dgal1 dgal1 dgal2 dgal2 dgal3 dgal3 dgal4 dgal4 dgal5dgal5 susA -+susA -+susB -+susB -+susE -+susE -+susG -+susG -+susH -susH -susM -susM -attPattP dgaldgal1 1 dgaldgal2 2 dgaldgal3 3 dgaldgal4 4 dgaldgal5 5A AB BE EG GH H M M8.6.4 8.6.4 位点专一性重组的分子机制位点专一性重组的分子机制噬菌体的整合和切除噬菌体的整合和切除-DNA-DNA对对E.coliE.co
30、li的整合：的整合：POP POP+BOB+BOB BOP BOPPOBPOB 需要整合酶需要整合酶(Int(Int拓扑异构酶活性拓扑异构酶活性)和整合和整合宿主因子（宿主因子（IHFIHF）。）。-DNA-DNA从从E.coliE.coli的切离：的切离：BOP BOPPOBPOB POP POP+BOB+BOB 需要整合酶需要整合酶(Int)(Int)、整合宿主因子、整合宿主因子(IHF)(IHF)和切和切除酶除酶(Xis)(Xis)参与。参与。attB位点位点attP位点位点xis位点专一性重组的核苷酸序列位点专一性重组的核苷酸序列 BOB BOB O O为为15bp15bp的序列的序列
31、,两侧各有两侧各有4bp4bp。B B为为11bp11bp序列序列 B B为为11bp11bp序列序列 共共23bp23bpPOPPOP O O为为15bp(15bp(核心核心)富含富含A-TA-T的非对称序列；的非对称序列；P P为为160bp160bp序列序列 P P为为80bp80bp序列序列 共共240bp240bp位点专一性重组涉及断裂与重接位点专一性重组涉及断裂与重接8.7 环状排列与末端重复线状线状DNADNA具有环状遗传图具有环状遗传图噬菌体噬菌体DNADNA结构特点：末端重复（末端冗余）。结构特点：末端重复（末端冗余）。末端冗余末端冗余:指指DNADNA分子两端核苷酸顺序相同的现分子两端核苷酸顺序相同的现象象.致环交换：指环状排列的致环交换：指环状排列的DNADNA分子可产生多个分子可产生多个不同的线状不同的线状DNADNA分子。分子。8.7.2 环状排列与末端重复的形成 感染初期：亲代感染初期：亲代DNADNA分子经过复制及末端重分子经过复制及末端重组产生基因组串联体，即形成多连体。组产生基因组串联体，即形成多连体。感染后期：子代噬菌体开始包装，从多连体感染后期：子代噬菌体开始包装，从多连体上切割下来的上切割下来的DNADNA顺序的包装进噬菌体的头部。顺序的包装进噬菌体的头部。重组重组复制复制多连体多连体包装的包装的DNA分子分子
