第六章 病毒的遗传分析

非溶源性细菌
❖ 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。
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、 噬菌体的突变型
１、快速溶菌突变型（r） ２、宿主范围突变型（h） ３、条件致死突变型
1、噬菌斑形态突变型——快速溶菌突变型（r）
T4噬菌体的rⅡ突变型的互补测验
❖ T4噬菌体的rⅡ区：有3000多个突变型，所有的rⅡ突变都导致 丧失合成一种或几种蛋白质的能力，这种蛋白质是大肠杆菌 k(λ)发育所必须的。
❖ 它们有相同的表现型：这些突变型对大肠杆菌k (λ)细胞是致死 的，但可在大肠杆菌B菌株的细胞中增殖。
野生型 rII
不同大肠杆菌菌斑平板上的表型
一、噬菌体的繁殖
❖ 感染周期：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。
烈性噬菌体的感染周期 温和噬菌体的感染周期
1、烈性噬菌体的感染周期
❖ 大肠杆菌T4－噬菌体：由头、尾两部分组成，外为 蛋白质外壳＋内部DNA分子。
❖ 侵染过程： ❖ T4－噬菌体DNA上约有160个基因，已定位的有70
所不具有的功能，这两个突变型就称为彼此互补
(complementation)。
❖ 若双重感染的细菌不产生子代噬菌体，那么这两种突 变型一定有一个相同功能受到损伤。
❖ 方法：Benzer用斑点测试法（spot test）将不同的 rⅡ突变型成对组合去感染大肠杆菌K（λ）菌株。
假设rⅡ突变型 的突变区域可以 分为Ａ和Ｂ两个 不同部分
C
och6
D am10 amH81
E
am3 am6 am27
F am87 am88 am89 amH57 op6 op9 tsh6 ts41D
G
am9 am32 tsγ ts79
H amN1 am23 am80 am90 ts4
三、T4突变型的互补测验
❖ 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。
❖ 是一个功能水平上的基因（基因的同义词）。 ❖ rⅡ区内，有两个基因，但可在许多位点发生突变和
重组。
座位与位点
❖ 在rⅡ区里：rⅡA是一个顺反子，rⅡB也是 一个顺反子。
❖ 每个顺反子在染色体上的区域称为座位。 ❖ 位点：是指一个顺反子内部能发生突变的最
小的单位。
2个突变点在不同基因内
rII1 + + rII2 反式(trans)排列
❖ 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。
2、温和噬菌体的感染周期
❖ －噬菌体：宿主是大 肠杆菌，有溶源周期 和裂解周期。
大肠杆菌 DNA
溶源周期
噬菌体 DNA
整
噬菌体侵入后，细菌并不裂解。
合
原噬 菌体
溶源性细菌
－噬菌体基因的表达：
❖ 先是早期基因和部分次早期基因的表达 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：
r+噬菌斑较小（1mm） r-噬菌斑较大（2mm）
❖ 寄主范围突变型（h－）和野生型（h＋）型．
h+只能侵染大肠杆菌品系１； h-能侵染大肠杆菌品系１和2．
噬菌体T2 野生型：r+
快速溶菌突变型：r-
细菌 小噬菌斑（1mm） 大噬菌斑（2mm）
噬菌体T2 T2宿主范围野生型: h+ T2宿主范围突变型: h-
❖ 只有rⅡA的突变和rⅡB的突变可以互补彼 此缺少的功能。
说明： rⅡA和rⅡB是两个独立的功能 单位（顺反子），分别具有不同的功能， 但它们的功能又是互补的。
顺反子、突变子与重组子的概念
1、顺反子（cistron） ❖ 顺反测验结果表明：顺反子是一个必须保存完整才
具正常生理功能的遗传物质最小单位。
能互补
+ rII1 + rII2 顺式(cis)排列
能互补
2个突变点在同一基因内
反式排列，不能互补
顺式排列，能互补
Benzer就将这样一个不同突变之间没有互补的功能 区域称为顺反子（cristron） 。
2、突变子（muton）：是指一个顺反子内部能发 生突变的最小单位。最小的突变子只有1对碱 基，本身无独立的功能。
1菌株，而不能侵染2菌株。寄主范围突变体 （h-）则对1菌株和2菌株都能侵染。 ❖ 反之，则为缩小寄主范围。
噬菌体的繁殖和突变型
3、条件致死突变型
❖ 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。
B
K(λ)
S
小噬菌斑
小噬菌斑
小噬菌斑
大噬菌斑 无噬菌斑 ( 致死 ) 小噬菌斑
这些突变是否都影响同一种遗传功能呢？ 即rⅡ中这3000多个突变型是属于一个基因 还是属于几个基因？
❖ 用 rⅡ 突变型成对组合同时去感染大肠杆菌K(λ)株。
❖ 若被双重感染的细菌中产生两种亲代基因型的子代噬
菌体，那么就必定是一个突变型补偿了另一个突变型
无基盘，即尾部不完全
无头
有头部、 尾部、尾 丝，但不 装配
说明基因 13一定控 制着头部 装配过程 中的某一 步骤。
细菌 12 +++
h- r+ h+ r-
T2野生型(h+)
半透明噬菌斑
细菌（1和2的混合培养物）
T2突变型(h-)
透明噬菌斑
噬菌体的混合感染
h-r+
h+r-
E.coli1
重组
h -r＋ × h＋r
子代
侵染
噬菌体
品系1＋品系2的 混合培养物
h-r+ × h+r-中出现的4种噬菌斑
表型
推导的基因型
二、 φX174条件致死突变型的互补测验
❖ 含一环状单
RF型
链DNA，称
为（+）链。
φX174突变型
❖ 有许多条件致死突变型：将突变型成对地进行互补 测验。
❖ 如两种突变能互补的，则以属确于定不不同同的来源顺反子；不能 互补的则属于同一顺反子的。两种条件致死
突变型影响的是
❖ 由此推出φX174基因组中不的是顺相反同子的数遗，传根据互补测 验结果， φX174的39种条件致功死能突。变分属于8个顺反 子。
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－噬菌体的基因的表达：
烈性噬菌体（T4）的侵染过程
吸附
侵入
Leabharlann Baidu装配
释放
T4－噬菌体的基因的表达：
❖ 早期基因表达—多为调节基因，启动自身基因表达，而抑制大肠 杆菌细胞的DNA合成。
❖ 次早期基因表达—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T4－DNA。
φX174突变型互补实验 (类似于T4rⅡ突变品系的互补测验)
每个噬菌体都带有突变位点，即突变位点 位于两条不同的染色体上——反式排列。
互补测验
φX174突变的互补测验结果
顺反子
突变型
A
am8 am18 am30 am33 am35 am50 am86 tsl28
B am14 am16 och5 ts9 tsl16 och1 och8 och11
透明，小
h-r+
半透明，大
h+r-
半透明，小
h+ r+
透明，大
h- r-
四种噬菌斑
透明，小 h- r+ 半透明，大 h+ r半透明，小 h+ r+ 透明，大 h- r-
重组率的计算
重组型噬菌斑数 重组率＝
总噬菌斑数
100%
＝
（h+ r+ ） + （h- r- ） 总噬菌斑数
100%
T2的连锁图（只注明4个基因）
重组频率%
m-r r-tu m-tu
亲本类型 m r tu 3467 + + + 3279
69.6
单交换型 m + + + r tu
520 474
9.6 √
单交换型 m r +
853 17.5
√
+ + tu 965
双交换型 m + tu 162 + r + 172
合计
10342
3.3 √ √ 12.9 20.8
❖ 免疫性：由于溶源性细菌产生一种阻遏蛋白（ 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。
❖ 可诱导性：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）。
裂解周期
裂 解
❖ 重组率=
×100%
(r47 + ) + (+ r104) + (+ +) + (r47 r104)
E.coli K(λ) 菌株上噬菌斑数×2
=
E.coli B 菌株上噬菌斑总数
❖ 最小重组率为0.02%，即0.02cM。 ❖ 重组子的单位可小到2bp。
×100%
二、 T2突变型的两点测交
❖ 快速溶菌突变型（r－）型和野生型（r＋）．
❖ 如镰刀形细胞贫血症：HbS和HbA差别只是β 链第6位氨基酸谷氨酸变为缬氨酸:
❖ DNA → mRNA → 蛋白质 正常HbA：CTT GAA 谷氨酸 ↓ 镰形HbS：CAT GUA 缬氨酸
3、重组子（recon）：是指重组的最小单位。 理论上最小的重组子可小到1对碱基，本身无 独立的功能。
所以顺反子既具功能上的完整性，又具结构 上的可分割性。
野生型噬菌体（r+） ：形成噬菌斑小（直径 约1mm）、边缘模糊、中心清晰。 快速溶菌突变型（r-） ：形成的噬菌斑大（直 径约2mm） 、边缘清晰、中心清晰。
噬菌体的繁殖和突变型
2、寄主范围突变体（h）
❖ 有扩大或缩小寄主范围。 ❖ 大肠杆菌有1菌株和2菌株。 ❖ 扩大寄主范围：野生型噬菌体（h+）只能侵染
一、Benzer的重组测验
❖ T4噬菌体的rⅡ不同突变型的杂交：r47 +×+ r104
r47 +
噬菌体混 合感染
+ r104
E.coli B
E.coli B
r47 + + r104 ++ r47 r104
形成噬菌斑
收集溶 菌液
E.coli K(λ)
++
重组测验
(+ +) + (r47 r104)
❖ 1965年，用重组分
rc
析法鉴定出T２－
phage的60个不同的
基因，它们在环状
遗传图上的排列。
ra
三、 T4突变型的三点测交
❖ 突变型品系：小噬菌斑（m）、 快速溶菌（r）、浑浊溶菌斑（tu）
❖ 野生型品系：野生型（+++）
表5-5 T4的 m r tu × + + + 三点试验结果
类 型 噬菌斑数 %
实验结果
❖ 结果发现：rⅡ突变型可分成rⅡA和rⅡB两个互补群。 ❖ 所有rⅡA突变型的突变位点都在rⅡ区的一头，所有
rⅡB突变型的突变位点都在rⅡ区的另一头。
凡是属于rⅡA互补群的突变不能互补，同理属于B互 补群的突变也不能互补；它们均是一个独立的功能单 位，在大肠杆菌K(λ)中增殖需这两种功能。
主要内容
• 病毒的形态结构与基因组 • 噬菌体的繁殖和突变型 • 噬菌体突变型的重组实验 • 噬菌体突变型的互补测验 • λ噬菌体基因组与位点专一性重组
❖ 病毒：专性寄生的非细胞生物，形态多种多样。 结构十分简单，只有一条染色体，由蛋白质外 壳及其包被的核酸所组成。
❖ 病毒的基因组：DNA或RNA， ss或ds，+或-， L或O型。
野生型 rI rII rIII
不同大肠杆菌菌斑平板上的表型
B
K(λ)
S
小噬菌斑
小噬菌斑
小噬菌斑
大噬菌斑
大噬菌斑
大噬菌斑
大噬菌斑 无噬菌斑 ( 致死 ) 小噬菌斑
小噬菌斑
大噬菌斑
大噬菌斑
T4噬菌体的rⅡ突变品系的限制条件是侵染大肠 杆菌K(λ)菌株，而许可条件是侵染Ｂ菌株。
❖ Banner的重组测验 ❖ T2突变型的两点测交 ❖ T4突变型的三点测交
❖ 每种病毒的核酸一般5-500kb，MS2噬菌体最小 （仅3个基因）。
噬菌体形态和结构
❖ 噬菌体：多是线状的 dsDNA。
❖ λ噬菌体和T偶数噬菌体 均为蝌蚪状，有头部， 尾鞘和尾丝。
噬菌体的组成
❖ 头部：六角形，内含线 状dsDNA分子；
❖ 尾鞘 ❖ 尾丝
❖ 噬菌体的繁殖 ❖ 噬菌体的突变型
三个基因的染色体图
m 12.9cM r 20.8cM tu
一、互补测验和顺反子 二、X174条件致死突变型的互补 三、T4突变型的互补试验
一、互补测验与顺反子
❖ 互补测验：是确定突变的功能关系。（重组测验是 确定突变基因的空间关系）
❖ 根据顺式排列和反式排列的表现型来确定两个突变 体是否属于同一个基因（顺反子）。