第八章 病毒遗传学(教案)

E. coli 5 种琥珀型抑制基因
琥珀型 抑制基 因 sus amb 的几 种不 同抑 制菌 株 插入的 合成的蛋 对赭石 氨基酸 白质占野 型突变 生型％ 的抑制
su1+
su2+ su3+ su4+ su5+
Ser
Gln Tye Tye Lys
28
14 55 16 5
+ +
与野生型 phage相比
●
λ 染 色 体 的 整 合
Ⅰ基因抑 C 制所有λ 基因的表 达
λ DNA 是在线性状态下、 还是在环状状态下插入宿 主DNA的 ？
相关名词概论： ● 原噬菌体（prophage）：以整合状态存在于宿 主染色体上的噬菌体基因组，被称作原噬菌体。 ● 溶源菌（lysogenic cell）：染色体上携带有原 噬菌体的细菌，叫溶源菌。 ● 溶源性（lysogeny）：细菌受温和噬菌体感染 后，并不立即溶菌，而是在一定条件下与噬菌 体共存的现象（或特性），叫细菌的溶源性。
tRNA基 因 )的抑制对象及（抑制）作用机制
抑制基因抑制对象及作用效果 细菌菌株 作用方式 Phage 突变型及抑制效果 抑制 抑制 抑制 能在 su+ amb cell 内繁殖 能在 su+ och cell 内繁殖 能在 su+ op cell 内繁殖
su+ amb su+ och su+ op
溶原菌的免疫性 原噬菌体的 c I 基因产物—— 阻竭蛋白，它不 但可以抑制原噬菌体自身DNA复制，也可以抑制再 度感染而入的同类或近缘类噬菌体 DNA 的复制，即 可以抵御同类噬菌体的超感染。 ③
3. 其他的温和噬菌体 以整合形式存在的温和噬菌体：P22，ф80 等 ， 以游离形式存在的温和噬菌体：P1，P11 等。
F G H
am87,am88,am89,amH57,op6,op9,tsh6,ts41D am9,am32.tsr,ts79 amN1,am23,am80,ts4
在携带不同专一性抑制基因的宿主细胞中， sus 突变型噬菌体的繁殖情况
Phage 基因型 宿主菌基因型 su- su+ amb su+ och
Sticky end （12 bases）
线状染色体，两端各有12bp组成的粘性末端， 供感染细胞后环化成为环状DNA用。
λ phage 的侵染过程： ● λ phage 将线状染色体注入宿主细胞， ● λ DNA 借用sticky ends环化， ● λ phage C Ⅰ 基因表达产物——阻竭蛋白 抑制 λ基因组的所有基因表达，使其保持 沉默状态。 ● λ DNA 与宿主DNA间，通过同源碱基系 列间的交换（同源重组），整合宿主染色 体中，以原噬菌体（prophage）的形式存 在于细菌染色体上。
su+ op +
+ 密码子摆动
野生型
sus amber sus ochre sus opal
+
-
+
+ -
+
+ + -
+ 能产生子代， - 不产生子代
提示：一个氨基酸不只有一个 tRNA，但只要有一个 突变型 tRNA，如 su+ amb，就能抑制 sus amb
◆ 请回答问题（课堂作业）： 以下是 фX174 的一些突变品系和几个E. coli 抑制基因突变型菌株，请用连接线指出，哪种 噬菌体可以在哪种细菌细胞内繁殖。
三、噬菌体的突变型
1、形态突变型：
r + — 野生型，菌斑 小而边缘模糊。 溶菌阻碍现象。 r — 快速溶菌突变性， 菌噬斑大且边缘 清晰。
r r+
2. 宿住范围突变型 T2、T4 phage的宿住范围决定基因—— h，
细菌 菌株
Phage 基因型
E. coli B 细胞
不能裂解 能裂解
E. coli B/2 细胞
病毒类别 类病毒 细菌病 毒—噬 菌体 植物 病毒 T2， T4 T5 λ ф X174 TMV
Wound tumor virus
核 酸 染色体形状 碱基对数目
1-RNA 2-DNA 2-DNA 2-DNA 1-DNA 1-RNA 2-RNA
L L L L/O O L L L L L
＜ 200 162000 117000 51900 5400 6300 21000 300000 10300 159000
mutation
5′ translation
3′
5′ CUA 3′
Mutant tRNATye (E. coli su3 cell )
●
sus abm 抑制基因（su+ ）的数量（或种类） su+ amb 菌株的种类有多少？ ① 每一种氨基酸都不止一种tRNA；
② 密码子具有摆动性。 所以，凡是反密码子经过一个简单的碱基替换 后能够识别 UAG 的 tRNA基因，都是 amber 突变 的潜在的抑制基因。因此，噬菌体的 amber 突变 的潜在的抑制基因绝对不只是1-2个。 噬菌体其他无意义突变的抑制基因数量呢？ + ● 抑制基因 su 的作用对象 噬菌体的每一个基因内部都可能发生（一个乃至 多个）amber突变，抑制基因 su+ amb 对所有这些 amber 突变都可能产生抑制用。余类推
Bacterial Phage λ
Electron micrographs of a selection of viruses
T4 噬菌体模式图
The Ebola virus pictured here (×19000) is one of a grope of viruses the cause Deadly hemorrhagic fevers. Wild vertebrates such as rats serve as reservoir host.
HIV
（二）分类
1. 按宿主范围分： 动物病毒 植物病毒 细菌病毒（包括真菌和藻类的病毒） 2. 按遗传物质分： DNA 病毒：双链DNA病毒 遗传 物质 单链DNA病毒 动物病毒多为 双链DNA病毒， 且多呈线状。
RNA 病毒：植物病毒多为RNA病毒，且多为 单链RNA，也有双链RNA。
病毒种类与基因组结构
互补实验： 是一种实验方法，它被用来测定影 响同一性状的两种突变，是属于同一功能单位（基 因），还是分别位于不同的功能单位（基因）。 A、顺式与反式 ● 顺式（cis）: 两个突变位点位于一条染色体上。 ● 反式（trans）: 两个突变位点分别位于一对同 源染色体的两个成员上。
第八章 病毒的遗传分析
Genetic Analysis in Viruses
Ebola virus (pictured ×19000) It causes deadly hemorrhagic fevers.
长白山雪景
长 白 山 雪 景
吉林市松花江边
吉林市松花江边
SWISS
一、噬菌体（病毒）的结构、分类与繁殖
（一）形态结构： 蛋白质外壳+核酸芯子 病毒粒子
类病（viroid）：结构比病毒更简单，无蛋白 质外壳，遗传物质为RNA，只 能编码一个约70-80个氨基酸的 多肽链。
几种病毒的形态：见图
Tobacco Mosaic Virus ( TMV )
Influenza Virus
Bacterial Phage T4
突变型噬菌体品系ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ细菌突变型品系
sus sus sus sus sus
am8 och6 am33 och5 op6
su+ amb su+ och su+ op su-
四、噬菌体的互补实验
有时，不同的突变影响到同一性状，这时人们 需要弄清楚：是否因为这两个不同的突变型，其突 变位点在同一个基因，是同一基因内不同位点的突变。 1. 互补实验与顺反子 —— 概念
② 原噬菌体的诱导 A、U.V. 诱导 —— 物理诱导； B、丝裂霉素C 诱导—— 化学诱导；
诱
C、 合子诱导
Hfr（λ） × F 无 F -（ λ ）重组子出现
（即：仅仅位于λ整合位点之前的共体菌基因可能 形成重组子，位于λ整合位点之后的基因不能形成重 组子。 λ 一旦被转入受体均，便立即进入裂解周期， 裂解受体细胞）
●
2. 温和噬菌体及其感染周期：
温和噬菌体（temperate phage） ：感染细 菌后并不直接进入溶菌周期破坏细菌细胞，而是进 入溶源周期与细菌共存，这种噬菌体被称为温和噬 菌体。如， λ phage。
●
① λ phage 在细菌染色体上的整合 ● λ染色体结构
Sticky end （12 bases）
●
噬菌体基因表达的顺序依次为： ● early-early genes表达：多为调节基因，启动自 身基因表达，抑制宿主细胞的RNA合成，接管宿 主细胞的合成机构；
late-early genes表达：产物是核酸酶及与DNA 复制有关的酶； ● late genes表达：产物是蛋白质，主要用于构造、 组装外壳与尾管、尾丝等。 ● 最后是合成溶菌酶，溶解细菌细胞壁，释放出子 代噬菌体(150子代噬菌体/细菌细胞)。
正常 密码子
正常 密码子 正常 密码子
突变
UAG： sus amber (sus amb) （琥珀突变)
突变 UAA：sus ochre (sus och) (赭石突变) 突变
UGA：sus opal (sus op), (乳白突变)
噬菌体的抑制基因敏感突变（sus）类型
C.（宿主菌）抑制基因（反密码子发生了突变的
＊ 起抑制作用的基因是什么基因？
＊ 是该基因的什么状态？
（宿主菌的）抑制基因野生型（su-）： 反密 码子没有发生突变的 tRNA 基因 （即野生型基因）。 野生型 tRNA不能识别无义密码子，因而不具有抑制 噬菌体无义突变的能力。
●
B. 噬菌体的抑制基因敏感突变（sus）： ● 抑制基因敏感突变（suppressor sensitive mutation， sus）：phage 结构基因发生的无义 突变。 UAA mutation 正常密码子 终止密码子 UAG UGA
能裂解 能裂解
h+ （野生型） h （突变型）
3. 噬菌体的条件致死突变型 ① 温度敏感突变（temperature sensitive mutation，ts） 野生型 包括三种类型 热敏感突变型 冷敏感突型 ② 噬菌体的抑制基因敏感突变（suppressorsensitive mutation，sus） A. （宿主菌的）抑制基因（suppressor，su）： 宿主菌（如E. coli）细胞的 tRNA 基因 。 + ● （宿主菌的）抑制基因突变型（su ）：是反密 码子发生了突变的 tRNA 基因 ；如果突变后的反密 码子能够识别三种无意义密码子中的某一种，因而能 避免翻译延伸过程中肽链因该无意义密码而中断。
●
T4
T4 phages infect E. coli cell.
The life cycle of phage T4
噬菌斑（ plaque ）：噬菌体裂解细菌细胞后， 在培养基表面菌膜上形成的一块透明（无菌的） 空斑。 ● 一个噬菌斑是一个噬菌体 反复进行裂解循环的结果。 ● 一个噬菌斑内有无数的噬 菌体，它们都是一个噬菌 T4 plaques 体的后代，因此，遗传背 景上是一致的。 ● 一个噬菌体感染并裂解 一 个大肠杆菌细胞后，释放 约150个子代噬菌体。子 代噬菌体构成一个colony。 ● 克隆一词的来源及克隆含义的广泛性
同时也 能抑制 赭石型 突变
＊ sus och 和 sus op 能否也有
多种不同的抑制基因 ？
фX174 的条件致死突变型
顺反子
A B C D E
突 变 型
am8,am18,am30,am35,am50,am86,tsl28 am14,am16,och6,ts9,tsl16,och1,och8,och11 och6 am10,amH81 am3,am7,am27
sus amb sus och sus op
噬菌体琥 珀突变的 抑制机制
UAG
E.Coli su3 菌株中，突变型 tRNATye2 识别噬 菌体 amber 突变，并且抑制 amber 突变的过程。
Phage mRNA: 5′ UAG AUC 3′
5′
GUA
3′
Host: E. coli su Cell with wild type tRNATye
动物 病毒
鸡痘病毒
2-DNA 口蹄疫病毒 2-DNA 疱疹病毒 2-DNA
二、噬菌体的繁殖 1. 烈性噬菌体（virulent phage）及其感染周期
溶菌周期（lysis）：烈性噬菌体感染细菌后， 立即进行噬菌体自身繁殖，并裂解细菌细胞的过程。 ● 烈性噬菌体: 感染细菌后，立即接管细胞的合成 机构，进行噬菌体自身繁殖，最后裂解细菌细胞， 这样的一类噬菌体。如“T”系列噬菌体。