复旦大学生化噬菌体策略PPT课件
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❖ 噬菌体以何种方式繁殖是由转录调节来控制的
.
10
.
11
❖ 噬菌斑（plaque）
❖ 最初一个噬菌体感染一个 细胞，裂解释放的子代噬 菌体又感染旁边的细胞， 感染的连锁反应呈放射状 分布，逐渐形成一个噬菌 斑
❖ 烈性噬菌体形成清晰的噬 菌斑
❖ 温和的噬菌体形成浑浊的 噬菌斑
.
12
3 λ噬箘体的表达调控
❖ 原噬菌体（prophage）：噬菌体的基因组通过整合 （integrate）成为细菌线性染色体的一部分
❖ 免疫（immunity）：原噬菌体可以阻止同类其他的噬菌 体感染同一个细胞
❖ 诱导（induction）：原噬菌体通过诱导解除溶源化的限 制
.
2
1 裂解周期（lytic cycle ）
❖ 有些噬菌体只有一种生存方式（strategy），在感 染了一个易感宿主之后，破坏了宿主的功能而同时 产生大量子代噬菌体颗粒，宿主细菌则裂解死亡
❖ 一个典型的裂解周期中，噬菌体 DNA （或RNA） 注入宿主细胞，其基因以一定的顺序转录，并且复 制出噬菌体的遗传物质，合成噬菌体颗粒需要的蛋 白质成分。最后宿主细菌裂解而释放出组装好的子 代噬菌体
.
3
噬菌体颗粒（particle） 感染（infection）
附着（attach） DNA被注射进细菌 早期发育（early development） 产生DNA合成酶类 DNA复制开始 晚期发育（late development） 产生基因组、头、尾 DNA包装进头，尾附着 裂解（lysis） 细胞破裂释放出子代噬菌体
的噬箘体产生免疫，一个细菌基因组只包含一 个拷贝的同一类型的原噬箘体 ❖ 有两种策略的噬菌体可以进行溶源和裂解生活 周期的交替
.
9
溶原和裂解的相互转化
❖ 由裂解周期产生的一个噬菌体进入一个新的宿主 细胞后，或者会重复裂解周期，或者进入溶源状 态，这取决于感染的状态及噬菌体和细菌的基因 型
❖ 在诱导（induction）的过程中，原噬菌体被切 除下来，从而脱离溶源生存方式约束获得自由， 产生一个自由的噬菌体DNA，由此进行裂解旁路
第四章 噬菌体策略
Phage strategies
.
1
一些概念
❖ 噬菌体（ bacteriophage ）：感染细菌的病毒（virus）
❖ 噬菌斑（plaque）：噬菌体裂解宿主细胞的斑
❖ 裂解感染（lytic infection）：细菌被噬菌体感染后致使 细菌死亡并释放出子代噬菌体
❖ 溶源（lysogeny）：噬菌体以原噬菌体形式成为细菌基因 组中ห้องสมุดไป่ตู้定的组分而继续存活
❖ 在每个表达的阶段，一个或多个活跃的基因就是下个阶 段所需的调节因子，这些调节因子可以是一种新的RNA 聚合酶、改变宿主RNA聚合酶特异性的sigma因子、或 是能使之通读的抗终止因子
.
7
级联控制的2种途径
转录起始：识别新的噬菌体启动子，用一种σ因子取 代宿主酶的σ因子（spo1）或合成新的RNA聚合酶。 新σ因子或RNA聚合酶生成后，早期基因表达可被终 止
.
4
裂解发育的2个时期
早期发育
从噬菌体DNA进入到复制开始。主要合成与DNA复制相关的酶 （DNA合成、重组和修饰的酶），导致基因组不断的复制和重组
晚期发育
从复制开始到细胞裂解释放出子代噬菌体。噬菌体颗粒的蛋白质 成分被合成（结构蛋白和装配蛋白）
噬菌体通常拥有保证使噬菌体DNA优先复制的功能基因 （复制起始或新的DNA聚合酶）； 噬菌体的mRNA被优先转录（改变RNA聚合酶的起始和 终止能力或更换RNA聚合酶） 噬菌体通常利用宿主的合成机器合成自己的蛋白质
.
6
裂解表达的级联控制
❖ 噬箘体基因位置组成（遗传图谱）反映了裂解进程的次 序，它的操纵子是一个极其有序的结构，编码相关功能 蛋白质的基因成簇排列使得调控最为经济，使得裂解的 进程能由少数的调控开关控制
❖ 裂解周期受到正调控，噬菌体的基因只有接受到恰当的 信号才被表达。在这个级联反应中，上个步骤合成的蛋 白质将是下一个步骤要表达的基因所必须的
❖λ噬菌体的裂解级联反应建立在抗终止作用 基础上
.
18
早早期基因的表达
❖ 从启动子PR向右转录到tR1，可以表达 cro蛋白 ❖ cro蛋白有双重功能：
❖ 抑制阻遏物的合成（对裂解进行是必需的） ❖ 关闭早早期基因的表达（在裂解周期晚期已不需要） ❖ （cro在后面还要详细介绍）
❖ 从启动子PL向左转录到tL1，可以表达 N蛋白
.
5
裂解发育的基因表达
早期基因（early gene）：最初阶段必须依赖 宿主转录机构表达的基因（λ噬箘体中为早早 期immediate early gene）
中期基因（middle gene）获得早期基因编码 的调控蛋白后表达的基因（或称迟早期 delayed early gene）
晚期基因（late gene）中期基因编码的调控因 子控制的基因
❖ pN是一个抗终止子，它作用在nut位点将允许转
抗终止作用：早期基因与下一期基因相邻，由终止位 点隔开。如果终止作用被阻止，RNA聚合酶便通读至 另一边基因，这样早期基因与晚期基因一起表达
.
8
2 溶源（lysogeny）
❖ 另一些噬菌体有两种存在方式：裂解和溶源 ❖ 溶源的结果是原噬箘体整合到细菌基因组上，
并与细菌基因一起遗传 ❖ 由于含有一个原噬箘体，溶源菌会对同样类型
❖λ（lambda）噬箘体基因组：48502bp ❖线性双链DNA ❖两端有12碱基的粘性末端（cohesive
cos），进入细胞后变为环状DNA ❖λ DNA环化后，晚期基因在转录时是完整
的 ❖λ噬箘体基因组编码约35个蛋白质
.
13
λ噬菌体的操纵子
❖早早期基因：PR、PL ❖迟早期基因：PR、PL ❖裂解晚期基因：PR、PL、PR’ ❖溶源晚期基因：PRE、PaQ、PI
❖溶源维持基因： PRM
.
14
.
15
.
16
.
17
3.1 λ噬菌体的裂解途径
❖λ噬箘体DNA进入一个新的宿主细胞后，裂 解与溶源以相同的途径启动
❖第一阶段是利用宿主的RNA聚合酶进行早早 期（immediate early）基因的转录
❖λ噬菌体只有两个早早期基因，各自独立地 由宿主RNA聚合酶表达
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❖ 噬菌斑（plaque）
❖ 最初一个噬菌体感染一个 细胞，裂解释放的子代噬 菌体又感染旁边的细胞， 感染的连锁反应呈放射状 分布，逐渐形成一个噬菌 斑
❖ 烈性噬菌体形成清晰的噬 菌斑
❖ 温和的噬菌体形成浑浊的 噬菌斑
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3 λ噬箘体的表达调控
❖ 原噬菌体（prophage）：噬菌体的基因组通过整合 （integrate）成为细菌线性染色体的一部分
❖ 免疫（immunity）：原噬菌体可以阻止同类其他的噬菌 体感染同一个细胞
❖ 诱导（induction）：原噬菌体通过诱导解除溶源化的限 制
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1 裂解周期（lytic cycle ）
❖ 有些噬菌体只有一种生存方式（strategy），在感 染了一个易感宿主之后，破坏了宿主的功能而同时 产生大量子代噬菌体颗粒，宿主细菌则裂解死亡
❖ 一个典型的裂解周期中，噬菌体 DNA （或RNA） 注入宿主细胞，其基因以一定的顺序转录，并且复 制出噬菌体的遗传物质，合成噬菌体颗粒需要的蛋 白质成分。最后宿主细菌裂解而释放出组装好的子 代噬菌体
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噬菌体颗粒（particle） 感染（infection）
附着（attach） DNA被注射进细菌 早期发育（early development） 产生DNA合成酶类 DNA复制开始 晚期发育（late development） 产生基因组、头、尾 DNA包装进头，尾附着 裂解（lysis） 细胞破裂释放出子代噬菌体
的噬箘体产生免疫，一个细菌基因组只包含一 个拷贝的同一类型的原噬箘体 ❖ 有两种策略的噬菌体可以进行溶源和裂解生活 周期的交替
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溶原和裂解的相互转化
❖ 由裂解周期产生的一个噬菌体进入一个新的宿主 细胞后，或者会重复裂解周期，或者进入溶源状 态，这取决于感染的状态及噬菌体和细菌的基因 型
❖ 在诱导（induction）的过程中，原噬菌体被切 除下来，从而脱离溶源生存方式约束获得自由， 产生一个自由的噬菌体DNA，由此进行裂解旁路
第四章 噬菌体策略
Phage strategies
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一些概念
❖ 噬菌体（ bacteriophage ）：感染细菌的病毒（virus）
❖ 噬菌斑（plaque）：噬菌体裂解宿主细胞的斑
❖ 裂解感染（lytic infection）：细菌被噬菌体感染后致使 细菌死亡并释放出子代噬菌体
❖ 溶源（lysogeny）：噬菌体以原噬菌体形式成为细菌基因 组中ห้องสมุดไป่ตู้定的组分而继续存活
❖ 在每个表达的阶段，一个或多个活跃的基因就是下个阶 段所需的调节因子，这些调节因子可以是一种新的RNA 聚合酶、改变宿主RNA聚合酶特异性的sigma因子、或 是能使之通读的抗终止因子
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级联控制的2种途径
转录起始：识别新的噬菌体启动子，用一种σ因子取 代宿主酶的σ因子（spo1）或合成新的RNA聚合酶。 新σ因子或RNA聚合酶生成后，早期基因表达可被终 止
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裂解发育的2个时期
早期发育
从噬菌体DNA进入到复制开始。主要合成与DNA复制相关的酶 （DNA合成、重组和修饰的酶），导致基因组不断的复制和重组
晚期发育
从复制开始到细胞裂解释放出子代噬菌体。噬菌体颗粒的蛋白质 成分被合成（结构蛋白和装配蛋白）
噬菌体通常拥有保证使噬菌体DNA优先复制的功能基因 （复制起始或新的DNA聚合酶）； 噬菌体的mRNA被优先转录（改变RNA聚合酶的起始和 终止能力或更换RNA聚合酶） 噬菌体通常利用宿主的合成机器合成自己的蛋白质
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6
裂解表达的级联控制
❖ 噬箘体基因位置组成（遗传图谱）反映了裂解进程的次 序，它的操纵子是一个极其有序的结构，编码相关功能 蛋白质的基因成簇排列使得调控最为经济，使得裂解的 进程能由少数的调控开关控制
❖ 裂解周期受到正调控，噬菌体的基因只有接受到恰当的 信号才被表达。在这个级联反应中，上个步骤合成的蛋 白质将是下一个步骤要表达的基因所必须的
❖λ噬菌体的裂解级联反应建立在抗终止作用 基础上
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早早期基因的表达
❖ 从启动子PR向右转录到tR1，可以表达 cro蛋白 ❖ cro蛋白有双重功能：
❖ 抑制阻遏物的合成（对裂解进行是必需的） ❖ 关闭早早期基因的表达（在裂解周期晚期已不需要） ❖ （cro在后面还要详细介绍）
❖ 从启动子PL向左转录到tL1，可以表达 N蛋白
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裂解发育的基因表达
早期基因（early gene）：最初阶段必须依赖 宿主转录机构表达的基因（λ噬箘体中为早早 期immediate early gene）
中期基因（middle gene）获得早期基因编码 的调控蛋白后表达的基因（或称迟早期 delayed early gene）
晚期基因（late gene）中期基因编码的调控因 子控制的基因
❖ pN是一个抗终止子，它作用在nut位点将允许转
抗终止作用：早期基因与下一期基因相邻，由终止位 点隔开。如果终止作用被阻止，RNA聚合酶便通读至 另一边基因，这样早期基因与晚期基因一起表达
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2 溶源（lysogeny）
❖ 另一些噬菌体有两种存在方式：裂解和溶源 ❖ 溶源的结果是原噬箘体整合到细菌基因组上，
并与细菌基因一起遗传 ❖ 由于含有一个原噬箘体，溶源菌会对同样类型
❖λ（lambda）噬箘体基因组：48502bp ❖线性双链DNA ❖两端有12碱基的粘性末端（cohesive
cos），进入细胞后变为环状DNA ❖λ DNA环化后，晚期基因在转录时是完整
的 ❖λ噬箘体基因组编码约35个蛋白质
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λ噬菌体的操纵子
❖早早期基因：PR、PL ❖迟早期基因：PR、PL ❖裂解晚期基因：PR、PL、PR’ ❖溶源晚期基因：PRE、PaQ、PI
❖溶源维持基因： PRM
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3.1 λ噬菌体的裂解途径
❖λ噬箘体DNA进入一个新的宿主细胞后，裂 解与溶源以相同的途径启动
❖第一阶段是利用宿主的RNA聚合酶进行早早 期（immediate early）基因的转录
❖λ噬菌体只有两个早早期基因，各自独立地 由宿主RNA聚合酶表达