遗传学-病毒的遗传分析.ppt

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1、病毒的遗传分析（heredity of virus）,病毒的形态结构与基因组病毒的形态结构病毒的基因组噬菌体的增殖与突变型噬菌体的增殖噬菌体的突变型,噬菌体突变型的重组测验拟等位基因Benzer的重组测验T2突变型的两点测交与作图噬菌体的基因重组与作图噬菌体突变型的互补测验互补测验的原理和方法顺反子基因内互补,一、病毒的形态结构与基因组,病毒(virus)是一类超纤维的、结构极简单的，无完整细胞结构，含单一核酸（DNA或RNA)型，必须在活细胞内寄生并复制的，在活体外能以无生命的化学大分子状态长期存在并保持其侵染活性的非细胞型微生物。,（一）病毒的形态结构,病毒没有细胞结构，既不属于原核生物，

2、也不属于真核生物。病毒结构十分简单，仅含DNA或RNA和一个蛋白质外壳，蛋白质外壳保护遗传物质，并参与感染宿主细胞的过程。没有合成蛋白质外壳所必须的核糖体。所以，病毒必须感染活细胞，改变和利用活细胞的代谢合成机器，才能合成新的病毒后代。,病毒按寄主可分为：动物病毒，植物病毒，细菌病毒。病毒按遗传物质可分：RNA病毒，DNA病毒。,（二）病毒的基因组,每种病毒只含一类核酸（DNA或RNA）。病毒基因组类型多样：有单链(ss)与双链(ds)，正链(+)与负链(-)，线状与环状之分。不同病毒的核酸含量差别很大，但对每种病毒而言，核酸的长度是一定的。病毒基因组的基因一般有：侵染功能所需的基因，复制所需

3、的基因，病毒体形成所需的基因，破坏宿主细胞的基因等,二、噬菌体的增殖与突变型,噬菌体 bacteriophage，phage,噬菌体：指侵染细菌、放线菌以及真菌的病毒。噬菌斑（plaque）：由于噬菌体的侵染，使细菌细胞裂解，有菌落上出现的一些圆形而清亮的小洞。根据噬菌斑的形态和生长特点可以鉴别不同的噬菌体。,遗传学上应用最广泛的是大肠杆菌的T噬菌体系列(T1到T7)。其结构大同小异，呈蝌蚪状。T系列噬菌体结构如下图,T4 phage的结构模式,噬菌体分成两类:烈性噬菌体和温和性噬菌体1.烈性噬菌体：侵入细菌细胞后，就进入裂解反应，使宿主细胞裂解的噬菌体。如大肠杆菌的T噬菌体T1T7。子代噬菌

4、体感染邻近的细胞，这样不断地侵染，最后形成一个圆形的透明区噬菌斑。一个噬菌斑通常含有107108个噬菌体。一个噬菌斑是由一个噬菌体引起的，所以，一个噬菌斑中的噬菌体在遗传上是均一的，相当于一个克隆。,（一）噬菌体的增殖,烈性噬菌体生活周期,噬菌体的遗传物质经中空尾部进入宿主细胞，遂即破坏宿主细胞原有的遗传物质，并转而合成大量的噬菌体遗传物质和蛋白质，组装成许多新的子噬菌体，最后使细菌裂解(lysis)。,烈性噬菌体生活周期,细菌染色体,2.温和性噬菌体：具有溶源性的生活周期，噬菌体侵染细菌后，并不使细菌很快裂解，而是存活或潜伏较长的时期。如噬菌体和P1噬菌体，具有裂解和溶源两种途径.噬菌体:侵

5、入后DNA整合到细菌染色体上P1噬菌体:DNA独立存在于细胞质中。共同点:是在细菌中DNA不大量复制也不大量转录和翻译，保持一个相对固定的数量。,溶原性细菌（lysogenic bacterium）。,溶源性：有些细菌带有某种噬菌体，但并不立即导致溶菌，这种现象称为溶源性，溶源性细菌（lysogenic bacteria）：具有溶源性的细菌称为溶源性细菌，受温和噬菌体感染的细菌，几乎都成为溶源菌。原噬菌体（prophage）：整合到宿主染色体中的噬菌体基因组称为原噬菌体或原病毒（provirus），带有原噬菌体的细菌称溶源性细菌（lysogenic bacterium），失去原噬菌体的细菌和为

6、非溶源性细菌（nonlysogenic bacterium）。,溶源性细菌有两个重要特性:(1)免疫性：原噬菌体产生一种阻遏蛋白，抑制同类噬菌体DNA的复制，噬菌体可进入细胞，但不能增殖，亦不能导致细菌裂解。因而能抵抗同类噬菌体的超感染。(2)可诱导性：自发万分之一；紫外线或丝裂霉素90%。,噬菌体（phage）,侵入细菌后，细菌并不裂解 噬菌体的DNA通过交换整合到细菌染色体上。随着细菌DNA一起复制。,溶源周期裂解周期：,原噬菌体通过诱导（induction）可转变为烈性噬菌体，进入裂解周期。诱导方式：UV、温度改变、与非溶原性细菌接合等。诱导使阻遏物失活，噬菌体的基因表达，进入裂解周期。

7、,型裂解途径,P1 噬菌体（P1 phage）,感染E.coli以后，不整合到细菌DNA上，而是独立存在于寄主细胞内。不影响宿主细胞的正常代谢 P1 DNA 自主复制，并分配到宿主的子细胞中去，而且可以多于一个拷贝。受P1 噬菌体感染的细菌也可以因诱导而进入裂解周期。,P1型裂解途径,在某些条件下，一些突变型是致死的，这些条件就称为限制条件(restrictive condition)；而在另一些条件下仍可以进行繁殖，从而得以扩增繁殖进行研究，这些条件就称为许可条件(permissive condition)。（1）“温度敏感”突变(temperature sensitive mutation

8、)：野生型噬菌体能在很大的温度范围内感染宿主并进行繁殖。原因：温度敏感性是基因突变的结果，基因突变后造成蛋白质中有一个氨基酸的替换，而这种蛋白质在“限制温度”下不稳定而失去活性。,（二）噬菌体的突变型,1.条件致死突变型,热敏感突变型(heat sensitive mutants，ts)：通常在30(许可条件)感染宿主进行繁殖，但在40一42(限制条件)条件下就是致死的，不能形成噬菌斑；冷敏感突变型(cold sensitive mutation，cs)：在较低温度下就是致死的。,（2）“抑制因子敏感”突变(suppressor-sensitive mutation,sus)：实质是原来正常的

9、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，属于无义突变（nonsence mautation）。带有sus突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因(suppressor,su)(许可条件)的宿主菌时能产生子代，但在感染另一种没有抑制基因(su)(限制条件)的宿主菌时，不能产生子代。野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代。sus突变不像“宿主范围突变”那样影响噬菌体对宿主的吸附，这种突变的噬菌体能正常地吸附、注入自身的DNA，杀死宿主细胞，但不产生子代。,这些sus突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代，是因为翻译过程中，在终止密码子处插入一个特定的氨基

10、酸，防止在终止密码子位置上提前终止。,2.快速溶菌突变型（r）,由于基因突变能快速复制，并裂解细菌的噬菌体类型。r+野生型，r突变型。r+小噬菌斑，周边有朦胧的光环原因：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。r大噬菌斑且边缘清晰。原因：无溶菌阻碍现象。,T4 rII 突变型和野生型噬菌体在E.coli B菌株中的噬菌斑,3.寄主范围突变型,突变后使宿主范围缩小或扩大例如：T2噬菌体 野生型（h+）感染B 突变型（h）感染B，和B/2。若将B和B/2同时混合培养在平板上，用h+和h的T2噬菌体感染，h噬菌斑透明的，h+噬菌班半透明的。,三、重组测验与基因精细

11、结构分析recombination test,（一）拟等位基因（pseudoalleles）,例如：果蝇眼色：红色：+杏色：Wa 白色：W 其它色,P 杏眼 X 白眼 Wa/Wa W/YF1 杏眼 F2 杏眼 白眼 红眼 1/1000,可能原因：A：基因突变 B：基因内重组,因为基因自然突变率很低（10-6）因此，基因突变被排除,P 杏眼X 白眼 Wa+W Wa+Y F1 杏眼 X 杏眼 Wa+Wa+Y+W F2 杏眼 杏眼 杏眼 白眼 Wa+W Wa+W+Wa+Wa+Y Y,比较：F1 杏眼 基因型 红眼 基因型 Wa+反式 Wa W 顺式+W+,由于排列方式不同而表型不同的现象称为顺反位置

12、效应.拟等位基因:将紧密连锁的功能性等位基因,但不是结构性的等位基因称为拟等位基因.,（二）Benzer的重组测验Benzers recombination test,重组测验是以遗传图的方式确定突变子之间的空间关系。这种方法测定重组率极其灵敏。,近代基因的概念：基因是一段有功能的DNA序列，是一个遗传功能单位，其内部存在有许多的重组子和突变子。突变子：指改变后可以产生突变型表型的最小单位重组子：不能由重组分开的最小单位。,双重感染（混合感染、复感染）：是指用两种噬菌体同时感染某一菌株。共同生存在同一个宿主细胞中的两个噬菌体DNA也可以发生交换，产生基因重组。,2 重组值的计算,重组值重组噬菌

13、斑数 100 总噬菌斑数,在K()上生长的噬菌斑数2100 在B上生长的噬菌斑数,Benzer的重组测验,（三）T2突变型的两点测交与作图,一个正常的T2 phage产生的噬菌斑小而边缘模糊，记为r；突变体r-是速溶（rapid lysis）突变体，产生的噬菌斑大而边缘清晰。,正常的T2 噬菌体能感染E.coli B株，记为h。突变型E.coli B株能抗T2的感染，记为B/2株。宿主范围突变型h-又能克服B/2株的抗性，既能侵染B株又能侵染B/2株。,T2 phage 和 E.coli的关系,半透明,透明,侵染B株和B/2株混合物,h-和 h 噬菌体均能感染E.coli B株。用基因型为rh

14、-和 r-h的两种T2 噬菌体同时感染E.coli B株（双重感染）。，都可在B菌株中增殖，同时也可能发生重组。将双重感染后释放出来的子代噬菌体接种在同时长有B株和B/2株的培养板上，记录噬菌斑的数目和形态。,hr 42 半透明，大 hr 34 透明，小 hr 12 透明，大 hr 12 半透明，小,亲本型,重组型,T2 plaques,h+r+半小,h-r+透小,h-r-透大,h+r-半大,T2 phage重组试验结果,根据上表结果可以分别作出3个连锁图,有四种可能的排列顺序,思考题：,你能否确定这4个基因座的关系？还缺什么条件？怎么解决?,（四）噬菌体的基因重组与作图,Kaiser(195

15、5)，噬菌体的重组作图试验。用UV照射获得了5个phage的突变型：s型，噬菌斑较小，mi型，噬菌斑特别小，c型，噬菌斑完全清晰，co1型，噬菌斑中间模糊，四周清晰，co2型，噬菌斑的中部较co1型更为浓密。,噬菌体s co1 mi 的杂交结果及分析作图,噬菌体s co1 mi 基因连锁图,如何判断多个突变型是属于一个基因还是几个基因?,四、互补测验 complementation test,用不同的rII突变型成对组合同时去感染大肠杆菌K(),（一）互补测验的原理和方法,（二）顺反子（cistron）,2 互补测验又称顺反测验：指将两个突变分别处于顺式和反式，根据其表型确定两个突变是否是同一基因的试验。,3 判断方法:顺式 反式 分析结论：两突变+/-+-/-+表现型 野生型 野生型 属于两个顺反子 表现型 野生型 突变型 属于同一顺反子,1 顺反子：不同突变之间没有互补的功能区。就是一个功能水平上的基因,当顺式有功能，反式无功能时，两突变位点在同一顺反子内当顺式有功能，反式也有功能时，两突变位点在不同顺反子内,（三）基因内互补 intragenic complementation,1.基因内互补的机理,2.基因内互补与基因间互补的区别,