第七章噬菌体分析及基因结构

1、C 干建平 黄冈师范学院遗传学第七章第七章 噬菌体与基因的精细结构分析噬菌体与基因的精细结构分析第一节第一节 噬菌体的遗传重组分析噬菌体的遗传重组分析第二节第二节 基因在染色体上的排列基因在染色体上的排列 第三节第三节 基因精细结构分析基因精细结构分析C 干建平 黄冈师范学院遗传学第一节 噬菌体的遗传重组分析一、噬菌体的表型与突变型（T2噬菌体）形态 ： 野生型（r+）：噬菌斑小(约1mm)，边缘模糊 突变型（r）：噬菌斑大(2mm以上)，边缘清晰 宿主范围： 野生型（h+）：侵染 E. Coli B，噬菌斑半透明 突变型（h）：侵染 E. Coli B 和B/2，噬菌斑透明 C 干建平 黄冈

2、师范学院遗传学h r+ h+ r E. Coli B 释放噬菌斑 感染E. coli B E. Coli B/2出现的4种噬菌斑 噬菌斑类型推导基因型透明，小半透明，大半透明，小透明，大h r+h+ rh+ r+h rh r+、h +r ：亲本类型h+ r+、h r ：重组合类型 透明，小透明，小半透明，大半透明，大双重感染：双重感染：两种噬菌体同时感染某一菌株两种噬菌体同时感染某一菌株C 干建平 黄冈师范学院遗传学h+ r+h- r+h+ r-h- r-C 干建平 黄冈师范学院遗传学二、噬菌体的基因重组 重组值计算：重组值计算： 重组噬菌斑数重组频率 = * 100% 总噬菌斑数 ( (h+

3、r+ + h-r-h+r+ + h-r-) ) = * 100% (h+r- + h-r+ + h+r+ + h-r)(h+r- + h-r+ + h+r+ + h-r)C 干建平 黄冈师范学院遗传学三、噬菌体T4 rII 突变型作图 Benzer分析了3000多个T4 rII突变型，都具有相同的表型，这些突变是是属于一个基因还是多个基因 ？ C 干建平 黄冈师范学院遗传学（1）重组作图 利用重组法进行重组测验，计算各种突变型的重组值。C 干建平 黄冈师范学院遗传学混合感染rII突变体rII突变体 E .coli k()互补作用 无互补作用细胞裂解释放 细胞不裂解无子出子代噬菌体 代噬菌体释放

4、C 干建平 黄冈师范学院遗传学C 干建平 黄冈师范学院遗传学Benzers map of the rII region generated from crosses of 60 different mutant T4 strains.C 干建平 黄冈师范学院遗传学（2）缺失作图点突变（点突变（point mutation)：核苷酸对发生了改变：核苷酸对发生了改变缺失突变（缺失突变（deletion mutation):缺失了相邻的许多缺失了相邻的许多核苷酸对。核苷酸对。二者的区别点突变：单个位点；可以回复突变，与基因内其它位点突变重组恢复野生型缺失突变：多个位点；不能回复突变；不与另一基因组内

5、缺失区的点突变之间重组C 干建平 黄冈师范学院遗传学缺失作图原理 将待测的突变型与已知的系列缺失突变型进行杂交，观测重组结果。 1、凡是能和某一缺失突变型进行重组的，突变位点不在缺失范围内； 2、凡是不能和某一缺失突变型进行重组的，突变位点位于缺失范围内。C 干建平 黄冈师范学院遗传学待测突变型与已知缺失突变系列（ A D）杂交r+r+no r+no r缺失突变系列C 干建平 黄冈师范学院遗传学Benzer把把rII区划分为区划分为47个片段个片段C 干建平 黄冈师范学院遗传学优点：较重组作图杂交次数少。 同时，精确度较高。C 干建平 黄冈师范学院遗传学第二节 基因精细结构分析一、一、 基因的

6、经典概念及发展基因的经典概念及发展1865年 Mendel：遗传因子1903年 Sutton 和 Boveri：遗传因子位于染色体上 1909年 Johanssen：基因1910年40年代, Morgan 建立基因学说。提出了 “三位一体”的基因概念C 干建平 黄冈师范学院遗传学基因的经典概念 1、 染色体是基因的载体 2、基因在染色上呈直线排列 3、 基因的 “三位一体” 概念 结构单位：交换只能发生在基因之间 突变单位：整体突变，成为等位基因 功能单位：产生特定的表型效应C 干建平 黄冈师范学院遗传学基因概念的发展基因概念的发展 1944年 Avery：遗传物质是DNA。 1944年 Be

7、adle：一个基因一个酶学说。 发展一基因一多肽学说 1953年 Wateon和Crick：DNA双螺旋模型。 基因是具有一定遗传效应的DNA片段。 C 干建平 黄冈师范学院遗传学基因概念的发展基因概念的发展 1955年，Benzer的顺反子学说。基因是一个作用单位，但基因是可分的 。 60年代，Jacod 和 Monod：操纵子模型,基因在功能上是有差别的。 断裂基因，重叠基因，跳跃基因，假基因等的发现进一步丰富了基因的内容。C 干建平 黄冈师范学院遗传学1、反式互补 控制同一性状的两个连锁基因。Arg1、Arg2 Arg1 Arg2 / Arg1 Arg2异核体（野生型） Arg1 Arg

8、2 （突变型）Arg1 Arg2（突变型）二、顺反效应与互补C 干建平 黄冈师范学院遗传学Arg1Arg2Arg1Arg2反式（trans)：两个突变座位分属同源染色体的两个染色体顺式（cis)：两个突变座位位于同一条染色体。 互补（complementation）：不同对的两个基因在功能上可以弥补对方的缺陷，这两个突变型称为互补。野生型野生型反式与顺式的表型效应相同（野生型），表明这两个基因为非等位基因。C 干建平 黄冈师范学院遗传学Arg1Arg2Arg1Arg2野生型野生型C 干建平 黄冈师范学院遗传学2、反式不互补 曲霉菌多种腺嘌呤营养缺陷型。如ad 16、ad 8ad 16 ad 8

9、缺陷型：99.86ad 16 / ad 8（异核体）不互补 等位基因交换 非同一位置野生型：0.14adadad8ad16？C 干建平 黄冈师范学院遗传学Arg1Arg2Arg1Arg2ad16ad2ad16ad8突变型野生型野生型野生型反式顺式两种情况比较？C 干建平 黄冈师范学院遗传学 应将 ad16和 ad 8看作是一个基因内的两个位点，基因是一个作用单位，只有保持基因的完整，才具有正常的功能。C 干建平 黄冈师范学院遗传学Arg1Arg2Arg1Arg2野生型野生型突变型野生型反式顺式ad16ad8ad16ad2C 干建平 黄冈师范学院遗传学ad16ad2野生型有缺陷基因型ad16ad

10、8产物表型顺式反式有缺陷有缺陷正常突变型C 干建平 黄冈师范学院遗传学基因内的不同位点上可以发生突变，基因内的不同位点间可以发生重组。ad16ad8ad16ad2C 干建平 黄冈师范学院遗传学ad16ad8ad8ad16ad16ad2ad16ad16ad8ad8ad16ad81、412341、32、42、3突变野生突变野生突变反式顺式0.14野生型的形成C 干建平 黄冈师范学院遗传学三、基因的精细作图噬菌体T4 rII 突变型遗传图C 干建平 黄冈师范学院遗传学研究表明 rII突变型分成两组（功能群）：A组和B组。A组 B组C 干建平 黄冈师范学院遗传学rIIA 是一个独立的功能单位。是一个独

11、立的功能单位。rIIA 的任意两个突变型无互补作用AB反式不互补A组 B组C 干建平 黄冈师范学院遗传学rIIB是一个独立的功能单位。是一个独立的功能单位。rIIB 的任意两个突变型无互补作用AB反式不互补A组 B组C 干建平 黄冈师范学院遗传学r IIA 和 r IIB是两个独立的功能单位 两个顺反子（ cistron）-r IIA 和 rIIB 。A组任一个突变型与B组的任一个突变型均能互补AB反式互补C 干建平 黄冈师范学院遗传学顺反子顺反子（ cistron）顺反子顺反子：在反式构型中不能互补的各个突变型在染色体上所占的一个区域。是一个必须保持完整才具有正常生理功能的遗传物质的最小单位

12、。一个顺反子就是一个功能水平上的基因。顺反子中的各种突变位点称为突变子（Muton） 一个顺反子是一段遗传区域，在这一遗传一个顺反子是一段遗传区域，在这一遗传区域中的突变位点之间没有互补作用。区域中的突变位点之间没有互补作用。C 干建平 黄冈师范学院遗传学 互补试验可以确定同一表型效应的两个突变型是等位的，还是非等位的。 同一顺反子的两个突变型是否为同一位点（site）突变，可通过重组作图来判断，如有重组，则两突变型处于不同位点，如测不出重组值，就确定为同一位点。 基因是一个作用单位（顺反子），基因内部可以产生不同的突变，形成不同的突变型，同一基因内可以进行重组。 基因内出现重组的最小区间称为

13、重组子（recon） C 干建平 黄冈师范学院遗传学不同基因间的突变型，顺式、反式都互补同一基因内不同位点的突变型，顺式互补；反式不互补 顺反子具有功能上的完整性和结构上的可分割性 顺式试验反式试验在同一顺反子中在不同顺反子中A B A B A B A B+ + + 突变位点C 干建平 黄冈师范学院遗传学四、基因的现代概念基因：一个基因相当于DNA分子上的一定区段，它携带有特定的遗传信息，这类遗传信息或者被翻译成多肽链(指mRNA)、或者被转录为RNA 、或者对其他基因的活动起调控作用 (启动基因，操纵基因等）。C 干建平 黄冈师范学院遗传学 一个顺反子等同于一个基因，可以分成很多突变子和重组

14、子。 突变子（Muton） ：基因内改变后可以产生突变型表型的最小单位。一个突变子可以小到只是一个核糖核酸对。 重组子（recon） ：基因内发生重组的最小区间。即基因内不能由重组分开的基本单位。一个重组子可只包含一个核糖核酸对。C 干建平 黄冈师范学院遗传学G C T T T GT T T T A C T A A C G A AA CA A A A T GA T TG C T T T T T T T T A C T A A C G A AA AA A A A T GA T TG C T T T G T A T T A C T A AC G A AA CA T A A T GA T TC 干建

15、平 黄冈师范学院遗传学座位（locus）与位点（site）的区别 座位（locus）：基因在染色体上所处的位置。一个基因座位包括很多个核苷酸对。 位点（site）：在DNA（基因）的核苷酸序列中的一个核苷酸对，一个基因内不同位点的改变可以形成（复）等位基因。 C 干建平 黄冈师范学院遗传学顺反子假说顺反子假说（Theory of cistronTheory of cistron） CistronCistron 是基因的同义词是基因的同义词 在一个顺反子内，有若干个突变单位在一个顺反子内，有若干个突变单位 突变子突变子( (mutonmuton) ) 在一个顺反子内，有若干个交换单位在一个顺反子

16、内，有若干个交换单位 交换子（交换子（reconrecon） 基因是一个具有特定功能的，完整的，不可分割的基因是一个具有特定功能的，完整的，不可分割的 最小的遗传单位最小的遗传单位 基因内可以较低频率发生基因内的重组，交换基因内可以较低频率发生基因内的重组，交换 pseudo allelespseudo alleles 是基因内的突变体是基因内的突变体 mut1 X mut2mut1 X mut2 W.tW.t 是基因内发生交换的结果是基因内发生交换的结果 cistron cistron 概念的提出概念的提出是对经典的基因概念的动摇是对经典的基因概念的动摇 是对是对pseudo alleles

17、pseudo alleles概念概念的修正的修正three in one one in onethree in one one in oneC 干建平 黄冈师范学院遗传学等位基因等位基因（Allele, AllomorphAllele, Allomorph）概念的发展概念的发展Pseudo allelePseudo alleleDNADNA多型性检测技术的发展多型性检测技术的发展 ( RFLP, RAPD )( RFLP, RAPD ) AlleleAllele 同一同一座位座位存在的两个以上存在的两个以上不同状态不同状态的基因的基因, , 其总和称其总和称 之为复等位基因（之为复等位基因（m

18、ultiple allelesmultiple alleles）（）（A, a1, a2.A, a1, a2.） 全同等位基因全同等位基因 (homoallele)(homoallele) 非全同等位基因非全同等位基因 (heteroallele)(heteroallele) AlleleAllele 具有相对差异的具有相对差异的DNADNA区域区域 TAAAGTAAT TAAAGCAAT C 干建平 黄冈师范学院遗传学 site site Gene locusGene locus Mut a1Mut a1 Mut a2 Mut a2W.t AW.t AMut a1Mut a1Mut a2Mut a2ATTCTGAGCTATTCGGAGCT ATTCAGAGCT ATTCGGAGCTATTCAGAGCT (mut2)(mut2) ATTCAGAGCTATTCGGAGCT (mut1)(mut1) 全同等位基因全同等位基因 在同一基因座位在同一基因座位( (locuslocus) )中，同一突变位点（中，同一突变位点（sitesite）向不同方向发生突变所形成的等位基因向不同方向发生突变所形成的等位基因( ( homoallele homoallele ) ) C 干建平 黄冈师范学院遗传学非全同等位基因非全同等位基因；在同一基因座位（；在