第八章病毒的遗传分析

重点：顺反子的概念；噬菌体的重组测验、互补测验和缺失作图。难点：噬菌体的互补测验和缺失作图。重难点目前一页\总数五十二页\编于十六点第一节病毒形态结构与基因组一、病毒的结构二、病毒的基因组目前二页\总数五十二页\编于十六点一、病毒的结构病毒没有细胞结构，既不属于原核生物，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。目前三页\总数五十二页\编于十六点目前四页\总数五十二页\编于十六点通常按照宿主类型分为噬菌体（phage）：

细菌病毒、真菌病毒植物病毒（plantvirus）：

感染高等植物、藻类等真核生物的病毒动物病毒：

昆虫病毒或脊椎动物病毒按照遗传物质组成可分为：

DNA病毒，RNA病毒病毒的分类目前五页\总数五十二页\编于十六点目前六页\总数五十二页\编于十六点二、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(L)与环状(O)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，复制所需的基因，病毒体形成所需的基因，破坏宿主细胞的基因等目前七页\总数五十二页\编于十六点表8-1病毒的基因组结构目前八页\总数五十二页\编于十六点第二节噬菌体的增殖与突变型一、噬菌体的增殖二、噬菌体的突变型目前九页\总数五十二页\编于十六点一、噬菌体的增殖噬菌体：指侵染细菌、放线菌以及真菌的病毒。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目前十页\总数五十二页\编于十六点噬菌斑（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。目前十一页\总数五十二页\编于十六点（一）烈性噬菌体的增殖烈性噬菌体：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T1→T7。子代噬菌体感染邻近的细胞，如此不断地侵染，最后形成一个圆形的透明区-噬菌斑。一个噬菌斑通常含有107—108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。目前十二页\总数五十二页\编于十六点图8-2

T4噬菌体的生活周期目前十三页\总数五十二页\编于十六点2、温和噬菌体的增殖侵入后不使细菌裂解，如：和P1噬菌体。噬菌体侵入后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：DNA不大量复制也不大量转录和翻译↓U.V.温度改变烈性噬菌体，使细菌裂解相关概念

溶源性细菌、原噬菌体

目前十四页\总数五十二页\编于十六点溶源性细菌溶源性：

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（lysogenicbacteria）：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（lysogenicbacterium），失去原噬菌体的细菌和为非溶源性细菌（nonlysogenicbacterium）。目前十五页\总数五十二页\编于十六点图8-3

λ噬菌体的生活周期目前十六页\总数五十二页\编于十六点二噬菌体的突变型条件致死突变型：

温度敏感突变（temperaturesensitivemutation,ts）野生型噬菌体感染和繁殖的温度范围广，而热敏感突变型，30℃（许可条件）下感染并繁殖，40-42℃（限制条件），无法形成菌斑。原因：基因突变编码蛋白中有一个氨基酸的替换，该蛋白质在限制温度下不稳定失去活性。目前十七页\总数五十二页\编于十六点抑制因子敏感突变型

（suppressor-sensitivemutation，sus）

突变实质原本正常的密码子变为终止密码子，导致翻译的提前终止，不能形成完整的多肽，而产生无活性的蛋白。抑制因子敏感突变型类型及表现：

琥珀型（amber）UAG赭石型（ocher）UAA乳白型（opal）UGA表8-2携带不同专一性抑制基因宿主中sus突变噬菌体的表现噬菌体基因型

宿主菌基因型su-su+ambsu+ochsu+op野生型susambersusochresusopal++++-+-

---+----+目前十八页\总数五十二页\编于十六点抑制因子敏感突变的实质：如：噬菌体mRNA基因细菌tRNA基因反密码子正常突变突变正常基因：5`TAC3`5`TAG3`3`ATC5`3`ATG5`

mRNA5`UAC3`5`UAG3`3`AUC5`3`AUG5`

表型：酪氨酸终止5`UAG3`酪氨酸酪氨酸3`AUC5`

酪氨酸目前十九页\总数五十二页\编于十六点无义突变与无义抑制突变无义突变：指一个为氨基酸编码的密码变为终止密码的突变。无义抑制突变：指能抑制无义突变表现的突变。

表8-35种琥珀抑制基因的性质琥珀型抑插入的合成的蛋白质赭石型抑制基因氨基酸占野生型%制基因su1+丝氨酸28-su2+谷氨酰胺14-su3+酪氨酸55-su4+酪氨酸16+su5+赖氨酸5+目前二十页\总数五十二页\编于十六点菌斑形态突变型此类突变多为致死型，受控基因位于基因组狭窄的特定区段，噬菌体大多数基因涉及生命过程不可缺少的功能。因而突变后导致侵染宿主细胞后溶菌速度快慢而形成大小不同的菌斑。另一些则由于被感染的细菌，部分或者全部被杀死而形成清晰或浑浊的菌斑。

烈性噬菌体形成清晰菌斑，温和噬菌体形成浑浊菌斑。目前二十一页\总数五十二页\编于十六点宿主范围突变型噬菌体感染细菌，首先需要吸附在细胞表面，受体发生改变（抗性突变），则可导致噬菌体宿主范围的缩小，

噬菌体突变也可扩大寄生范围。目前二十二页\总数五十二页\编于十六点第三节噬菌体突变的重组测验一、Benzer的重组测验二、T2突变型的两点测交与作图三、λ噬菌体的基因重组与作图目前二十三页\总数五十二页\编于十六点一、Benzer的重组测验与基因的精细结构分析T4噬菌体有一种快速溶菌突变型，产生大而边缘清楚的噬菌斑，而野生型噬菌斑小而边缘模糊。Benzer对一组快速溶菌突变型进行了详尽的研究，并提出顺反子、重组子、突变子的概念。目前二十四页\总数五十二页\编于十六点重组测验重组测验

BK(λ)T4噬菌体：野生型小噬菌斑小噬菌斑

rⅡ大噬菌斑无噬菌斑

Benzer将两个rⅡ不同突变型如r47+和+r104双重感染B菌株，收集子代噬菌体，再分别感染B菌株和K(λ)菌株；

在B菌株的细胞中，r47+、+r104、r47r104和++都能生长，形成噬菌斑；在K(λ)菌株的细胞中，只有野生型++重组子能够生长，并形成噬菌斑

目前二十五页\总数五十二页\编于十六点

r47r47

r47++r104

精细作图

r47++r106

r47++r102

B菌株K菌株目前二十六页\总数五十二页\编于十六点重组频率计算：将收集到的子代噬菌体稀释106倍后可以平均在B菌株平板形成一个噬菌斑；将收集到的子代噬菌体稀释2×102倍后可以平均在K(λ)菌株平板形成一个噬菌斑。根据以下公式计算r47+和+r104之间的重组值

目前二十七页\总数五十二页\编于十六点重组测验

按照Benzer测定重组值的方法，理论上可以检测到两个突变之间重组率为0.0002%，但是，实际上所观察到的最小重组率为0.02%。

重组子（recom）：也称交换子，基因内不能由交换（或重组）分开的最小遗传单位。

目前二十八页\总数五十二页\编于十六点2023/4/3029二、T2突变型的两点测交与作图

性状：快速溶菌突变、宿主范围突变

快速溶菌突变：正常的T噬菌体r+：噬菌斑小而边缘模糊快速溶菌突变体r：产生约大两倍的边缘清楚的噬菌斑宿主范围突变：

T2噬菌体野生型h+：只侵染B菌株，不能*B/2株

T2噬菌体的突变体h：可侵染B株及*B/2株*B/2株是大肠杆菌B株的突变体，它对T2噬菌体有抗性。

目前二十九页\总数五十二页\编于十六点2023/4/3030二、T2突变型的两点测交与作图

1、双重感染（doubleinfection）亲本：hr+

（宿主范围突变）：能感染B和B/2菌株产生的噬菌斑小而边缘模糊。亲本：h+r（快速溶菌突变）：仅能感染B株，产生约大两倍的边缘清晰的噬菌斑。将两个亲本hr+和h+r同时感染B菌株；

目前三十页\总数五十二页\编于十六点

用hr+和h+r两种噬菌体同时感染B菌株，称为双重感染（复感染）。在双重感染的过程中，hr+和h+r相互作用（即基因可以发生交换），所以在其子代中可以得到hr和h+r+的重组体,因此子代噬菌体有四种基因型：

hr+、h+r（亲本型）hr、h+r+

（重组型）

双重感染作用相当于hr+×h+r的杂交目前三十一页\总数五十二页\编于十六点2、重组值的测定●杂交子代噬菌体基因型的测定

方法：收集双重感染后释放的子代的噬菌体，将其接种在同时长有B及B/2株培养上，观察、记录噬菌斑的形态。〇亲本型

h+r：半透明，大

hr+：透明，小〇重组型

hr：透明，大

h+r+：半透明，小目前三十二页\总数五十二页\编于十六点计算

重组值=重组噬菌斑数/总噬菌斑数×100%

=(h+r++hr)/(h+r+hr++h+r++hr)×100%

举例：a.求出重组型表8-4用rxh+×r+h所得的四种噬菌斑数及算得的重组值（rx代表不同的r基因）每种基因型的%杂交组合重组值rah+×r+hrbh+×r+hrch+×r+hrh+r+hr+h+rh34.032.039.042.056.059.012.05.90.712.06.40.924/100=24%12.3/100.3=12.3%1.6/99.6=1.6%*：ra、rb、rc分别代表不同速溶菌突变型（它们表现型不同，所以是不同基因）目前三十三页\总数五十二页\编于十六点

b.写出ra、rb、rc与h三个连锁图24rah12.3rbh1.6rch目前三十四页\总数五十二页\编于十六点c.基因顺序排列rarbrchrbrchrarbrchrarbrchra目前三十五页\总数五十二页\编于十六点

d.确定基因顺序

1)确定rb、rc和h

rcrb+×r+crb

↓

重组型=13.9

说明h位于rb及rc之间,所以顺序为rc-h-rb

至于ra在h哪一边，是靠近rb还是rc，由于T2噬体的基因是环状的，所以两种答案均合理，即为连锁图为：hrcrbra目前三十六页\总数五十二页\编于十六点2023/4/3037三、T4突变型的三点测交与作图品系1：小噬菌斑(m)，快速溶菌(r)，浑浊溶菌斑(tu)品系2：野生型

目前三十七页\总数五十二页\编于十六点第四节噬菌体突变型的互补测验一、互补测验与顺反子

rⅡ区中有2000多个突变体，它们都有相同的表型。

Benzer将不同的突变个体两两成对去感染K(λ)菌株，观察能否形成噬菌斑，既两个突变体之间是否能够发生功能互补：

目前三十八页\总数五十二页\编于十六点2023/4/3039Benzer注意到：1、rⅡ突变型可以分为A、B两组，将A组的一个突变型和B组的一个突变型共同感染K(λ)菌株，可以形成噬菌斑，两个突变体之间能够发生互补，A组内的两个突变型，或B组内的两个突变型不能互补。2、所有A组的突变型在rⅡ区域的一边，所有B组的突变型在rⅡ区域的另一边。

噬菌体目前三十九页\总数五十二页\编于十六点Benzer顺反子概念和基因内重组

DiscoveryofRecombinationWithintheGene

Benzer以T4噬菌体为材料进行了研究工作，提出基因是一个“顺反子”一词。

rIIAmutant

rIIBmutant单独感染E.coliK单独感染E.coliK混合感染E.coliK能正常生长不能正常生长不能正常生长目前四十页\总数五十二页\编于十六点重组测验一、互补测验与顺反子

如果能够形成噬菌斑，说明两个突变体属于两个不同的基因突变，可以产生功能互补。如果不能形成噬菌斑，说明两个突变体属于同一个基因的突变，不能产生功能互补。互补试验的原理

表型有无功能互补结论反式:A+BAB+反式:

A+BAB+

突变型－属同一顺反子野生型＋属不同顺反子目前四十一页\总数五十二页\编于十六点重组测验

结果发现：1、rⅡ区中的2000多个突变体可分成rⅡA和rⅡB两个互补群。将A组的一个突变型和B组的一个突变型共同感染K(λ)菌株，可以形成噬菌斑，两个突变体之间能够发生互补；A组内的两个突变型，或B组内的两个突变型不能互补。2、、所有的rⅡA突变型在rⅡ区的一边，所有的rⅡB突变型在rⅡ区的另一边。目前四十二页\总数五十二页\编于十六点重组测验顺反子（cistron）Benzer的互补测验两个突变体，在互补测验中，两个隐性突变如果表现出互补效应，则证明这两个突变体分别属于不同的基因突变；如果不表现出互补效应，则证明这两个突变体属于同一个基因内的相同或不同位点的突变。

Benzer就将这样一个不同突变之间没有互补的功能区称为顺反子（cistron）。顺反子：利用互补测验所确定的遗传功能单位。目前四十三页\总数五十二页\编于十六点目前四十四页\总数五十二页\编于十六点第五节噬菌体T4rⅡ的缺失突变与作图相关概念点突变：由于基因编码区内碱基对的改变产生的突变。缺失突变：由于基因编码区内缺失一个或多个碱基产生的突变。二者的区别：1、突变范围：点突变是单一位点突变，缺失突变是多位点突变。2、能否回复突变：点突变可以发生，缺失突变不能发生。3、能否发生重组：同一基因（或同一区域）内不同的点突变之间可以发生重组；同一区域内缺失突变和点突变之间不能重组。缺失作