2023学年完整公开课版病毒的复制

作物生产技术专业/教学资源库病毒的复制一、噬菌体的分类多数噬菌体可以按照其形态分为以下四类：无尾二十面体型收缩尾型（结构最复杂，例如E.coli的T偶数噬菌体）非收缩尾型丝状噬菌体噬菌体分类的依据：宿主种类、免疫学关系等。但目前最主要的分类依据还是噬菌体的形态和核酸特性。

噬菌体的遗传物质可以是DNA，也可以是RNA，已知的大部分噬菌体的遗传物质是dsDNA。核酸形态噬菌体的复制周期裂解性生活周期：DNA噬菌体在宿主细胞内复制后，宿主细胞裂解并释放新噬菌体。（E.coli的T偶数噬菌体）（一）双链DNA噬菌体的复制

1.一步生长实验

1）将适量噬菌体接种于培养好的高浓度敏感细胞中，使每个敏感细胞至多只能吸附到一个噬菌体。2）使已吸附的噬菌体建立同步感染（稀释或抗体沉淀）3）继续培养，定时取样，测定样品中病毒的滴度。

病毒的滴度（titer），又称效价，是指每毫升样品中含有的侵染性病毒粒子的数量。(双层平板法测)

以感染时间为横坐标，病毒滴度为纵坐标，绘制定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线，称为一步生长曲线。潜伏期：是从噬菌体吸附于宿主细胞表面到子代噬菌体释放所需的最短时间。包括：隐蔽（晦）期和胞内积累期。裂解量：是每个受侵染的细胞所产生的子代噬菌体的数目。两个重要参数2.噬菌体的复制过程（烈性噬菌体的裂解周期）（1）吸附和侵入受体（吸附）位点：细胞壁上的脂多糖、蛋白质、磷壁酸，以及鞭毛和菌毛

附着固着尾部收缩刺入细胞DNA注入T4噬菌体吸附和侵入宿主细胞过程：如果大量噬菌体在短时间内吸附于同一细胞上，使细胞壁产生许多小孔，也可引起细胞立即裂解，但并未进行噬菌体的增殖，这种现象称为自外裂解（lysisfromwithout）。（2）噬菌体大分子的合成早期mRNA

：宿主RNA聚合酶开始合成的病毒mRNA，即噬菌体DNA复制前转录的mRNA。早期蛋白：早期mRNA翻译成的蛋白，这些蛋白将接管宿主细胞并合成病毒核酸。其中一些酶将宿主DNA降解成核苷酸，为病毒DNA的合成提供原料；一些蛋白对宿主细胞RNA聚合酶进行修饰，使其识别病毒的DNA启动子，开始转录合成中期mRNA。中期mRNA：即病毒DNA复制所需的酶的mRNA。

噬菌体DNA注入宿主细胞后，宿主细胞自身的DNA、RNA和蛋白质的合成便会中止，转而合成病毒复制所需的成分。中期蛋白：中期mRNA翻译成的蛋白(DNA复制所需的酶、羟甲基胞嘧啶合成酶以及晚期mRNA聚合酶等)，病毒DNA开始复制(某些碱基的修饰是抵制宿主的限制)。多联体----合成的T4噬菌体DNA具有末端冗余(重复的一段碱基序列)，大约6-10个克隆通过末端冗余序列连接在一起，这种由若干单元同向相连形成的超长链DNA称为多联体，多联体在装配过程中被切割。晚期mRNA：DNA复制完成后合成的mRNA(指导结构蛋白、装配蛋白、溶菌酶等)。晚期蛋白：噬菌体的结构蛋白、装配蛋白、溶菌酶等这些细胞裂解期间合成的蛋白质。（3）噬菌体的装配

T4噬菌体的装配是一个极为复杂的自我装配的过程。大致分为4个独立的途径：1）头部壳体装入DNA形成成熟的头部2）由基板、尾管、尾鞘组装成无尾丝的尾部；3）头部与尾部自发结合；4）装上尾丝头部衣壳粒DNA衣壳尾部尾鞘噬菌体尾丝（4）噬菌体的释放37℃培养时，侵染约22分钟后，E.coli发生裂解并释放约300个T4噬菌体。这一过程需要一些T4基因的支持：一种基因指导溶菌酶的合成，溶菌酶可以攻击细胞壁的肽聚糖；另一种噬菌体蛋白称为holin，它可破坏细胞膜，使溶菌酶到达并破坏细胞壁，同时阻止细胞膜上的能量代谢反应。二、温和性噬菌体和溶源性1.烈性噬菌体（virulentphage）：

感染宿主细胞后能在细胞内正常复制并引起宿主细胞迅速裂解的噬菌体。2.温和噬菌体（temperatephage）：

感染宿主细胞后，噬菌体基因组长期存在于宿主细胞内（整合于宿主的基因组上或以质粒形成独立存在），并随宿主基因组的复制而同步复制，没有成熟噬菌体产生，不引起宿主细胞裂解的噬菌体。

这种噬菌体与宿主之间的关系称为溶源性（lysogeny）。凡能引起溶源性的噬菌体称为温和噬菌体，其宿主称为溶源菌。温和噬菌体的存在形式有3种：游离态：前噬菌体所携带的遗传信息由于受噬菌体本身编码的一种特异阻遏物的阻遏作用而得不到表达，因此不进行DNA复制和蛋白质合成。但随宿主菌基因组的复制而同步复制。营养态：整合态：指成熟后被释放并有侵染性的游离噬菌体粒子已整合到宿主基因组上的噬菌体核酸，称为前噬菌体（prophage）。指前噬菌体经外界理化因子诱导后，脱离宿主核基因组而处于积极复制、合成和装配的状态温和噬菌体的溶源性反应：（参见P82）整合于细菌染色体或以质粒形成存在的温和噬菌体基因组称做原噬菌体（prophage）细胞中含有以原噬菌体状态存在的温和噬菌体基因组的细菌称做溶源性细菌（lysogenicbacteria）λ噬菌体的的溶源性反应：

进入宿主后线状基因组依靠粘性末端环化λ噬菌体以大肠杆菌K12为宿主了解最充分的一种温和噬菌体，dsDNA，头部为二十面体，非收缩性长尾。λ噬菌体的的溶源性反应：基因组的表达与复制存在着强烈的时序性λ噬菌体基因组有40多个基因，大多数基因根据功能不同聚集在一起，分别涉及头部合成、尾部合成、溶源性及调控、DNA复制和细胞裂解。λ噬菌体的溶源性反应：通过特定位点（att位点）以线状形式整合进大肠杆菌半乳糖操纵子和生物素操纵子之间，成为原噬菌体。

对于溶源性来说，整合并非绝对需要。大肠杆菌噬菌体P1在溶源菌中以独立的环状DNA分子存在，并与宿主染色体同步复制。3.溶源菌（lysogen或lysogenicbacteria）含有λ噬菌体基因组的大肠杆菌，表示：E.coliK12(λ)溶源菌的检测方法：

法1：少量溶源菌+大量敏感指示菌+肉汤琼脂培养基

特殊噬菌斑（中央溶源菌菌落，周围透明）法2：溶源菌经uv照射，进一步培养，滤去培养物中活细菌，将滤液与敏感菌混合培养，形成透明噬菌斑。溶源菌的特性：1）遗传特性（溶源菌产生的子细胞一般也是溶源菌）；2）可自发裂解（10-2~10-5）；3）可诱导裂解（uv，x-射线，丝裂霉素C，氮芥）；4）免疫性（溶源菌对超感染具有“免疫性”，即另一个同类噬菌体不感染该溶源菌，有时虽然可再次感染该溶源菌，但其核酸不能复制和表达。而溶源菌可同时被非同源噬菌体感染，表现出双重溶源性。免疫性是由原噬菌体产生阻遏蛋白的可扩散性质决定的。）5）复愈性（10-5，丧失其前噬菌体，变为非溶源菌）6）溶源转变(lysogenicconversion)

，溶源菌有时还能获得新的生理特性（原噬菌体引起的溶源菌除免疫性以外的其他表