第四章-病毒的遗传分析

第四章

病毒的遗传分析病毒（virus）既不属于原核生物，也不属于真核生物，属非细胞型生命形态，又称为分子生物。其一般特点是：1.个体极小介于10～300nm之间，能够通过细菌滤器；基本形态有：■杆状，如烟草花叶病毒（tobaccomosaicvirus，TMV）■球形，如腺病毒（adenovirus）■蝌

蚪状，是大部分噬菌体的典型形态，如λ噬菌体和T偶数噬菌体均为蝌蚪形。2.无细胞结构核心

+衣壳（核衣壳）核心:DNA或RNA衣壳由许多蛋白质亚单位衣壳体以对称的形式，规则排列而成。有的病毒在核衣壳外还有囊膜、包膜、被膜、外膜等结构，膜的表面还有突起：刺突、囊膜粒等。3.没有完整的酶系和蛋白质合成系统。离体条件下，以无生命的化学大分子状态存在，可形成结晶，不能进行独立的代谢活动。4.严格的活细胞内寄生，以复制的方式增殖。5.对抗生素不敏感，但对干扰素敏感。通常按宿主类型病毒分为：1.噬菌体细菌病毒、真菌病毒及藻类病毒2.植物病毒感染高等植物、藻类等真核生物的病毒3.动物病毒昆虫病毒和脊椎动物病毒遗传学研究中应用最广泛的是噬菌体，这是因为：1.繁殖快2.基因组小3.突变体多第一节噬菌体的繁殖和突变型第二节噬菌体突变型的重组实验第三节噬菌体突变型的互补测验第四节缺失作图第一节

噬菌体的繁殖和突变型

一、噬菌体的繁殖根据噬菌体和宿主的关系可分为：烈性噬菌体（virulentphage）温和噬菌体（temperatephage）1.烈性噬菌体（virulentphage）的增殖这种噬菌体感染宿主细胞后就进入裂解反应，使宿主细胞裂解。如：大肠杆菌T系噬菌体2.温和噬菌体的增殖这种噬菌体感染宿主细胞后具有裂解和溶源两种发育途径。如：λ噬菌体整合到宿主染色体中的噬菌体基因组称为原噬菌体（prophage）或原病毒（provirus）。带有原噬菌体的细菌称为溶源性细菌（lysogenicbacterium），以上过程称为溶源周期。溶源性细菌有两个重要特性：①免疫性②可诱导性失去原噬菌体的细菌称为非溶源性细菌（non-lysogenicbacterium）。二、噬菌体的突变型1.条件致死突变型(1)温度敏感突变（temperaturesensitivemutation，ts）■热敏感突变型：通常在30℃感染宿主进行繁殖，但在40～42℃就是致死的。■

冷敏感突变型：在较低温度下就致死。(2)抑制因子敏感突变（suppressorsensitivemutation，sus）■

sus突变的实质：是原来正常的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。■

sus突变分为3类：琥珀突变（amber，amb），相应的密码子为UAG赭石突变（ochre，och），相应的密码子为UAA乳白突变（opal，op），相应的密码子为UGA■

带有sus突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因（suppressor，su＋）的宿主菌时能产生子代。■在感染另一种没有抑制基因（su-）的宿主菌时，不能产生子代。2.噬菌斑形态突变型■大、小噬菌斑由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成。■清晰、混浊噬菌斑由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成。■

噬菌体感染细菌时，首先吸附于细胞表面的专一受体上，这是由受体的基因控制的，如果受体发生改变，有可能使噬菌体不能附着，从而该噬菌体的宿主范围就缩小。■另外,噬菌体突变也可以扩大寄生范围。3.宿主范围突变型大肠杆菌BK（λ）S野生型小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑rⅠ大噬菌斑大噬菌斑小噬菌斑rⅡ大噬菌斑无噬菌斑（致死）小噬菌斑rⅢ大噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑第二节

噬菌体突变型的重组实验■1955年■

T4的两个rⅡ不同突变型r47＋和＋r104■

用两种突变型噬菌体感染同一宿主细菌，叫双重感染（doubleinfection）→进入裂解周期→两个噬菌体偶然地发生交换→它们的后裔可以出现重组子。因此可以进行染色体作图分析。一、Benzer的重组测验r47＋＋r104大肠杆菌BK（λ）野生型小噬菌斑小噬菌斑rⅡ大噬菌斑无噬菌斑（致死）1.r47+2.+r1043.r47r1044.++亲本型重组型由于rⅡ双重突变的交互重组子r47r104在大肠杆菌K（λ）菌株上不能生长，所以无法检出，但是它的频率和＋＋相等，因此重组子数=大肠杆菌K（λ）菌株上＋＋的噬菌斑数乘以2，代入公式：这一测定方法称为重组测验（recombinationtest），它是以遗传图的方式确定突变子之间的空间关系的。例：噬菌体T4＝1500mapunits(1.8×105bp)如果两个rⅡ突变子产生0.01%突变子，则意味突变是由0.02图单位所分开。占整个T4Genome:0.02/1500=1.3×10-5T4phage有：1.8×105bp所观察到的最小重组距离：（1.3×10-5）×（1.8×105）＝2.4bp这意味Benzer’s结果已显示遗传重组可能出现在2个碱基对顺序的距离内，后来由其他人的实验已做出结论性的说明，重组可出现在影响DNA中邻近碱基对的突变之间。也就是说：遗传实验已经说明碱基对既是突变单位（unitofmutation）也是重组单位（uniteofrecombination）以前用来计算重组的方法是计算基因与基因之间的距离，而Benzer的方法可以用来测算一个基因内部不同位点的距离，它的精确度可达到十万分之一，也就是0.001个图距单位，故称作基因的精细作图。二、T2突变型的两点测交与作图1940年AlfredHershey&R.RotmanT2噬菌体突变型：r－：噬菌斑形态突变型，快速溶菌，产生大噬菌斑r+：野生型，缓慢溶解，产生小噬菌斑h－：宿主范围突变型，既能溶裂E.coliB品系1也能溶裂品系2

h+：能够溶裂E.coliB品系1，不能溶解品系2把T2噬菌体接种到大肠杆菌品系1和2的混合培养物上时，噬菌斑是半透明的。

类型大肠杆菌B品系1品系2r+小噬菌斑小噬菌斑r-大噬菌斑大噬菌斑h+裂解不裂解h-裂解裂解类型大肠杆菌B品系1和品系2的混合h+r-半透明大噬菌斑h-r+透明小噬菌斑h+r+半透明小噬菌斑h-r-透明大噬菌斑h+r-h-r+h+r+h-r-大肠杆菌Bh+r-h-r+h+r-h-r+大肠杆菌B品系1和品系2的混合半透明大噬菌斑透明小噬菌斑半透明小噬菌斑透明大噬菌斑h+r-h-r+h+r+h-r-半大透小透大半小分别统计各种噬菌斑的数目，由此计算出重组值，去掉%，作为图距进行作图。不同速溶性噬菌体的突变在表型上不同，可分别写成ra-、rb-、rc-等，用h＋rx-×h-rx＋获得的试验结果如下：每一杂交得一连锁图:三种不同的重组值，表示三个r基因的座位是不同的，所以有4种可能的连锁图：三、T4突变型的三点测交与作图用T4噬菌体的两个品系感染E.coli。■一个品系:mrtu（小噬菌斑、快速溶菌、浑浊溶菌斑）突变型。■另一个品系对这3个性状都是野生型（＋＋＋）的。根据上述结果，可绘出这3个基因的染色体图：符合系数C=实际双交换值/理论双交换值

=（1.6+1.7）/（12.9×20.8）

=1.23干涉值=1-C=1-1.23=-0.23负干涉四、λ噬菌体的基因重组与作图（自学）1955年，Kaiser进行了λ噬菌体的重组作图试验用紫外线照射处理得到5个λ噬菌体的突变系：■

s系产生小噬菌斑■mi系产生微小噬菌斑■c系产生完全清亮的噬菌斑■

co1系产生除中央一个环之外其余部分都清亮的噬菌斑■

co2系产生比co1更浓密的中央环噬菌斑。8个类型中数目最少的两种类型就是双交换的结果，频率最高的两种是亲本类型，其余的为单交换类型。用sco1mi×＋＋＋杂交，所得后代有8种类型从双交换的类型可知，这3个基因的次序就是s－co1－mis与co1的图距应为3.83cM；co1与mi之间则为6.21cM；因为有双交换的存在，s与mi之间的图距则为8.32＋2×0.86＝10.043个基因的遗传图:第三节

噬菌体突变型的互补测验一、互补测验原理和方法重组测验是以遗传图距的方式确定基因的空间关系。互补测验则是确定突变基因的功能关系。■1957年，Benzer■大肠杆菌T4噬菌体■通过互补实验，在DNA分子水平上，研究快速溶菌突变型rⅡ的基因精细结构。Benzer的互补试验：①用两个不同的rⅡ突变型rⅡA和rⅡB同时感染（共感染）E.coliK12(λ)，结果可以互相弥补对方的缺陷，共同在菌体内增殖，引起溶菌，释放原来的两个突变型。②用rⅡA中的两个突变型，共感染或用rⅡB中的两个突变型共感染E.coliK12（λ）菌株，都不能互补，不产生溶菌现象互补作用是指二个突变型染色体同处在一个细胞中，由于相对的野生型基因的互相补偿而使表型正常化的作用。互补测验方法：斑点测试法（spottest）A用一种rⅡ突变型以0.1的感染比（噬菌体1／细菌10）去感染大肠杆菌K（λ）菌株。B噬菌体和细菌在温热的琼脂中混合，涂布在营养平板上。C琼脂凝固后，在平板上所划出的一定位置上再加一滴含有另一种rⅡ突变型的培养基，在这一滴培养基的范围内，一些细菌就会被两种噬菌体所感染。D如在这范围内形成噬菌斑，就证明这两种突变型互补，相反就不能互补。在一个培养皿平板上可做6～8个斑点试验。二、顺反子两个突变如果分别位于两条染色体上，这种组合方式称为反式排列。两个突变同时位于一条染色体上，则称为顺式排列。当两个突变型的顺式排列互补表现为野生型，反式排列不互补表型为突变型，这两个突变位点应属于同一基因。当两个突变型顺式、反式排列都表现为野生型，它们应属于不同的功能基因，位于不同的座位上。Benzer

将这样一个不同突变之间没有互补的功能区称为顺反子，即遗传的功能单位就是一个顺反子。第四节

缺失作图Benzer在研究rⅡ突变型时发现其中一些突变是由于缺失了单个或相邻的许多碱基对，因此称为缺失突变（deletionmutation）。缺失作图原理：利用一系列缺失突变型，把所要测定的突变型和这一系列缺失突变型分别进行重组测定，凡是能和某一缺失突变型进行重组的，它的位置一定不在缺失范围内，凡是不能重组的，它的位置一定在缺失范围内。通过与一系列的缺失突变型进行重组的结果，可以精确确定某待测突变型（点突变）的位置。不能产生野生型能产生野生型突变位点在缺失范围内突变位点不在缺失范围内第一步：将待测的突变型与最上方的7个“大缺失”突变型分别进行杂交，以确定这一突变位点所属的大范围。例如：将待测突变型rⅡ548分别与已知的7个“大缺失”突变型杂交，结果是它和缺失突变型A105和638能发生重组，而与其他5个都不发生重组，就可确定这一突变位点在区域A5中。

12721241J3PT1PB242A105638rⅡ548第二步：将待测突变型进一步与有关的“小缺失”突变型分别进行杂交，以缩小这一突变所属的范围。例如：将待测突变型与