《遗传学》课件第05章病毒的遗传分析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,安徽大学生命科学学院,*,第五章 病毒的遗传分析,本章学时数：3学时,本章重点：,烈性噬菌体的遗传体制,温和噬菌体的遗传体制,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,本章主要内容,病毒与噬菌体,噬菌体的互补试验,噬菌体的重组实验,烈性噬菌体的杂交机制,温和噬菌体的遗传机制,环状排列和末端重复,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,病毒概述,病毒无细胞结构，仅由蛋白质和核酸构成,T,噬菌体的结构,蛋白质外壳,核酸,从形态上分：,？,杆状,球状,蝌蚪状,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,病毒概述,从寄主范围分：,？,1.动物病毒,2.植物病毒,3.细菌病毒（噬菌体,）,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,噬菌体,本章主要以,噬菌体的遗传,为例介绍病毒的遗传体制,噬菌体是遗传学研究的好材料,子代多，繁殖快，有利于观察到罕见的遗传现象。,基因组小,有多种突变类型,在遗传学发展史中具有重要地位,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,噬菌体,phage,T4,噬菌体感染细菌细胞,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,证明,DNA,是遗传物质的实验,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,噬菌体的繁殖和感染周期,烈性噬菌体,:,如,T,噬菌体,使宿主细菌发生裂解的噬菌体,吸附,细菌裂解,释放出150子代噬菌体颗粒,细菌染色体降解,噬菌体,DNA,和蛋白质外壳包装成,子代噬菌体颗粒,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,噬菌体的繁殖和感染周期,吸附,溶菌周期,-,uv,诱导,细菌裂解,溶源周期,温和噬菌体,：,如,噬菌体,侵染细菌后，除偶然情况外,不引起细菌裂解。,原噬菌体,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,溶源性及其遗传基础,1.溶源性,Lysogeny,：,细菌受温和噬菌体侵染后，并不裂解的现象。,2.溶源性细菌,Lysogenic,bacteria,具有溶源性的细菌。,3.原噬菌体,prophage,：,存在于细菌细胞中的无感染能力的噬菌体（,实际上是核酸,）。,可以以两种方式存在，游离（,P1）,或整合（,）。理化因子处理可诱导原噬菌体的释放，裂解细胞。,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,Phage,的突变型,条件致死突变（,phage）,限制条件与许可条件,温度敏感突变,ts/cs,抑制因子敏感突变,sus,无义突变和无义抑制基因（宿主菌）,Nonsense mutation,多肽链提前终止失去活性,无义抑制基因,tRNA,基因突变,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,噬菌斑,Plaque,在长满细菌的平板上由于烈性噬菌体感染而形成的透明区称为噬菌斑。,一个噬菌斑含有10,7,10,8,个噬菌体。,由于噬菌体的基因型不同，噬菌斑有大有小，边缘清楚或模糊，存在宿主专一性。,所以，噬菌斑是观察噬菌体表型的重要性状标志,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,噬菌体的互补试验,x174,条件致死突变的互补测验,T4,突变型的互补测验,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,x174,条件致死突变的互补测验,x174,双重感染可以产生子代噬菌体，表明突变可以互补，属于不同的顺反子。,39个条件致死突变分别属于8个顺反子,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,T4,突变型的互补测验,Edgar,和,Epstein,在1960年首次发现条件致死突变型。,体外互补,T4,噬菌体的装配是有程序性的途径,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,噬菌体突变的重组实验,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,噬菌体的遗传分析,用,T2,噬菌体,h,-,r,+,和,h,+,r,-,混合感染,E.coli,B,再用释放出来的子代噬菌体感染,E.coli,B+E.coli,B/2 ,出现四种噬菌斑:,透明小噬菌斑(,h,-,r,+,),半透明大噬菌斑(,h,+,r,-,),透明大噬菌斑(,h,-,r,-,),半透明小噬菌斑(,h,+,r,+,),T2,噬菌体的四种噬菌斑,重组率=,(,h,+,r,+,+h,-,r,-,),总噬菌斑数,混合感染或复感染,（,mixed or double infection）,细菌同时受到两种噬菌体感染的现象。,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,T,2,噬菌体的连锁图,不同的快速溶菌突变型在表型上是不同的，记作：,r,a,、r,b,、r,c,，,用,r,x,h,+,与,r,+,h,-,杂交，可以算出,r,a,r,b,r,c,分别与,h,的连锁图距。,r,a,h,为24，,r,b,-h,为12.3，,r,c,-h,为1.6,存在四种可能的排列,：,多次试验表明，2和4都正确,表明：,T2,噬菌体的连锁图,是环状的,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,T,2,噬菌体的连锁图,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,T4,突变型的三点测交,类型,噬菌斑数,百分数%,重组频率,m-r,r-tu,m-tu,亲本类型,m r,tu,3467,33.5,+ + +,3729,36.1,单交换型,m + +,520,5.0,+,r,tu,474,4.6,单交换型,m r +,853,8.2,+ +,tu,965,9.3,双交换型,m +,tu,162,1.6,+,r +,172,1.7,合计,10342,12.9,20.8,27.1,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,T4,突变型的三点测交,m 12.9 r 20.8,tu,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,x174,突变型的两点和三点测交,两点测交,用2种不同的,sus,突变噬菌体感染,su,+,细菌,用带合适,su,+,基因的宿主菌可检测子代噬菌体总数,用,su,-,细菌检测重组的野生子代噬菌体,计算重组频率,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,x174,突变型的两点和三点测交,三点测交,选择两个标记的野生型（,amA,tsC,amB,）,许可条件下在,su,-,细菌中选择,am,突变的野生重组子,限制条件下分析重组子中,tsC,与,tsC,+,的比例,推测3个基因排列顺序,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,利用非选择标记,tsC,确定三因子的顺序,顺序,I,顺序,II,顺序,I,顺序,II,amA,+,tsC,+,amB,+,tsC,amA,+,+ +,amB,amA,+ +,+,amB,tsC,+,amA,+,tsC,+,amB,+ +,tsC,+ + +,+ + +,+ + +,+ + +,tsC,+ +,+ +,tsC,tsC,+ +,多少 多少 多少 多少,正交,反交,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,烈性噬菌体的杂交体制,不同于真核生物的杂交机制,亲代提供的遗传物质的数量影响重组子的类型多少,重组发生在噬菌体,DNA,复制以后,不同基因型发生多次交换,重组频率随宿主细胞裂解时间延长而增加,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,烈性噬菌体的杂交,噬菌体杂交应注意,控制亲代,phage,的量,控制允许发生复制和重组的时间,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,噬菌体基因组与,原噬菌体,噬菌体基因组,噬菌斑形成必需的基因，用大写字母表示,噬菌斑形成非必需的基因，用小写字母或希腊字母表示,必需基因,A.W.B.C.D.E.F,头部必需,Z.U.V.G.T.H.M.L.K.I.J,尾部必需,O.P,为,DNA,复制必需,S.R,为裂解必需,N.Q,为正调节基因,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,噬菌体基因组,噬菌斑非必需基因,att,为,phage,附着区,int.,xis,为专一位置重组必需,cI,.,cII,.,cIII,为溶源化必需,exo,为核酸外切酶基因,red,为重组基因,49000,个核苷酸对的线状,DNA,分子，可以失去22%而不影响噬菌斑形成，但不能重组或溶源化。,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,噬菌体基因组特点,功能相关基因聚集在一起,结构基因和其编码的蛋白质作用的位点也相邻，如,int,和,xis,位于,att,旁边,具有12个核苷酸组成的单链粘性末端。在宿主细胞中形成环状,。,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,原噬菌体与合子诱导,原噬菌体是整合在细菌染色体上的,1953，,Lederberg,等发现,原噬菌体和,gal,基因一起分离和重组,1955，,Lennox,证明,原噬菌体和,gal,可以被,phage P1,共转导,1956，,Morse,发现,原噬菌体对,gal,基因的限制性转导,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,合子诱导,zygotic induction,HfrF,-,(,),产生重组子,Hfr(,)F,-,重组子很少且限于某些特定基因,溶源性的,Hfr,与,F,-,杂交，,原噬菌体未进入,F,-,时产生一些重组子；当,进入无免疫能力的,F,-,细胞时，噬菌体开始复制使细胞裂解，释放出游离的噬菌体，所以重组子很少。这一现象称为,合子诱导,。,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,原噬菌体与合子诱导,通过中断杂交技术和重组子的遗传组成可以确定原噬菌体在染色体上的整合部位,中断杂交试验证明，,的整合位点在,gal,和,bio,基因座位之间。,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,原噬菌体的插入和切除,插入：,int,基因编码的酶催化附着位点,attP,与细菌染色体上,attB,之间的位点专一性重组。,切除：受,int,和,xis,控制，按与插入相反的过程切除。一般情况都会精确切除完整的,phage,基因组，但也有偶尔的不准确，结果导致带有细菌染色体片段的缺陷噬菌体。,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,缺陷噬菌体,带有细菌,bio,基因的一般可以形成噬菌斑，因为失去的是,att,与,N,基因间的非必需基因。,带有细菌,gal,基因的一般无法形成噬菌斑，因为,attP,的另一侧都是必需基因。,缺陷在正常-,phage,存在时也能复制,dgal,和,dbio,能把,gal,-,与,bio,-,的细菌转导成,gal,+,和,bio+，,也能溶源化。,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,-,dgal,+,的形成,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,环状排列和末端重复,末端重复（,terminal repetition）,或称末端冗余（,terminally redundancy）,DNA,分子的两端带有相同的碱基顺序,一般约为基因组的0.5%-3%,环状排列也叫致环交换,由环状,DNA,分子在任意点切开后产生的线状,DNA,分子,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,环状排列和末端重复的形成,感染后线状,DNA,分子复制，子代分子的重复末端重组，形成基因组多连体,子代,DNA,分子包装时，按,phage,头部大小切取,DNA,片段，造成在不同子代,phage,中不同顺序的环状排列和末端重复,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,线状,DNA,的环状遗传图,T4phage,基因组的遗传图,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,作业,自己完成课后习题,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,2024/9/13,安徽大学生命科学学院,