大三遗传学病毒的遗传分析课件

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,8,病毒的遗传分析,主要内容,:,1,噬菌体的突变型及基因重组的特点；,*,2,噬菌体的重组测验与互补测验；,*,3,噬菌体,T4r,的缺失作图,；,4,噬菌体基因组与位点专一性重组；,5,噬菌体的线状染色体与环状连锁图。,8.1,病毒的形态结构与基因组,8.1.1,病毒的形态结构,病毒,:,一种不具备细胞结构的生物体，只有寄生在宿主细胞中才能生存。其基本结构包含核酸和外壳蛋白。有些病毒的外壳外还有一层脂质或脂蛋白组成的包膜，有的包膜表面还有蛋白质或糖蛋白突出的结构刺突。,8.1.2,病毒的基因组,DNA,病毒和,RNA,病毒；,噬菌体的核酸大多为,DNA,；植物病毒的核酸大多为,RNA,，少数为,DNA,；动物病毒部分是,RNA,，部分是,RNA,；真菌病毒的核酸大多是,RNA,。,RNA,病毒多为单链，线状，有正、负链之分；,DNA,病毒多为双链，少数为单链正,DNA,，腺病毒为,-DNA,；噬菌体多为线状双链,DNA,。真菌病毒都是双链,RNA,，藻类病毒都是双链,DNA,。,8.2,噬菌体的增殖与突变型,8.2.1,噬菌体的繁殖,（,1,）烈性噬菌体的增殖,如：,E.coli,的,T,噬菌体系列（,T,1,-T,7,）。,T,偶列,噬菌体,头部：双链,DNA,分子,颈部：中空的针状结构及外鞘,尾部：由基板、尾针和尾丝组成,（,2,）温和噬菌体的增殖,噬菌体的,宿主是大肠杆菌K12。噬菌体侵入后，细菌不裂解附着在E.coli染色体的gal和bio位点间的att,座位上,整合,到细菌染色体上，并能阻止其它,噬菌体的超数感染。,超数感染：一个细菌受一个以上同种噬菌体感染的现象。,噬菌体,及其,生活周期,P1,噬菌体,P1,噬菌体并不整合到细菌的染色体上，而是独立地存在于细菌细胞质内。,8.2.2,噬菌体的突变型,（,1,）条件致死突变型,抑制因子敏感突变（sus）：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。,温度敏感突变型:实质是氨基酸的替换，蛋白质失去活性。,SUS,噬菌体,宿主,su-,：不产生子代,(,限制条件）,su+,：产生子代（许可条件）,噬菌体基因型,宿主菌基因型,su,-,su,+,amb su,+,och su,+,op,野生型,sus amber,sus ochre,sus opal,+ + + +,- + + -,- - + -,- - - +,表,8-2,不同宿主菌中,sus,突变噬菌体的表型,根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性：,琥珀突变（,amb,): UAG,；,赭石突变,(,och,):UAA,乳白突变,(,op,): UGA,5,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,+,（,2,）噬菌体形态和宿主范围的突变型, 噬菌斑形态突变型,野生型,r+,：小而边缘模糊的噬菌斑。,原因：有两个以上的噬菌体侵染一个细菌时，出现溶菌阻碍现象，混有裂解和未裂解的细胞。,突变型,r,：大而边缘清晰的噬菌斑。,原因：无溶菌阻碍现象。,鉴别：噬菌斑大小。, 寄主范围突变型,表,8-4 T4,野生型和突变型的区别,类 型,不同大肠杆菌菌斑平板上表型,E.coli B,E.coli K(,),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,大噬菌斑,r,大噬菌斑,无噬菌斑（致死）,小噬菌斑,r,小噬菌斑,大噬菌斑,大噬菌斑,8.3,噬菌体突变型的重组测验,混合感染：两个基因型不同的细胞同时感染一个宿主细胞，也叫双重感染。共同生存在同一个宿主细胞中的两个噬菌体,DNA,可以发生交换，产生基因重组。,a,+,b,-,a,-,b,+,a,+,b,-,a,-,b,+,亲组合,a,-,b,-,a,+,b,+,重组合,8.3.1,Benzer,的重组测验与基因的精细结构分析,1,）噬菌体杂交实验,r,47,r,+, r,+,r,104,r,+,r,+,亲组合：,r,47,r,+,、,r,+,r,104,重组合：,r,+,r,+,、,r,47,r,104,K,（,）,B,B,2,） 重组值的计算,r,+,噬菌斑数,理论上，重组率,=210,-6,实际上，重组率,=0.02%,。,说明：基因内相邻核苷酸对的突变可发生重组，重组子的单位可小到,2bp,。,基因内部可分，基因是一个功能单位，但不是最小的突变单位和重组单位。,T4,噬菌体染色体,1.810,5,bp,，,1500,图距单位。,即,0.02,个图距单位约,2bp,。,8.3.2 T2,噬菌体的两点测交与作图,T2,噬菌斑形态突变型（,r,-,）：快速溶菌型，产生大而界限清晰的噬菌斑；,T2,野生型（,r,+,）：缓慢溶菌型，产生小而边缘模糊的噬菌斑。,（,1,）,T2,噬菌体的突变型,T2,寄主范围突变型（,h,-,）：能感染大肠杆菌品系,1,和品系,2,，产生透明的噬菌斑。,T2,野生型（,h,+,）：只能感染品系,1,，因为品系,2,的细胞表面能阻止,T2,噬菌体对它的吸附。,h,+,同时感染品系,1,和品系,2,，产生半,透明的噬菌斑。,E.coli,1,和,2,（,2,）,T2,噬菌体的杂交,h,+,r, h,r,+,E. coli 1,基因型 表现型,h,-,r,+,亲组合 透明,小,h,+,r,-,亲组合 半透明,大,h,-,r,-,重组合,透明,大,h,+,r,+,重组合,半透明,小,(3),重组值的计算,要测定不同速溶突变体r,a,-、r,b,-、r,c,-之间的距离，可以分别进行,h,+,r,a,-,h,-,r,a,+,、,h,+,r,b,-,h,-,r,b,+,、,h,+,r,c,-,h,-,r,c,+,重组实验。,杂交组合,噬菌斑基因型的,%,重组值,h,+,r,-,h,-,r,+,h,+,r,+,h,-,r,-,h,+,r,a,-,h,-,r,a,+,34.0,42.0,12.0,12.0,24%,h,+,r,b,-,h,-,r,b,+,32.0,56.0,5.9,6.0,12.3%,h,+,r,c,-,h,-,r,c,+,39.0,59.0,0.7,0.9,1.6%,h,+,r,x,-,h,-,r,x,+,噬菌斑数目及重组值,则：,ra,、,rb,、,rc,与,h,之间的顺序：,ra 24 h,rb 12.3 h,rc 1.6 h,4,个基因可能的排列：,ra,rb rc,h,ra,rc,h,rb,ra,rb,h,rc,ra h,rc,rb,再做杂交,:,r,c,r,b,+ r,c,+r,b,结果表明,:,rcrb,的重组值,rbh,所以，,h,应位于,rb,及,rc,之间，,即：,rc,h,rb,。,rb,h,rc,ra,8.3.3,噬菌体的基因重组与作图,噬菌体的,5,个突变系：,s,：小噬菌斑；,mi,：微小噬菌斑；,c,：完全清亮的噬菌斑；,co,1,：中央具环其余部分清亮的噬菌斑；,co,2,：中央环更浓密其余部分清亮的噬菌斑。,野生型：浑浊噬菌斑。,表 8-6,噬菌体s co,1,mi,+ + +的杂交结果,类型,数目,重组率,亲本类型,+ + +,s co,1,mi,975,924,单交换,s + +,+ co,1,mi,30,32,单交换,s co,1,+,+ + mi,61,51,双交换型,s + mi,+ co,1,+,5,13,合计,2091,3.83,6.21,8.32,s 3.83 co1 6.21 mi,8.32+20.86=10.04,m,12.9,r,20.8,tu,类型,数目,重组率,亲本类型,m r tu,+ +,+,3467,3729,单交换,m + +,+ r tu,520,474,单交换,m r +,+ + tu,853,965,双交换型,m + tu,+ r +,162,172,合计,10342,12.9,20.8,27.1,8.3.4 T4,噬菌体的突变型的三点测交作图,8.4,噬菌体突变型的互补测验,）,互补测验,：根据基因的功能确定两个基因是否等位的测验方法,）,互补作用,：两个突变型细胞的两条同源染色体同处在一个杂合子时，野生型基因补偿突变基因的缺陷而使表型恢复正常。否则，两种突变型一定具有相同的功能损伤。,8.4.1,互补测验与顺反子,3),反式构型：两个突变分别位于两条同源染色体上的基因组合,。,4),顺式构型：两个突变位于同一染色体上的基因组合。, ,顺式,反式,5) 互补测验与重组测验的区别：,重组测验中检测的是重组类型的产生，以遗传图距的方式确定基因的空间关系；,互补测验中检测的是具有亲代基因型的子代噬菌体，即在限制条件下突变型能否生长。,T4,噬菌体的,r,区,3000,多个突变可分为,rA,和,rB,两个互补群。,1,2,1,2,1,2,y,+ -,+ +,1,3,2,4,6,） 顺反子、突变子、重组子,1,顺反子（,cistron,）：不同的突变型之间没有互补的功能区，即一个功能水平上的基因。,2,突变子（,recon) :,顺反子内部能发生突变的最小单位,3,重组子（,muton,）：顺反子内部出现重组的最小区间,7,）互补测验结论,如果两个隐性突变发生在同一个基因内的两个不同位点上，在反式状态下不能互补，顺式状态下表现互补。,若两个突变分别发生在两个相邻的基因内，在反式状态下表现为互补，顺式状态下也表现为互补。,8.4.2 X,174,条件致死突变型的互补测验,1,）互补测验原理,在限制条件下，能长出噬菌斑：,说明：,两个突变型能发生功能互补，是两个基因。,在限制条件下，不能长出噬菌斑：,说明：,两个突变型不能发生功能互补，是同一基因。,2,互补测验及结果,X174,突变的互补测验结果,顺反子 突 变 型,A am8,am18,am30,am33,am35,am50,am86,tsl28,B am14,am16,och5,ts9,tsl16,och1,och8,och11,C och6,D am10,amH81,E am3,am6,am27,F am87,am88,am89, amH57,op6, op9,tsh6,ts41D,G am9,am32,ts,ts79,H amN1,am23,am80,am90,ts4,8.4.3 T4,条件致死突变型的互补试验,8-11,8.4.4,基因内互补,实质：同一基因内两个不同位点的突变使原来相同的多肽链转变成两条分别在不同位点发生编译的多肽链，而后将这两条多肽构成双重杂合子，表现出不同程度的的酶活性的恢复。,P,200,（图,8-12,）,8.5,噬菌体,T4r,的缺失突变与作图,8.5.1,缺失作图原理,缺失突变的特点,多碱基对的缺失；,具不可逆性；,有部分相同缺失的突变型间不能通过重组恢复野生型表型。, 缺失作图的原理,凡是,能重组,且产生野生型的，,点突变,一定,不在缺失区,内；,凡是,不能重组,且不产生野生型的，,点突变,一定,在缺失区,内。,8.5.2,缺失作图的方法,将待测点突变（X）型先与几个最大的缺失突变体分别杂交，以确定该突变位点所属的大范围；,将点突变与有关的的几个小缺失突变体分别杂交，以缩小突变位点的范围。,利用,T4r,缺失突变型的缺失部位所构建的精细结构图,A5,8.6,噬菌体的基因组与位点专一性重组,8.6.1,噬菌体的基因组,头部基因：,7,个,尾部基因：,11,个,复制所需基因：,O,、,P,裂解、释放所需基因：,S,、,R,基因,附着区：,att,专一性重组：,int,、,xis,溶源化所需：,CI,、,CII,、,CIII,重组必需：,exo,、,rex,噬菌斑形成,必需基因,噬菌斑形成非必需基因,8.6.2,原噬菌体与合子诱导,合子诱导：,Hfr() F-,的杂交中，供体菌带有,噬菌体,受体菌对,噬菌体敏感,染色体从供体向受体转移时,当带有,噬菌体的染色体部位转移进受体细胞后, ,噬菌体立即从供体染色体上脱落下来自主繁殖,最终使受体细胞裂解,释放出游离的噬菌体。,b+,原点,d+ c+,a+,8.6.3,原噬菌体的整合与切除,原噬菌体的整合与正常切除,整合态, 原噬菌体的异常切除,温和性噬菌体的互补试验与作图,某些,d gal,品系与,图谱左臂顺反子中典型,sus,突变之间重组,dgal1 dgal2 dgal3 dgal4 dgal5,susA - + + + +,susB - - + + +,susE - - - + +,susG - - - - +,susH - - - - -,susM - - - - -,attP,dgal,1,dgal,2,dgal,3,dgal,4,dgal,5,A,B,E,G,H,M,8.6.4,位点专一性重组的分子机制,噬菌体的整合和切除,-DNA对,E.coli,的整合：,POP,+ BOB,BOP,POB,需要整合酶(Int,拓扑异构酶活性)和整合宿主因子（IHF）。,-DNA从,E.coli,的切离：,BOP,POB, POP,+ BOB,需要整合酶(Int)、整合宿主因子(IHF)和切除酶(Xis)参与。,attB,位点,attP,位点,xis,位点专一性重组的核苷酸序列,BOB,O为15bp的序列,两侧各有4bp。,B为11bp序列,B,为11bp序列,共23bp,POP,O,为,15bp(,核心,),富含,A-T,的非对称序列；,P,为,160bp,序列,P,为,80bp,序列,共,240bp, 位点专一性重组涉及断裂与重接,8.7,环状排列与末端重复,线状,DNA,具有环状遗传图,噬菌体DNA结构特点：末端重复（末端冗余）。,末端冗余:指DNA分子两端核苷酸顺序相同的现象.,致环交换：指环状排列的DNA分子可产生多个不同的线状DNA分子。,8.7.2,环状排列与末端重复的形成, 感染初期：亲代,DNA,分子经过复制及末端重组产生基因组串联体，即形成多连体。, 感染后期：子代噬菌体开始包装，从多连体上切割下来的,DNA,顺序的包装进噬菌体的头部。,重组,复制,多连体,包装的,DNA,分子,