第九章 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。
第一节 病毒的形态结构与基因组 一、病毒的形态结构 二、病毒的基因组 一、病毒的形态结构
病毒由蛋白质外壳包裹的DNA或RNA组成。 ? ? ? ? ? ? ?
病毒的分类
通常按宿主类型病毒分为： 1）噬菌体(phage)： 细菌病毒、真菌病毒
2）植物病毒(plant virus): 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 二、病毒的基因组
根据病毒基因组的结构、以及其转录mRNA、指导蛋白质合成与病毒复制表达的特点，基本上可以将其分成6种类型： 双链(ds)DNA病毒基因组 单链(ss) DNA病毒基因组 正链(+) RNA病毒基因组 负链(-) RNA病毒基因组 双链(ds) RNA病毒基因组 反转录病毒基因组 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
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 一、噬菌体的增殖
1、烈性噬菌体的增殖：
感染宿主细胞后就进入裂解反应，使 宿主细胞裂解。 整个过程包括：
吸附??入??物合成??配 裂解和释放。
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2、温和噬菌体的增殖
其感染周期有两种途径：即裂解途径和溶源途径，分别称为裂解周期(lytic cycle)和溶源周期(lysogenic cycle)。 用紫外线或化学物质如丝裂霉素C诱导，温和噬菌体可从溶源周期转变为裂解周期。
二、噬菌体的突变型
1、条件致死突变型
温度敏感突变（temperature sensitive mutation，ts），野生型噬菌体能在很大的温度变化范围内感染宿主并进行繁殖，而热敏感突变型通常在30℃（许可条件）感染宿主进行繁殖，但在40～42℃（限制条件）就是致死的，不能形成噬菌斑；冷敏感突变型在较低温度下就致死。
抑制因子敏感突变（suppressor sensitive mutation，sus），其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，不能形成有活性的蛋白质。带有sus突变的噬菌体在感染一种带有抑制基因(suppressor，su＋)（许可条件）的宿主菌时能产生子代，但在感染另一种没有抑制基因(su－)（限制条件）的宿主菌时，不能产生子代。野生型噬菌体在这两种宿主中都能产生子代。 表1 不同宿主菌中sus突变噬菌体的表型 噬菌体基因型 野生型 sus amb sus och sus op 宿主菌基因型 su- + - - - su+ amb + + - - su+ och + + + - su+ op + - - + 注：“+”：产生子代，“-”：不产生子代 根据在带有专一性抑制基因的宿主中的非致死性，可以将sus突变分为3类：琥珀突变（amber，amb）、赭石突变（ochre，och）和乳白突变（opal，op），它们相应的密码子为UAG、UAA和UGA。这些终止密码子不编码任何氨基酸，称为无义密码子（nonsense codon），是蛋白质合成的终止信号。 幻灯片18
如果编码多肽链中某一氨基酸的密码子突变为终止密码子，多肽链合成到此便会中断，从而使多肽链变短而失去活性。这种突变称为无义突变（nonsense mutation）。各种无义突变都是条件致死突变，因为有相应的无义抑制基因（su＋）。
幻灯片19
这些sus突变型之所以在带有相应的抑制基因宿主中可产生后代，是因为翻译过程中，在终止密码子处插入一个特定的氨基酸，防止在终止密码子位置上提前终止。如琥珀突变就有许多种抑制基因，各插入某个氨基酸以防止提前终止（见表2）。 幻灯片20
表2 琥珀抑制基因的实质 琥珀型抑制 基因 su1+ su2+ su3+ su4+ 插入的氨基酸 合成的蛋白质占野生型 比例/% 28 14 55 16 赭石型抑制 基因 - - - + + 丝氨酸 谷氨酰胺 酪氨酸 酪氨酸 su5+ 赖氨酸 5 携带su＋突变型的菌株实质是tRNA基因发生了突变。
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例如酪氨酸密码子是UAC,其反密码子是AUG。置换突变使UAC变为无义密码子UAG后翻译便到此停止。如果酪氨酸tRNA基因发生突变而使它的反密码子由AUG变为AUC，这一反密码子便能识别无义密码子UAG，可是它的3′端上仍然携带着酪氨酸。因此这一突变型tRNA能使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行。 2、噬菌斑形态和宿主范围的突变型
噬菌斑形态突变型：突变后有的是由于侵染宿主细胞后溶菌速度的快慢而形成大小不同的噬菌斑（plaque）。另一些则是由于被感染细菌全部或是部分被杀死而形成清晰或混浊的噬菌斑。
宿主范围的突变型：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。 第三节 噬菌体突变型的重组测验 一、Benzer的重组测验与基因的精细 结构分析
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 一、Benzer的重组测验与基因的精细 结构分析
1955年，Benzer ：噬菌体遗传区的精细结构 1、用T4的两种rⅡ突变体共感染E.coli B； 2、形成噬菌斑后收集溶菌液，将此溶菌液等分成两份；
4、取一份溶菌液，再感染E.coli B；取另一份溶菌液感染E.coli K(λ)。
5、观察每份溶菌液所产生的噬菌斑的数目。 Benzer的重组测验
Rf?2?在E.coliK(?)上生长的噬菌斑数在E.coliB上生长的噬菌斑数菌斑数为群体总数，在E.coli K12 (λ)的噬菌斑为基因内重组所得到的野生型的噬菌体数，所以以上公式可以表示为：
Rf?2?rII重组噬菌体数总噬菌体数?
这一测定方法称为重组测验（ recombination test），它是以遗传图的方式确定突变子之间的空间关系。
可用以下公式计算相邻不同位点的遗传距离：
由于在E.coli B平板感染后得到的噬
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实际上所观察的最小重组率为0.02% ，即0.02个图距单位，还没有发现小于这个数值的重组率。
二、T2 突变型的两点测交与作图 T2品系噬菌体两个特定性状： 噬菌斑的形态（r－或r+） 宿主范围（h－或h+）
r－：噬菌斑形态突变型，快速溶菌，产生大的有
明显界限的噬菌斑。
r+：噬菌斑形态为野生型，缓慢溶解产生界限不
清的小噬菌斑。
h+：能够溶解E.coliB品系，不能溶解E.coliB/2品系h－：宿主范围突变型，既能溶解E.coliB品系也能
溶解E.coliB/2品系。
h－r+、 h+r－混合感染E.coli B，子代噬菌体再感染E.coli B和E.coli B/2，得到四种噬菌斑（透明、小；半透明、大；半透明、小；透明、大）。子代的基因型分别为h－r+、h+r－、h+r+、h－r－。 幻灯片31
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： 表3 h＋rx－×h－rx＋噬菌斑数目及重组值 杂交组合 每种基因型的% h+r- h＋ra－×h－ra＋ h＋rb－×h－rb＋ h＋rc－×h－rc＋ 34 32 39 h-r+ 42 56 59 h+r+ h-r- 12 5.9 0.7 12 6.4 0.9 重组值 每一杂交得到一连锁图：
ra 24.0 h rb 12.3 h rc 1.6 h 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： ra rb rc h
ra rb h rc
ra rc h rb
ra h rc rb
确定四个基因的排列顺序时，首先只考虑rb，rc和h，进行rc－rb+×rc+rb－的杂交，得到的重组值与rb-h间的距离进行比较，若rc-rb＞12.3=rb-h，则h位于中间，即排列顺序为rc-h-rb。 剩下的是ra在h的哪一边？答案是ra-rc-h-rb和rc-h-rb-ra都正确，因为T2噬菌体的连锁图也是环状的。 三、λ噬菌体的三点测交与作图
Kaiser在1955年最早进行了λ噬
他用紫外线照射处理24% 菌体的重组作图试验。得到5个λ噬菌体的突变系： 12.30 s 系：产生小噬菌斑 % mi系：产生微小噬菌斑
1.60% 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。
Kaiser用s co1 mi×＋＋＋杂交，后代有8种类型。病毒是单倍体，与二倍体生物不同，亲本组合与重组交换的组合可直
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接从后代中反映出来。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。 第四节 噬菌体突变型的互补测验
一、互补测验与顺反子 二、基因内互补 一、互补测验与顺反子 表4 λ噬菌体s co1 mi×＋＋＋杂交结果及重组值计算 表现型 数目 占总数比例重组值/%重组测验是以遗传图距的方式确定 /% ＋＋＋ s co1 mi s＋＋ ＋ co1 mi s co1 ＋ ＋＋ mi s ＋ mi ＋ co1 ＋ 合计 975 924 30 32 61 51 5 13 2091 100 0.86 5.35 2.97 90.82 基因的空间关系，而互补测验则是确定突变s-co1 co1-mi s-mi 基因的功能关系。 年Benzer 1957 以大肠杆菌 T4噬菌体为材料，在DNA分子水平上，√ 通过互补实验， √ 研究快速溶菌突变型rⅡ的基因精细结构。 Benzer √的互补试验： √ √ rⅡ突变型 rⅡA和rⅡ √ ①用两个不同的 3.83 E.coli K12 (6.21 8.32 B同时感染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。
从双交换的类型可知，这3个基因的次序就是s－co1－mi。s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＝10.04(cM)。
②用rⅡA中的两个突变型，共感染或 3个基因的遗传图：
用rⅡB中的两个突变型共感染E.coli K12
s co1
（λ）菌株，都不能互补，不产生溶菌现象。
mi
3.83
6.21
虽然将真核生物中两点测交和三点测交的基本原理和方法应用于噬菌体杂交，但是两者在杂交机制上是完全不同的： ①噬菌体在杂交中，每个亲代对子代所提供的遗传贡献取决于感染细菌时每种亲代噬菌体的相对数量。如基因型A与基因型B的亲代比＝10：1，则产生重组子代的数量A型常多于B型子代数。
② 噬菌体的基因重组发生在噬菌体的DNA复制以后，因此从单个混合感染的细菌中可以得到亲代噬菌体和重组噬菌体； ③ 噬菌体不同基因型之间可以发生多次交换；
④ 在噬菌体中基因重组率可以随着宿主细胞裂解时间的延长而增加。 因此噬菌体杂交时，应该注意： ① 控制每种亲代噬菌体基因型的投放量。
② 控制允许发生复制和重组的时间。
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互补测验又称为顺反测验（cis-trans
第9章 病毒的遗传分析
