第六章噬菌体的遗传分析

第六章噬菌体的遗传分析

一、教学目的和要求：

1、掌握噬菌体的突变型及基因重组的特点；

2、掌握噬菌体的互补测验与顺反子测定；

3、掌握用两点测交与三点测交测定噬菌体交换值;

二、教学重点：

噬菌体的互补测验与顺反子测定

三、教学难点：

用两点测交与三点测交测定噬菌体交换值五、教学内容：

病毒是最原始的生物，没有细胞结构，甚至自己不能进行自主分裂，只能在宿主细胞内以集团形式增殖。

遗传学研究从经典水平发展到细胞水平，一个重要的条件是Morgan利用了果蝇这个模式试验材料。从细胞水平发展到分子水平，有两个必不可少的条件：（1）对基因的物理结构和化学结构的了解；（2）以微生物为研究材料。

§1病毒遗传研究的意义

病毒比细菌更为简单，也只有一条染色体（单倍体）。

病毒的结构很简单，只有蛋白质外壳和被外壳包裹着的核酸（遗传物质），没有自身进行代谢和分裂所必须的细胞质和细胞器，必须借助宿主细

胞的代谢系统才能繁殖自己。所以，病毒都是寄生性的，它们必须生活在活

细胞内。

病毒按寄主可分为：动物病毒，植物病毒，细菌病毒。

病毒按遗传物质可分：RNA病毒，DNA病毒。

细菌病毒（Bacterio-phage）又称为噬菌体（phage）。噬菌体是研究得比较清楚的病毒。

噬菌体侵染细菌后，使细菌不能生长，而在均匀生长的细菌培养板上形成噬菌斑（plaque）。根据噬菌斑的形态和生长特点可以鉴别不同的噬菌体。

噬菌体按其在宿主细胞中的生活方式又可分为：温和噬菌体和烈性噬菌体两大类。

三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性。

①世代周期短，繁殖块，繁殖系数高。大肠杆菌每20分钟繁殖一代，噬菌

体每小时可扩增百倍。用它们作为研究材料，可以大大节约实验时间。

②易于管理和进行生物化学分析。

③遗传物质比较简单，用于研究基因结构、功能及表达调控机制比较方便。

细菌和病毒均只有一条染色体（DNA or RNA），结构简单，不必通过复杂的

化学分析就可以对基因结构和功能进行精细的研究。

④便于研究基因的突变，因为它们是单倍体，所有的突变都能立即表现出来，

没有显性掩盖隐性的问题，也不存在分离问题。而且数量庞大，突变率很低

的突变都能检测到。

⑤便于研究基因的作用，代谢作用旺盛，能在短时间内积累大量代谢产物，

便于对其本身及其产物进行化学分析。

⑥可用作研究高等生物的简单模型。高等生物体内机制复杂，目前还难以进行详细研究，而细菌和病毒结构简单，可作为模型研究，为开展高等生物的遗传研究奠定基础，积累资料。病毒利用寄主的代谢系统进行繁殖，势必其代谢方式与寄主有相似之处，因此可作为研究寄主的简化模型。

四、细菌和病毒的拟有性过程。

细菌和病毒的遗传物质也可以从一个个体传递到另一个个体，也能形成重组体。因为这不同于真核生物的有性生殖，被称之为拟有性过程。

实际上，所谓的拟有性过程指的是细菌或病毒获取外源遗传物质的方式或途径。

细菌与细菌之间的遗传物质的交流（拟有性过程）。有四种不同的方式：转化、结合、性导和转导。

§2 噬菌体的遗传分析

一、噬菌体的结构与生活周期

噬菌体(bacteriaphage or phage)是病毒的一类，结构很简单，基本上由一个蛋白质外壳包裹着一些核酸组成的。噬菌体的多样性来自于组成其外壳的蛋白质的种类，以及其染色体的类型和结构的不同。

（一）烈性噬菌体（ virulent phage）

遗传学上应用最广泛的烈性噬菌体是大肠杆菌（ E.coli ）的T偶列噬菌体。它们的结构大同小异，外貌一般呈蝌蚪状。T偶列和T奇列有些不同，以T 2 的结构最为典型（图7－4）。

T偶列噬菌体的头部为六角形，染色体为双链DNA分子。

T偶列噬菌体的尾丝附着在E.coli表面时，通过尾鞘的收缩将DNA经中空的尾部注入宿主细胞。DNA进入宿主细胞以后，随即破坏宿主的遗传物质，并借助宿主细胞的代谢系统，转而合成大量的噬菌体DNA 和蛋白质，组装成许多许多新的小噬菌体。最后使宿主细胞裂解（lysis），一下子释放出数百个子代噬菌体（图7－5）。

这样的噬菌体称为烈性的噬菌体（virulent Phage）。

（二）温和噬菌体（ temperate phage）

温和性噬菌体具有溶原性（lisogeny）的生活周期。这类噬菌体侵入细菌以后，细菌细胞并不马上裂解。

温和性噬菌体有两种类型。

（1）以λ为代表, λ噬菌体侵入细菌后，细菌并不裂解，λ噬菌体的DNA 附着于E.coli染色体的gal和bio位点之间的att位点上（attachment site），并通过交换而整合到细菌染色体上。整合以后，就能阻止其它λ噬菌体的超数感染（superinfection）。整合在寄主染色体中的噬菌体称为原噬菌体（prophage）。

超数感染：一个细菌受一个以上同种噬菌体感染的现象。

λ噬菌体的DNA被整合以后，既不大量复制，亦不大量转录和翻译。往往

只有一两个基因表达，表达产物作为阻遏物关闭其他基因的表达。

被溶原性噬菌体感染了的细菌称为溶原性细菌（lysogenic bacterium）。

当溶原性细菌分裂成两个子细胞时，λ噬菌体DNA随细菌染色体的复制而

复制，每个细胞中有一个拷贝。

原噬菌体通过诱导（induction）可转变为烈性噬菌体，进入裂解周期。诱

导可以通过不同的方式进行，如UV照射、温度改变、与非溶原性细菌的接

合等，诱导使阻遏物失活，使噬菌体的其他基因得以表达，促使噬菌体繁殖并进入裂解周期。

（2）P 1 噬菌体

P 1 噬菌体感染E.coli以后，不整合到细菌DNA上，而是独立存在于寄主

细胞内。P 1 DNA可以复制但不裂解宿主细胞，也不影响宿主细胞的正常代谢，但P 1 的复制可以使宿主的子细胞中也会有P 1 DNA，而且可以多于一个拷贝。

受P 1 噬菌体感染的细菌也可以因诱导而进入裂解周期。

§3、噬菌体突变型的互补试验

一、ΦX174条件致死突变型的互补测验

(一) ΦX174 DNA结构复制图5-1

(二) ΦX174的突变型与互补测验

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

P124 表5-4 FX174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

二、T4突变型的互补试验

§

4

、 噬菌体突变的重组试验

一 、T 2突变型及特性

细菌 品系1 品系2 快速溶菌突变型:r- 大噬菌斑

野生型:r+ 小噬菌

T 2宿主范围野生型:h+ + - 半透明

T 2宿主范围突变型:h- + +

透明

二、 T 2突变型的两点试验

(一) 噬菌体杂交 h-r+ X h+r-

三 、T4突变型的三点试验 表5-5 T4的 m r tu x + + + 三点试验结果

合 计 10342

作图： r tu