最新6007细菌及病毒的遗传作图11-PPT文档.ppt
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1、,内 容,一、病毒的一般特性及类型 二、噬菌体的染色体作图 三、细菌的细胞和染色体结构 四、细菌的染色体作图,第一节 病毒的一般特性及类型,病毒的一般特性 病毒的类型 噬菌体的生活周期,一、病毒的一般特性, 形体极微小,只有在电子显微镜下才能观察到; 化学组成简单,主要是核酸和蛋白质; 只含一种核酸(DNA或RNA); 无细胞结构,为蛋白质外壳包裹核而成的颗粒; 缺乏独立代谢能力; 繁殖方式独特,只能依赖宿主活细胞的代谢机器, 通过核酸复制和蛋白质合成后再装配成完整的病毒 颗粒的方式进行繁殖; 具有双重存在方式,或营专性寄生在活细胞内,或 在细胞外以大分子颗粒状态进行传播; 对干扰素敏感,而对
2、抗生素不敏感,病毒大小,二、病毒的类型,依据宿主范围 植物病毒 动物病毒(人、脊椎动物、昆虫) 微生物病毒(真菌、藻类、原生动物、 细菌、放线菌、蓝细菌) 噬菌体感染细菌和放线菌的病毒。 依据遗传物质:DNA病毒、RNA病毒,微生物病毒噬菌体,噬菌体的特点,个体极小:只能借助电镜才可看见,但在实验时一般用肉眼观察它感染细菌后所形成的噬菌斑加以识别。,专性寄生:在活体外不具任何生命特征,往往一个噬菌体只感染一种细菌。侵染过程: 吸附 遗传物质注入 复制 裂解细菌,无细胞结构:化学组成和繁殖方式简单。,不同结构的噬菌体(或不同的突变型)可同时感染一个细菌,并能在细菌细胞内进行基因重组,即混合感染。
3、,微生物病毒噬菌体,尾管,刺突,T4由头部、颈部、尾部组成,植物病毒,动物病毒,病毒的多样化形态和大小,HIV病毒(反转录病毒),RNA病毒,刺突tail pins,Phaga, bacterioohaga,95nm,95nm,head,neck,tail(24环),尾丝(tail fibers),65nm,噬菌体,噬菌体,烈性噬菌体,三、噬菌体的生活周期,当噬菌体感染细菌后,寄主细胞的DNA立即停止活动,由噬菌体的DNA指导合成噬菌体的DNA和蛋白质,产生新的子噬菌体,最后寄主细菌裂解,释放出成熟的子噬菌体,这一类噬菌体称之为烈性噬菌体。通过它对相邻细菌连续不断地侵染和裂解,在长满细菌的不透
4、明的菌落上看到一个圆形的透明区噬菌斑。,噬菌体的增殖包括 吸附 侵入 核酸复制与蛋白质合成 装配 释放,烈性噬菌体的侵染过程,噬菌斑,温和噬菌体,当噬菌体感染细菌后,噬菌体的DNA在宿主细菌体内不立即复制,而只是潜伏宿主细菌体内,与宿主细菌“共存”,并不将主细菌裂解,这一类噬菌体称为温和噬菌体。,温和噬菌体的主要三种繁殖方式:,与烈性噬菌体相似,在宿主细菌体产生很多子代噬菌体,使宿主细菌裂解,这种情况只是偶然或是通过诱导才发生。 当噬菌体的DNA进入宿主细菌体内后,插入到宿主细菌主染色体DNA中,随着宿主细菌主染色体DNA复制而同步复制。与宿主细菌主染色体DNA结合在一起的噬菌体称为原噬菌体,
5、而携带原噬菌体的细菌叫溶源性细菌。 当噬菌体DNA进入宿主细菌体内后,独立于宿细菌DNA之外,以质粒的形式存在于宿主细菌的胞质中。,某些温和噬菌体在侵染细菌后,其DNA整合到 宿主细菌染色体中。这种处于整合状态的噬 菌体DNA称为原噬菌体。 含有原噬菌体的细胞称为溶原性细菌或溶原体。 原噬菌体不进行DNA复制和蛋白质合成,而是随 着宿主细菌染色体的复制而同步复制,并且,随 着宿主细胞分裂而平均分配到两个子细胞中去, 代代相传,这样便进入溶原周期。,型裂解途径,P1型裂解途径,温和噬菌体的生活周期,噬菌体和表型与噬菌体遗传学 基因的细微结构作图 缺失作图 互补测验和顺反测验 负干扰,第二节 噬菌
6、体的染色体作图,一、噬菌体和表型与噬菌体遗传学,寄主范围突变型(h): 由于基因突变能感染两个品系细菌的突变型,野生为 h, h只能裂解野生型的大肠杆菌,h能裂解野生型及抗 性型的细菌。把两者和大量的野生型和抗性型细菌混合接 种,经培养后就可看到两种噬菌斑,透明的是h,半透明的 是h。,快速溶菌突变型(r): 由于基因突变能更快复制并裂解细菌的噬菌体突变,野生型为r,由r 于裂解细菌的速度比r快,所以在同一时间内感染同一细菌时, r形成的噬菌斑小,r 形成的噬菌斑大,而且边缘清晰。,条件致死突变型: 在某种条件下可生存,在另一条件下不能生存的突变 型。如温度敏感突变(ts);在25时能生长,4
7、2时不 能生长,色氨酸需要型(c)必须在环境中有色氨酸才能生 存;小噬菌斑型(m);混浊噬菌斑(tu)等都可依据菌斑 形状鉴别。,两种不同的T2突变体进行杂交,两种不同的T2突变体进行杂交,二、基因的细微结构作图,T4噬菌体的rII系统 r型突变体:快速溶菌突变体(rapid lysis)Benzer选择rII突变体作研究的优点是:与野生型rII+ 相比具有不同的宿主范围。rII不能在E.coli K上生长提供了一种选择手段。,T4 rII 突变体和rII+在E.coil上的表型,T4 E.coil B E.coil K() rII 大而清晰园 + rII+ 小而模糊 + + 小而模糊,E.c
8、oil B能使rII突变体生长,称为rII的许可性宿主(Permisive host),E.coli K()不能使rII突变体生长,称为rII的非许可性宿主(Nonpermisive host)。,用两种不同的rII突变体感染同一细菌E.coli B,一旦 进入细胞,T4之间的DNA就发生重组,从而产生重组类型的噬菌体。然后感染E.coli K,野生型重组体的数目等于在K上的pfu/ml的数(Plague forming Unit) 优点:用rII系统和两个宿主,不需要筛选大量的噬菌斑就能选择到极少发生的重组体。,用两个不同突变体的噬菌裂解液加到E.coli B株的肉汤培养液中,当二个突变类型
9、的DNA感染同一细菌时可发生杂交。大多数复制的DNA是原来的类型,有时也能重组产生一种双重突变型和正常的重组体(即野生型)。杂交后代植到E.coli B上后,都能良好生长,而植于E.coli K时,只有重组野生型才能生长,双突变体重组型不能生长。,两个不同突变的噬菌体DNA重组的过程,Mix the two phages,Coinfect E.coli B,A,A,r103,r104,Wild type,Double mutant phage,Take some of the phage preparation,dilute it(10-8), and infect E.coli B,Take
10、 some of the phage preparation,dilute it(10-3 ), and infect E.coli K,Plate the cells and observe the number of plaques.,Total number of phages,Wild type phages produced by intragenic recombination,两个不同突变的噬菌 体DNA重组的过程,将8个独立而来的rII突变体成对感染E.coli B。形成噬菌斑后再将其裂解液接种感染E.coli K,只有野生型重组体rII 才能生长,而双重组型(rIIrII)不
11、能捡出,也不能生长。因此计算重组体的方法是以野生型的数2。 公式如下:,基因内重组 Intragenic Recombination,2rII+ 噬菌体数,总 噬 菌 斑 数,2在K上生长的噬菌体数,在B上的噬菌斑数,100%,重组率=,E.coli B,rII ,rII ”,植于E.coli K上选择,T4 rII位点基因内重组的选择。rII不能在K上生长,当二个带有rII不同等位基因的T4感染同一B株后,其某些后代能在K上生长,即已成为rII,结果说明在一个基 因内发生了重组,而不是在基因间。,根据重组率所得基因图: rII1 rII7 rII4 rII5 rII2 rII8 rII3 r
12、II6 _|_|_|_|_|_|_|_|_ 它们的图距就是rII+的重组率,rII基因内重组说明,基因是可以分割重组的,它由更小的单位组成,Benzer称其为重组子recon,重组可以发生在重组子之间,但不能发生在其内部。因此,重组子(而不是基因)是重组的单位,基因是重组子完整的线性顺序,一对核苷酸是重组的最小单位。,缺失作图 deletion mapping,缺 失 区,有一特殊突变体D1,当它分别与带有突变点1、2、3、4、5、6、7或8的突变体杂交时不能获得rII+重组体,那么D1就是缺失18位点的突变体: 9 10 11 12,Benzer利用在rII区域中含有短的缺失的特殊突变体来定
13、位其它新的突变位点。 原理:假定一个由12个突变位点组成的基因图: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12,有另一突变体D2,当它与5、6、7、8、9、10、11或12突变位点的突变体杂交时不能获得rII+重组体。即D2就是缺失512的突变体 根据重叠缺失区,可将基因分成三个区域 I II III D1 D2,1 2 3 4,缺 失 区,如何定位新的突变位点 当与D1杂交能获得rII+重组体,与D2杂交却不能, 该突变体的突变位点位于III区; 当与D2杂交时能够,但与D1杂交时不能获得rII+重 组体,该突变位于I区; 与D1和D2杂交都不能得到rII+重组体,其突变位点 位于
14、II区。,在III区里的一个突变体与D1杂交获得rII+的情形,I 和II缺失区,I和II区,D1,新突变体,+,+,+,+,+,III区, , ,突变位点,III区,缺失突变体之间也可以杂交从而象点突变那 样定位,如果杂交得不到rII+重组体,那缺 失区就是重叠的。例如有一缺失图:,1,2,3,利用上述缺失图可将新的突变定位 思考:下图表示T4 rII A顺反子中4个缺失突变体的缺失图 1 2 3 4 现有在rII A中4个点突变体ad,分别试验它们与4种缺失突变体杂交获得rII+的能力,结果如上表。 问:4种点突变的顺序怎样排列?,a b c d 1 + + + + 2 + + + 3 +
15、 + 4 + ,三、互补测验和顺反测验,当不能单独在K菌株上生长的两个rII突变体混合感染时,它们能象野生型噬菌体那样在K株上生长,这样两种突变型称为互补的突变型,因为每一种能补偿另一种功能。使两者都能生长。(T4染色体在宿主细胞中暂时二倍化),噬菌体T4的互补作用,不同的rII突变体可以分成两类:即A组和B组。A组中的所有突变体能与B组中的所有突变体互补,而A组中的某一突变体不能与该组中的另一突变体互补,同样B组中的某一突变体也不能与该组中另一突变体互补。A组中的所有突变体能定位到rII区段的一边,B组中的所有突变体能定位到rII区段的另一边上,A组 B组,A互补群,B互补群,混合感染,rI
16、I突变体,rII突变体,E .coli k(),互补作用 无互补作用 细胞裂解释放 细胞不裂解无子 出子代噬菌体 代噬菌体释放,rII互补作用图解:两个不同的突变体rII和rII同时感染E.coli K,一般情况下,rII突变体不会裂解K产生子代噬菌体;然而当两个rII能互补时,就会裂解并有噬菌体生长,如果两个突变体不能互补,就不会裂解,也不会有噬菌体生长。,rII突变体互补的解释: rIIA rIIB rII1 (1) (2) 裂解 有两个基因rIIA和rIIB在细菌裂解中起作用,裂解的两个步骤分别由rIIA基因产生的酶A和rIIB基因产生的酶B控制。两个rII突变体分别在rIIA或rIIB
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