普通遗传学-第19章

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图5…7　　λ噬菌体的溶原化和原噬菌体形成，示环状λ基因组整合
到宿主染色体上的过程，POP′为attP位点，BOB′为attB位点









图5…8　　温和噬菌体的生活周期
噬菌体基因组侵染细菌细胞时，能立即复制、产生成熟的噬菌体（裂解反
应），也能整合到细菌染色体上（溶原性反应）。整合的原噬菌体能被诱发
而进入裂解周期，也可能自然消失，使细胞变成敏感的细菌细胞
λDNA整合至大肠杆菌染色体的固定位点上，这个位点在gal（半乳糖代谢基因）和bio（维生素生物素合成基因）之间。它与λ的附着位点有相同的“核心序列”区，它们有15对相同的核苷酸：
5′　　GCTTTTTTATACTAA　　　　3′
3′　　CGAAAAAATATGATT　　　　5′
5。2　　噬菌体的染色体作图
5。2。1　　噬菌体的表型与噬菌体遗传学
由于噬菌体遗传分析是通过噬菌斑测验进行的，所以最初发现的某些T偶列噬菌体的突变体都形成异常噬菌斑。其中，r突变体就是典型例子之一，它形成很大的噬菌斑，由A。D。Hershey于1948年发现，并命名为r突变型即速溶（rapid　lysis）之意。可能正是由于这种突变体能快速裂解宿主细胞，所以才能形成很大的噬菌斑。Hershey还证明r突变型确实是由于一个基因发生突变造成的，于是就将r基因的野生型等位基因称为r＋。
早期发现的T偶列噬菌体的另一个突变体称为T2h，h代表宿主范围（host　range）。它是T2噬菌体的一种突变体，能够感染大肠杆菌细胞（Ttor）。野生型T2噬菌体不能感染Ttor大肠杆菌，所以宿主细胞Ttor细胞抗T2噬菌体侵染。由于野生型T2噬菌体（h＋）不能侵染Ttor，因此，它不能在这种菌株上形成噬菌斑。但是，将h＋野生型T2噬菌体涂布到Ttor和Ttor细胞的混合物上则可产生噬菌斑。T2噬菌体在这种细菌垫层上感染Ttor细胞，从而产生混浊的、含有未裂解的Ttor细胞的噬菌斑。
如果将两种不同的T2突变体进行杂交，就可对其杂交子代进行重组分析。杂交时，首先将Ttor和Ttor细胞混合，然后再同时接种高浓度的T2hr＋和T2h＋r两种毒株，以保证绝大多数细胞都被一个以上噬菌体感染。两种不同的噬菌体DNA就可在宿主细胞内进行重组，产生2种非亲本型子代T2h＋r＋和T2hr（图5…9）。





图5…9　　T2噬菌体的h和r基因之间的重组
Ttor和Ttos2种细胞混合垫层便于区分子代噬菌体中有2对等位基因差异的4种组合。在这4种组合中，T2h＋r＋噬菌体产生小而混浊噬菌斑，其中r＋基因决定小噬菌斑表型，h＋基因决定混浊表型，T2h＋r噬菌体产生大而混浊的噬菌斑，T2hr＋噬菌体产生小而透明的噬菌斑；T2hr噬菌体产生大而透明的噬菌斑。
T偶列噬菌体的2种不同毒株之间的重组可以用于噬菌体基因的作图。例如Hershey从T2噬
菌体中分离到几种不同r突变型，编号为r1r2等，并对各种r突变体与h突变体之间的重组率进行了研究。其中有2种r突变体即r7和r13与h突变体之间的重组率分别为12。3％和1。7％，这表明在T2噬菌体的遗传图上r7与h突变体之间相距较远，而r12与h之间则相距较近。三者在染色体上的排列有以下2种方式：
h　　　　　r13　　　　　　　　r7
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（a）
　　　　　　　　　　　　　　
r13　　　　　　h　　　　　　　r7
（b）
为了确定这2种排列方式哪一种是正确的，需要分析r13与r7之间的重组率。如果二者之间的重组率大于h与r7之间的重组率，则表明b种排列方式是正确的。如果r13与r7这间的重组率小于h和r7的重组率，表明a种排列方式是正确的。实际结果是r13和r7之间的重组率小于h和r7之间的重组率，表明a是正确的。事实上，r7和r13分别位于是2个不同基因之中，其中任何一个发生突变，形成的噬菌斑在表型上都相同。根据上述作图原理，我们可以作出T2噬菌体的包括有4个基因的连锁图。以下是3种不同的r变型，分别以ra、rb和rc表示，每一突变都发生在不同基因之内，用rh＋×r＋h获得的试验结果列于表5…1。
表7…1　　用rh＋×r＋h所得的4种噬菌斑数及算得的重组值
杂交组合 每种基因型的百分率 重组值
rh＋ r＋h r＋h＋ rh
rah＋×r＋h
rbh＋×r＋h
rch＋×r＋h 34。0
32。0
39。0 42。0
56。0
59。0 12。0
5。9
0。7 12。0
6。4
0。9 24％
12。3％
1。6％
根据表5…1结果，可以分别作出　ra、rb、rc与h的3个连锁图：　
m　　　　　　　　　24　　　　　　　　　　h
　
　　　　　　　　　　rb←12。3→h

　　　　　　　　　　rc←1。6→h

由于3个不同的r突变分别位于3个不同基因内，3个r基因与h基因在T2噬菌体染色体上有以下4种可能的排列顺序：
ra　　rb　　　rc　　　　h

ra　　　　　　rc　　　h　　　　　　rb

ra　　rb　　　　　　　h　　rc

ra　　　　　　　　　　　h　　　rc　　rb
为了确定以上排列顺序哪些是正确的，可先只考虑rb、rc及h来确定是rc…h…rb还是h…rc…rb。为此还需作rcrb＋×rc＋rb杂交，测得其重组值为14％。将其重组值14％与rb…h之间的距离12。3％进行比较，据此可知h应位于rb和rc之间，所以排列顺序应是rc…h…rb。至于ra在h的哪一边，是靠近rb还是靠近rc？上述资料并未给予明确回答。由于T2噬菌体的染色体是环状的，所以ra…rc…h…rb和rc…h…rb…ra这2种排列顺序都是正确的。可将这4个基因用环状连锁图表示如下：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　h
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　rc　
　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　rb
ra
在上述噬菌体遗传作图中，尽管资料开始很混乱，但是一旦了解染色体的环状构型后，进行重组分析和构建连锁图就相当便捷。
5。2。2　　基因的细微结构作图
5。2。2。1　　T4噬菌体rⅡ区的作图
同λ噬菌体一样，利用T4噬菌体的突变型，也可以检验T4噬菌体的基因重组。T4噬菌体中最先发现的突变型就是噬菌斑突变型。噬菌体T4中包括rⅡA和rⅡB基因的区段是一个广泛分析过的区段。快速溶菌r突变型产生的噬菌斑比野生型（r＋）颗粒大而界限更分明。这些突变型可与野生型相区别，因为后者在大肠杆菌B、S、K菌株上形成小而绒毛状的噬菌斑，而rⅡ突变型在B菌株上形成r型噬菌斑，在S菌株上形成野生型r＋噬菌斑，在K菌株上则根本不形成噬菌斑（图5…10a）。如果一个寄主细菌同时受到2个遗传型不同的噬菌体同时侵染，那么2个噬菌体染色体就会在被侵染的细胞中一起复制。其中有些会发生遗传重组，并产生新的具双亲标记的重组型。被侵染的细胞裂解后，根据对子代噬菌斑的分析，就可测定其中是否含有重组型。Benzer采用rⅡ突变型成对杂交，计算每对突变位置间的重组频率。他用每对rⅡ突变体对大肠杆菌B株进行双重感染，裂解后获得子代噬菌体。然后将裂解液涂布在rⅡ突变型和r＋噬菌体都能生长的大肠杆菌B株上，从而计数各种噬菌斑的数目。而要确定重组型的数目就只有将裂解液置于只有r＋重组型才能生长的大肠杆菌K株上（图5…10b）。由于双突变型的重组型不能检出，因此，重组值的估算值应乘以2。

重组可以发生在基因之间，也可以发生在某个基因之内，后者称为基因内重组（intragenic　rebination）。基因内重组也是生物体遗传物质重组的普遍现象，因为基因实际上就是遗传物质的一个区段，当基因内某一位点受到损伤，就会使生物体表现出非野生型的表型，这种现象就是基因突变（gene　mutation）。如果某个等位基因内部在不同位点上受到损伤，就会形成不同的突变等位基因，从而产生不同表型特征。将突变基因a1和a2分别以下列图像表示：
a1　　　　*　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　*　　　　　　　*　　　　　　　　　双突变
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
a2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　*　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　野生型
其中*表示正常基因内的突变位点，二者杂交，我们就可以清楚地看到，2个突变位点之间通过单交换，就可产生正常的野生型基因。
Benzer根据对T4噬菌体rⅡ区的研究认为，基因是由许多小的单位组成的，这些单位之间可以进行重组，但单位之内则不能发生重组。我们现在知道，重组的最小单位可以小到只有DNA分子中的一对碱基。
将各种突变体成对地进行杂交，计算基因内重组的相对频率，我们就可排出某个基因内各种突变位点之间的顺序和相对位置。所以根据基因重组可以建立详细的基因图如rⅡ区的精细结构图5…11。基因内得组作图与基因间重组作图一致的，其差别只是距离大小有所不同。























图5…10　T4噬菌体的重组分析
各种突变位之间的顺序和相对位置。所以根据基因内重组可以建立详细的基因图。如rⅡ区的精细结构图5…11。基因内重组作图与基因间重组作图是一致的，其差别只是距离大小有所不同。


































5。2。2。2　　缺失作图
采用前述重组作图方案需要对所有突变体成对进行杂交，若要对数千个突变体进行分析，就要作数百万次杂交，这几乎是件不可能实现的事情，但对Benzer采用了另一种非常有效的方法对所获得的突体进行作图，他依据这些突变体在rⅡ区中的位置，将其分成47个不同组进行初步筛选。一旦某个突变体被归入一个组对后，只要将其与
同组中其他成员杂交，就可精确地对其定位。这种初
步筛选方法称为缺失作图（deletion　mapping）。
缺失是指某个基因丢失了相当大一部分，或者
丢失整个基因，甚至一个以上基因。假定有2种突变
体如图5…12，我们可以利用这2种缺失确定该基因中
有3个不同区域。将各种突变体分别与含有缺失1和
缺失2的突变体进行杂交，选择野生型重组体。如果
某个突变不能与缺失1但能与缺失2产生野生型重组
体，就可知道该突变位点位于a亚区，同时，我们还可知道b亚区或c亚区中的突变体也都不能与缺失2杂交产生野生型重组体。另一方面，如果某个突变体不能与缺失2但能与缺失1产生野生型重组体，那么该突变位点必须位于c亚位。同样道理，如果该区段中某种突变既不能与缺失1，也不能与缺失2产生野生型重组体，该突变必然位于这2个缺失区的重叠区即b亚区之内。采用这种缺失作图法，Benzer确定了rⅡ区中47个不同的亚区，每一亚区都是通过一组缺失末端加以确定的。这些亚区以及用于确定这些亚区的缺失突变如图5…13所示。Benzer是如何进行缺失作图的呢？他首先将某个新突变体分别与图5…13顶端的7个缺失突变体（1272～638）进行












图5…13　　rII区的精细缺失作图
水平粗线表示缺失的末端，从A1到B10为通过缺失突变体鉴定出的47个亚区段，水平粗线的左端为