《病毒遗传分析》PPT课件.ppt

《《病毒遗传分析》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《病毒遗传分析》PPT课件.ppt（75页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第3章病毒遗传分析总论第一节T4噬菌体第二节噬菌体第三节反转录病毒病毒的基因组结构总论病毒的复制过程T4噬菌体对的侵染病毒复制的模板链第一节T4噬菌体 T4T4噬菌体的噬菌体的DNADNA是线性排列的，是线性排列的，可是它的连锁图却是环状的。可是它的连锁图却是环状的。1 1、末端冗余、末端冗余:染色体的末端是相同的，即它们是冗余的（如abcdefgwxyzabc）。2 2、环状排列、环状排列:每个染色体的末端是不同的如一个染色体可能是abcdefgwxyzabc，而另一个染色体的顺序可能是defghixyzabcdef等。末端冗余ab的亲本病毒是怎样产生cd、de、ef等末端冗余的子代的呢？D

2、NA复制和子代DNA分子包装到T2和T4噬菌体头部的特殊方式所决定的。在感染初期，线状的亲代DNA分子经过几轮DNA复制产生单位长度再加末端重复的子代分子，接着子代分子的重复末端之间重组，形成了很长的T2或T4基因组多连体(concatemers)，即串连重复顺序，它们自身再进行复制而重组形成更长的多连体；感染后期，子代噬菌体的头部蛋白将这些多连体DNA分子包装起来，直到完全装满为止，每个噬菌体颗粒能包装多长的DNA分子取决于壳体本身，通常填滿头部所需的DNA超过从a到z的一套基因组，对在z后面的基因仍有空间可以包装，于是又继续包装基因a、b、c，至头部被装满时将DNA切断，由此可以看到这个病

3、毒粒子是基因a、b、c冗余的，下一个病毒粒子将接从d起始的DNA分子开始包装至c，然后继续到d、e、f，这个病毒是d、e、f冗余的，再下一个病毒粒子从g开始包装，冗余g、h、i基因等等。这种头部满装机制(headfulmechanism)的特殊DNA包装方式就解释了噬菌体颗粒中基因的末端冗余和基因次序的环状排列：所有的子代病毒都携带有冗余DNA分子，及这种分子是不同基因冗余的。证据一证据二有关噬菌体感染的研究方法有关噬菌体感染的研究方法 1 1、噬菌斑、噬菌斑(plague)(plague)噬菌体感染宿主细菌以后在含受体菌的涂布平板上形噬菌体感染宿主细菌以后在含受体菌的涂布平板上形成的肉眼可见

4、的透明圈成的肉眼可见的透明圈（大小，形状，透明度和边缘大小，形状，透明度和边缘）双层平板法分离细菌病毒（噬菌体）的技术（噬菌斑）用单层细胞进行培养感染噬菌体2 2、一步生长曲线的实验、一步生长曲线的实验(one-step-growth experiment)定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线称为一步生长定量描述烈性噬菌体生长规律的实验曲线称为一步生长曲线。该曲线可以用来确定噬菌体的潜伏期、裂解期和裂解量。曲线。该曲线可以用来确定噬菌体的潜伏期、裂解期和裂解量。病毒复制的一步生长曲线3、单菌释放实验、单菌释放实验(single burst experiment)用来定量描述单个细菌释放噬菌体的

5、数量用来定量描述单个细菌释放噬菌体的数量、重组测验(recombination test)噬菌体突变型 B、互补测验、互补测验(complementary test)两个突变株互相满足在寄主两个突变株互相满足在寄主K K中进行复制所缺少的因素中进行复制所缺少的因素,从而从而都能复制都能复制,并在复制过程中发生基因重组。并在复制过程中发生基因重组。、缺失作图缺失作图(deletion map)缺失定位是一种简便有效的定位方法。缺失定位是一种简便有效的定位方法。利用一系列缺失突变型利用一系列缺失突变型(已知已知)作为工具，把所要测定作为工具，把所要测定的突变型和这一系列缺失突变型分别进行重组测验，

6、凡是能的突变型和这一系列缺失突变型分别进行重组测验，凡是能和某一缺失突变型进行重组的，它的位置一定不在缺失范围和某一缺失突变型进行重组的，它的位置一定不在缺失范围内，凡是不能重组的，它的位置一定在缺失范围内，根据与内，凡是不能重组的，它的位置一定在缺失范围内，根据与一系列的缺失突变型进行重组的结果，可以精确地确定某待一系列的缺失突变型进行重组的结果，可以精确地确定某待测突变型的位置。测突变型的位置。第二节噬菌体一、一、噬菌体基因组与原噬菌体噬菌体基因组与原噬菌体(一一)噬菌体的基因组：噬菌体的基因组：由由48500bp48500bp构成构成 基因分类基因分类 7 7个（必需基因：相邻）个（必需

7、基因：相邻）headhead 11 11个（必需基因：相邻）个（必需基因：相邻）tailtail 噬菌斑形成必需的基因噬菌斑形成必需的基因 复制所需基因：复制所需基因：O O、P P 裂解、释放所需基因：裂解、释放所需基因：S S、R R基因基因 正调控基因：正调控基因：N N、Q Q 附着区：附着区：attatt；专一性重组所必需：专一性重组所必需：intint、xisxis 噬菌斑形成非必需基因噬菌斑形成非必需基因 溶源化所需：溶源化所需：CICI、CIICII、CIIICIII 重组所必需：重组所必需：exoexo、red red Lambda噬菌体的遗传图谱噬菌体基因组的结构噬菌体基因

8、组的结构 粘性末端粘性末端 寄主细胞内环化寄主细胞内环化 COS位点位点533512个核苷酸个核苷酸12个核苷酸个核苷酸 环化状态下环化状态下,噬菌体噬菌体DNA分子的长度为分子的长度为48,502碱基对碱基对例如，头部、尾部、复制及重组四大功能的基因，各例如，头部、尾部、复制及重组四大功能的基因，各自聚集成四个特殊的基因簇。自聚集成四个特殊的基因簇。53AWBCD.J.att.int.xis N O P S R左侧区左侧区 中间区中间区 右侧区右侧区(二二)、原噬菌体与合子诱导原噬菌体与合子诱导 1 1、原噬菌体原噬菌体：2 2、合子诱导、合子诱导：Hfr()Hfr()F F-受体菌裂解受体

9、菌裂解(进入进入F-)F-)Hfr()F Hfr()F因子整合、因子整合、原噬菌体原噬菌体，F-F-无无FFb+b+原点原点d+c+d+c+a+a+3 3、整合部位的确定整合部位的确定(三三)、原噬菌体的插入与切除、原噬菌体的插入与切除1 1、噬菌体的插入与原噬菌体正常切除噬菌体的插入与原噬菌体正常切除 2 2、原噬菌体的异常切除原噬菌体的异常切除（1 1）转导噬菌体：带有细菌基因的噬菌体）转导噬菌体：带有细菌基因的噬菌体（2 2）d d 转导噬菌体的特点转导噬菌体的特点局限性转导局限性转导3 3、dgal(dgal(左臂缺失左臂缺失)位点特异性重组位点特异性重组attB位于bio基因和gal

10、基因之间B-GCTTTTTTATACTAA-B-11 +11attPP-GCTTTTTTATACTAA-P-152 +82-GCTTTTTTATACTAA-CGAAAAATATGATT-GCTTT TTTATACTAA-CGAAAAATATG ATT-GCTTT TTTATACTAA-CGAAAAATATG ATT-BBPPBOBPOPBOPPOB整合态整合态二、噬菌体DNA的复制 噬菌体噬菌体DNADNA以两种状态存在以两种状态存在、是是在在成成熟熟的的噬噬菌菌体体颗颗粒粒中中包包装装的的DNADNA，呈呈线线状状，具具有有感染性感染性 、是感染宿主细胞后立即环化，成为营养体状态、是感染宿主

11、细胞后立即环化，成为营养体状态 O蛋白以二聚体形式结合在4个oriC重复序列上此区域使DNA环化B,P结合进环状结构BPJ,K,E使P释放,B作为解旋酶开始解开双链PBPBSSB蛋白结合在单链DNA上,引物酶G组装到DNA上,合成RNA引物指导DNA的复制滚环复制的晚期四、基因的转录与调控n前早期转录主要启动子及转录终止位点主要启动子及转录终止位点1-前早期转录;2-后早期转录;3-晚期转录3A B C J int cIII N cI cro cII O P Q S RP1 tL2 tL1 PL PR tR1 tR2PR31122后早期转录后早期转录tL1NPLcro nutRPRtR1tL1

12、 PLcro nutRPRtR1Int xis red gamO PtR2QNABPR nutRRNAPoltR1mRNARNAPolPR nutRRNAPoltR1mRNANPRRNAPoltR1N没有N有NRNAPoln晚期转录QSRPRS和R为溶菌基因五、噬菌体溶源途径与裂解途径的调节 噬菌体的噬菌体的CroCro蛋白和蛋白和CICI阻遏蛋白相互拮抗：阻遏蛋白相互拮抗：Cro Cro蛋白阻止蛋白阻止cI cI 转录，从而阻止建立溶源性；转录，从而阻止建立溶源性；CI CI阻遏蛋阻遏蛋白阻止早期基因转录，因此关闭白阻止早期基因转录，因此关闭CroCro蛋白的合成。蛋白的合成。att int

13、 xis red cIII N OL rex cI OR cro cII O P QPLPRMPREPROR3OR2OR1PRMPRCro首先在这里结合阻遏蛋白CI首先在这里结合OL1OL2OL3PL阻遏蛋白CI首先在这里结合Cro首先在这里结合CI阻遏蛋白在右操纵基因的排列阻遏蛋白在右操纵基因的排列关闭关闭PR和和PL,促进促进RNA聚合酶结聚合酶结合合PRM启动子启动子,激活自身转录激活自身转录RNA聚合聚合酶酶表示表示CI二聚体二聚体进入溶源途径进入溶源途径:lambdaDNA整和到宿主染色体表示表示CRO二聚体二聚体进入裂解途径进入裂解途径:噬菌体的诱导和从宿主染色体DNA上的切离nP

14、L和PR分别负责启动子向左和向右的转录；nPRE和PRM是转录cI基因的两个启动子，PRE主管建立溶源，PRM主管维持溶源；nPI启动转录int基因；nPR负责晚期基因的转录。PL和和PR起始早期转录起始早期转录产生出编码产生出编码N蛋白和蛋白和Cro蛋白的蛋白的mRNACII蛋白促使蛋白促使PRM转录转录CI阻遏蛋白阻遏蛋白N蛋白的抗终止作用进一步转录蛋白的抗终止作用进一步转录Q,Cro,CII,CIII的的mRNACro与与OR3的结合的结合,阻止了阻止了CI与与OR2的的结合结合,抑制了抑制了CI从从PRM的转录的转录Cro与与OL和和OR结合结合,抑制早抑制早期基因从期基因从PL和和P

15、R转录转录同时同时Q蛋白激活晚期基因的转录蛋白激活晚期基因的转录n噬菌体赖以发展作为基因克隆载体噬菌体赖以发展作为基因克隆载体:n非必要基因由外源基因取代所形成的重组噬菌体非必要基因由外源基因取代所形成的重组噬菌体DNADNA，可以随着寄主大肠杆菌细胞一道复制和增殖，可以随着寄主大肠杆菌细胞一道复制和增殖，而且在其溶源周期中，它们的而且在其溶源周期中，它们的DNADNA是整合在大肠杆是整合在大肠杆菌的染色体菌的染色体DNADNA上，成为后者的一个组成部分。上，成为后者的一个组成部分。第三节第三节 反转录病毒反转录病毒 一、反转录病毒的粒结构一、反转录病毒的粒结构 二、反转录病毒的生活周期二、反

16、转录病毒的生活周期 三、反转录病毒的基因组三、反转录病毒的基因组 四、反转录过程中四、反转录过程中DNADNA双链的合成和双链的合成和LTRLTR的产生的产生 五、病毒线性五、病毒线性DNADNA整合到寄主细胞基因组整合到寄主细胞基因组 六、原病毒的基因表达六、原病毒的基因表达 一、反转录病毒的毒粒结构 反转录病毒的基因组反转录病毒的基因组 反转录病毒反转录病毒RNARNA基因组是基因组是由两条相同由两条相同的正链的正链RNARNA在在55端附近通过氢键连端附近通过氢键连接而形成的双体结构接而形成的双体结构，因此反转录，因此反转录病毒具有病毒具有二倍体基因组二倍体基因组。反转录病。反转录病毒基

17、因组毒基因组RNARNA的长度为的长度为5-8kb5-8kb。5端有帽子结构，3端polyA，游离的RNA多数tRNA少数为rRNAgag编码病毒粒子基质蛋白、衣壳蛋白、核酸结合蛋白pol编码反转录酶、整合酶和蛋白酶env编码病毒外膜蛋白RNA基因组的中部带有基因组的中部带有gag，pol与与env三个三个“基因基因”，“基因基因”这一术语在这里表示为编码区，每一这一术语在这里表示为编码区，每一编码区通过加工实际上产生出多种蛋白质。编码区通过加工实际上产生出多种蛋白质。RU5PBSgagpolenvU3Rm7GpppGAAAAAR：10-80bp正向重复序列U5：50-100碱基U3：170-

18、1250碱基PBS：tRNA引物结合位点反转录病毒的生活周期RU5PBSU3RPBSRU5PBSU3RPBSRU5PBSU3RPBSRU5PBSRU5PBSU353555555PBSRU5PBSU3RPBSU3555反转录过程中反转录过程中DNADNA双链的合成和双链的合成和LTRLTR的产生的产生 tRNAU3RU5PBSRU5PBSU3U3RU5PBSU3RU5U3RU5PBSPBSRU5PBSU3U3RU5PBSPBSU3RU555555555LTRLTR病毒线性DNA整合到寄主细胞基因组 在细胞质中合成线性的原病毒在细胞质中合成线性的原病毒DNADNA以后，以后，DNADNA进入细胞进

19、入细胞核。在细胞核内，除了线性核。在细胞核内，除了线性DNADNA，病毒，病毒DNADNA还以环状形还以环状形式存在。式存在。体体外外实实验验证证明明，线线性性DNADNA可可以以整整合合到到染染色色体体基基因因组组上上，此此过过程程可可以以被被单单一一病病毒毒产产物物整整合合酶酶所所催催化化。病病毒毒DNADNA的的末末端端是是很很重重要要的的，正正如如转转座座子子一一样样，在在末末端端的的突突变变会会阻止整合。阻止整合。原病毒的基因表达 1 1、病毒基因的转录、病毒基因的转录 原病毒原病毒DNADNA的转录就像大部分其他真核细胞的转录一样，的转录就像大部分其他真核细胞的转录一样，也需要启动

20、子和增强子。也需要启动子和增强子。2 2、转录后加工、转录后加工 原病毒原病毒DNADNA转录合成的初转录本是从同一帽子位点起始的，转录合成的初转录本是从同一帽子位点起始的，因此所有的反转录病毒因此所有的反转录病毒RNARNA基因组和大多数基因组和大多数mRNAmRNA都有相同的都有相同的55端，并且在端，并且在55端形成帽子结构端形成帽子结构(m(m7 7GpppGmp)GpppGmp)。3 3、病毒、病毒mRNAmRNA的翻译的翻译 全全长长的的mRNAmRNA转转运运到到细细胞胞质质后后被被翻翻译译时时，所所得得产产物物为为GagGag和和PolPol多多聚聚蛋蛋白白。当当翻翻译译开开始

21、始于于起起始始密密码码子子而而终终止止于于第第一一个个终终止止密密码码子子时时所所得得产产物物为为GagGag蛋蛋白白。如如果果要要表表达达PolPol蛋蛋白白，则则必必须要越过此终止密码子。须要越过此终止密码子。反转录病毒的翻译（一）病毒外壳蛋白蛋白酶反转录酶整和酶反转录病毒的翻译过程（二）外膜糖蛋白PBSPBSPBS第第3章复习思考题章复习思考题1.简述简述噬菌体的裂解周期，溶源周期及二者之间的关系噬菌体的裂解周期，溶源周期及二者之间的关系2.简述简述噬菌体基因组的基本结构及一些重要基因的功能。噬菌体基因组的基本结构及一些重要基因的功能。3.简述简述噬菌体的转录与调控。噬菌体的转录与调控。4.试述试述CI蛋白的结构和功能。蛋白的结构和功能。5.为什么紫外线照射可以诱导溶源化的为什么紫外线照射可以诱导溶源化的噬菌体裂解？噬菌体裂解？蛋白的结构和功能是什么？蛋白的结构和功能是什么？噬菌体左向转录已转录了噬菌体左向转录已转录了int基因，为什么基因，为什么int基因本身还需要有自基因本身还需要有自己的启动子？己的启动子？8.如果用如果用T4噬菌体染色体进行变性和复性将会产生什么样的结构噬菌体染色体进行变性和复性将会产生什么样的结构？如果用？如果用又会怎样？又会怎样？的产生过程。的产生过程。