普通遗传学-第14章
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熳瓒粑镒饔枚貌坏奖泶铩Ｋ裕删宀唤蠨NA复制和蛋白质的合成，而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（lysogenic cycle）（图5…8）。Apell（1962）提出λ噬菌体整合到寄主细菌的模型。λ噬菌体感染寄主细胞后，其染色体便由线状转变为环状。这一环状DNA分子以它的附着位点attP和细菌染色体DNA的同源位点attB发生联会，然后通过一次交换而整合到寄主染色体上。噬菌体中有很多温和噬菌体，例如λ、Mu…1、P1和P2等，其中P1噬菌体并不整合到细菌染色体上，而是独立存在于细胞质内。溶原性细菌对赋予其溶原性的噬菌体及其相关的噬菌体有免疫性。这是因为存在于每个溶原性细胞的细胞质中的cI阻遏物能结合到重复侵染的噬菌体基因的操作子（operator）上，从而阻止其复制和建立原噬菌体。但在某些情况下，溶原性细菌培养物中会有很小一部分（10…3～10…6）细胞，由于原噬菌体脱离整合状态，增殖产生大量子噬菌体而导致细菌细胞裂解。在自然情况下溶原性细菌的裂解称为自发裂解（spontaneous lysis）。若经紫外线、氮芥、X射线等理化因子处理，大部分甚至全部细菌细胞都会裂解。这种经诱导因子处理的高效率裂解称为诱发裂解（inducrive lvsis）。
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，水平粗线的左端为缺失
突变体的名称，其中有些缺失突变超出了rII区之外。垂直粗线示主亚区，垂直红线为主亚区中的次亚区
杂交，对突变位点大致定位。例如，如果某个突变不能与缺失突变体1272但能与1241进行重组，产生野生型重组体，则该突位于rⅡ区左端的Ala、A1b1或Alb2亚区内。为了确定这3个亚区中
究竟哪一个含有该突变体，可将这3个亚区分别与缺失的1364和EM66进行杂交。假定该突变体能与缺失EM66进行重组，而不能与1364重组，则该突变体必定位于A1b1亚区内。然后只要将该突变与位于这一亚区的其他突变体杂交，就可作出该突变的精细图。Benzer在对rⅡ区中数百个自发突变进行定位时发现，这些突变并不均匀地分布在rⅡ区内，有些位点根本不发生突变，有些位点则可反复地发生突变。在Benzer筛选的1612个突变体中有500个以上突变发生在同一位点之内，他将这些突变发生率高的位点称为热斑（hot spot）。这与化学诱变结果相一致。
5。2。3 互补测验和顺反测验
互补测验（plementation test）是用来确定影响某一种表型效应的一些突变是属于等位基因内突变还是属于非等位基因间突变。进行这样的分析，需要在同一细胞内建立2个突变体的二倍体或部分二倍体。因为从功能角度上来讲，属于同一基因的2个突变体是不能互补的（图5…14a），如果2个突变型能够互补，就说明它们属于2个基因，例如图5…14b中，同一细胞中的一个染色体上的基因a发生了突变，而它的基因b是完好的，另一个同源染色体上基因b发生了突变，可是它的基因a是完好的。由于彼此补偿了对方突变基因带来的缺陷，所以细胞的表型是正常的即野生型。如果2个突变基因是在同一个染色体上，而另一个同源染色体上的这2个基因是正常的，结果也相同。如果2个突变型都是在基因a座位上发生突变，那么在它们分处于2个同源染色体上时，便缺少了野生型基因a，因此细胞的表型是突变型。如果这2个突变型都位于同一个染色体的基因a座位上，由于另一个同源色体上的基因a是完好的，因此细胞的表型是正常的（图5…14c）。2个突变分别位于2条同源染色体上的基因组合称为反式构型（in trans）；而当2个突变位于同一个染色体上的基因组合称为顺式构型（incis）。比较顺式和反式构型细胞的表型从而判断2个突变是否属于同一基因的测验，称为顺反测验（cis…trans test）或互补测验。
Benzer通过互补分析发现T4噬菌体rⅡ突变型可分为rⅡA和rⅡB两组（图5…13），一组中的任何成员可与另一组中的任何成员互补。他的遗传分析结果证明，所有rⅡA突变型在rⅡ区的一端从A1到A6，所有rⅡB突变型在rⅡ
