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1、七章基因精细结构遗传分析第一节基因概念第二节第三节第四节重组测验互补测验缺失作图第五节断裂基因与重叠基因第五节基因功能教学内容要点基因的概念、重组测验、互补测验、 断裂基因与重叠基因、基因的功能难点重组测验、互补测验与基因的功能F 1基因概念和精细结构III7门1基因概念的发展 遗传因子(孟德尔)1=(2) 染色体是基因载体(摩尔根)(3) DNA是遗传物质(肺炎双球菌的转化实验)(4) 基因是有功能的DNA片段(G. Beadle和E Tatum: 一基因二酶)(5) 操纵子模型(Jacob和Monod)(6) 跳跃基因和断裂基因的发现表7-1眼成虫盘移植实验供体受体移植眼的颜色(1)+V鲜
2、红(2)v+鲜红(3)+cn鲜红(4)cn+鲜红(5)cnV橙红(6)Vcn鲜红+ 鲜红的(bright red), v:桔黄色眼(vermilion), cn橙红色眼(cimnabaT)，和暗红色眼(scarlet)。7. L 2基因的类别和相互关系(1)结构基因1= (2)rRNA 和 tRNA 基因 (3)启动子和操纵基因2基因的类别及其相互关系根据基因的功能和性质，分为:（一）结构基因（structural genes）与调节基因（regulatory genes）（二）核糖体 RNA基因（ribosomal RNA genes，简称 rDNA）与转移 RNA基因（transfer R
3、NAgenes,简称tDNA）（三）启动子（promotor）与操纵基因（operator）前者是转录时RNA聚合酶与DNA结合的部位；后者是调节基因产物阻遏蛋白或激活蛋白与DNA结合的部位，F13基因与DNA|=多数肽链由150300个氨基酸组成，按三联密码子, 须有450900个核昔酸对编码，加上基因内不编码的核昔 酸序列，一个基因约有5006 000个核昔酸对。并非DNA 分子上任一含有几千个核昔酸对的区段都是一个基因，基因 是一个含有特定遗传信息的DN A分子区段。 特定核昔酸序 列与其转录产物RNA核昔酸序列或翻译产物多肽链氨基酸序 列相对应就是基因，要同时测定某一段DNA的核昔酸序
4、列和 相应产物的序列。黑腹果蝇红眼由一个显性基因控制，位于X染色体上,果蝇眼睛还有许多其他颜色，如粉红色、杏色、伊 红、象牙色和白色等突变型。的,之间是复等位关系。用“+”代表野生型红色眼基早期研究认为控制这些眼睛颜色性状的基因是等位1=因，wa代表杏色眼基因，w代表白色眼基因，当杏色眼(wa/ wa )与白眼(w / Y)果蝇杂交时，F1为杏 色眼，如果砧与w是等位基因，F1应只有两种亲本表 型，但在大量F1群体中约有1 /1000野生型红眼果蝇。红眼的出现不是突变，因为突变没有如此高频率。r进一步研究证明杏色眼基因和白眼基因虽 燕在染色体上所占位置相同，即位于同一基因, 但属于不同位点，之
5、间可发生交换。如杏色0gwa+ + /wa + x白眼w/Y, F1杏色眼。Wa +/+ W和W a +/Y,F1雌蝇减数分裂时发生交换形成+与Ww配子，+配子与任何其他配子结合所形成的F1个体均表现为野生型红 对唁色眼w+/+w与野生型+/ Wa W两种个体 进行比较发现，基因组成一样，但排列不同， 前者两个突变分别在两条染色体上，为反式眼果蝇，因而F1群体中出现野生型个体。II(trans)排列，后者则是两个突变同时排在一条染色体上，而另一条染色体上两个位点均 正常,为顺式(cis)排列。_反式排列表现为突变型，顺式排列为野生型。这种由于排列方式不同而表型不同的现象称为顺反位置效应(cis
6、-trans positioneffects),并将这种紧密连锁的功能性等位基因，但不是结构性的等位基因称为拟等位1=基因(pseudoallele)。拟等位基因的发现证明了基因的可分性。7*2 噬菌体突变型1=S. Benzer对大肠杆菌噬菌体T4的r IIA和r IIB两 个基因的结构分析，证明了基因的可分性，基因内有 大量的突变子和重组子。噬菌体的突变型可归为：噬菌斑形态突变型：一些是由于侵染寄主后溶菌速 度的快慢而形成大小不同的噬菌斑(plaque)；另一 些是由于被感染细菌是全部或是部分被杀死而形成清 晰或混浊的噬菌斑。可寄主范围突变型:NF巳噬菌体感染细菌时，首先吸附于细胞表面专一
7、受体 上，由受体基因控制，如果受体发生改变，可能使噬 菌体不能附着，从而该噬菌体的寄主范围缩小。另外 噬菌体突变也可扩大寄生范围。因为决定噬菌斑形态 和宿主范围突变的基因在其基因组中相当狭窄的特定 区段里，大多数基因涉及生命过程必不可少的功能， 所以上述突变通常是致死的。条件致死突变型:条件致死突变型在遗传学研究中具重要意义，通 过这种突变已鉴定出噬菌体的大部分基因。Benzer所用T4的r II突变就是遗传学研究中所用的第一个条件致死突变型oT4噬菌体有多个迅速裂解突变型，分别称 为rl, r II, rill等,它们位于染色体DNA的 不同区段，这3组突变型由于在大肠杆菌不同菌株上的反应不
8、同可以相互区别。T4 r II突变使所侵染细胞迅速裂解形成大噬菌斑，所以称为r II突变型。Benzer对r II区域的突变进行了分析：r II突变感染大肠杆菌B菌株后迅速裂解，形成比野生型大的噬菌斑，从而从大量的卄中筛选出II。另外HI突变型感染带有原噬菌体的大肠杆菌K (A)菌株时，不产生子代，而野生型T4 rll在大肠杆菌K (A)菌株中能正常增殖，由此也很容易在rll噬菌体中检出HI+噬菌体，所以可检出两种不同的HI突变型之间重组频率极低的重组子。单独感染E.coli K单独感染E.coli K混合感染E.coli Kenzer的噬菌体重组实验丄 Benzer 以T4 噬菌体为材料 进
9、行了研究工 作，正式提岀Discovery of RecombinationWithin the GenerllAmutantrllBmutant“顺反子”这 个术语不能正常生长能正常生长不能正常生长rllA顺反子概念和基因内重组Discovery of RecombinationWithin the GenerllA4- Benzer将 两个rllA突 变型对B株进 行混合感染, 再让释放的 了代噬菌体 感染K株。丄岀现了野 生型噬菌体。m 1Chromosome carringmutation 1Chromosome carringmutation 1 and 2Recombination
10、 withinthe genem2Chromosome carringmutation 2Wild type作图精细rWr47十+r!02Tr taU 粧7.3.1互补测验原理和方法基础遗传学研究首先须有突变型，然后分析突变型间的关系。重组测验与互补测验是确 定这种关系的两个基本方法。重组测验以遗传图距确定突变的空间关系,而互补测验则是确定突变的功能关系O如rll区有3 000多个突变型都有相同表型,这是由于所有的r II突变都导致丧失合成Eco K(入)发育所需要一种或几种蛋白质能力，这些 突变型对E.coli K(A)寄主细胞致死，但可在 E.coli B菌株细胞中增殖。既然它们有相同表型
11、，是否它们都影响 同一种遗传功能？ HI中这3 000多个突变型是 属于一个基因还是属于几个基因？为划分这种 功能单位界线，要进行互补测验。菌K（入）菌株：如果被双重感染的细菌中产生两种亲代基 因型的子代噬菌体（也有少量重组型的噬菌 体），那么必然是一个突变型补偿了另一个突 变型所不具有的功能，两个突变型称彼此互补（complementation）。如果双重感染的细 菌不产生子代噬菌体，那么这两种突变型一定 有一个相同功能受到损伤。互补测验斑点测试法(spot test)1用一种rl快变型以0.1感染比(噬菌体1/细 菌10)感染E.coli K(A)菌株。噬菌体和细菌在温 热的琼脂中混合，涂
12、布在平板，琼脂凝固后在平 板上划出的一定位置上再加一滴含另一种r II突变 型的培养基。在这一滴培养基范围内，一些细菌 会被两种噬菌体所感染。如在这范围内形成噬菌 斑，证明这两种突变型互补，相反不能互补。在 一个培养皿平板上可做68个斑点试验。 CDMA和r】B的冥变型可议互祚重组检出率达1/106,理论上该方法测定重组频率极敏感，可测得0.002%的重组值，实际上所观察的最小重组频率为 002%。根据二点杂交的结果，可作成连锁图。F互补测验结果发现，除一些缺失突变型外，rll突 却可分成r IIA和r IIB两个互补群。I rllA突变型的突变位点都在rll区的一头，是一个独 立的功能单位；
13、所有rllB突变型的突变位点都在rll区的另一头，也是一个独立功能单位。凡属rllA的突变之间不能互补；同理属于IIB的突变之间也不能互补，只有HIA的突变和rllB的突变间可 互补，双重感染E.coli K(A)菌株后可产生子代。说明r 和r是两个独立的功能单位，分别具不同的功能，但它们又是功能互补的，要在EcoWK(入)菌株中增殖，两种功能缺一不可。可见rll 是由于这两种遗传功能丧失而成的o10651门06 +51测验r47+FT7+rI06K菌株丿B菌株a) ComplementationE. coli Ki2a)DefectiveB product (nonfunctional)Phage with mutation in rllAPhage with mutation in rllBDefective A product (nonfunctional)Functional B productFunctional A productProgeny phage producedPlaques formed on lawn of E. coli Bb) No complementa
