8.7: Картування генів Т2
- Page ID
- 5895
Т2 і його близький родич Т4 - віруси, які заражають бактерію кишкової палички. Інфекція закінчується руйнуванням (лізису) бактеріальної клітини, тому ці віруси є прикладами бактеріофагів («пожирачів бактерій»). Кожна вірусна частинка (віріон) складається з:
- головка білка (~0,1 мкм), всередині якої знаходиться одна кругова молекула дволанцюгової ДНК, що містить 166 000 пар основ.
- білковий хвіст, з якого продовжити
- тонкі білкові волокна
Життєвий цикл
Вірус прикріплюється до клітини кишкової палички (а). Для цього потрібна точна молекулярна взаємодія між волокнами і клітинною стінкою господаря.
- Молекула ДНК вводиться в клітину (б).
- Протягом 1 хвилини вірусна ДНК починає транскрибуватися і переводитися в деякі вірусні білки, а синтез білків-господаря припиняється.
- Через 5 хвилин виробляються вірусні ферменти, необхідні для синтезу нових молекул вірусної ДНК (в).
- Через 8 хвилин синтезується близько 40 різних структурних білків для вірусної голови і хвоста.
- Через 13 хвилин починається збірка нових вірусних частинок (г).
- Через 25 хвилин вірусний лізоцим руйнує клітинну стінку бактерій і віруси вириваються назовні - готові заразити нових господарів (е).
- Якщо бактеріальні клітини ростуть в рідкій культурі, то виходить ясно.
- Якщо бактеріальні клітини ростуть в «газоні» на поверхні агарової пластини, то на газоні з'являються отвори, звані бляшками.
Іноді з'являються нові фенотипи, такі як зміна зовнішнього вигляду бляшок або навіть втрата здатності інфікувати господаря.
Приклади:
- ч
- Деякі штами кишкової палички, наприклад, один призначений B/2, отримують здатність протистояти інфекції нормальним («диким типом») Т2. Мутація спричинила зміну структури їх клітинної стінки так, що хвостові волокна Т2 більше не можуть зв'язуватися з нею. Однак Т2 може завдати удару у відповідь. Зрідка з'являються мутанти Т2, які долають цей опір. Мутований ген, позначений h (для «діапазону господаря»), кодує зміну хвостових волокон, щоб вони могли знову зв'язуватися з клітинною стінкою штаму B/2. Нормальний або «дикий тип» ген позначається h +.
- При нанесенні на газоні, що містить як кишкову паличку В, так і кишкову паличку B/2,
- мутантні (h) віруси можуть лізувати обидва штами кишкової палички, виробляючи прозорі бляшки, в той час як
- віруси дикого типу (h +) можуть лише лізувати E. coli B, виробляючи строкаті або каламутні бляшки.
- р
- Іноді з'являються мутанти Т2, які вириваються з клітини-господаря раніше, ніж зазвичай.
- Мутація відбувається в гені, позначеному r (для «швидкого лізису»). Він розкривається надзвичайно великими бляшками, які він утворює.
- Ген дикого типу, що виробляє нормальний час лізису, позначається r +. Утворює бляшки нормального розміру.
Як і у багатьох організмів, виникнення мутацій дає інструменти, щоб дізнатися про такі речі, як
- функція гена
- його розташування в молекулі ДНК (картографування)
Відображення за частотами рекомбінації
Як ми бачили, штам E. coli B може бути заражений як h+, так і h штамами Т2. Насправді одна бактеріальна клітина може бути заражена одночасно обома. Заразимо рідку культуру кишкової палички В двома різними мутантними вірусами Т2: h r + і h + r. коли це роблять в рідкій культурі, а потім висаджують на змішаний газон Е. coli B і B/2, з'являються чотири різних види бляшок.
| Генотип | Фенотип | Кількість табличок |
|---|---|---|
| год + | ясно, маленький | 460 |
| ч + р | каламутний, великий | 460 |
| ч + р + | каламутний, маленький | 40 |
| год | чіткий, великий | 40 |
| Всього = | 1000 |
Найбільш поширені (460 кожен) - це ті, що представляють батьківські типи; тобто фенотипи - це ті, що очікуються від двох інфекційних штамів. Однак з'являються невеликі числа (по 40) двох нових фенотипів. Це можна пояснити генетичною рекомбінацією, яка періодично відбувалася між ДНК кожного батьківського типу всередині бактеріальної клітини.
Так само, як і у вищих організмів, можна припустити, що частота рекомбінантів пропорційна відстані між генними локусами. При цьому 80 з 1000 бляшок були рекомбінантними, тому відстані між h і r локусами присвоюється значення 8 одиниць карти або сантиморганів (см). Тепер коінфікують кишкову паличку В двома іншими штамами Т2:
- хм + і
- ч + м
| хм + | 470 |
| ч + м | 470 |
| ч + м + | 30 |
| хм | 30 |
| Всього = | 1000 |
Знову випускається 4 види бляшок: батьківські (по 470) і рекомбінантні (по 30).
Менша кількість рекомбінантів вказує на те, що ці два генні локуси (h і m) розташовані ближче один до одного (6 см), ніж h і r (8 см). Але порядок трьох локусів міг бути або
- м —6— ч —8— р
або - ч —6— м -2- р
Щоб з'ясувати, який правильний порядок, виконайте третю в'язку за допомогою
- г + і
- м + р
| Містер + | 440 |
| м + р | 440 |
| м + р + | 60 |
| містер | 60 |
| Всього = | 1000 |
Це дає зрозуміти, що порядок m—h—r, а не h—m—r.
Але чому лише 12 см між зовнішніми локусами (m та r) замість 14 см, отриманих шляхом додавання відстаней карти, знайдених у перших двох сполученнях?
Триточковий хрест
Відповідь походить від виконання спаровування між вірусами Т2, що відрізняються у всіх трьох локусах:
- хмр
і - ч + м + р +
(Примітка: цього разу один з батьків має всіх мутантів; інші всі алелі дикого типу - не плутайте!)
| Група 1 | хмр | 435 |
| Група 2 | ч + м + р + | 435 |
| Група 3 | ч + г + | 25 |
| Група 4 | хм + р | 25 |
| Група 5 | хмр + | 35 |
| Група 6 | ч + м + р | 35 |
| Група 7 | хм + р + | 5 |
| Група 8 | ч + г | 5 |
| Всього = | 1000 |
Результат: утворюється 8 різних видів бляшок.
- паренти; тобто нерекомбінантні в 1 і 2 групах;
- рекомбінанти — всі інші
Аналіз цих даних показує, як двоточковий хрест між m і r занизив справжню відстань між ними.
Давайте спочатку розглянемо окремі пари рекомбінантів, як ми це робили раніше (таким чином ігноруючи третій локус).
- Якщо ми подивимось на всі рекомбінанти між h та r, але ігнорувати m (як у першому експерименті), ми виявимо, що вони містяться в групах 5, 6, 7 та 8 - даючи загальну кількість 80, які ми знайшли спочатку.
- Якщо ми подивимось на рекомбінанти між h та m, але ігноруємо r (як у другому експерименті), ми виявимо, що вони містяться в групах 3, 4,7 та 8 - даючи ту саму загальну кількість 60, що ми знайшли раніше.
- Але якщо ми зосередимось лише на m та r (як ми робили в третьому експерименті), ми виявимо, що рекомбінанти містяться в групах 3, 4, 5 та 6 - дають таку ж загальну кількість 120, як і раніше, тоді як нерекомбінанти не тільки в групах 1 і 2, але і в групах 7 і 8. Причина: в цих випадках стався подвійний кросовер, що відновлює батьківську конфігурацію m і r алелей.
- Оскільки ці подвійні кросовери були приховані в третьому експерименті, відстань карти (12 см) була занижена. Щоб отримати справжню відстань карти, ми додаємо їх кількість до кожної з інших рекомбінантних груп (Групи 3,4,5 та 6), тому 25 + 5 +25 +25 +35 + 5 + 35 + 5 = 140, а справжня відстань карти між m та r - це 14 см, яку ми знайшли, додаючи відстані карти між h та r (8 см) і h і m (6 см).
Триточковий хрест також корисний тим, що він дає порядок генів просто шляхом огляду:
- Знайдіть найрідкісніші генотипи (тут групи 7 і 8)
- Ген НЕ в батьківській конфігурації (тут h) завжди середній.