Phage λ and Lysogeny - web.biosci.utexas.edu

8
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Table 8.1
���������
���� � ��������������������������������
������������ ��������
�
����������������������������������� ��� � ��������� ��
����
�
��������������� ���������������
����������������������������������� ��
��
����������������������������������������������
���� � � ��� � �
���
����
���
����������������������������������������
�����������������
���������������������������������
���
���
�����������������������������������������������
���������������������� �������������
���
���������������������������������������������
�����������������������������
���������������������������������������������
���������������������������������
���
8
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Table 8.2
���������
�����
��������
��
�������������
� �� � ��
��
���������������
�������������������������������������������������������
���������������������
��
����������������������������������������������������
�������������������������
� ��� � ��
� ���
�
������������������������������
������������������������������
� ���
�������������������������������������������
� ��
��������������������������������������������
����
�����������������������������������������������������
��������������������������������������������
����
���
�����������������������������������������������������
������������������������������������������� ��
� ��
������������������������������������������������
������
� ��
���������������������������������������������������
��
����
���������������� �������������������������������
����������������������
���
������������������ ������������������������������
����������������������������������������������
�����������������������
�� ������������������������������������������������������������������������������
��������������������������������
Phage λ and Lysogeny
8
FIND
CHAP TOC
Left end
Head
Late
regulation
Immunity
Recombination
Early
regulation
Tail
DNA
replication
Lysis
Right end
Figure 8.1
Function
pRE
pI
pL
Leftward
transcripts
pRM
p′R
0
Rightward
transcripts
30
RZ
S
R
Q
204
221
N
rexB
rexA
cI
cro
cII
O
P
ren
146
290
cIII
git
ssb
ral
kil
20
exo
bet
gam
int
xis
Ea8.5
Ea22
att
Ea59
Ea31
Ea47
314
194
401
Iom
J
I
M
L
K
T
10
H
FI
FII
Z
U
V
G
E
C
B
A
W
Nu3
D
57
60
56
68
pR
Genes
40
cos
ori
att
cos
kb
8
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Figure 8.2
A
tL1
N
pL
cro nutR
tR1
pR
B
N
int xis red gam tL1 nutL pL
cro nutR
pR
tR1 O
P
tR2 Q
C
RNA Pol
pR
Without
N
nutR
nutR
tR1
mRNA
RNA Pol
D
pR
With
N
nutR
n utR
RNA Pol
tR1
N
mRNA
pR
nutR
tR1
RNA Pol
N
8
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Figure 8.3
λnutL
Box A
Box B
Box C
A TGAAGGTGACGCT CT TAAAAAT TAAGCCCTGAAGAAGGGCAGCAT TCAAAGCAGAAGGCT T TGGGGTGTGTGATAC
λnutR
T AAATAACCCCGCTCT TACACAT TCCAGCCCTGAAAAAGGGCATCAAAT TAAACCACACCTATGGTGTATGCAT T TAT
21nutR
T AAGCAAAT TGCTCT T TAACAGT TCTGGCCT T TCACCTCTAACCGGGTGAGCAAACATCAGCGGCAAATCCAT TGGGTGTGCGCTA
P22nutL
A ACGCTCT T TAACT TCGATGATGCGCTGACAAAGCGCGAACAAATACCAAACGAGAT TGGT T TGGACTGGCGTGTGGT
λqut
A TGGGT TAAT TCGCTCGT TGTGGTAGTGAGATGAAAAGAGGCGGCGCT TACTACCGAT TCCGCCTAGT TGGTCACT T
8
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Figure 8.4
Gene O
product
pR
ori
cos
RNA
P
ori
cos
Long concatemer
co
s
Initially, RecBC
blocks rollingcircle replication
s
co
Rolling-circle
replication
RecBC
Later,
Gam
inhibits
RecBC
Gam
Circle-to-circle
“θ” replication
Dna
B
Host gene
product
8
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Figure 8.5
8
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Figure 8.6
A
cIII
pL
cII
pR
B
int
cI
pI
pRE
CII
CII
C
OFF pL o L
O P Q R
CI
o R pR OFF
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Figure 8.7
A
A′
attP
P O P′
×
cos
B O B′
attB
QR
xis
A
J
i
nt
8
attP
Int
×
gal
B
int xis
gal attB/P
attB
bio
A
J
attP/B bio
8
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Figure 8.8
pL
cI
No repressor
oL1
oL2
oL3
oR3 oR2 oR1
pR
OFF
pL
oL1
Low repressor
concentration
oL2
oL3
cI mRNA
pRM
oR3 oR2 oR1
pR
OFF
High repressor
concentration
oL1
oL2
OFF
oL3
oR3 oR2 oR1
OFF
8
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Figure 8.9
RecA
DNA damage
ssDNA
RecA*
1. Repressor cleaved
pL
int xis
cro
o1 o2 o3
o3 o2 o1
OP
pR
2. Int and Xis produced
Int/Xis
attP/B
bio
×
gal
attB/P
3. Excision
gal
bio
8
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Figure 8.10
OFF
PRM
cI
Low [Cro]
oR3
oR2
oR1
ON
pR
oR3
oR2
oR1
oR3
oR2
oR1
High [Cro]
pR
Low-level transcription
of early lytic genes
Affinity of oR for Cro: oR1 > oR2= oR3
8
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Table 8.3
���������
������������������������������������������
�����������������������������
�������������������������
�� ��������������������� ��� ��
�� ������������������������
�� ������������������
�� �����������������������
�� ������������������������
�� ������������������������
�� ����������
�� ������������
�� ��������������������������������������������������
�� ���������������� ���������������������������������������������
���������������
�� ����������������������������������������������������������
�� �����������������������������������������������������������
�������� ������������������������
��� ������������������������������������������������������������� ���
����������
��� �������������������������������������������������������
�� ������������������������������������������� ��� �� �����������������
��� �� ���������������������������������������������������������
8
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Box 8.2
A
After λ infection, int expressed from pI
RNase III cleavage site
t
int
xis
nutL
int
xis
nutL
int
pI
xis
pL
attP
RNase III
site
RNase II
t
pL
attP
B
After induction, int and xis expressed from pL
nutL
int
attB/P
xis
pL
RNase III site
t attP/B
8
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Figure 8.11
A
λ genome
int
xis
cIII
2
L
pI
N
1
L
t
t
cro
cI
nutL pLoL
pRM oR pR
cII
OP
Q
1
R
Late genes
2
R
nutR t pRE
t
p′R t′R
Regulatory sites
B
Early after infection
N
tL1
Immediately:
pL
tR1
pR
Cro
N p
L
Then:
pR
N
CII
C
Decision
Environmental factors
cII
Inactive
D
Active
E
Lytic cycle
Cro
1st:
oR3 pR
CI
OFF Cro
1st:
Late genes
2nd:
N
p′R
CII
pI
pRE
N
pL
pR
Int
Q
pL oL
Red Gam
2nd:
O P
Q
OFF pLoL
CI
CI
CII
pRM oR pR
OFF
CI
Replication
Phage DNA integration
Phage production and lysis
Maintenance of lysogen
Lysogeny
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Figure 8.12
BP′
gal
Prophage
int xis cI
att
A
J
PB′
bio
att
Induction
A
J
PB′
bio
×
gal
BP′ int
Rare excision error yields a
low-frequency-transducing lysate
A
8
λdgal
cI
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Figure 8.13
cos
cos
8
gal
gal +
BP′
BP′
PB′
Induction with UV light
gal +
BP′
c os
s
co
PB′
×
gal
BP′
Excision and packaging yield a
high-frequency-transducing lysate
λ+
λdgal
and
gal +
8
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Figure 8.14
A
P4 infects a P2 lysogen
B
P4
P2 infects a P4 lysogen
P2
P2
P4
P4 inhibits
P2 repressor
Sid
Reduces head size
P4 Sid protein
reduces P2 head size
Sid
Induction
of lysogen
and P2 head
and tail
production
P4 DNA
Small P2
heads package
P4 DNA
P4
P4
P4
P4
Small P2
heads package
P4 DNA
P4
P4
P4
P4
P4
P4
8
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Figure 8.15
Kanr
∆attP site deleted
Q
attB
×
Q
Kanr
attB
Q
Q
Prophage
Phage λ and Lysogeny
8
FIND
CHAP TOC
Figure 8.16
pstx
P RM
nutL
p LoR
tL1
attL
Recombination
nutR
N
oRpR
cI
tR1
cro
tRstx
qut
CII OP
tR234
pR′
Q
–N
+N
–Q
+Q
t R′
attR
stx2AB
SR
(lysis)
Late genes
(morphogenesis)
8
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Figure 8.17
cIts
cIts
1 Infection at nonpermissive
temperature (42°C)
If complementation occurs
2 Incubation
at 42°C
If complementation fails
Lysogens form colonies
3 Plate at permissive
temperature (30°C)
No bacterial survivors,
so no colonies
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Figure 8.18
N
RP
Red+
Gam+
red
gam
tL1
red
gam
tL1
nutL*
pL
nutL
red
gam tions
a
mut
nut
mut L (*)
atio
n
8
pL
red* gam*
P2 lysogen
(λ plaques)
tL1
nutL
pL
8
Phage λ and Lysogeny
FIND
CHAP TOC
Figure 8.19
A
tL1
red + gam +
nutL*
Phenotype
Red– Gam–
×
tL1
nutL+
Red– Gam–
bio
tL1
red + gam +
nutL+
Red+ Gam+
tL1
nutL*
Red– Gam–
bio
Plaques on RecA– E. coli
B
red
tL1
gam
nutL+
Red– Gam–
×
tL1
nutL+
Red– Gam–
bio
red
gam
tL1
nutL+
Red– Gam–
tL1
nutL+
Red– Gam–
bio
No plaques on RecA– E. coli