《遗传变异》PPT课件.ppt

第六章 遗传与变异,湖北-神农架的“猴娃”江西姑娘小燕“变异综合症”辽宁岫岩的“毛孩”于震寰,遗传变异的普遍性-低等生物高等生物,？遗传与变异,遗传（heredity）子代与亲代相似性 使病原生物保持种属特性变异（variation）子代与亲代的差异性 使物种得以进化变异有两种类型基因型变异基因结构发生变异-遗传性变异 表型变异基因的表达出现差异-非遗传性变异,第一节 细菌的遗传与变异,一、细菌的变异现象1.形态结构变异 形态 L型变异-多态性 结构 H-O变异-失去鞭毛,-可复原,2.生理特性变异,毒力变异 增强白喉杆菌无毒株 有毒株 减弱-如BCG（卡介苗）抗原性变异肠道杆菌的H/O抗原变异 耐药性变异-敏感性 耐药 依赖性酶活性变异-营养缺陷型菌落变异(S-R变异)-毒力、抗原性减弱等,二、细菌的遗传物质,（一）细菌染色体 控制细菌的遗传和变异（二）质粒（Plasmid）是细菌染色体以外的遗传物质（三）转位因子（transposable element）存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一段 具有转位特性的核苷酸序列,三、细菌变异的机制,(一)基因突变1.突变的规律(影印实验)2.突变的机制(二)基因的转移与重组基因转移（gene transfer）遗传物质由供体菌转入受体菌的过程称 基因重组（recombination）转移的基因与受体菌DNA整合称-基因转移的方式:转化、转导、接合、溶原性转换和细胞融合,1.转化(transformation)是供体菌裂解，游离DNA片段被受体菌直接摄取的过程,2.转导（transduction)是以噬菌体为载体，将供体菌DNA转移到受体菌的过程,普遍性转导,局限性转导,转导,完全转导,流产转导,3.溶原性转换(lycogenic conversion),是指溶原性宿主菌染色体整合了噬菌体DNA片段,而获得新的生物学性状 如白喉棒状杆菌感染-棒状噬菌体，而获得产毒能力,4.接合(conjugation),供体菌通过性菌毛将自身的DNA转入受体菌内，使受体菌获得新的遗传性状，称为 接合条件：供体菌具有F质粒或R质粒（1）F 质粒(Fertility plasmid)F质粒结合:F+F-F+F+高频重组菌株(Hfr)与F 接合（2）R质粒（Resistance plasmid）,5.原生质体融合（protoplast fusion）,细胞质融合是人工基因转移系统是指将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失去细胞壁成为原生质体后进行彼此融合的过程,（三）细菌遗传变异在医学上的应用,1.用于疾病的诊断、诊断、治疗：诊断：注意形态结构生化反应等变异（如L型）预防：疫苗的制备 治疗：防止耐药性产生 药敏、联合、足量、不滥用 2.用于测定致癌物质：Ames试验 3.用于流行病学调查：质粒指纹图谱法4.用于基因工程：生产胰岛素、干扰素、生长素等生物制剂,一、基因突变 由于碱基的置换、缺失或插入而引起的改变 如ts突变株二、基因重组（genetic recombination）重组体(recombinant)具有两个亲代病毒特征三、基因产物的相互作用 互补作用和加强作用复制更多 表型混合与核壳转移 能改变病毒的宿主范围 可影响病毒的血清学鉴定,第二节 病毒的遗传与变异,第三节 噬菌体（bacteriophage),一、噬菌体的生物学性状1.形态结构 多为蝌蚪形 分头部和尾部两部分 头部 蛋白外壳+核心(DNA或RNA)保护作用，遗传物质 尾部 在感染细菌时起吸附作用 3.有严格寄生性和高度特异性 4.抵抗力 较细菌强，耐700c 30min,（一）毒性噬菌体与溶菌周期 溶菌周期 噬菌体增殖 细菌被裂解称为-由毒性噬菌体（virulent phage）所致 噬菌体增殖周期：吸附、穿入、生物合成、成熟释放4个阶段 噬菌现象 在液体培养基混浊的菌液变透明 在固体培养基-形成噬菌斑(plaque）噬菌斑意义 鉴定噬菌体 鉴定细菌 测定噬菌体数量，用PFU,二、噬菌体与细菌的关系,噬菌体感染细菌后有两种后果:,溶原状态 噬菌体核酸整合到细菌的染色体上，随细菌DNA复制而复制，噬菌体不增殖，不产生子代噬菌体，不裂解细菌，这种状态称溶原状态；这种噬菌体称温和噬菌体 前噬菌体(prophge)整合在细菌染色体上的噬菌体核酸称 溶原性细菌(lysogenic bacteria)带有前噬菌体的细菌称溶原性细菌的特征,(二)温和噬菌体与溶原状态,三、噬菌体的应用,用于细菌的鉴定和分型对流行 病学的调查和追踪传染源有重要意义 检测标本中的未知细菌是分子生物学研究的工具做外源基因的载体,第6章 学习重点,细菌的变异现象都包括那些？细菌的遗传物质有那三种？细菌染色体特点与功能，质粒的特性，转位因子有那些？细菌基因转移和重组有哪几种方式？耐药质粒可经哪些方式传递？细菌的遗传变异在医学上的应用 毒性噬菌体与溶菌周期、温和噬菌体与溶原状态 名词概念-变异，H-O变异,质粒(R、F、Vi),转化、转导,条件致死性突变株、ts突变株,毒性噬菌体、溶菌周期、PFU、温和噬菌体、前噬菌体、溶原性细菌,湖北神农架的“猴娃”,江西的“变异综合症”,细菌染色体特点,1.双股环状DNA；2.缺乏组蛋白；3.无核膜，附着在横隔中介体上或胞膜上；4.基因是连续的-无内含子；5.双向复制,如：E.coli 染色体长约10001300m，含5106bp，约5000个基因，复制周期20min,质粒特性,具有自我复制的能力（严紧型/松散型）编码产物赋予细菌某些性状 可自行丢失或人工消除 失去所赋予的性状 可通过接合，转化或转导等方式转移 分为相容性和不相容性两种质粒,医学上重要的质粒及其赋予细菌的新性状,F质粒(fertility plasmid)致育性，编码性菌毛R质粒(resistance plasmid)编码对抗生素耐药性 Vi质粒(Virulence plasmid)编码毒力因子Col质粒(coliciogenic plasmid)编码产生大肠菌素代谢质粒-编码相关的代谢酶,转位因子包括三类,1.插入序列（insertion sequence,Is）2.转座子（transposon,Tn）3.转座噬菌体或前噬菌体（prophage),基因突变,突变（Mutation）细菌的遗传物质结构发生突然而稳定的变化称。包括两种：*基因突变 染色体上一对或少数几对碱基改变*染色体畸变 较大范围的DNA结构变化，如缺失、易位、重复、倒位*野生型（Wild type）未发生突变的菌株*突变型（Mutant type）发生突变的菌株,(1)突变是随机的，自然突变率极低,约为10-10-10-5(2)基因突变与选择(3)具有相对稳定性(4)可发生回复突变(Backward mutation)变回野生型,突变的规律(以耐药性基因突变为例),影印培养试验,说明耐药性基因突变在使用抗菌素之前就已经存在,2.突变的机制,(1)诱发突变(induce mutation)人工使用诱变剂引起的基因突变(2)自发突变(spontaneous mutation)DNA分子本身不经任何处理而自然发生的突变(3)DNA的损伤修复发生错误-造成细菌变异,转化,普遍性转导(Generalized transduction),供体菌染色体的任何一个基因都有机会被转导的转导方式成为普遍性转导,完全转导模式图,局限性转导(Restricted transduction)仅能转导供体菌染色体上特定基因转导的转导方式,大肠杆菌K12噬菌体感染大肠杆菌，其DNA插入 特定位点：gal和 bio 之间，脱离时只能带有gal or bio基因,接合,供体菌通过性菌毛将自身的DNA转入受体菌内，使受体菌获得新的遗传性状,F质粒接合：F+F-F+F+,F质粒编码性菌毛,Hfr 与 F 接合,R 质粒结构示意图,结合性R质粒由2部分组成 耐药性传递子（RTF）-编码性菌毛 耐药决定子-赋予细菌耐药性非结合性R质粒仅有耐药决定子，不能以接合方式转移，可通过噬菌体转移,Ames试验,鼠伤寒沙门菌组氨酸营养缺陷型(his-),在无组氨酸的培养基上,诱变剂,生长,恢复突变,野生型,不生长,变异,基因突变,常见2种：1.条件致死性突变株（conditional-lethal mutant)基因突变导致病毒在某种条件下能增殖，而在另一种条件下不能增殖。如ts突变株2.缺陷型干扰突变株(defective inhibvition,DIM)核酸缺失导致基因短缺，使病毒不能单独复制。只有在辅助病毒存在时才能增殖。如HDV+HBV才能复制,温度敏感性突变株(temperature sensitive mutant，ts突变株),特点：在28-350C生长，37-400C不生长。机理：基因突变导致其编码的蛋白质或酶在较高温度下失活 意义：毒力减弱，保持抗原性，可用做生产疫苗。如流感疫苗 ts株来源于点突变，回复突变率高，应进行多次温度诱变，获得稳定的突变株，才可用于制备疫苗（如脊髓灰质炎减毒活疫苗）,由于核酸内切酶和连接酶的作用，使两种病毒核酸分子同时断裂后交叉连接所致。,重组可发生在基因组不分节段的病毒,每一个阶段相当于一个基因组，可以独立复制，装配时两种病毒核酸阶段被随机套入衣壳而出现重配（reassortment）使子代产生重组体。如流感病毒和呼肠病毒。,：,重组更多见于基因组分节段的病毒,流感病毒基因重配,1.解释流感流行的病因 人流感病毒+动物流感病毒重组体，可以感染人，有新抗原，人体缺乏免疫力而引起流行 2.利用重组株做疫苗 如流感病毒A0生长快，无新抗原 A3生长慢，有新抗原 A0(灭活)+A3(活)共同培养交叉复活重组株 特点:生长快，有新抗原，可做疫苗 3.与肿瘤的发生有关 病毒核酸与宿主细胞染色体重组细胞转化形成肿瘤,基因重组的意义：,噬菌体,E.coli 的噬菌体,溶菌周期,溶菌周期,溶原状态,噬菌斑与噬斑形成单位 plaque&PFU（plaque form unit),能正常分裂传代产生”免疫”前噬菌体，编码阻遏蛋白，抑制后进入的噬菌体的生物合成 可有基因型和形状的改变 如-棒状噬菌体感染白喉棒状杆菌后 发生毒力变异产生外毒素 可终止溶原状态进入溶菌周期,溶原性细菌的特征,毛孩于震环,