《遗传变异》课件

第 六 章 遗 传 与 变 异n 湖 北 -神 农 架 的 “ 猴 娃 ”n 江 西 姑 娘 小 燕 “ 变 异 综 合 症 ” n 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n 遗 传 （ heredity） 子 代 与 亲 代 相 似 性 使 病 原 生 物 保 持 种 属 特 性n 变 异 （ variation） 子 代 与 亲 代 的 差 异 性 使 物 种 得 以 进 化n 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n 1.突 变 的 规 律 (影 印 实 验 ) (二 )基 因 的 转 移 与 重 组n 基 因 转 移 （ gene transfer） 遗 传 物 质 由 供体 菌 转 入 受 体 菌 的 过 程 称 n 基 因 重 组 （ recombination） 转 移 的 基 因 与受 体 菌 DNA整 合 称 - n 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)n 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 n 接 合 条 件 ： 供 体 菌 具 有 F质 粒 或 R质 粒n （ 1） F 质 粒 (Fertility plasmid)n F质 粒 结 合 : F+ F- F+ F + n 高 频 重 组 菌 株 (Hfr )与 F 接 合 n （ 2） R质 粒 （ Resistance plasmid） 5.原 生 质 体 融 合（ protoplast fusion）n 细 胞 质 融 合 是 人 工 基 因 转 移 系 统n 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n 用 于 细 菌 的 鉴 定 和 分 型n 对 流 行 病 学 的 调 查 和 追 踪 传 染 源 有 重 要 意 义 n 检 测 标 本 中 的 未 知 细 菌n 是 分 子 生 物 学 研 究 的 工 具n 做 外 源 基 因 的 载 体 第 6章 学 习 重 点n 细 菌 的 变 异 现 象 都 包 括 那 些 ？n 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 ？n 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 ？n 细 菌 的 遗 传 变 异 在 医 学 上 的 应 用 n 毒 性 噬 菌 体 与 溶 菌 周 期 、 温 和 噬 菌 体 与 溶 原 状 态 n 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1000 1300m，含 5 106bp， 约 5000个 基 因 ，复 制 周 期 20min 质 粒 特 性n 具 有 自 我 复 制 的 能 力 （ 严 紧 型 /松 散 型 ）n 编 码 产 物 赋 予 细 菌 某 些 性 状 n 可 自 行 丢 失 或 人 工 消 除 失 去 所 赋 予 的 性 状 n 可 通 过 接 合 ， 转 化 或 转 导 等 方 式 转 移 n 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n 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 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 n 鼠 伤 寒 沙 门 菌n 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n 常 见 2种 ： n 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n 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