1、第六章 遺傳與變異,湖北-神農(nóng)架的 “猴娃” 江西姑娘小燕 “變異綜合癥” 遼寧岫巖的“毛孩” 于震寰,遺傳變異的普遍性-低等生物高等生物,？遺傳與變異,遺傳（heredity）子代與親代相似性 使病原生物保持種屬特性 變異（variation）子代與親代的差異性 使物種得以進(jìn)化 變異有兩種類型 基因型變異基因結(jié)構(gòu)發(fā)生變異-遺傳性變異 表型變異基因的表達(dá)出現(xiàn)差異-非遺傳性變異,第一節(jié) 細(xì)菌的遺傳與變異,一、細(xì)菌的變異現(xiàn)象 1.形態(tài)結(jié)構(gòu)變異 形態(tài) L型變異-多態(tài)性 結(jié)構(gòu) H-O變異-失去鞭毛,-可復(fù)原,2.生理特性變異,毒力變異 增強(qiáng)白喉?xiàng)U菌無(wú)毒株 有毒株 減弱-如BCG（卡介苗） 抗原性變異腸

2、道桿菌的H/O抗原變異 耐藥性變異- 敏感性 耐藥 依賴性 酶活性變異-營(yíng)養(yǎng)缺陷型 菌落變異(S-R變異)-毒力、抗原性減弱等,二、 細(xì)菌的遺傳物質(zhì),（一）細(xì)菌染色體 控制細(xì)菌的遺傳和變異 （二）質(zhì)粒（Plasmid） 是細(xì)菌染色體以外的遺傳物質(zhì) （三）轉(zhuǎn)位因子 （transposable element） 存在于細(xì)菌染色體或質(zhì)粒DNA分子上的一段 具有轉(zhuǎn)位特性的核苷酸序列,三、細(xì)菌變異的機(jī)制,(一) 基因突變 1.突變的規(guī)律 (影印實(shí)驗(yàn)) 2.突變的機(jī)制 (二)基因的轉(zhuǎn)移與重組 基因轉(zhuǎn)移（gene transfer） 遺傳物質(zhì)由供體菌轉(zhuǎn)入受體菌的過(guò)程稱 基因重組（recombination）

3、轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNA整合稱- 基因轉(zhuǎn)移的方式: 轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合、 溶原性轉(zhuǎn)換和細(xì)胞融合,1.轉(zhuǎn)化 (transformation) 是供體菌裂解，游離DNA片段被受體菌直接攝取的過(guò)程,2.轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction ) 是以噬菌體為載體，將供體菌DNA轉(zhuǎn)移到受體菌的過(guò)程,普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo),局限性轉(zhuǎn)導(dǎo),轉(zhuǎn)導(dǎo),完全轉(zhuǎn)導(dǎo),流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo),3. 溶原性轉(zhuǎn)換 (lycogenic conversion),是指溶原性宿主菌染色體整合了噬菌體DNA片段, 而獲得新的生物學(xué)性狀 如白喉棒狀桿菌感染-棒狀噬菌體，而獲得產(chǎn)毒能力,4. 接合 (conjugation),供體菌通過(guò)性菌毛將自身的DNA轉(zhuǎn)入受體菌內(nèi)，使

4、受體菌獲得新的遺傳性狀，稱為 接合條件：供體菌具有F質(zhì)?；騌質(zhì)粒 （1）F 質(zhì)粒 (Fertility plasmid) F質(zhì)粒結(jié)合: F+ F- F+ F + 高頻重組菌株(Hfr )與F 接合 （2）R質(zhì)粒（Resistance plasmid）,5.原生質(zhì)體融合 （protoplast fusion）,細(xì)胞質(zhì)融合是人工基因轉(zhuǎn)移系統(tǒng) 是指將兩種不同的細(xì)菌經(jīng)溶菌酶或青霉素等處理，失去細(xì)胞壁成為原生質(zhì)體后進(jìn)行彼此融合的過(guò)程,（三）細(xì)菌遺傳變異在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用,1.用于疾病的診斷、診斷、 治療： 診斷：注意形態(tài)結(jié)構(gòu)生化反應(yīng)等變異（如L型） 預(yù)防：疫苗的制備 治療：防止耐藥性產(chǎn)生 藥敏、聯(lián)合、足量、

5、不濫用 2.用于測(cè)定致癌物質(zhì)：Ames試驗(yàn) 3.用于流行病學(xué)調(diào)查：質(zhì)粒指紋圖譜法 4.用于基因工程：生產(chǎn)胰島素、干擾素、生長(zhǎng)素等生物制劑,一、基因突變 由于堿基的置換、缺失或插入而引起的改變 如ts突變株 二、基因重組（genetic recombination） 重組體(recombinant)具有兩個(gè)親代病毒特征 三、基因產(chǎn)物的相互作用 互補(bǔ)作用和加強(qiáng)作用復(fù)制更多 表型混合與核殼轉(zhuǎn)移 能改變病毒的宿主范圍 可影響病毒的血清學(xué)鑒定,第二節(jié) 病毒的遺傳與變異,第三節(jié) 噬菌體（bacteriophage ),一、噬菌體的生物學(xué)性狀 1.形態(tài)結(jié)構(gòu) 多為蝌蚪形 分頭部和尾部?jī)刹糠?頭部 蛋白外殼 +

6、 核心(DNA或RNA) 保護(hù)作用，遺傳物質(zhì) 尾部 在感染細(xì)菌時(shí)起吸附作用 3. 有嚴(yán)格寄生性和高度特異性 4. 抵抗力 較細(xì)菌強(qiáng)，耐700c 30min,（一）毒性噬菌體與溶菌周期 溶菌周期 噬菌體增殖 細(xì)菌被裂解稱為-由毒性噬菌體 （virulent phage）所致 噬菌體增殖周期：吸附、穿入、生物合成、成熟釋放4個(gè)階段 噬菌現(xiàn)象 在液體培養(yǎng)基混濁的菌液變透明 在固體培養(yǎng)基-形成噬菌斑(plaque） 噬菌斑意義 鑒定噬菌體 鑒定細(xì)菌 測(cè)定噬菌體數(shù)量，用PFU,二 、噬菌體與細(xì)菌的關(guān)系,噬菌體感染細(xì)菌后有兩種后果:,溶原狀態(tài) 噬菌體核酸整合到細(xì)菌的染色體上，隨細(xì)菌DNA復(fù)制而復(fù)制，噬菌體

7、不增殖，不產(chǎn)生子代噬菌體，不裂解細(xì)菌，這種狀態(tài)稱溶原狀態(tài)；這種噬菌體稱溫和噬菌體 前噬菌體(prophge) 整合在細(xì)菌染色體上的噬菌體核酸稱 溶原性細(xì)菌(lysogenic bacteria) 帶有前噬菌體的細(xì)菌稱 溶原性細(xì)菌的特征,(二)溫和噬菌體與溶原狀態(tài),三、噬菌體的應(yīng)用,用于細(xì)菌的鑒定和分型 對(duì)流行 病學(xué)的調(diào)查和追蹤傳染源有重要意義 檢測(cè)標(biāo)本中的未知細(xì)菌 是分子生物學(xué)研究的工具 做外源基因的載體,第6章 學(xué)習(xí)重點(diǎn),細(xì)菌的變異現(xiàn)象都包括那些？ 細(xì)菌的遺傳物質(zhì)有那三種？細(xì)菌染色體特點(diǎn)與功能，質(zhì)粒的特性，轉(zhuǎn)位因子有那些？ 細(xì)菌基因轉(zhuǎn)移和重組有哪幾種方式？耐藥質(zhì)粒可經(jīng)哪些方式傳遞？ 細(xì)菌的遺

8、傳變異在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 毒性噬菌體與溶菌周期、溫和噬菌體與溶原狀態(tài) 名詞概念 -變異，H-O變異,質(zhì)粒(R、F、Vi),轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo), 條件致死性突變株、ts突變株,毒性噬菌體、溶菌周期、PFU、溫和噬菌體、前噬菌體、溶原性細(xì)菌,湖北神農(nóng)架的“猴娃”,江西的“變異綜合癥”,細(xì)菌染色體特點(diǎn),1.雙股環(huán)狀DNA；2. 缺乏組蛋白； 3.無(wú)核膜，附著在橫隔中介體上或胞膜上； 4.基因是連續(xù)的-無(wú)內(nèi)含子； 5.雙向復(fù)制,如：E.coli 染色體長(zhǎng)約 10001300m， 含5106bp， 約5000個(gè)基因， 復(fù)制周期20min,質(zhì)粒特性,具有自我復(fù)制的能力（嚴(yán)緊型/松散型） 編碼產(chǎn)物賦予細(xì)菌某些性狀 可自

9、行丟失或人工消除 失去所賦予的性狀 可通過(guò)接合，轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導(dǎo)等方式轉(zhuǎn)移 分為相容性和不相容性兩種質(zhì)粒,醫(yī)學(xué)上重要的質(zhì)粒及其 賦予細(xì)菌的新性狀,F質(zhì)粒(fertility plasmid) 致育性，編碼性菌毛 R質(zhì)粒(resistance plasmid) 編碼對(duì)抗生素耐藥性 Vi質(zhì)粒(Virulence plasmid) 編碼毒力因子 Col質(zhì)粒(coliciogenic plasmid) 編碼產(chǎn)生大腸菌素 代謝質(zhì)粒-編碼相關(guān)的代謝酶,轉(zhuǎn)位因子包括三類,1.插入序列（insertion sequence,Is） 2.轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn） 3.轉(zhuǎn)座噬菌體或前噬菌體（prophage

10、),基因突變,突變（Mutation） 細(xì)菌的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生突然而穩(wěn)定的變化稱。包括兩種： *基因突變 染色體上一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)堿基改變 *染色體畸變 較大范圍的DNA結(jié)構(gòu)變化， 如缺失、易位、重復(fù)、倒位 *野生型（Wild type）未發(fā)生突變的菌株 *突變型（Mutant type）發(fā)生突變的菌株,(1)突變是隨機(jī)的， 自然突變率極低,約為10-10-10-5 (2)基因突變與選擇 (3)具有相對(duì)穩(wěn)定性 (4)可發(fā)生回復(fù)突變(Backward mutation) 變回野生型,突變的規(guī)律 (以耐藥性基因突變?yōu)槔?,影印培養(yǎng)試驗(yàn),說(shuō)明耐藥性基因突變?cè)谑褂每咕刂熬鸵呀?jīng)存在,2.突變的機(jī)制,(

11、1)誘發(fā)突變(induce mutation) 人工使用誘變劑引起的基因突變 (2)自發(fā)突變(spontaneous mutation)DNA分子本身不經(jīng)任何處理而自然發(fā)生的突變 (3)DNA的損傷修復(fù)發(fā)生錯(cuò)誤-造成細(xì)菌變異,轉(zhuǎn)化,普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(Generalized transduction),供體菌染色體的任何一個(gè)基因都有機(jī)會(huì)被轉(zhuǎn)導(dǎo)的轉(zhuǎn)導(dǎo)方式成為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo),完全轉(zhuǎn)導(dǎo)模式圖,局限性轉(zhuǎn)導(dǎo) (Restricted transduction) 僅能轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌染色體上特定基因轉(zhuǎn)導(dǎo)的轉(zhuǎn)導(dǎo)方式,大腸桿菌K12噬菌體感染大腸桿菌，其DNA插入 特定位點(diǎn)：gal和 bio 之間，脫離時(shí)只能帶有g(shù)al or b

12、io基因,接合,供體菌通過(guò)性菌毛將自身的DNA轉(zhuǎn)入受體菌內(nèi)，使受體菌獲得新的遺傳性狀,F質(zhì)粒接合： F+ F- F+ F +,F質(zhì)粒編碼性菌毛,Hfr 與 F 接合,R 質(zhì)粒結(jié)構(gòu)示意圖,結(jié)合性R質(zhì)粒由2部分組成 耐藥性傳遞子（RTF）-編碼性菌毛 耐藥決定子- 賦予細(xì)菌耐藥性 非結(jié)合性R質(zhì)粒僅有耐藥決定子，不能以接合方式轉(zhuǎn)移，可通過(guò)噬菌體轉(zhuǎn)移,Ames試驗(yàn),鼠傷寒沙門菌 組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型(his-),在無(wú)組氨酸的培養(yǎng)基上,誘變劑,生長(zhǎng),恢復(fù)突變,野生型,不生長(zhǎng),變異,基因突變,常見(jiàn)2種： 1.條件致死性突變株（conditional-lethal mutant) 基因突變導(dǎo)致病毒在某種條件下能

13、增殖，而在另一種條件下不能增殖。如ts突變株 2.缺陷型干擾突變株(defective inhibvition, DIM)核酸缺失導(dǎo)致基因短缺，使病毒不能單獨(dú)復(fù)制。只有在輔助病毒存在時(shí)才能增殖。如HDV+HBV才能復(fù)制,溫度敏感性突變株 (temperature sensitive mutant， ts突變株),特點(diǎn)： 在28-350C生長(zhǎng)，37-400C不生長(zhǎng)。 機(jī)理：基因突變導(dǎo)致其編碼的蛋白質(zhì)或酶在較高溫度下失活 意義：毒力減弱，保持抗原性， 可用做生產(chǎn)疫苗。如流感疫苗 ts株來(lái)源于點(diǎn)突變，回復(fù)突變率高，應(yīng)進(jìn)行多次溫度誘變，獲得穩(wěn)定的突變株，才可用于制備疫苗（如脊髓灰質(zhì)炎減毒活疫苗）,由于核酸內(nèi)切酶和連接酶的作用，使兩種病毒核酸分子同時(shí)斷裂后交叉連接所致。,重組可發(fā)生在基因組不分節(jié)段的病毒,每一個(gè)階段相當(dāng)于一個(gè)基因組，可以獨(dú)立復(fù)制，裝配時(shí)兩種病毒核酸階段被隨機(jī)套入衣殼而出現(xiàn)重配（reassortment ）使子代產(chǎn)生重組體。如流感病毒和呼腸病毒。,：,重組更多見(jiàn)于基因組分節(jié)段的病毒,流感病毒基因重配,1.解釋流感流行的病因 人流感病毒+動(dòng)物流感病毒重組體，可以感染人，有新抗原，人體缺乏免疫力而引起流行 2.利用重組株做疫苗 如流感病毒A0生長(zhǎng)快，無(wú)新抗原 A3生長(zhǎng)慢，有新抗原 A0 (滅活)+A3(活)共同培養(yǎng)交叉復(fù)活重組株 特點(diǎn):生長(zhǎng)快，有新抗原，可做疫苗 3.與腫瘤的發(fā)生