《语文遗传变异》ppt课件

1、微生物的遗传与进化微生物的遗传与进化1细菌的遗传变异细菌的遗传变异n细菌的遗传：细菌的遗传：指亲代细菌与子代细菌的相似性，指亲代细菌与子代细菌的相似性，它使细菌的性状保持相对稳定，是各种细菌存在它使细菌的性状保持相对稳定，是各种细菌存在的根据。的根据。n细菌的变异：细菌的变异：指亲代与子代以及子代细菌之间指亲代与子代以及子代细菌之间的不相似性，细菌得以发展进化。的不相似性，细菌得以发展进化。2第一节第一节 细菌遗传的物质基础细菌遗传的物质基础 一一.基因组（基因组（genome） 位于核体，是遗传的主要物质基础。位于核体，是遗传的主要物质基础。由两条环状双螺旋由两条环状双螺旋DNA长链组成，含

2、长链组成，含细菌的遗传基因，控制细菌的遗传与细菌的遗传基因，控制细菌的遗传与变异。变异。 二二.质粒（质粒（plasmid） 细菌染色体外的遗传物质，编码细细菌染色体外的遗传物质，编码细菌各种重要的生物学性状。菌各种重要的生物学性状。 3 1.致育质粒或致育质粒或F质粒（质粒（fertility plasmid） 编码性菌毛的质粒编码性菌毛的质粒 2.毒力质粒或毒力质粒或Vi质粒（质粒（virulence plasmid） 编码细菌各种毒力因子编码细菌各种毒力因子 3. 耐药质粒或耐药质粒或R质粒（质粒（resistance plasmid） 细菌对抗菌药物或重金属盐类的抗性细菌对抗菌药物或重

3、金属盐类的抗性 4. 细菌素质粒细菌素质粒 控制细菌产生菌素控制细菌产生菌素(一）质粒的种类一）质粒的种类41.质粒可以自身复制质粒可以自身复制2.质粒编码细菌各种重要的生物学性状质粒编码细菌各种重要的生物学性状 3.质粒可以自行丢失或经人工处理而消除质粒可以自行丢失或经人工处理而消除4.质粒的转移不仅可发生在同种、同属的细菌之间，质粒的转移不仅可发生在同种、同属的细菌之间，甚至还可在不同种属的细菌间进行甚至还可在不同种属的细菌间进行 5.具有相容性和不相容性具有相容性和不相容性（二）特点（二）特点5 毒力岛：毒力岛：指病原菌的某个或某些毒力基因群，指病原菌的某个或某些毒力基因群，分子结构与功

4、能有别于细菌染色体，但位于细分子结构与功能有别于细菌染色体，但位于细菌染色体之内菌染色体之内 。三、毒力岛（三、毒力岛（pathogenicity island, PAI）6第二节第二节 基因突变基因突变基因突变：基因突变：指生物细胞遗传物质指生物细胞遗传物质DNA分子结构突分子结构突 然发生了稳定的可遗传的变化。它是然发生了稳定的可遗传的变化。它是 生物进化的个重要因素。生物进化的个重要因素。 71.染色体畸变染色体畸变 ：染色体的一大段发生了变化。染色体的一大段发生了变化。 2.点突变点突变 ：相应基因上的相应基因上的DNA链中一个或少数链中一个或少数几个核苷酸对的改变几个核苷酸对的改变

5、。一、类型一、类型（一）按发生改变的范围大小（一）按发生改变的范围大小8910 1.自发突变自发突变 ：自然发生的突变，突变率很低。自然发生的突变，突变率很低。2.人工诱变人工诱变 ：应用诱变因素的影响下而发生的突变，应用诱变因素的影响下而发生的突变， 其突变率常高于自然突变。其突变率常高于自然突变。 （二）按细菌基因突变条件不同（二）按细菌基因突变条件不同111.菌落形态变异菌落形态变异 SR变异变异 2.抗原变异抗原变异 编码细菌的抗原结构包括菌体抗原、鞭毛抗原、荚膜编码细菌的抗原结构包括菌体抗原、鞭毛抗原、荚膜抗原等的基因发生突变时，引起细菌抗原性变异抗原等的基因发生突变时，引起细菌抗原

6、性变异 3.抗性变异抗性变异 是对某种化学药物或致死物理因子抗性的变异是对某种化学药物或致死物理因子抗性的变异 4.营养型变异营养型变异 主要引起营养缺陷型变异主要引起营养缺陷型变异（三）按突变产生的生物学影响（三）按突变产生的生物学影响12 (一一) 物理方法物理方法 温度及各种射线（紫外线、激光等非电离辐射和温度及各种射线（紫外线、激光等非电离辐射和射线、射线、射线、射线、射线、快中子等电离辐射）。射线、快中子等电离辐射）。（二）化学方法（二）化学方法 化学诱变剂，化学诱变剂， 有有5溴脱氧尿苷、溴脱氧尿苷、5氟脱氧苷、氟脱氧苷、2氨氨基嘌呤、基嘌呤、8氮鸟嘌呤氮鸟嘌呤 等。等。 二、诱发

7、细菌变异的方法二、诱发细菌变异的方法 13141516 （三）生物学方法（三）生物学方法 1.增强毒力增强毒力 (1)连续通过易感动物，可使毒力增强连续通过易感动物，可使毒力增强 (2)被温和噬菌体感染，可增强毒力被温和噬菌体感染，可增强毒力 2.减弱毒力减弱毒力 (1)自发减弱的现象自发减弱的现象 （2）长期传代培养致弱）长期传代培养致弱 (3)病原菌通过非易感动物、鸡胚等方法病原菌通过非易感动物、鸡胚等方法 17第三节第三节 基因的转移与重组基因的转移与重组 外源性的遗传物质由供体菌进入受体菌外源性的遗传物质由供体菌进入受体菌细胞内的过程称为基因转移（细胞内的过程称为基因转移（gene t

8、ransfer)；转移的基因与受体菌；转移的基因与受体菌DNA整合整合在一起称为重组在一起称为重组(recombination)。细菌。细菌基因转移和重组的主要方式有基因转移和重组的主要方式有转化、转导、转化、转导、接合接合等。等。18 转化：转化：供体菌游离的供体菌游离的DNA片段直接进入受片段直接进入受体菌，使受体菌获得新的性状。体菌，使受体菌获得新的性状。 一、转化一、转化(transformation)19实实 验验: 研究肺炎球菌时发现。研究肺炎球菌时发现。20v加加S菌菌DNAv加加S菌菌DNA及及DNA酶以酶以 外的酶外的酶v加加S菌的菌的DNA和和DNA酶酶v加加S菌的菌的RN

9、Av加加S菌的蛋白质菌的蛋白质v加加S菌的荚膜多糖菌的荚膜多糖活活R菌菌长出长出S菌菌只有只有R菌菌 1944 1944年年AveryAvery从热死从热死S S型型S. pneumoniaeS. pneumoniae中提纯了可能作中提纯了可能作为转化因子的各种成分，在离体条件下进行了转化试验：为转化因子的各种成分，在离体条件下进行了转化试验： 只有只有S S型细菌的型细菌的DNADNA才能将才能将S. PneumoniaeS. Pneumoniae的的R R型转化为型转化为S S型。型。且且DNADNA纯度越高，转化效率也越高。纯度越高，转化效率也越高。21注：注：受体菌必须处于感受态才能转

10、化受体菌必须处于感受态才能转化 感受态感受态 ：细胞生活周期中的一种特殊的生理状态。细胞生活周期中的一种特殊的生理状态。转化过程转化过程22 二、转导（二、转导（transduction） 转导：转导：以温和噬菌体为媒介，把供体菌的以温和噬菌体为媒介，把供体菌的DNA小片段小片段携带到受体菌中，通过交换与整合，使受体菌获得供体菌携带到受体菌中，通过交换与整合，使受体菌获得供体菌的部分遗传性状的部分遗传性状 。 两种类型：普遍性转导和局限性转导。两种类型：普遍性转导和局限性转导。231.普遍性转导：普遍性转导：被装入的被装入的DNA片段可以是供体片段可以是供体菌染色体上的任何部分。菌染色体上的任

11、何部分。 24 局限性转导局限性转导 ：为为噬菌体所介导的噬菌体所介导的供体菌染色体上供体菌染色体上个别特定基因的个别特定基因的转导转导 。2.局限性转导局限性转导 25 溶源转换溶源转换 ：指指温和噬菌体感染其温和噬菌体感染其寄主后，噬菌体基寄主后，噬菌体基因整合于寄主基因因整合于寄主基因组中，寄主的性状组中，寄主的性状发生变异。发生变异。 溶源转换溶源转换26 1.溶源转换中噬菌体离开宿主细胞时，不携带宿溶源转换中噬菌体离开宿主细胞时，不携带宿 主任何基因，而局限性转导的噬菌体转导时，则主任何基因，而局限性转导的噬菌体转导时，则 与宿主可能发生特定的基因交换。与宿主可能发生特定的基因交换。

12、 2.溶源转换中的噬菌体均为正常温和噬菌体，而溶源转换中的噬菌体均为正常温和噬菌体，而 局限性转导的噬菌体为缺陷性转导。局限性转导的噬菌体为缺陷性转导。 局限性转导与溶源转换的区别局限性转导与溶源转换的区别27 接合：接合：是两个完整的细菌细胞通过性菌毛直接接触，由是两个完整的细菌细胞通过性菌毛直接接触，由供体细菌将质粒供体细菌将质粒DNA转移给受体细菌的过程。转移给受体细菌的过程。 三、接合（三、接合（conjugation）28接合过程接合过程: 以以F质粒接合为例质粒接合为例29 转化、转导、接合三种方式其本质都是遗传物转化、转导、接合三种方式其本质都是遗传物质从供体细胞向受体细胞转移，

13、但质从供体细胞向受体细胞转移，但DNA转移方转移方式不同：转化是通过受体菌的细胞膜；接合是式不同：转化是通过受体菌的细胞膜；接合是通过细菌性菌毛；转导是通过噬菌体。通过细菌性菌毛；转导是通过噬菌体。细菌转移方式的比较细菌转移方式的比较30 病毒的遗传与进化病毒的遗传与进化第一节第一节 突变突变第二节第二节 重组与重配重组与重配31第一节第一节 突变突变突变（突变（mutation） 在病毒复制产生的数以亿计的子代病在病毒复制产生的数以亿计的子代病毒颗粒中，可能出现的错误。毒颗粒中，可能出现的错误。 突变类型突变类型 基因组变异基因组变异 表型的变异表型的变异 32一、基因组变异一、基因组变异1

14、.1.点突变（点突变（point mutation） 单个核苷酸改变单个核苷酸改变2.2.缺失插入突变缺失插入突变 (1)(1)小段核苷酸缺失插入小段核苷酸缺失插入 (2)(2)大段核苷酸缺失插入大段核苷酸缺失插入33位点变异位点变异3435缺损型干扰缺损型干扰(defective (defective interfering,DI)interfering,DI)突变株（突变株（DIDI颗粒）颗粒）自身不能复制自身不能复制, ,只有在亲本野生株作为辅助只有在亲本野生株作为辅助病毒存在时才能复制病毒存在时才能复制, ,但又干扰亲本病毒的但又干扰亲本病毒的复制复制, ,导致后者数量减少。是一种缺失

15、突变导致后者数量减少。是一种缺失突变的产物。的产物。36DI突变株特点突变株特点1. 含正常的衣壳蛋白质含正常的衣壳蛋白质2. 只含有正常基因组的一部分只含有正常基因组的一部分3. 只能在正常同源病毒同时存在时才能繁殖只能在正常同源病毒同时存在时才能繁殖,这这时同源病毒成为辅助病毒时同源病毒成为辅助病毒(helper virus)4. 特异性地干扰同源病毒的繁殖特异性地干扰同源病毒的繁殖,经连续传代经连续传代后后,DI颗粒增多颗粒增多37二、表型变异二、表型变异1. 毒力变异（毒力变异（virulence mutants)2. 抗原性变异抗原性变异(antigen mutants)3. 空斑变

16、异（空斑变异（plaque mutants）4. 抗体逃逸变异株（抗体逃逸变异株（antibody escape mutants）5. 条件致死性突变株（条件致死性突变株（conditional lethal mutants） 温度突变株（温度敏感（温度突变株（温度敏感（temperature-sensitive）及冷）及冷适应（适应（cold-adapted）突变株）突变株 ）、宿主范围突变株）、宿主范围突变株（host rang mutants） 38第二节第二节 重组与重配重组与重配一、重组（一、重组（recombination) 将两个有亲缘关系但生物学性状不同的毒将两个有亲缘关系但生

17、物学性状不同的毒株感染同一个宿主细胞，从而可发生核酸水平株感染同一个宿主细胞，从而可发生核酸水平上的互换，产生兼有两亲本特性的子代，称为上的互换，产生兼有两亲本特性的子代，称为重组。重组。39Recombination by break-rejoin of incompletely linked genes 40二、重配二、重配(reassortment) 对于分节段的对于分节段的RNA病毒，通过交换病毒，通过交换RNA节段而进行的重组称为重配。节段而进行的重组称为重配。41 Reassortment by independent assortment during dual infectio

18、n. 4243随机突变随机突变 基因组节段交换基因组节段交换流感病毒抗原性漂移及转移示意（据流感病毒抗原性漂移及转移示意（据Harper）漂移漂移 转移转移 转移转移44n源于禽类的甲型流感病毒在人体很难增殖，反之亦然。源于禽类的甲型流感病毒在人体很难增殖，反之亦然。n二者均能在猪体内增殖，并在猪体内进行基因重配，二者均能在猪体内增殖，并在猪体内进行基因重配，猪体是人流感毒株与禽流感毒株的混合器，在猪体内猪体是人流感毒株与禽流感毒株的混合器，在猪体内流感病毒产生抗原性转移流感病毒产生抗原性转移45n抗原漂移和抗原转移是病毒毒力变异的基础。抗原漂移和抗原转移是病毒毒力变异的基础。n前者主要是指发

19、生在病毒基因中的点突变前者主要是指发生在病毒基因中的点突变, ,其中以编其中以编码码HAHA的基因突变率最高的基因突变率最高, ,其次是其次是NANA。发生在不同位点。发生在不同位点上的突变对病毒的影响是不同的上的突变对病毒的影响是不同的:HA:HA受体结合点上的受体结合点上的突变可能改变病毒宿主特异性突变可能改变病毒宿主特异性, ,而发生在而发生在HAHA上糖基化上糖基化位点及裂解位点的位点及裂解位点的突变则可能导致病毒发生根本性变化。此外突变则可能导致病毒发生根本性变化。此外, ,不同于不同于病毒内部其他蛋白质的变异一直处于相对稳定的状态病毒内部其他蛋白质的变异一直处于相对稳定的状态, ,

20、 HAHA和和NANA基因的改变则可以随时间的延长发生积累。抗基因的改变则可以随时间的延长发生积累。抗原漂移的变异幅度较小原漂移的变异幅度较小, ,一般不引起暴发流行。一般不引起暴发流行。n后者是指后者是指, ,由于基因节段间的重配使病毒结构发生较由于基因节段间的重配使病毒结构发生较大幅度的突变而导致新的毒株或新的亚型出现。这种大幅度的突变而导致新的毒株或新的亚型出现。这种不同毒株间基因节段的重配可引起病毒基因的不同毒株间基因节段的重配可引起病毒基因的“质质变变”, ,当产生对其缺乏免疫力的新毒株时当产生对其缺乏免疫力的新毒株时, ,将引起新的将引起新的暴发流行。暴发流行。46n1983198

21、3年年4 4月在美国宾州发现低毒力的禽流感月在美国宾州发现低毒力的禽流感H5N2H5N2，致死率低于致死率低于10%10%，它与当时美国东部从野鸟分离，它与当时美国东部从野鸟分离的的H5N2H5N2基因很相似基因很相似n同年同年1010月，月，H5N2H5N2毒株的致死率突然上升至毒株的致死率突然上升至80%80%。n将将4 4月及月及1010月的两毒株比较，发现毒力的变异是月的两毒株比较，发现毒力的变异是因点突变所致，亦即发生抗原性漂移因点突变所致，亦即发生抗原性漂移n表现为表现为H H基因的基因的7 7个核苷酸二者有差异，从而导致个核苷酸二者有差异，从而导致H H蛋白的蛋白的4 4个氨基酸改变，有利个氨基酸改变，有利H0H0的裂解及活化，的裂解及活化，致使毒力增强致使毒力增强47毒力变异的分子基础毒力变异的分子基础nHAHA是否富含碱性氨基酸。是否富含碱性氨基酸。HAHA裂解为裂解为HA1HA1和和HA2HA2，暴露融合肽段，通过融合进入宿主细胞。暴露融合肽段，通过融合进入宿主细胞。n高致病力毒株与低致病力毒株的高致病力毒株与低致病力毒株的H H裂解位点的裂解位点的氨基酸序列有差异，前者为氨基酸序列有差异，前者为-X-X-X-X-精氨酸精氨酸-X-X-精精氨酸氨酸/ /赖氨酸赖氨酸- -精氨酸精氨酸- -（X X为非碱性氨基酸），为非碱性氨基酸），而低毒株仅有单