細(xì)菌的 遺傳與變異

遺傳和變異概念1、遺傳2、變異指親代的特性可通過遺傳物質(zhì)傳遞給子代，保證物種的穩(wěn)定性。在一定條件下，子代和親代之間以及子代和子代之間生物學(xué)性狀出現(xiàn)的差異稱為變異。遺傳變異細(xì)菌的基因結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，如基因突變或重組，不可逆，可遺傳給后代。表型變異環(huán)境改變導(dǎo)致，基因結(jié)構(gòu)未發(fā)生變異，可逆，不可遺傳?，F(xiàn)在是1頁\一共有43頁\編輯于星期二

3-6%食鹽

鼠疫桿菌多形態(tài)性(衰殘型)

瓊脂培基常見的細(xì)菌變異現(xiàn)象青霉素、溶菌酶

正常形態(tài)細(xì)菌L型變異抗體或補(bǔ)體1、形態(tài)結(jié)構(gòu)變異現(xiàn)在是2頁\一共有43頁\編輯于星期二

陳舊培養(yǎng)基長(zhǎng)期培養(yǎng)

S菌落R菌落

或在有免疫力的人體內(nèi)

細(xì)菌結(jié)構(gòu)變異可導(dǎo)致抗原性改變。2、菌落的變異3、抗原性變異常見的細(xì)菌變異現(xiàn)象現(xiàn)在是3頁\一共有43頁\編輯于星期二

膽汁、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基牛型結(jié)核桿菌卡介苗

13年（230代）4、毒力變異常見的細(xì)菌變異現(xiàn)象現(xiàn)在是4頁\一共有43頁\編輯于星期二細(xì)菌對(duì)某種抗菌藥物由敏感變成耐藥的變異稱為耐藥性變異。含鏈霉素培基

痢疾桿菌

依鏈株(耐藥菌株)

長(zhǎng)期培養(yǎng)5、耐藥性變異常見的細(xì)菌變異現(xiàn)象現(xiàn)在是5頁\一共有43頁\編輯于星期二細(xì)菌染色體是環(huán)狀雙螺旋DNA，不含組蛋白，無核膜包圍。細(xì)菌的基因組特征：1、細(xì)菌的染色體相對(duì)較小；基因是連續(xù)的，無內(nèi)含子；大部分DNA用于編碼蛋白質(zhì)；僅少數(shù)基因存在基因重疊現(xiàn)象；多為單拷貝的；現(xiàn)在是6頁\一共有43頁\編輯于星期二2、質(zhì)粒（plasmid）質(zhì)粒是細(xì)菌染色體外的遺傳物質(zhì)，是環(huán)狀閉合的雙鏈DNA。有自我復(fù)制能力編碼產(chǎn)物賦予細(xì)菌某些性狀特征可自行丟失與消除具有轉(zhuǎn)移性質(zhì)粒的特征細(xì)菌的基因組現(xiàn)在是7頁\一共有43頁\編輯于星期二F質(zhì)粒幾種重要的質(zhì)粒：帶有F質(zhì)粒的為雄性菌，能長(zhǎng)出性菌毛；無F質(zhì)粒的為雌性菌，無性菌毛。R質(zhì)粒編碼細(xì)菌對(duì)抗菌藥物的耐藥性。可通過細(xì)菌間接合或通過噬菌體進(jìn)行傳遞。細(xì)菌的基因組現(xiàn)在是8頁\一共有43頁\編輯于星期二Vi質(zhì)粒Col質(zhì)粒編碼各類細(xì)菌素代謝質(zhì)粒編碼產(chǎn)生相關(guān)的代謝酶編碼細(xì)菌的毒素細(xì)菌的基因組現(xiàn)在是9頁\一共有43頁\編輯于星期二3、噬菌體基因組（bacterialphagegenome）是一些具有轉(zhuǎn)座功能的溶原性噬菌體，當(dāng)整合到細(xì)菌染色體上，能改變?nèi)茉约?xì)菌的某些生物學(xué)性狀。細(xì)菌的基因組現(xiàn)在是10頁\一共有43頁\編輯于星期二是細(xì)菌基因組中能改變自身位置的DNA序列4、轉(zhuǎn)座元件（transposableelement）插入序列（insertionsequence,IS）：是最小的轉(zhuǎn)座元件，不攜帶任何與插入功能無關(guān)的基因區(qū)域，插入后與插入點(diǎn)附近的序列共同起作用。包括：插入序列、轉(zhuǎn)座子TransposaseABCDEFGGFEDCBA細(xì)菌的基因組現(xiàn)在是11頁\一共有43頁\編輯于星期二轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）IS

ISResistanceGene(s)IS

ISResistanceGene(s)長(zhǎng)度一般超過2kbp，攜帶特殊功能基因，不含自身所需要的基因如耐藥性基因、重金屬抗性基因、糖發(fā)酵基因、腸毒素基因等分為復(fù)合型轉(zhuǎn)座子、Tn3系轉(zhuǎn)座子和接合性轉(zhuǎn)座子細(xì)菌的基因組現(xiàn)在是12頁\一共有43頁\編輯于星期二轉(zhuǎn)座子的特征轉(zhuǎn)座子攜帶耐藥或毒素基因Tn1Tn2Tn3AP（氨芐青霉素）Tn4AP、SM（鏈霉素）、Su（磺胺）Tn5Km（卡那霉素）Tn6Km（卡那霉素）Tn7TMP（甲氧芐氨嘧啶）、SMTn9Cm（氯霉素）Tn10Tc（四環(huán)素）tn551Em（紅霉素）Tn971Em（紅霉素）Tn681大腸埃希菌（腸毒素基因）現(xiàn)在是13頁\一共有43頁\編輯于星期二5、整合子（integronIn)含有整合酶基因、重組位點(diǎn)和啟動(dòng)子三個(gè)功能元件。是一種可移動(dòng)的DNA分子，具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)可捕獲和整合外源性基因，使之轉(zhuǎn)變成為功能性基因的表達(dá)單位。細(xì)菌的基因組現(xiàn)在是14頁\一共有43頁\編輯于星期二一、基因突變突變是DNA堿基對(duì)的置換、插入或缺失所致的基因結(jié)構(gòu)的變化。細(xì)菌變異的機(jī)制可自發(fā)產(chǎn)生（彷徨試驗(yàn)、影印試驗(yàn)），也可人工誘導(dǎo)產(chǎn)生可發(fā)生回復(fù)突變，多為是表型的回復(fù)1、基因突變規(guī)律現(xiàn)在是15頁\一共有43頁\編輯于星期二隨機(jī)的、非定向的突變，是在接觸噬菌體之前就已發(fā)生，噬菌體對(duì)突變僅起篩選而不是誘導(dǎo)作用。彷徨試驗(yàn)現(xiàn)在是16頁\一共有43頁\編輯于星期二影印培養(yǎng)試驗(yàn)現(xiàn)在是17頁\一共有43頁\編輯于星期二2、突變型細(xì)菌種類及其分離：耐藥性突變型藥敏試驗(yàn)營(yíng)養(yǎng)缺陷突變型營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)篩選條件致死性突變型溫度敏感試驗(yàn)發(fā)酵陰性突變型乳糖發(fā)酵試驗(yàn)細(xì)菌變異的機(jī)制

現(xiàn)在是18頁\一共有43頁\編輯于星期二二、基因的轉(zhuǎn)移和重組(Genetransferandrecombination)細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移和重組可通過轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換和原生質(zhì)融合等方式進(jìn)行?；蛑亟M：轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNA整合在一起的過程稱為基因重組（generecombination）?；蜣D(zhuǎn)移：外源性的遺傳物質(zhì)由供體菌轉(zhuǎn)入某受體菌細(xì)胞的過程稱為基因轉(zhuǎn)移（genetransfer）。細(xì)菌變異的機(jī)制現(xiàn)在是19頁\一共有43頁\編輯于星期二轉(zhuǎn)化（transformation）ⅡRⅢSⅡRⅢS（死）ⅢS（死）ⅢSⅢSⅢSⅢSDNAⅡR肺炎鏈球菌注射分離培養(yǎng)現(xiàn)在是20頁\一共有43頁\編輯于星期二轉(zhuǎn)化（transformation）轉(zhuǎn)化是受體菌直接攝取供體菌DNA片段而獲得新的遺傳性狀的過程。供、受體菌的基因型相似，且受體菌只有處于感受態(tài)時(shí)，才能攝取轉(zhuǎn)化因子，Mg2＋、Ca2＋、cAMP等可促進(jìn)轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化的DNA片段稱為轉(zhuǎn)化因子，分子量小于107，最多不超過10~20個(gè)基因?，F(xiàn)在是21頁\一共有43頁\編輯于星期二轉(zhuǎn)化（transformation）轉(zhuǎn)化過程現(xiàn)在是22頁\一共有43頁\編輯于星期二接合是細(xì)菌通過性菌毛相互連接溝通，將遺傳物質(zhì)從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌的方式。接合（conjugation）接合性質(zhì)粒主要包括F質(zhì)粒、R質(zhì)粒、Col質(zhì)粒和毒力質(zhì)?！，F(xiàn)在是23頁\一共有43頁\編輯于星期二接合（conjugation）DonorF+F-F+F-F+F+F+F+RecipientF質(zhì)粒的接合現(xiàn)在是24頁\一共有43頁\編輯于星期二接合（conjugation）現(xiàn)在是25頁\一共有43頁\編輯于星期二F+F+Hfr接合（conjugation）F質(zhì)粒從Hfr菌中的整合作用是可逆的，脫離攜帶有相鄰染色體的F質(zhì)粒稱為F’F質(zhì)粒的接合（高頻重組株Hfr）現(xiàn)在是26頁\一共有43頁\編輯于星期二HfrF-HfrF-HfrF-HfrF-Hfr轉(zhuǎn)移細(xì)菌染色體過程現(xiàn)在是27頁\一共有43頁\編輯于星期二F’F’F’F’F’F-F’F-現(xiàn)在是28頁\一共有43頁\編輯于星期二R質(zhì)粒的接合接合（conjugation）R質(zhì)粒與耐藥性有關(guān)，尤與多重耐藥性有關(guān)。耐藥質(zhì)?？蓮囊粋€(gè)細(xì)菌轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)菌中。R質(zhì)粒由耐藥傳遞因子（resistancetransferfactor,RTF）及耐藥決定子（resistancedeterminant,r-det）兩部分組成?，F(xiàn)在是29頁\一共有43頁\編輯于星期二接合（conjugation）RTFISR決定因子Tn9Tn4Tn5Tn9耐氯霉素Tn4耐氨芐青霉素、鏈霉素等Tn5耐卡那霉素現(xiàn)在是30頁\一共有43頁\編輯于星期二轉(zhuǎn)導(dǎo)是以噬菌體為載體，將供體菌的一段DNA轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，使受體菌獲得新的性狀。轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generaltransduction）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（restrictedtransduction）噬菌體裝配錯(cuò)誤，誤將宿主染色體片段或質(zhì)粒裝入噬菌體內(nèi)，最終將供體菌DNA轉(zhuǎn)入受體菌。由溫和噬菌體介導(dǎo)，前噬菌體脫落帶有宿主菌染色體，再感染時(shí)帶給受體菌?，F(xiàn)在是31頁\一共有43頁\編輯于星期二普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)完全轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)在是32頁\一共有43頁\編輯于星期二局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)脫落錯(cuò)誤：前噬菌體及兩邊的細(xì)菌DNA轉(zhuǎn)導(dǎo)性噬菌體：噬菌體DNA及細(xì)菌DNA現(xiàn)在是33頁\一共有43頁\編輯于星期二普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別區(qū)別要點(diǎn)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)基因轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)生的時(shí)期裂解期溶原期轉(zhuǎn)導(dǎo)的遺傳物質(zhì)供體菌染色體DNA任何部位或質(zhì)粒噬菌體DNA及供體菌DNA的特定部位轉(zhuǎn)導(dǎo)的后果完全轉(zhuǎn)導(dǎo)或流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)受體菌獲得供體菌DNA特定部位的遺傳特性現(xiàn)在是34頁\一共有43頁\編輯于星期二溶原性轉(zhuǎn)換是當(dāng)溫和噬菌體感染細(xì)菌時(shí)，以前噬菌體形式與細(xì)菌基因組整合，使其成為溶原細(xì)菌而致細(xì)菌獲得新的性狀。溶原性轉(zhuǎn)換（lysogenicconversion）白喉棒狀桿菌產(chǎn)生白喉毒素；A群溶血性鏈球菌產(chǎn)生致熱外毒素；肉毒梭菌的毒素等。現(xiàn)在是35頁\一共有43頁\編輯于星期二原生質(zhì)體融合原生質(zhì)體融合是將兩種不同的細(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)行彼此融合的過程。原生質(zhì)體融合是一種人工基因轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，本質(zhì)上與基因轉(zhuǎn)移無關(guān)或關(guān)系很小。聚乙二醇可促使二種原生質(zhì)體的融合?，F(xiàn)在是36頁\一共有43頁\編輯于星期二基因轉(zhuǎn)移重組類型基因來源轉(zhuǎn)移方式轉(zhuǎn)化供體菌直接攝取接合供體菌性菌毛轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌噬菌體為載體溶原性轉(zhuǎn)換噬菌體整合現(xiàn)在是37頁\一共有43頁\編輯于星期二細(xì)菌形態(tài)結(jié)構(gòu)的變異與細(xì)菌學(xué)診斷細(xì)菌的耐藥變異與控制細(xì)菌毒力變異與控制檢測(cè)致癌物方面的應(yīng)用基因工程方面的應(yīng)用細(xì)菌遺傳變異研究的意義現(xiàn)在是38頁\一共有43頁\編輯于星期二Ames試驗(yàn)：現(xiàn)在是39頁\一共有43頁\編輯于星期二本章目的要求1、掌握質(zhì)粒、轉(zhuǎn)座元件、插入序列、轉(zhuǎn)座子、整合子、轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換等概念。2、熟悉細(xì)菌的遺傳物質(zhì)，細(xì)菌基因轉(zhuǎn)移與重組的過程，基因的突變，突變型細(xì)菌的種類，細(xì)菌遺傳變異的實(shí)際意義。3、了解細(xì)菌基因表達(dá)的調(diào)節(jié)?，F(xiàn)在是40頁\一共有43頁\編輯于星期二1、細(xì)菌基因轉(zhuǎn)移的類型及其主要差異？2、何謂Transposon、IS、F質(zhì)粒、R質(zhì)粒、Hfr和Ames試驗(yàn)？3、影印試驗(yàn)驗(yàn)證何種理論？研究細(xì)菌的突變?cè)谂R床上有何意義？思考題現(xiàn)在是41頁\一共有43頁\編輯于星期二中英文關(guān)鍵詞(keywords)Chromsome（染色體）Plasmid（質(zhì)粒）

Prophage（前噬菌體）Ffactor（F因子）TransposableElements（轉(zhuǎn)座元件）Lysophage(temperate)phage（溫和噬菌體）Virulentphage