第三章遺傳和變異

第三章遺傳和變異第1頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一遺傳（heredity）：生物上一代將自己的一整套遺傳因子傳遞給下一代的行為或功能，它具有穩(wěn)定的特性。變異（variation）：生物體在某種外因或內(nèi)因作用下所引起遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)或數(shù)量的改變，即遺傳型的改變。第2頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一細菌的遺傳與變異第一節(jié)細菌的變異現(xiàn)象第二節(jié)細菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)第三節(jié)細菌變異的機制第3頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)細菌的變異現(xiàn)象一、形態(tài)、結(jié)構(gòu)變異二、毒力變異三、耐藥性變異四、菌落變異第4頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一一、形態(tài)結(jié)構(gòu)變異

3-6%食鹽

鼠疫耶氏菌多形態(tài)性

陳舊培基物

細菌的大小可發(fā)生變異,有時細菌可失去莢膜，芽胞或鞭毛；有的細菌出現(xiàn)了細胞壁缺陷的L型細菌。第5頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一14世紀(jì)鼠疫在歐洲大流行畫家筆下歐洲鼠疫圖

第6頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一《鼠死行》師道南

“東死鼠，西死鼠，人見死鼠如見虎；鼠死不幾日，人死如圻堵。晝死人，莫問數(shù)，日色滲淡愁云護。三人行未十步多，忽死兩人橫截路。夜死人，不敢哭，疫鬼吐氣燈搖綠。須臾風(fēng)起燈忽無，人鬼尸棺暗同屋。烏啼不斷，犬泣時聞。人含鬼色，鬼奪人神。白日逢人多是鬼，黃昏遇鬼反疑人。人死滿地人煙倒，人骨漸被風(fēng)吹老。田禾無人收，官租向誰考。我欲騎天龍，上天府，呼天公，乞天母，灑天漿，散天乳，酥透九原千丈土，地下人人都活歸，黃泉化作回春雨。第7頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一第8頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一第9頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一第10頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一第11頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一被感染鼠疫的患者尸體。第12頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一

青霉素、溶菌酶等

正常形態(tài)細菌細菌L型

葡萄球菌葡萄球菌L型第13頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一

特殊結(jié)構(gòu)的變異

42-43℃

炭疽桿菌失去形成芽胞能力,毒性降低

10-20天

變形桿菌0.1%石炭酸

遷徙生長（H）點狀生長、單個菌落（O）鞭毛變異第14頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一變形桿菌遷徙生長第15頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一二、毒力變異

增強：

β棒狀噬菌體

白喉棒狀桿菌

產(chǎn)生白喉毒素減弱：

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)

表現(xiàn)為毒力增強或減弱。第16頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一第17頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一三、耐藥性變異概念：細菌對某種抗菌藥物由敏感變成耐藥的變異稱為耐藥性變異1967年首次發(fā)現(xiàn)耐青霉素肺炎球菌1997年又發(fā)現(xiàn)多重耐藥肺炎球菌流行。第18頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一四、菌落變異

在陳舊培養(yǎng)基中長期培養(yǎng)

光滑型菌落粗糙型菌落

S

R

原因：失去LPS的特異多糖，伴其他性狀改變。如：毒力變異第19頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)細菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)細菌染色體\染色質(zhì)(chromosome\nucleoid)質(zhì)粒(plasmids)噬菌體(bacteriophages/phages)

第20頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一一細菌染色體\染色質(zhì)(chromosome\nucleoid)

由裸露雙股DNA盤繞組成，編碼細菌生命必須的遺傳性狀。

二質(zhì)粒(plasmids)指游離于原核生物核基因組外,具有獨立復(fù)制能力的小型共價閉合環(huán)狀dsDNA分子,即cccDNA(circularcovalentlyclosedDNA)為典型的質(zhì)粒。第21頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一自我復(fù)制編碼產(chǎn)物賦予細菌某些特殊性狀可自行丟失與消除，不影響細菌生命具轉(zhuǎn)移性具相容性和不相容性

質(zhì)粒的特性第22頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一質(zhì)粒種類：1、F質(zhì)粒：又稱F因子（致育因子）：大腸桿菌中發(fā)現(xiàn)，含質(zhì)粒為F+（♂）；無質(zhì)粒為F-（♀）；質(zhì)粒DNA整合到染色體上為Hfr.2、R質(zhì)粒：攜帶有分解某種抗生素或藥物酶系的基因的質(zhì)粒，可以賦予宿主細胞耐(抗)或分解(失活)某種抗生素或藥物的性能。R因子對多種抗生素有抗性,因此可作為篩選時的理想標(biāo)記,也可用作基因載體。第23頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一3、Col質(zhì)粒：又稱大腸桿菌素質(zhì)?；虼竽c桿菌素產(chǎn)生因子，大腸桿菌素(colicin)是一種E.coli的某些菌株所分泌的細菌毒素,具有通過抑制復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯或能量代謝等而專一地殺死其他腸道細菌的功能。4、Ti質(zhì)粒（誘癌質(zhì)粒）：誘癌質(zhì)粒。根癌土壤桿菌(Agrobacteriumtumefaciens)可引起許多雙子葉植物的根癌,它是由該菌的Ti質(zhì)粒所引起的。Ti質(zhì)粒長200kb,是一大型質(zhì)粒。Ti質(zhì)粒已成為植物遺傳工程研究中的重要載體。第24頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一5、Ri質(zhì)粒發(fā)根農(nóng)桿菌或發(fā)根土壤桿菌細胞中含有Ri質(zhì)粒，可侵染雙子葉植物的根部，并誘生大量的毛狀的不定根，其上有一段T-DNA，農(nóng)桿菌通過侵染植物傷口進入細胞后，可將T-DNA插入到植物基因組中。6mega質(zhì)粒：又稱巨大質(zhì)粒，為近年來在根瘤菌屬(Rhizobium)中發(fā)現(xiàn)的一種質(zhì)粒,比一般質(zhì)粒大幾十倍至幾百倍,故稱巨大質(zhì)粒,其上有一系列固氮基因。第25頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一7降解性質(zhì)粒：只在假單胞菌屬(Pseudomonas)中發(fā)現(xiàn)。它們的降解性質(zhì)?？删幋a一系列能降解復(fù)雜物質(zhì)的酶,從而能利用一般細菌所難以分解的物質(zhì)作碳源。從而使這類細菌在污水處理、環(huán)境保護等方面發(fā)揮特有的作用。第26頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一三噬菌體頭部頸部頸環(huán)頸須尾部尾鞘尾管基板刺突尾絲E.coli的T4噬菌體模式圖1形態(tài)結(jié)構(gòu)T偶數(shù)噬菌體第27頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一2噬菌體的繁殖噬菌體的繁殖一般可分五個階段吸附→侵入→增殖→成熟（裝配）→裂解（釋放）。烈性噬菌體：凡在短時間內(nèi)能連續(xù)完成這五個階段而實現(xiàn)其繁殖的噬菌體，稱為烈性噬菌體。第28頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一噬菌體的繁殖過程第29頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一溫和噬菌體(temperatephage)噬菌體吸附并侵入宿主細胞后，噬菌體的基因組整合到宿主的基因組上，并隨宿主基因組的復(fù)制而進行同步復(fù)制，因而在一般情況下不進行增殖和引起宿主細胞裂解的噬菌體，稱溫和噬菌體。如E.coli的、P1、P2.第30頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一★溶原性(lysogeny)------溫和噬菌體侵染敏感細菌后不裂解它們，而與細菌共存的特性。溶原菌（lysogen或lysogenicbacteria）：指在核基因組上整合有前噬菌體并能正常生長繁殖而不被裂解的細菌（或其他微生物）。常見的E．coliK12（λ）就表示帶有λ前噬菌體大腸桿菌K12菌株。前噬菌體(prophage)：處于整合態(tài)的噬菌體核酸。第31頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一裂解性循環(huán)與溶原性循環(huán)的相互關(guān)系吸附侵入增殖成熟裂解整合同步復(fù)制自發(fā)或誘導(dǎo)多次循環(huán)裂解性循環(huán)溶原性循環(huán)第32頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)細菌變異的機制一基因突變突變類型

1營養(yǎng)缺陷型

2抗性突變型

3條件致死突變型

4形態(tài)突變型

5抗原突變型

6產(chǎn)量突變型第33頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一基因重組（generecombination）基因重組：兩個獨立基因組內(nèi)的遺傳基因，通過一定的途徑轉(zhuǎn)移到一起，形成新的穩(wěn)定基因組的過程，稱為基因重組或遺傳重組。

細菌基因重組的方式轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)導(dǎo)接合原生質(zhì)體融合第34頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一（一）轉(zhuǎn)化（transformation）受體菌直接接受供體菌的DNA片段而獲得供體菌部分新的遺傳性狀的現(xiàn)象，就稱轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)化作用。受體菌再經(jīng)復(fù)制就使自己變成一個轉(zhuǎn)化子（transformant）。第35頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一第36頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一轉(zhuǎn)化過程供體菌受體菌第37頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一（二）轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）通過完全缺陷或部分缺陷噬菌體的媒介，把供體細胞的DNA小片段攜帶到受體細胞中，通過交換與整合，從而使后者獲得前者部分遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)。獲得新遺傳性狀的受體細胞，就稱轉(zhuǎn)導(dǎo)子（transductant）。第38頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一1．普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalizedtransduction）通過完全缺陷噬菌體對供體菌任何DNA小片段的“誤包”，而實現(xiàn)其遺傳性狀傳遞至受體菌的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象，稱為普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)。2．局限轉(zhuǎn)導(dǎo)（restricted或specializedtransduction）指通過部分缺陷的溫和噬菌體把供體菌的少數(shù)特定基因攜帶到受體菌中，并獲得表達的轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)象。第39頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(generalizedtransduction)第40頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)第41頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一galbiogalbio宿主基因組整合不正常切離（10-4—10-6）正常切離λ正常λdgalλdbio低頻轉(zhuǎn)導(dǎo)（LFT）裂解物的形成局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)通過溶原菌釋放的噬菌體所進行的轉(zhuǎn)導(dǎo)，只能形成極少數(shù)的轉(zhuǎn)導(dǎo)子（10-4~10-6）。

λλ第42頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一第43頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一（三）接合（conjugation）供體菌（“雄”）通過其性菌毛與受體菌（“雌”）相接觸，把F質(zhì)?；蚱鋽y帶的不同長度的核基因組片段傳遞給后者，從而使后者獲得供體菌的新遺傳性狀的現(xiàn)象，稱為接合。通過接合而獲得新性狀的受體細胞，就是接合子（conju-gant）。大腸桿菌的接合第44頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一第45頁，共50頁，2023年，2月20日，星期一E．coli的F+、F-、Hfr和F′菌株的異同，并圖示四者間聯(lián)系。E．coli分成四種相互有聯(lián)系的接合型的菌株F+菌株：在細胞中存在著游離的F因子（1～4個），在細胞表面還有與F因子數(shù)目相當(dāng)