細菌的 遺傳與變異

細菌的遺傳與變異第1頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二第四節(jié)遺傳和變異一、遺傳與變異的概念二、常見的細菌變異現(xiàn)象三、細菌的基因組四、細菌變異的機制五、細菌遺傳變異研究的意義第2頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二遺傳和變異概念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性狀出現(xiàn)的差異稱為變異。遺傳變異細菌的基因結構發(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)境改變導致，基因結構未發(fā)生變異，可逆，不可遺傳。第3頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二

3-6%食鹽

鼠疫桿菌多形態(tài)性(衰殘型)

瓊脂培基常見的細菌變異現(xiàn)象

青霉素、溶菌酶

正常形態(tài)細菌L型變異抗體或補體1、形態(tài)結構變異第4頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二

陳舊培養(yǎng)基長期培養(yǎng)

S菌落R菌落

或在有免疫力的人體內

細菌結構變異可導致抗原性改變。2、菌落的變異3、抗原性變異常見的細菌變異現(xiàn)象第5頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二

膽汁、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基牛型結核桿菌卡介苗

13年（230代）4、毒力變異常見的細菌變異現(xiàn)象第6頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二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。

含鏈霉素培基

痢疾桿菌

依鏈株(耐藥菌株)

長期培養(yǎng)5、耐藥性變異常見的細菌變異現(xiàn)象第7頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二細菌染色體是環(huán)狀雙螺旋DNA，不含組蛋白，無核膜包圍。細菌的基因組特征：1、細菌的染色體相對較小；基因是連續(xù)的，無內含子；大部分DNA用于編碼蛋白質；僅少數基因存在基因重疊現(xiàn)象；多為單拷貝的；第8頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二2、質粒（plasmid）質粒是細菌染色體外的遺傳物質，是環(huán)狀閉合的雙鏈DNA。有自我復制能力編碼產物賦予細菌某些性狀特征可自行丟失與消除具有轉移性質粒的特征細菌的基因組第9頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二F質粒幾種重要的質粒：帶有F質粒的為雄性菌，能長出性菌毛；無F質粒的為雌性菌，無性菌毛。R質粒編碼細菌對抗菌藥物的耐藥性?？赏ㄟ^細菌間接合或通過噬菌體進行傳遞。細菌的基因組第10頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二Vi質粒Col質粒編碼各類細菌素代謝質粒編碼產生相關的代謝酶編碼細菌的毒素細菌的基因組第11頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二3、噬菌體基因組（bacterialphagegenome）是一些具有轉座功能的溶原性噬菌體，當整合到細菌染色體上，能改變溶原性細菌的某些生物學性狀。細菌的基因組第12頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二是細菌基因組中能改變自身位置的DNA序列4、轉座元件（transposableelement）插入序列（insertionsequence,IS）：是最小的轉座元件，不攜帶任何與插入功能無關的基因區(qū)域，插入后與插入點附近的序列共同起作用。包括：插入序列、轉座子TransposaseABCDEFGGFEDCBA細菌的基因組第13頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二轉座子（transposon,Tn）IS

ISResistanceGene(s)IS

ISResistanceGene(s)長度一般超過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合型轉座子、Tn3系轉座子和接合性轉座子細菌的基因組第14頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二轉座子的特征轉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）第15頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二5、整合子（integronIn)含有整合酶基因、重組位點和啟動子三個功能元件。是一種可移動的DNA分子，具有獨特結構可捕獲和整合外源性基因，使之轉變成為功能性基因的表達單位。細菌的基因組第16頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二一、基因突變突變是DNA堿基對的置換、插入或缺失所致的基因結構的變化。細菌變異的機制可自發(fā)產生（彷徨試驗、影印試驗），也可人工誘導產生可發(fā)生回復突變，多為是表型的回復1、基因突變規(guī)律第17頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二隨機的、非定向的突變，是在接觸噬菌體之前就已發(fā)生，噬菌體對突變僅起篩選而不是誘導作用。彷徨試驗第18頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二影印培養(yǎng)試驗第19頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二2、突變型細菌種類及其分離：耐藥性突變型

藥敏試驗營養(yǎng)缺陷突變型

營養(yǎng)物質篩選條件致死性突變型

溫度敏感試驗發(fā)酵陰性突變型

乳糖發(fā)酵試驗細菌變異的機制

第20頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二二、基因的轉移和重組(Genetransferandrecombination)細菌的基因轉移和重組可通過轉化、接合、轉導、溶原性轉換和原生質融合等方式進行?；蛑亟M：轉移的基因與受體菌DNA整合在一起的過程稱為基因重組（gene

recombination）?；蜣D移：外源性的遺傳物質由供體菌轉入某受體菌細胞的過程稱為基因轉移（genetransfer）。細菌變異的機制第21頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二轉化（transformation）ⅡRⅢSⅡRⅢS（死）ⅢS（死）ⅢSⅢSⅢSⅢSDNAⅡR肺炎鏈球菌注射分離培養(yǎng)第22頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二轉化（transformation）轉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，才能攝取轉化因子，Mg2＋、Ca2＋、cAMP等可促進轉化。轉化的DNA片段稱為轉化因子，分子量小于107，最多不超過10~20個基因。第23頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二轉化（transformation）轉化過程第24頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二接合是細菌通過性菌毛相互連接溝通，將遺傳物質從供體菌轉移給受體菌的方式。接合（conjugation）接合性質粒主要包括F質粒、R質粒、Col質粒和毒力質粒。第25頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二接合（conjugation）DonorF+F-F+F-F+F+F+F+RecipientF質粒的接合第26頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二接合（conjugation）第27頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二F+F+Hfr接合（conjugation）F質粒從Hfr菌中的整合作用是可逆的，脫離攜帶有相鄰染色體的F質粒稱為F’F質粒的接合（高頻重組株Hfr）第28頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二HfrF-HfrF-HfrF-HfrF-Hfr轉移細菌染色體過程第29頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二F’F’F’F’F’F-F’F-第30頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二R質粒的接合接合（conjugation）R質粒與耐藥性有關，尤與多重耐藥性有關。耐藥質?？蓮囊粋€細菌轉移到另一個細菌中。R質粒由耐藥傳遞因子（resistancetransferfactor,RTF）及耐藥決定子（resistancedeterminant,r-det）兩部分組成。第31頁，共45頁，2023年，2月20日，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耐卡那霉素第32頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二轉導是以噬菌體為載體，將供體菌的一段DNA轉移到受體菌內，使受體菌獲得新的性狀。轉導（transduction）普遍性轉導（generaltransduction）局限性轉導（restrictedtransduction）噬菌體裝配錯誤，誤將宿主染色體片段或質粒裝入噬菌體內，最終將供體菌DNA轉入受體菌。由溫和噬菌體介導，前噬菌體脫落帶有宿主菌染色體，再感染時帶給受體菌。第33頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二普遍性轉導完全轉導流產轉導第34頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二局限性轉導脫落錯誤：前噬菌體及兩邊的細菌DNA轉導性噬菌體：噬菌體DNA及細菌DNA第35頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二普遍性轉導與局限性轉導的區(qū)別區(qū)別要點普遍性轉導局限性轉導基因轉導發(fā)生的時期裂解期溶原期轉導的遺傳物質供體菌染色體DNA任何部位或質粒噬菌體DNA及供體菌DNA的特定部位轉導的后果完全轉導或流產轉導受體菌獲得供體菌DNA特定部位的遺傳特性第36頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二溶原性轉換是當溫和噬菌體感染細菌時，以前噬菌體形式與細菌基因組整合，使其成為溶原細菌而致細菌獲得新的性狀。溶原性轉換（lysogenicconversion）白喉棒狀桿菌產生白喉毒素；A群溶血性鏈球菌產生致熱外毒素；肉毒梭菌的毒素等。第37頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二原生質體融合

原生質體融合是將兩種不同的細菌經溶菌酶或青霉素等處理，失去細胞壁成為原生質體后進行彼此融合的過程。原生質體融合是一種人工基因轉移系統(tǒng)，本質上與基因轉移無關或關系很小。聚乙二醇可促使二種原生質體的融合。第38頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二基因轉移重組類型基因來源轉移方式轉化供體菌直接攝取接合供體菌性菌毛轉導供體菌噬菌體為載體溶原性轉換噬菌體整合第39頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二細菌形態(tài)結構的變異與細菌學診斷細菌的耐藥變異與控制細菌毒力變異與控制檢測致癌物方面的應用基因工程方面的應用細菌遺傳變異研究的意義第40頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二Ames試驗：第41頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二本章目的要求1、掌握質粒、轉座元件、插入序列、轉座子、整合子、轉化、接合、轉導、溶原性轉換等概念。2、熟悉細菌的遺傳物質，細菌基因轉移與重組的過程，基因的突變，突變型細菌的種類，細菌遺傳變異的實際意義。3、了解細菌基因表達的調節(jié)。第42頁，共45頁，2023年，2月20日，星期二1、細菌基因轉移的類型及其主要