細菌的遺傳與變異

關(guān)于細菌的遺傳與變異第1頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三細菌的遺傳和變異heredity——遺傳細菌的生物學性狀保持相對穩(wěn)定，且代代相傳，使其物種得以保存的能力。基本單位是基因【DNA鏈上編碼蛋白質(zhì)或RNA所必需的一段序列，包括編碼和非編碼序列（非編碼序列為內(nèi)含子，編碼序列為外顯子，外顯子和內(nèi)含子都能被轉(zhuǎn)錄為RNA，轉(zhuǎn)錄后加工剪切，成熟的mRNA僅剩下外顯子)】variation——變異子代和親代之間生物學特性出現(xiàn)的差異稱為變異第2頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三變異遺傳性變異（基因型變異）細菌的基因結(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，常發(fā)生于個別細菌非遺傳性變異（表型變異）環(huán)境改變導致，基因結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化，可逆，不可遺傳。常發(fā)生于菌群中所有的細菌第3頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)

細菌遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)細菌染色體質(zhì)粒噬菌體轉(zhuǎn)座元件第4頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三細菌染色體細菌染色體chromosome

一條環(huán)狀雙螺旋DNA長鏈按一定構(gòu)型反復回旋而成的松散網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)第5頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三質(zhì)粒特點自主復制雙股閉合環(huán)狀DNA分子編碼某些表型可丟失和轉(zhuǎn)移第6頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三常見質(zhì)粒致育質(zhì)粒（F質(zhì)粒）抗性質(zhì)粒（R質(zhì)粒）細菌素質(zhì)粒毒性質(zhì)粒（Vi質(zhì)粒）代謝質(zhì)粒隱蔽質(zhì)粒第7頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三致育質(zhì)粒（F質(zhì)粒）

fertilityplasmid

無F質(zhì)粒的為雌性菌，無性菌毛帶有F質(zhì)粒的為雄性菌，能長出性菌毛第8頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三編碼細菌對抗菌藥物的耐藥性和對重金屬鹽的抗性由耐藥轉(zhuǎn)移因子（resistancetransferfactor,RTF）和耐藥決定因子（resistancedeterminant,r-det）組成。RTF的功能類似F質(zhì)粒，編碼性菌毛。r-det編碼拮抗藥物的酶類，決定細菌的耐藥性，可有多個耐藥基因相連，產(chǎn)生多重耐藥?？剐再|(zhì)粒（R質(zhì)粒，耐藥質(zhì)粒）

resistanceplasmid第9頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三細菌素質(zhì)粒編碼各種細菌產(chǎn)生的細菌素。Col質(zhì)粒編碼大腸埃希菌產(chǎn)生的大腸菌素colicin第10頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三毒性質(zhì)粒（Vi質(zhì)粒）

virulenceplasmid編碼與該菌致病性有關(guān)的毒力因子如腸產(chǎn)毒性大腸桿菌產(chǎn)生的耐熱腸毒素和不耐熱腸毒素分別由ST質(zhì)粒和LT質(zhì)粒所編碼。第11頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三代謝質(zhì)粒（降解質(zhì)粒）編碼產(chǎn)生相關(guān)的代謝酶。第12頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三轉(zhuǎn)座元件（轉(zhuǎn)座因子或轉(zhuǎn)位因子）是一類特異性的DNA片段，它能在細菌染色體、質(zhì)?；蚴删w等DNA分子中移動，不斷改變它們在基因組中的位置，能從一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置，這種轉(zhuǎn)座作用的結(jié)果將產(chǎn)生插入突變、染色體畸變和廣泛的基因重排等。（是正常組成部分，不能獨立復制，必須依附在細菌染色體或質(zhì)粒或噬菌體DNA上與之同時復制）第13頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三轉(zhuǎn)位因子有兩種類型插入序列（insertionsequence,IS）是最小的轉(zhuǎn)位因子，長度不超過2kb，不攜帶任何已知與插入功能無關(guān)的基因區(qū)域，往往是插入后與插入點附近的序列共同起作用，可能是細胞正常代謝的調(diào)節(jié)開關(guān)之一，當IS插入操縱子某一位點時，其遠端基因失去功能或功能下降。另外，毗鄰于IS的DNA畸變率增高，可出現(xiàn)缺失、重復、倒位等現(xiàn)象。IS兩端為反向重復序列，它決定轉(zhuǎn)座位置的特異性，通過同源重組來介導轉(zhuǎn)座。TransposaseABCDEFGGFEDCBA第14頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）Tn9Tn21Tn10Tn8RTFRdeterminant兩端帶有反向重復序列，是一類除了攜帶有與轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的基因外，還帶有與轉(zhuǎn)座作用無關(guān)但決定宿主菌遺傳性狀基因的轉(zhuǎn)座因子。因此Tn的分子量比IS大。以帶有抗生素抗性基因的Tn研究最為深入第15頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三轉(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）Tn6KmTn7TMP（甲氧芐氨嘧啶）、SMTn9Cm（氯霉素）Tn10Tc（四環(huán)素）Tn551Em（紅霉素）Tn971EmTn1681大腸埃希菌（腸毒素基因）第16頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三噬菌體

（bacteriophage,phage）噬菌體是感染細菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的病毒。病毒的特性：個體微小，可以通過細菌濾器沒有完整的細胞結(jié)構(gòu)，由蛋白質(zhì)和核酸組成專性活細胞內(nèi)寄生分布極廣第17頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三噬菌體的生物學性狀形態(tài)個體微小，需用電子顯微鏡觀察蝌蚪形、微球形和絲形LG1wasisolatedfromchickenfecesonanE.coliO157:H7host,butitplaquesonawiderangeofE.coli,andafewEnterobacteriaceae.Theblackbarsaresizebarsrepresenting100nm.第18頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三各種噬菌體的形態(tài)第19頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三蝌蚪形噬菌體結(jié)構(gòu)模式圖尾絲為吸附結(jié)構(gòu)，能識別宿主菌表面的特殊受體；尾板內(nèi)有裂解宿主菌細胞壁的溶菌酶；尾髓有收縮功能，使頭部核酸注入宿主菌第20頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三噬菌體的生物學性狀第21頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三噬菌體的生物學性狀噬菌體宿主菌形態(tài)核酸T1-T7、λ、N4大腸埃希菌蝌蚪形dsDNA，線狀P1志賀菌蝌蚪形dsDNA，線狀P22沙門菌蝌蚪形dsDNA，線狀SP01、SP82枯草芽胞桿菌蝌蚪形dsDNA，線狀Φ29解淀粉芽胞桿菌蝌蚪形dsDNA，線狀PM2假單胞菌微球形，有包膜dsDNA，線狀ΦX174、S13、M12、G4大腸埃希菌微球形ssDNA，線狀f1、fd、M13大腸埃希菌絲形ssDNA，線狀MS2、f2、fr、Qβ大腸埃希菌微球形ssRNA，線狀Φ6假單胞菌微球形，有包膜dsRNA，線狀，分成3節(jié)段第22頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三噬菌體

毒性噬菌體

(virulentphage)

能在宿主菌細胞內(nèi)復制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并最終裂解細菌，稱為毒性噬菌體第23頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三溶菌周期吸附穿入生物合成成熟與釋放第24頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三噬菌體的復制第25頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三毒性噬菌體在液體培養(yǎng)基中

菌液混濁澄清在固體培養(yǎng)基中將適量的噬菌體和宿主菌液混合后接種培養(yǎng)，培養(yǎng)基表面有透亮的溶菌空斑，一個噬斑一般由一個噬菌體復制增殖并裂解細菌后形成第26頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三噬斑第27頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三噬菌體感染細菌的結(jié)果溶菌性周期毒性噬菌體溶原性周期前噬菌體溶原性細菌

溫和噬菌體第28頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三溫和噬菌體

temperatephage溫和噬菌體噬菌體基因與宿主菌染色體整合，不產(chǎn)生子代噬菌體，但噬菌體DNA能隨細菌DNA復制，并隨細菌的分裂而傳代，稱為溫和噬菌體或溶原性噬菌體(lysogenicphage)前噬菌體

整合在細菌基因組中的噬菌體基因組稱為前噬菌體（prophage）溶原性細菌

帶有前噬菌體的細菌稱為溶原性細菌（lysogenicbacterium）第29頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三第30頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三溫和噬菌體溶原性

前噬菌體偶爾脫離宿主菌基因組而進入溶菌周期，產(chǎn)生成熟噬菌體，導致細菌裂解。溫和噬菌體的這種產(chǎn)生成熟噬菌體顆粒和溶解宿主菌的潛在能力稱為溶原性（lysogeny）三種存在狀態(tài)游離的具有感染性的噬菌體顆粒宿主菌胞質(zhì)內(nèi)類似質(zhì)粒形式的噬菌體核酸整合的前噬菌體第31頁，講稿共34頁，2023年5月2日，星期三溫和噬菌體溶原性轉(zhuǎn)換

前噬菌體可導致細菌基因型和性狀發(fā)生改變白喉桿菌β-棒狀桿菌噬菌體

白喉毒素A群溶血性鏈球菌能產(chǎn)生致熱外毒素肉毒梭菌的毒素金黃色葡萄球菌溶素沙門菌、志賀菌等的抗原結(jié)構(gòu)和血清型別第32頁，講稿共34頁，2023年5月2日，