細菌的遺傳與變異培訓課件1

細菌的遺傳與變異遺傳：指親代與子代之間某些性狀相似或相同，保持了種族相對穩(wěn)定。變異：指親代與子代之間出現(xiàn)性狀差異，使細菌產(chǎn)生變種或新種。遺傳性變異：基因型變異非遺傳性變異：表型變異2細菌的遺傳與變異微生物遺傳的物質(zhì)基礎

遺傳變異有無物質(zhì)基礎以及何種物質(zhì)可承擔遺傳變異功能的問題，是生物學中的一個重大理論問題。直到1944年后，利用微生物這一實驗對象進行了三個著名的實驗，才以確鑿的事實證實了核酸尤其是DNA才是遺傳變異的真正物質(zhì)基礎。3細菌的遺傳與變異三個經(jīng)典實驗轉化實驗噬菌體感染實驗

AlfedHershey和MarthaChase(1952)用放射性同位素35S標記蛋白質(zhì)，32P標記DNA。植物病毒重建實驗

1956年，H.Fraenkel-Conrat用含RNA的煙草花葉病毒(TMV)進行了著名的植物病毒重建實驗，證明了RNA也是遺傳物質(zhì)的基礎4細菌的遺傳與變異第一節(jié)細菌遺傳變異

的物質(zhì)基礎5細菌的遺傳與變異一、細菌的變異現(xiàn)象

1、形態(tài)結構變異

細菌L型——在青霉素、溶菌酶、補體等作用下，使菌細胞壁發(fā)生缺陷；細菌呈多態(tài)性，革蘭染色陰性。H-O變異——細菌失去鞭毛6細菌的遺傳與變異陳舊培基物

鼠疫桿菌多形態(tài)性

7細菌的遺傳與變異2、毒力變異毒力增強——無毒的白喉棒狀桿菌感染溫和噬菌體后成為有毒株。

毒力減弱——有毒菌株變異為弱毒或無毒菌株

卡介苗

BacillusofCalmette-Güerin，BCG

：

卡介二氏用有毒的牛結核分枝桿菌在含膽汁、甘油、馬鈴薯的培養(yǎng)基上，經(jīng)13年連續(xù)230次傳代所獲得的一株毒力減弱但保留免疫原性的變異株；是用于預防結核病的減毒活疫苗。8細菌的遺傳與變異3、耐藥性變異

細菌對某種抗生素或藥物由敏感變?yōu)椴幻舾屑礊榧毦哪退幀F(xiàn)象。耐藥菌多重耐藥菌抗生素依賴9細菌的遺傳與變異4、菌落變異

光滑型（smooth，S）粗糙型（rough，R）

S-R變異

S型菌株致病性強，一般新分離的菌株為S型。菌落發(fā)生變異后，細菌的理化特性、抗原性、生化能力、毒力等也可發(fā)生改變。

10細菌的遺傳與變異（一）細菌染色體

bacterialchromosome

是一個閉環(huán)雙鏈DNA；基因結構連續(xù)，排列緊密，不含內(nèi)含子。細菌DNA的改變導致遺傳性狀發(fā)生改變。二、細菌的遺傳物質(zhì)11細菌的遺傳與變異（二）質(zhì)粒（plasmid）1、定義：

位于細菌細胞質(zhì)中染色體外的遺傳物質(zhì)，是閉合環(huán)狀雙鏈DNA，能自主復制，所攜帶的遺傳信息能賦予細菌某些非生命必需的生物學性狀如性菌毛、耐藥性和毒力等。12細菌的遺傳與變異（1）有自我復制能力，隨細菌分裂轉移到子代細胞中。分為：緊密型質(zhì)粒和松弛型質(zhì)粒（2）質(zhì)粒編碼的基因產(chǎn)物賦予細菌某些性狀，如耐藥性、致病性、致育性等。（3）可自行丟失與消除質(zhì)粒不是細菌生長所必不可少的，失去質(zhì)粒的細菌仍能正常存活。2、特征：13細菌的遺傳與變異（4）質(zhì)?？梢酝ㄟ^接合、轉化或轉導等方式在細菌間轉移。接合性質(zhì)粒與非接合性質(zhì)粒（5）質(zhì)粒的相容性與不相容性14細菌的遺傳與變異3、幾種常見質(zhì)粒：F質(zhì)粒fertilityfactor性菌毛有關R質(zhì)粒resistanceplasmid與耐藥性有關Col質(zhì)粒Colplasmid編碼大腸菌素Vi質(zhì)粒virulenceplasmid與細菌毒力有關代謝質(zhì)粒metabolicplasmid與代謝相關的酶類15細菌的遺傳與變異（三）轉座因子是細菌基因組中能改變自身位置的一段DNA序列，由其移動可引起插入突變、染色體畸變及基因的重排等，從而導致細菌遺傳性狀改變。插入序列轉座子

16細菌的遺傳與變異1、插入序列

（insertionsequence，IS）

是最小的轉座因子，長度不超過2kb，不攜帶任何已知與插入功能無關的基因區(qū)域。17細菌的遺傳與變異18細菌的遺傳與變異是一種運動性的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。整合子定位于細菌的染色體和質(zhì)?；蜣D座子上，與細菌的耐藥性密切相關。（四）整合子（integronIn）19細菌的遺傳與變異概念：噬菌體是感染細菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的病毒。特點：只有一種核酸類型、能通過濾菌器、無完整細胞結構、專性細胞內(nèi)寄生、嚴格宿主特異性。三、噬菌體（phage）20細菌的遺傳與變異1.形態(tài)結構：

電子顯微鏡下三種基本形態(tài)：蝌蚪形、球形和絲狀。大多數(shù)噬菌體呈蝌蚪形，分成頭部和尾部。（一）噬菌體的生物學性狀噬菌體示意圖21細菌的遺傳與變異噬菌體電鏡照片22細菌的遺傳與變異核酸：遺傳物質(zhì)（DNA/RNA）蛋白質(zhì)：能保護噬菌體核酸，決定其外形和表面特征，識別宿主菌表面的受體。2.化學組成：23細菌的遺傳與變異3.抗原性與抵抗力噬菌體的衣殼蛋白具有抗原性，可刺激機體產(chǎn)生特異性抗體。該抗體能抑制相應噬菌體感染敏感細菌；但對已吸附或已進入宿主菌的噬菌體不起作用，噬菌體仍能復制增殖。抵抗力較一般細菌強，低溫下長期存活，紫外線敏感。24細菌的遺傳與變異

根據(jù)和宿主的關系可將噬菌體分為兩類：

毒性噬菌體和溫和噬菌體。

（二）噬菌體與宿主菌的關系25細菌的遺傳與變異毒性噬菌體（virulentphage）

是感染宿主菌后，能在宿主菌細胞內(nèi)復制增殖，產(chǎn)生許多子代噬菌體，并且最終裂解宿主菌。溫和噬菌體（temperatephage）

感染宿主菌后，不裂解細菌，不產(chǎn)生子代噬菌體，但噬菌體基因與宿主菌染色體整合，隨宿主菌DNA復制而復制，并隨宿主菌分裂而傳代。26細菌的遺傳與變異1、毒性噬菌體1）溶菌周期

毒性噬菌體在敏感菌體內(nèi)的復制增殖過程亦是一個溶菌過程，故可稱為復制周期或溶菌周期；包括吸附、穿入、生物合成、裝配成熟和釋放幾個階段。27細菌的遺傳與變異吸附28細菌的遺傳與變異穿入29細菌的遺傳與變異生物合成30細菌的遺傳與變異裝配、成熟、釋放31細菌的遺傳與變異噬菌體侵噬細菌電鏡圖片32細菌的遺傳與變異2）溶菌現(xiàn)象

液體培養(yǎng)基中：混濁菌液澄清；固體培養(yǎng)基中：表現(xiàn)為噬斑。

33細菌的遺傳與變異前噬菌體：整合在宿主菌染色體上的噬菌體基因組。溶原性細菌：帶有前噬菌體基因組的細菌。溶原狀態(tài)：噬菌體基因隨溶原性細菌的分裂而傳給子代的狀態(tài)。2、溫和噬菌體1）概念：34細菌的遺傳與變異

溫和噬菌體感染宿主菌后所建立的溶原狀態(tài)可中斷，前噬菌體可自發(fā)或在一定理化因素誘導下從宿主菌染色體切離下來，重新復制新的子代噬菌體，最終裂解細菌。因此溫和噬菌體有溶原性周期和溶菌性周期。

2）溶原性周期和溶菌性周期35細菌的遺傳與變異吸附36細菌的遺傳與變異穿入37細菌的遺傳與變異Prophage：整合在宿主菌基因組中的噬菌體基因組溶原性細菌38細菌的遺傳與變異39細菌的遺傳與變異40細菌的遺傳與變異41細菌的遺傳與變異

溶原性細菌的溶原性周期和溶菌性周期溶原性周期溶菌性周期42細菌的遺傳與變異某些前噬菌體可導致細菌基因型和性狀發(fā)生改變，稱為溶原性轉換。

如：白喉外毒素、致熱外毒素、肉毒梭菌等。3）溶原性轉換（lysogenicconversion）43細菌的遺傳與變異一、轉化（transformation）

供體菌游離的DNA片段被受體菌直接攝取，使受體菌獲得新的性狀。第二節(jié)基因轉移與重組44細菌的遺傳與變異

小鼠體內(nèi)肺炎鏈球菌的轉化試驗45細菌的遺傳與變異

細菌轉化的條件：包括受體菌與外源DNA的條件。1）感受態(tài)細菌:細菌的感受態(tài)是指細菌能夠從周圍環(huán)境中吸收外源DNA分子進行轉化的生理狀態(tài)。可用人工的方法提高受體菌感受態(tài)的水平，通過以CaCl2、MgSO4等處理或電轉化。2）外源DNA

：雙鏈DNA分子親緣關系越近，DNA的純度越高，則轉化率越高。46細菌的遺傳與變異

細菌通過性菌毛相互連接溝通，將遺傳物質(zhì)從供體菌轉移給受體菌。轉移的遺傳物質(zhì)主要是質(zhì)粒，亦可以是供體菌的部分染色體DNA分子。二、接合（Conjugation）47細菌的遺傳與變異

質(zhì)粒可分為接合性質(zhì)粒和非接合性質(zhì)粒，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)粒等。48細菌的遺傳與變異1）F質(zhì)粒的接合49細菌的遺傳與變異

Hfr（高頻重組菌）：

F質(zhì)粒整合于宿主菌染色體后，能高效地帶動細菌染色體上的基因轉移入F－菌，因此稱為高頻重組菌。

在Hfr中，F(xiàn)質(zhì)粒結合在染色體的末端，當Hfr與F－菌雜交時，F(xiàn)質(zhì)粒起發(fā)動轉移的作用。供菌染色體先進入受體菌，F(xiàn)質(zhì)粒最后進入。被轉移的DNA可以是任意長度的供體菌染色體的片段。50細菌的遺傳與變異51細菌的遺傳與變異F′質(zhì)粒：

Hfr菌中的F質(zhì)?？梢詮募毦旧w上切離下來，終止其Hfr狀態(tài)，切離時可能帶有染色體上臨近的基因，這種質(zhì)粒稱為F′質(zhì)粒。52細菌的遺傳與變異F+菌：有F質(zhì)粒的細菌F+菌×F-菌→F+菌+F+菌Hfr菌：染色體整合有F質(zhì)粒的細菌Hfr菌×F-菌→Hfr菌+F-菌F’菌：有F’質(zhì)粒的細菌F’菌×F-菌→F’菌+F’菌(F’質(zhì)粒:帶有宿主菌染色體基因的F質(zhì)粒)53細菌的遺傳與變異2）R質(zhì)粒的接合

R質(zhì)粒由耐藥傳遞因子（RTF）和耐藥（r）決定子兩部分組成，這兩部分可單獨，也可結合在一起，只有結合在一起才能發(fā)生質(zhì)粒的接合性傳遞。RTF的功能與F質(zhì)粒相似，因此可介導類似F質(zhì)粒的接合過程；r決定子能編碼對抗菌藥物的耐藥性。54細菌的遺傳與變異

以噬菌體為載體，將供體菌的一段DNA片段轉移給受體菌，使其獲得新的性狀。三、轉導（Transduction）55細菌的遺傳與變異根據(jù)轉導基因片段的范圍，可分為兩種：

普遍性轉導：

可轉移供體菌DNA的任何片段。

局限性轉導：

只轉移前噬菌體插入部位鄰近的供體菌DNA片段56細菌的遺傳與變異1）普遍性轉導

噬菌體的溶菌周期發(fā)生裝配錯誤，誤將供體菌DNA裝入噬菌體內(nèi)成為一個轉導噬菌體，再以正常方式感染另一宿主菌。由于這種過程是隨機的，被包裝的DNA可以是供體菌染色體的任意片段（包括質(zhì)粒），故稱為普遍性轉導。57細菌的遺傳與變異普遍性轉導模式圖59細菌的遺傳與變異

溫和噬菌體在溶原周期將DNA整合于供體菌染色體的特定部位，當其從染色體上切離時發(fā)生偏差，帶走相鄰的細菌染色體基因，并將DNA轉導給受體菌。其轉導的是整合鄰近部位供體菌的個別特定基因，故稱為局限轉導。

2）局限性轉導60細菌的遺傳與變異61細菌的遺傳與變異

溫和噬菌體感染細菌時，宿主菌染色體中獲得了噬菌體的DNA片段，成為溶原狀態(tài)，從而使細菌獲取新的生物學性狀。

62細菌的遺傳與變異類型基因來源轉移方式轉化供體菌游離DNA直接攝入接合供體菌性菌毛連接轉導供體菌噬菌體介導溶原性轉換噬菌體感染并整合

基因轉移和重組的方式比較63細菌的遺傳與變異一、基因突變的規(guī)律1、突變率：

自發(fā)突變率很低，細菌分裂106～109次發(fā)生一次突變，人工誘變指加入誘變理化因