第5章--細(xì)菌的遺傳與變異學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1第第5章章-細(xì)菌的遺傳細(xì)菌的遺傳(ychun)與變異與變異第一頁，共61頁。第1頁/共61頁第二頁，共61頁。遺傳性變異（基因型變異遺傳性變異（基因型變異genotypic variation）：基因結(jié)構(gòu)：基因結(jié)構(gòu)(jigu)發(fā)生改變發(fā)生改變非遺傳性變異（表型變異非遺傳性變異（表型變異phenotypic variation）：受環(huán)境條件影響）：受環(huán)境條件影響 變異變異(biny)（variation） 第2頁/共61頁第三頁，共61頁?；蛐秃捅硇妥儺惢蛐秃捅硇妥儺?biny)的比較的比較基因型變異基因型變異(biny)表型變異表型變異(biny)基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu) 變化變化 未變未

2、變可逆性可逆性 不或極少不或極少 可逆可逆穩(wěn)定性穩(wěn)定性 穩(wěn)定 不穩(wěn)定環(huán)境影響環(huán)境影響涉及細(xì)菌數(shù)涉及細(xì)菌數(shù)不受影響不受影響 受影響受影響 個(gè)別個(gè)別 全體全體第3頁/共61頁第四頁，共61頁。* 細(xì)菌的變異細(xì)菌的變異(biny)現(xiàn)象現(xiàn)象1.形態(tài)形態(tài)(xngti)結(jié)構(gòu)的變異（結(jié)構(gòu)的變異（morphological variation）2.2抗原性變異（抗原性變異（antigenic variation）3.3菌落變異（菌落變異（colony variation）4.4毒力變異（毒力變異（virulence variation）：）：5. 如白喉棒狀桿菌的白喉毒素的獲得、卡介苗的研制成功如白喉棒狀桿菌

3、的白喉毒素的獲得、卡介苗的研制成功（13年，年，230代）；代）；6.5耐藥性變異（耐藥性變異（drug-resistant variation）第4頁/共61頁第五頁，共61頁。第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)菌細(xì)菌(xjn)的遺傳物質(zhì)的遺傳物質(zhì)第5頁/共61頁第六頁，共61頁。相關(guān)遺傳物質(zhì)：相關(guān)遺傳物質(zhì)：染色體（染色體（chromosome）、質(zhì)粒（）、質(zhì)粒（plasmid）、轉(zhuǎn)座因子）、轉(zhuǎn)座因子(ynz)（transposable element) 、整合子（、整合子（integron)、噬菌體（、噬菌體（bacteriophage, phage）第6頁/共61頁第七頁，共61頁。第7頁/共61頁第八頁

4、，共61頁。復(fù)制復(fù)制(fzh)(fzh)能力能力轉(zhuǎn)移能力轉(zhuǎn)移能力整合能力整合能力相容性相容性丟失或消除丟失或消除 第8頁/共61頁第九頁，共61頁。質(zhì)粒（質(zhì)粒（plasmid）的定義：）的定義：為閉合環(huán)狀雙鏈為閉合環(huán)狀雙鏈DNA、存在于細(xì)胞質(zhì)中的帶有遺傳信息、控制細(xì)菌的、存在于細(xì)胞質(zhì)中的帶有遺傳信息、控制細(xì)菌的某些特定遺傳性狀、能夠某些特定遺傳性狀、能夠(nnggu)自我復(fù)制的染色體以外的遺傳物質(zhì)自我復(fù)制的染色體以外的遺傳物質(zhì)。Definition: Extrachromosomal genetic elements that are capable of autonomous replica

5、tion (replicon)第9頁/共61頁第十頁，共61頁。第10頁/共61頁第十一頁，共61頁。1質(zhì)粒按所編碼生物學(xué)性狀種類分五類：質(zhì)粒按所編碼生物學(xué)性狀種類分五類： 致育質(zhì)粒致育質(zhì)粒/F質(zhì)粒（質(zhì)粒（fertility plasmid） 耐藥質(zhì)粒（耐藥質(zhì)粒（drug-resistance plasmid 毒力質(zhì)粒毒力質(zhì)粒/Vi質(zhì)粒（質(zhì)粒（virulence plasmid） 細(xì)菌細(xì)菌(xjn)素質(zhì)粒（素質(zhì)粒（bactericin plamid） 代謝質(zhì)粒（代謝質(zhì)粒（metabolism） 第11頁/共61頁第十二頁，共61頁。2Plasmid的特點(diǎn)的特點(diǎn)具有自我復(fù)制的能力：可以存在多具有

6、自我復(fù)制的能力：可以存在多copy，與，與replication of chromosome同步的稱為緊密型，不相關(guān)者稱為松弛型；同步的稱為緊密型，不相關(guān)者稱為松弛型；編碼某些特定的遺傳性狀：如編碼某些特定的遺傳性狀：如sex pilus (Fertility plasmid)、細(xì)菌素、細(xì)菌素、毒素和耐藥性等；毒素和耐藥性等；可自行丟失與消除可自行丟失與消除(xioch)：不是細(xì)菌生長所必需；：不是細(xì)菌生長所必需；轉(zhuǎn)移性：可通過轉(zhuǎn)化、接合和轉(zhuǎn)導(dǎo)等作用進(jìn)行細(xì)菌間傳遞；轉(zhuǎn)移性：可通過轉(zhuǎn)化、接合和轉(zhuǎn)導(dǎo)等作用進(jìn)行細(xì)菌間傳遞；質(zhì)粒的相容性和不相容性：幾種不同質(zhì)粒的相容性和不相容性：幾種不同plasmid

7、同時(shí)共存于一個(gè)細(xì)菌內(nèi)同時(shí)共存于一個(gè)細(xì)菌內(nèi)成為相容性成為相容性compatibility；反之，稱為；反之，稱為incompatibility。第12頁/共61頁第十三頁，共61頁。第13頁/共61頁第十四頁，共61頁。第14頁/共61頁第十五頁，共61頁。recombinationnTransposasenTransposition may be accompanied by duplication第15頁/共61頁第十六頁，共61頁。 Importance MutationPlasmid insertionPhase variationTransposaseABCDEFGGFEDCBA第16

8、頁/共61頁第十七頁，共61頁。 Importance Antibiotic resistanceIS ISResistance Gene(s)IS ISResistance Gene(s)第17頁/共61頁第十八頁，共61頁。IS bp Tn IS bp Tn 耐藥或毒素耐藥或毒素(d s)(d s)基因基因 IS1 768 IS1 768 Tn1Tn1 APAP（氨芐青霉素）（氨芐青霉素） IS2 1327 IS2 1327 Tn6 Tn6 KanKan（卡那霉素）（卡那霉素） IS3 1300 Tn10 Tet IS3 1300 Tn10 Tet（四環(huán)素）（四環(huán)素） IS4 1426 T

9、n551 Em IS4 1426 Tn551 Em（紅霉素）（紅霉素） IS5 1195 IS5 1195 Tn681 E.coli ETTn681 E.coli ET（腸毒素）（腸毒素）第18頁/共61頁第十九頁，共61頁。第19頁/共61頁第二十頁，共61頁。*溫和噬菌體參與細(xì)菌的遺傳(ychun)和變異第20頁/共61頁第二十一頁，共61頁。細(xì)菌變異的機(jī)制細(xì)菌變異的機(jī)制(jzh)：1、基因的轉(zhuǎn)移和重組、基因的轉(zhuǎn)移和重組2、基因突變、基因突變3、細(xì)菌、細(xì)菌DNA損傷的修復(fù)損傷的修復(fù)第21頁/共61頁第二十二頁，共61頁。nProtoplast fusion （原生質(zhì)體融合）第22頁/共61

10、頁第二十三頁，共61頁。第三節(jié)第三節(jié) 基因基因(jyn)的轉(zhuǎn)移和重組的轉(zhuǎn)移和重組第23頁/共61頁第二十四頁，共61頁。概念：概念：1.基因基因(jyn)轉(zhuǎn)移（轉(zhuǎn)移（gene transfer）或基因）或基因(jyn)交換：外源性的遺傳物質(zhì)（供體菌染色體交換：外源性的遺傳物質(zhì)（供體菌染色體DNA片段、可轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒片段、可轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒DNA及噬菌體基因及噬菌體基因(jyn)）由供體菌轉(zhuǎn)入某受體菌細(xì)胞內(nèi)的過程）由供體菌轉(zhuǎn)入某受體菌細(xì)胞內(nèi)的過程2.基因基因(jyn)重組（重組（ gene recombination）：被轉(zhuǎn)移的基因）：被轉(zhuǎn)移的基因(jyn)與受體菌與受體菌DNA整合在一起稱為重組整合在

11、一起稱為重組根據(jù)根據(jù)DNA片段的來源及交換方式不同，將轉(zhuǎn)移與重組的方式分為：轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換和原生質(zhì)體融合片段的來源及交換方式不同，將轉(zhuǎn)移與重組的方式分為：轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換和原生質(zhì)體融合 等等轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移(zhuny)(zhuny)：供菌提供：供菌提供DNADNA；受菌接受；受菌接受DNADNA重組：受菌獲得供菌重組：受菌獲得供菌DNADNA第24頁/共61頁第二十五頁，共61頁。類型類型 基因來源基因來源(liyun) (liyun) 轉(zhuǎn)移方式轉(zhuǎn)移方式 轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化(zhunhu) (zhunhu) 供菌供菌 受菌受菌攝入攝入 接合接合(jih) (jih) 供菌供菌 通過性

12、菌毛通過性菌毛轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo) 供菌供菌 噬菌體媒介噬菌體媒介 溶原性轉(zhuǎn)換溶原性轉(zhuǎn)換 噬菌體噬菌體 前噬菌體前噬菌體第25頁/共61頁第二十六頁，共61頁。傳代1 1、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)化(zhunhu)(transformation)(zhunhu)(transformation)：是供體菌裂解游離的：是供體菌裂解游離的DNADNA片段被受體菌片段被受體菌直接攝取，供受體菌獲得新的性狀。直接攝取，供受體菌獲得新的性狀。游離游離DNADNA供體菌供體菌DNADNA供體菌供體菌DNADNA（轉(zhuǎn)化因子）（轉(zhuǎn)化因子）第26頁/共61頁第二十七頁，共61頁。第27頁/共61頁第二十八頁，共61頁。第28頁/共61頁第二

13、十九頁，共61頁。第29頁/共61頁第三十頁，共61頁。第30頁/共61頁第三十一頁，共61頁。第31頁/共61頁第三十二頁，共61頁。第32頁/共61頁第三十三頁，共61頁。小鼠體內(nèi)肺炎(fiyn)鏈球菌的轉(zhuǎn)化試驗(yàn)第33頁/共61頁第三十四頁，共61頁。2 2、接合、接合(jih)(jih)（conjugationconjugation） 是細(xì)菌通過性菌毛相互連接溝通，將遺傳物質(zhì)（主要是質(zhì)是細(xì)菌通過性菌毛相互連接溝通，將遺傳物質(zhì)（主要是質(zhì)粒粒DNADNA）從供菌轉(zhuǎn)移給受菌。）從供菌轉(zhuǎn)移給受菌。接合接合(jih)(jih)性質(zhì)粒主要包括：性質(zhì)粒主要包括：F F質(zhì)粒、質(zhì)粒、R R質(zhì)粒、質(zhì)粒、Co

14、lCol質(zhì)粒和毒質(zhì)粒和毒力質(zhì)粒力質(zhì)粒第34頁/共61頁第三十五頁，共61頁。DonorRecipient Recipient Lacks an F factor第35頁/共61頁第三十六頁，共61頁。F F質(zhì)粒的接合質(zhì)粒的接合(jih) (jih) 第36頁/共61頁第三十七頁，共61頁。transfer of certain donor chromosomal genesF+Hfr第37頁/共61頁第三十八頁，共61頁。chromosomal genesHfrF第38頁/共61頁第三十九頁，共61頁。 Pair formation Conjugation bridgeHfrF-HfrF-Hf

15、rF-HfrF-第39頁/共61頁第四十頁，共61頁。 Pair formation Conjugation bridgeFFFFFF-FF-第40頁/共61頁第四十一頁，共61頁。第41頁/共61頁第四十二頁，共61頁。F+、Hfr、F三種三種(sn zhn)菌都具有性菌都具有性菌毛菌毛第42頁/共61頁第四十三頁，共61頁。R R質(zhì)粒的接合質(zhì)粒的接合(jih)(jih)R R質(zhì)粒由耐藥傳遞因子（質(zhì)粒由耐藥傳遞因子（RTFRTF）和耐藥決定因子（）和耐藥決定因子（r r決定因子）組成決定因子）組成。RTFRTF的功能與的功能與F F質(zhì)粒相似，可編碼性菌毛的產(chǎn)生和通過接合質(zhì)粒相似，可編碼性菌毛

16、的產(chǎn)生和通過接合(jih)(jih)轉(zhuǎn)移；轉(zhuǎn)移；r r決定因子編碼對抗菌藥物的耐藥性，決定因子編碼對抗菌藥物的耐藥性，r r決定因子上決定因子上有多個(gè)有多個(gè)TnTn連接相鄰是造成多耐的原因。連接相鄰是造成多耐的原因。第43頁/共61頁第四十四頁，共61頁。第44頁/共61頁第四十五頁，共61頁。Tn 9Tn 21Tn 10Tn 8RTFR determinant R determinant Resistance genes Transposons第45頁/共61頁第四十六頁，共61頁。3 3、轉(zhuǎn)導(dǎo)（、轉(zhuǎn)導(dǎo)（transductiontransduction） 是以噬菌體為載體，將供菌的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)

17、移到受菌中去，使受是以噬菌體為載體，將供菌的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移到受菌中去，使受菌獲得新的性狀菌獲得新的性狀(xngzhung)(xngzhung)。 普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) ：以毒性噬菌體和溫和噬菌體為載體，發(fā)生在裂解期：以毒性噬菌體和溫和噬菌體為載體，發(fā)生在裂解期，轉(zhuǎn)移的，轉(zhuǎn)移的 DNA DNA為供菌染色體上的任何部為供菌染色體上的任何部 局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo) ：以溫和噬菌體為載體發(fā)生在溶原期，供菌染色體上：以溫和噬菌體為載體發(fā)生在溶原期，供菌染色體上特定的基因特定的基因第46頁/共61頁第四十七頁，共61頁。、普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)、普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhun do)(generalized (zhun do)(g

18、eneralized transduction)transduction)： 普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)的細(xì)菌整合(zhn h)未整合(zhn h)完全轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)菌DNA第47頁/共61頁第四十八頁，共61頁。、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)、局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhun do)(restricted transduction)(zhun do)(restricted transduction)：又稱特異：又稱特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)性轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhun do)(specialized transduction)(zhun do)(specialized transduction)前噬菌體 galbiogalbio 正常脫離galbio 斷裂和再接b

19、io gal斷裂和再接galbio 偏差脫離第48頁/共61頁第四十九頁，共61頁。區(qū)別要點(diǎn)區(qū)別要點(diǎn)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)基因轉(zhuǎn)導(dǎo)的發(fā)生基因轉(zhuǎn)導(dǎo)的發(fā)生時(shí)期時(shí)期裂解期裂解期溶原期溶原期轉(zhuǎn)導(dǎo)的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)導(dǎo)的遺傳物質(zhì)供菌染色體供菌染色體DNADNA任何部位或質(zhì)粒任何部位或質(zhì)粒噬菌體噬菌體DNADNA及供及供菌菌DNADNA的特定部的特定部位位轉(zhuǎn)導(dǎo)的后果轉(zhuǎn)導(dǎo)的后果完全轉(zhuǎn)導(dǎo)或流產(chǎn)完全轉(zhuǎn)導(dǎo)或流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)受體菌獲得供體受體菌獲得供體菌菌DNADNA特定部位特定部位的遺傳特性的遺傳特性轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率轉(zhuǎn)導(dǎo)頻率受體菌的10-7 10-4普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhun do)與局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)與局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(z

20、hun do)的區(qū)別的區(qū)別第49頁/共61頁第五十頁，共61頁。4 4、溶原性轉(zhuǎn)換、溶原性轉(zhuǎn)換(zhunhun)(zhunhun)（lysogenic conversionlysogenic conversion） 是侵入細(xì)菌的噬菌體在溶原期可以前噬菌體形式在細(xì)菌內(nèi)是侵入細(xì)菌的噬菌體在溶原期可以前噬菌體形式在細(xì)菌內(nèi)與細(xì)菌的染色體發(fā)生重組，導(dǎo)致細(xì)菌的基因型發(fā)生改變。溶原性細(xì)與細(xì)菌的染色體發(fā)生重組，導(dǎo)致細(xì)菌的基因型發(fā)生改變。溶原性細(xì)菌可因此而獲得新的性狀。（如白喉毒素、致熱外毒素、肉毒毒素菌可因此而獲得新的性狀。（如白喉毒素、致熱外毒素、肉毒毒素和和毒素）毒素） 第50頁/共61頁第五十一頁，共6

21、1頁。5 5、原生質(zhì)體融合、原生質(zhì)體融合(rngh)(rngh)（protoplast fusionprotoplast fusion） 是將兩種不同的細(xì)菌經(jīng)溶菌酶或青霉素處理失去細(xì)胞壁而是將兩種不同的細(xì)菌經(jīng)溶菌酶或青霉素處理失去細(xì)胞壁而變?yōu)樵|(zhì)體后進(jìn)行融合變?yōu)樵|(zhì)體后進(jìn)行融合(rngh)(rngh)（聚乙二醇可促使二種原生質(zhì)（聚乙二醇可促使二種原生質(zhì)體間的融合體間的融合(rngh)(rngh)），在此期間染色體可發(fā)生重組。），在此期間染色體可發(fā)生重組。第51頁/共61頁第五十二頁，共61頁。第四節(jié)第四節(jié) 基因突變基因突變(j yn t bin)第52頁/共61頁第五十三頁，共61頁。影印影印(yngyn)(yngyn)平板：自發(fā)的，隨機(jī)的，非誘導(dǎo)的藥物僅起選擇平板：自發(fā)的，隨機(jī)的，非誘導(dǎo)的藥物僅起選擇作用作用突突 變（變（Mutation）的定義）的定義(dngy)：是遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，導(dǎo)致的變異可傳于后代。：是遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，導(dǎo)致的變異可傳于后代。第53頁/共61頁第五十四頁，共61頁。突變突變(tbin)與選擇與選擇第54頁/共61頁第五十五頁，共61頁。第55頁/共61頁第五十六頁，共61頁。相關(guān)相關(guān)(xinggun)感