微生物的遺傳與變異

微生物的遺傳與變異第一頁，共二十五頁，2022年，8月28日第四章、微生物的遺傳與變異

同其他生物一樣，細菌具有遺傳性和變異性，細菌的形態(tài)、結(jié)構(gòu)、新陳代謝、毒力和對藥物的敏感性等性狀，都是由遺傳物質(zhì)決定的。這些性狀在子代、親代中表現(xiàn)相同稱為遺傳(heredity)，而子代與親代之間出現(xiàn)差異則稱為變異（variation）。遺傳保證了種屬性狀相對穩(wěn)定，而變異可使細菌產(chǎn)生變種和新種。第二頁，共二十五頁，2022年，8月28日第四章微生物的遺傳與變異遺傳型變異（基因型變異）：遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變引起的變異。新獲得的性狀可穩(wěn)定地傳給后代。非遺傳型變異（表型變異）：遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)未改變，由于外界環(huán)境條件的作用引起的變異。第三頁，共二十五頁，2022年，8月28日一、細菌的遺傳物質(zhì)（一）細菌染色體(chromosomeofbacteria)細菌是原核細胞型微生物，無細胞核，其染色體就是核質(zhì)，由一條雙股鏈狀DNA分子組成，附著在橫隔中介體或細胞膜上。細菌染色體無組蛋白包繞，在菌體內(nèi)高度盤繞成絲團狀。（二）質(zhì)粒(plasmid)質(zhì)粒是細菌染色體外的遺傳物質(zhì)，由雙股閉合環(huán)DNA組成，通常以超螺旋狀態(tài)存在于細胞漿中。第四頁，共二十五頁，2022年，8月28日一、細菌的遺傳物質(zhì)第五頁，共二十五頁，2022年，8月28日質(zhì)粒（plasmid）的主要特征1、具有自我復(fù)制的能力；2、質(zhì)粒攜帶的基因往往賦予宿主細菌新的表型；3、質(zhì)粒的丟失與消除直接影響到宿主菌的表型性狀；4、質(zhì)?？梢栽诓煌w間轉(zhuǎn)移；5、質(zhì)粒的相容性。幾種質(zhì)?？赏瑫r共存于同一細菌細胞內(nèi)的現(xiàn)象稱為相容性；反之，不能共存于同一細菌細胞內(nèi)的，稱不相容性。

第六頁，共二十五頁，2022年，8月28日質(zhì)粒圖第七頁，共二十五頁，2022年，8月28日質(zhì)粒的應(yīng)用第八頁，共二十五頁，2022年，8月28日（三）轉(zhuǎn)座因子（transposableelement）近年來發(fā)現(xiàn)微生物的某些DNA片段作為一個獨立單位可在染色體上移動，此種移動甚至可發(fā)生在不同種細胞之間。這種可移動的DNA片段稱為轉(zhuǎn)座因子。細菌的轉(zhuǎn)座因子有三種類型：插入序列（insertionsequence,IS）轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）某些特殊的噬菌體，例如Mn，是促變噬體的簡稱。第九頁，共二十五頁，2022年，8月28日（四）毒力島（pathogenicityisland,PAI）毒力島（PAI）：是20世紀90年代提出的一個新概念。PAI是指病原菌的某個或某些毒力基因群，分子結(jié)構(gòu)與功能有別于細菌染色體，但位于細菌染色體之內(nèi)，因此稱之為“島”。第十頁，共二十五頁，2022年，8月28日二、細菌變異現(xiàn)象（一）、形態(tài)結(jié)構(gòu)變異

細菌形態(tài)、大小及許多結(jié)構(gòu)均可產(chǎn)生變異。形態(tài)大小變異：用藥后，菌體膨大，呈梨形、絲狀；或由革蘭氏陽性變?yōu)楦锾m氏陰性，以及衰老型出現(xiàn)；鞭毛變異：稱為H－O變異；莢膜變異：丟失莢膜，毒力下降等。第十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日（一）、形態(tài)結(jié)構(gòu)變異第十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日（二）、生理特性變異毒力變異：包括毒力增強和毒力減弱兩方面。耐藥性變異：細菌對某種抗菌藥物可由敏感變成耐藥。甚至對某種藥物產(chǎn)生依賴。酶活性變異：變異后，其酶活性發(fā)生改變，成為營養(yǎng)缺陷型，不能合成某種營養(yǎng)成分，或失去分解某種糖的能力。菌落變異：腸道桿菌較為常見，由光滑型（Smooth）變?yōu)榇植谛?Rough)稱為S－R變異。S－R變異往往涉及多種性狀的改變：毒力下降或消失、抗原性下降、生化反應(yīng)不典型等。第十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日S-R變異第十四頁，共二十五頁，2022年，8月28日三、遺傳型變異的機理遺傳型變異由基因型改變而引起的，能相對穩(wěn)定地遺傳，包括基因突變與基因轉(zhuǎn)移。（一）基因突變(genemutation)

堿基置換：轉(zhuǎn)換點突變：顛換移碼突變

缺失染色體畸變：易位重復(fù)倒位

點突變是染色體上某一點核苷酸序列的改變所致，只涉及一對或少數(shù)幾對堿基的改變。染色體畸變則涉及較大范圍的DNA結(jié)構(gòu)變化。第十五頁，共二十五頁，2022年，8月28日點突變堿基置換：包括由嘌呤置換嘌呤、嘧啶置換嘧啶的轉(zhuǎn)換和嘌呤置換嘧啶或嘧啶置換嘌呤的顛換兩種。

…AATTCC……AGTTGC…

…TTAAGG……TCAACG…移碼突變：是由于DNA堿基排列中一對或少數(shù)幾對核苷酸的增加或缺失所致?！璗TAAGG………TTCAAGG……第十六頁，共二十五頁，2022年，8月28日（二）基因轉(zhuǎn)移兩個性狀不同的細菌可發(fā)生基因轉(zhuǎn)移（genetransfer），從而引起傳型變異。在基因轉(zhuǎn)移中提供DNA的細菌叫供體菌；接受DNA的細菌稱之為受體菌。細菌的基因轉(zhuǎn)移方式有五種：轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合、原生質(zhì)體融合和轉(zhuǎn)染。第十七頁，共二十五頁，2022年，8月28日1、轉(zhuǎn)化(transformation)受體菌直接攝取供體菌的游離DNA片段并整合到自己基因組中，從而獲得新的性狀的過程稱為轉(zhuǎn)化。供體菌的DNA可人工抽提得到或由細菌自然死亡釋放。第十八頁，共二十五頁，2022年，8月28日2、轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)以溫和噬菌體為媒介，將供體菌DNA片段轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，使受體菌獲得新的遺傳性狀，稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)?？煞譃槠毡樾赞D(zhuǎn)導(dǎo)(generalizedtransduction)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(restrictedtransduction)。第十九頁，共二十五頁，2022年，8月28日3、接合(conjugation)兩個細菌直接接觸，供體菌通過性菌毛將DNA轉(zhuǎn)入受體菌內(nèi)，使受體菌獲得新的遺傳性狀的過程稱為接合或細菌的雜交。第二十頁，共二十五頁，2022年，8月28日4、原生質(zhì)體融合(fusionofprotoplast)細菌形成原生質(zhì)體后，在聚乙二醇（PEG）作用下可以使兩個細菌細胞發(fā)生融合。融合的細菌可在高滲培養(yǎng)基上生長。因為融合體具有兩套親本的染色體，因此可以表現(xiàn)兩者的特性。第二十一頁，共二十五頁，2022年，8月28日5、轉(zhuǎn)染(transfection

):溶原性細菌染色體上整合有前噬菌體而獲得新的遺傳性狀時稱轉(zhuǎn)染，也稱溶原性轉(zhuǎn)換。第二十二頁，共二十五頁，2022年，8月28日四、細菌遺傳變異在實踐上的應(yīng)用1、在診斷、預(yù)防和治療方面的應(yīng)用

細菌變異株的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生化反應(yīng)、毒力、抗原構(gòu)造和菌落性狀等均可發(fā)生改變，造成性狀不典型，常給細菌鑒定工作帶來困難，了解細菌的變異現(xiàn)象和規(guī)律才能進行正確診斷。同時，對預(yù)防傳染病具有特別重要的意義。第二十三頁，共二十五頁，2022年，8月28日四、細菌遺傳變異在實踐上的應(yīng)用2、在檢查致癌物質(zhì)方面有應(yīng)用細菌的突變可由誘變劑引起，凡能誘導(dǎo)細菌突變的物質(zhì)對