噬菌體遺傳變異

噬菌體遺傳變異第1頁/共53頁目的要求掌握：噬菌體的概念;毒性與溫和噬菌體的作用；細(xì)菌遺傳變異的機(jī)理。熟悉：噬菌體的生物學(xué)性狀及與宿主的相互關(guān)系；細(xì)菌遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)。了解：噬菌體的應(yīng)用;遺傳變異的基本概念，細(xì)菌變異的類型，細(xì)菌變異的實(shí)際意義。第2頁/共53頁噬菌體bacteriophagebacteriophagebacteriophagebacteriophagebacteriophagebacteriophage第3頁/共53頁

是一類具有嚴(yán)格寄生性和高度特異性的寄生于細(xì)菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物中的病毒。噬菌體（bacteriophage,phage）第4頁/共53頁噬菌體的生物學(xué)性狀噬菌體的大小與形態(tài)噬菌體的結(jié)構(gòu)噬菌體的化學(xué)組成噬菌體的抗原性噬菌體的抵抗力噬菌體的分類第5頁/共53頁噬菌體與其他微生物大小的比較葡萄球菌（1μm）支原體、立克次體、衣原體（0.3～0.6

μm）口蹄疫病毒（20nm）痘病毒（300nm）卵蛋白分子（10nm）噬菌體（65～95nm）個(gè)體微小，以nm為測量單位，需用電子顯微鏡觀察第6頁/共53頁噬菌體的形態(tài)微球形蝌蚪形絲形第7頁/共53頁尾鞘尾絲核酸（線狀雙股DNA)有尾型噬菌體結(jié)構(gòu)尾刺頭部尾部尾領(lǐng)尾髓尾板第8頁/共53頁噬菌體的化學(xué)組成核酸蛋白質(zhì)DNA或

RNA核酸中可有某些特殊的堿基羥甲基胞嘧啶代替胞嘧啶羥甲基尿嘧啶或尿嘧啶代替胸腺嘧啶

頭部衣殼尾部結(jié)構(gòu)天然標(biāo)記第9頁/共53頁噬菌體的分類根據(jù)噬菌體的核酸組成DNA噬菌體RNA噬菌體根據(jù)噬菌體與宿主的關(guān)系毒性噬菌體（virulentphage)

溫和噬菌體（temperatephage）

溶原性噬菌體（lysogenicphage）第10頁/共53頁毒性噬菌體

（virulentphage)能在宿主菌細(xì)胞內(nèi)，利用宿主菌的酶、能量進(jìn)行復(fù)制增殖，產(chǎn)生子代噬菌體并使宿主菌破裂的噬菌體為毒性噬菌體。

第11頁/共53頁毒性噬菌體的復(fù)制增殖

1、吸附

是噬菌體與細(xì)菌表面相應(yīng)受體特異性結(jié)合的過程第12頁/共53頁2、穿入有尾噬菌體將頭部的DNA注入宿主菌內(nèi)無尾噬菌體經(jīng)脫殼進(jìn)入宿主菌內(nèi)，類似于動物病毒的穿入過程第13頁/共53頁3、生物合成利用宿主菌的酶、能量復(fù)制核酸及合成蛋白質(zhì)第14頁/共53頁4、成熟與釋放程序組裝菌細(xì)胞裂解，噬菌體釋放第15頁/共53頁毒性噬菌體的復(fù)制增殖1、吸附2、穿入3、生物合成4、成熟與釋放第16頁/共53頁噬菌體在固體培養(yǎng)基中與細(xì)菌共同培養(yǎng)后形成的噬斑

噬菌現(xiàn)象均勻渾濁澄清第17頁/共53頁溫和噬菌體（temperatephage）概念復(fù)制繁殖周期溶原性噬菌體（lysogenicphage）第18頁/共53頁溫和噬菌體

那些既可感染宿主菌后，將其基因整合到宿主菌基因組并隨宿主基因的復(fù)制而復(fù)制，當(dāng)宿主菌分裂時(shí)，噬菌體的基因亦隨之分配到兩個(gè)子代宿主菌基因組中；又可裂解其感染的宿主菌的噬菌體稱之。溶菌性周期和溶原性周期第19頁/共53頁前噬菌體------整合在細(xì)菌染色體上的噬菌體基因組溶原性細(xì)菌------帶有前噬菌體基因組的細(xì)菌第20頁/共53頁溫和噬菌體的復(fù)制繁殖1、吸附2、穿入3、前噬菌體形成4、溶原性周期5、一定條件下，前噬菌體脫離細(xì)菌染色體6、溶菌性周期第21頁/共53頁溶原性細(xì)菌誘導(dǎo)前噬菌體溶菌性周期溶原性周期第22頁/共53頁噬菌體的應(yīng)用細(xì)菌的鑒定分子生物學(xué)研究的重要工具細(xì)菌感染的診斷與治療第23頁/共53頁第24頁/共53頁變異（variation）在一定條件下，子代和親代之間以及子代和子代之間的差異稱為變異遺傳（heredity）遺傳使細(xì)菌的性狀保持相對穩(wěn)定，且代代相傳，使其種屬得以保存。非遺傳性變異（表型變異）環(huán)境改變導(dǎo)致，基因結(jié)構(gòu)未發(fā)生變異，可逆，不可遺傳遺傳性變異（基因型變異）細(xì)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。第25頁/共53頁細(xì)菌的變異現(xiàn)象形態(tài)變異結(jié)構(gòu)變異菌落變異毒力變異耐藥性變異第26頁/共53頁青霉素、溶菌酶

正常形態(tài)細(xì)菌──────→

L型變異抗體或補(bǔ)體

(部分或完全失去胞壁)

正常霍亂弧菌霍亂弧菌L型形態(tài)結(jié)構(gòu)變異第27頁/共53頁毒力變異

β棒狀噬菌體

白喉棒狀桿菌────→

獲得白喉毒素膽汁、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基

牛型結(jié)核桿菌──────────→卡介苗

13年(230代)第28頁/共53頁耐藥性變異細(xì)菌對某種抗菌藥物有敏感變成耐藥的變異稱為耐藥性變異。有些細(xì)菌還表現(xiàn)為同時(shí)耐受多種抗菌藥物，即多重耐藥性，甚至產(chǎn)生藥物依賴性。含鏈霉素培基

痢疾桿菌─────→依鏈株(耐藥菌株)

長期培養(yǎng)

第29頁/共53頁菌落變異

在陳舊培養(yǎng)基中長期培養(yǎng)

光滑型菌落───────→

粗糙型菌落

S

或在有免疫力的人體內(nèi)

R菌落（S型）菌落（R型）第30頁/共53頁細(xì)菌遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)細(xì)菌染色體染色體外的遺傳物質(zhì)

質(zhì)粒轉(zhuǎn)位因子第31頁/共53頁

單一的環(huán)狀雙螺旋的DNA長鏈反復(fù)卷曲的超螺旋結(jié)構(gòu)。沒有組蛋白，但有核蛋白。DNA雙向復(fù)制不同細(xì)菌染色體的G+Cmol%不同，可作為細(xì)菌分類的依據(jù)。細(xì)菌染色體第32頁/共53頁質(zhì)粒可自主復(fù)制可自行或經(jīng)人工處理而消失特性具有相容性和不相容性轉(zhuǎn)移性與細(xì)菌繁殖代謝無關(guān)，但賦予宿主菌特定的生物學(xué)特性分類F質(zhì)粒：編碼性菌毛Vi質(zhì)粒：編碼細(xì)菌毒力col質(zhì)粒：編碼大腸菌素R質(zhì)粒：編碼抗藥性大質(zhì)粒（為染色體的1～10％）小質(zhì)粒（約為染色體的0.5％）代謝質(zhì)粒：編碼相關(guān)的代謝酶第33頁/共53頁轉(zhuǎn)位因子能從宿主基因組的一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置的獨(dú)立的DNA片段。又稱為轉(zhuǎn)座子或轉(zhuǎn)座因子特點(diǎn)插入序列（insertionsequences,IS)轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn)轉(zhuǎn)座噬菌體或前噬菌體（prophage）可在質(zhì)粒與質(zhì)粒之間、質(zhì)粒和染色體之間、染色體不同部位之間自行轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)位基因必須依附染色體和質(zhì)粒復(fù)制

分類概念第34頁/共53頁

是最小的的轉(zhuǎn)座因子，與插入點(diǎn)附近的序列共同起作用，可能是原細(xì)胞正常代謝的調(diào)節(jié)開關(guān)之一。插入序列IS兩端為重復(fù)序列第35頁/共53頁帶有編碼轉(zhuǎn)位的基因又帶有其它遺傳基因（如耐藥性基因、抗金屬基因、毒素基因、其他結(jié)構(gòu)基因等）?？赡芘c細(xì)菌的多重耐藥有關(guān)。轉(zhuǎn)座子Tn復(fù)合轉(zhuǎn)座子簡單轉(zhuǎn)座子第36頁/共53頁一些具有轉(zhuǎn)座功能的溶原性噬菌體。轉(zhuǎn)座噬菌體或前噬菌體第37頁/共53頁細(xì)菌變異的機(jī)制表型變異（非遺傳性變異）基因型變異（遺傳性變異）突變（mutation)與損傷后修復(fù)轉(zhuǎn)移與重組轉(zhuǎn)化(transformation)接合(conjugation)轉(zhuǎn)導(dǎo)(transduction)溶源性轉(zhuǎn)換(lysogenicconversion)原生質(zhì)體融合(protoplastfusion)第38頁/共53頁突變

（mutation)概念基因突變（點(diǎn)突變）染色體畸變（大突變）：轉(zhuǎn)位因子的轉(zhuǎn)位隨機(jī)發(fā)生與選擇自發(fā)突變理化致突變劑誘導(dǎo)突變回復(fù)突變是細(xì)菌遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)發(fā)生突然而穩(wěn)定的改變，導(dǎo)致細(xì)菌性狀的遺傳性改變。類型規(guī)律第39頁/共53頁基因突變第40頁/共53頁轉(zhuǎn)化transformation直接攝取供體菌游離的DNA片斷并重組使其獲得新的性狀的過程。概念A(yù)BCD第41頁/共53頁1、只有少數(shù)菌屬可發(fā)生轉(zhuǎn)化。2、受菌處于感受態(tài)3、供菌DNA必須與受菌DNA同源性4、供菌DNA只有單股與受菌染色體發(fā)生整合,故只有一個(gè)子代細(xì)菌帶供菌的DNA。特點(diǎn)轉(zhuǎn)化試驗(yàn)第42頁/共53頁細(xì)菌通過性菌毛的接觸溝通將DNA從供菌轉(zhuǎn)移到受菌中。概念：

方式：F質(zhì)粒接合Hfr菌接合R質(zhì)粒接合接合conjugation第43頁/共53頁ABCDF質(zhì)粒接合通過性菌毛的接觸溝通將接合性質(zhì)粒從供菌轉(zhuǎn)移到受菌。第44頁/共53頁Hfr菌接合ABCDE1、染色體上整合有F質(zhì)粒DNA的細(xì)菌為Hfr菌。2、Hfr類似于F質(zhì)粒，可合成性菌毛。3、可轉(zhuǎn)移供菌的染色體DNA。被整合的F質(zhì)粒起引導(dǎo)轉(zhuǎn)移作用。

第45頁/共53頁R質(zhì)粒接合R質(zhì)粒包括：耐藥傳遞因子（RTF）：性菌毛耐藥決定因子（rfactor）ACDB第46頁/共53頁第47頁/共53頁轉(zhuǎn)導(dǎo)transduction概念：

以溫和噬菌體為媒介，

將供菌的DNA轉(zhuǎn)移到受菌中的過程。普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)

局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)

第48頁/共53頁普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)------通過進(jìn)入裂解期的溫和噬菌體為媒介，將供體菌染色體上任何一個(gè)或數(shù)個(gè)基因裝入噬菌體蛋白質(zhì)外殼中，轉(zhuǎn)導(dǎo)給受體菌的過程第49頁/共53頁局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)------進(jìn)入溶原期的溫和噬菌體，以前噬菌體形式整合在細(xì)菌染色體的某一位置，當(dāng)其自發(fā)或經(jīng)誘導(dǎo)中