細菌的 遺傳與變異

遺傳和變異概念1、遺傳2、變異指親代的特性可通過遺傳物質(zhì)傳遞給子代，保證物種的穩(wěn)定性。在一定條件下，子代和親代之間以及子代和子代之間生物學(xué)性狀出現(xiàn)的差異稱為變異。遺傳變異細菌的基因結(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。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?，F(xiàn)在是1頁\一共有43頁\編輯于星期二

3-6%食鹽

鼠疫桿菌多形態(tài)性(衰殘型)

瓊脂培基常見的細菌變異現(xiàn)象青霉素、溶菌酶

正常形態(tài)細菌L型變異抗體或補體1、形態(tài)結(jié)構(gòu)變異現(xiàn)在是2頁\一共有43頁\編輯于星期二

陳舊培養(yǎng)基長期培養(yǎng)

S菌落R菌落

或在有免疫力的人體內(nèi)

細菌結(jié)構(gòu)變異可導(dǎo)致抗原性改變。2、菌落的變異3、抗原性變異常見的細菌變異現(xiàn)象現(xiàn)在是3頁\一共有43頁\編輯于星期二

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）4、毒力變異常見的細菌變異現(xiàn)象現(xiàn)在是4頁\一共有43頁\編輯于星期二細菌對某種抗菌藥物由敏感變成耐藥的變異稱為耐藥性變異。含鏈霉素培基

痢疾桿菌

依鏈株(耐藥菌株)

長期培養(yǎng)5、耐藥性變異常見的細菌變異現(xiàn)象現(xiàn)在是5頁\一共有43頁\編輯于星期二細菌染色體是環(huán)狀雙螺旋DNA，不含組蛋白，無核膜包圍。細菌的基因組特征：1、細菌的染色體相對較?。换蚴沁B續(xù)的，無內(nèi)含子；大部分DNA用于編碼蛋白質(zhì)；僅少數(shù)基因存在基因重疊現(xiàn)象；多為單拷貝的；現(xiàn)在是6頁\一共有43頁\編輯于星期二2、質(zhì)粒（plasmid）質(zhì)粒是細菌染色體外的遺傳物質(zhì)，是環(huán)狀閉合的雙鏈DNA。有自我復(fù)制能力編碼產(chǎn)物賦予細菌某些性狀特征可自行丟失與消除具有轉(zhuǎn)移性質(zhì)粒的特征細菌的基因組現(xiàn)在是7頁\一共有43頁\編輯于星期二F質(zhì)粒幾種重要的質(zhì)粒：帶有F質(zhì)粒的為雄性菌，能長出性菌毛；無F質(zhì)粒的為雌性菌，無性菌毛。R質(zhì)粒編碼細菌對抗菌藥物的耐藥性?？赏ㄟ^細菌間接合或通過噬菌體進行傳遞。細菌的基因組現(xiàn)在是8頁\一共有43頁\編輯于星期二Vi質(zhì)粒Col質(zhì)粒編碼各類細菌素代謝質(zhì)粒編碼產(chǎn)生相關(guān)的代謝酶編碼細菌的毒素細菌的基因組現(xiàn)在是9頁\一共有43頁\編輯于星期二3、噬菌體基因組（bacterialphagegenome）是一些具有轉(zhuǎn)座功能的溶原性噬菌體，當(dāng)整合到細菌染色體上，能改變?nèi)茉约毦哪承┥飳W(xué)性狀。細菌的基因組現(xiàn)在是10頁\一共有43頁\編輯于星期二是細菌基因組中能改變自身位置的DNA序列4、轉(zhuǎn)座元件（transposableelement）插入序列（insertionsequence,IS）：是最小的轉(zhuǎn)座元件，不攜帶任何與插入功能無關(guān)的基因區(qū)域，插入后與插入點附近的序列共同起作用。包括：插入序列、轉(zhuǎn)座子TransposaseABCDEFGGFEDCBA細菌的基因組現(xiàn)在是11頁\一共有43頁\編輯于星期二轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）IS

ISResistanceGene(s)IS

ISResistanceGene(s)長度一般超過2kbp，攜帶特殊功能基因，不含自身所需要的基因如耐藥性基因、重金屬抗性基因、糖發(fā)酵基因、腸毒素基因等分為復(fù)合型轉(zhuǎn)座子、Tn3系轉(zhuǎn)座子和接合性轉(zhuǎn)座子細菌的基因組現(xiàn)在是12頁\一共有43頁\編輯于星期二轉(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）Tn6Km（卡那霉素）Tn7TMP（甲氧芐氨嘧啶）、SMTn9Cm（氯霉素）Tn10Tc（四環(huán)素）tn551Em（紅霉素）Tn971Em（紅霉素）Tn681大腸埃希菌（腸毒素基因）現(xiàn)在是13頁\一共有43頁\編輯于星期二5、整合子（integronIn)含有整合酶基因、重組位點和啟動子三個功能元件。是一種可移動的DNA分子，具有獨特結(jié)構(gòu)可捕獲和整合外源性基因，使之轉(zhuǎn)變成為功能性基因的表達單位。細菌的基因組現(xiàn)在是14頁\一共有43頁\編輯于星期二一、基因突變突變是DNA堿基對的置換、插入或缺失所致的基因結(jié)構(gòu)的變化。細菌變異的機制可自發(fā)產(chǎn)生（彷徨試驗、影印試驗），也可人工誘導(dǎo)產(chǎn)生可發(fā)生回復(fù)突變，多為是表型的回復(fù)1、基因突變規(guī)律現(xiàn)在是15頁\一共有43頁\編輯于星期二隨機的、非定向的突變，是在接觸噬菌體之前就已發(fā)生，噬菌體對突變僅起篩選而不是誘導(dǎo)作用。彷徨試驗現(xiàn)在是16頁\一共有43頁\編輯于星期二影印培養(yǎng)試驗現(xiàn)在是17頁\一共有43頁\編輯于星期二2、突變型細菌種類及其分離：耐藥性突變型藥敏試驗營養(yǎng)缺陷突變型營養(yǎng)物質(zhì)篩選條件致死性突變型溫度敏感試驗發(fā)酵陰性突變型乳糖發(fā)酵試驗細菌變異的機制

現(xiàn)在是18頁\一共有43頁\編輯于星期二二、基因的轉(zhuǎn)移和重組(Genetransferandrecombination)細菌的基因轉(zhuǎn)移和重組可通過轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換和原生質(zhì)融合等方式進行?；蛑亟M：轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNA整合在一起的過程稱為基因重組（generecombination）?；蜣D(zhuǎn)移：外源性的遺傳物質(zhì)由供體菌轉(zhuǎn)入某受體菌細胞的過程稱為基因轉(zhuǎn)移（genetransfer）。細菌變異的機制現(xiàn)在是19頁\一共有43頁\編輯于星期二轉(zhuǎn)化（transformation）ⅡRⅢSⅡRⅢS（死）ⅢS（死）ⅢSⅢSⅢSⅢSDNAⅡR肺炎鏈球菌注射分離培養(yǎng)現(xiàn)在是20頁\一共有43頁\編輯于星期二轉(zhuǎn)化（transformation）轉(zhuǎn)化是受體菌直接攝取供體菌DNA片段而獲得新的遺傳性狀的過程。供、受體菌的基因型相似，且受體菌只有處于感受態(tài)時，才能攝取轉(zhuǎn)化因子，Mg2＋、Ca2＋、cAMP等可促進轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化的DNA片段稱為轉(zhuǎn)化因子，分子量小于107，最多不超過10~20個基因?，F(xiàn)在是21頁\一共有43頁\編輯于星期二轉(zhuǎn)化（transformation）轉(zhuǎn)化過程現(xiàn)在是22頁\一共有43頁\編輯于星期二接合是細菌通過性菌毛相互連接溝通，將遺傳物質(zhì)從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌的方式。接合（conjugation）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?，F(xiàn)在是23頁\一共有43頁\編輯于星期二接合（conjugation）DonorF+F-F+F-F+F+F+F+RecipientF質(zhì)粒的接合現(xiàn)在是24頁\一共有43頁\編輯于星期二接合（conjugation）現(xiàn)在是25頁\一共有43頁\編輯于星期二F+F+Hfr接合（conjugation）F質(zhì)粒從Hfr菌中的整合作用是可逆的，脫離攜帶有相鄰染色體的F質(zhì)粒稱為F’F質(zhì)粒的接合（高頻重組株Hfr）現(xiàn)在是26頁\一共有43頁\編輯于星期二HfrF-HfrF-HfrF-HfrF-Hfr轉(zhuǎn)移細菌染色體過程現(xiàn)在是27頁\一共有43頁\編輯于星期二F’F’F’F’F’F-F’F-現(xiàn)在是28頁\一共有43頁\編輯于星期二R質(zhì)粒的接合接合（conjugation）R質(zhì)粒與耐藥性有關(guān)，尤與多重耐藥性有關(guān)。耐藥質(zhì)粒可從一個細菌轉(zhuǎn)移到另一個細菌中。R質(zhì)粒由耐藥傳遞因子（resistancetransferfactor,RTF）及耐藥決定子（resistancedeterminant,r-det）兩部分組成?，F(xiàn)在是29頁\一共有43頁\編輯于星期二接合（conjugation）RTFISR決定因子Tn9Tn4Tn5Tn9耐氯霉素Tn4耐氨芐青霉素、鏈霉素等Tn5耐卡那霉素現(xiàn)在是30頁\一共有43頁\編輯于星期二轉(zhuǎn)導(dǎo)是以噬菌體為載體，將供體菌的一段DNA轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，使受體菌獲得新的性狀。轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generaltransduction）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（restrictedtransduction）噬菌體裝配錯誤，誤將宿主染色體片段或質(zhì)粒裝入噬菌體內(nèi)，最終將供體菌DNA轉(zhuǎn)入受體菌。由溫和噬菌體介導(dǎo)，前噬菌體脫落帶有宿主菌染色體，再感染時帶給受體菌。現(xiàn)在是31頁\一共有43頁\編輯于星期二普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)完全轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)現(xiàn)在是32頁\一共有43頁\編輯于星期二局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)脫落錯誤：前噬菌體及兩邊的細菌DNA轉(zhuǎn)導(dǎo)性噬菌體：噬菌體DNA及細菌DNA現(xiàn)在是33頁\一共有43頁\編輯于星期二普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別區(qū)別要點普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)基因轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)生的時期裂解期溶原期轉(zhuǎn)導(dǎo)的遺傳物質(zhì)供體菌染色體DNA任何部位或質(zhì)粒噬菌體DNA及供體菌DNA的特定部位轉(zhuǎn)導(dǎo)的后果完全轉(zhuǎn)導(dǎo)或流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)受體菌獲得供體菌DNA特定部位的遺傳特性現(xiàn)在是34頁\一共有43頁\編輯于星期二溶原性轉(zhuǎn)換是當(dāng)溫和噬菌體感染細菌時，以前噬菌體形式與細菌基因組整合，使其成為溶原細菌而致細菌獲得新的性狀。溶原性轉(zhuǎn)換（lysogenicconversion）白喉棒狀桿菌產(chǎn)生白喉毒素；A群溶血性鏈球菌產(chǎn)生致熱外毒素；肉毒梭菌的毒素等?，F(xiàn)在是35頁\一共有43頁\編輯于星期二原生質(zhì)體融合原生質(zhì)體融合是將兩種不同的細菌經(jīng)溶菌酶或青霉素等處理，失去細胞壁成為原生質(zhì)體后進行彼此融合的過程。原生質(zhì)體融合是一種人工基因轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，本質(zhì)上與基因轉(zhuǎn)移無關(guān)或關(guān)系很小。聚乙二醇可促使二種原生質(zhì)體的融合。現(xiàn)在是36頁\一共有43頁\編輯于星期二基因轉(zhuǎn)移重組類型基因來源轉(zhuǎn)移方式轉(zhuǎn)化供體菌直接攝取接合供體菌性菌毛轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌噬菌體為載體溶原性轉(zhuǎn)換噬菌體整合現(xiàn)在是37頁\一共有43頁\編輯于星期二細菌形態(tài)結(jié)構(gòu)的變異與細菌學(xué)診斷細菌的耐藥變異與控制細菌毒力變異與控制檢測致癌物方面的應(yīng)用基因工程方面的應(yīng)用細菌遺傳變異研究的意義現(xiàn)在是38頁\一共有43頁\編輯于星期二Ames試驗：現(xiàn)在是39頁\一共有43頁\編輯于星期二本章目的要求1、掌握質(zhì)粒、轉(zhuǎn)座元件、插入序列、轉(zhuǎn)座子、整合子、轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換等概念。2、熟悉細菌的遺傳物質(zhì)，細菌基因轉(zhuǎn)移與重組的過程，基因的突變，突變型細菌的種類，細菌遺傳變異的實際意義。3、了解細菌基因表達的調(diào)節(jié)?，F(xiàn)在是40頁\一共有43頁\編輯于星期二1、細菌基因轉(zhuǎn)移的類型及其主要差異？2、何謂Transposon、IS、F質(zhì)粒、R質(zhì)粒、Hfr和Ames試驗？3、影印試驗驗證何種理論？研究細菌的突變在臨床上有何意義？思考題現(xiàn)在是41頁\一共有43頁\編輯于星期二中英文關(guān)鍵詞(keywords)Chromsome（染色體）Plasmid（質(zhì)粒）

Prophage（前噬菌體）Ffactor（F因子）TransposableElements（轉(zhuǎn)座元件）Lysophage(temperate)phage（溫和噬菌體）Virulentphage