細(xì)菌的遺傳和變異

關(guān)于細(xì)菌的遺傳和變異一、變異的現(xiàn)象第2頁,共51頁，2024年2月25日，星期天1．形態(tài)與結(jié)構(gòu)的變異（1）形態(tài)變異鼠疫耶爾森菌30～60g/LNaCl瓊脂培養(yǎng)基多形性Yersiniapestis第3頁,共51頁，2024年2月25日，星期天有莢膜的肺炎鏈球菌無莢膜的肺炎鏈球菌（2）莢膜變異長(zhǎng)期人工培養(yǎng)第4頁,共51頁，2024年2月25日，星期天（3）芽胞變異炭疽芽胞桿菌42℃，10～20天不產(chǎn)生芽胞（芽胞）第5頁,共51頁，2024年2月25日，星期天（4）鞭毛變異普通變形桿菌1%石炭酸培養(yǎng)基不產(chǎn)生鞭毛（鞭毛）（5）細(xì)菌的L型變異G＋菌高滲環(huán)境青霉素細(xì)胞壁缺陷的細(xì)菌（L型菌）（多形態(tài)性）第6頁,共51頁，2024年2月25日，星期天牛型結(jié)核分枝桿菌含膽汁、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基培養(yǎng)13年，230代2．毒力變異卡介苗卡密特（AlbertCalmette，1863-1933）第7頁,共51頁，2024年2月25日，星期天3．耐藥性變異痢疾志賀菌賴藥菌株（對(duì)鏈霉素敏感）微量鏈霉素人工培養(yǎng)耐藥菌株微量鏈霉素人工培養(yǎng)第8頁,共51頁，2024年2月25日，星期天4．菌落變異光滑型菌落（S型）表面光滑，邊緣整齊，濕潤(rùn)有光澤長(zhǎng)期人工培養(yǎng)粗糙型菌落（R型）表面粗糙，邊緣不整齊，干燥無光澤第9頁,共51頁，2024年2月25日，星期天S型菌落R型菌落第10頁,共51頁，2024年2月25日，星期天二、細(xì)菌的遺傳物質(zhì)第11頁,共51頁，2024年2月25日，星期天1.染色體擬核/類核（nucleoid）,一條dsDNA

（1）較小，只有一個(gè)復(fù)制啟始位點(diǎn)；

細(xì)菌染色體的特征（3）結(jié)構(gòu)基因中沒有內(nèi)含子；

（2）功能上相關(guān)的幾個(gè)基因組成操縱子；數(shù)個(gè)操縱子可由一個(gè)調(diào)節(jié)子所調(diào)控。

（4）大部分DNA用于編碼蛋白質(zhì)；

（5）基因重疊少；

（6）大多為單拷貝；

（7）具有各種功能的識(shí)別區(qū)域。

第12頁,共51頁，2024年2月25日，星期天質(zhì)粒的主要特征：（1）能自我復(fù)制（2）編碼某些重要的生物學(xué)性狀（3）可自行丟失與消除（4）可經(jīng)接合、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)等方式轉(zhuǎn)移（5）質(zhì)粒的相容性與不相容性R質(zhì)粒：耐藥性F質(zhì)粒：性菌毛細(xì)菌素質(zhì)粒：細(xì)菌素Vi質(zhì)粒：毒力2.質(zhì)粒代謝質(zhì)粒：酶第13頁,共51頁，2024年2月25日，星期天質(zhì)粒電鏡照片質(zhì)粒獨(dú)立于染色體外，能進(jìn)行自主復(fù)制的遺傳因子。第14頁,共51頁，2024年2月25日，星期天編碼性菌毛，介導(dǎo)細(xì)菌之間接合的能力。

幾種常見的質(zhì)粒F質(zhì)粒（fertilityfactor，致育因子）重組區(qū)自主復(fù)制和不相容性區(qū)轉(zhuǎn)移基因群區(qū)第15頁,共51頁，2024年2月25日，星期天耐藥性質(zhì)粒（resistancefactor，

R因子）耐藥性質(zhì)粒（R質(zhì)粒）耐藥決定子（r-det）耐藥傳遞因子（RTF）接合型耐藥質(zhì)粒非接合型耐藥質(zhì)?！╮-det）第16頁,共51頁，2024年2月25日，星期天是細(xì)菌基因組中的能改變自身位置的一段DNA序列。分為兩類轉(zhuǎn)座因子：插入序列轉(zhuǎn)座子（transposableelement）（1）概念及類型2.轉(zhuǎn)座因子第17頁,共51頁，2024年2月25日，星期天插入序列

不帶有表現(xiàn)任何性狀的基因，只帶有編碼轉(zhuǎn)移時(shí)所需要的轉(zhuǎn)座酶的基因。（insertionsequence，IS）（反向重復(fù)序列）（轉(zhuǎn)座酶）第18頁,共51頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)座子

攜帶轉(zhuǎn)座基因攜帶其他結(jié)構(gòu)基因：抗藥基因毒素基因抗金屬基因（transposon，Tn）第19頁,共51頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)座子及攜帶的耐藥性基因或毒素基因Tn1Tn2Tn3 AP（氨芐青霉素）Tn4 AP、str（鏈霉素）、Su（磺胺）Tn5 Kam（卡那霉素）Tn6 KamTn7 TMP（甲氧芐氨嘧啶）、strTn9 Cam（氯霉素）Tn10 Tet（四環(huán)素）Tn551 Em（紅霉素）Tn971 EmTn681 大腸埃希菌（腸毒素基因）轉(zhuǎn)座子 攜帶耐藥或毒素基因第20頁,共51頁，2024年2月25日，星期天3.整合子是一種運(yùn)動(dòng)性的DNA序列，具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)可捕獲和整合外源性基因，使之轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄曰虻谋磉_(dá)單位。4.噬菌體基因組第21頁,共51頁，2024年2月25日，星期天三、基因的轉(zhuǎn)移和重組第22頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

基因轉(zhuǎn)移（genetransfer）遺傳物質(zhì)由供體菌轉(zhuǎn)入某受體菌內(nèi)的過程。

基因重組（generecombination）轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNA整合在一起。外源性遺傳物質(zhì)

供體菌染色體DNA片段質(zhì)粒DNA噬菌體基因第23頁,共51頁，2024年2月25日，星期天1.

轉(zhuǎn)化受菌直接攝取供菌游離的DNA片段，并將其整合到受菌的染色體中，從而獲得供菌部分遺傳性狀。TransformationinBacteria/course/shywshw/skja/wsw/Ch05.html第24頁,共51頁，2024年2月25日，星期天第25頁,共51頁，2024年2月25日，星期天供菌的DNA片段感受態(tài)的受菌Transformation轉(zhuǎn)化后的受菌第26頁,共51頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)化因子與受菌表面的DNA結(jié)合蛋白結(jié)合DNA單鏈進(jìn)入受菌細(xì)胞DNA雙鏈中的一條鏈被降解被轉(zhuǎn)運(yùn)到受菌染色體同源區(qū)與受菌染色體同源區(qū)發(fā)生置換性重組雜合DNA雙鏈分子染色體復(fù)制轉(zhuǎn)化型細(xì)菌轉(zhuǎn)化的過程第27頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

供、受菌的基因型 兩菌親緣關(guān)系愈近。其基因愈相似，轉(zhuǎn)化愈高； 分子量小于10７，最多不超過10～20個(gè)基因

。

受菌的生理狀態(tài)——感受態(tài)

是指受體菌能夠從周圍環(huán)境中吸收外源性DNA片段進(jìn)行轉(zhuǎn)化的生理狀態(tài)。環(huán)境因素

Ca2+、Mg2+、cAMP影響轉(zhuǎn)化的因素第28頁,共51頁，2024年2月25日，星期天2.

接合（conjugation）供菌通過性菌毛與受菌相互連接溝通，將遺傳物質(zhì)從供菌轉(zhuǎn)移入受菌，使受菌獲得供菌的部分遺傳性狀。大腸埃希菌與腸道桿菌接合（電鏡掃描圖）第29頁,共51頁，2024年2月25日，星期天F質(zhì)粒重組區(qū)自主復(fù)制和不相容性區(qū)轉(zhuǎn)移基因群區(qū)第30頁,共51頁，2024年2月25日，星期天F質(zhì)粒的接合

F+菌株

F-菌株

Hfr菌株

F’菌株第31頁,共51頁，2024年2月25日，星期天高頻重組菌株

整合有F質(zhì)粒的菌株能夠高頻率地轉(zhuǎn)移染色體基因至受菌，因此被稱為高頻重組（Hfr）菌株。（highfrequencyrecombinant，Hfr）第32頁,共51頁，2024年2月25日，星期天Hfr菌株細(xì)胞內(nèi)的F質(zhì)粒脫離核染色體組時(shí)攜帶一小段核染色體基因，這種特殊F質(zhì)粒稱為F＇質(zhì)粒。

F’質(zhì)粒

F＇質(zhì)粒第33頁,共51頁，2024年2月25日，星期天（1）F+和F－的接合第34頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

F質(zhì)粒在末端，F(xiàn)-菌獲的F質(zhì)粒的機(jī)會(huì)和很少。（2）Hfr和F－的接合第35頁,共51頁，2024年2月25日，星期天（3）F＇和F－的接合第36頁,共51頁，2024年2月25日，星期天R質(zhì)粒的構(gòu)成R質(zhì)粒的接合耐藥決定子（r-det）耐藥傳遞因子（RTF）接合型耐藥質(zhì)粒非接合型耐藥質(zhì)?！╮-det）（R質(zhì)粒）第37頁,共51頁，2024年2月25日，星期天3.轉(zhuǎn)導(dǎo)通過噬菌體的媒介，將供菌的遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移入受菌，通過交換重組，使受菌獲得供菌的部分遺傳性狀。（transduction）第38頁,共51頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)導(dǎo)的類型局限轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)完全轉(zhuǎn)導(dǎo)流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)第39頁,共51頁，2024年2月25日，星期天通過完全缺陷噬菌體將供體菌基因組任何DNA片段轉(zhuǎn)移受體菌的現(xiàn)象。（1）普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（generalizedtransduction）第40頁,共51頁，2024年2月25日，星期天

完全轉(zhuǎn)導(dǎo)

外源性DNA片段與受體菌的染色體整合并隨染色體而傳代。

流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)外源性DNA片段游離在胞質(zhì)中既不能與受體菌染色體整合，不能 自身復(fù)制，也不能傳代。

普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)

兩種結(jié)局第41頁,共51頁，2024年2月25日，星期天前噬菌體從宿主菌染色體上脫離時(shí)帶有宿主菌染色體基因，這種帶有宿主菌染色體基因的噬菌體基因組，經(jīng)生物合成后，組裝成帶有宿主菌染色體基因的噬菌體，當(dāng)它再感染受菌時(shí)，可將供菌的基因帶入受菌，而使受體獲得供菌的的遺傳性狀。（restrictedtransduction）（2）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)第42頁,共51頁，2024年2月25日，星期天galbioλ噬菌體DNA正常偏離galbioλ噬菌體DNAgalbioλ噬菌體DNAgalbioλ噬菌體DNAgalbioλ噬菌體DNAgalbioλ噬菌體DNA局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)示意圖第43頁,共51頁，2024年2月25日，星期天普遍轉(zhuǎn)導(dǎo)：裝配錯(cuò)誤局限轉(zhuǎn)導(dǎo)：脫離錯(cuò)誤第44頁,共51頁，2024年2月25日，星期天溫和噬菌體感染細(xì)菌，噬菌體基因組整合到細(xì)菌染色體上，使宿主菌獲得新遺傳性狀的現(xiàn)象。4.溶原性轉(zhuǎn)換第45頁,共51頁，2024年2月25日，星期天5.原生質(zhì)融合將兩種不同細(xì)菌經(jīng)溶菌酶或青霉素等處理，失去細(xì)胞壁成為原生質(zhì)體后進(jìn)行彼此融合的過程。第46頁,共51頁，2024年2月25日，星期天四、基因突變第47頁,共51頁，2024年2月25日，星期天基因突變是指DNA堿基