《噬菌体遗传与变异》PPT课件.ppt

噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。体等微生物的病毒。具有病毒的基本特性：具有病毒的基本特性：分布广泛，有严格的宿主特异性分布广泛，有严格的宿主特异性第第4 4章章 噬菌体噬菌体 bacteriophage第一节第一节 噬菌体的生物学性状噬菌体的生物学性状l l形态与结构形态与结构形态与结构形态与结构蝌蚪形蝌蚪形蝌蚪形蝌蚪形、微球形和丝形、微球形和丝形、微球形和丝形、微球形和丝形l l化学组成化学组成化学组成化学组成蛋白质与核酸蛋白质与核酸蛋白质与核酸蛋白质与核酸l l抗原性抗原性抗原性抗原性l l抵抗力：比细菌强抵抗力：比细菌强抵抗力：比细菌强抵抗力：比细菌强噬菌体噬菌体噬菌体的种类噬菌体的种类毒性噬菌体毒性噬菌体（virulent phagevirulent phage）温和噬菌体温和噬菌体（temperate phagetemperate phage）/溶原性噬菌体溶原性噬菌体（lysogenic phagelysogenic phage）第二节第二节 毒性噬菌体毒性噬菌体毒性噬菌体（virulent phage）能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌，称为毒性噬菌体复制方式进行增殖。增殖过程：吸附、穿入、生物合成、成熟与释放吸附absorption穿入penetration 生物合成 biosynthesis装配与释放assembly and release噬菌现象噬菌现象液体培养基液体培养基 混浊混浊 澄清澄清固体培养基中，出现噬斑（固体培养基中，出现噬斑（plaqueplaque）第三节 温和噬菌体温和噬菌体温和噬菌体（temperate phagetemperate phage）/溶原性噬菌体溶原性噬菌体（lysogenic phagelysogenic phage）噬菌体基因整合于宿主菌染色体中，不产生子噬菌体基因整合于宿主菌染色体中，不产生子噬菌体基因整合于宿主菌染色体中，不产生子噬菌体基因整合于宿主菌染色体中，不产生子代噬菌体，也不引起细菌裂解，但噬菌体代噬菌体，也不引起细菌裂解，但噬菌体代噬菌体，也不引起细菌裂解，但噬菌体代噬菌体，也不引起细菌裂解，但噬菌体DNADNADNADNA能能能能随细菌随细菌随细菌随细菌DNADNADNADNA复制而复制，并随细菌的分裂而分配复制而复制，并随细菌的分裂而分配复制而复制，并随细菌的分裂而分配复制而复制，并随细菌的分裂而分配到子代细菌中到子代细菌中到子代细菌中到子代细菌中prophage:prophage:整合在细菌基整合在细菌基因组中的噬菌体基因组因组中的噬菌体基因组溶原性细菌溶原性细菌温和噬菌体温和噬菌体 溶原周期溶原周期 和和 溶菌周期溶菌周期温和噬菌体温和噬菌体前噬菌体（前噬菌体（prophageprophage）溶原性细菌（溶原性细菌（lysogenic bacteriumlysogenic bacterium）溶原状态溶原状态溶原性周期和溶菌性周期溶原性周期和溶菌性周期溶原性转换溶原性转换噬菌体的应用噬菌体的应用细菌的鉴定与分型细菌的鉴定与分型分子生物学研究的重要工具分子生物学研究的重要工具细菌感染的诊断与治疗细菌感染的诊断与治疗小小 结结 毒性噬菌体毒性噬菌体 温和噬菌体温和噬菌体 前噬菌体，溶原性细菌，溶原性转换前噬菌体，溶原性细菌，溶原性转换第第5 5章章 细菌的遗传和变异细菌的遗传和变异遗传性变异（基因型变异）遗传性变异（基因型变异）非遗传性变异（表型变异）非遗传性变异（表型变异）遗传性变异遗传性变异遗传性变异遗传性变异非遗传性变异非遗传性变异非遗传性变异非遗传性变异基因改变基因改变基因改变基因改变+-遗传遗传遗传遗传+-可逆性可逆性可逆性可逆性-+外界环境外界环境外界环境外界环境-+变异幅度变异幅度变异幅度变异幅度个别细胞个别细胞个别细胞个别细胞群体群体群体群体细菌的变异现象细菌的变异现象形态、结构变异形态、结构变异毒力变异毒力变异耐药性变异耐药性变异菌落变异菌落变异形态结构变异形态结构变异l l 3-6%3-6%3-6%3-6%食盐食盐食盐食盐鼠疫耶氏菌鼠疫耶氏菌鼠疫耶氏菌鼠疫耶氏菌 多形态性多形态性多形态性多形态性 陈旧培基物陈旧培基物陈旧培基物陈旧培基物 青霉素、溶菌酶青霉素、溶菌酶正常形态细菌正常形态细菌 细菌细菌L L型（多形态）型（多形态）抗体或补体抗体或补体 (部分或完全失去胞壁部分或完全失去胞壁部分或完全失去胞壁部分或完全失去胞壁)L L型变异：型变异：细菌细胞壁缺陷型细菌细胞壁缺陷型 蜡样芽胞杆菌蜡样芽胞杆菌L型型的镜下形态的镜下形态特殊结构的变异特殊结构的变异 42-4342-4342-4342-43炭疽杆菌炭疽杆菌炭疽杆菌炭疽杆菌 失去形成失去形成失去形成失去形成芽胞芽胞芽胞芽胞能力能力能力能力,毒性降低毒性降低毒性降低毒性降低 10-2010-2010-2010-20天天天天 变形杆菌变形杆菌变形杆菌变形杆菌 0.1%0.1%0.1%0.1%石炭酸石炭酸石炭酸石炭酸 迁徙生长（迁徙生长（迁徙生长（迁徙生长（H H H H）点状生长、单个菌落点状生长、单个菌落点状生长、单个菌落点状生长、单个菌落（O O O O）鞭毛鞭毛变异变异H-O变异变异菌菌 落落 变变 异异 在陈旧培养基中长期培养在陈旧培养基中长期培养在陈旧培养基中长期培养在陈旧培养基中长期培养光滑型菌落光滑型菌落 粗糙型菌落粗糙型菌落 SmoothSmooth RouthRouth 原因：失去原因：失去LPSLPS的特异多糖，荚膜多糖的特异多糖，荚膜多糖 S-R S-R 变异变异毒力变异毒力变异增强增强增强增强 棒状噬菌体棒状噬菌体棒状噬菌体棒状噬菌体白喉棒状杆菌白喉棒状杆菌白喉棒状杆菌白喉棒状杆菌 获得白喉毒素获得白喉毒素获得白喉毒素获得白喉毒素 减弱减弱减弱减弱 胆汁、甘油、马铃薯培养基胆汁、甘油、马铃薯培养基胆汁、甘油、马铃薯培养基胆汁、甘油、马铃薯培养基牛分枝杆菌牛分枝杆菌牛分枝杆菌牛分枝杆菌 卡介苗卡介苗卡介苗卡介苗 13131313年年年年(230(230(230(230代代代代)耐药性变异耐药性变异细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异称为耐细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异称为耐细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异称为耐细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异称为耐药性变异。药性变异。药性变异。药性变异。金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌金黄色葡萄球菌有些细菌还同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性，有些细菌还同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性，有些细菌还同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性，有些细菌还同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性，甚至产生药物依赖性。甚至产生药物依赖性。甚至产生药物依赖性。甚至产生药物依赖性。含链霉素培基含链霉素培基含链霉素培基含链霉素培基痢疾杆菌痢疾杆菌痢疾杆菌痢疾杆菌 依链株依链株依链株依链株 长期培养长期培养长期培养长期培养菌落变异菌落变异 在陈旧培养基中长期培养在陈旧培养基中长期培养在陈旧培养基中长期培养在陈旧培养基中长期培养光滑型菌落光滑型菌落 粗糙型菌落粗糙型菌落 S S R R原因：失去原因：失去LPSLPS的特异多糖的特异多糖第一节第一节 细菌的遗传物质细菌的遗传物质染色体染色体 chromosome chromosome质质 粒粒 plasmidplasmid转座因子转座因子 transposable elementtransposable element整合子整合子 integronintegron染色体染色体 （chromosomechromosome）由一条环状由一条环状dsDNAdsDNA分子组成分子组成特征：特征：相对较小相对较小相对较小相对较小功能相关的几个基因组成操纵子功能相关的几个基因组成操纵子功能相关的几个基因组成操纵子功能相关的几个基因组成操纵子基因是连续的，无内含子基因是连续的，无内含子基因是连续的，无内含子基因是连续的，无内含子质粒（质粒（plasmidplasmid）l l细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链DNADNADNADNA。带有遗传信息，并非细菌生长所必需。带有遗传信息，并非细菌生长所必需。带有遗传信息，并非细菌生长所必需。带有遗传信息，并非细菌生长所必需。l l特征特征特征特征自我复制能力自我复制能力自我复制能力自我复制能力能编码细菌某些特定性状能编码细菌某些特定性状能编码细菌某些特定性状能编码细菌某些特定性状可自行丢失与消除可自行丢失与消除可自行丢失与消除可自行丢失与消除转移性转移性转移性转移性相容性和不相容性相容性和不相容性相容性和不相容性相容性和不相容性分类：接合性质粒和非接合性质粒分类：接合性质粒和非接合性质粒几种重要的质粒几种重要的质粒致育质粒（致育质粒（致育质粒（致育质粒（F F F F质粒）：编码细菌性菌毛质粒）：编码细菌性菌毛质粒）：编码细菌性菌毛质粒）：编码细菌性菌毛耐药质粒（耐药质粒（耐药质粒（耐药质粒（R R R R质粒）：编码细菌耐药性质粒）：编码细菌耐药性质粒）：编码细菌耐药性质粒）：编码细菌耐药性毒力质粒（毒力质粒（毒力质粒（毒力质粒（ViViViVi质粒）：编码细菌毒力因子质粒）：编码细菌毒力因子质粒）：编码细菌毒力因子质粒）：编码细菌毒力因子细菌素质粒（细菌素质粒（细菌素质粒（细菌素质粒（ColColColCol质粒）：编码大肠埃希菌的大质粒）：编码大肠埃希菌的大质粒）：编码大肠埃希菌的大质粒）：编码大肠埃希菌的大 肠菌素肠菌素肠菌素肠菌素代谢质粒代谢质粒代谢质粒代谢质粒质粒是基因工程中最常用的基因载体质粒是基因工程中最常用的基因载体转座因子转座因子（transposable elementtransposable element）是指基因组中能够是指基因组中能够改变自身位置的一段改变自身位置的一段DNADNA片段片段。转位（转位（transpositiontransposition）：转位因子能从染色体）：转位因子能从染色体或质粒的一个位置转移到在另一个位置。或质粒的一个位置转移到在另一个位置。转位因子的转位行为，能使转位因子的转位行为，能使DNADNA发生插入发生插入突变突变和和广泛的广泛的基因重排基因重排。包括：插入序列、转座子、转座噬菌体包括：插入序列、转座子、转座噬菌体1.1.1.1.插入序列插入序列插入序列插入序列（insertion sequence,ISinsertion sequence,ISinsertion sequence,ISinsertion sequence,IS）是最小的转位因子，是最小的转位因子，是最小的转位因子，是最小的转位因子，2 2 2 2kbkbkbkb。由转位酶基因和重复序列组成由转位酶基因和重复序列组成由转位酶基因和重复序列组成由转位酶基因和重复序列组成2.2.2.2.转座子转座子转座子转座子（transposon,Tntransposon,Tntransposon,Tntransposon,Tn）2 2 2 2kbkbkbkb，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。金属基因、毒素基因及其他结构基因。金属基因、毒素基因及其他结构基因。金属基因、毒素基因及其他结构基因。可能与细菌的多重耐药性有关。可能与细菌的多重耐药性有关。可能与细菌的多重耐药性有关。可能与细菌的多重耐药性有关。IS ISResistance Gene(s)TnIR转座酶酶基因转座酶酶基因IR转座子的特征转座子的特征转座子转座子转座子转座子携带耐药或毒素基因携带耐药或毒素基因携带耐药或毒素基因携带耐药或毒素基因Tn1 Tn2 Tn3Tn1 Tn2 Tn3Tn1 Tn2 Tn3Tn1 Tn2 Tn3APAPAPAP（氨苄青霉素）（氨苄青霉素）（氨苄青霉素）（氨苄青霉素）Tn4Tn4Tn4Tn4APAPAPAP、SMSMSMSM（链霉素）、（链霉素）、（链霉素）、（链霉素）、SuSuSuSu（磺胺）（磺胺）（磺胺）（磺胺）Tn5Tn5Tn5Tn5KmKmKmKm（卡那霉素）（卡那霉素）（卡那霉素）（卡那霉素）Tn6Tn6Tn6Tn6KmKmKmKmTn7Tn7Tn7Tn7TMPTMPTMPTMP（甲氧苄氨嘧啶）、（甲氧苄氨嘧啶）、（甲氧苄氨嘧啶）、（甲氧苄氨嘧啶）、SMSMSMSMTn9Tn9Tn9Tn9CmCmCmCm（氯霉素）（氯霉素）（氯霉素）（氯霉素）Tn10Tn10Tn10Tn10TcTcTcTc（四环素）（四环素）（四环素）（四环素）Tn551Tn551Tn551Tn551EmEmEmEm（红霉素）（红霉素）（红霉素）（红霉素）Tn971Tn971Tn971Tn971EmEmEmEmTn1681Tn1681Tn1681Tn1681大肠埃希菌（肠毒素基因）大肠埃希菌（肠毒素基因）大肠埃希菌（肠毒素基因）大肠埃希菌（肠毒素基因）转座噬菌体或前噬菌体转座噬菌体或前噬菌体是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，当整合到细菌染色体上，能改变溶原性当整合到细菌染色体上，能改变溶原性细菌的某些生物学性状。细菌的某些生物学性状。整整 合合 子子是存在于细菌染色体或质粒是存在于细菌染色体或质粒DNADNA分子上的分子上的一一段核苷酸序列片段段核苷酸序列片段，耐药基因和重复序列可转移耐药基因和重复序列可转移耐药基因可表达耐药基因可表达整合酶整合酶重复序列重复序列耐药基因耐药基因启动子启动子重复序列重复序列第二节第二节 细菌基因表达的调节细菌基因表达的调节抑制基因转录抑制基因转录阻遏蛋白阻遏蛋白辅阻遏物辅阻遏物促进基因转录促进基因转录细菌的变异机制细菌的变异机制基因的转移和重组基因的转移和重组基因的突变基因的突变第三节第三节 基因的转移和重组基因的转移和重组基因转移（基因转移（gene transfergene transfer）外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过程称为基因转移。程称为基因转移。程称为基因转移。程称为基因转移。重组（重组（recombinationrecombination）转移的基因与受体菌转移的基因与受体菌转移的基因与受体菌转移的基因与受体菌DNADNADNADNA整合在一起称为重组，使整合在一起称为重组，使整合在一起称为重组，使整合在一起称为重组，使受体菌获得供体菌的某些性状。受体菌获得供体菌的某些性状。受体菌获得供体菌的某些性状。受体菌获得供体菌的某些性状。细菌的基因转移和重组可通过细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转转化、接合、转导、溶原性转换导、溶原性转换和原生质体融合等方式进行。和原生质体融合等方式进行。1.1.转化转化(transformation):transformation):供体菌裂解游离的供体菌裂解游离的DNADNA片段被受体菌片段被受体菌直接摄取直接摄取，使受体菌获得新的性状。，使受体菌获得新的性状。2.2.接合接合(conjugation)(conjugation)：是细菌通过是细菌通过性菌毛性菌毛将将遗传物质（主要是质遗传物质（主要是质粒粒DNADNA）从供体菌转从供体菌转移给受体菌。能通过移给受体菌。能通过接合方式转移的质粒接合方式转移的质粒称为接合性质粒（称为接合性质粒（F F质粒）。质粒）。雌性菌雌性菌F-性菌毛性菌毛雄性菌雄性菌F+细菌的耐药性与耐药性的基因突变及细菌的耐药性与耐药性的基因突变及细菌的耐药性与耐药性的基因突变及细菌的耐药性与耐药性的基因突变及R R R R质粒的接合质粒的接合质粒的接合质粒的接合转移等有关。转移等有关。转移等有关。转移等有关。R R R R质粒有耐药传递因子质粒有耐药传递因子质粒有耐药传递因子质粒有耐药传递因子(RTF)RTF)RTF)RTF)和耐药决定子和耐药决定子和耐药决定子和耐药决定子(r)r)r)r)两部两部两部两部分组成。分组成。分组成。分组成。RTFRTFRTFRTF的功能与的功能与的功能与的功能与F F F F质粒相似，可编码性菌毛质粒相似，可编码性菌毛质粒相似，可编码性菌毛质粒相似，可编码性菌毛的产生和通过接合转移；的产生和通过接合转移；的产生和通过接合转移；的产生和通过接合转移；R R R R决定子能编码对抗菌药决定子能编码对抗菌药决定子能编码对抗菌药决定子能编码对抗菌药物的耐药性。物的耐药性。物的耐药性。物的耐药性。R R质粒的接合质粒的接合本本章章小小结结细菌变异的现象细菌变异的现象 H-O变异，变异，S-R变异，变异，L型变异，耐药性变异型变异，耐药性变异F质粒，质粒，R质粒的特性质粒的特性转位因子转位因子基因转移和重组的方式基因转移和重组的方式小结小结噬菌体：噬菌体：温和噬菌体、毒性噬菌体温和噬菌体、毒性噬菌体细菌遗传变异物质基础：细菌遗传变异物质基础：染色体、质粒染色体、质粒细菌的变异机制：细菌的变异机制：细菌的转移和重组、细菌的突变细菌的转移和重组、细菌的突变