细菌的遗传与变异 课件.ppt

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1、关于细菌的遗传与变异现在学习的是第1页，共34页细菌的遗传和变异细菌的遗传和变异heredity遗传遗传细菌的生物学性状保持相对稳定，且代代相传，使其细菌的生物学性状保持相对稳定，且代代相传，使其物种得以保存的能力。基本单位是基因物种得以保存的能力。基本单位是基因【DNA链上编码链上编码蛋白质或蛋白质或RNA所必需的一段序列，包括编码和非编码序所必需的一段序列，包括编码和非编码序列（非编码序列为内含子，编码序列为外显子，外显子列（非编码序列为内含子，编码序列为外显子，外显子和内含子都能被转录为和内含子都能被转录为RNA，转录后加工剪切，成熟的，转录后加工剪切，成熟的mRNA仅剩下外显子仅剩下外

2、显子)】variation变异变异子代和亲代之间生物学特性出现的差异称为变异子代和亲代之间生物学特性出现的差异称为变异现在学习的是第2页，共34页变异变异遗传性变异（基因型变异）遗传性变异（基因型变异）细菌的基因结构发生了改变，如基因突变或重组，不可逆，细菌的基因结构发生了改变，如基因突变或重组，不可逆，可遗传给后代，常发生于个别细菌可遗传给后代，常发生于个别细菌非遗传性变异（表型变异）非遗传性变异（表型变异）环境改变导致，基因结构未发生变化，可逆，不可遗传。环境改变导致，基因结构未发生变化，可逆，不可遗传。常发生于菌群中所有的细菌常发生于菌群中所有的细菌现在学习的是第3页，共34页第一节 细

3、菌遗传变异的物质基础n n细菌染色体n n质粒n n噬菌体n n转座元件现在学习的是第4页，共34页细菌染色体n n细菌染色体chromosomeuu一条环状双螺旋DNA长链uu按一定构型反复回旋而成的松散网状结构现在学习的是第5页，共34页质粒n n特点uu自主复制uu双股闭合环状双股闭合环状DNADNA分子分子uu编码某些表型编码某些表型uu可丢失和转移现在学习的是第6页，共34页常见质粒常见质粒 致育质粒（致育质粒（F质粒）质粒）抗性质粒（抗性质粒（R质粒）质粒）细菌素质粒细菌素质粒毒性质粒（毒性质粒（Vi质粒）质粒）代谢质粒代谢质粒隐蔽质粒隐蔽质粒现在学习的是第7页，共34页致育质粒（

4、致育质粒（F质粒）质粒）fertility plasmid 无无F F质粒的为雌性菌，无性菌毛质粒的为雌性菌，无性菌毛带有带有F F质粒的为雄性菌，能长出性菌毛质粒的为雄性菌，能长出性菌毛现在学习的是第8页，共34页编码细菌对抗菌药物的耐药性和对重金属盐的抗编码细菌对抗菌药物的耐药性和对重金属盐的抗性性由耐药转移因子（由耐药转移因子（resistance transfer factor,RTF）和耐）和耐药决定因子（药决定因子（resistance determinant,r-det）组成。）组成。RTF的的功能类似功能类似F质粒，编码性菌毛。质粒，编码性菌毛。r-det编码拮抗药物的酶类，编

5、码拮抗药物的酶类，决定细菌的耐药性，可有多个耐药基因相连，产生多决定细菌的耐药性，可有多个耐药基因相连，产生多重耐药。重耐药。抗性质粒（抗性质粒（R质粒，耐药质粒）质粒，耐药质粒）resistance plasmid现在学习的是第9页，共34页细菌素质粒细菌素质粒编码各种细菌产生的细菌素。编码各种细菌产生的细菌素。Col质粒编码大肠埃希菌产生的大肠菌素质粒编码大肠埃希菌产生的大肠菌素colicin现在学习的是第10页，共34页毒性质粒（毒性质粒（ViVi质粒）质粒）virulence plasmid编码与该菌致病性有关的毒力因子编码与该菌致病性有关的毒力因子如肠产毒性大肠杆菌产生的耐热肠毒素和

6、不耐热肠毒如肠产毒性大肠杆菌产生的耐热肠毒素和不耐热肠毒素分别由素分别由ST质粒和质粒和LT质粒所编码。质粒所编码。现在学习的是第11页，共34页代谢质粒（降解质粒）代谢质粒（降解质粒）编码产生相关的代谢酶。编码产生相关的代谢酶。现在学习的是第12页，共34页转座元件（转座因子或转位因子）转座元件（转座因子或转位因子）是一类是一类特异性的特异性的DNA片段片段，它能在细菌染色体、，它能在细菌染色体、质粒或噬菌体等质粒或噬菌体等DNA分子中分子中移动移动，不断改变它们，不断改变它们在基因组中的位置，能从一个位置转移到另一在基因组中的位置，能从一个位置转移到另一个位置，这种转座作用的结果将产生插入

7、突变、个位置，这种转座作用的结果将产生插入突变、染色体畸变和广泛的基因重排等。（是正常组染色体畸变和广泛的基因重排等。（是正常组成部分，不能独立复制，必须依附在细菌染色成部分，不能独立复制，必须依附在细菌染色体或质粒或噬菌体体或质粒或噬菌体DNA上与之同时复制）上与之同时复制）现在学习的是第13页，共34页转位因子有两种类型转位因子有两种类型插入序列（插入序列（insertion sequence,IS）是最小的转位因子，长度不超过是最小的转位因子，长度不超过2 kb，不携带任何已知，不携带任何已知与与插入插入功能无关的基因区域，往往是插入后与插入点附近的功能无关的基因区域，往往是插入后与插入

8、点附近的序列共同起作用，可能是细胞正常代谢的调节开关之一，当序列共同起作用，可能是细胞正常代谢的调节开关之一，当IS插入操纵子某一位点时，其远端基因失去功能或功能下降。插入操纵子某一位点时，其远端基因失去功能或功能下降。另外，毗邻于另外，毗邻于IS的的DNA畸变率增高，可出现缺失、重复、畸变率增高，可出现缺失、重复、倒位等现象。倒位等现象。IS两端为反向重复序列，它决定转座位置的特异性，两端为反向重复序列，它决定转座位置的特异性，通通过同源重组来介导转座。过同源重组来介导转座。TransposaseABCDEFGGFEDCBA现在学习的是第14页，共34页转座子（转座子（transposon,

9、Tn）Tn 9Tn 21Tn 10Tn 8RTFR determinant两端带有反向重复序列，是一类除了携两端带有反向重复序列，是一类除了携带有与转座作用有关的基因外，还带有带有与转座作用有关的基因外，还带有与转座作用无关但决定宿主菌遗传性状与转座作用无关但决定宿主菌遗传性状基因的转座因子。因此基因的转座因子。因此Tn的分子量比的分子量比IS大。大。以带有抗生素抗性基因的以带有抗生素抗性基因的Tn研究最研究最为深入为深入现在学习的是第15页，共34页转座子的特征转座子的特征转座子转座子携带耐药或毒素基因携带耐药或毒素基因Tn1Tn2Tn3Tn1Tn2Tn3APAP（氨苄青霉素）（氨苄青霉素）

10、Tn4Tn4APAP、SMSM（链霉素）、（链霉素）、SuSu（磺胺）（磺胺）Tn5Tn5KmKm（卡那霉素）（卡那霉素）Tn6Tn6KmKmTn7Tn7TMPTMP（甲氧苄氨嘧啶）、（甲氧苄氨嘧啶）、SMSMTn9Tn9CmCm（氯霉素）（氯霉素）Tn10Tn10TcTc（四环素）（四环素）Tn551Tn551EmEm（红霉素）（红霉素）Tn971Tn971EmEmTn1681Tn1681大肠埃希菌（肠毒素基因）大肠埃希菌（肠毒素基因）现在学习的是第16页，共34页噬菌体噬菌体（bacteriophage,phage）n n噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌

11、或螺旋体等微生物的等微生物的病毒病毒。n n病毒的特性：病毒的特性：uu个体微小，可以通过细菌滤器个体微小，可以通过细菌滤器uu没有完整的细胞结构，由蛋白质和核酸组没有完整的细胞结构，由蛋白质和核酸组成成uu专性活细胞内寄生专性活细胞内寄生n n分布极广分布极广现在学习的是第17页，共34页噬菌体的生物学性状噬菌体的生物学性状n n形态形态uu个体微小，需用电子显微镜观察个体微小，需用电子显微镜观察uu蝌蚪形、微球形和丝形蝌蚪形、微球形和丝形LG1 was isolated from chicken feces on an E.coli O157:H7 host,but it plaques

12、on a wide range of E.coli,and a few Enterobacteriaceae.The black bars are size bars representing 100 nm.现在学习的是第18页，共34页各种噬菌体的形态各种噬菌体的形态现在学习的是第19页，共34页蝌蚪形噬菌体结构模式图蝌蚪形噬菌体结构模式图尾丝为吸附结构，能识别宿主菌表面的特殊受体；尾尾丝为吸附结构，能识别宿主菌表面的特殊受体；尾板内有裂解宿主菌细胞壁的溶菌酶；尾髓有收缩功能，板内有裂解宿主菌细胞壁的溶菌酶；尾髓有收缩功能，使头部核酸注入宿主菌使头部核酸注入宿主菌现在学习的是第20页，共34

13、页噬菌体的生物学性状噬菌体的生物学性状现在学习的是第21页，共34页噬菌体噬菌体n n 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，称为毒性噬菌体菌体，并最终裂解细菌，称为毒性噬菌体现在学习的是第23页，共34页溶菌周期n n吸附n n穿入n n生物合成n n成熟与释放现在学习的是第24页，共34页噬菌体的复制现在学习的是第25页，共34页毒性噬菌体毒性噬菌体n n在液体培养基中在液体培养基中 菌液菌液 混浊混浊 澄清澄清n n在固体培养基中在固体培养基中 将适量的噬菌体和宿主菌液混合

14、后接种培养，将适量的噬菌体和宿主菌液混合后接种培养，培养基表面有透亮的溶菌空斑，一个噬斑一般培养基表面有透亮的溶菌空斑，一个噬斑一般由一个噬菌体复制增殖并裂解细菌后形成由一个噬菌体复制增殖并裂解细菌后形成现在学习的是第26页，共34页噬斑噬斑现在学习的是第27页，共34页噬菌体感染细菌的结果n n溶菌性周期uu毒性噬菌体毒性噬菌体n n溶原性周期uu前噬菌体uu溶原性细菌uu温和噬菌体现在学习的是第28页，共34页温和噬菌体温和噬菌体temperatephage温和噬菌体温和噬菌体噬菌体基因与宿主菌染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬噬菌体基因与宿主菌染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬噬菌体基因

15、与宿主菌染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬噬菌体基因与宿主菌染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体菌体菌体菌体DNADNA能随细菌能随细菌能随细菌能随细菌DNADNA复制，并随细菌的分裂而传代，称复制，并随细菌的分裂而传代，称复制，并随细菌的分裂而传代，称复制，并随细菌的分裂而传代，称为温和噬菌体或溶原性噬菌体为温和噬菌体或溶原性噬菌体为温和噬菌体或溶原性噬菌体为温和噬菌体或溶原性噬菌体(lysogenic phage)(lysogenic phage)n n前噬菌体前噬菌体 整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为整合在细菌

16、基因组中的噬菌体基因组称为 前噬菌体（前噬菌体（前噬菌体（前噬菌体（prophageprophage）n n溶原性细菌溶原性细菌 带有前噬菌体的细菌称为溶原性细菌（带有前噬菌体的细菌称为溶原性细菌（带有前噬菌体的细菌称为溶原性细菌（带有前噬菌体的细菌称为溶原性细菌（lysogenic bacteriumlysogenic bacterium）现在学习的是第29页，共34页现在学习的是第30页，共34页温和噬菌体温和噬菌体n n溶原性溶原性前噬菌体偶尔前噬菌体偶尔前噬菌体偶尔前噬菌体偶尔脱离脱离脱离脱离宿主菌基因组而进入溶菌周期，产生宿主菌基因组而进入溶菌周期，产生成熟噬菌体，导致细菌成熟噬菌体

17、，导致细菌裂解裂解。温和噬菌体的这种产。温和噬菌体的这种产生成熟噬菌体颗粒和溶解宿主菌的潜在能力称为溶生成熟噬菌体颗粒和溶解宿主菌的潜在能力称为溶原性（原性（lysogenylysogeny）n n三种存在状态三种存在状态1.1.游离的具有感染性的噬菌体颗粒游离的具有感染性的噬菌体颗粒2.2.宿主菌胞质内类似质粒形式的噬菌体核酸宿主菌胞质内类似质粒形式的噬菌体核酸3.3.整合的前噬菌体整合的前噬菌体整合的前噬菌体整合的前噬菌体现在学习的是第31页，共34页温和噬菌体温和噬菌体n n溶原性转换溶原性转换n n 前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变前噬菌体可

18、导致细菌基因型和性状发生改变前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变白喉杆菌白喉杆菌白喉杆菌白喉杆菌 -棒状杆菌噬菌体棒状杆菌噬菌体棒状杆菌噬菌体棒状杆菌噬菌体 白喉毒素白喉毒素白喉毒素白喉毒素A A群溶血性链球菌能产生致热外毒素群溶血性链球菌能产生致热外毒素群溶血性链球菌能产生致热外毒素群溶血性链球菌能产生致热外毒素肉毒梭菌的毒素肉毒梭菌的毒素肉毒梭菌的毒素肉毒梭菌的毒素金黄色葡萄球菌溶素金黄色葡萄球菌溶素金黄色葡萄球菌溶素金黄色葡萄球菌溶素沙门菌、志贺菌等的抗原结构和血清型别沙门菌、志贺菌等的抗原结构和血清型别沙门菌、志贺菌等的抗原结构和血清型别沙门菌、志贺菌等的抗原结构和血清型别现在学习的是第32页，共34页温和噬菌体与细菌间遗传物质转移n n与转导有关的遗传物质与转导有关的遗传物质细菌甲细菌甲 噬菌体噬菌体 细菌乙细菌乙（溶菌周期）（溶菌周期）n n与溶原性转换有关的遗传物质与溶原性转换有关的遗传物质 噬菌体噬菌体 细菌乙细菌乙（溶原周期）（溶原周期）获得新的性状获得新的性状 丢失原有性状丢失原有性状现在学习的是第33页，共34页感谢大家观看现在学习的是第34页，共34页