《细菌的遗传与变异》PPT课件.ppt

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1、第第5 5章章细菌的遗传与变异细菌的遗传与变异遗传遗传（heredity）遗传使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传，使其种属得以遗传使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传，使其种属得以保存保存变异变异（variation）在一定条件下，子代和亲代之间以及子代和子代之间的差异在一定条件下，子代和亲代之间以及子代和子代之间的差异遗传性变异（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，可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。遗传给后代。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，基因结构未发生变异，可逆，不可遗传

2、。环境改变导致，基因结构未发生变异，可逆，不可遗传。基因型和表型变异的比较基因型和表型变异的比较基因型和表型变异的比较基因型和表型变异的比较基因型变异基因型变异基因型变异基因型变异表型变异表型变异表型变异表型变异基因结构基因结构基因结构基因结构 变化变化变化变化 未变未变未变未变可逆性可逆性可逆性可逆性 不或极少不或极少不或极少不或极少 可逆可逆可逆可逆稳定性稳定性稳定性稳定性 稳定 不稳定环境影响环境影响环境影响环境影响涉及细菌数涉及细菌数涉及细菌数涉及细菌数不受影响不受影响不受影响不受影响 受影响受影响受影响受影响 个别个别个别个别 全体全体全体全体细菌的变异现象细菌的变异现象 3-6%N

3、aCl 鼠疫杆菌鼠疫杆菌多形态性多形态性(衰退型）衰退型）琼脂培养基琼脂培养基形态变异形态变异1.形态变异形态变异细菌细菌L型变异型变异 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型型抗体或补体抗体或补体正常霍乱弧菌正常霍乱弧菌霍乱弧菌霍乱弧菌L L型型特殊结构的变异特殊结构的变异鞭毛变异鞭毛变异（HO变异）变异）1%石炭酸石炭酸 变形杆菌变形杆菌失去鞭毛失去鞭毛（H菌落）菌落）（O菌落）菌落）迁徙生长现象迁徙生长现象单个菌落单个菌落菌菌落落变变异异 在陈旧培养基中长期培养在陈旧培养基中长期培养光滑型菌落光滑型菌落粗糙型菌落粗糙型菌落（S型型）或在有免疫力的人体内或在有免疫

4、力的人体内（R型）型）S-R变异变异毒力变异毒力变异v白喉外毒素的来源白喉外毒素的来源 白喉杆菌白喉杆菌+噬菌体噬菌体产生毒素产生毒素v卡介苗的发明卡介苗的发明 牛型结核杆菌牛型结核杆菌 BCGBCG230次第一节第一节 细菌的遗传物质细菌的遗传物质n染色体n质粒n转座因子n整合子n噬菌体 特点：特点：环状环状dsDNA，相对较小，相对较小，5106bp无组蛋白无组蛋白无内含子无内含子连续基因连续基因结构基因单拷贝结构基因单拷贝1.1.细菌染色体细菌染色体（bacterial chromosome)2.质粒（plasmid）特征1.自我复制2.编码某些特定性状：vR质粒耐药性vF质粒性菌毛vV

5、i质粒毒力vCol质粒大肠菌素v代谢质粒各种酶3.3.可自行丢失与消除可自行丢失与消除4.4.可在细菌间转移可在细菌间转移5.5.质粒的不相容性与相容性质粒的不相容性与相容性 3.3.转座因子转座因子transposable element概念：概念：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分子上的一段特异分子上的一段特异性核苷酸序列片段，它能在性核苷酸序列片段，它能在DNADNA分子中移动，不断分子中移动，不断改变它们在基因组的位置，能从一个基因组转移改变它们在基因组的位置，能从一个基因组转移到另一个基因组中。到另一个基因组中。(1)插入序列（insertionseque

6、nce，IS）750-1550750-1550 bpbp ，最简单，最简单，两端两端反向反向重复序列，与插入有关重复序列，与插入有关，中心序列有转位酶基因中心序列有转位酶基因(2)转座子（transposon，Tn）除携带与转座作用有关的基因外，还携带其它基因除携带与转座作用有关的基因外，还携带其它基因（如耐药性、重金属抗性基因、糖发酵基因）（如耐药性、重金属抗性基因、糖发酵基因）4.4.整合子（整合子（integron，In）l是是一一种种运运动动性性的的DNADNA分分子子，具具有有独独特特结结构构可可捕捕获获和和整整合合外外源源性性基基因因，使使之之成成为为功功能能性性基基因因的的表达单

7、位表达单位l定位于染色体和质粒或转座子上定位于染色体和质粒或转座子上l基基本本结结构构：两两端端为为保保守守末末端端，中中间间为为可可变变区区，含一个或多个基因盒含一个或多个基因盒l功能元件功能元件：重组位点；整合酶基因；启动子：重组位点；整合酶基因；启动子l通通过过转转座座子子或或接接合合性性质质粒粒，使使多多种种耐耐药药基基因因在在细菌中进行水平传播细菌中进行水平传播 5.噬菌体（噬菌体（bacteriophage）形态结构形态结构形态结构形态结构:蝌蚪形蝌蚪形蝌蚪形蝌蚪形衣壳：蛋白质衣壳：蛋白质衣壳：蛋白质衣壳：蛋白质核酸：核酸：核酸：核酸：dsDNA dsDNA 分布广分布广分布广分布

8、广:有菌就有噬菌体有菌就有噬菌体有菌就有噬菌体有菌就有噬菌体宿主特异性：流行病调查；分型宿主特异性：流行病调查；分型宿主特异性：流行病调查；分型宿主特异性：流行病调查；分型参与细菌变异：转导参与细菌变异：转导参与细菌变异：转导参与细菌变异：转导,溶原性转换溶原性转换溶原性转换溶原性转换第三节 基因的转移和重组转移：转移：供菌提供供菌提供DNADNA；受菌接受；受菌接受DNADNA重组：重组：受菌获得供菌受菌获得供菌DNADNA类型类型类型类型 基因来源基因来源基因来源基因来源 转移方式转移方式转移方式转移方式 转化转化转化转化 供菌供菌供菌供菌 受菌摄入受菌摄入受菌摄入受菌摄入 接合接合接合接

9、合 供菌供菌供菌供菌 通过性菌毛通过性菌毛通过性菌毛通过性菌毛转导转导转导转导 供菌供菌供菌供菌 噬菌体媒介噬菌体媒介噬菌体媒介噬菌体媒介 溶原性转换溶原性转换溶原性转换溶原性转换 噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体 前噬菌体前噬菌体前噬菌体前噬菌体一、一、转化（转化（transformation）转化转化 供体菌裂解释放的供体菌裂解释放的DNADNA片段被受体菌直接摄片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。取，使受体菌获得新的性状。转化现象在肺炎链球菌、葡萄球菌和流感嗜转化现象在肺炎链球菌、葡萄球菌和流感嗜血杆菌等中被证实。血杆菌等中被证实。转化试验转化试验转化发生的条件转化发生的条件1.供受菌基

10、因型供受菌基因型 同源性；亲缘关系近，转化率高同源性；亲缘关系近，转化率高2.感受态感受态 对数生长期的后期，时间短。对数生长期的后期，时间短。3.环境因素环境因素 钙、镁离子可加强感受态。钙、镁离子可加强感受态。二、接二、接 合合（conjugation）定义定义 细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒（主要是质粒DNADNA）从供体菌转移给受体菌的方式）从供体菌转移给受体菌的方式 接合性质粒接合性质粒 能通过接合方式转移的质粒能通过接合方式转移的质粒 F F质粒、质粒、R R质粒、质粒、ColCol质粒、质粒、ViVi质粒等质粒等1.F1.

11、F质粒的接合质粒的接合nF F质粒编码性菌毛质粒编码性菌毛n雄性菌雄性菌F F+菌；雌性菌菌；雌性菌F F-菌菌n接触：细胞质沟通接触：细胞质沟通n转移：转移：F F质粒进入质粒进入F F菌菌,1,1分钟完成分钟完成n复制：复制：F F菌转为菌转为F F菌菌+高频重组菌高频重组菌（highfrequencyrecombination）少数少数F F质粒可整合至受体菌染色体上，与染色体质粒可整合至受体菌染色体上，与染色体一起复制，这种与一起复制，这种与F F质粒重组的细菌称为质粒重组的细菌称为HfrHfr。Hfr转移细菌染色体过程转移细菌染色体过程FF质粒质粒 高频重组菌中的高频重组菌中的F F

12、质粒有时从染色体上脱离下质粒有时从染色体上脱离下来，带有染色体上邻近的基因，称为来，带有染色体上邻近的基因，称为FF质粒。质粒。F F+菌，菌，HfrHfr，FF菌都是雄性菌菌都是雄性菌2.R质粒的接合质粒的接合日本首先分离到抗多种药物的宋内志贺菌多日本首先分离到抗多种药物的宋内志贺菌多重重耐药株，多重耐药性很难用基因突变解释。耐药株，多重耐药性很难用基因突变解释。健康人中大肠埃希菌健康人中大肠埃希菌30%50%有有R质粒，而质粒，而致病性大肠埃希菌致病性大肠埃希菌90%有有R质粒。质粒。R质粒与耐药性有关，尤其与多重耐药性有关。质粒与耐药性有关，尤其与多重耐药性有关。耐药质粒从一个细菌转移到

13、另一个细菌中。耐药质粒从一个细菌转移到另一个细菌中。2.R质粒的接合质粒的接合耐药传递因子（耐药传递因子（resistancetransferfactor,RTF）与与F质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合转移质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合转移耐药决定子（耐药决定子（resistancedeterminant,r-det）r-det能编码对抗菌药物的耐药性，能编码对抗菌药物的耐药性，可由几个转座子连接相邻排列，可由几个转座子连接相邻排列，如如Tn9带有氯霉素耐药基因，带有氯霉素耐药基因，Tn4带有氨苄青霉素、磺胺、链霉素的带有氨苄青霉素、磺胺、链霉素的耐药基因，耐药基因，Tn5带有卡那霉

14、素的耐带有卡那霉素的耐药基因。药基因。三、转三、转导（导（transduction）由噬菌体介导，将供体菌的由噬菌体介导，将供体菌的DNA片段转入受体片段转入受体菌，使受体菌获得供体菌的部分遗传性状。菌，使受体菌获得供体菌的部分遗传性状。转导类型转导类型1.普遍性转导普遍性转导可以转导供菌可以转导供菌DNA上任何基因片段。上任何基因片段。有两种结果：有两种结果：完全转导完全转导：发生交换重组；：发生交换重组；流产转导流产转导：呈游离状态。：呈游离状态。2.局限性转导局限性转导只能转导供体菌染色体上特定的基因。只能转导供体菌染色体上特定的基因。普遍性转导普遍性转导第一寄主菌转导示意图转导示意图第

15、二寄主菌 局限性转导：温和性噬菌体局限性转导：温和性噬菌体 脱落错误：前噬菌体及两边的细菌脱落错误：前噬菌体及两边的细菌DNADNA转导性噬菌体：噬菌体转导性噬菌体：噬菌体DNADNA及细菌及细菌DNADNA 普遍性转导与局限性转导的区别普遍性转导与局限性转导的区别区别要点区别要点普遍性转导普遍性转导局限性转导局限性转导基因转导发生的时期基因转导发生的时期裂解期裂解期溶原期溶原期转导的遗传物质转导的遗传物质供体菌染色体供体菌染色体DNADNA任任何部位或质粒何部位或质粒噬菌体噬菌体DNADNA及供体菌及供体菌DNADNA的特定部位的特定部位转导的后果转导的后果完全转导或流产转导完全转导或流产转

16、导受体菌获得供体菌受体菌获得供体菌DNADNA特定部位的遗传特定部位的遗传特性特性转导频率转导频率受体菌的受体菌的1010-7-7转导频率较普遍转导转导频率较普遍转导增加增加10001000倍倍(10(10-4-4)四、溶原性转换四、溶原性转换（lysogenicconversion）和原生质体融合（和原生质体融合（protoplastfusion）溶原性转换溶原性转换 噬菌体作为供体，宿主菌染色体上整合了噬噬菌体作为供体，宿主菌染色体上整合了噬菌体的菌体的DNADNA片段，获得新的遗传性状。片段，获得新的遗传性状。溶原性转换示意图溶原性转换示意图原生质体融合（原生质体融合（protoplas

17、tfusion）将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素等处将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失去细胞壁成为原生质体后进行融合理，失去细胞壁成为原生质体后进行融合的过程。的过程。两种失去细胞壁的细菌互相融合的过程。两种失去细胞壁的细菌互相融合的过程。融合后的染色体之间发生重组。融合后的染色体之间发生重组。第四节第四节 基因突变基因突变1、定义：、定义：DNA碱基对的置换、插入或缺失所致碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构的变化。的基因结构的变化。2、分类：、分类：小突变（点突变）小突变（点突变）大突变（染色体突变）大突变（染色体突变）一、基因一、基因突变的规律突变的规律1.1.自发突变与诱发突

18、变自发突变与诱发突变 彷徨试验彷徨试验2.2.突变率突变率自然突变率自然突变率10-610-9诱导突变率诱导突变率10-410-63.3.突变与选择突变与选择 影印培养试验影印培养试验4.4.回复突变与抑制突变回复突变与抑制突变 野生型野生型突变型突变型影印平板：影印平板：影印平板：影印平板：自发的，随机的，非诱导的药自发的，随机的，非诱导的药自发的，随机的，非诱导的药自发的，随机的，非诱导的药 物仅起选择作用物仅起选择作用物仅起选择作用物仅起选择作用二、二、突变型细菌及其分离突变型细菌及其分离 1.1.抗抗性突变型性突变型 药敏试验药敏试验 2.2.营养缺陷突变型营养缺陷突变型 营养物质筛选

19、营养物质筛选 3.3.条件致死性突变型条件致死性突变型 温度敏感试验温度敏感试验 4.4.发酵阴性突变型发酵阴性突变型 乳糖发酵试验乳糖发酵试验 1.1.影响细菌学诊断影响细菌学诊断 H HO O变异：如伤寒沙门菌鞭毛变异：如伤寒沙门菌鞭毛 S SR R变异：消失荚膜或多糖变异：消失荚膜或多糖 抗原性改变抗原性改变 毒力下降，生化反应改变毒力下降，生化反应改变2.2.预防耐药菌株的扩散预防耐药菌株的扩散3.3.制备疫苗制备疫苗 BCGBCG4.4.检测致癌物检测致癌物 AmesAmes试验试验5.5.基因工程方面的基因工程方面的应用应用第五节第五节细菌遗传变异在医学上的实际意义细菌遗传变异在医学上的实际意义 AmesAmes试验试验 基因工程基因工程l l载体：质粒，噬菌体载体：质粒，噬菌体载体：质粒，噬菌体载体：质粒，噬菌体l l工工工工程程程程菌菌菌菌和和和和酶酶酶酶：限限限限制制制制性性性性内切酶，连接酶内切酶，连接酶内切酶，连接酶内切酶，连接酶l l选选选选择择择择目目目目的的的的基基基基因因因因，细细细细菌菌菌菌中中中中表表表表达达达达，如如如如胰胰胰胰岛岛岛岛素素素素、白介素、干扰素等白介素、干扰素等白介素、干扰素等白介素、干扰素等l l基因工程疫苗基因工程疫苗基因工程疫苗基因工程疫苗