第5章--细菌的遗传与变异.pptx

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1、 BCG：牛型结核杆菌（有毒株）：牛型结核杆菌（有毒株）胆汁胆汁-甘油甘油-马铃薯培养马铃薯培养 1313年，年，230230次传代次传代 减毒株（减毒株（BCG）基因型变异：基因型变异：BCG 表型变异：细菌表型变异：细菌L L型型第1页/共61页遗传性变异（基因型变异genotypic variation）：基因结构发生改变非遗传性变异（表型变异phenotypic variation）：受环境条件影响 变异（variation）第2页/共61页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表型变异表型变异基因结构基因结构 变化变化 未变未变可逆性可逆性 不或极少不或极少

2、 可逆可逆稳定性稳定性 稳定 不稳定环境影响环境影响涉及细菌数涉及细菌数不受影响不受影响 受影响受影响 个别个别 全体全体第3页/共61页*细菌的变异现象1.形态结构的变异（形态结构的变异（morphological variation）2抗原性变异（抗原性变异（antigenic variation）3菌落变异（菌落变异（colony variation）4毒力变异（毒力变异（virulence variation）：）：如如白白喉喉棒棒状状杆杆菌菌的的白白喉喉毒毒素素的的获获得得、卡卡介介苗苗的的研研制制成成功功（13年，年，230代）；代）；5耐药性变异（耐药性变异（drug-resis

3、tant variation）第4页/共61页第一节 细菌的遗传物质第5页/共61页相关遗传物质：染色体（chromosome）、质粒（plasmid）、转座因子（transposable element)、整合子（integron)、噬菌体（bacteriophage,phage）第6页/共61页 细菌染色体：dsDNAdsDNA，3.23.25105106 6 bpbp 复制快：10105 5 bp/minbp/min 无组蛋白，无内含子，为连续基因 单倍体：突变后更易表现第7页/共61页质粒（plasmidplasmid）：复制能力转移能力整合能力相容性丢失或消除 第8页/共61页质粒（

4、plasmid）的定义：为闭合环状双链DNA、存在于细胞质中的带有遗传信息、控制细菌的某些特定遗传性状、能够自我复制的染色体以外的遗传物质。Definition:Extrachromosomal genetic elements that are capable of autonomous replication(replicon)第9页/共61页PLASMIDS Plasmids are extrachromosomal genetic elements capable of autonomous replication.An episome is a plasmid that can in

5、tegrate into the bacterial chromosomeClassification of Plasmids（质粒的分类）Transfer properties Conjugative plasmids Nonconjugative plasmids Phenotypic effects Fertility plasmid(F factor)Bacteriocinogenic plasmids.Resistance plasmids 7 factors).第10页/共61页1质粒按所编码生物学性状种类分五类：致育质粒/F质粒（fertility plasmid）耐药质粒（dr

6、ug-resistance plasmid 毒力质粒/Vi质粒（virulence plasmid）细菌素质粒（bactericin plamid）代谢质粒（metabolism）第11页/共61页2Plasmid的特点具有自我复制的能力：可以存在多copy，与replication of chromosome同步的称为紧密型，不相关者称为松弛型；编码某些特定的遗传性状：如sex pilus(Fertility plasmid)、细菌素、毒素和耐药性等；可自行丢失与消除：不是细菌生长所必需；转移性：可通过转化、接合和转导等作用进行细菌间传递；质粒的相容性和不相容性：几种不同plasmid同时共

7、存于一个细菌内成为相容性compatibility；反之，称为incompatibility。第12页/共61页3 3、转座因子（transposable element)transposable element)：1 1）ISIS (insertion insertion sequencesequence):):75015507501550 bpbp 两端重复序列，与插入有关 中心序列有转位酶基因第13页/共61页2 2）TnTn(transposontransposon):):200025000200025000 bpbp 两端为IS IS 中心序列有与转位无关基因 如：毒素基因、耐药基因

8、等第14页/共61页Transposable Genetic ElementsDefinition:Segments of DNA that are able to move from one location to anotherProperties“Random”movementNot capable of self replication(not a replicon)Transposition（移位）mediated by site-specific recombinationTransposaseTransposition may be accompanied by duplicat

9、ion第15页/共61页Types of Transposable Genetic ElementsInsertion sequences(IS)Definition:Elements that carry no other genes except those involved in transpositionNomenclature（命名法）-IS1Structure Importance MutationPlasmid insertionPhase variationTransposaseABCDEFGGFEDCBA第16页/共61页Types of Transposable Genet

10、ic ElementsTransposons(Tn)Definition:Elements that carry other genes except those involved in transpositionNomenclature（命名法）-Tn10StructureComposite（复合的）Tns Importance Antibiotic resistanceIS ISResistance Gene(s)IS ISResistance Gene(s)第17页/共61页常见的插入序列和转座子IS bp Tn IS bp Tn 耐药或毒素基因 IS1 768 IS1 768 Tn1T

11、n1 APAP（氨苄青霉素）IS2 1327 IS2 1327 Tn6 Tn6 KanKan（卡那霉素）IS3 1300 Tn10 Tet IS3 1300 Tn10 Tet（四环素）IS4 1426 Tn551 Em IS4 1426 Tn551 Em（红霉素）IS5 1195 IS5 1195 Tn681 E.coli ETTn681 E.coli ET（肠毒素）第18页/共61页4、整合子（integron，In）：是一种可捕获和整合外源性基因，并使之转变为功能性基因表达单位的具有独特结构的运动性的DNA分子。l通过转座子或接合性质粒，使多种耐药基因在细菌中进行水平传播l定位于细菌染色体

12、、质粒或转座子上l基本结构：两端为保守末端，中间为可变区，含一个或多个基因盒l整合子含有3个功能元件：重组位点；整合酶基因；启动子第19页/共61页5、噬菌体（bacteriophage）：*温和噬菌体参与细菌的遗传和变异第20页/共61页细菌变异的机制：1、基因的转移和重组2、基因突变3、细菌DNA损伤的修复第21页/共61页Mechanism of bacterial variationGene mutationGene transfer and recombination Transformation（转化）Conjugation（接合）Transduction（转导）Lysogenic

13、 conversion（溶原性转换）Protoplast fusion（原生质体融合）第22页/共61页第三节 基因的转移和重组第23页/共61页概念：1.基因转移（gene transfer）或基因交换：外源性的遗传物质（供体菌染色体DNA片段、可转移的质粒DNA及噬菌体基因）由供体菌转入某受体菌细胞内的过程2.基因重组（gene recombination）：被转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组根据DNA片段的来源及交换方式不同，将转移与重组的方式分为：转化、接合、转导、溶原性转换和原生质体融合 等转移：供菌提供DNADNA；受菌接受DNADNA重组：受菌获得供菌DNADNA第24

14、页/共61页类型类型 基因来源基因来源 转移方式转移方式 转化 供菌 受菌摄入 接合 供菌 通过性菌毛转导 供菌 噬菌体媒介 溶原性转换 噬菌体 前噬菌体第25页/共61页传代1 1、转化(transformation)(transformation)：是供体菌裂解游离的DNADNA片段被受体菌直接摄取，供受体菌获得新的性状。游离游离DNADNA供体菌供体菌DNADNA供体菌供体菌DNADNA（转化因子）（转化因子）第26页/共61页TransformationDefinition:Gene transfer resulting from the uptake of DNA from a do

15、nor.Factors affecting transformation1.DNA size and stateSensitive to nucleases（核酸酶）2.Competence of the recipient(Bacillus,Haemophilus,Neisseria,Streptococcus)Competence factors（感受态因子）Induced competence（诱导感受态）3.环境因素：Ca2+、Mg2+、cAMP等，维持DNA的稳定性、促进转化第27页/共61页第28页/共61页第29页/共61页第30页/共61页第31页/共61页第32页/共61页小

16、鼠体内肺炎链球菌的转化试验第33页/共61页2 2、接合（conjugationconjugation）是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNADNA）从供菌转移给受菌。接合性质粒主要包括：F F质粒、R R质粒、ColCol质粒和毒力质粒第34页/共61页ConjugationDefinition:Gene transfer from a donor to a recipient by direct physical contact between cellsMating（交配）types in bacteriaDonorF factor(Fertility factor)

17、F(sex)pilusDonorRecipientRecipientLacks an F factor第35页/共61页F F质粒的接合 第36页/共61页Physiological States of F FactorIntegrated(Hfr)Characteristics of Hfr x F-crossesF-rarely becomes Hfr while Hfr remains HfrHigh transfer of certain donor chromosomal genesF+Hfr第37页/共61页Physiological States of F FactorAuton

18、omous with donor genes(F)Characteristics of F x F-crossesF-becomes F while F remains FHigh transfer of donor genes on F and low transfer of other donor chromosomal genesHfrF第38页/共61页Mechanism of Hfr x F-CrossesDNA transferOrigin of transferRolling circle replicationHomologous（同源）recombination Pair f

19、ormation Conjugation bridgeHfrF-HfrF-HfrF-HfrF-第39页/共61页Mechanism of F x F-CrossesDNA transferOrigin of transferRolling circle replication Pair formation Conjugation bridgeFFFFFF-FF-第40页/共61页ConjugationSignificanceGram-bacteriaAntibiotic resistanceRapid spreadGram+bacteriaProduction of adhesive mate

20、rial by donor cells 第41页/共61页F+、Hfr、F三种菌都具有性菌毛第42页/共61页R R质粒的接合R R质粒由耐药传递因子（RTFRTF）和耐药决定因子（r r决定因子）组成。RTFRTF的功能与F F质粒相似，可编码性菌毛的产生和通过接合转移；r r决定因子编码对抗菌药物的耐药性，r r决定因子上有多个TnTn连接相邻是造成多耐的原因。第43页/共61页第44页/共61页Structure of R FactorsRTFConjugative plasmidTransfer genesTn 9Tn 21Tn 10Tn 8RTFR determinantR dete

21、rminantResistance genesTransposons第45页/共61页3 3、转导（transductiontransduction）是以噬菌体为载体，将供菌的遗传物质转移到受菌中去，使受菌获得新的性状。普遍性转导 ：以毒性噬菌体和温和噬菌体为载体，发生在裂解期，转移的 DNADNA为供菌染色体上的任何部 局限性转导 ：以温和噬菌体为载体发生在溶原期，供菌染色体上特定的基因第46页/共61页、普遍性转导(generalized transduction)(generalized transduction)：普遍性转导的细菌整合未整合完全转导流产转导细菌DNA第47页/共61页、

22、局限性转导(restricted transduction)(restricted transduction)：又称特异性转导(specialized transduction)(specialized transduction)前噬菌体 galbiogalbio 正常脱离galbio 断裂和再接bio gal断裂和再接galbio 偏差脱离第48页/共61页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的发生基因转导的发生时期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菌染色体供菌染色体DNADNA任何部位或质粒任何部位或质粒噬菌体噬菌体DNADNA及供及供菌

23、菌DNADNA的特定部的特定部位位转导的后果转导的后果完全转导或流产完全转导或流产转导转导受体菌获得供体受体菌获得供体菌菌DNADNA特定部位特定部位的遗传特性的遗传特性转导频率转导频率受体菌的10-7 10-4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第49页/共61页4 4、溶原性转换（lysogenic conversionlysogenic conversion）是侵入细菌的噬菌体在溶原期可以前噬菌体形式在细菌内与细菌的染色体发生重组，导致细菌的基因型发生改变。溶原性细菌可因此而获得新的性状。（如白喉毒素、致热外毒素、肉毒毒素和毒素）第50页/共61页5 5、原生质体融合

24、（protoplast fusionprotoplast fusion）是将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素处理失去细胞壁而变为原生质体后进行融合（聚乙二醇可促使二种原生质体间的融合），在此期间染色体可发生重组。第51页/共61页第四节 基因突变第52页/共61页影印平板：自发的，随机的，非诱导的药物仅起选择作用突 变（Mutation）的定义：是遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致的变异可传于后代。第53页/共61页突变与选择第54页/共61页 突变的性质：l突变率：1010-6-61010-9-9l自发突变与诱发突变l突变与选择l回复突变与抑制突变第55页/共61页相关感念：1.1.突

25、变（MutationMutation）：是遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致的变异可传于后代。2.2.野生型株：某种菌株在自然环境下大多数所具有的表现型菌株称为野生型株（wild type strainwild type strain）。3.3.突变后的菌株称为突变型株（mutantmutant）。4.4.回复突变：野生型株发生突变称为正向突变，若经再次突变又恢复到原来的性状，称为回复突变第56页/共61页突变型细菌及其分离：耐药性突变型 药敏试验 营养缺陷突变型 营养物质筛选 条件致死性突变型 温度敏感试验 发酵阴性突变型 乳糖发酵试验 第57页/共61页诊断困难诊断困难 HO变异：如伤寒沙门菌鞭毛异：如伤寒沙门菌鞭毛 SR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，生化反应改变治疗困难：耐药治疗困难：耐药 预防：预防：BCG四、实际应用第58页/共61页 Ames试验：试验：第59页/共61页 基因工程基因工程l载体：质粒，噬菌体载体：质粒，噬菌体l工工程程菌菌和和酶酶：限限制制性性内内切酶，连接酶切酶，连接酶l选选择择目目的的基基因因，细细菌菌中中表表达达，如如胰胰岛岛素素、白白介介素、干扰素等素、干扰素等l基因工程疫苗基因工程疫苗第60页/共61页感谢您的观看！第61页/共61页