第三章遗传与变异

第三章第三章遗传与与变异异第1页，共43页。概念v遗传遗传heredityheredity：微生物的性状保持相对稳定，子代与亲代性状：微生物的性状保持相对稳定，子代与亲代性状根本一样，且代代相传。根本一样，且代代相传。v变异变异variationvariation：子代与亲代：子代与亲代/子代与子代间性状出现差异。子代与子代间性状出现差异。第2页，共43页。v变异类型遗传性变异(基因型)非遗传性变异（表型变异）基因改变+-遗传性+-可逆性-+外界环境-+变异范围个别细胞群体第3页，共43页。细菌的遗传与变异v细菌的变异现象细菌的变异现象v细菌遗传变异相关物质细菌遗传变异相关物质v细菌变异的机制细菌变异的机制第4页，共43页。细菌的变异现象一、形态、构造变异一、形态、构造变异二、毒力变异二、毒力变异三、耐药性变异三、耐药性变异四、菌落变异四、菌落变异第5页，共43页。一、形态构造变异3-6%食盐鼠疫耶氏菌多形态性陈旧培基物第6页，共43页。青霉素、溶菌酶正常形态细菌L型变异抗体或补体(局部或完全失去胞壁)第7页，共43页。特殊构造的变异42-43炭疽杆菌失去形成芽胞能力,毒性降低10-20天变形杆菌0.1%石炭酸迁徙生长H点状生长、单个菌落O鞭毛变异第8页，共43页。二、毒力变异增强：棒状噬菌体白喉棒状杆菌产生白喉毒素减弱：胆汁、甘油、马铃薯培养基牛型结核杆菌卡介苗13年(230代)第9页，共43页。三、耐药性变异1.概念：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。2.耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA。3.多重耐药菌株及药物依赖性菌株，如4.含链霉素培基痢疾杆菌依链株长期培养第10页，共43页。四、菌落变异在陈旧培养基中长期培养光滑型菌落粗糙型菌落SR原因：失去LPS的特异多糖，伴其他性状改变。如：毒力变异第11页，共43页。细菌遗传变异的物质根底基因组：染色体和染色体外遗传物质基因组：染色体和染色体外遗传物质 质粒质粒 转座子转座子第12页，共43页。一、质粒plasmid1.概念：细菌染色体外的遗传物质，环状闭合双链DNA，能自行复制。所携带的遗传信息赋予细菌某些性状，随细菌分裂转移到子代菌细胞。2.特征：3.自我复制4.编码产物赋予细菌某些特殊性状5.可自行丧失与消除，不影响细菌生命6.具转移性7.具相容性和不相容性第13页，共43页。致育质粒F质粒耐药质粒毒力质粒Vi质粒细菌素质粒代谢质粒第14页，共43页。二、噬菌体phage1.概念：感染细菌、真菌、放线菌和螺旋体等微生物的病毒。2.含有：(1)毒性噬菌体：感染宿主后致宿主裂解。(2)前噬菌体/转座噬菌体：将核酸整合到细菌染色体上的噬菌体基因,具有转座功能。(3)溶原性噬菌体/温和噬菌体：呈溶原状态的噬菌体，其基因随溶原菌分裂传到细菌子代,并赋予细菌 第15页，共43页。三、转座子transposon，Tn1.1.概念概念:是一段特异的具有转位特性的独立是一段特异的具有转位特性的独立DNADNA片段，它能在片段，它能在细菌染色体、质粒或噬菌体之间自行移动，随转座子的转细菌染色体、质粒或噬菌体之间自行移动，随转座子的转位，导致基因的突变位，导致基因的突变/基因的转移与重组。基因的转移与重组。2.2.分类：分类：3.3.插入序列插入序列insertion sequenceinsertion sequence，ISIS4.4.复合转座子复合转座子complex Tncomplex Tn第16页，共43页。(1)插入序列IS是最小的转座子，2kb，不携带任何与插入功能无关的基因区域。(2)复合转座子complexTn2kb，除携带与转座有关的基因外，还携带其它功能基因，如耐药性基因、毒素基因。可能与细菌的多重耐药性有关。第17页，共43页。细菌的变异机制一、基因的突变和损伤后修复基因的突变和损伤后修复二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组第18页，共43页。一、基因的突变和损伤后修复1.1.基因突变基因突变mutationmutation：自发、随机：自发、随机2.2.1 1概念：细菌遗传物质的构造发生突然而稳定的改变，概念：细菌遗传物质的构造发生突然而稳定的改变，是是DNADNA序列的永久性变化。序列的永久性变化。3.3.2 2规律：规律：4.4.突变率：突变率：5.5.突变株选择：突变株选择：6.6.回复突变：回复突变：第19页，共43页。2.DNA的损伤修复1损伤修复：细菌会用有效DNA修复系统进展细致修复，降低损伤。2修复错误：致细菌变异。第20页，共43页。二、基因的转移和重组1.1.基因转移基因转移gene transfergene transfer 2.2.外源性的遗传物质由供体菌转入受体菌细胞的过程称为基外源性的遗传物质由供体菌转入受体菌细胞的过程称为基因转移。因转移。3.3.重组重组 recombination recombination4.4.转移的基因与受体菌转移的基因与受体菌DNADNA整合在一起称为重组，使受体菌获整合在一起称为重组，使受体菌获得供体菌的某些性状。得供体菌的某些性状。5.5.细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转导、溶原性细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转导、溶原性转换和原生质体融合等方式进展。转换和原生质体融合等方式进展。第21页，共43页。转化transformation概念：供体菌裂解游离的概念：供体菌裂解游离的DNADNA片段被受体菌直接摄取，使受片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。体菌获得新的性状。第22页，共43页。转化试验第23页，共43页。接合conjugation概念：细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质质粒概念：细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质质粒DNADNA从供体菌转移给受体菌。从供体菌转移给受体菌。接合性质粒：通过接合方式转移的质粒称接合性质粒：通过接合方式转移的质粒称 接合性质粒，接合性质粒，F F质粒、质粒、R R质粒和毒力质粒等。质粒和毒力质粒等。第24页，共43页。F质粒的接合F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipientF+第25页，共43页。R质粒的接合安康人中大肠埃希菌30%50%有R质粒，而致病性大肠埃希菌90%有R质粒。与多重耐药性有关。耐药质粒可从一个细菌转移到另一个细菌中。第26页，共43页。R质粒的组成耐药传递因子resistancetransferfactor,RTF与F质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合转移。耐药r决定子：编码耐药性。第27页，共43页。转导transduction概念：以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段概念：以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段DNADNA转移到受体菌转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。内，使受体菌获得新的性状。普遍性转导普遍性转导generalized transductiongeneralized transduction局限性转导局限性转导restricted transductionrestricted transduction第28页，共43页。普遍性转导generalizedtransduction概念：前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，增殖后，装配时发生错误，将细菌的DNA片段装入噬菌体的头部，形成转导噬菌体。当它感染另一宿主菌，那么将细菌的染色体注入受体菌内。特征：被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何局部，DNA片段可大于转导。第29页，共43页。结果-完全转导-流产转导未整合整合第30页，共43页。局限性转导restrictedtransduction概念：概念：前噬菌体从宿主菌染色体脱离时发生偏前噬菌体从宿主菌染色体脱离时发生偏差，将自身的一段差，将自身的一段DNADNA留在细菌染色体上，留在细菌染色体上，而带走了细菌而带走了细菌DNADNA上两侧的基因。当其感上两侧的基因。当其感染受体菌后，使受体菌获得供体菌的某些染受体菌后，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。遗传性状。特点：所转导的只限于供体菌上的基因，特点：所转导的只限于供体菌上的基因，故又称特异性转导。故又称特异性转导。第31页，共43页。普遍性转导与局限性转导的区别区区别要点要点普遍性普遍性转导局限性局限性转导基因基因转导发生的生的时期期裂解期溶原期转导的的遗传物物质供体菌染色体DNA任何部位或质粒噬菌体DNA及供体菌DNA的特定部位转导的后果的后果完全转导或流产转导受体菌获得供体菌DNA特定部位的遗传特性转导频率率受体菌的10-7转导频率较普遍转导高(10-4)第32页，共43页。溶原性转换lysogenicconversion概念：宿主菌染色体中整合了噬菌体概念：宿主菌染色体中整合了噬菌体DNADNA片段，致细菌获得新的片段，致细菌获得新的遗传性状。遗传性状。白喉棒状杆菌、白喉棒状杆菌、A A群链球菌、肉毒梭菌、产气荚膜梭菌、群链球菌、肉毒梭菌、产气荚膜梭菌、霍乱弧菌霍乱弧菌第33页，共43页。基因来源转移方式transformation供体菌直接摄取conjugation供体菌性菌毛transduction供体菌噬菌体为载体lysogenicconversion噬菌体整合第34页，共43页。病毒的遗传与变异v病毒基因组特点：病毒基因组特点：1 1、呈多样性。、呈多样性。2 2、须被宿主细胞解码，才可转译病毒蛋白。、须被宿主细胞解码，才可转译病毒蛋白。3 3、单正链、单正链RNARNA病毒核酸为复制摸板及病毒核酸为复制摸板及 mRNA mRNA。4 4、与真核细胞基因组相似。与真核细胞基因组相似。第35页，共43页。v病毒的变异机制病毒的变异机制1.1.1.1.基因突变：碱基序列的置换、缺失或插入所致。基因突变：碱基序列的置换、缺失或插入所致。实际意义：形成突变株，常见实际意义：形成突变株，常见 条件致死突变株条件致死突变株 缺陷干扰突变株缺陷干扰突变株 宿主范围突变株宿主范围突变株 耐药突变株耐药突变株2.2.基因重组与重配基因重组与重配:两种病毒感染同一细胞时发生相互作用。两种病毒感染同一细胞时发生相互作用。如如:干扰、共感染、基因转移与互换等。干扰、共感染、基因转移与互换等。3.3.基因整合基因整合:病毒病毒DNADNA片段插入宿主染色体片段插入宿主染色体DNADNA中。中。实际意义：病毒基因变异、宿主细胞转化、肿瘤发生。实际意义：病毒基因变异、宿主细胞转化、肿瘤发生。第36页，共43页。微生物遗传变异的医学应用v在疾病的诊断、治疗与预防中的应用在疾病的诊断、治疗与预防中的应用v在测定致癌物质中的应用在测定致癌物质中的应用v在流行病学中的应用在流行病学中的应用v在基因工程中的应用在基因工程中的应用第37页，共43页。一、疾病的诊断、治疗与预防1.1.病原性诊断：病原微生物特异核酸序列检测。病原性诊断：病原微生物特异核酸序列检测。2.2.特异性防治：病原微生物耐药基因、毒力岛检测。特异性防治：病原微生物耐药基因、毒力岛检测。3.3.减毒活疫苗的制备：人工诱变使微生物毒力减弱。减毒活疫苗的制备：人工诱变使微生物毒力减弱。第38页，共43页。二、致癌物质的测定1.1.原理：凡能诱导细菌发生突变的物质都有可能是致癌物质。原理：凡能诱导细菌发生突变的物质都有可能是致癌物质。2.2.AmesAmes实验实验3.3.伤寒沙门菌伤寒沙门菌his-his-his+his+第39页，共43页。三、流行病学的应用分子生物学分析方法已被用于流行病学调查分子生物学分析方法已被用于流行病学调查试验：质粒指纹图谱试验：质粒指纹图谱PFPPFP用于：耐药质粒传播扩散的调查用于：耐药质粒传播扩散的调查第40页，共43页。四、基因工程中的应用基因工程应用原理：在遗传变异中细菌可因基因转移和重组而基因工程应用原理：在遗传变异中细菌可因基因转移和重组而获得新的性状。获得新的性状。切取目的基因切取目的基因连接到载体上连接到载体上转移到工程菌内，大量表达目转移到工程菌内，大量表达目的基因产物的基因产物目前应用：生产胰岛素、干扰素、多种生长激素、目前应用：生产胰岛素、干扰素、多种生长激素、rIL-2rIL-2等细胞等细胞因子和乙肝疫苗等生物制品。因子和乙肝疫苗等生物制品。第41页，共43页。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。第42页，共43页。谢谢观赏谢谢观赏第43页，共43页。