第五章-细菌的遗传与变异课件

第五章第五章 细菌的遗传与变异细菌的遗传与变异第五章 细菌的遗传与变异教学目标教学目标了解：了解：1噬菌体的化学组成，抗原性，抵抗力噬菌体的化学组成，抗原性，抵抗力2细菌基因表达的调节细菌基因表达的调节3.细菌遗传与变异在医学上的实际意义细菌遗传与变异在医学上的实际意义理解：理解：1噬菌体的形态与结构噬菌体的形态与结构2细菌的遗传物质细菌的遗传物质3.基因突变基因突变掌握：掌握：1噬菌体，前噬菌体，溶原性细菌等概念噬菌体，前噬菌体，溶原性细菌等概念(重点重点)2毒性噬菌体与温和噬菌体毒性噬菌体与温和噬菌体3.基因的转移和重组基因的转移和重组(转化、转导、接合和转化、转导、接合和 溶原性转换溶原性转换)教学目标了解：1噬菌体的化学组成，抗原性，抵抗力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（L L型细菌变异）型细菌变异）H-OH-O变异（变形杆菌鞭毛变异）变异（变形杆菌鞭毛变异）荚膜变异（肺炎链球菌）荚膜变异（肺炎链球菌）菌落变异：菌落变异：S-RS-R变异变异毒力的变异：增强、减弱（白喉、毒力的变异：增强、减弱（白喉、BCG BCG）耐药性变异：金葡菌、结核分支杆菌等耐药性变异：金葡菌、结核分支杆菌等细菌的变异现象形态结构变异（L型细菌变异）L型变异型变异药物、抗体或补体等药物、抗体或补体等正常霍乱弧菌正常霍乱弧菌霍乱弧菌霍乱弧菌L L型型 L型变异药物、抗体或补体等正常霍乱弧菌霍乱弧H-O变异（变形杆菌鞭毛变异）变异（变形杆菌鞭毛变异）Hauch（薄膜）（薄膜）（普通培养基）（普通培养基）Ohnehauch（无薄膜）（无薄膜）（1%石炭酸的培养基）石炭酸的培养基）H-O 变异（变形杆菌鞭毛变异）Hauch（薄膜）Ohnen荚膜变异荚膜变异:从病人标本中分离的肺炎链球菌有从病人标本中分离的肺炎链球菌有较厚的荚膜较厚的荚膜,致病性强致病性强,但在无血清的培养基中传但在无血清的培养基中传代数次后代数次后,可失去荚膜可失去荚膜,致病性亦随之减弱。致病性亦随之减弱。n毒力变异：毒力变异：卡介苗卡介苗（Bacille Calmette-Guerin,BCG）胆汁、甘油、马铃薯培养基胆汁、甘油、马铃薯培养基牛型结核杆菌牛型结核杆菌卡介苗卡介苗13年年(230代代)荚膜变异:从病人标本中分离的肺炎链球菌有较厚的荚膜,致病性变异的类型变异的类型变异的类型第一节第一节 细菌的遗传物质细菌的遗传物质1 1、细菌染色体、细菌染色体2 2、质粒、质粒3 3、转座因子、转座因子4 4、整合子、整合子5 5、噬菌体基因组、噬菌体基因组第一节 细菌的遗传物质1、细菌染色体1 1、细菌染色体、细菌染色体（chromosome）环状双链环状双链DNADNA分子分子结构特点：结构特点：1 1）相对较小，）相对较小，几个几个MbpMbp；2 2）无内含子，编码序列是连续的；）无内含子，编码序列是连续的；3 3）非编码序列很少；）非编码序列很少；4 4）多数编码序列以操纵子的形式排列；）多数编码序列以操纵子的形式排列；5 5）结构基因单拷贝（例外：）结构基因单拷贝（例外：rRNArRNA基因多拷贝）。基因多拷贝）。6 6）基因的重叠序列少而短。）基因的重叠序列少而短。7)7)含有各种功能识别区域。含有各种功能识别区域。1、细菌染色体（chromosome）环状双链DNA分子2、质粒（、质粒（plasmid)质粒是一种细菌染色体外的遗传物质，通常为环状的双链质粒是一种细菌染色体外的遗传物质，通常为环状的双链DNA分子，分子，能在宿主菌胞浆内自主复制，可编码某些特殊能在宿主菌胞浆内自主复制，可编码某些特殊的遗传性状。的遗传性状。2、质粒（plasmid)质粒是一种细菌染色体外的遗传物质，质粒的主要特征：质粒的主要特征：1.1.具有自我复制的能力；（紧密型具有自我复制的能力；（紧密型/松弛型）松弛型）2.2.质粒能编码某些特定性状，如致育性、耐药性、致质粒能编码某些特定性状，如致育性、耐药性、致病性等；病性等；3.3.质粒可自行丢失与消除，并非细菌生命活动所必需质粒可自行丢失与消除，并非细菌生命活动所必需的；的；4.4.质粒有转移性（接合、转化或转导）；接合性质粒质粒有转移性（接合、转化或转导）；接合性质粒和非接合性质粒；和非接合性质粒；5.5.质粒的相容性与不相容性；质粒的相容性与不相容性；质粒的主要特征：具有自我复制的能力；（紧密型/松弛型）质粒的主要类型质粒的主要类型1.F质粒（质粒（Fertilityplasmid）2.抗性质粒（抗性质粒（Resistanceplasmid）3.细菌素质粒（细菌素质粒（bacteriocinplasmid）4.毒性质粒（毒性质粒（virulenceplasmid）5.代谢质粒（代谢质粒（metabolicplasmid)6.隐蔽质粒隐蔽质粒(crypticplasmid)质粒的主要类型F质粒（Fertility plasmid）F F质粒（质粒（Fertility plasmidFertility plasmid）又称又称致育质粒致育质粒 ，其大小约，其大小约100kb100kb，编码性菌毛。，编码性菌毛。F F+菌株：携带菌株：携带F F质粒的菌株（相当于雄性）质粒的菌株（相当于雄性）F F-菌株：无菌株：无F F质粒的菌株（相当于雌性）质粒的菌株（相当于雌性）在接合作用中起重要作用在接合作用中起重要作用 F质粒（Fertility plasmid）又称致育质粒抗性质粒（抗性质粒（Resistance plasmidResistance plasmid）简称简称R R质粒质粒,包括耐药性和耐重金属二大类。包括耐药性和耐重金属二大类。R100质粒质粒(89kb)可使宿主对可使宿主对下列药物及重金属具有抗性：下列药物及重金属具有抗性：汞（汞（mercuricion，mer）四环素（四环素（tetracycline，tet）链霉素链霉素(Streptomycin,Str)、磺胺磺胺(Sulfonamide,Su)、氯霉素氯霉素(Chlorampenicol,Cm)抗性质粒（Resistance plasmid）简称R质粒,毒性质粒（毒性质粒（virulence plasmidvirulence plasmid）许多病原菌的致病性是由其所携带的质粒引起的。许多病原菌的致病性是由其所携带的质粒引起的。质粒编码的细菌毒素有质粒编码的细菌毒素有 大肠杆菌耐热肠毒素大肠杆菌耐热肠毒素 大肠杆菌和绿脓杆菌溶血素大肠杆菌和绿脓杆菌溶血素 炭疽毒素炭疽毒素 破伤风痉挛毒素破伤风痉挛毒素 葡萄球菌葡萄球菌D D型肠毒素等型肠毒素等 毒性质粒（virulence plasmid）许多病原菌的代谢质粒（代谢质粒（Metabolicplasmid）质粒编码与代谢有关的酶，能将特定的有机化合物质粒编码与代谢有关的酶，能将特定的有机化合物降解成简单的碳源和能源而被利用。降解成简单的碳源和能源而被利用。隐蔽质粒隐蔽质粒(crypticplasmid)细菌素质粒（细菌素质粒（Bacteriocinplasmid）细菌素细菌素(bacterocin)是某些细菌产生的一类具有抗菌是某些细菌产生的一类具有抗菌作用的蛋白质。一些细菌的细菌素由其携带的质粒编码。作用的蛋白质。一些细菌的细菌素由其携带的质粒编码。代谢质粒（Metabolic plasmid）质3转座因子（转座因子（transposableelement）n细菌基因组中能细菌基因组中能自行自行改变位置的一段改变位置的一段DNADNA序列，序列，转座可以发生在同一染色体上，也可在染色体之转座可以发生在同一染色体上，也可在染色体之间或质粒之间，或者在染色体和质粒之间。间或质粒之间，或者在染色体和质粒之间。n转座作用主要依赖自身合成的特异性转座酶。转座作用主要依赖自身合成的特异性转座酶。n转座造成转座造成DNADNA分子重排，在细菌变异与进化上具分子重排，在细菌变异与进化上具有重要意义。有重要意义。Donor siteTarget site3 转座因子（transposable element）细菌插入序列插入序列 Insertion SequenceInsertion Sequence（ISIS）1.是最简单的可移动片段；是最简单的可移动片段；2.由一段编码转座酶的由一段编码转座酶的DNA序列和两端的序列和两端的反向重复序列（反向重复序列（inverted repeat sequence）组成；组成；插入序列 Insertion Sequence（IS）转座子转座子 TransposonTransposon1.转座子两端的组件由转座子两端的组件由IS组成组成2.中间的中间的DNA片段往往是一些耐药、毒性基片段往往是一些耐药、毒性基因，由于转座子的自行移动会造成在细菌染因，由于转座子的自行移动会造成在细菌染色体和质粒之间或质粒和质粒之间耐药基因色体和质粒之间或质粒和质粒之间耐药基因的转移，因此导致耐药基因的广泛传播。的转移，因此导致耐药基因的广泛传播。转座子 Transposon1保守转座保守转座1 保守转座2复制转座（复制转座（replicativetransposition）转座子作为可移动的元件被复制，一个拷贝转座子作为可移动的元件被复制，一个拷贝转座子作为可移动的元件被复制，一个拷贝转座子作为可移动的元件被复制，一个拷贝保留在供体原来的部位不变；另一个拷贝则插入保留在供体原来的部位不变；另一个拷贝则插入保留在供体原来的部位不变；另一个拷贝则插入保留在供体原来的部位不变；另一个拷贝则插入到受体的位点上，结果供体和受体都有一个转座到受体的位点上，结果供体和受体都有一个转座到受体的位点上，结果供体和受体都有一个转座到受体的位点上，结果供体和受体都有一个转座子的拷贝。子的拷贝。子的拷贝。子的拷贝。需要两种酶：需要两种酶：需要两种酶：需要两种酶：转座酶转座酶转座酶转座酶(transposase)(transposase)(transposase)(transposase)：作用于靶位点和原来转座：作用于靶位点和原来转座：作用于靶位点和原来转座：作用于靶位点和原来转座子两端。子两端。子两端。子两端。解离酶解离酶解离酶解离酶(resolvase)(resolvase)(resolvase)(resolvase)：作用于复制后的拷贝。：作用于复制后的拷贝。：作用于复制后的拷贝。：作用于复制后的拷贝。2 复制转座（replicative transpositi复制转座复制转座复制转座4、整合子（、整合子（integron，In）是一种运动性的是一种运动性的是一种运动性的是一种运动性的DNADNA分子，具有独特结构可捕获和整分子，具有独特结构可捕获和整分子，具有独特结构可捕获和整分子，具有独特结构可捕获和整合外源性基因，使之转变成为功能性基因的表达单位。合外源性基因，使之转变成为功能性基因的表达单位。合外源性基因，使之转变成为功能性基因的表达单位。合外源性基因，使之转变成为功能性基因的表达单位。组成组成组成组成中间的可变区域中间的可变区域：1 1个或多个基因盒个或多个基因盒3端保守区端保守区（3 CS）5端保守区端保守区（5 CS）53intIgene2gene1attIP1P2attC整合酶启动子整合酶启动子可变区启动子可变区启动子整合酶基因（整合酶基因（整合酶基因（整合酶基因（integraseintegrase，intIintI）外源基因整合位点外源基因整合位点外源基因整合位点外源基因整合位点attIattI两个启动区域两个启动区域两个启动区域两个启动区域4、整合子（integron，In）是一种运概念：概念：噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的旋体等微生物的病毒病毒 。特特点点1.个体微小，可通过细菌滤器。个体微小，可通过细菌滤器。2.结构简单，无完整细胞结构。结构简单，无完整细胞结构。3.专性细胞内寄生，具有严格宿专性细胞内寄生，具有严格宿主特异性。主特异性。5噬菌体基因组噬菌体基因组噬菌体具有抗原性；对理化因素的抵抗力比一噬菌体具有抗原性；对理化因素的抵抗力比一般细菌繁殖体强。般细菌繁殖体强。概念：噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒 噬菌体基本形态复合对称结构复合对称结构蝌蚪形蝌蚪形复合对称结构复合对称结构微球形微球形廿面体对称廿面体对称细杆形细杆形螺旋对称结构螺旋对称结构噬菌体基本形态复合对称结构蝌蚪形复合对称结构蛋白质衣壳蛋白质衣壳核酸：核酸：DNAorRNA尾鞘：能收缩尾鞘：能收缩尾板：含溶菌酶尾板：含溶菌酶尾刺尾刺尾丝：吸附器官尾丝：吸附器官头部头部噬菌体结构噬菌体结构尾部尾部蛋白质衣壳尾板：含溶菌酶头部噬菌体结构尾部毒性噬菌体毒性噬菌体virulentphage凡能在宿主菌细胞内独立复制增殖，产生许多子代凡能在宿主菌细胞内独立复制增殖，产生许多子代噬菌体，最终噬菌体，最终裂解细菌裂解细菌裂解细菌裂解细菌的噬菌体称毒性噬菌体。的噬菌体称毒性噬菌体。温和噬菌体温和噬菌体temperate/lysogenicphage又称溶原性噬菌体，噬菌体核酸又称溶原性噬菌体，噬菌体核酸与宿主菌染色体整与宿主菌染色体整与宿主菌染色体整与宿主菌染色体整合合合合，不产生子代噬菌体，但噬菌体，不产生子代噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而传代。复制，并随细菌的分裂而传代。毒性噬菌体 virulent phage 溶溶菌菌周周期期：又又称称噬噬菌菌体体的的复复制制周周期期，是是指指从从噬噬菌菌体吸附开始至宿主菌溶解释放子代噬菌体为止。体吸附开始至宿主菌溶解释放子代噬菌体为止。感染过程：感染过程：吸附吸附穿入穿入生物合成生物合成成熟与释放成熟与释放毒性噬菌体溶菌周期毒性噬菌体溶菌周期 溶菌周期：又称噬菌体的复制周期，是指从噬菌体吸附开始噬菌体细菌培养物培养液营养琼脂平板细菌培养液变清亮细菌平板成为残迹平板若是噬菌体标本经过适当稀若是噬菌体标本经过适当稀释再接种细菌平板，经过一释再接种细菌平板，经过一定时间培养，在细菌菌苔上定时间培养，在细菌菌苔上可形成透明的溶菌空斑，可形成透明的溶菌空斑，即噬斑（即噬斑（plague）。）。噬菌体细菌培养物培养液营养琼脂平板细菌培养液变清亮细菌平板成噬斑噬斑前噬菌体前噬菌体 prophagen整合于细菌染色体上的整合于细菌染色体上的噬菌体噬菌体基因组基因组溶原性细菌溶原性细菌带有前噬菌体基因组的细菌。带有前噬菌体基因组的细菌。可进行正常生长繁殖，而不被裂解。可进行正常生长繁殖，而不被裂解。温和噬菌体温和噬菌体 前噬菌体 prophage整合于细菌染色体上的噬菌体基因组溶 n前噬菌体的诱导与脱离前噬菌体的诱导与脱离 可以自发地或者在一定条件（紫外线、可以自发地或者在一定条件（紫外线、X X线、线、致癌剂、突变剂等）诱发下中止溶原状态进入溶致癌剂、突变剂等）诱发下中止溶原状态进入溶菌周期，发生噬菌体的增殖，宿主菌细胞裂解，菌周期，发生噬菌体的增殖，宿主菌细胞裂解，发生率为发生率为1010-2-21010-5-5。前噬菌体的诱导与脱离温和噬菌体的周期：溶原性周期、溶菌性周期温和噬菌体的周期：溶原性周期、溶菌性周期n 温和噬菌体的周期：溶原性周期、溶菌性周期 溶原性转换溶原性转换(Lysogenic(Lysogenic conversion)conversion)溶原性细菌因染色体上整合有前噬溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体基因组而获得新的生物学性状。菌体基因组而获得新的生物学性状。溶原性转换(Lysogenic conversion)第二节第二节 细菌变异的机制细菌变异的机制一、基因的转移和重组一、基因的转移和重组二、基因突变二、基因突变第二节 细菌变异的机制 一、基因的转移和重组一、一、基因转移和重组基因转移和重组n基因转移基因转移q供体菌供体菌DNA转移给受体菌的过程转移给受体菌的过程n基因重组基因重组q进进入入受受体体菌菌的的外外源源DNA能能够够复复制制，导导致致其其基基因因型型发发生改变成为重组菌生改变成为重组菌q重组方式：同源重组，非同源重组重组方式：同源重组，非同源重组 1 1 1 1、转化、转化、转化、转化 2 2 2 2、接合、接合、接合、接合 3 3 3 3、转导、转导、转导、转导 4 4 4 4、溶原性转换、溶原性转换、溶原性转换、溶原性转换 5 5 5 5、原生质体融合、原生质体融合、原生质体融合、原生质体融合一、基因转移和重组基因转移 1、转化1转化转化transformationn是供体菌裂解后，游离的是供体菌裂解后，游离的DNA片段被受片段被受体菌直接摄取并整合到自己的基因组中，体菌直接摄取并整合到自己的基因组中，从而获得新的遗传性状的过程。从而获得新的遗传性状的过程。1 转化transformation是供体菌裂解后，游离的DGriffithGriffith肺炎链球菌的转化试验肺炎链球菌的转化试验肺炎链球菌的转化试验肺炎链球菌的转化试验（1928192819281928）Griffith肺炎链球菌的转化试验（1928）n转化的影响因素：转化的影响因素：1.供、受菌的基因型：亲缘关系越近，转化率供、受菌的基因型：亲缘关系越近，转化率越高。（同源重组）越高。（同源重组）2.受菌的生理状态：处于感受态，一般出现在受菌的生理状态：处于感受态，一般出现在细菌对数生长期的后期，细胞膜通透性增高，细菌对数生长期的后期，细胞膜通透性增高，表面带正电荷，有利于表面带正电荷，有利于DNA吸附的状态，仅吸附的状态，仅维持几分钟至维持几分钟至3-4h。3.环境因素：环境因素：Ca2+,Mg2+,cAMP有助于稳定有助于稳定DNA，促进转化。，促进转化。转化的影响因素：2常用的人工转化手段常用的人工转化手段:用用CaCl2，MgSO4处理菌细胞，电处理菌细胞，电穿孔等。分子生物学实验中，常用于质粒的转化。穿孔等。分子生物学实验中，常用于质粒的转化。1用多种不同的技术处理受体菌细胞，使其人为地处于用多种不同的技术处理受体菌细胞，使其人为地处于一种可以摄取外源一种可以摄取外源DNA的的“人工感受态人工感受态”。人工转化（人工转化（artificialtransformation）2 常用的人工转化手段:用CaCl2，MgSO4处理菌细2接合接合 conjugationn概念：概念：q细细菌菌通通过过性性菌菌毛毛相相互互连连接接沟沟通通，将将遗遗传物质从供菌转给受菌的方式。传物质从供菌转给受菌的方式。q接合性质粒：接合性质粒：F质粒，质粒，R质粒质粒2 接合 conjugation概念：lF F质粒的接合过程质粒的接合过程 b b）F F-菌株（雌性菌株）：不含菌株（雌性菌株）：不含菌株（雌性菌株）：不含菌株（雌性菌株）：不含F F质粒，没有性菌毛，但可以通过质粒，没有性菌毛，但可以通过质粒，没有性菌毛，但可以通过质粒，没有性菌毛，但可以通过 接合作用接收接合作用接收接合作用接收接合作用接收F F质粒而变成雄性菌株（质粒而变成雄性菌株（质粒而变成雄性菌株（质粒而变成雄性菌株（F F+）；）；）；）；a a）F F+菌株（雄性菌株）：菌株（雄性菌株）：菌株（雄性菌株）：菌株（雄性菌株）：F F质粒独立存在，菌细胞表面有性菌毛质粒独立存在，菌细胞表面有性菌毛质粒独立存在，菌细胞表面有性菌毛质粒独立存在，菌细胞表面有性菌毛c c）高频重组株）高频重组株）高频重组株）高频重组株(Hfr)Hfr)：F F质粒插入到染色体质粒插入到染色体质粒插入到染色体质粒插入到染色体DNADNA上，细胞表面上，细胞表面上，细胞表面上，细胞表面有性菌毛。有性菌毛。有性菌毛。有性菌毛。d d）FF菌株菌株菌株菌株：从：从：从：从HfrHfr菌中染色体上脱离下来的菌中染色体上脱离下来的菌中染色体上脱离下来的菌中染色体上脱离下来的F F质粒有时会携带质粒有时会携带质粒有时会携带质粒有时会携带相邻的染色体相邻的染色体相邻的染色体相邻的染色体DNADNA片段，称为片段，称为片段，称为片段，称为FF质粒质粒质粒质粒。F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipientF+F-F质粒的接合过程 b）F-菌株（雌性菌株）：不含F质粒，没有Tn 9Tn 21Tn 10Tn 8RTFRdeterminant耐药性耐药性耐药性耐药性R100R100质粒的组成质粒的组成质粒的组成质粒的组成耐药传递因子（耐药传递因子（耐药传递因子（耐药传递因子（RTFRTF）：）：）：）：与与F质质粒粒相相似似，编编码码性性菌菌毛和接合转移。毛和接合转移。耐药决定子耐药决定子耐药决定子耐药决定子（RdeterminantRdeterminant）能编码耐药性。能编码耐药性。R质粒的接合：质粒的接合：R R R R质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因 -传染性耐药因子传染性耐药因子传染性耐药因子传染性耐药因子Tn 9Tn 21Tn 10Tn 8RTFR determi非非接接合合性性质质粒粒，分分子子量量较较小小，无无接接合合转转移移体体系系所所需需要要的的基基因因，因因而而不不能能单单独独接接合合传传递递。但但如如果果在在同同一一宿宿主主细细胞胞因因存存在在接接合合性性质质粒粒（如如或或质质粒粒），非非接接合合性性质质粒粒就就会被会被诱动传递诱动传递。非接合性质粒，分子量较小，无接合转移体系所需要的基因，因而不3转导转导 transductionn概概念念：由由噬噬菌菌体体介介导导，将将供供菌菌的的DNADNA片片段段转转入入受菌，使受菌获得新的遗传性状。受菌，使受菌获得新的遗传性状。转转导导普遍性转导普遍性转导局限性转导局限性转导3 转导 transduction概念：由噬菌体介导，将供菌qq普遍性转导普遍性转导（Generalizedtransduction）v可由毒性噬菌体或温和噬菌体可由毒性噬菌体或温和噬菌体介导。介导。v被转导的被转导的DNADNA可以是供体菌染色可以是供体菌染色体上的任何部分。体上的任何部分。流产转导流产转导完全转导完全转导 普遍性转导（Generalized transductioq局限性转导局限性转导局限性转导局限性转导（specializedtransduction）v由温和噬菌体介导由温和噬菌体介导v被转导的被转导的DNADNA仅限于前噬菌仅限于前噬菌体两侧的供体菌基因。体两侧的供体菌基因。局限性转导由温和噬菌体介导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受体菌获得供体菌特定部受体菌获得供体菌特定部位位DNA的遗传特性的遗传特性完全转导或流产转导完全转导或流产转导转导的后果转导的后果供体菌供体菌特定特定部位的部位的DNA供体菌染色体供体菌染色体DNA任何任何部位或质粒部位或质粒转导的遗传物质转导的遗传物质溶原期溶原期裂解期裂解期基因转导发生的时期基因转导发生的时期局限性转导局限性转导普遍性转导普遍性转导区别要点区别要点普遍性转导与局限性转导的区别受体菌获得供体菌特定部位DNA的4溶原性转换溶原性转换 Lysogenicconversionn溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体基因组溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体基因组而获得新的生物学性状。而获得新的生物学性状。n n 通过溶原性转换而获得毒力的细菌：通过溶原性转换而获得毒力的细菌：通过溶原性转换而获得毒力的细菌：通过溶原性转换而获得毒力的细菌：q q白喉棒状杆菌、白喉棒状杆菌、白喉棒状杆菌、白喉棒状杆菌、A A群链球菌、肉毒梭菌、葡萄球群链球菌、肉毒梭菌、葡萄球群链球菌、肉毒梭菌、葡萄球群链球菌、肉毒梭菌、葡萄球菌菌菌菌溶原性转换与转导有什么不同？溶原性转换与转导有什么不同？4 溶原性转换 Lysogenic conversion溶原5 原生质体融合原生质体融合 Protoplast fusionn将两种不同细菌经溶菌酶或青霉素处理，失去细将两种不同细菌经溶菌酶或青霉素处理，失去细胞壁成为原生质体后进行彼此融合的过程。胞壁成为原生质体后进行彼此融合的过程。n融合后的双倍体细胞可以短期生存，染色体间可融合后的双倍体细胞可以短期生存，染色体间可以进行基因的交换和重组，获得多种不同表型的以进行基因的交换和重组，获得多种不同表型的重组体。重组体。5 原生质体融合 Protoplast fusion将两种不基因转移的主要方式基因转移的主要方式小结：小结：基因转移的主要方式小结：二、基因突变二、基因突变n突变突变：基因内部基因内部DNADNA序列发生的突然而稳定的改变，序列发生的突然而稳定的改变，包括一对或几对碱基的缺失、插入或置换，而包括一对或几对碱基的缺失、插入或置换，而导致的遗传性变异。导致的遗传性变异。基因突变是重要的生物学现象，它是生物进化基因突变是重要的生物学现象，它是生物进化的重要根源之一，连同基因转移、重组一起推动了的重要根源之一，连同基因转移、重组一起推动了生物进化。生物进化。二、基因突变突变：基因突变是重要的生物学现象不经诱变剂处理而自然发生的突变不经诱变剂处理而自然发生的突变（spontaneousmutation)复制过程发生错误、转座；复制过程发生错误、转座；一般频率较一般频率较低，通常为低，通常为10-6-10-9。某些物理、化学因素的作用下发生的突某些物理、化学因素的作用下发生的突变变（artificialmutation)频率较自发突变高得多。频率较自发突变高得多。突变的类型与机制突变的类型与机制诱发突变诱发突变自发突变自发突变不经诱变剂处理而自然发生的突变（spontaneous mu基因突变的规律：基因突变的规律：突变是自发的，随机的还是定向的突变是自发的，随机的还是定向的？耐噬菌耐噬菌噬菌体噬菌体？耐药菌耐药菌抗生素抗生素？基因突变的规律：突变是自发的，随机的还是定向的？耐 如何证明突变的随机性？如何证明突变的随机性？两个经典实验两个经典实验彷徨实验（彷徨实验（fluctuationtest）影印实验（影印实验（replicaplating）实验证据实验证据 如何证明突变的随机性？两个经典实验彷徨实验（fluctu（10103 3/ml)/ml)彷徨实验（彷徨实验（fluctuationtest，变量实验），变量实验）（103/ml)彷徨实验（fluctuation tes突变菌数量取决于突变发生的时间。突变菌数量取决于突变发生的时间。因各自出现第一个突变菌的时间不同，当细菌繁殖到足够多时（如因各自出现第一个突变菌的时间不同，当细菌繁殖到足够多时（如108个个/ml)，每个体系中含的突变菌数会差异很大。，每个体系中含的突变菌数会差异很大。假设假设1:1:接触噬菌体之前产生突变菌接触噬菌体之前产生突变菌突变菌数量取决于突变发生的时间。假设1:接触噬菌体之前产生在接触噬菌体之后，突变菌产生及数量基本相等。在接触噬菌体之后，突变菌产生及数量基本相等。当细菌群体数量繁殖到足够多时（如当细菌群体数量繁殖到足够多时（如108个个/ml)，每，每个培养体系中含的突变菌数不会差异很大。个培养体系中含的突变菌数不会差异很大。假说假说2:2:接触噬菌体之后产生接触噬菌体之后产生突变突变菌菌在接触噬菌体之后，突变菌产生及数量基本相等。假说2:接触噬菌突变是自发的，随机的突变是自发的，随机的；突变是在接触噬菌体之前就已经发生了的，噬菌突变是在接触噬菌体之前就已经发生了的，噬菌体对突变仅起到筛选作用，而不是诱导作用。体对突变仅起到筛选作用，而不是诱导作用。（10103 3/ml)/ml)彷徨实验实验结论彷徨实验实验结论突变是自发的，随机的；（103/ml)彷徨实验实验结论JoshuaLederberg，（，（1952）影印实验（影印实验（replicaplating）Joshua Lederberg，（1952）影印实验（re小小结结上述实验证明：变异是非定向的、上述实验证明：变异是非定向的、随机的随机的,突变是在接触突变是在接触噬菌体或抗生素之前已经发生，而不是噬菌体或抗生素诱导噬菌体或抗生素之前已经发生，而不是噬菌体或抗生素诱导的结果。的结果。不论自发突变还是诱发突变，起初突变菌很少，不能形不论自发突变还是诱发突变，起初突变菌很少，不能形成优势。若环境中存在不利于原来细菌生长繁殖因素时，致成优势。若环境中存在不利于原来细菌生长繁殖因素时，致使原来的敏感细菌被淘汰，突变株获得机会生长繁殖成优势使原来的敏感细菌被淘汰，突变株获得机会生长繁殖成优势群，称群，称选择（选择（selection）。）。基因突变的主要特征：突变的自发性、随机性，小概率基因突变的主要特征：突变的自发性、随机性，小概率性，不定向性，可诱导性，可遗传性，可逆性（回复突变）。性，不定向性，可诱导性，可遗传性，可逆性（回复突变）。小 结 上述实验证明：变异是非定向的、第四节第四节细菌遗传变异在医学上的实细菌遗传变异在医学上的实际意义际意义n影响细菌学诊断例如影响细菌学诊断例如L型细菌型细菌n制备减毒疫苗例如卡介苗制备减毒疫苗例如卡介苗胆汁、甘油、马铃薯培养基胆汁、甘油、马铃薯培养基牛型结核杆菌牛型结核杆菌卡介苗卡介苗13年年(230代代)第四节 细菌遗传变异在医学上的实 n预防耐药菌株的扩散药敏实验：预防耐药菌株的扩散药敏实验：q金黄色葡萄球菌对青霉素的耐药菌株目前已金黄色葡萄球菌对青霉素的耐药菌株目前已高达高达95%以上以上；q还有的细菌变异后产生对药物的依赖性，如还有的细菌变异后产生对药物的依赖性，如痢疾志贺菌链霉素依赖株（痢疾志贺菌链霉素依赖株（SD株）；株）；q结核疫情的死灰复燃与耐药性变异有关。结核疫情的死灰复燃与耐药性变异有关。预防耐药菌株的扩散药敏实验：检测致癌物（检测致癌物（Ames试验）试验）诱变剂的共性：诱变剂的共性：化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的化学药剂对细菌的诱变率与其对动物的致癌性成正比，超过致癌性成正比，超过95%的致癌物质对微生的致癌物质对微生物有诱变作用；物有诱变作用；90%以上的非致癌物质对微以上的非致癌物质对微生物没有诱变作用。生物没有诱变作用。鼠伤寒沙门菌组氨酸营养缺陷型菌株鼠伤寒沙门菌组氨酸营养缺陷型菌株 检测致癌物（Ames 试验）诱变剂的共性：鼠伤寒沙门菌组氨n基因工程基因工程l是是一一种种DNADNA体体外外重重组组技技术术，在在生生物物体体外外用用人人工工方方法法将将目目的的基基因因重重组组于于载载体体上上，通通过过载载体体将将目目的的基基因因转转入入受受体体菌菌，使使受受体体菌菌表表达达出出目目的的基基因因的的性状。性状。l选选择择目目的的基基因因：如如胰胰岛岛素素、白介素、干扰素等白介素、干扰素等l基基因因工工程程疫疫苗苗：表表达达保保护护性性抗原抗原 基因工程是一种DNA体外重组技术，在生物体外用人工方法将目1 1、细菌遗传变异的物质基础、细菌遗传变异的物质基础2 2、毒性噬菌体和溶原性噬菌体、毒性噬菌体和溶原性噬菌体3 3、细菌的基因转移与重组方式、细菌的基因转移与重组方式4 4、通过彷徨实验与影印实验证明细菌的自发突、通过彷徨实验与影印实验证明细菌的自发突变是随机的，不定向的。变是随机的，不定向的。小结：小结：1、细菌遗传变异的物质基础小结：1与宿主菌染色体整合的噬菌体基因组称为与宿主菌染色体整合的噬菌体基因组称为A毒性噬菌体毒性噬菌体B温和噬菌体温和噬菌体C前噬菌体前噬菌体D溶原性噬菌体溶原性噬菌体E以上都不是以上都不是2下列细胞中，不受噬菌体侵袭的是下列细胞中，不受噬菌体侵袭的是:A真菌细胞真菌细胞B淋巴细胞淋巴细胞C细菌细胞细菌细胞D螺旋体细胞螺旋体细胞E放线菌细胞放线菌细胞3下列细菌中，产生毒素与噬菌体有关的是下列细菌中，产生毒素与噬菌体有关的是:A白喉棒状杆菌白喉棒状杆菌B破伤风杆菌破伤风杆菌C结核分枝结核分枝杆菌杆菌D产气荚膜杆菌产气荚膜杆菌E大肠埃希菌大肠埃希菌 1与宿主菌染色体整合的噬菌体基因组称为 A毒性噬4转化过程中受体菌摄取遗传物质的方式是转化过程中受体菌摄取遗传物质的方式是A通过性菌毛通过性菌毛B直接摄入直接摄入C以噬菌体为载体以噬菌体为载体D细胞融合细胞融合E通过基因间跳跃通过基因间跳跃5.与细菌致育性有关的质粒是与细菌致育性有关的质粒是A.Col质粒质粒B.F质粒质粒C.Vi质粒质粒D.代谢质粒代谢质粒E.以上都是以上都是6.有关质粒的叙述不正确的是有关质粒的叙述不正确的是A.质粒是细菌染色体以外的遗传物质质粒是细菌染色体以外的遗传物质B.质粒是细菌必需的质粒是细菌必需的C.质粒可移动质粒可移动D.质粒是双股环状质粒是双股环状DNAE.质粒可独立存在于菌体内质粒可独立存在于菌体内 4转化过程中受体菌摄取遗传物质的方式是A通过性 7.关于突变的规律，下列叙述哪些正确关于突变的规律，下列叙述哪些正确A.有自发突变和诱发突变有自发突变和诱发突变B.突变是随机的、不定向的突变是随机的、不定向的C.发生突变的细菌只是群体中的个别菌发生突变的细菌只是群体中的个别菌D.合适的环境条件可将突变菌株选择出来合适的环境条件可将突变菌株选择出来E.突变后的菌株不能再次突变恢复到原来的性状突变后的菌株不能再次突变恢复到原来的性状 7.关于突变的规律，下列叙述哪些正确 A.有自发复习思考题复习思考题n生物进行遗传和变异的物质基础是什么生物进行遗传和变异的物质基础是什么?n何谓质粒何谓质粒?有何特性有何特性?n何谓噬菌体何谓噬菌体?噬菌体有哪两种生活周期噬菌体有哪两种生活周期?n何谓转座子何谓转座子?有何特性有何特性?n突变与选择有何关联突变与选择有何关联?有什么证据证明突变是自发的有什么证据证明突变是自发的?n基因的转移和重组的方式有哪些？各有什么特点？基因的转移和重组的方式有哪些？各有什么特点？名词解释：名词解释：质粒，噬菌体，转化，接合，转导，溶原性转换质粒，噬菌体，转化，接合，转导，溶原性转换 复习思考题生物进行遗传和变异的物质基础是什么?名词解释：