第十一章-微生物遗传与变异授课课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十一章微生物的遗传和变异,第十一章微生物的遗传和变异,概念：,遗传,：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。,变异,：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称为变异。,基因型,：指贮存在遗传物质中的信息，也就是它的,DNA,碱基顺序。包括生物的全部遗传因子及基因。,表型,：指可观察或可检测到的个体性状或特征，是特定的基因型在一定特定环境条件下通过生长发育所表现出的形态等生物学特征的总和。,表型是由基因型所决定,但也和环境有关。,概念：,遗传（保守性、稳定性）,:,亲代与子代相似,“,种瓜得瓜种豆得豆,”,负面：？,“劣汰”,“优胜”,遗传和变异是生命的最本质特性之一,正面：,继承亲代优点，保持物种延续,不适应变化的环境条件而死亡,遗传（保守性、稳定性）:亲代与子代相似负面：？“劣汰”“优胜,第一节 微生物遗传和变异的物质基础,一、微生物的主要遗传物质,DNA,生物的各项生命活动都有它的物质基础。生物遗传的物质基础是什么呢？,答案是,DNA,，科学告诉我们，亲代将各种遗传性状通过,DNA,传递给了子代，子代获得,DNA,后形成一定的蛋白质，将遗传特性表现出来。,第一节 微生物遗传和变异的物质基础 一、微生物的主要遗传物,核酸是病毒粒子中最重要的成分，它是病毒遗传信息的载体和传递体，因此是病毒生命活动的主要物质基础。,病毒核酸的类型可从以下几点来区分：,是,DNA,还是,RNA,，是单链（,ss,，,single strand,）结构还是双链（,ds,，,double strand,）结构； 呈线状还是环状； 是闭环还是缺口环； 基因组是单组分、双组分、三组分还是多组分。核酸的碱基（,b,，,base,）或碱基对（,bp,，,base pair,）数，以及核苷酸序列等。,总的说来，动物病毒以线状的,dsDNA,和,ssRNA,为多，植物病毒以,ssRNA,为主，噬菌体以线状的,dsDNA,居多，而至今发现的真菌病毒都是,dsRNA,，藻类病毒则都是,dsDNA,。,(,一）病毒的核酸,核酸是病毒粒子中最重要的成分，它是病毒遗,（二）原核细胞型微生物的染色体,1,、特点：,基因组通常仅由一条环形或线形双链,DNA,分子构成只有一个复制起点有操纵子串联在一起，受同一调控区调节，合成多顺反子,mRNA,编码蛋白质的结构基因为拷贝的，但,rRNA,基因一般是多拷贝的。非编码,DNA,所占比例少，类似于病毒基因组基因组,DNA,具有多种调控区，如复制起始区，复制中止区，转录启动子等特殊序列，以及还有重复序列。,与真核生物基因组类似，也具有可移动的,DNA,序列,（二）原核细胞型微生物的染色体 1、特点：基因组通常仅由一条,（三）真核细胞型微生物的染色体,真核细胞型微生物：,细胞核的分化程度较高，有核膜、核仁和染色体；胞质内有完整的细胞器（如内质网、核糖体及线粒体等）。真菌属于此类型微生物。,（三）真核细胞型微生物的染色体真核细胞型微生物：,二、质粒和转座因子,（一）质粒,、质粒的概念：,是细菌染色体外的遗传物质，为双股环状闭合的,DNA。,可游离于细菌胞浆中进行自我复制；也可整合于细菌的染色体上，并随染色体的复制而复制，此类质粒又称附加体。,、质粒的基本特性,）绝大多数质粒为,CCC,双链,DNA,分子,，分子量为1-1000,kDa,左右,.,二、质粒和转座因子,）质粒具有自我复制的能力,一个质粒就是一个复制子。,）质粒,DNA,所编码的基因产物赋予细菌某些性状特征,如致育性、耐药性、致病性等。,）质粒并非细菌生命活动不可缺少的遗传物质,可自行丢失或经紫外线等理化因素处理后消除，质粒所赋予细菌的性状亦随之消失，但细菌仍存活,）质粒可通过接合、转化或转导等方式在细菌间转移,）质粒具有自我复制的能力 一个质粒就是一个复制子。,）质粒可分为相容性与不相容性两种,几种不同的质粒同时共存于一个细菌内称相容性，有些质粒则不能相容。,（二）、常见的质粒类型,1）,F,质粒,编码性菌毛，带有游离,F,质粒的细菌为雄性菌，能长出性菌毛；无,F,质粒的细菌为雌性菌无性菌毛。整个质粒分为三个功能区：,自主复制和不相容区：,复制基因自主复制,转移基因群区：,进行结合转移,重组基因区：,将自主复制基因与细菌染色体进行整合重组。,）质粒可分为相容性与不相容性两种 几种不同的质粒同时,整合于细菌的染色体上，不仅保留致育功能并在进行接合转移时能高频率地带动细菌染色体转入,F,菌体内。所以染色体上整合有,F,质粒的细菌为高频重组菌。,2）R,质粒,编码细菌对抗生素或重金属盐类的耐药性。可分为：,接合型耐（抗）药质粒：,由抗药转移因子和抗药决定子组成。,非接合型耐（抗）药质粒：,简称,r,质粒，不能进行接合转移,耐药性质粒可在同种、不同种甚至在不同属的细菌间传播，导致耐药性广泛而迅速地蔓延，所以,R,质粒又称传染性耐药因子。,整合于细菌的染色体上，不仅保留致育功能并在进行接合转移时,3）Col,质粒,大肠埃希菌中的,Col,质粒编码大肠菌素。这类细菌素只对有近缘关系的细菌具杀灭作用。,4）代谢质粒,含有此类质粒的细菌能编码一些酶，将复杂的有机化合物降解为小分子物质，用为碳源和能源被细菌利用；此外还能对环境中的有毒化合物如农药、苯等进行降解起到保护环境作用。,5）毒力质粒或,Vi,质粒,编码与该菌致病性有关的毒力因子。如致病性大肠埃希菌的,ST,质粒编码耐热性肠毒素，,LT,质粒编码不耐热肠毒素。,概念：,是指菌细胞基因组中能从一个位置转移到另一个位置的一段,DNA,序列。,3）Col质粒 大肠埃希菌中的Col质粒编码大肠菌素。这类,一、转座因子的发现,美国女遗传学家,Barbura McClintock,（三）转座与转座因子,一、转座因子的发现 美国女遗传学家 Barbur,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,芭芭拉,麦克林托克,(BarbaraMcClintock),1902,年生于美国。康奈尔大学毕业。曾任密苏里大学助教。自,1941,年起，任卡内基研究所研究员。主要从事玉米果实斑点现象的遗传研究，发表了,移动的控制基因,学说。,1983,年获诺贝尔生理学医学奖。,芭芭拉麦克林托克(BarbaraMcClintock),芭芭拉,麦克林托克,Barbara McClintock,“倘若你认为自己迈开的步伐是正确的，并且已经掌握了专门的知识，那末，任何人都阻挠不了你，不必去理会人们的非难和评头品足。”,芭芭拉麦克林托克 Barbara McClintock,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,Transposition(,转座),：由可移位因子介导的遗传,物质重排现象。,二、转座因子的概念,转座子,(,transposon,),转座因子,(transposable element),：存在于染色体,DNA,上可自主位移的基本单位。,Transposition(转座) ：由可移位因子介导的遗传,最简单的转座子，,不含有任何宿主基因。,是独立的单元，每个,IS,元件,只编码转座酶。,是细菌染色体或质粒,DNA,的正常组成部分。,1.插入序列,(insertional sequence,IS),原核生物转座因子的类型和结构特征,最简单的转座子，不含有任何宿主基因。1.插入序列 (inse,Transposase gene,IS,结构特征,反向重复序列,(,inverted repeat sequence),Transposase geneIS结构特征反向重复序列,在插入位点,IS,两侧总有短的,正向重复,(,Direct repeat),在插入位点,IS 两侧总有短的正向重复(Direct rep,一类较大的转座子，除转座酶基因外，带有某些,抗药性基因（或其他宿主基因）,的转座子,复合转座子,(composite transposon)：,带有,IS,的,Tn,简单转座子,(simple transposon)：,不含,IS,的,Tn,2,、转座子,(composite transposon,Tn,),一类较大的转座子，除转座酶基因外，带有,一类带有某些,抗药性基因（或其他宿主基因）,的转座子,两翼往往是两个相同,或高度同源的,IS,序列,复合转座子,(composite transposon),一类带有某些抗药性基因（或其他宿主基因）的转座子两翼往往是两,它是,Ecoli,的一种温和噬菌体。与必须整合到宿主染色体特定位置上的一般温和噬菌体不同，,Mu,噬菌体并没有一定的整合位置。,与其他温和性噬菌体的差别：,其基因组不论在进入裂解周期或处于溶源状态都可随机整合到宿主染色体的任何位置,，且游离的和已整合的基因次序是相同的.,与,IS,和,Tn,两种转座因子相比，,Mu,噬菌体的分子量最大（38,kb），,它含有20多个基因。,Mu,噬菌体引起的转座可以引起插入突变，其中约有2是营养缺陷型突变。,3.,Mu,噬菌体,(mutator phage),它是Ecoli的一种温和噬菌体。与必须整合到宿主,（四）、转座机制,（四）、转座机制,Replicative transposition,(,复制性转座),Non-replicative transposition,(,非复制性转座),Replicative transposition(复制性转,Replicative transposition,(,复制性转座),Replicative transposition(复制性转,复制性转座要经过一个共整合阶段,复制性转座要经过一个共整合阶段,Non-replicative transposition,(,非复制性转座),Non-replicative transposition(,1.靶位点形成正向重复序列(靶位加倍现象,),2.引起插入突变；,2,、遗传学效应及应用,1.靶位点形成正向重复序列(靶位加倍现象)2、遗传学效应及应,Hemophilia,（,血友病）,: a “,jumping disease,”,Blood-clotting gene mutation by insertion of transposon,Hemophilia（血友病）: a “jumping d,3.转座子从原位点切离,准确的切离使插入失活的基因发生回复突变，不准确的切离则不发生回复突变，而是造成序列变异,3.转座子从原位点切离,转座子切离所造成的序列变异,转座子切离所造成的序列变异,5.启动外显子混编,当二个转座子被同一转座酶识别而整合到染色体的邻近位置时，则位于它们之间的序列有可能被转座酶作用而转座，如果这,DNA,序列中含有外显子，则被切离并可能插入另一基因中，这种效应称为,外显子混编,(,exon shuffling),5.启动外显子混编,双转座子插入所引起的外显子混编示意图,双转座子插入所引起的外显子混编示意图,6.调节基因表达,1,、很多转座子带有增强子，像,RNA,病毒一样，能使其插入部位附近的基因活性增加。,2,、有的还含有启动子，也能促进基因的活性。,3,、也存在转座子插入某个基因的内含子中后影响基因表达，通常降低转录水平。,4,、有时也会改变内含子的剪接位点，是外显子丢失，导致基因失活。,5,、若插入到基因转录控制区或启动子中，则导致基因完全失活。,6.调节基因表达1、很多转座子带有增强子，像RNA病毒一样，,7.产生新的基因，引起生物进化。,由于转座子可以携带其他基因，包括自身的基因甚至宿主染色体上的基因进行转座，形成重新组合的基因组，以及前述的通过转座形成大片段插入，双转座子引起缺失、倒位、重复及外显子混编等均会造成基因组新的变异，这些变异对生物的进化有重要意义。,7.产生新的基因，引起生物进化。,8.转座子标记目的基因,1,、由于转座子可在基因组内转座，如插入到某基因外显子内，引起基因失活，使其表型改变为突变体。,2,、以转座子,DNA,为探针，与突变株的基因文库进行杂交，就可以筛选出带此转座子的克隆，它必定含有与转座子邻接的突变基因的部分序列，,3,、再以此序列为探针，就可以从野生型基因文库中克隆出完整的基因。,4,、从理论上讲，利用转座子标签法可以分离出任何可引起表型变化的失活基因。,8.转座子标记目的基因,第二节噬菌体及其对细菌遗传性的影响,噬菌体,(phage),是一类感染细菌和放线菌等微生物的病毒，它由英国细菌学家,Twort1915,首次发现。当时,Twort,在培养葡萄球菌过程中，发现菌落上出现了透明斑，利用接种针接触此透明斑后再接触另一菌落，结果后者也出现了相同的透明斑。,1917,年，法国科学家,d,Herelle,也发现含有志贺痢疾杆菌的新鲜液体培养物能被某种无菌的污水滤液所溶解，并使混浊的液体培养物变清，将此种澄清液再过滤加到另一敏感菌株的新鲜培养物中，获得了相同的结果。,d,Herelle,将这种能使菌落形成透明斑以及使混浊液体培养物变清的溶菌因子称为噬菌体。,第二节噬菌体及其对细菌遗传性的影响 噬,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,噬菌体的种类,毒性噬菌体（,virulent phage,）,能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌，称为毒性噬菌体,温和噬菌体（,temperate phage,）,/,溶原性噬菌体（,lysogenic phage,）,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,DNA,能随细菌,DNA,复制，并随细菌的分裂而传代,噬菌体的种类毒性噬菌体（virulent phage）,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,化学组成,噬菌体主要由核酸和蛋白质组成。核酸是噬菌体的遗传物质，常见噬菌体的基因组大小为,2,200kb,。蛋白质构成噬菌体头部的衣壳及尾部，包括尾髓、尾鞘、尾板、尾刺和尾丝，起着保护核酸的作用，并决定噬菌体外形和表面特征。,抗原性,噬菌体具有抗原性，能刺激机体产生特异性抗体。该抗体能抑制相应噬菌体侵袭敏感细菌，但对已吸附或已进入宿主菌的噬菌体不起作用，噬菌体仍能复制增殖。,抵抗力,噬菌体对理化因素与多数化学消毒剂的抵抗力比一般细菌的繁殖体强；能抵抗乙醚、氯仿和乙醇，一般经,75 30min,或更久才能被灭活。噬菌体能耐受低温和冰冻，但对紫外线和,X,射线敏感，一般经紫外线照射,10,15min,即失去活性,化学组成噬菌体主要由核酸和蛋白质组成。核酸,噬菌体复制周期,噬菌体复制周期,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,温和噬菌体,前噬菌体（,prophage,）,溶原性细菌（,lysogenic bacterium,）,溶原性（,lysogeny,）,溶原状态,溶原性周期和溶菌性周期,溶原性转换,温和噬菌体前噬菌体（prophage）,prophage:,整合在细菌基因组中的噬菌体基因组,溶原性细菌,prophage: 整合在细菌基因组中的噬菌体基因组溶原性细,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,噬菌体在医药学中的应用,1,、用于细菌的鉴定与分型,2,、耐药性细菌感染的治疗,3,、分子生物学研究的重要工具,4,、遗传工程,5,、其他,噬菌体在医药学中的应用1、用于细菌的鉴定与分型,基因工程方法看似简单，但在具体实施上有较大的难度。,A.,细菌的质粒本身容易丢失或转移,B.,质粒具有不相容性,（只有在一定条件下，属于不同的不相容种群的质粒才能稳定地共存于同一宿主中。）,基因工程方法看似简单，但在具体实施上有较大的难度。,第三节 微生物变异的常见类型,1,、高产菌株,2,、抗性突变株,3,、条件致死突变株,4,、营养缺陷性突变株,5,、毒力变异株,第三节 微生物变异的常见类型1、高产菌株,第四节 微生物变异的机制及其修复,亲代将生物学性状传给子代称为遗传；亲代与子代间生物学性状的差异称为变异。通过遗传使微生物的种系得以延续；通过变异使微生物种系得以进化。这是生物进化的必然规律。,微生物变异可分为：,遗传性变异：,为遗传物质结构发生改变，这种变异稳定并能代代相传。,非遗传性变遗：,因环境影响而发生的生物学性状改变，遗传物质并非改变，故不稳定，不能传代。,第四节 微生物变异的机制及其修复 亲代将生物学性,突变的定义,突变的概念最早是由荷兰植物学家,H. de. Vries,于,1901,年提出的。他在自家的菜地上找到一种野生型的拉马月见草（,Oenothera lamarckiana,）这种植物具有惊人的产生遗传新类型的性质，,de.Vries,把这些新类型称为,“,突变,”,。,突变的定义 突变的概念最早是由荷兰植物学家 H. de.,生物界中的变异现象,生物界中的变异现象,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,替换,增添,缺失,A T C C G C,T A G G C G,C C G C,G G C G,A,T,T,A,C C G C,G G C G,A,T,T,A,A,T,A,C C G C,T,G G C G,DNA,片段,碱基对的,增添,、,缺失,或,替换,，改变了基因的结构。,A,T,C C G C,T,A,G G C G,C C G C,G,G C G,替换增添缺失A T C C G CT A G,DNA,A U,C,C G C, A,U,U,C G C,异亮氨酸,精氨酸,异亮氨酸,mRNA, A T,C,C G C , T A,G,G C,G ,正常, T A,A,G C,G, A T,T,C G C,碱基对替换,精氨酸,探究,碱基对改变一定会导致蛋白质的结构改变吗？,DNAA U C C G C ,1,、多向性,同一基因座上的基因可独立发生多次不同的突变而形成复等位基因,2,、可逆性,突变的方向可逆,可以是正突变，也可以是回复突变,3,、有害性,突变会导致人类许多疾病的发生,4,、自发性和稀有性,在自然状态下发生突变的频率很低,5,、随机性,6,、可重复性,基因突变的特性,1、多向性基因突变的特性,1,、 自发突变的机制,自发突变的原因：,1,、低剂量诱变因素的长期综合效应,（外源性，内源性等）,2,、,碱基结构的变化,，稀有式出现，引起错配（转换突变）,（,T,，,G,：酮式或烯醇式；,C,，,A,：氨基式或亚氨基式）,3,、环出效应,（模板链弯曲形成凸环）；,基因突变的分子机制,1、 自发突变的机制自发突变的原因：基因突变的分子机制,2,、诱变机制,诱变剂（,mutagen,）：,凡能提高基因突变频率的因素统称为诱变剂。,诱变剂的种类,物理诱变剂,化学诱变剂,光，热，射线（,UV,，,x-,射线，,射线）,从遗传物质结构变化的特点，,将化学诱变剂分为：,引起碱基置换的诱变剂,移码突变诱变剂,引起染色体畸变的诱变剂,2、诱变机制诱变剂（mutagen）：诱变剂的种类物理诱变剂,一、碱基对置换,.,天然的碱基结构类似物；非标准的核酸碱基，可通过 正常的聚合作用进入到核酸中去；,.,参入错误和复制错误；,.,其它诱变剂。,复制错误（,TA CG,）,：,在,DNA,链复制过程中，,5-Bu,分子由酮式转变为烯醇式，而形成,G:Bu,碱基对的过程，称为复制错误。, 参入错误,(,CG,TA,),：,5-Bu,以烯醇式结合进,DNA,分子中，以较小概率形成,G:Bu,碱基对的过程，称为参入错误。,参入错误几率大于复制错误几率,。,一、碱基对置换.天然的碱基结构类似物；非标准的核酸碱基，可,碱基置换可以分为两类,：,转换和颠换；前者是嘌呤到嘌呤，嘧啶到嘧啶的变化，后者是嘌呤到嘧啶或嘧啶到嘌呤的变化。,烷基化嘌呤，可使糖苷键发生不稳定变化，易水解，而,产生脱嘌呤部位,(O,表示,),。,DNA,复制时和,O,相对的位置上可以出现任何一种碱基，从而引起转换或颠换。,碱基置换可以分为两类：转换和颠换；前者是嘌呤到嘌呤，嘧啶到嘧,2.,紫外线（,ultravioler ray , UV,）,波长范围：,136390nm,200300nm,范围对诱变最有效（,260nm,诱变效果最强）,紫外线诱变的作用机制：,形成胸腺嘧啶二聚体（主要）,DNA,链的断裂；,DNA,分子内或分子间的交联；,形成嘧啶水合物；,非电离辐射,胸腺嘧啶二聚体的存在，可带来,DNA,分子构形的扭曲，从而影响正常的复制和转录并从而致死，也可使,DNA,复制造成差错从而发生突变。,2. 紫外线（ultravioler ray , UV）,3,、移码突变,移码突变是由于,DNA,分子中一对或少数几对核苷酸的增加或缺失，而造成的基因突变。,移码突变的两个特点：,碱基重复（重复碱基处易形成移码突变）；,不能用其它诱变剂回复突变，只有用,吖啶类,才能回复突变,吖啶类染料是有效的移码突变诱变剂。,常用的有：,吖啶橙,、,二氨基吖啶,（又称,原黄素,）；,噬菌体的有效诱变剂,一系列烷化剂和吖啶类相结合的化合物（称为,ICR,）；,细菌的良好诱变剂,3、移码突变移码突变是由于DNA分子中一对或少数几对核苷酸的,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,基因转移,外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过程称为基因转移（,gene transfer,） 。,重组,转移的基因与受体菌,DNA,整合在一起称为重组（,recombination,），使受体菌获得供体菌的某些性状。,细菌的基因转移和重组可通过,转化、接合、转导、溶原性转换和细胞融合,等方式进行。,二、基因的转移与重组,基因转移二、基因的转移与重组,转化是供体菌裂解游离的,DNA,片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。,转化现象在肺炎链球菌、葡萄球菌和流感嗜血杆菌等中被证实。,（一）转化（,transformation,）,转化是供体菌裂解游离的DNA片段被受体,转化试验,转化试验,转化因子（,transforming principle,）,在转化过程中，转化的,DNA,片段称为转化因子 ，分子量小于10,7,，最多不超过1020个基因。,感受态（,competence,）,受体菌只有处于感受态时，才能摄取转化因子。细菌处于感受态是因为其表面有一种吸附,DNA,的受体,.,转化（,transformation,）,转化因子（transforming principle ）,被受体菌摄取的,DNA,片段称为,转化因子,，经转化后，能稳定表达供体菌部分遗传性状的重组基因称为,转化子,。,1,、转化的前提条件,供体菌与受体菌的,DNA,应具有同源性，即亲缘关系越近转化率越高；,受体菌应处于感受态，此时细菌表面有较多的吸附,DNA,的受体，尤其在细菌对数生长期的后期；,Ca,2+,可诱导细菌形成感受状态，提高摄取,DNA,的能力。,自发出现感受态的为,自然转化,；人工诱导出现感受态的为,人工转化,。,被受体菌摄取的DNA片段称为转化因子，经转化后,2,、转化的过程及其机制,如活的型无荚膜无毒力的肺炎链球菌摄取型有荚膜有毒力但已死亡的肺炎链球菌的,DNA，,可转化为有荚膜有毒力、能导致小鼠死亡的肺炎链球菌。,（1）、转化因子的结合与吸收,1）细胞表面结合 转化因子与感受态细菌表面受体结合并由可逆性转变不可逆性的结合。,2）转化因子的吸收 由内切酶切断,DNA,中的一条链，再由外切酶将其降解，产生的能量将另一条链送入受体菌内。,2、转化的过程及其机制,（,2）、转化因子的整合,进入受体菌的单链,DNA,被转运到受体菌的染色体的同,源区段，在多种酶的共同作用下，供体,DNA,与受体菌的染色体的同源区段发生置换性重组，使供体菌的,DNA,整合入受体菌的一条链中，形成杂合双链分子。其它被置换下来和末被整合的,DNA,都被降解。,（3）、转化子的产生,1）将不配对的受体菌碱基切除再经修复后形成转化子。,2）直接发生染色体复制，通过细菌分裂在部分子代菌中出现转化子。,（2）、转化因子的整合,转化因子吸附在受体菌表面受体上，然后再被摄入 。,DNA,解链，一链进入受体菌，另一链为进入提供能量。,DNA,复制重组菌繁殖后，获得新的性状的细菌称为转化菌的突变株。,转化（,transformation,）,转化因子吸附在受体菌表面受体上，然后,转化（,transformation,）,转化（transformation）,接合是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒,DNA,）从供体菌转移给受体菌。,接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒，,F,质粒、,R,质粒、,Col,质粒和毒力质粒。,（二）接合（,conjugation,）,接合是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗,F,质粒的接合,F,+,F,高频重组菌（,high frequency recombination,Hfr,）,F,F,+,、,Hfr,、,F,都为雄菌,接合（,conjugation,）,F质粒的接合接合（conjugation）,受体菌获得供体菌的部分遗传性状的过程。能通过接合方式转移的质粒称为,接合性质粒,；不能通过性菌毛在细菌间转移的质粒为,非接合性质粒,。以,F,质粒为例,1、,F,菌株,带有游离,F,质粒的雄性菌,2、,F,菌株,不具有,F,质粒的细菌,3、高频重组菌株,F,质粒与细菌的染色体发生整合时即为高频重组（,high frequency recombination,Hfr）,菌株,，,当与,F,菌接合时能高频率的带动染色体转入,F,菌中，然而成功率极低。,4、,F,菌株,是,Hfr,菌株中的,F,质粒从染色体中脱离下来时携带了部分细菌的染色体基因。这种质粒为,F,因子,，带有,F,因子的为初生,F,菌株；如与,F,菌结合，可使后者也成为,F,菌株，这为次生,F,菌株。凡是通过,F,因子的转移而使受体菌改变它的遗传性状现象称为,F,因子转导或性导。,受体菌获得供体菌的部分遗传性状的过程。能通过接,（二）接合的方式,1、,F,与,F,的接合,当,F+,菌性菌毛末端与,F-,菌表面受体接合时，性菌毛逐渐缩短使两菌之间靠近并形成通道，,F+,菌的质粒,DNA,中的一条链断开并通过性菌毛通道进入,F-,菌内。两菌细胞内的单股,DNA,链以滚环式进行复制，各自形成完整的,F,质粒。因此,F+,菌仍为,F+,菌，而,F-,菌获得,F,质粒后即长出性菌毛，成为,F+,菌。,（二）接合的方式,F,+,F,-,F,+,F,-,F,+,F,+,F,+,F,+,Donor,Recipient,接合（,conjugation,）,F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipient,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,2、,Hfr,与,F,的接合,Hfr,菌与,F,菌经性菌毛对接后，,Hfr,菌染色体中的一条链断裂并向,F,菌转移，然而细菌染色体基因率先高频转移，,F,质粒基因在最后，又因在转移过程中受各种因素的影响常常中断。所以,Hfr,与,F,的接合绝大多数是失败无法将,F,菌变为,F,菌。,3、,F,与,F,的接合,同,F,菌与,F,菌的接合过程相似，,F,菌株仍为,F,菌株，而,F,菌株则变成了,F,菌株。由于,F,因子带有供体菌的染色体基因，所以受体菌能表达供体菌部分生物学遗传特性。,2、Hfr与F的接合 Hfr菌与F菌经性菌毛对,Hfr,F,-,Hfr,F,-,Hfr,F,-,Hfr,F,-,接合（,conjugation,）,HfrF-HfrF-HfrF-HfrF-接合（conjuga,F,F,F,F,F,F,-,F,F,-,接合（,conjugation,）,FFFFFF-FF-接合（conjugation,F+,F,+,Hfr,接合（,conjugation,）,F+F+Hfr接合（conjugation）,F,-,F,Hrf,F,+,F,+,x F,-,F-FHrfF+F+ x F-,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,R,质粒的接合,日本首先分离到抗多种药物的宋内志贺菌多重耐药株，多重耐药性很难用基因突变解释。,健康人中大肠埃希菌,30%50%,有,R,质粒，而致病性大肠埃希菌,90%,有,R,质粒。,R,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另一个细菌中。,接合（,conjugation,）,R质粒的接合接合（conjugation）,R,质粒,耐药传递因子（,resistance transfer factor,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,r-dir,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，如,Tn,9,带有氯霉素耐药基因，,Tn,4,带有氨苄青霉素、磺胺、链霉素的耐药基因，,Tn,5,带有卡那霉素的耐药基因。,接合（,conjugation,）,R质粒接合（conjugation）,R,质粒决定耐药的机制：,使细菌产生灭活抗生素的酶类,R,质粒控制细菌改变药物作用的靶部位,R,质粒可控制细菌细胞对药物的通透性,Tn 9,Tn 21,Tn 10,Tn 8,RTF,R determinant,接合（,conjugation,）,R质粒决定耐药的机制：Tn 9Tn 21Tn 10Tn 8R,转导是以转导噬菌体为载体，将供体菌的一段,DNA,转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。,普遍性转导（,generalized transduction,）,局限性转导（,restricted transduction,）,（三）转导（,transduction,）,转导是以转导噬菌体为载体，将供体菌的一,前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，在裂解期的后期，噬菌体的,DNA,已大量复制，在噬菌体,DNA,装入外壳蛋白组成新的噬菌体时，在,10,5,10,7,次装配中会发生一次装配错误，误将细菌的,DNA,片段装入噬菌体的头部，成为一个,转导噬菌体,。转导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，并将其头部的染色体注入受体菌内。因被包装的,DNA,可以是供体菌染色体上的任何部分，故称为,普遍性转导,。,1,、普遍性转导,前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，,普遍性转导,普遍性转导,完全转导,外源性,DNA,片段与受体菌的染色体整合，并随染色体而传代，称完全转导,流产转导,外源性,DNA,片段游离在胞质中,既不能与受体菌染色体整合，也不能自身复制，称为流产转导,普遍性转导,完全转导普遍性转导,局限性转导或特异性转导， 所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。如,噬菌体进入大肠埃希菌。,局限性转导,局限性转导或特异性转导， 所转导的只限,gal,bio,gal,bio,gal,bio,gal,bio,bio,gal,局限性转导,galbiogalbiogalbiogalbiobiogal,普遍性转导与局限性转导的区别,区别要点,普遍性转导,局限性转导,基因转导发生的时期,裂解期,溶原期,转导的遗传物质,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,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,受体菌的,10-7,转导频率较普遍转导增加,1000,倍,(10,-4,),普遍性转导与局限性转导的区别区别要点普遍性转导局限性转导基因,（,四）、噬菌体转变（溶源性转换）,噬菌体感染细菌时，噬菌体,DNA,整合于宿主菌,DNA,上，使其成为溶原状态而获得新的性状的过程。其特点为：,1、不带供体菌的任何基因，宿主菌表型的改变完全是噬菌体基因整合进入宿主菌染色体的结果。,2、噬菌体从宿主菌体内消失，其所获得的新性状也随之消失。,3、获得新性状的是处于溶源状态的细菌,4、这种温和噬菌体是完整的，不是缺陷的。,如,-,棒状噬菌体感染白喉棒状杆菌后，由于噬菌体携带编码毒素的基因，使无毒的白喉棒状杆菌获得产生白喉毒素的能力。,（四）、噬菌体转变（溶源性转换）,三、,DNA,损伤的修复,三、DNA损伤的修复,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,1.,光复活作用,酶学光复活过程,是修复,UV,导致的环丁烷嘧啶二聚体的直接机制，这种修复具有高度的专一性。,1. 光复活作用,二、切除修复,最普遍的,DNA,损伤修复方式。在多种酶的作用下，先将损伤区域切除，然后利用互补链为模板，合成一段正确配对的碱基顺序来填补。,依识别损伤机制不同分为：,1.,碱基切除修复,（,base excise repair,，,BER,）,2.,核苷酸切除修复,（,nucleotide excise repair, NER,）,二、切除修复 最普遍的DNA损伤修复方式。,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,DNA,的损伤的切除修复,碱基缺陷或错配,碱基丢失,结构缺陷,切开,核酸内切酶,核酸外切酶,切除,DNA,聚合酶,DNA,连接,酶,AP,核酸内切酶,核酸外切酶,切开,切除,修复,连接,糖苷酶,插入酶,碱基取代,DNA的损伤的切除修复碱基缺陷或错配碱基丢失结构缺陷切开核酸,3,、重组修复,重组酶系将未受损伤的,DNA,片段移到损伤部位，提供正确的模板，进行修复。,根据,DNA,末端连接需要的同源性，分为：,非同源重组,同源重组,3、重组修复 重组酶系将未受损伤的DNA片,第十一章-微生物遗传与变异授课课件,重,组,修,复特点,DNA,复制时会,越,过,受,损区域,进行复制,经,重,组,修,复,，,受,损,的,DNA,仍然存在,于子代的一个细胞中。,重,组,修,复不会浪费时间,，,可让,受,损,的,DNA,在,细胞中仍可照常进行分裂。,重组修复特点DNA复制时会越过受损区域进行复制经重组修复，,4,、,SOS,修复,跨越,DNA,损伤的复制后修复,DNA,损伤部位失去了模板作用而终止复制时，细胞可以诱导一个或多个应急途径，跨过损伤部位先行复制，在设法修复。,SOS,修复诱导细胞内酶和蛋白的表达：由,RecA,蛋白和,LexA,抑制物相互作用而引起的。,4、SOS修复 跨越DNA损伤的复制后修复SOS 修复,1. LexA,(,一种,DNA,结合抑制蛋白,),umuC,和,umuD,：,编码,DNA,聚合酶活性,，允许复制跨过损伤位点,常插入一个或几个,A,碱基。,AGCTAGTCAT/TCAGTC,Replication stops,at T/T dimer,SOS response,:,1. LexA (一种DNA结合抑制蛋白), umuC 和,2. RecA-P,a,、,DNA,重组活性,b,、 与,S.S. DNA,结合活性,c,、 少数蛋白的,proteinase,活性,当,DNA,正常复制时,（无复制受阻，无,DNA,损伤， 无,TT dimer,）,RecA-p,不表现,proteinase,活性,有三种功能,2. RecA-Pa、 DNA 重组活性b、 与S.S,SOS,修复的机制,SOS修复的机制,SOS,修复特点,DNA,复制,不很,严,格,，新合成的,DNA,容易造成,错误产,生突,变,。,SOS 修复特点 DNA复制不很严格，新合成的DNA,