第5章 细菌的遗传与变异

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,5,章 细菌的遗传与变异,Microbial Heredity&Variation,Some Terms,遗传,(,heredity),：子代与亲代的生物学性状基本相同，且代代相传。,变异,(,variation),：子代与亲代以及子代与子代之间的生物学性状出现差异。,基因型,(genotype),与,表型,(phenotype),。,遗传变异类型,基因型变异,(genotypic variation),：,基因结构发生了改 变,不可逆,可遗传给后代。,表型变异,(phenotypic variation),：,环境改变所导致,基因结构未发生变异,可逆,不可遗传,。,遗传性变异,非遗传性变异,基因改变,+,-,遗传,+,-,可逆性,-,+,外界环境,-,+,变异幅度,个别细胞,群体,一 细菌的变异现象,phenomenon of bacterial variation,形态、结构变异,菌落变异,（,S-R,变异）,毒力变异,（卡介苗）,耐药性变异,形态结构变异,Variation of morphology and structure,鼠疫耶尔森菌,3-6%,食盐,多形态性,陈旧培基,物,正常形态细菌,青霉素、溶菌酶,抗体或补体,L,型变异,炭疽杆菌,42-43,10-20,天,失去形成芽胞能力,毒性降低,正常霍乱弧菌,霍乱弧菌,L,型,菌落变异,variation of colony,光滑型菌落（）,在陈旧培养基中长期培养,粗糙型菌落（）,失去,LPS,的特异多糖,毒力变异,virulent variation,白喉棒状杆菌,棒状噬菌体,获得白喉毒素,牛分枝杆菌,胆汁、甘油、马铃薯培养基,卡介苗,13,年,(230,代,),（,毒力减弱,）,（,毒力增强,）,耐药性变异,variation of drug resistance,细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异称为耐药性变异。,含链霉素培基,痢疾杆菌 依链株,长期培养,二 细菌的遗传物质,material basis of bacterial heredity and variation,染色体,chromosome,质粒,plasmid,转座因子,transposable element,：插入系列与转座子,整合子,integron,噬菌体基因组,原核生物的染色体,相对较小，环状双螺旋,DNA,不含组蛋,白,，,无核膜包围,基因结构是连续的,无内含子,特征,几个基因可组成操纵子的结构,不编码的,DNA,比真核细胞基因少,仅少数基因存在基因重叠现象,大多基因为单拷贝,质粒,plasmid,细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链,DNA,。,带有遗传性息，能自行复制，随细菌分裂转移到子代细胞，并非细菌生长所必需。,特征,自我复制能力,编码产物赋予细菌某些性状特征,可自行丢失与消除,转移性,相容性和不相容性,几种重要的质粒,致育质粒（,F,质粒,fertility plasmid,）,耐药质粒（,R,质粒,resistance plasmid,）,毒力质粒（,Vi,质粒,virulent plasmid,）,细菌素质粒,代谢质粒,转座因子,transposable element,是存在于细菌染色体或质粒,DNA,分子上的,一段特异性核苷酸序列片段,，它能在,DNA,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到另一个基因组中。,插入序列,insertion,sequence,IS,是最小的转座因子，,2,kb,，不携带任何已知与插入功能无关的基因区域,转座子,transposon,Tn,2,kb,，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。,可能与细菌的多重耐药性有关。,IS,IS,Resistance,Gene(s,),Tn,整合子,Integron,是一种基因单位，具有独特的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。,转座噬菌体或前噬菌体,tranposable,phage or,prophage,是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，当整合到细菌染色体上，能改变溶原性细菌的某些生物学性状。,三 细菌基因表达的调控,细菌基因表达调控系统,-,操纵子,四 基因的转移和重组,Gene transfer and recombination,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。,重组,转移的基因与受体菌,DNA,整合在一起称为重组，使受体菌获得供体菌的某些性状。,重组分为同源重组与非同源重组,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行。,转化,transformation,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。,肺炎球菌转化试验,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。,受体菌必须处于感受态才能转化。,感受态：细胞生活周期中的一种特殊的生理状态。,接合,conjugation,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,质粒和毒力质粒等。,F,质粒的接合,F,+,F,-,F,+,F,-,F,+,F,+,F,+,F,+,Donor,Recipient,F,+,F+,F,+,Hfr,高频重组株,Hfr,Hfr,F,-,Hfr,F,-,Hfr,F,-,Hfr,F,-,F,F,F,F,F,F,-,F,F,-,F,质粒的转移,R,质粒的接合,耐药（,r,）决定子与耐药传递因子,耐药传递因子,:,与,F,质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合转移,转导,transduction,以温和噬菌体为载体，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（,general transduction),局限性转导,(restricted transduction),普遍性转导,general transduction,噬菌体在成熟装配过程中，由于装配错误，将细菌的,DNA,片段装入噬菌体的头部，成为一个,转导噬菌体,（,transducing,phage,）。当转导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，并将其头部供体菌的的染色体注入受体菌内。,被包装的,DNA,可以是供体菌染色体上的,任何,部分。,受体菌,转导噬菌体,细菌,DNA,噬菌体,DNA,结果,完全转导,流产转导,完全转导,（整合）,流产转导,（未整合）,细菌,DNA,局限性转导,restricted transduction,由温和噬菌体所介导，所转导的只限于供体菌染色体上,特定,的基因。,溶原期时，噬菌体,DNA,整合在细菌染色体特定部位，噬菌体,DNA,发生偏差分离，将自身的一段,DNA,留在细菌染色体上，而带走了细菌,DNA,上两侧的基因。当其转导并整合到受体菌中，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。所转导的只限于供体菌上个别的基因。,前噬菌体,gal,bio,正常脱离,断裂和再接,偏差脱离,gal,bio,gal,bio,gal,bio,gal,bio,gal,bio,gal,断裂和再接,局限性转导,溶原性转换,lysogenic,conversion,当噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获得了噬菌体的,DNA,片段，使其成为溶原状态时而致细菌获得新的性状。,原生质体融合,protoplast fusion,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以后进行相互融合的过程。,聚乙二醇可促使二种原生质体的融合。,原生质体融合是一种人工基因转移系统，本质上与基因转移无关或关系很小,基因转移重组类型,基因来源,转移方式,转化,供体菌,直接摄取,接合,供体菌,性菌毛,转导,供体菌,噬菌体为载体,溶原性转换,噬菌体,整合,细菌遗传变异的实际意,义,影响细菌学诊断,H,O,变异：如伤寒沙门菌鞭毛,治疗困难：耐药,制备疫苗,：,BCG,检测致癌物,基因工程,基因工程,载体：质粒，噬菌体,工程菌和酶：限制性内切酶，连接酶,选择目的基因，细菌中表达，如胰岛素、白介素、干扰素等,基因工程疫苗,思考题,1,.,简述基因转移和重组的方式。,2.,名词解释：,质粒、转座子、整合子、,转导、转化、,接合、,溶原性转换。,