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,*,第五章 细菌的遗传与变异,遗传(,heredity)：,使微生物的性状保持相对稳定，子代与亲代生物学的性状基本相同, 且代代相传。,变异(,variation)：,在一定条件下，子代与亲代之间以及子代与子代之间的生物学性状出现的差异,有利于物种的进化。,基因型,(genotype):,细菌的遗传物质,.,表型,(phenotype):,基因表现出的各种性状,.,细菌的变异,遗传性变异,：是基因结构发生了改变，故又称,基因型变异。,常发生于个别的细菌，不受环境因素的影响，变异发生后是不可逆的，产生的新性状可稳定地遗传给后代。,非遗传性变异：,在一定的环境条件影响下产生的变异，其基因结构未改变，称为,表型变异,。易受到环境因素的影响，凡在此环境因素作用下的所有微生物都出现变异，而且当环境中的影响因素去除后，变异的性状又可复原，表型变异不能遗传(,L,型)。,第一节 细菌的遗传物质,染色体,质粒,转座因子,整合子,噬菌体,（一 ）染色体（,chromosome,）,一条环状双螺旋,DNA,长链，按一定构型反复回旋形成松散的网状结构.,缺乏组蛋白，无核膜包裹.,约含有,5000,个基因.,http:/,www.sciencecollege.co.uk/SC/cell_biology.html,质粒(,plasmid)：,是细菌染色体以外的遗传物质，是闭合环状的双链,DNA。,（二） 质粒,质粒具有自我复制的能力。,质粒,DNA,所编码的基因产物赋予细菌某些性状特征。,质粒可自行丢失与消除。,质粒的转移性。,质粒可分为相容性与不相容性两种。,质粒,DNA,的特征,质粒的分类：,根据质粒能否通过细菌的接合作用进行传递,1,接合性质粒,2,非接合性质粒,根据相容性,1,相容性,几种质粒同时共存于同一菌体内,2,不相容性,不能同时共存,可借此对质粒进行分组、分群,根据所编码的生物学性状,分为,:,致育质粒（,fertility plasmid,、,F,质粒）,编码性菌毛，介导细菌之间的接合传递；,耐药性质粒（,resistance plasmid,、,R,质粒）,编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。分两类，一是接合性耐药质粒（,R,质粒），另一是非接合耐药性质粒（,r,质粒,),；,毒力质粒（,Virulence plasmid, Vi,质粒）,编码与该菌致病性有关的毒力因子,S.aureus,的表皮剥脱素；,细菌素质粒,编码细菌产生的细菌素；,代谢质粒,编码产生相关的代谢酶。,转座子（,transposon),：,是一类在细菌染色体、质粒或噬菌体之间可自行移动的,DNA,序列. 不同于质粒,转座子不能自我复制.,转座子有二类,：,插入序列(,insertion sequence , IS),：,最小，不超过,2kb,只携带与转座功能有关的基因。,转座子(,transposon,Tn,),：,长度一般超过,2kb,，除携带与转位有关的基因外还携带其他基因（如耐药性、毒素基因等）.,整合子（,integron,）：,定位,:,细菌染色体、质粒或转座子上,.,基本结构,：,两端为保守末端,(,attI,59-be),，中间为可变区,(,orf,1),，含一个或多个基因盒,.,功能元件,：重组位点,(,attI,59-be),；整合酶基因,(,intI,),；启动子,(Pc).,功能,:,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,.,基因转移(,gene transfer)：,外源性的遗传物质由供体菌进入某受体菌细胞内的过程。,基因重组(,recombination)：,转移的基因与受体菌,DNA,整合在一起，使受体菌获得供体菌某些特性。,细菌的基因转移和重组方式：,转化、转导、接合、溶原性转换、原生质体融合。,第三节 基因的转移与重组,General recombination(,重组,). Donor DNA is shown in red and recipient DNA in blue.,From:University of South Carolina,1. 转化(,transformation):,受体菌直接摄取供体菌游离的,DNA,片段获得新的性状的过程。,2. 接合,(conjugation),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。能通过结合方式转移的质粒称为接合性质粒(,F,质粒, R,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。,F,+,即,F,质粒，编码性菌毛，称雄性菌.,Mechanism of F+ x F- crosses,. From: University of South Carolina,F,+,F,-,F,+,F,-,F,+,F,+,F,+,F,+,Hfr(high frequency recombination)F,质粒整合到细菌染色体上，该菌称高频重组菌.,From:University of South Carolina,F,+,Hfr,该细菌(,Hfr),能使受体细菌高频地重组外源基因到染色体上, 从而提高染色体基因的转移.,Mechanism of Hfr x F- crosses,When DNA transfer begins, the Hfr cell tries to transfer the,entire bacterial chromosome,to the F- cell. The first DNA to be transferred is chromosomal DNA, and the,last,DNA to be transferred will be the,F factor,DNA. Transfer of the bacterial chromosome is,almost never,complete.,From:University of South Carolina,Hfr,F,-,Hfr,F,-,Hfr,F,-,Hfr,F,-,FHfr,菌中的,F,质粒可从染色体上脱离下来，并带染色体上几个邻近的基因，故称,F,质粒.,二者均有性菌毛，均可发生接合。,From:University of South Carolina,Hfr,F,F,F,F,F,F,F,-,F,F,-,Cross of F X F,-,. The F,-,becomes F, the F remains F,细菌的耐药性与,染色体,基因突变及,R,质粒的接合转移等有关。,R,质粒有耐药传递因子(,resistance transfer factor, RTF),和耐药决定子(,resistance determinant, r),两部分组成。,RTF,的功能与,F,质粒相似，可编码性菌毛和通过接合转移；,r,决定子能编码抗生素的耐药基因。,R,质粒的接合,转导：,是以噬菌体为载体，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。,根据转导基因片段的范围，可将转导分为两类：,普遍性转导,（转导的,DNA,可是供菌染色体上的任何部分）、,局限性转导,（转导的,DNA,只限供菌染色体上的特定基因）。,3. 转导(,transduction),普遍性转导(,generalized transduction),转导的,DNA,可是供体菌染色体上的任何部分,The mechanism of generalized transduction From:,Dr.,Buckhaults,局限性转导(,restricted transduction),转导的,DNA,只限供体菌染色体上的特定基因,The mechanism of specialized transduction,From:,Dr.,Buckhaults,gal,bio,gal,bio,gal,bio,gal,bio,bio,gal,5. 原生质体融合(,protoplast fusion),G,+,菌形成原生质体后，在聚乙二醇（,PEG,）作用下，可使两种不同的细菌细胞发生融合的过程。,融合后形成双倍体细胞，可短期生存，染色体重组，获得多种不同表型的重组融合体。,第四节 基因突变,一 基因突变规律,:,突变可以自然发生为,:,自发突变,.,具自发性,随机性,.,人工诱导产生的突变为,诱发突变,可提高突变率,.,彷徨试验,(fluctuation test,波动,试验,),：随机的、非定向的突变是在接触噬菌体之前就已发生，噬菌体对突变仅起筛选而不是诱导作用。,增殖,影印试验(,replica plating):,耐药突变株在接触药物之前出现，药物的作用是选择耐药株，淘汰敏感株,野生型,(wild type):,未发生突变的菌株,.,突变型,(mutant type):,相对于野生型,某一性状发生改变的菌株,.,回复突变,(reverse mutation):,有时突变株经过又一次突变可恢复为野生型的性状,.,第五节 细菌遗传变异在医学上的意义,影响细菌学诊断,:(,形态,抗原性等,),变形杆菌,(,Proteus),鞭毛,变异,H-O,变异,写真提供：島田俊雄博士,荚膜变异,http:/fig.cox.miami.edu/cmallery/150/gene/mol_gen.htm,耐药性变异：,细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐药的变异。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性。,从抗生素广泛应用以来，细菌对抗生素耐药的不断增长是世界范围内的普遍趋势，给临床治疗带来很大的困难，并成为当今医学上的重要问题。,耐药性变异,毒力增强：,无毒力的白喉棒状杆菌常寄居在咽喉部，不致病；当感染了,-,棒状噬菌体后变成溶原性细菌，则获得产生白喉毒素的能力，引起白喉。,毒力减弱：,有毒菌株长期在人工培养基上传代培养，可使细菌的毒力减弱或消失。卡介苗(,BCG),是卡介二氏将强毒的牛型结核分枝杆菌在含有胆汁、甘油、马铃薯培养基上，经过13年，连续传230代，获得的一株毒力减弱但仍保持免疫原性的变异株。,毒力变异,检测致癌物质,Ames,试验,原理,:,突变菌在诱变剂的作用下可能会发生回复突变而恢复其原有性状,.,