细菌的遗传与变异教学课件

,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,*,*,第五章 细菌的遗传与变异,Bacterial,heredity and variation,1,Essentials:,Grasp,：,细菌的遗传物质,基因转移与重组方式,Know,：,质粒的特点,Understand,：,基因突变的特点,2,细菌的变异现象,1,、,形态结构变异,2,、毒力变异：,(Virulence)BCG,P151,3,、耐药性变异,:,(Drug-resistance),4,、菌落变异：,(Colony),5,、抗原性变异：,(,Antigenicity,),3,第一节 细菌的遗传物质,Bacterial,Genetic elements,一）染色体,(chromosome),二）质粒,(plasmid),三）转座因子,(transposable element),四）噬菌体,（,phage,）基因组,(,已讲,),五）整合子,（自学）,4,一,),细菌染色体,/,类核,Bacterial Chromosome or,nucleoid,Definition,：,circular,double,-stranded molecule,of DNA,Characteristics:,1.,单倍体,2.,不含组蛋白,无核膜,5,3.,具有,操纵子,(,operon,),结构,4.,结构基因不含内含子,(,intron,),转录后不需剪接加工,5.,基因组,DNA,大部分用来编码蛋白质,6.,结构基因绝大多数无重叠,现象,编码序列,启动序列,操纵序列,其他调节序列,(,promoter,),(,operator,),6,7.,细菌的,种内和种间,存在广泛的遗传物质交换,致病岛,(,pathogenicity,island),：,致病菌染色体上,编码,与毒力相关,基因的,外源,DNA,片断,.,耐药基因,(resistant gene),：,与,耐药性的产生和传播,密切相关,7,1,、,Definition,：,细菌,染色体外,的遗传物质，具有,自我复制,的能力。为,双股环状,DNA,分子。,质粒可,游离,于胞浆中或,整合,于染色体上,二）质粒,(plasmid),8,2.,Types,：,根据质粒基因,编码的生物学性状,毒力质粒,/,Vi,(virulence,plasmid,),细菌素质粒,/,Col,(,colicinogenic,plasmid,),代谢质粒,(metabolize,plasmid,),致育质粒,/,F,(fertility,plasmid,),耐药性质粒,(resistance,plasmid,),9,F,plasmid,:,作用,编码性菌毛和介导细菌之间的接合,存在,F,+,菌,-,含,游离,的,F,质粒,F,菌,-,含带,宿主菌基因,的,F,质粒,Hfr,菌,-,高频重组菌,(high frequency recombinant),-F,质粒,整合,于细菌染色体中,2.1,重要的质粒,10,R,plasmid,接合性,耐药质粒,作用：,决定细菌的耐药性,(,Drug-resistance),结构：,RTF,(,r,esistance,t,ransfer,f,actor),-,耐药传递因子,功能：,编码性菌毛和介导细菌之间的,接合,R,决定子,(,r,esistance determining factor,）,-,耐药决定子,功能：,编码对,抗菌药物,和,重金属盐,的,耐药性,9-6,10-4,11,3,、,质粒的共同特征,(,Characteristics),能自主复制,决定宿主菌的某些生物学性状,但不是生命所必需,转移性,-,-,质粒在细菌间的转移,接合性质粒,（质粒；质粒）,非接合性质粒,相容性与不相容性,可自行丢失或经人工处理消除,(curing),12,三）噬菌体,(phage)(,已讲,),1.,Definition,：,是感染细菌、真菌、放线菌,或螺旋体等微生物的病毒,2.,Characteristics,：,个体微小,(small),结构简单,(simple),核酸单一,(single),寄生,特异,(special),S 4,13,四）转座因子,(transposable element),1.Definition,：,细菌基因组中能,改变自身位,置的,DNA,序列，为移动基因,（,movable genes,）,2.Transfer way,：,通过,自身编码,产生的,特殊重组酶,导致,其转移或移位,染色体内移位（,AB,）,染色体与质粒间,不同质粒之间,14,3.,Types,：,1.,插入序列,（,insertion sequence,IS,）：,2.,转座子,（,transposon,Tn,）：,如,Tn3,3.,转座噬菌体,（如：,Mu,噬菌体）,IR,Transposase,Gene,IR,15,五,),整合子（,integron,，,In,）：,定位于细菌染色体、质粒或转座子上,基本结构,：,两端为保守末端，中间为可变区，含一个或多个基因盒,整合子含有,3,个功能元件：,重组位点；整合酶基因；启动子,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,16,第三节 基因的转移和重组,Definition,：,遗传物质,由供体菌,(Donor),转移,给受体菌,(Recipient),-,基因转移,，并与受体菌的基因进行,整合,-,基因重组,，使受体菌获得供体菌的某些特性的过程,Types,：,转化,transformation,转导,transduction,转换,lysogenic,conversion,接合,conjugation,原生质体融合,protoplast fusion,17,A,、,转化,(transformation),Definition,：,受体菌,直接摄取,供体菌,游离,的,DNA,片段，并与本身的基因进行重组，从而获得新的性状的过程。,供体菌,受体菌,18,Transferred DNA:,chromosomal segment,plasmid,bacteriophage,转化条件：,供体菌,:,DNA,片段大小、性质,受体菌,:,感受态,Competence bacteria,：,能吸附外源,DNA,的受体菌,细菌感受态产生方式：,自然转化（肺炎链球菌等）,人工转化,（,E.coli,等,）,19,肺炎链球菌转化试验,20,B.,转导,(transduction),1.,Definition,：,是以,噬菌体,为载体，将供体菌的遗传物质,转移给受体菌，使受体菌获得新的性状的过程。,2.,types,：,普遍性,转导,(general transduction),：,转导性,(,假,),噬菌体,介导；,局限性转导,(restricted transduction),：,缺陷性噬菌体,介导。,21,Generalized transduction,Definition,Genetic recombination in which a DNA fragment is transferred from one bacterium to another by a,phage,that is now carrying,donor bacterial DNA,due to an error in maturation,（成熟）,during the,lytic,life cycle,（,溶菌周期,）,.,Transferred DNA:,random,（随机）,segment of the donor,chromosomal,or,plasmid,DNA,22,普遍性转导机制,（,generalized transduction),转导噬菌体,-(,假噬菌体,),Results,：,整合,-,完全转导,(complete transduction),不整合,-,流产转导,（,abortive transduction,）,（多见）,受体菌,供体菌,核酸酶,组装,释放,23,Specialized transduction,Definition,Genetic recombination in which a DNA fragment is transferred from one bacterium to another by,a temperate phage,that is now carrying,donor bacterial DNA,due to an error in spontaneous induction,（自发诱导）,during,the,lysogenic,life cycle,（溶原周期）,.,Transferred DNA:,specific,segment,（特定片段）,of donor chromosome,24,局限性转导机制,（,restricted transduction),bio-,生物素操纵子,gal-,半乳糖操纵子,正常切离,偏差切离,缺陷噬菌体,正常噬菌体,前噬菌体,25,局限性转导与普遍性转导的主要区别：,普遍性转导 局限性转导,转导时间,噬菌体裂解期 温和噬菌体溶原期,转导载体,噬菌体 温和噬菌体,转导基因,供体菌染色体,DNA,供体菌染色体,DNA,的,的,任何,部位基因或质粒基因,特定,部位基因,转导频率,低,10,-7,高,10,-4,转导结果,完全转导 获得供体菌,DNA,特定,流产转导 部位,的遗传特性,26,C,、,溶原性转换,(,conversion),Definition,当,温和噬菌体,感染细菌时，,噬菌体,作为供体，宿主菌染色体中,整合了噬菌体的,DNA,片段,，从而获得新的遗传性状,e.g,：,白喉杆菌,（不产毒素）,棒状杆菌噬菌体,Results:,change of virulence,antigenicity,溶原性白喉杆菌,（产生毒素）,27,D,、,接合,(conjugation),Definition,供体菌,与,受体菌,通过,性菌毛,相互沟通，将遗传物质从供体菌转移给受体菌，使受体菌获得新的性状。,Transferred DNA:,plasmid,chromosome,F,质粒的接合,R,质粒的接合,28,Conjugation-F plasmid,F,+,bacteria(male)-donor,F,-,bacteria(female)-recipient,3 types:,F,+,conjugation,Hfr,conjugation,F conjugation,29,1，Mechanism of,F,+,x F,-,Crosses,结果：,F,-,菌获得,F,质粒,变为,F,+,菌,接合类型,30,2，Mechanism of,Hfr x F,-,Crosses,结果：,F,-,菌可获得,不同长度,染色体基因,但,F,-,菌,仍为,F,-,菌,31,3,，,Mechanism of,F x F,-,Crosses,结果：,F,-,菌获得,F,质粒,F,-,菌变成,F,菌,32,E,、,原生质体的融合,（,protoplast fusion,）,甲菌 乙菌,溶菌酶或青霉素处理,原生质体,聚乙二醇,重组融合体,特点：,1,、不限于个别基因的转移,而是,整个染色体基因的,转移,2,、同种、异种间都可发生,3,、可获得多种不同表型的,重组融合体，但,随机性,大，寿命短,33,基因转移与重组的几种方式比较,类 型 转移基因 转移方式,转 化,供菌染色体基因,直接摄入,或小质粒,噬菌体,普遍性转导,供菌随机的染色体,转导性噬菌体为载体,基因,或小质粒,局限性转导,供菌特定的染色体,缺陷性噬菌体为载体,基因,溶原性转换,溶原性噬菌体基因,溶原性整合,接 合,供菌大质粒,性菌毛,或染色体基因片段,原生质体融合,整个染色体,直接融合,34,变 异,基