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1、遗传与变异原理（DNA、基因及其转录、翻译） 遗传变异现象（形态、抗原、菌落、毒力、耐药） 变异相关物质（染色体-致病岛、质粒、噬菌体、转座子） 变异机制（基因突变、转移、重组） 微生物的遗传和变异 遗传（heredity ）: 上一代生物将自身的一整套遗传基因稳定地 传递给下一代的特性 。 变异（variation）： 生物体在某种外因或内因的作用下，发生遗 传物质结构或数量的改变，而且这种改变稳 定，具有可遗传性 。 引言 1. 遗传与变异 遗传保证了微生物种的相对稳定性、种的存在和延续， 而变异则推动了种的进化和发展。 2. 遗传型和表型 遗传型（genotype） 表型( phenot
2、ype ) 某一生物体个体所含有的全部遗传因子 ，即基因的总和 ，又称为基因型。 某一生物体所具有的一切外表特征及内在 特性的总和。 表型的实现是由生物体的遗传型和环境条件 共同作用的结果。 二.细菌的遗传与变异 （一）细菌的变异现象 形态结构变异 抗原性变异 菌落变异 毒力变异 耐药性变异 正常形态细菌 L型变异 形态结构变异形态结构变异 两端平齐 炭疽芽胞杆菌 炭疽芽胞杆菌L型（串珠状） 青霉素、溶菌酶 抗体或补体 (部分或完全失去胞壁) 含1%石炭酸培养基 普通培养基 细菌鞭毛变异 随着鞭毛变异，细菌抗原性发生变异 毒力变异 无毒白喉棒状杆菌 产毒白喉杆菌 胆汁、甘油、马铃薯培养基 牛型
3、结核杆菌 卡介苗 13年(230代) （1908） 棒状噬菌体 耐药性变异 细菌对某种抗菌药物由敏感变为不敏感（即耐药） 的变异称为耐药性变异（获得R质粒）。 有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重 耐药性，甚至产生药物依赖性。 痢疾杆菌 依链株(耐药菌株) 含链霉素培基 长期培养 菌落变异 光滑型菌落 粗糙型菌落 S R 菌落（S型） 菌落 （R型） 在陈旧培养基中长期培养 或在有免疫力的人体内 有荚膜肺炎链球菌无荚膜肺炎链球菌 遗传物质 核酸 蛋白 ？ ？ 试验 核 酸 ！ 结论：性状是由基因（遗传因子）决定，基因存在于染色体 （染色体是核酸或其与蛋白质的结合物）。核酸分子是遗传物
4、质，基因是其信息单位，染色体是其存在形式。 一、证明核酸是遗传变异的物质基础的三个经典实验 （一）经典转化实验 （二）噬菌体感染实验 （三）植物病毒的重建实验 二、微生物遗传变异的物质基础 病毒的核酸病毒的核酸 原核细胞型微生物染色体原核细胞型微生物染色体 真核核细胞型微生物染色体真核核细胞型微生物染色体 染色体外的遗传物质染色体外的遗传物质 质粒质粒 噬菌体噬菌体 转座子（转位因子）转座子（转位因子） 基因（gene）是什么? 是实体，其物质基础是DNA （或RNA）； 是一个含有特定遗传信息的DNA分子区段； 是遗传信息传递和性状分化发育的依据； 基因是可分的，根据功能不同，分为： 编码蛋
5、白质的基因 结构基因（结构蛋白，酶） 调节基因（阻遏蛋白或激活蛋白） 无翻译产物的基因 tRNA基因（简称 tDNA ） rRNA基因（简称rDNA ） 不转录的DNA区段 启动子（promotor） 操纵基因（operator） 基因是一个含有特定遗传信息的核苷酸序列，它 是遗传的功能单位。 基因组 是存在于生物体遗传物质中全部基因的总称 一、病毒的核酸 病毒的遗传物质是 DNA或RNA，核酸类 型多样。 E. coli 染色体DNA大 小为4.710 6 bp， 长度为1333m，是 菌体长度的1000倍。 二、原核生物染色体的结构 遗传因子存在形式 （1）一般没有间隔基因（内含子） 细菌
6、的基因一般是连续排列的。结构基因的表达由调节基因调控，一个或几 个相关的基因组成操纵子。在细菌的基因组中，基本上未发现与真核生 物的内含子或连接DNA相似的“无”功能序列。 （2）一般没有重复序列 细菌的基因一般都是单拷贝的。唯一可以发现的重复DNA序列，也只 有核糖体rRNA基因、插入序列、转座子和短重复序列等。 原核生物基因的结构 三、真核生物染色体结构 真核生物染色体组成的 基本单位是核小体，其 核心颗粒由四种蛋白形 成的8聚体和DNA组成。 由H1组蛋白和DNA相 连一串核小体称为染色 质（chromatin）。 在细胞分裂中期，染色 质浓缩、反复折叠成为 一定形状的染色体。 真核生物
7、基因的结构 一个完整的真核基因，不 仅包括编码区，也包括编 码区两侧的调控序列。与 原核基因相比，最大的差 别在于编码区被许多非编 码序列所间断，这种非编 码序列称为内含子（ intron），被间隔的编码 区称外显子（exon）。 真核细胞和原核细胞的最大差别之一是遗传物质的分布和存在状态。原核细 胞的染色体是以裸露DNA存在于细胞中，而真核细胞的DNA则与组蛋白和非组蛋白 相结合并缠绕成多条染色体存在于细胞核中。 在真核生物染色体中，DNA约占30-40%，组蛋白和非组蛋白占60%以上，RNA 约占10%以下。 v质粒(plasmid)：是细 菌染色体以外的遗传 物质，是闭合环状的 双链DN
8、A。 （二） 质粒 质粒的三种构型 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 常见的质粒类型 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
9、。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 ( Col plasmid) 编码细菌产生的细菌素； 代谢质粒( metabolic plasmid) 编码产生相关的代谢酶。 (1) 致育质粒(Fertility plasmid，F质粒) 又称F质粒，其大小约100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌 的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒。 携带F质粒的菌株称为F+菌株 （相当于雄性），无F质粒的 菌株称为F-菌株（相当于雌性）。
10、 F因子能以游离状态(F+)和 以与染色体相结合的状态 (Hfr)存在于细胞中，所以 又称之为附加体(episome)。 在志贺氏菌属（Shigella）、沙门氏菌属（Salmonella）和链 球菌属（Streptococcus）等其他细菌中也发现了与大肠杆菌 类似的致育因子。 在放线菌中，天蓝色链霉菌含有SCP1和SCP2两种致育质粒 ，这两种质粒在天蓝色链霉菌的接合过程中起重要作用，带 动染色体从供体细胞向受体细胞转移。 (2)抗性质粒（Resistance plasmid，R质粒） 包括抗药性和抗重金属二大类，简称R质粒。 R100质粒(89kb)可使宿主对 下列药物及重金属具有抗性：
11、 汞（mercuric ion ，mer） 四环素（tetracycline，tet ） 链霉素(Streptomycin, str)、 磺胺(Sulfonamide, sul)、 氯霉素(Chlorampenicol, cml) 夫西地酸（fusidic acid，fus） 负责这些抗性的基因是成簇地 存在于抗性质粒上。 抗性质粒在细菌间的传递是细菌 产生抗药性的重要原因之一。 (3)Col 质粒：产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid） 细菌素结构基因、 涉及细菌素运输及发挥作用（processing）的蛋白质的基因、 赋予宿主对该细菌素具有“免疫力”
12、的相关产物的基因 一般都位于质粒或转座子上，因此，细菌素可以杀死 同种但不携带该质粒的菌株。 细菌素：许多细菌都能产生某些代谢产物，抑制或杀死其他近缘细菌 或同种不同菌株，因为这些代谢产物是由质粒编码的蛋白质，不象抗 生素那样具有很广的杀菌谱，所以称为细菌素（bacteriiocin） (4) 代谢质粒（Metabolic plasmid ） 质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基质 的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放线菌）等。 将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单 形式，环境保护方面具有重要的意义。 假单胞菌： 具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物(苯)
13、、农药 (2,4 dichlorophenoxyacetic acid)、辛烷和樟脑等的能力。 降解质粒 TOL质粒：含分解甲苯的基因； CAM-OCT质粒：含分解樟脑辛烷的基因 转座（transposon)：是指转座因子从染色体 的一个位置转移到另一位置，或者在质粒与染 色体之间转移的过程。 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）. bacteriophagebacteriophage bacteriophagebacteriophage bacteriophagebacteriophag
