细菌的遗传与变异_2

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1、细 菌 的 遗 传 与 变 异 Heredity and Variation of Bacterium,主要内容： 1. 细菌遗传变异的物质基础； 2. 细菌的基因突变及修复； 3. 常见的几种细菌突变株； 4. 细菌的基因转移与重组； 5. 细菌遗传变异的应用。,遗传(heredity):细菌的性状保持相对 稳定,代代相传,使其种属得以保存。 变异(variation):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。,第一节 细菌遗传与变异的物质基础,基因组（genome） 基因组学（genomics） 蛋白质组学（proteomics） 基因型（genotype） 表型（ph

2、enotype）,一、细菌的染色体 1. 组成：细菌染色体DNA是由一条闭合环状的 双链DNA分子构成，紧密缠绕成较致 密的不规则小体，又称拟核（nucleoid）。 2. 毒力岛（pathogenecity island）：是指一组编码 细菌毒力的基因簇，通常为染色体上一些相 对分子质量比较大的独特的DNA片断，其两 侧往往具有重复序列和插入序列。,二、质粒 （plasmid） （一）质粒DNA的基本特性 1. 质粒有CCC，OC，L三型； 2. 具有自我复制功能； 3. 质粒DNA常赋予细菌某些特性； 4. 质粒可自行丢失与消除； 5. 质粒的转移性； 6. 质粒可分为相容性与不相容性两种

3、。,（二）常见的质粒类型 1. 致育质粒或F质粒； 2. 耐药性质粒：接合性耐药质粒； 非接合性耐药质粒； 3. 毒力质粒或Vi质粒； 4. Col质粒； 5. 代谢质粒。,三、转位因子（transposable element） 是细胞基因组中能够改变自身 位置的一段DNA序列。 1. 插入序列（insertion sequence，IS）； 2. 转座子（transposon，Tn）； 3. 转座噬菌体。,是最小的的转座因子，与插入点附近的序列共同起作用，可能是原细胞正常代谢的调节开关之一。,插入序列 IS,带有编码转位的基因又带有其它遗传基因（如耐药性基因、抗金属基因、毒素基因、其他结构

4、基因等）。可能与细菌的多重耐药有关。,转座子 Tn,复合转座子,复杂转座子,转座子的特征,转座噬菌体,第二节 基因突变及其修复,一、基因突变的特性 自发性和不对应性； 稀少性； 可诱发性； 独立性； 稳定性； 可逆性。 二、自发突变的证实 三、DNA损伤的修复,第三节 常见的几种细菌突变株,一、抗性突变株 抗噬菌体突变株和抗药突变株 二、条件致死突变株 三、营养缺陷型突变株 四、毒力变异株,第四节 基因转移与重组,基因的转移（gene transfer）：外源性 的遗传物质由供体菌转入某受体 菌细胞内的过程。 重组（recombination）：转移的基因 与受体菌的DNA整合在一起， 使受体

5、菌获得供体菌某些特性的 过程。,一、转化（transformation）,来自供体菌游离的DNA片断直接进入并整合入受体菌基因中，使受体菌获得部分新的遗传性状的过程。,（一）转化的条件 1. DNA片断的大小； 2. 同源的，未变性的双链DNA 分子是有效的转化因子； 3. 感受态时转化才能成功。,（二）转化的过程及机制 1. 转化因子的结合与进入； 2. 转化因子的整合； 3. 转化子的产生。,转化过程模式图,二、接合（conjugation） 细菌通过性菌毛 相互连接沟通，将 遗传物质从供体菌 转移给受体菌。接合 性质粒：F质粒， R质粒，Col质粒， 毒力质粒。,（一）F质粒的接合 雄菌

6、（F+）；雌菌（F-）。 1. F+x F-的接合,F+x F-的接合形成Hfr,2. Hfrx F-接合的机制,3. F的形成,4. Fx F-接合的机制,（二） R质粒的接合 1. 组成：耐药传递因子（reststance transfer，RTF） 耐药决定子（r） 2. 耐药机制: 改变抗生素作用靶位点; 细菌产生灭活抗生素的酶类; 改变细菌通透性,阻止抗生素进入。,R质粒的结构图,（三）转导（transduction） 概念：以噬菌体为载体，将供体菌的遗传物质转移到受体菌内，使受体菌 获得新的性状。通过转导而获得新遗传性状的受体菌为转导子（transductant）。 分类：普遍性转

7、导 局限性转导,1. 普遍性转导（generalized transduciton） 概念：通过噬菌体将供体细菌的任何DNA片断 转移至受体菌的转导现象。带有供体菌 DNA片断的噬菌体称为转导噬菌体 （tranducing phage）。 结果：完全性转导：外源性DNA片段与受体菌 的染色体整合，并随染色体而传代； 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。,普遍性转导模式图,普遍性转导机制,2. 局限性转导 （restricted transduction） 特异性转导 （specialized transduction） 转导的只限于供体菌染色体

8、上 特定的基因，使受体菌获得供 体菌的某些遗传 性状。,普遍性转导和局限性转导的区别,（四）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 状态时而使细菌获得 新的性状。,（五）原生质体融合（protopast 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后进行相互融合的过程。可发生于不相关的两细胞间，不同种类细胞间，这种基因转移的机制称为基因转输（genetic transfusion）。,第五节 细菌遗传变异在医学上的应用,一 、在疾病诊断，治疗与预防中的应用； 二 、在测定致癌物质中的应用； 三 、在流行病学中应用； 四 、在基因工程中的应用。,思考题,名词解释： conjugation transformation transduction 溶原性转换 问答题： 1. 细菌转化、接合、转导的机制？ 2. 细菌遗传物质的组成？ 3. 质粒有哪些特征？,