《噬菌体细菌遗传和变异课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《噬菌体细菌遗传和变异课件（56页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 细菌的遗传与变异,概述 细菌遗传变异的物质基础 细菌的变异现象与机制 细菌遗传变异的医学意义及其应用,概述,遗传（heredity） 子代与亲代的性状具有相似性，且代代相传，使其种属得以保存。 变异（variation） 在一定条件下，子代和亲代之间以及子代和子代之间的差异称为变异。,变异分为,遗传性变异（基因型变异） 细菌的基因结构发生了改变，如基因突变或重组，不可逆，可遗传给后代。 非遗传性变异（表型变异） 环境改变导致，基因结构未发生变异，可逆，不可遗传。,细菌遗传变异的物质基础,染色体和染色体外遗传物质,质 粒,转座因子,整合子,噬菌体 基因组,一、细菌染色体,细菌染色体：环状
2、dsDNA，不含组蛋白, 无核膜包围。,相对较小，只有一个复制起始位点 功能相关的基因转录出一条mRNA，分别合成各自蛋白 基因是连续的，没有内含子，不需要转录后的剪切和加工 基因组为单倍体，具有各种功能识别区,二、质粒（plasmid）,细菌染色体外的遗传物质，环状闭合的双链DNA。 带有遗传性息，控制细菌的某些生物学性状，能 自行复制，并非细菌生长所必需。 几种重要的质粒 致育质粒（F质粒） 耐药质粒（R质粒） 毒力质粒（Vi质粒） 细菌素质粒,1、致育质粒（F质粒）,编码细菌性菌毛； 带有F质粒的为雄性菌，能长出性菌毛； 无F质粒的为雌性菌，无性菌毛； 性菌毛介导细菌之间的接合。,2、耐
3、药质粒（R质粒）,编码细菌对抗菌药物的耐药性。 可通过细菌间接合进行传递的称接合性耐药质粒。 不能通过接合传递的非接合性耐药质粒，但可通过噬菌体传递。 危害,耐青霉素,耐链霉素,3、细菌素质粒,编码产生细菌素。 Col质粒编码大肠埃希菌产生大肠菌素，对同品系或近缘的细菌有抑制作用,4、毒力质粒（Vi质粒）,编码与该菌致病性有关的毒力因子。 如致病性大肠埃希菌产生的耐热性肠毒素是由ST质粒编码的。 细菌粘附定植在肠粘膜表面是由K质粒决定的。,质粒的特征,具有自我复制能力，为复制子 决定细菌某些性状 可自行丢失与消除 有转移性：通过接合、转化、转导 可分为相容性和不相容性,三、噬菌体 (bacte
4、riophage),病毒的特性： 个体微小，可以通过细菌滤器 没有完整的细胞结构，由蛋白质和核酸组成 专性细胞内寄生的微生物 分布极广,噬菌体：感染细菌、真菌、螺旋体等微生 物的病毒。,生物学性状 形态：蝌蚪形、微球形、细杆形 结构与化学组成：蝌蚪形分为头部和尾部，头部内为DNA或RNA，外及尾部由蛋白质包绕,生物学性状 抗原性：能刺激机体产生特异中和抗体 抵抗力：对7030分钟仍有抵抗力，耐脂溶 剂，对紫外线、X射线敏感 严格的宿主特异性细菌的鉴定与分型,分类：噬菌体与宿主菌的相互关系,裂解细菌，完成溶菌周期 毒性噬菌体 细菌不裂解，建立一种溶原状态 温和噬菌体,毒性噬菌体(virulent
5、 phage) 能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌（溶菌周期），称为毒性噬菌体 复制周期：吸附、穿入、生物合成、成熟与释放,毒性噬菌体,温和噬菌体或溶原性噬菌体(temperate phage) 噬菌体基因与宿主菌染色体整合，不产生子代噬菌体，噬菌体DNA能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而传代。 前噬菌体（prophage）：整合在细菌基因组中 的噬菌体基因 溶原性细菌： 带有前噬菌体基因组的细菌,prophage: 整合在细菌基因 组中的噬菌体基因,溶原性细菌,温和噬菌体,温和噬菌体的溶原性,温和噬菌体基因脱离宿主菌基因组-转变成毒性噬菌体，产生成熟子代噬菌体，导
6、致细菌裂解。,温和噬菌体,溶原性转换 某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变。如：白喉棒状杆菌产生白喉毒素的机理.,温和噬菌体有溶原性周期和溶菌周期， 而毒性噬菌体则只有一个溶菌性周期。,四、转位因子,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。,转座因子,转位因子分为2类,插入序列（IS） 转座子（Tn）,五、整合子,是一种运动型DNA分子，具有独特结构可捕获和整合外源性DNA分子，转变成功能基因表达单位。 定位于染色体和质粒或转座子 细菌固有的遗传单位 由两端保守区和中部可变区组成
7、 可变区包含多个基因盒 5端保守区包含3个功能元件（整合酶基因、重组位点和启动子）,六、转座噬菌体,噬菌体的遗传物质可整合到细菌染色体的任何位置，从而导致细菌的生物学性状改变。,前噬菌体,噬菌体,第二节 细菌的变异现象与机制,一、细菌的变异现象,形态结构变异 毒力变异 耐药性变异 菌落变异,细菌L型变异,青霉素、溶菌酶 正常形态细菌 L型变异 (部分或完全失去胞壁),形态结构的变异：L型，鞭毛等的变异,葡萄球菌L型变异,毒力变异,棒状噬菌体 白喉棒状杆菌获得产白喉毒素能力,增强,毒力变异,胆汁、甘油、马铃薯培养基 牛型结核杆菌卡介苗 13年(230代),减弱,菌落变异（S-R变异）,在陈旧培养
8、基中长期培养 光滑(S)型菌落 粗糙(R)型菌落 或在有免疫力的人体内 S型菌落致病力强,耐药性变异,概念：细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药。 多重耐药：有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药 物，甚至产生药物依赖性。 含链霉素培基 痢疾杆菌依链株(耐药菌株) 含链霉素培基长期培养 链霉素敏感株,二、细菌的变异机制,基因的转移和重组（外源性基因的转移与重组） 基因的突变（内源性基因突变）,（一）基因的转移和重组,重组（recombination） 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。 方式：细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、 转导、溶原性转换等方式进行。,
9、1、转化（transformation）,概念： 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。 证实： 转化现象在肺炎链球菌、葡萄球菌和流感嗜血杆菌等中被证实。,转化试验,Transformation in Bacteria,转 化,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107，最多不超过10-20个基因。 感受态（competence） 受体菌只有处于感受态时，才能摄取转化因子。,2、接合（conjugation）,概念： 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
10、受体菌。 接合性质粒：能通过接合方式转移的 质粒，F质粒、R质粒、 Col质粒和毒力质粒。,F质粒接合过程,R质粒接合,R质粒包括两部分 耐药传递因子（resistance transfer factor,RTF） 与F质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合转移 耐药（r）决定子 r-dir能编码对抗菌药物的耐药性，可由几个带有耐药基因的转座子连接相邻排列,R质粒接合,Tn 9,Tn 21,Tn 10,Tn 8,RTF,R determinant,3、转导（transduction）,以温和噬菌体为载体，将供体菌的DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。 根据转导基因片断范围，分为： 普遍性
11、转导（general transduction） 局限性转导（restricted transduction）,1）普遍性转导,结束溶原状态的温和噬菌体转变为毒性噬菌体 噬菌体复制过程中：误将细菌的DNA片段装入噬菌体的头部 该噬菌体以正常方式感染另一宿主菌，其头部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，故称为普遍性转导。,受体菌,转导噬菌体,供体菌DNA,噬菌体DNA,普遍性转导示意图,受体菌,完全转导,流产转导,普遍性转导结局,2）局限性转导,概念：所转导的基因只限于供体菌染色体上特定的基因。 如大肠埃希菌K12 通过温和噬菌体转导，将决定半乳糖发酵特性的基因传
12、递给志贺菌志贺菌获得发酵半乳糖的性质,4、溶原性转换( lysogenic conversion),概念：当噬菌体感染细菌使其成为溶原状态， 噬菌体的基因整合到宿主菌染色体中, 细菌获得新的性状。 如： 白喉棒状杆菌：棒状噬菌体感染白喉毒素,基因转移与重组四种形式的区别,类型 基因来源 转移方式 转化 供体菌 直接摄取 接合 供体菌 性菌毛沟通 转导 供体菌 噬菌体为载体 转换 噬菌体 溶原性基因整合,点突变：一对或少数几对硷基对的置换、插入或 缺失。 染色体畸变：较大范围的核苷酸序列发生易位、 缺失、重复、倒位等变化。,（二）基因突变,自发突变和诱发突变 突变率 自然突变率 （10-9-10-6） 诱导突变率 （10-6-10-4） 突变与选择 -影印培养试验 回复突变与抑制突变：野生型和突变型,1.基因突变规律,细菌遗传变异的实际应用,在诊断、治疗与预防中的应用 在流行病学方面的应用 致癌物质的检测 在基因工程中的应用,小 结,1、举例说明几种细菌变异现象 2、细菌的遗传物质染色体、质粒（特点）。 3、细菌变异的机制，细菌基因重组的方式转化、接合、转导和溶原性转换（概念）。,
