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1、第五章 细菌的遗传与变异 Bacterial heredity and variation,2,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,3,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),4,第一节 细菌的遗传物质 Bacterial Genetic elements 一）染色体 (chromosome) 二）质粒 (plas
2、mid) 三）转座因子 (transposable element) 四）噬菌体（phage ）基因组(已讲) 五）整合子（自学）,5,一) 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,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,7.细菌的种内和种间存在广泛的遗
3、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,8,1、 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),9,2. 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
4、/F (fertility plasmid ) 耐药性质粒 (resistance plasmid),10,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, R plasmid接合性耐药质粒 作用：决定细菌的耐药性(Drug-resistance) 结构：,RTF (resistance transfer factor) -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
5、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,9-6,10-4,12,3、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),13,三） 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)
6、 核酸单一 (single) 寄生特异 (special),S 4,14,四）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,15,3. 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）,16,五)整合子（integron，
7、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,17,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 pr
8、otoplast fusion,18,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,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）,肺炎链球菌转化试验,21,B. 转导 (transduction),1. De
9、finition： 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。,22,Generalized transduction,Definition Genetic recombination in which a DNA fragment is transferred from one bacterium to another by a phage that is now ca
10、rrying 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,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
11、,供体菌,核酸酶,组装,释放,24,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）. Transfe
12、rred DNA: specific segment （特定片段）of donor chromosome,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,26,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
13、传特性,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）,28,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,29,C
14、onjugation-F plasmid,F + bacteria (male)-donor F- bacteria (female)-recipient 3 types: F+ conjugation Hfr conjugation F conjugation,1，Mechanism of F+ x F- Crosses,结果：F-菌获得F质粒,变为F+菌,接合类型,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,3，Mechanism of F x F- Crosses,结果： F-菌获得F质粒,F-菌变成F 菌,3
15、3,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,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,变 异,基因型变异,表型变异,基因重组 基因突变 染色体变异,第四节 基因突变 (Gene mutation),遗传物质的结构发生突然而稳定的改变,变异的类型:,基因突变的概念,突变的类型: 小突变 碱基插入 转换 单点突变 碱基置换 碱基缺失 颠换 多点突变 大突变 多点突变 染色体重排 染色体畸变 染色体重复 染色体倒位 染色体缺失 染色体置换,一、基因突变规律(Law of Gene mutation )： 突变率
