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1、Bacterial heredity and variation,教学重难点,1、教学重点：细菌变异的机制 2、教学难点：细菌遗传和变异的物质基础,遗传（heredity） 子代与亲代的生物学性状基本相同，且代代相传。,变异（variation） 子代与亲代以及子代与子代之间的生物学性状出现差异。,-细菌的变异现象,毒力变异,形态结构的变异,耐药性变异,细菌的变异现象,菌落变异,-细菌的变异现象,形态结构变异,正常形态细菌,细菌L型,葡萄球菌,葡萄球菌L型,-细菌的变异现象,形态结构变异,有荚膜的肺炎球菌,无荚膜的肺炎球菌,-细菌的变异现象,毒力变异,白喉棒状杆菌,获得白喉毒素,白喉杆菌溶原性
2、转换示意图,-细菌的变异现象,耐药性变异,1.金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从1946年的14% 上升至目前的80%以上。 2.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。 含链霉素培养基 痢疾杆菌依链株(耐药菌株) 长期培养,-细菌的变异现象,细菌菌落形态变异,S型菌落,R型菌落,-细菌的遗传物质,质粒,染色体,噬菌体,细菌的遗传物质,转位因子,整合子,染色体（chromosome）,环状双螺旋DNA，长约1mm, 决定细菌基因型(genotype)和表型(phenotype） 缺乏组蛋白，有核蛋白 染色体基因无内含子 细菌染色体DNA的复制 和高等生物十分相似
3、。,-细菌的遗传物质,质粒（plasmid）,染色体外的遗传物质，是环状闭合双链的 DNA，存在于细胞质中，具有自我复制能力，所携带的遗传物质能赋予宿主菌某些生物学性状。,-细菌的遗传物质,医学上重要的质粒,F质粒（致育因子）- 编码细菌的性菌毛 R质粒 (耐药性质粒)- 与细菌耐药性有关 3. Vi质粒（毒力质粒）- 编码与该菌致病性有关的毒力因子，如ST、LT质粒 4. 代谢质粒 - 编码产生相关的代谢酶 5. 细菌素质粒-编码细菌素,-细菌的遗传物质,质粒（plasmid）,质粒的特性,1.自我复制（紧密型质粒和松弛型质粒） 2.可以自行丢失与消除 3.可赋予细菌新的性状 4.可在菌间转
4、移 5.相容性和不相容性,-细菌的遗传物质,质粒（plasmid）,噬菌体(bacteriophage),-细菌的遗传物质,噬菌体(bacteriophage),-细菌的遗传物质,噬菌体(bacteriophage),-细菌的遗传物质,相关概念,1.前噬菌体（prophage）：? 2.溶原性细菌（lysogenic bacterium）：? 3.温和噬菌体（temperate phage）：?,转位因子( Transposable element),转位因子是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
5、另一个基因组中。,-细菌的遗传物质,转位因子( Transposable element),-细菌的遗传物质,转位因子分类,插入系列,转座子,转座噬菌体或前噬菌体,转座子的特征,-细菌的变异机制,一、基因突变(mutation),基因突变即遗传物质结构发生突然改变,基因突变的类型,点突变：范围小 染色体畸变：范围大,基因突变的机制,碱基的置换和移码,-细菌的变异机制,一、基因突变(mutation),基因突变特性,1. 自发性与可诱发性 2. 随机性与不对应性 e.g. 彷徨试验；影印试验 3. 可逆性 突变可回复： 野生型 突变株,-细菌的变异机制,一、基因突变(mutation),彷徨实验
6、,影印实验,转导,转化,接合,溶原性转换,原生质体融合,-细菌的变异机制,二、基因的转移和重组,-基因的转移和重组,二、基因的转移和重组,转化（transformation）,转化是供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。,-基因的转移和重组,二、基因的转移和重组,转化（transformation）,-基因的转移和重组,二、基因的转移和重组,转导（transduction）,以温和噬菌体为媒介，将供体菌的DNA片段转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。,普遍性转导（generalized transduction） 包括完全转导与流产转导 局限性转导（restric
7、ted transduction）,-基因的转移和重组,二、基因的转移和重组,转导（transduction）,普遍性转导,-基因的转移和重组,二、基因的转移和重组,转导（transduction）,局限性转导,-基因的转移和重组,二、基因的转移和重组,普遍性转导与局限性转导的区别,-基因的转移和重组,二、基因的转移和重组,接合（conjugation）,细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌,使受体菌获得新性状。,-基因的转移和重组,二、基因的转移和重组,接合（conjugation）,F质粒的接合(F+与F-的接合),-基因的转移和重组,二、基因的转
8、移和重组,接合（conjugation）,F+与Hfr菌的转换,Hfr与F+菌的转换,-基因的转移和重组,二、基因的转移和重组,接合（conjugation）,F质粒的接合(Hfr与F-的接合),-基因的转移和重组,二、基因的转移和重组,高频重组菌 （high frequency recombinant，Hfr）,细菌染色体上整合有F质粒，该菌能以较高的频率转移细菌染色体基因。 F质粒： F质粒在Hfr菌中的整合作用是一种可逆过程，从染色体上脱离下来的F质粒还会携带邻近的染色体基因或DNA片段。,F+ 、 Hfr、 F都为雄菌,-基因的转移和重组,二、基因的转移和重组,R质粒的接合,耐药传递因
9、子（resistance transfer factor, RTF）与F质粒相似 耐药（r）决定子 (resistance determinant)编码对抗菌药物的耐药性，可由几个转座子连接相邻排列。,-基因的转移和重组,二、基因的转移和重组,R质粒的接合,-基因的转移和重组,二、基因的转移和重组,溶原性转换（lysogenic conversion）,溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体,从而获得新的遗传性状，称溶原性转换。,白喉棒状杆菌,获得白喉毒素,-基因的转移和重组,二、基因的转移和重组,原生质体融合（protoplast fusion),是将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失去细
10、胞壁成为原生质体后进行彼此融合的过程。,-细菌遗传变异的医学应用,1.在疾病的诊断、治疗与预防中的应用 2.在流行病学中的应用 噬菌体分型 指纹图谱法 （plasmid fingerprinting ,PFP） 3.在测定致癌物质中的应用-Ames test 4.在基因工程中的应用 工程技术生产胰岛素、生长激素 、疫苗等,-细菌遗传变异的医学应用,Ames test,-细菌遗传变异的医学应用,基因工程的主要步骤,从供体细胞（细菌或其他生物细胞）的DNA上切取一段需表达的基因，即所谓的目的基因。 将目的基因结合至适当的载体（质粒或噬菌体）上。 通过载体将目的基因转移到工程菌（受体菌）体内，随着细菌的大量繁殖表达出大量的目的基因产物。,
