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1、目目 的的 要要 求求1.1.掌握掌握：细菌的遗传物质；插入序列、转座子的概细菌的遗传物质；插入序列、转座子的概 念；细菌的基因转移和重组的几种方式念；细菌的基因转移和重组的几种方式 （转化、接合、转导、溶原性转换、原生质（转化、接合、转导、溶原性转换、原生质 体融合）的概念和机制；体融合）的概念和机制；2.2.熟悉熟悉：遗传变异的原理；细菌的变异现象。遗传变异的原理；细菌的变异现象。3.3.了解了解：细菌基因突变的规律；遗传变异在医学上细菌基因突变的规律；遗传变异在医学上 的应用。的应用。第一节、细菌的遗传物质第一节、细菌的遗传物质1.1.细菌染色体（细菌染色体（bacterial chro
2、mosomebacterial chromosome）：）： 为一条环状双螺旋的为一条环状双螺旋的DNADNA分子组成的细菌染色体相分子组成的细菌染色体相对聚集在一起，形成一个较为致密的区域，称为类核对聚集在一起，形成一个较为致密的区域，称为类核（nucleoidnucleoid）。）。细菌染色体的特征：1）相对较小，只有一个复制启始位点。）相对较小，只有一个复制启始位点。2）功能相关的基因组成操纵子结构，转录一）功能相关的基因组成操纵子结构，转录一条条mRNA链，然后分别合成各自的蛋白。链，然后分别合成各自的蛋白。3)基因是连续的，没有内含子，转录后不需要基因是连续的，没有内含子，转录后不需
3、要剪切加工。剪切加工。4）大部分）大部分DNA编码表达蛋白质，不翻译区中编码表达蛋白质，不翻译区中含间隔区和调控序列含间隔区和调控序列5）大多数编码顺序不重叠）大多数编码顺序不重叠6）结构基因大多数是单拷贝）结构基因大多数是单拷贝7）具有各种功能的识别区域）具有各种功能的识别区域3、转座因子（、转座因子（transposable element）能细菌基因组中能改变自身位置的一段能细菌基因组中能改变自身位置的一段能细菌基因组中能改变自身位置的一段能细菌基因组中能改变自身位置的一段DNADNADNADNA片段片段片段片段。特特特特点点点点插入序列（插入序列（插入序列（插入序列（insertion
4、 sequence, IS)insertion sequence, IS)insertion sequence, IS)insertion sequence, IS)转座子（转座子（转座子（转座子（transposontransposontransposontransposon, , , , TnTnTnTn）可在质粒与质粒之间、质粒和染色体之间、染色体不同可在质粒与质粒之间、质粒和染色体之间、染色体不同可在质粒与质粒之间、质粒和染色体之间、染色体不同可在质粒与质粒之间、质粒和染色体之间、染色体不同 部位之间部位之间部位之间部位之间自行转移自行转移自行转移自行转移。转位基因转位基因转位基因转位
5、基因必须依附染色体和质粒复制必须依附染色体和质粒复制必须依附染色体和质粒复制必须依附染色体和质粒复制 分分分分类类类类概概概概念念念念 是最简单或序列较短的转座因子，长度不超是最简单或序列较短的转座因子，长度不超是最简单或序列较短的转座因子，长度不超是最简单或序列较短的转座因子，长度不超2kbp2kbp2kbp2kbp，两端有，两端有，两端有，两端有反向重复序列作为重组酶的识别位点，中心序列能编码转座酶反向重复序列作为重组酶的识别位点，中心序列能编码转座酶反向重复序列作为重组酶的识别位点，中心序列能编码转座酶反向重复序列作为重组酶的识别位点，中心序列能编码转座酶及与转录有关的调节蛋白。及与转录
6、有关的调节蛋白。及与转录有关的调节蛋白。及与转录有关的调节蛋白。1 1）插入序列（）插入序列（）插入序列（）插入序列（insertion sequences, IS)insertion sequences, IS) 除两端的除两端的除两端的除两端的ISISISIS外还带有其它遗传基因（如耐药性基因、抗金外还带有其它遗传基因（如耐药性基因、抗金外还带有其它遗传基因（如耐药性基因、抗金外还带有其它遗传基因（如耐药性基因、抗金属基因、毒素基因、其他结构基因等），这些基因可随属基因、毒素基因、其他结构基因等），这些基因可随属基因、毒素基因、其他结构基因等），这些基因可随属基因、毒素基因、其他结构基因等
7、），这些基因可随TnTnTnTn的转的转的转的转座而发生转移重组，从而使插入处基因的完整性受到破坏，造座而发生转移重组，从而使插入处基因的完整性受到破坏，造座而发生转移重组，从而使插入处基因的完整性受到破坏，造座而发生转移重组，从而使插入处基因的完整性受到破坏，造成大的染色体突变。成大的染色体突变。成大的染色体突变。成大的染色体突变。2 2）转座子（）转座子（）转座子（）转座子（transposontransposon, , TnTn） Kanr Bler Strr 4、整合子（integron,In）是一种运动性的是一种运动性的DNADNA分子，具有独特结构分子，具有独特结构可可捕获和整合外
8、源性基因捕获和整合外源性基因，使之转变成，使之转变成为功能性基因的表达单位。为功能性基因的表达单位。定位于染色体和质粒或转座子上。定位于染色体和质粒或转座子上。基本结构由两端的保守末端和中间的可基本结构由两端的保守末端和中间的可变区构成。变区构成。5、噬菌体基因组毒性噬菌体毒性噬菌体 溶菌周期溶菌周期温和噬菌体温和噬菌体 溶原周期溶原周期 溶菌周期溶菌周期 溶原性细菌溶原性细菌 前噬菌体前噬菌体第二节、细菌基因表达的调节第二节、细菌基因表达的调节操纵子操纵子细菌的许多相关基因串联排列在染色体细菌的许多相关基因串联排列在染色体的特定部位，其上游有启动子（的特定部位，其上游有启动子（promoto
9、r）和操）和操纵基因（纵基因（operator gene）序列，共同构成一个转）序列，共同构成一个转录单位，称为操纵子。录单位，称为操纵子。 操纵子上游有一调节基因，编码的蛋白质能操纵子上游有一调节基因，编码的蛋白质能调节操纵子的活动。这些功能相关的基因串联排调节操纵子的活动。这些功能相关的基因串联排列列,受上游共同调控区的调控受上游共同调控区的调控,同时转录同时转录,同时翻译同时翻译,最终形成功能相关的几种蛋白质。最终形成功能相关的几种蛋白质。P P大肠埃希菌乳糖酶基因大肠埃希菌乳糖酶基因乳糖操纵子乳糖操纵子5 TGTTGACATTT ATTTGTTATAATG CAT 3RPOLacZLa
10、cY调节基因调节基因启动子启动子操纵基因操纵基因结构基因结构基因识别部位识别部位结合部位结合部位6-9bp4-7bp LacA结构基因：结构基因：大肠杆菌乳糖代谢酶（大肠杆菌乳糖代谢酶（半乳糖苷酶、半乳糖苷酶、半乳糖苷通透酶、半乳糖苷通透酶、 半乳糖苷乙酰化酶）基因（半乳糖苷乙酰化酶）基因（LacZLacZ、LacYLacY、LacALacA）串联排列于）串联排列于DNADNA区段上。区段上。操纵基因（操纵基因（operator geneoperator gene）：）：控制基因转录的序列；控制基因转录的序列；启动子（启动子（promotorpromotor）序列：）序列：RNARNA聚合酶的
11、识别和结合部位。前者由聚合酶的识别和结合部位。前者由TTGACATTGACA序序列组成，后者由列组成，后者由TATAATGTATAATG序列组成，成为序列组成，成为pribnowpribnow框。框。（一）抑制基因转录（一）抑制基因转录1、阻遏蛋白、阻遏蛋白(repressor):在乳糖操纵子上游的调节基因区在乳糖操纵子上游的调节基因区域，有产生阻遏蛋白的基因，产生的阻遏蛋白具有抑域，有产生阻遏蛋白的基因，产生的阻遏蛋白具有抑制基因转录的作用。制基因转录的作用。2、辅阻遏物（、辅阻遏物（corepressor） 是一种小分子物质，与阻遏蛋白结合形成一种活性阻遏是一种小分子物质，与阻遏蛋白结合形
12、成一种活性阻遏物，其与操纵基因结合，抑制基因转录。物，其与操纵基因结合，抑制基因转录。（二）促进基因转录（二）促进基因转录 分解物基因结合蛋白（分解物基因结合蛋白（catabolite gene-activator protein,CAP）,与与cAMP结合形成结合形成CAPcAMP复合物后，复合物后，能与启动子区域的能与启动子区域的DNA序列结合，从而增强序列结合，从而增强RNA聚合聚合酶与启动子结合，明显提高基因的转录和翻译。酶与启动子结合，明显提高基因的转录和翻译。第三节、基因的转移和重组第三节、基因的转移和重组F+F-F+F-F+F+F+F+F F 质粒接合质粒接合通过通过通过通过性菌
13、毛性菌毛性菌毛性菌毛的接触沟通将的接触沟通将的接触沟通将的接触沟通将接合性质粒接合性质粒接合性质粒接合性质粒从供菌转移到受菌。从供菌转移到受菌。从供菌转移到受菌。从供菌转移到受菌。 DonorRecipientHfrHfr菌接合菌接合ABCDE F F质粒可以整合到染色体上形成高频重组株质粒可以整合到染色体上形成高频重组株质粒可以整合到染色体上形成高频重组株质粒可以整合到染色体上形成高频重组株（high frequency recombinant，Hfr），具有高频率转移自身染色体到具有高频率转移自身染色体到F菌的能力菌的能力。1.Hfr1.Hfr1.Hfr1.Hfr类似于类似于类似于类似于F
14、 F F F质粒，质粒，质粒，质粒，可合成性菌毛。可合成性菌毛。可合成性菌毛。可合成性菌毛。 2.2.2.2.可转移供菌的染色可转移供菌的染色可转移供菌的染色可转移供菌的染色体体体体DNADNADNADNA。被整合的被整合的被整合的被整合的F F F F质质质质粒起引导转移作用。粒起引导转移作用。粒起引导转移作用。粒起引导转移作用。 F/质粒：质粒： Hfr菌中的菌中的F质粒有时会从染色体质粒有时会从染色体上脱离，终止上脱离，终止Hfr状态，从染色体上脱离状态，从染色体上脱离的的F质粒还会携带有相邻染色体质粒还会携带有相邻染色体DNA片段，片段，称为称为F/质粒质粒ACDB转导（转导（tran
15、sduction）由噬菌体介导，将供菌的由噬菌体介导，将供菌的DNADNA片段转片段转入受菌，使受菌获得供菌的部分遗入受菌，使受菌获得供菌的部分遗传性状。传性状。分为普遍性转导和局限性转导分为普遍性转导和局限性转导普遍性转导普遍性转导1 1、在噬菌体成熟装配过程中，误将宿主（供、在噬菌体成熟装配过程中，误将宿主（供菌）染色体片段或质粒片段装入噬菌体内，菌）染色体片段或质粒片段装入噬菌体内，产生转导噬菌体。当它感染其他菌时，便将产生转导噬菌体。当它感染其他菌时，便将供菌供菌DNADNA转入受菌。转入受菌。2 2、任何供菌、任何供菌DNADNA片段都有可能被误装入噬菌体片段都有可能被误装入噬菌体内
16、，故成为普遍性转导。内，故成为普遍性转导。3 3、毒性噬菌体和温和噬菌体都能介导普遍转、毒性噬菌体和温和噬菌体都能介导普遍转导。导。普遍性转导的结局普遍性转导的结局完全转导完全转导外源性外源性DNA片段与受体菌的染片段与受体菌的染色体整合，并随染色体复制而色体整合，并随染色体复制而传代。传代。流产转导流产转导 外源性外源性DNA片段游离在胞质中片段游离在胞质中,既不能与受体菌染色体整合，既不能与受体菌染色体整合， 也不能自身复制，也不能传代。也不能自身复制，也不能传代。 局限性转导局限性转导1 1、进入溶原期的温和噬菌体，以前噬菌体、进入溶原期的温和噬菌体，以前噬菌体形式整合在细菌染色体的某一
17、位置，当形式整合在细菌染色体的某一位置，当其自发或经诱导中止溶原状态，前噬菌其自发或经诱导中止溶原状态，前噬菌体脱离细菌染色体时，脱离的前噬菌体体脱离细菌染色体时，脱离的前噬菌体基因携带出与它紧密连锁的细菌的基因携带出与它紧密连锁的细菌的DNADNA片片断，使受体菌获得供体菌的某种遗传性断，使受体菌获得供体菌的某种遗传性状的过程。状的过程。2 2、所转导的只限于供体菌染色体上特定的、所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。如基因。如噬菌体进入大肠埃希菌。噬菌体进入大肠埃希菌。12溶原性转换溶原性转换 ( (lysogeniclysogenic conversion) conversion) 在
18、在在在温和噬菌体的溶原期温和噬菌体的溶原期温和噬菌体的溶原期温和噬菌体的溶原期，因前噬菌体与细菌染色体整合因前噬菌体与细菌染色体整合因前噬菌体与细菌染色体整合因前噬菌体与细菌染色体整合而导致细菌基因型发生改变而而导致细菌基因型发生改变而而导致细菌基因型发生改变而而导致细菌基因型发生改变而获得新的性状。获得新的性状。获得新的性状。获得新的性状。 无毒的白喉杆菌感染了无毒的白喉杆菌感染了- -棒状杆菌噬菌体棒状杆菌噬菌体后变成后变成了产毒的白喉杆菌。了产毒的白喉杆菌。原生质体融合（原生质体融合（protoplast fusionprotoplast fusion） 原生质体融合是将两种不同的细菌经
19、溶菌酶原生质体融合是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或青霉素等处理，失去细胞壁成为原生质体后进行彼此融合的过程。进行彼此融合的过程。融合后的双倍体细胞可以短期生存，在此期间融合后的双倍体细胞可以短期生存，在此期间染色体之间可以发生基因的交换和重组，获得染色体之间可以发生基因的交换和重组，获得多种不同表型的重组融合体。多种不同表型的重组融合体。 聚乙二醇可促使二种原生质体的融合。聚乙二醇可促使二种原生质体的融合。第四节、基因突变第四节、基因突变（mutation)mutation)概概概概念念念念基因基因基因基因突变突变突变突变（点突变）（点突变）（点突变）（点突
20、变）染色体畸变（大突变）染色体畸变（大突变）染色体畸变（大突变）染色体畸变（大突变）随机发生与选择压力：自发突变、回复突变（野生型随机发生与选择压力：自发突变、回复突变（野生型随机发生与选择压力：自发突变、回复突变（野生型随机发生与选择压力：自发突变、回复突变（野生型突变型）突变型）突变型）突变型）突变剂诱导突变突变剂诱导突变突变剂诱导突变突变剂诱导突变 是指是指是指是指DNADNADNADNA碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构的变化，可分为点突变和染色体畸变。的变化，可分为点
21、突变和染色体畸变。的变化，可分为点突变和染色体畸变。的变化，可分为点突变和染色体畸变。类类类类型型型型规规规规律律律律一、基因突变规律一、基因突变规律1、自发突变、自发突变彷徨试验证明：突变是自发的；是在接触噬菌体之前已经彷徨试验证明：突变是自发的；是在接触噬菌体之前已经发生；噬菌体对突变仅起筛选作用，而不是诱导作用发生；噬菌体对突变仅起筛选作用，而不是诱导作用2、诱发突变：、诱发突变：人工诱导产生的突变。可提高细人工诱导产生的突变。可提高细菌的突变率。许多理化因子菌的突变率。许多理化因子 如如X线，紫外线，线，紫外线，亚硝酸盐等都具有诱变活性。亚硝酸盐等都具有诱变活性。突变率：突变率：自发突
22、变率为自发突变率为109106 诱发突变率提高诱发突变率提高101000倍倍3、突变与选择、突变与选择要从菌群中找出个别突变菌，必须将菌群放在一种利于突变菌要从菌群中找出个别突变菌，必须将菌群放在一种利于突变菌而不利于其他菌生长的环境中，才能将突变株选择出来。而不利于其他菌生长的环境中，才能将突变株选择出来。4、回复突变与抑制突变、回复突变与抑制突变 细菌由野生型变为突变型是正向突变，有细菌由野生型变为突变型是正向突变，有时突变株经过又一次突变可恢复为野生型的性时突变株经过又一次突变可恢复为野生型的性状，这种第二次突变称回复突变（状，这种第二次突变称回复突变（reverse mutation）
23、。）。 一般回复突变并没有改变正向突变的一般回复突变并没有改变正向突变的DNA序列，而是一个抑制基因（序列，而是一个抑制基因（suppressor gene）突变抑制了第一次突变所致的性状改变。）突变抑制了第一次突变所致的性状改变。二、突变型细菌及其分离二、突变型细菌及其分离1、抗性突变型、抗性突变型 耐药性突变：指原来对某种药物敏感的细菌发生变异而成耐药性突变：指原来对某种药物敏感的细菌发生变异而成为对该药具有耐受的菌株，可用影印试验筛选耐药突变株。为对该药具有耐受的菌株，可用影印试验筛选耐药突变株。2、营养缺陷突变型、营养缺陷突变型 细菌由原来能合成某种营养物质的原养型突变为不能合成细菌由
24、原来能合成某种营养物质的原养型突变为不能合成该物质的营养缺陷型。该物质的营养缺陷型。3、条件致死性突变型、条件致死性突变型 突变的细菌在某种特定条件下不能存活，而在另一适当条突变的细菌在某种特定条件下不能存活，而在另一适当条件下仍可正常生长。如件下仍可正常生长。如温度敏感突变株（温度敏感突变株（temperature sensitive mutant, ts株）株）4、发酵阴性突变型、发酵阴性突变型 突变后失去发酵某种糖的能力，主要是突变造成某种酶的突变后失去发酵某种糖的能力，主要是突变造成某种酶的缺陷。缺陷。第五节、细菌遗传变异在医学上的实际意义1、影响细菌学诊断、影响细菌学诊断2、预防耐药
25、菌株的扩散：、预防耐药菌株的扩散：3、制备菌苗、制备菌苗凡能诱导细菌突变的物质也可诱发人体细胞的基因突变凡能诱导细菌突变的物质也可诱发人体细胞的基因突变,这些物质有可能是致癌物质这些物质有可能是致癌物质. 鼠伤寒沙门菌鼠伤寒沙门菌(his-) 不生长不生长(无菌落无菌落) 鼠伤寒沙门菌鼠伤寒沙门菌(his-) 菌落生长菌落生长 凡能提高突变率、诱导菌落生长较多者，即证明被检凡能提高突变率、诱导菌落生长较多者，即证明被检物有致癌的可能性。物有致癌的可能性。(组氨酸营养缺陷型组氨酸营养缺陷型)普通培养基普通培养基可疑致癌物可疑致癌物 ?4、检测致癌物质（、检测致癌物质（Ames test）目的基因
26、目的基因（从生物体细胞基因组中制备的（从生物体细胞基因组中制备的DNADNA片段）片段）载体（质粒、噬菌体）载体（质粒、噬菌体） 重组重组DNADNA分子分子工程菌（大肠埃希菌、酵母菌）工程菌（大肠埃希菌、酵母菌）目的基因产物：目的基因产物：胰岛素、干扰素、生长因子、白细胞介素、胰岛素、干扰素、生长因子、白细胞介素、乙肝疫苗等乙肝疫苗等 连接酶连接酶 转移转移人工培养人工培养5、基因工程方面的应用、基因工程方面的应用思 考 题一、名词解释一、名词解释1接合接合（conjugation） 2转导转导（transduction）3转化转化（transformation）4R质粒质粒 5转座子转座子 6插入序列插入序列 7突突变变 8.整合子整合子 9.ts株株 10. Ames试验试验二、简答题二、简答题1举例说明细菌变异类型。举例说明细菌变异类型。2简述简述F+菌、菌、F-菌、菌、Hfr菌和菌和F菌的区别菌的区别3简述质粒的概念及主要特性。简述质粒的概念及主要特性。4简述普遍性转导与局限性转导的区别。简述普遍性转导与局限性转导的区别。5何谓彷徨试验？意义如何？何谓彷徨试验？意义如何？6.何谓影印培养试验？意义如何？何谓影印培养试验？意义如何？
