微生物第04章细菌的遗传变异课件.ppt

1、 遗传与变异遗传与变异n细菌的遗传物质细菌的遗传物质n基因的转移与重组基因的转移与重组n 基因突变基因突变n 遗传变异的意义遗传变异的意义l形态结构变异形态结构变异l抗原性变异抗原性变异l菌落的变异菌落的变异l毒力变异毒力变异l耐药性变异耐药性变异细菌的变异现象细菌的变异现象看我七十二变！看我七十二变！（一）形态结构的变异（一）形态结构的变异 1.细菌的细菌的L型变异：因胞壁缺陷，而呈多型变异：因胞壁缺陷，而呈多 形性。形性。2.细菌的特殊结构变异：荚膜（肺炎链球细菌的特殊结构变异：荚膜（肺炎链球 菌）、芽胞（炭疽芽孢杆菌）、菌）、芽胞（炭疽芽孢杆菌）、鞭毛鞭毛 （变形（变形 杆菌杆菌H-O变

2、异）也可发生变异。变异）也可发生变异。（二）菌落变异（二）菌落变异 细菌的菌落主要有光滑细菌的菌落主要有光滑(smooth,S)型和粗糙型和粗糙(rough,R)型两种。型两种。S型菌落表面光滑、湿润、型菌落表面光滑、湿润、边缘整齐。经人工培养多次传代后菌落表面边边缘整齐。经人工培养多次传代后菌落表面边为粗糙、干燥、边缘不整齐，称为粗糙、干燥、边缘不整齐，称SR变异变异。粗糙型菌落粗糙型菌落光滑型菌落光滑型菌落（三（三）毒力变异毒力变异 毒力增强：无毒力的白喉棒状杆菌，不毒力增强：无毒力的白喉棒状杆菌，不致病；感染了致病；感染了-棒状噬菌体后变成溶原棒状噬菌体后变成溶原性细菌，获得产生白喉毒素

3、的能力，引性细菌，获得产生白喉毒素的能力，引起白喉。起白喉。毒力减弱：有毒菌株长期在人工培养基毒力减弱：有毒菌株长期在人工培养基上传代培养，可使细菌的毒力减弱或消上传代培养，可使细菌的毒力减弱或消失。如卡介苗失。如卡介苗(BCG)。（四）耐药性变异（四）耐药性变异 耐药性变异：耐药性变异：细菌对某种抗菌药物由细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐药的变异。有些细菌还表现为敏感变为耐药的变异。有些细菌还表现为多重耐药性。多重耐药性。从抗生素广泛应用以来，细菌对从抗生素广泛应用以来，细菌对抗生素耐药的不断增长是世界范围内抗生素耐药的不断增长是世界范围内的普遍趋势，给临床治疗带来很大的的普遍趋势，给临床治疗

4、带来很大的困难，并成为当今医学上的重要问题。困难，并成为当今医学上的重要问题。稳定 不稳定l细菌染色体细菌染色体l质粒质粒l噬菌体噬菌体l转位因子转位因子第一节第一节 细菌遗传变异的物质基础细菌遗传变异的物质基础（二）质（二）质 粒粒 质粒质粒：是细菌染色体外能够自主是细菌染色体外能够自主 复制并控制细菌某些生物学性复制并控制细菌某些生物学性 状的环状闭合双链状的环状闭合双链DNADNA。医学上重要的质粒医学上重要的质粒 1.致育质粒（致育质粒（F质粒）质粒）编码细菌的性菌毛编码细菌的性菌毛。2.耐药性质粒耐药性质粒（R质粒）质粒）编码细菌对抗编码细菌对抗菌药物的耐药性。菌药物的耐药性。3.毒

5、力质粒（毒力质粒（Vi质粒）质粒）编码与该菌致病编码与该菌致病性有关的毒力因子。性有关的毒力因子。4.细菌素质粒细菌素质粒（Col质粒）质粒）编码细菌产编码细菌产生细菌素生细菌素。质粒质粒DNADNA的特征的特征q质粒具有自我复制的能力；质粒具有自我复制的能力；q质粒赋予细菌某些性状特征；质粒赋予细菌某些性状特征；q质粒可自行丢失与消除；质粒可自行丢失与消除；q质粒的转移性；质粒的转移性；q质粒可分为相容性与不相容性两种。质粒可分为相容性与不相容性两种。（三）噬菌体（三）噬菌体（phagephage）1.1.概念概念 是侵噬细菌或真菌的病毒是侵噬细菌或真菌的病毒特点：具有严格的宿主特异性。特点

6、：具有严格的宿主特异性。我很敬业，我很专一！我很敬业，我很专一！噬菌体吸附大肠杆菌示意图噬菌体吸附大肠杆菌示意图 2.2.噬菌体的形态与结构噬菌体的形态与结构 基本形态：基本形态：蝌蚪形、微球形和细杆形蝌蚪形、微球形和细杆形头部头部核心：核心：DNA DNA 或或 RNARNA衣壳：蛋白质衣壳：蛋白质尾部尾部蛋白质蛋白质与吸附宿主有关与吸附宿主有关结构结构:复制噬菌体感染细菌的结果噬菌体感染细菌的结果p溶菌性周期溶菌性周期 毒性噬菌体毒性噬菌体p溶原性周期溶原性周期 前噬菌体前噬菌体 溶原性细菌溶原性细菌 温和噬菌体温和噬菌体（四）转位因子（四）转位因子n转位因子：是存在于细菌染色体或质粒转位

7、因子：是存在于细菌染色体或质粒DNADNA分子上的一段特异性核苷酸序列片段，分子上的一段特异性核苷酸序列片段，它能在它能在DNADNA分子中移动，不断改变它们在分子中移动，不断改变它们在基因组中的位置，能从一个基因组转移基因组中的位置，能从一个基因组转移到另一基因组中。到另一基因组中。n转位因子有二类：转位因子有二类：插入序列插入序列(IS)(IS)和转座子和转座子(TnTn)。v我是个活跃分子噢！我是个活跃分子噢！1.1.插入序列（插入序列（insertion sequence,ISinsertion sequence,IS）是最小的转位因子，长度不超过是最小的转位因子，长度不超过2 2kb

8、kb，不携带，不携带任何已知与插入功能无关的基因区域，往往是任何已知与插入功能无关的基因区域，往往是插入后与插入点附近的序列共同起作用，可能插入后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。是原细胞正常代谢的调节开关之一。2.2.转座子（转座子（transposon,Tntransposon,Tn）长度一般超过长度一般超过2 2kbkb，除携带与转位有关的基因外，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因等。因此当他结构基因等。因此当TnTn插入某一基因时，一方插入某一基因时，一方面可引起插入基

9、因失活产生基因突变，另一方面面可引起插入基因失活产生基因突变，另一方面可因带入耐药性基因而使细菌获得耐药性。转座可因带入耐药性基因而使细菌获得耐药性。转座子可能与细菌的多重耐药性有关。子可能与细菌的多重耐药性有关。说了这么多，严重记不住！说了这么多，严重记不住！开开心吧！开开心吧！第二节第二节 细菌遗传变异的机制细菌遗传变异的机制l基因突变基因突变l基因的转移与重组基因的转移与重组转化转化接合接合转导转导溶原性转换溶原性转换一一 基因突变与损伤后修复基因突变与损伤后修复l小突变（碱基置换；缺失；插入）小突变（碱基置换；缺失；插入）l大突变（染色体畸变）大突变（染色体畸变）（一）突变（一）突变(

10、mutation)(mutation)：是细菌遗传物是细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致质的结构发生突然而稳定的改变，导致细菌性状的遗传性变异。细菌性状的遗传性变异。突变突变(mutation)(mutation)回复突变回复突变（back mutationback mutation）：恢复原）：恢复原有性状的再次突变。有性状的再次突变。自发突变自发突变（spontaneous mutationspontaneous mutation）：）：在自然条件下发生的突变。在自然条件下发生的突变。诱变诱变（induced mutationinduced mutation）：人为因素）：人为因

11、素增加突变率。增加突变率。突变的分子机制突变的分子机制(了解了解)小范围突变小范围突变-点突变点突变 1.1.碱基置换：在碱基置换：在DNADNA复制时，一对碱基复制时，一对碱基 为另为另一对所取代或换位。一对所取代或换位。-转换（转换（transitiontransition）-嘌呤被嘌呤嘌呤被嘌呤或嘧啶被嘧啶所取代。或嘧啶被嘧啶所取代。-颠换（颠换（transversiontransversion）-嘌呤被嘌呤被嘧啶或嘧啶被嘌呤所取代。嘧啶或嘧啶被嘌呤所取代。基因突变特点 1.自发性和不对应性 2.稀有性 自然突变率极低。（自然突变率极低。（1010-6-61010-9-9 ）3.可诱发性

12、 4.独立性 突变是随机的 5.稳定性 6.可逆性 恢复原先的表型，但不一定是原先恢复原先的表型，但不一定是原先的基因型（抑制基因：基因内抑制、基因间抑的基因型（抑制基因：基因内抑制、基因间抑制）。制）。p影印试验影印试验(replica plating)重要的突变株 1.营养缺陷型 2.抗性突变株 抗药性、抗紫外线、抗噬菌体 3.条件之死突变型 4.毒力突变型DNA的损伤修复 SOS诱导产生缺乏校对功能的DNA聚合酶，DNA复制时产生差错。p基因转移基因转移(gene transfer)(gene transfer)：外源性的遗传物质由供体菌进入某受外源性的遗传物质由供体菌进入某受 体菌细胞

13、内的过程。体菌细胞内的过程。p基因重组基因重组(recombination)(recombination)：转移的基因与受体菌转移的基因与受体菌DNADNA整合在一整合在一 起，起，使受体菌获得供体菌某些特性。使受体菌获得供体菌某些特性。p细菌的基因转移和重组可通过转化、细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转导、溶原性转换和细胞融合等接合、转导、溶原性转换和细胞融合等方式进行。方式进行。二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组受体菌直接摄取供体菌受体菌直接摄取供体菌DNADNA片段并整合到自己的片段并整合到自己的基因组中，从而获得新的遗传性状的过程。基因组中，从而获得新的遗传性状的过程。艾弗

14、里等人的实验艾弗里等人的实验不仅揭开了不仅揭开了“格里格里菲斯之谜菲斯之谜”，并且，并且在世界上第一次证在世界上第一次证明基因就在明基因就在DNADNA上。上。Oswald Theodore Avery （18771955）转化的条件：转化的条件：（1 1）转化的）转化的DNADNA片段的分子量要小于片段的分子量要小于1 110107 7，最多不超过，最多不超过10201020个基因。个基因。（2 2）受体菌只有进入感受态时才能摄）受体菌只有进入感受态时才能摄取外源取外源DNADNA。感受态的细菌：感受态的细菌：表面有一种吸附表面有一种吸附DNADNA的受体；的受体；感受态细菌一般出现在对数生

15、长期感受态细菌一般出现在对数生长期 的后期（维持几分钟至的后期（维持几分钟至34h34h）。）。细菌的感受态可用人工诱导的转化程细菌的感受态可用人工诱导的转化程序形成。人工感受态的转化系统最适序形成。人工感受态的转化系统最适用于质粒和噬菌体的用于质粒和噬菌体的DNADNA。普遍性转导普遍性转导(generalized transduction)(generalized transduction)完全转导完全转导外源性外源性DNADNA片段与受体菌的染色体整片段与受体菌的染色体整合，并随染色体而传代，称完全转导合，并随染色体而传代，称完全转导 流产转导流产转导外源性外源性DNADNA片段游离在胞

16、质中片段游离在胞质中,既不既不能与受体菌染色体整合，也不能自身能与受体菌染色体整合，也不能自身复制，称为流产转导复制，称为流产转导 细细 菌菌 的的 遗遗 传传 与与 变变 异异细细 菌菌 的的 遗遗 传传 与与 变变 异异普遍性转导与局限性转导的区别普遍性转导与局限性转导的区别区别要点区别要点普遍性转导普遍性转导局限性转导局限性转导转导的遗传物质转导的遗传物质供体菌染色体供体菌染色体DNADNA任何部位或质粒任何部位或质粒供体菌供体菌DNADNA的特定部位的特定部位转导的后果转导的后果完全转导或流产转完全转导或流产转导导受体菌获得供体菌受体菌获得供体菌DNADNA特特定部位的遗传特性定部位的

17、遗传特性转导频率转导频率受体菌的受体菌的10-710-7转导频率较普遍转导增加转导频率较普遍转导增加10001000倍倍(10(10-4-4)接合性质粒接合性质粒 F F质粒、质粒、R R质粒、质粒、ColCol质粒、毒力质粒等。质粒、毒力质粒等。（1 1）F F质粒质粒高频重组菌高频重组菌(High frequency recombinant,(High frequency recombinant,HfrHfr)：F F质粒能稳定地被整合到染色体所形成质粒能稳定地被整合到染色体所形成的细菌的细菌。HfrF-HfrF-HfrF-HfrF-HfrHfr接合接合 F F-菌菌 F F-菌（接合状态

18、可自发菌（接合状态可自发解离或受外界因素影响中断，很难获完解离或受外界因素影响中断，很难获完整整F F质粒）质粒）从从HfrHfr菌中染色体上脱离下来的菌中染色体上脱离下来的F F质粒有质粒有时会携带相邻的染色体基因或时会携带相邻的染色体基因或DNADNA片段，片段，称为称为FF质粒（该菌被称为质粒（该菌被称为FF菌）。菌）。F+F+菌、菌、HfrHfr、FF三种菌都有性菌毛，均三种菌都有性菌毛，均可通过接合方式进行基因的转移。可通过接合方式进行基因的转移。（2 2）R R质粒的接合质粒的接合q细菌的耐药性与耐药性的基因突变细菌的耐药性与耐药性的基因突变及及R R质粒的接合转移等有关。质粒的接

19、合转移等有关。qR R质粒有耐药传递因子质粒有耐药传递因子(RTF)(RTF)和耐药和耐药决定子决定子(r)(r)两部分组成。两部分组成。RTFRTF功能与功能与F F质粒相似，质粒相似，R R决定子能编码对抗菌决定子能编码对抗菌药物的耐药性。药物的耐药性。Tn 9Tn 21Tn 10Tn 8RTFR determinant R R因子的结构因子的结构 R R质粒决定耐药的机制：质粒决定耐药的机制：使细菌产生灭活抗生素的使细菌产生灭活抗生素的酶类酶类R R质粒控制细菌改变药物质粒控制细菌改变药物作用的靶部位作用的靶部位R R质粒可控制细菌细胞对质粒可控制细菌细胞对药物的通透性药物的通透性原生质

20、体融合（原生质体融合（cell fusioncell fusion）是两种不同的细菌（或细胞）失去细胞是两种不同的细菌（或细胞）失去细胞壁成为原生质体后相互融合成一个重组壁成为原生质体后相互融合成一个重组体的过程，也称原生质体融合体的过程，也称原生质体融合（protoplast fusionprotoplast fusion）或基因转输或基因转输（genetic transfusiongenetic transfusion）。）。第三节第三节 细菌遗传变异的应用细菌遗传变异的应用 在细菌分类学上的应用在细菌分类学上的应用 在疾病的诊断、治疗与预防中的应用在疾病的诊断、治疗与预防中的应用 在测定致癌物质中的应用在测定致癌物质中的应用 诱变剂在临床和工业生产中的应用在诱变剂在临床和工业生产中的应用在流行病学中的应用流行病学中的应用 在基因工程中的应用在基因工程中的应用思考题 1.参与细菌遗传变异的物质有哪些？2.什么是质粒？有哪些特性？3.什么是噬菌体？感染细菌后与细菌的关系如何？什么是转导噬菌体？可引起那些转导？4.什么是转位因子？分为哪几类？有什么作用？思考题 5.5.什么是突变？有哪些重要特点？什么是突变？有哪些重要特点？医学上有哪些重医学上有哪些重要的突变型？要的突变型？