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1、第4章细菌的遗传变异第1页，此课件共42页哦分类分类 1 1、遗传变异遗传变异（基因型变异）（基因型变异）遗传物质结构改变，可传给后代；遗传物质结构改变，可传给后代；2 2、非遗传性变异（、非遗传性变异（表型变异表型变异）外界环境条件外界环境条件的作用引起，不能遗传，的作用引起，不能遗传，去诱可复原。去诱可复原。第2页，此课件共42页哦常见的变异现象举例常见的变异现象举例 1.1.形态结构变异形态结构变异（1 1）细菌）细菌L L型变异型变异（2 2）特殊结构变异）特殊结构变异 荚膜、芽胞荚膜、芽胞 H-O H-O 第3页，此课件共42页哦有荚膜的肺炎球菌有荚膜的肺炎球菌细菌形态结构变异细菌形
2、态结构变异荚膜的变异荚膜的变异第4页，此课件共42页哦S S型菌落型菌落R R型菌落型菌落菌落的变异菌落的变异2.2.菌落的变异：菌落的变异：S-RS-R变异（肠道杆菌）变异（肠道杆菌）第5页，此课件共42页哦 3.3.毒力变异毒力变异 （1 1）增强（白喉杆菌）增强（白喉杆菌）（2 2）减弱（卡介苗）减弱（卡介苗）第6页，此课件共42页哦 4.4.耐药性变异：耐药性变异：指细菌对药物所具有的相对抵抗性（对某指细菌对药物所具有的相对抵抗性（对某种抗菌药由敏感变为耐受）。种抗菌药由敏感变为耐受）。（1 1）单一耐药）单一耐药 （2 2）多重耐药性）多重耐药性 （3 3）对药物的依赖性）对药物的依
3、赖性第7页，此课件共42页哦第一节第一节 细菌基因组细菌基因组1 1、细菌的染色体、细菌的染色体缺乏组蛋白，外无核膜缺乏组蛋白，外无核膜包围，是一个环状双螺包围，是一个环状双螺旋旋DNADNA长链，反复盘绕成长链，反复盘绕成疏松网状结构，附着在疏松网状结构，附着在横隔中介体或细胞膜上。横隔中介体或细胞膜上。第8页，此课件共42页哦细菌染色体特征细菌染色体特征 较小（较小（580-5220kb)580-5220kb)；功能上相关的几个基因组成操纵子结构，仅功能上相关的几个基因组成操纵子结构，仅一个复制启动位点转录一条一个复制启动位点转录一条mRNAmRNA链，然后分别链，然后分别合成各自的蛋白；
4、合成各自的蛋白；基因是连续的，无内含子成分，转录的基因是连续的，无内含子成分，转录的 RNARNA无须加工剪切；无须加工剪切；第9页，此课件共42页哦不编码的不编码的DNADNA比真核细胞基因组少得多，比真核细胞基因组少得多，只有一少部分是不翻译的；只有一少部分是不翻译的；与病毒基因组相比，仅有少数基因存在重与病毒基因组相比，仅有少数基因存在重叠现象；叠现象；多数情况下结构基因在基因组中都是单拷贝。多数情况下结构基因在基因组中都是单拷贝。第10页，此课件共42页哦2 2、质粒、质粒(plasmid)(plasmid)是细菌染色体外的遗传物质是细菌染色体外的遗传物质，存在于细胞质中的环状闭合的双
5、链，存在于细胞质中的环状闭合的双链DNADNA分子。分子。自行丢失自行丢失/人工处理消失人工处理消失 第11页，此课件共42页哦质粒的主要特征质粒的主要特征具有自我复制能力；具有自我复制能力；携带的遗传信息能赋予宿主菌某些生物学性状携带的遗传信息能赋予宿主菌某些生物学性状（致育性、耐药性、致病性），利于在特定条件（致育性、耐药性、致病性），利于在特定条件下生存；下生存；不是细菌生命活动所必需的遗传物质；不是细菌生命活动所必需的遗传物质；质粒的转移性，可通过质粒的转移性，可通过接合、转化、转接合、转化、转导导等方式在细菌间转移；等方式在细菌间转移；第12页，此课件共42页哦按能否通过细菌接合作用
6、进行基因传递分按能否通过细菌接合作用进行基因传递分接合性质粒接合性质粒：40-100kbp40-100kbp的大质粒；的大质粒；非接合性质粒：非接合性质粒：15kbp15kbp及以下的小质粒。及以下的小质粒。F F质粒、多数的质粒、多数的R R质粒属于接合性质粒质粒属于接合性质粒 质粒分类质粒分类第13页，此课件共42页哦按质粒能否共存于同一菌体内分按质粒能否共存于同一菌体内分相容性相容性和和不相容性不相容性;按质粒在菌体内的数量分：按质粒在菌体内的数量分：松弛型松弛型和和紧密性紧密性按质粒编码的生物学性状分：按质粒编码的生物学性状分：致育质粒致育质粒（F F质粒，编码性菌毛）；质粒，编码性菌
7、毛）；耐药性质粒：耐药性质粒：编码细菌对抗菌药物或重编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性；金属盐类的耐药性；第14页，此课件共42页哦按质粒的生物学性状分按质粒的生物学性状分毒力质粒毒力质粒（ViVi质粒）；质粒）；细菌素质粒细菌素质粒（如（如ColCol质粒）；质粒）；代谢质粒代谢质粒（编码产生相关的代谢酶，如脲（编码产生相关的代谢酶，如脲酶、枸橼酸盐利用酶等）。酶、枸橼酸盐利用酶等）。第15页，此课件共42页哦 3 3、噬菌体基因组、噬菌体基因组温和噬菌体温和噬菌体前噬菌体前噬菌体第16页，此课件共42页哦转转座座元元件件（transposableelement)：是是存存在在于于细细菌
8、菌染染色色体体、质质粒粒或或噬噬菌菌体体基基因因组组中中的的一一段段特特异异性核苷酸序列片段，性核苷酸序列片段，能在能在DNADNA分子中移动。分子中移动。改变核苷酸序列改变核苷酸序列或或影响插入点附近的基因表达影响插入点附近的基因表达。是个活跃分子噢！是个活跃分子噢！二、细菌基因组中的特殊结构二、细菌基因组中的特殊结构第17页，此课件共42页哦2 2、按结构和功能不同分二类：、按结构和功能不同分二类：插入序列插入序列（insertion sequence,ISinsertion sequence,IS）：在细菌：在细菌中最早发现的最简单的一类转座元件，中最早发现的最简单的一类转座元件，只有插
9、入只有插入功能，不带其它遗传信息。功能，不带其它遗传信息。ISIS只编码一种参与转移作用的只编码一种参与转移作用的转座酶转座酶第18页，此课件共42页哦转座子转座子（transposon,Tn）结构较复杂，除两端的插入序列外，还携带结构较复杂，除两端的插入序列外，还携带有其它基因（有其它基因（耐药性耐药性、毒力）这些基因可、毒力）这些基因可随转座子转移重组随转座子转移重组，造成大的染色体突变。，造成大的染色体突变。转座行为导致转座行为导致DNADNA分子发生重排，分子发生重排，促使生物变异及促使生物变异及进化。进化。见图见图4-14-1：插入序列与转座子（：插入序列与转座子（P.50P.50）
10、第19页，此课件共42页哦转座子转座子耐药性耐药性Tn1 Tn2 Tn3Tn1 Tn2 Tn3氨苄青霉素氨苄青霉素Tn4Tn4氨苄青霉素氨苄青霉素、链霉素、磺胺链霉素、磺胺Tn5Tn5卡那霉素卡那霉素 、博莱霉素、链霉素博莱霉素、链霉素Tn6Tn6卡那霉素卡那霉素Tn7Tn7甲氧苄氨嘧啶甲氧苄氨嘧啶Tn9Tn9氯霉素氯霉素Tn10Tn10四环素四环素Tn551Tn551红霉素红霉素Tn971Tn971红霉素红霉素表表4-1 4-1 转座子基因编码的耐药性转座子基因编码的耐药性第20页，此课件共42页哦 3 3、整合子、整合子(integron,In)是是一种运动性一种运动性DNADNA分分子，
11、可子，可捕获整合捕获整合外源基因。外源基因。定位于染色体和质粒或转座子上，是细菌定位于染色体和质粒或转座子上，是细菌固有的一种遗传单位，固有的一种遗传单位，通过捕获外源性基通过捕获外源性基因来增强细菌生存能力。因来增强细菌生存能力。整合子的整合子的3 3个功能元件：个功能元件：整合酶基因、重组位点、启动子整合酶基因、重组位点、启动子第21页，此课件共42页哦第二节第二节 细菌的基因突变细菌的基因突变一、基因突变规律一、基因突变规律 基基因因突突变变：细细菌菌遗遗传传物物质质的的结结构构发发生生突突然然而而稳稳定定的的改改变，导致细菌性状的遗传性变异。变，导致细菌性状的遗传性变异。原因：自发突变
12、、人工诱变原因：自发突变、人工诱变类型：类型：点突变点突变（碱基置换）：转换、颠换（碱基置换）：转换、颠换多点突变多点突变（置换、缺失、插入）（置换、缺失、插入）染色体畸变：染色体畸变：大段染色体缺失、重复、异位大段染色体缺失、重复、异位第22页，此课件共42页哦诱变剂：紫外线、高温、辐射、化学物质（亚硝诱变剂：紫外线、高温、辐射、化学物质（亚硝酸盐、烷化剂、丫啶类染料等）。酸盐、烷化剂、丫啶类染料等）。二、突变型细菌二、突变型细菌1 1、耐药性突变体、耐药性突变体2 2、营养缺陷型突变体、营养缺陷型突变体3 3、条件致死性突变体（最常见、条件致死性突变体（最常见tsts株株 mutation
13、第23页，此课件共42页哦第三节第三节 基因的转移与重组基因的转移与重组转移：转移：外源性遗传物质由供体菌转入到受外源性遗传物质由供体菌转入到受 体菌的过程。体菌的过程。重组：重组：转移的基因与受体菌转移的基因与受体菌DNADNA整合在一起。整合在一起。第24页，此课件共42页哦外源遗传物质包括：外源遗传物质包括：供菌染色体基因组供菌染色体基因组 质粒质粒DNADNA 噬菌体基因组噬菌体基因组第25页，此课件共42页哦基因转移和重组方式：基因转移和重组方式：1 1转化转化(transformation)：受体菌直接摄取供体：受体菌直接摄取供体菌的菌的DNADNA片段，片段，使受体菌获得新性状。
14、使受体菌获得新性状。转化的转化的DNADNA片段称为片段称为转化因子转化因子。第26页，此课件共42页哦第27页，此课件共42页哦第28页，此课件共42页哦2 2接合接合(conjugation)细细菌菌通通过过性性菌菌毛毛连连接接沟沟通通，将将遗遗传传物物质质（质质粒）从供菌转移给受菌。类型有：粒）从供菌转移给受菌。类型有：（1 1）F F质粒的接合质粒的接合 见图见图 第29页，此课件共42页哦接合时接合时F F因子的转移与复制因子的转移与复制F+F染色体染色体F F质粒质粒F+FF+F+高频重组株高频重组株 （HfrHfr）：）：F因子整合到细菌环状DNA上，这种整合状态F菌株叫Hfr（
15、高频重组）。第30页，此课件共42页哦（2 2）R R质粒的接合质粒的接合 细菌耐药性细菌耐药性与染色体基因突变和与染色体基因突变和R R质粒的质粒的接合转移有关。接合转移有关。R R质粒由两部分组成质粒由两部分组成 耐药传递因子耐药传递因子（RTFRTF，相当于，相当于F F质粒可编质粒可编码性菌毛和通过接合转移）；码性菌毛和通过接合转移）；耐药决定因子耐药决定因子（r r决定因子，编码对药物的耐决定因子，编码对药物的耐受性）受性）第31页，此课件共42页哦ISISr r决定因子决定因子ISISRTFRTFr r决定因子决定因子Tn9Tn9 氯氯Tn4Tn4磺磺Tn5Tn5卡卡R R质粒结构
16、示意图质粒结构示意图RTFRTF第32页，此课件共42页哦3 3转导转导(transduction)以以噬噬菌菌体体为为载载体体，将将供供菌菌的的一一段段DNADNA转转移移到到受受体菌内，并获得新性状。体菌内，并获得新性状。第33页，此课件共42页哦 根据转导根据转导DNADNA片段的范围片段的范围可分为：可分为：（1 1）普遍性转导：转导供体菌染色体或质）普遍性转导：转导供体菌染色体或质 粒任何粒任何DNADNA片段。片段。这这种种错错误误包包装装是是随随机机的的，任任何何供供菌菌DNADNA片片段段都都有有可能被误装入噬菌体内。可能被误装入噬菌体内。第34页，此课件共42页哦普遍性转导模
17、式图普遍性转导模式图第35页，此课件共42页哦（2 2）局限性转导）局限性转导被转导的基因被转导的基因位于前噬菌体两侧位于前噬菌体两侧的供菌基因。的供菌基因。第36页，此课件共42页哦前噬菌体gal bio正常脱离断裂和再接偏差脱离galbio galbio gal bio gal bio bio gal断裂和再接局限性转导示意图局限性转导示意图第37页，此课件共42页哦 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基因转导发生时期基因转导发生时期 裂解期裂解期 溶原期溶原期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
18、DNADNA任何部位或质粒任何部位或质粒噬菌体噬菌体DNADNA及供体及供体菌菌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完全转导或流产转导流产转导受体菌获得供体菌受体菌获得供体菌DNADNA特定部位的遗特定部位的遗传特性传特性第38页，此课件共42页哦4 4溶原性转换溶原性转换(lysogenicconversion)指噬菌体基因整合于细菌染色体上（噬指噬菌体基因整合于细菌染色体上（噬菌体作为供体），菌体作为供体），使细菌处于溶原状态并获使细菌处于溶原状态并获得新性状。得新性状。如：如：-棒状噬菌体棒状噬菌体白喉毒素基因白喉毒素基因 A A群链球菌群链球菌红疹毒素红疹毒素 第39页，此课件共42页哦第40页，此课件共42页哦5 5原生质体融合原生质体融合(protoplastfusion)两个细菌失去细胞壁成为原生质体后的相两个细菌失去细胞壁成为原生质体后的相互融合过程。互融合过程。是一种有价值实验工具（经培养可重新出是一种有价值实验工具（经培养可重新出现胞壁，再按其遗传标志选择需要的重组菌）。现胞壁，再按其遗传标志选择需要的重组菌）。第41页，此课件共42页哦原生质体融合原生质体融合(protoplastfusion)第42页，此课件共42页哦