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1、Bacterial heredity and variation教学重难点1 1、教学、教学重点重点：细菌变异：细菌变异的机制的机制2 2、教学、教学难点难点：细菌遗传：细菌遗传和变异的物质基础和变异的物质基础 遗传（遗传（heredityheredity）子代与亲代的生物学性状基本相同，且代代相子代与亲代的生物学性状基本相同，且代代相传。传。变异（变异（variationvariation）子代与亲代以及子代与子代之间的生物学性状子代与亲代以及子代与子代之间的生物学性状出现差异。出现差异。基因型变异基因型变异 表型变异表型变异基因改变基因改变+-遗传遗传+-可逆性可逆性-+外界环境外界环境-
2、+变异幅度变异幅度个别细胞个别细胞群体群体-细菌的变异现象细菌的变异现象细菌的变异现象细菌的变异现象毒力变异毒力变异形态结构的变异形态结构的变异耐药性变异耐药性变异细菌的变异现象细菌的变异现象细菌的变异现象细菌的变异现象菌落变异菌落变异-细菌的变异现象细菌的变异现象细菌的变异现象细菌的变异现象形态结构变异形态结构变异正常形态细菌正常形态细菌细菌细菌L型型葡萄球菌葡萄球菌葡萄球菌葡萄球菌L型型青霉素、溶菌酶等青霉素、溶菌酶等-细菌的变异现象细菌的变异现象细菌的变异现象细菌的变异现象形态结构变异形态结构变异有荚膜的肺炎球菌有荚膜的肺炎球菌无荚膜的肺炎球菌无荚膜的肺炎球菌-细菌的变异现象细菌的变异现
3、象细菌的变异现象细菌的变异现象毒力变异毒力变异白喉棒状杆菌白喉棒状杆菌获得白喉毒素获得白喉毒素棒状杆菌噬菌体棒状杆菌噬菌体白喉杆菌溶原性转换示意图白喉杆菌溶原性转换示意图-细菌的变异现象细菌的变异现象细菌的变异现象细菌的变异现象耐药性变异耐药性变异1.1.金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从19461946年的年的14%14%上升至目前的上升至目前的80%80%以上。以上。2.2.有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多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。重耐药性，甚至产生药物依赖性。含链霉素培养基含链霉素培养基痢疾杆菌痢疾杆菌
4、依链株依链株(耐药菌株耐药菌株)长期培养长期培养-细菌的变异现象细菌的变异现象细菌的变异现象细菌的变异现象细菌菌落形态变异细菌菌落形态变异S型菌落型菌落R型菌落型菌落-细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质质粒质粒染色体染色体噬菌体噬菌体细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质转位因子转位因子整合子整合子染色体（染色体（chromosomechromosome）环状双螺旋环状双螺旋DNA，长约，长约1mm,决定细菌基因型决定细菌基因型(genotype)和表型和表型(phenotype）缺乏组蛋白，有核蛋白缺乏组蛋白，有核蛋白 染色体基因无内含子染色体基因无内
5、含子 细菌染色体细菌染色体DNA的复制的复制 和高等生物十分相似和高等生物十分相似。-细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质质粒（质粒（plasmidplasmid）染色体外的遗传物质，是环状闭合双链的染色体外的遗传物质，是环状闭合双链的 DNADNA，存在于细胞质中，具有自我复制能力，所携带的，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。遗传物质能赋予宿主菌某些生物学性状。-细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质医学上重要的质粒医学上重要的质粒1.1.F F质粒（致育因子）质粒（致育因子）-编码细菌的性菌毛编码细菌的性菌毛
6、2.2.R R质粒质粒 (耐药性质粒耐药性质粒)-与细菌耐药性有关与细菌耐药性有关3.Vi3.Vi质粒（毒力质粒）质粒（毒力质粒）-编码与该菌致病性有关编码与该菌致病性有关的毒力因子，如的毒力因子，如STST、LTLT质粒质粒4.4.代谢质粒代谢质粒 -编码产生相关的代谢酶编码产生相关的代谢酶5.5.细菌素质粒细菌素质粒-编码细菌素编码细菌素-细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质质粒（质粒（plasmidplasmid）质粒的特性质粒的特性1.1.自我复制（紧密型质粒和松弛型质粒）自我复制（紧密型质粒和松弛型质粒）2.2.可以自行丢失与消除可以自行丢失与消除3.3.可赋予细
7、菌新的性状可赋予细菌新的性状4.4.可在菌间转移可在菌间转移5.5.相容性和不相容性相容性和不相容性-细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质质粒（质粒（plasmidplasmid）噬菌体噬菌体(bacteriophage)-细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质噬菌体噬菌体(bacteriophage)-细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质噬菌体噬菌体(bacteriophagebacteriophage)-细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质相关概念相关概念 1.1.前噬菌体（前噬菌体（prophagepropha
8、ge）：）：?2.2.溶原性细菌（溶原性细菌（lysogeniclysogenic bacterium bacterium）：）：?3.3.温和噬菌体（温和噬菌体（temperate phagetemperate phage）：）：?转位因子转位因子(Transposable element)转位因子是存在于细菌染色体或质粒转位因子是存在于细菌染色体或质粒DNADNA分子分子上的一段特异性核苷酸序列片段，它能在上的一段特异性核苷酸序列片段，它能在DNADNA分子分子中移动，不断改变它们在基因组的位置，能从一个中移动，不断改变它们在基因组的位置，能从一个基因组转移到另一个基因组中。基因组转移到另
9、一个基因组中。-细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质转位因子转位因子(Transposable element)-细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质细菌的遗传物质转位因子分类转位因子分类插入系列插入系列转座子转座子转座噬菌体或前噬菌体转座噬菌体或前噬菌体 是最小的转位因是最小的转位因子，不携带细菌表现任子，不携带细菌表现任何性状的基因，可能是何性状的基因，可能是原核细胞正常代谢的调原核细胞正常代谢的调节开关之一节开关之一 除携带与转位有除携带与转位有关的基因外，还携带耐关的基因外，还携带耐药性基因、毒素基因等药性基因、毒素基因等,它可能与细菌的多重它可能与细菌的多重
10、耐药性有关耐药性有关转座子转座子携带耐药或毒素基因携带耐药或毒素基因Tn1 Tn2 Tn3AP(氨苄青霉素氨苄青霉素)Tn4AP、SM(链霉素链霉素)、Su(磺胺磺胺)Tn5 Tn6Km(卡那霉素卡那霉素)Tn7TMP(甲氧苄氨嘧啶甲氧苄氨嘧啶)、SMTn9Cm(氯霉素氯霉素)Tn10Tc(四环素四环素)Tn551Em(红霉素红霉素)Tn971Em(红霉素红霉素)Tn1681大肠埃希菌大肠埃希菌(肠毒素基因肠毒素基因)转座子的特征转座子的特征转座子的特征转座子的特征-细菌的变异机制细菌的变异机制细菌的变异机制细菌的变异机制一、基因突变一、基因突变(mutation)(mutation)基因突变
11、即遗传物质结构发生突然改变基因突变即遗传物质结构发生突然改变基因突变的类型基因突变的类型点突变点突变：范围小：范围小 染色体畸变染色体畸变：范围大：范围大基因突变的机制基因突变的机制碱基的置换和移码碱基的置换和移码-细菌的变异机制细菌的变异机制细菌的变异机制细菌的变异机制一、基因突变一、基因突变(mutation)(mutation)基因突变特性基因突变特性1.1.自发性与可诱发性自发性与可诱发性2.2.随机性与不对应性随机性与不对应性 e.g.e.g.彷徨试验；影印试验彷徨试验；影印试验3.3.可逆性可逆性 突变可回复：突变可回复：野生型野生型 突变株突变株-细菌的变异机制细菌的变异机制细菌
12、的变异机制细菌的变异机制一、基因突变一、基因突变(mutation)(mutation)彷徨实验彷徨实验影印实验影印实验转导转导转化转化接合接合溶原性转换溶原性转换原生质体融合原生质体融合-细菌的变异机制细菌的变异机制细菌的变异机制细菌的变异机制二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组-基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组转化（转化（transformationtransformation）转化是供体菌裂解游离的转化是供体菌裂解游离的DNADNA片段被受体菌片段被受体菌直接摄取直接摄取，使受体菌获得新的性状。，使受体菌获得新的
13、性状。-基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组转化（转化（transformationtransformation）-基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组转导（转导（transduction）以以温和噬菌体温和噬菌体为媒介，将供体菌的为媒介，将供体菌的DNADNA片段转片段转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。普遍性转导（普遍性转导（generalized transductiongeneralized transductio
14、n）包括完全转导与流产转导包括完全转导与流产转导局限性转导（局限性转导（restricted transductionrestricted transduction）-基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组转导（转导（transductiontransduction）普普遍遍性性转转导导-基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组转导（转导（transduction）局局限限性性转转导导-基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组二、基因的转移和
15、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基因转导发生的时期生的时期裂解期裂解期溶原期溶原期转导的遗传转导的遗传物质物质供体菌染色体供体菌染色体DNA任何部位或质粒任何部位或质粒噬菌体噬菌体DNA及供体菌及供体菌DNA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DNA特特定部位的遗传特性定部位的遗传特性转导频率转导频率受体菌的受体菌的10-7转导频率较普遍转导增加转导频率较普遍转导增加1000倍倍(10-4)-基因的转移和重组基
16、因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组接合（接合（conjugation）细菌通过细菌通过性性菌毛菌毛相互连接沟相互连接沟通，将遗传物质通，将遗传物质（主要是质粒（主要是质粒DNADNA）从供体菌转）从供体菌转移给受体菌移给受体菌,使受使受体菌获得新性状。体菌获得新性状。-基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组接合（接合（conjugationconjugation）F质粒的接合质粒的接合(F+与与F-的接合的接合)-基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组
17、二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组接合（接合（conjugationconjugation）F+与与Hfr菌的转换菌的转换Hfr与与F+菌的转换菌的转换-基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组接合（接合（conjugation）F质粒的接合质粒的接合(Hfr与与F-的接合的接合)-基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组高频重组菌高频重组菌 （high frequency recombinant，Hfr）细菌染色体上整合有细菌染色体上整合有F F质粒，该菌能以
18、较高质粒，该菌能以较高的频率转移细菌染色体基因。的频率转移细菌染色体基因。FF质粒质粒：F F质粒在质粒在HfrHfr菌中的整合作用是一菌中的整合作用是一种可逆过程，从染色体上脱离下来的种可逆过程，从染色体上脱离下来的F F质粒还会质粒还会携带邻近的染色体基因或携带邻近的染色体基因或DNADNA片段。片段。F+、Hfr、F都为雄菌都为雄菌-基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组R R质粒的接合质粒的接合 耐药传递因子耐药传递因子（resistance transfer factor,RTF）与）与F质粒相似质粒相似 耐药（耐药（
19、r）决定子）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编码对抗菌药物的耐药性，可由几个转座子连接相邻排列。相邻排列。-基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组R R质粒的接合质粒的接合Tn 9Tn 21Tn 10Tn 8RTFR determinant-基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组溶原性转换（溶原性转换（lysogenic conversion）溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体溶原性细菌因染色体上整合
20、有前噬菌体,从从而获得新的遗传性状，称溶原性转换。而获得新的遗传性状，称溶原性转换。白喉棒状杆菌白喉棒状杆菌获得白喉毒素获得白喉毒素棒状杆菌噬菌体棒状杆菌噬菌体-基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组基因的转移和重组二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组原生质体融合（原生质体融合（protoplast fusion)是将两种不同是将两种不同的细菌经溶菌酶或的细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失青霉素等处理，失去细胞壁成为原生去细胞壁成为原生质体后进行彼此融质体后进行彼此融合的过程。合的过程。-细菌遗传变异的医学应用细菌遗传变异的医学应用细菌遗传变异的医学应用细菌遗传变异的医学应用1.1.
21、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 2.2.在流行病学中的应用在流行病学中的应用 噬菌体分型噬菌体分型 指纹图谱法指纹图谱法 （plasmid fingerprinting,PFPplasmid fingerprinting,PFP）3.3.在测定致癌物质中的应用在测定致癌物质中的应用-AmesAmes test test 4.4.在基因工程中的应用在基因工程中的应用 工程技术生产胰岛素、生长激素工程技术生产胰岛素、生长激素 、疫苗等、疫苗等-细菌遗传变异的医学应用细菌遗传变异的医学应用细菌遗传变异的医学应用细菌遗传变异的医学应用AmesAmes test test-细菌遗传变异的医学应用细菌遗传变异的医学应用细菌遗传变异的医学应用细菌遗传变异的医学应用基因工程的主要步骤基因工程的主要步骤 从供体细胞（细菌或其他生物细胞）的从供体细胞（细菌或其他生物细胞）的DNADNA上上切取一段需表达的基因，即所谓的切取一段需表达的基因，即所谓的目的基因。目的基因。将目的基因结合至适当的将目的基因结合至适当的载体载体（质粒或噬菌（质粒或噬菌体）上。体）上。通过载体将目的基因转移到工程菌（受体菌）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体内，随着细菌的大量繁殖表达出大量的目的基因产物。因产物。