细菌的遗传和变异课件.ppt
细菌的遗传和变异,遗传：使微生物的性状保持其种属的稳定性；变异：是微生物进化的基础；基因（gene）基因型（genotype）表现型（phenotype）,第一节 细菌的变异现象,一、遗传分类：1、遗传型变异 2、非遗传型变异,二、变异现象,（一）形态变异对数期：典型形态；(适宜的条件)迟缓期：菌体增大，稳定期、衰退期 细菌呈多形性；鼠疫耶尔森氏菌细胞壁缺损L型菌落,（3-6%NaCl）,球形、棒状、丝状、哑铃形等；,（二）结构变异,肺炎链球菌荚膜消失 恢复变形杆菌鞭毛 失去鞭毛 恢复鞭毛（表型)细菌从有鞭毛变为无鞭毛统称为HO变异。,（1g/L石碳酸）,一般培养基上,（三）菌落变异（S-R变异）,光滑型（S.smooth）粗糙型（.rough）,（四）毒力变异,减弱：BCG（卡介苗）Calmette 和Guerin 230次历时13年之久传代培养，毒力减弱，抗原性不变的菌株。预防接种，不致病，但可获得免疫力。增强：无荚膜肺炎链球菌小白鼠腹腔接种，毒力增强产生荚膜；,（五）耐药性变异,对某种药物敏感的细菌变成对该药耐受的变异称为耐药性变异；,染色体耐药基因的突变耐药性质粒的转移转座子的插入,细菌产生特定的酶类或多肽类物质阻挡药物向靶细胞穿透、发生新的代谢途径；,抗生素结合蛋白发生改变不能和抗生素结合或细菌外膜通透性改变抗生素不能到达结合位点耐药发生,MRSA：Methicillin Resistant Stapylococus Aureus 耐甲氧西林青霉素的金黄色葡萄球菌 产生低亲合力的青霉素结合蛋白青霉素不能干扰细胞壁的合成；,第二节 遗传和变异的物质基础,一、细菌成为遗传学研究重要手段的原因：1、细菌是原核细胞，只有一套单倍数目的染色体，只要有一个基因发生突变，就会有表现型的改变，易于研究其遗传和变异性；2、细菌能在一定成分的培养基上生长，可人为控制环境条件，利于研究；3、繁殖周期短，可在短时间内获得大量具有亲代基因型的个体；,二、细菌的遗传物质：染色体（核质）质粒,（一）细菌的染色体,1、特点：（1）一条环状双螺旋长链，反复扭曲折叠，呈负超螺旋结构；（2）长度约菌体1000倍，分子量109dal左右,2、细菌染色体的复制；,E.coli约需要20分钟，平均每分钟105bp,复制叉（replicating fork）,3、基因的表达：DNARNA多肽链的过程,表达调控：（1）调控部位：起动子、终止子（2）调节蛋白：阻遏蛋白（3）效应物分子,乳糖操纵子模型,Francois Jacob和Jacques Monod提出，E.coli 利用乳糖需两种酶：LacZ基因编码的半乳糖苷酶乳糖水解为葡萄糖、半乳糖LacY基因编码的半乳糖穿透酶将乳糖运输入细胞内LacA基因编码转酰基酶与前两酶一起受调控,（二）细菌的质粒(plasmid),1、定义：是细菌菌体内染色体外的环状双螺旋DNA，有时也可呈线状或超螺旋状,大小为1-400kb可完整的在细菌间传递，也能伴细菌的 分裂而分配到子代细菌中去并不是细菌生命活动中不可缺少的物质。,2、质粒可自主复制,方式：一般与染色体相同，但也可不依赖染色体而独立复制，或整合到染色体上与染色体同步复制。大质粒 小质粒,3、质粒的消失（或消除）,质粒可自行丢失，频率10-8-10-2之间，复制过程中对丫啶噔染料和紫外线照射敏感，可人工处理而消失。,4、质粒的分类,F质粒 致育性质粒 col质粒 细菌素质粒E.coli K88 抗原性质粒 R质粒 耐药性质粒E.coli Ent 产毒素质粒 Vi质粒 毒素、粘附因子等质粒（致病蛋白）,5、质粒的转移,细菌质粒可在同种、同属或不同属细菌间转移方式：接合性耐药性质粒，通过性菌毛接合转移 非接合性耐药性质粒，通过噬菌体为媒介 将DNA中信息转移；结果：耐药菌可以将耐药基因转移至敏感菌，使敏感菌也携带了耐药性，成为耐药菌；,（三）细菌转位子,1、定义：为存在于细菌的染色体或质粒上一段特异性的核苷酸片断，可在DNA分子中移动，不断改变他们在基因组内的位置，从一个基因组移动到另一个基因组中，通过改变或影响基因插入位点附近的基因表达，引起细胞的基因发生重组，在微生物的变异中起重要作用。,AGU AUU CGA UAC,AAG UAU UCG AUA C,A,2、分类,插入顺序（insertion sequence.IS）转座子（transposon.Tn）转座噬菌体,（1）插入顺序IS 750-2000bp的DNA序列，由两未端反向重复顺序和转座有关的基因组成，不携带其它与插入功能无关的基因区域，是最小的转位因子，插入染色体或质粒后的效应，取决于插入的位置和插入的方向，IS是原核生物正常代谢的调节开关。已知IS有10余种，见表,（2）转座子,转座子与IS相似，但携带部分与插入功能无关的基因，长度超过2000bp。功能见表,（3）转座噬菌体,某些具有转座功能的溶原性噬菌体；E.coli Mu，D108，霍乱弧菌噬菌体，假单胞菌噬菌体等,第三节 微生物的变异机制,变异：可遗传型变异 不可遗传型变异,一、突变Mutation：是一个核酸分子内一个或几个核苷酸发生可遗传的稳定的改变。细菌的突变自然发生率很低，约10-9-10-6；,（一）基因突变的规律,1、自发突变与诱导：自发突变率低，加入诱变剂可使突变率提高10-1000倍；,2、随机突变：突变是随机的不定向的，不是外界因素决定的；,说明该菌落在接触药物之前早已形成，与抗生素的使用无关,3、突变与回复突变：,自然环境下所具有的表现型称为野生型突变后的菌株称为突变株突变株再次回到野生型的表型相同的过程为回复突变，但基因型不一定完全恢复,（二）突变的类型：,1、碱基对的置换、插入、缺失及转位因子插入等（1）置换：转换：嘌呤对嘌呤，嘧啶对嘧啶 颠换：嘌呤对嘧啶 影响的密码的组成氨基酸组成发生改变表型改变,（2）插入和缺失,密码子由三个碱基依次排列而成，核苷酸序列插入和缺失一个碱基插入或缺失位点之后的序列发生移码突变，导致密码子错误蛋白质改变影响酶催化的反应的性质遗传性状的改变；,AGU AUU CGA UAC,AAG UAU UCG AUA C,A,单一核苷酸发生的突变为点突变，大片断的核苷酸也可发生插入、缺失细菌遗传性状更大的改变；如转位子引起的突变同时涉及到许多基因的改变，不能返祖；,2、基因的转移与重组,（基因突变：一个细菌内部发生遗传物质的改变）（1）转移与重组：两个性状不同的细菌间发生转移与重组 供体 受体,（2）基因的转移方式：,接合,转化,图片见书 Page63,1928年由Griffith用肺炎链球菌发现基因转移现象1944年Avery证实死菌体提供了决定荚膜型别的DNA,3、发生转化的两个条件,（1）受体菌处于感受态：钙处理法，电转染法（2）并非所有菌都能摄入外源DNA,（三）转导 transduction,以噬菌体为媒介，将供体菌的基因转移到受体菌内，导致受体菌的基因型改变的过程；1、噬菌体：DNA复制 蛋白前体合成 头部填充,装配有感染性噬菌体裂解细菌释放,（1）普遍性转导（generalize transduction）,（2）局限性转导(specialize transduction),（四）接合 conjugation,受体菌和供体菌直接接触，供体菌通过性菌毛将所带有的F质粒或类似的遗传物质转移至受体菌的过程为接合，主要见于革兰氏阴性菌；,1、高频重组基因（Hfr,High frequency recombinant）,2、性导：(sexduction)当Hfr中的F质粒从染色体上脱离下来时，会带有一部分染色体上的邻近基因，该F质粒称F质粒，当F质粒进入F-菌时，F-菌可获得部分新的基因，通过F质粒转移基因称为性导；,3、溶原性转换(Lysogenic conversion),前噬菌体导致细菌的基因发生改变称溶原性转换,无毒的白喉棒状杆菌受棒状杆菌噬菌体感染后产生外毒素，故也会引起抗原性变；A群链球菌、肉毒芽胞梭菌因之产生红疹毒素和内毒素、外毒素,
