第5章细菌的遗传与变异.ppt

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1、第五章 细菌的遗传与变异,遗传(heredity)：使微生物的性状保持相对稳定，子代与亲代生物学的性状基本相同,且代代相传。变异(variation)：在一定条件下，子代与亲代之间以及子代与子代之间的生物学性状出现的差异,有利于物种的进化。基因型(genotype):细菌的遗传物质.表型(phenotype):基因表现出的各种性状.,细菌的变异,遗传性变异：是基因结构发生了改变，故又称 基因型变异。常发生于个别的细菌，不受环境因素的影响，变异发生后是不可逆的，产生的新性状可稳定地遗传给后代。非遗传性变异：在一定的环境条件影响下产生的变异，其基因结构未改变，称为表型变异。易受到环境因素的影响，凡

2、在此环境因素作用下的所有微生物都出现变异，而且当环境中的影响因素去除后，变异的性状又可复原，表型变异不能遗传(L型)。,第一节 细菌的遗传物质,染色体质粒转座因子整合子噬菌体,（一）染色体（chromosome）,一条环状双螺旋DNA长链，按一定构型反复回旋形成松散的网状结构.缺乏组蛋白，无核膜包裹.约含有5000个基因.,http:/www.sciencecollege.co.uk/SC/cell_biology.html,质粒(plasmid)：是细菌染色体以外的遗传物质，是闭合环状的双链DNA。,（二）质粒,质粒具有自我复制的能力。质粒DNA所编码的基因产物赋予细菌某些性状特征。质粒可自

3、行丢失与消除。质粒的转移性。质粒可分为相容性与不相容性两种。,质粒DNA的特征,质粒的分类：,根据质粒能否通过细菌的接合作用进行传递 1接合性质粒 2非接合性质粒根据相容性 1相容性几种质粒同时共存于同一菌体内 2不相容性不能同时共存 可借此对质粒进行分组、分群,根据所编码的生物学性状,分为:,致育质粒（fertility plasmid、F质粒）编码性菌毛，介导细菌之间的接合传递；耐药性质粒（resistance plasmid、R质粒）编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。分两类，一是接合性耐药质粒（R质粒），另一是非接合耐药性质粒（r质粒)；毒力质粒（Virulence plasmid

4、,Vi质粒）编码与该菌致病性有关的毒力因子,S.aureus的表皮剥脱素；细菌素质粒 编码细菌产生的细菌素；代谢质粒 编码产生相关的代谢酶。,转座子（transposon)：是一类在细菌染色体、质粒或噬菌体之间可自行移动的DNA序列.不同于质粒,转座子不能自我复制.,转座子有二类：插入序列(insertion sequence,IS)：最小，不超过2kb,只携带与转座功能有关的基因。转座子(transposon,Tn)：长度一般超过2kb，除携带与转位有关的基因外还携带其他基因（如耐药性、毒素基因等）.,整合子（integron）：定位:细菌染色体、质粒或转座子上.基本结构：两端为保守末端(a

5、ttI,59-be)，中间为可变区(orf 1)，含一个或多个基因盒.功能元件：重组位点(attI,59-be)；整合酶基因(intI)；启动子(Pc).功能:通过转座子或接合性质粒，使多种耐药基因在细菌中进行水平传播.,基因转移(gene transfer)：外源性的遗传物质由供体菌进入某受体菌细胞内的过程。基因重组(recombination)：转移的基因与受体菌DNA整合在一起，使受体菌获得供体菌某些特性。细菌的基因转移和重组方式：转化、转导、接合、溶原性转换、原生质体融合。,第三节 基因的转移与重组,1.转化(transformation):受体菌直接摄取供体菌游离的DNA片段获得新的

6、性状的过程。,2.接合(conjugation),接合：是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒DNA）从供体菌转移给受体菌。能通过结合方式转移的质粒称为接合性质粒(F质粒,R质粒)，不能通过性菌毛在细菌间转移的质粒为非接合性质粒。,F+即F质粒，编码性菌毛，称雄性菌.,Hfr(high frequency recombination)F质粒整合到细菌染色体上，该菌称高频重组菌.,From:University of South Carolina,F+,Hfr,该细菌(Hfr)能使受体细菌高频地重组外源基因到染色体上,从而提高染色体基因的转移.,Hfr,F-,Hfr,F-,Hfr,

7、F-,Hfr,F-,FHfr菌中的F质粒可从染色体上脱离下来，并带染色体上几个邻近的基因，故称F质粒.二者均有性菌毛，均可发生接合。,From:University of South Carolina,F,F,F,F,Cross of F X F-.The F-becomes F,the F remains F,细菌的耐药性与染色体基因突变及R质粒的接合转移等有关。R质粒有耐药传递因子(resistance transfer factor,RTF)和耐药决定子(resistance determinant,r)两部分组成。RTF的功能与F质粒相似，可编码性菌毛和通过接合转移；r决定子能编码抗生

8、素的耐药基因。,R质粒的接合,转导：是以噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。根据转导基因片段的范围，可将转导分为两类：普遍性转导（转导的DNA可是供菌染色体上的任何部分）、局限性转导（转导的DNA只限供菌染色体上的特定基因）。,3.转导(transduction),普遍性转导(generalized transduction)转导的DNA可是供体菌染色体上的任何部分,局限性转导(restricted transduction)转导的DNA只限供体菌染色体上的特定基因,5.原生质体融合(protoplast fusion),G+菌形成原生质体后，在聚乙二醇（P

9、EG）作用下，可使两种不同的细菌细胞发生融合的过程。融合后形成双倍体细胞，可短期生存，染色体重组，获得多种不同表型的重组融合体。,第四节 基因突变,一 基因突变规律:突变可以自然发生为:自发突变.具自发性,随机性.人工诱导产生的突变为诱发突变,可提高突变率.,彷徨试验(fluctuation test,波动试验)：随机的、非定向的突变是在接触噬菌体之前就已发生，噬菌体对突变仅起筛选而不是诱导作用。,增殖,影印试验(replica plating):耐药突变株在接触药物之前出现，药物的作用是选择耐药株，淘汰敏感株,野生型(wild type):未发生突变的菌株.突变型(mutant type):

10、相对于野生型,某一性状发生改变的菌株.回复突变(reverse mutation):有时突变株经过又一次突变可恢复为野生型的性状.,第五节 细菌遗传变异在医学上的意义,影响细菌学诊断:(形态,抗原性等),变形杆菌(Proteus)鞭毛变异,H-O变异写真提供：島田俊雄博士,荚膜变异 http:/fig.cox.miami.edu/cmallery/150/gene/mol_gen.htm,耐药性变异：细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐药的变异。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性。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的普遍趋势，给临床治疗带来很大的困难，并成为当今医学上的重要问题。,耐药性变异,毒力增强：无毒力的白喉棒状杆菌常寄居在咽喉部，不致病；当感染了-棒状噬菌体后变成溶原性细菌，则获得产生白喉毒素的能力，引起白喉。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失。卡介苗(BCG)是卡介二氏将强毒的牛型结核分枝杆菌在含有胆汁、甘油、马铃薯培养基上，经过13年，连续传230代，获得的一株毒力减弱但仍保持免疫原性的变异株。,毒力变异,检测致癌物质Ames试验原理:突变菌在诱变剂的作用下可能会发生回复突变而恢复其原有性状.,