微生物学基础第5章遗传与变异

1、微生物学基础第5章遗传与变异遗传性变异（基因型变异）非遗传性变异（表型变异）遗传性变异非遗传性变异基因改变+-遗传+-可逆性-+外界环境-+变异幅度个别细胞群体7/18/20222第一节 遗传与变异的原理一、DNA的结构与功能 DNA的半保留复制二、基因与基因的转录 结构基因与功能基因三、遗传信息的翻译7/18/20223 第二节 细菌的遗传与变异 一、细菌的变异现象形态、结构变异毒力变异抗原性变异耐药性变异菌落变异7/18/20224形态结构变异 3-6%食盐鼠疫耶氏菌 多形态性 陈旧培基物7/18/20225 青霉素、溶菌酶正常形态细菌 L型变异 抗体或补体 7/18/20226特殊结构的

2、变异 42-43炭疽杆菌 失去形成芽胞能力, 毒性降低 10-20天 变形杆菌 0.1%石炭酸 迁徙生长（H） 点状生长、单个菌落 （O）鞭毛变异7/18/20227毒力变异增强 棒状噬菌体白喉棒状杆菌 获得白喉毒素 减弱 胆汁、甘油、马铃薯培养基牛分枝杆菌 卡介苗 13年(230代)7/18/20228耐药性变异 细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异 称为耐药性变异。金黄色葡萄球菌有些细菌还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。 含链霉素培基痢疾杆菌 依链株 长期培养7/18/20229菌落变异 在陈旧培养基中长期培养光滑型菌落 粗糙型菌落 S R 原因：失去LPS的特

3、异多糖7/18/202210二、与细菌遗传变异相关的物质细菌染色体 chromosome 一条环状双螺旋DNA长链。按一定构型反复回旋而成的松散网状结构。7/18/202211质粒（plasmid)特点自主复制双股闭合环状DNA分子编码某些表型可丢失和转移质粒的相容性与不容性几种重要的质粒致育质粒（F）耐药质粒（R）毒力质粒（Vi）细菌素质粒代谢质粒7/18/202212噬菌体（phage）是侵噬细菌、真菌、放线菌和螺旋体的病毒蝌蚪形、球形、杆状7/18/202213噬菌体结构头部核心：DNA 或 RNA衣壳：蛋白质尾部蛋白质与吸附宿主有关7/18/202214噬菌体的复制7/18/20221

4、5噬菌体感染细菌的结果溶菌性周期毒性噬菌体溶原性周期前噬菌体溶原性细菌温和噬菌体7/18/202216溶菌周期吸附阶段生物合成阶段释放阶段7/18/202217转座子转座子 transposon,Tn细菌DNA内一段核苷酸序列，能在质粒之间、质粒与染色体之间自行转移位置，是细菌菌体内可移动的遗传物质转座酶ABCDEFGGFEDCBA800-1400bp7/18/202218插入序列（insertion sequence,IS）是最小的转位因子，2kb，不携带任何已知与插入功能无关的基因区域。转座子（transposon,Tn）2kb，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

5、基因及其他结构基因。可能与细菌的多重耐药性有关。IS ISResistance Gene(s)Tn7/18/202219三、细菌变异机制（一）基因突变染色体畸变类型AG、X代表不同的DNA片段 野生型倒位重复缺失置换插入7/18/202220基因转移（gene transfer） 外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过程称为基因转移。重组（ recombination）转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组，使受体菌获得供体菌的某些性状。细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转导、溶原性转换和原生质体融合等方式进行。（二）基因转移和重组7/18/202221转化（transforma

6、tion）受体菌直接摄取供体菌DNA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。7/18/202222肺炎链球菌的转化试验 7/18/202223转化因子（transforming principle ）在转化过程中，转化的DNA片段称为转化因子 ，分子量小于107，最多不超过1020个基因。感受态（competence）7/18/202224接合 conjugation概念：两个细菌接触，供体菌通过性菌毛将DNA直接转入受体菌内，使受体菌获得新的遗传性状的过程 。7/18/202225接合 conjugationF质粒（fertility plasmid）雄性菌（F+）雌性菌（F

7、-）F质粒接合转移模式图7/18/202226转导 transduction以噬菌体为媒介，将供体菌DNA片段转移到受体菌内，使受体菌获得新的遗传性状。7/18/202227转导（transduction）以温和噬菌体为载体，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。 普遍性转导（generalized transduction）局限性转导（restricted transduction）7/18/202228普遍性转导generalized transduction前噬菌体从溶原菌染色体上脱离，进行增殖，在裂解期的后期，噬菌体的DNA已大量复制，装配时可能会发生装配错误，误将

8、细菌的DNA片段装入噬菌体的头部，成为一个转导噬菌体。转导噬菌体能以正常方式感染另一宿主菌，并将其头部的染色体注入受体菌内。被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分。7/18/202229结果完全转导流产转导未整合整合7/18/202230局限性转导(restricted transduction)或称特异性转导， 所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。溶原期时，噬菌体DNA整合在细菌染色体特定部位，噬菌体DNA发生偏差分离，将自身的一段DNA留在细菌染色体上，而带走了细菌DNA上两侧的基因。当其转导并整合到受体菌中，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。所转导的只限于供体菌上个别的基因。7

9、/18/202231普遍性转导与局限性转导的区别区别要点普遍性转导局限性转导基因转导发生的时期裂解期溶原期转导的遗传物质供体菌染色体DNA任何部位或质粒噬菌体DNA及供体菌DNA的特定部位转导的后果完全转导或流产转导受体菌获得供体菌DNA特定部位的遗传特性转导频率受体菌的10-7转导频率较普遍转导增加1000倍(10-4)7/18/2022327/18/202233溶原性转换Lysogenic conversion溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体而获新遗传性状。7/18/202234原生质体融合Protoplast fusion细菌形成原生质体后，在聚乙二醇作用下可以使两个细菌细胞发生融合。

10、7/18/202235基因来源转移方式transformation供体菌直接摄取conjugation供体菌性菌毛transduction供体菌噬菌体为载体lysogenic conversion噬菌体整合7/18/202236第二节 病毒的遗传与变异 一、病毒的基因组 双链DNA病毒 单链DNA病毒 单正链RNA病毒 单负链RNA病毒 双链RNA病毒 逆转录病毒7/18/202237 二、基因突变 病毒变异的类型 遗传型变异 非遗传型变异7/18/202238 基因突变（gene mutation） 突变株（mutant）表现为宿主范围、 组织亲嗜性、抗原成分、耐药性、毒力等性状改变7/18

11、/202239自发突变 spontaneous mutation RNA-V DNA-V诱发突变 induced mutation 理化方法7/18/2022401. 条件致死性突变 只能在某种条件下增殖，而在另一种条件下不能增殖的病毒株。如温度敏感突变株 (temperature sensitive，ts) 2835可以复制，3740不能复制。高温下ts变异株基因编码的蛋白或酶失去功能。 ts变异株常具有减低毒力而保持其免疫原性的特点，是生产减毒活疫苗的理想株，但易回复突变。 脊髓灰质炎减毒活疫苗为多次诱变后的ts变异株。7/18/2022412. 缺陷干扰突变株 (defective in

12、hibition mutant,DIM)由病毒基因组中碱基缺失突变引起，其含核酸较正常病毒明显减少，并发生各种各样的结构重排。特点是基因缺陷导致病毒不能自我复制。必须在辅助（通常是野生株）病毒存在时才能进行复制。当病毒以高感染复制(高PFU)传代时可出现DIM。7/18/2022423. 宿主范围突变株 (host-range mutant, hr)由于病毒基因组突变改变了病毒对宿主细胞的吸附或感染范围，能感染野生型病毒所不能感染的细胞。狂犬病的街病毒固定病毒。7/18/2022434. 耐药突变株 (drug-resistant mutant) 在应用针对病毒酶的药物后，病毒靶酶基因发生改变

13、，降低了靶酶对药物的亲和力或作用，使病毒耐药并增殖。 7/18/202244三、基因重组与重配基因重组 (genetic recombination)当两种病毒同时感染同一宿主细胞时发生基因的交换，形成兼有两亲代病毒特性的子代病毒，并能继续增殖。其子代病毒称为重组体。7/18/2022457/18/202246基因重配 (genetic reassortment)是通过交换RNA节段而进行的基因重组。如流感病毒、轮状病毒等。一般来说基因重配的几率高。交叉复活：已灭活的病毒与另一近缘的活病毒共同感染同一宿主细胞时，经基因重组而复活。多重复活：当两种或两种以上的近缘的灭活病毒(基因组不同部位受损)共同感染同一宿主细胞时，经基因重组而出现感染性的子代病毒。7/18/2022477/18/202248五、非遗传型变异 （病毒基因产物的