细菌的遗传与变异

关于细菌的遗传与变异第1页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五细菌的遗传和变异heredity——遗传细菌的生物学性状保持相对稳定，且代代相传，使其物种得以保存的能力。基本单位是基因【DNA链上编码蛋白质或RNA所必需的一段序列，包括编码和非编码序列（非编码序列为内含子，编码序列为外显子，外显子和内含子都能被转录为RNA，转录后加工剪切，成熟的mRNA仅剩下外显子)】variation——变异子代和亲代之间生物学特性出现的差异称为变异第2页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五变异遗传性变异（基因型变异）细菌的基因结构发生了改变，如基因突变或重组，不可逆，可遗传给后代，常发生于个别细菌非遗传性变异（表型变异）环境改变导致，基因结构未发生变化，可逆，不可遗传。常发生于菌群中所有的细菌第3页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五第一节

细菌遗传变异的物质基础细菌染色体质粒噬菌体转座元件第4页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五细菌染色体细菌染色体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第5页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五质粒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第6页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五常见质粒致育质粒（F质粒）抗性质粒（R质粒）细菌素质粒毒性质粒（Vi质粒）代谢质粒隐蔽质粒第7页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五致育质粒（F质粒）

fertilityplasmid

无F质粒的为雌性菌，无性菌毛带有F质粒的为雄性菌，能长出性菌毛第8页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五编码细菌对抗菌药物的耐药性和对重金属盐的抗性由耐药转移因子（resistancetransferfactor,RTF）和耐药决定因子（resistancedeterminant,r-det）组成。RTF的功能类似F质粒，编码性菌毛。r-det编码拮抗药物的酶类，决定细菌的耐药性，可有多个耐药基因相连，产生多重耐药。抗性质粒（R质粒，耐药质粒）

resistanceplasmid第9页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五细菌素质粒编码各种细菌产生的细菌素。Col质粒编码大肠埃希菌产生的大肠菌素colicin第10页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五毒性质粒（Vi质粒）

virulenceplasmid编码与该菌致病性有关的毒力因子如肠产毒性大肠杆菌产生的耐热肠毒素和不耐热肠毒素分别由ST质粒和LT质粒所编码。第11页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五代谢质粒（降解质粒）编码产生相关的代谢酶。第12页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五转座元件（转座因子或转位因子）是一类特异性的DNA片段，它能在细菌染色体、质粒或噬菌体等DNA分子中移动，不断改变它们在基因组中的位置，能从一个位置转移到另一个位置，这种转座作用的结果将产生插入突变、染色体畸变和广泛的基因重排等。（是正常组成部分，不能独立复制，必须依附在细菌染色体或质粒或噬菌体DNA上与之同时复制）第13页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五转位因子有两种类型插入序列（insertionsequence,IS）是最小的转位因子，长度不超过2kb，不携带任何已知与插入功能无关的基因区域，往往是插入后与插入点附近的序列共同起作用，可能是细胞正常代谢的调节开关之一，当IS插入操纵子某一位点时，其远端基因失去功能或功能下降。另外，毗邻于IS的DNA畸变率增高，可出现缺失、重复、倒位等现象。IS两端为反向重复序列，它决定转座位置的特异性，通过同源重组来介导转座。TransposaseABCDEFGGFEDCBA第14页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五转座子（transposon,Tn）Tn9Tn21Tn10Tn8RTFRdeterminant两端带有反向重复序列，是一类除了携带有与转座作用有关的基因外，还带有与转座作用无关但决定宿主菌遗传性状基因的转座因子。因此Tn的分子量比IS大。以带有抗生素抗性基因的Tn研究最为深入第15页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五转座子的特征转座子携带耐药或毒素基因Tn1Tn2Tn3AP（氨苄青霉素）Tn4AP、SM（链霉素）、Su（磺胺）Tn5Km（卡那霉素）Tn6KmTn7TMP（甲氧苄氨嘧啶）、SMTn9Cm（氯霉素）Tn10Tc（四环素）Tn551Em（红霉素）Tn971EmTn1681大肠埃希菌（肠毒素基因）第16页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五噬菌体

（bacteriophage,phage）噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。病毒的特性：个体微小，可以通过细菌滤器没有完整的细胞结构，由蛋白质和核酸组成专性活细胞内寄生分布极广第17页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五噬菌体的生物学性状形态个体微小，需用电子显微镜观察蝌蚪形、微球形和丝形LG1wasisolatedfromchickenfecesonanE.coliO157:H7host,butitplaquesonawiderangeofE.coli,andafewEnterobacteriaceae.Theblackbarsaresizebarsrepresenting100nm.第18页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五各种噬菌体的形态第19页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五蝌蚪形噬菌体结构模式图尾丝为吸附结构，能识别宿主菌表面的特殊受体；尾板内有裂解宿主菌细胞壁的溶菌酶；尾髓有收缩功能，使头部核酸注入宿主菌第20页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五噬菌体的生物学性状第21页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五噬菌体的生物学性状噬菌体宿主菌形态核酸T1-T7、λ、N4大肠埃希菌蝌蚪形dsDNA，线状P1志贺菌蝌蚪形dsDNA，线状P22沙门菌蝌蚪形dsDNA，线状SP01、SP82枯草芽胞杆菌蝌蚪形dsDNA，线状Φ29解淀粉芽胞杆菌蝌蚪形dsDNA，线状PM2假单胞菌微球形，有包膜dsDNA，线状ΦX174、S13、M12、G4大肠埃希菌微球形ssDNA，线状f1、fd、M13大肠埃希菌丝形ssDNA，线状MS2、f2、fr、Qβ大肠埃希菌微球形ssRNA，线状Φ6假单胞菌微球形，有包膜dsRNA，线状，分成3节段第22页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五噬菌体

毒性噬菌体

(virulentphage)

能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并最终裂解细菌，称为毒性噬菌体第23页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五溶菌周期吸附穿入生物合成成熟与释放第24页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五噬菌体的复制第25页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五毒性噬菌体在液体培养基中

菌液混浊澄清在固体培养基中将适量的噬菌体和宿主菌液混合后接种培养，培养基表面有透亮的溶菌空斑，一个噬斑一般由一个噬菌体复制增殖并裂解细菌后形成第26页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五噬斑第27页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五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

温和噬菌体第28页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五温和噬菌体

temperatephage温和噬菌体噬菌体基因与宿主菌染色体整合，不产生子代噬菌体，但噬菌体DNA能随细菌DNA复制，并随细菌的分裂而传代，称为温和噬菌体或溶原性噬菌体(lysogenicphage)前噬菌体

整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体（prophage）溶原性细菌

带有前噬菌体的细菌称为溶原性细菌（lysogenicbacterium）第29页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五第30页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五温和噬菌体溶原性

前噬菌体偶尔脱离宿主菌基因组而进入溶菌周期，产生成熟噬菌体，导致细菌裂解。温和噬菌体的这种产生成熟噬菌体颗粒和溶解宿主菌的潜在能力称为溶原性（lysogeny）三种存在状态游离的具有感染性的噬菌体颗粒宿主菌胞质内类似质粒形式的噬菌体核酸整合的前噬菌体第31页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期五温和噬菌体溶原性转换

前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变白喉杆菌β-棒状杆菌噬菌体

白喉毒素A群溶血性链球菌能产生致热外毒素肉毒梭菌的毒素金黄色葡萄球菌溶素沙门菌、志贺菌等的抗原结构和血清型别第32页，共34页，2022年，5月20日，19点25分，星期