第五章细菌的遗传和变异讲课课件

第五章细菌的遗传和变异第五章细菌的遗传和变异1优选第五章细菌的遗传和变异优选第五章细菌的遗传和变异21．形态与结构的变异（1）形态变异鼠疫耶尔森菌30～60g/LNaCl琼脂培养基多形性Yersiniapestis1．形态与结构的变异（1）形态变异鼠疫耶尔森菌30～60g/3有荚膜的肺炎链球菌无荚膜的肺炎链球菌（2）荚膜变异长期人工培养有荚膜的肺炎链球菌无荚膜的肺炎链球菌（2）荚膜变异长期人工培4（3）芽胞变异炭疽芽胞杆菌42℃，10～20天不产生芽胞（芽胞）（3）芽胞变异炭疽芽胞杆菌42℃，10～20天不产生芽胞（5（4）鞭毛变异普通变形杆菌1%石炭酸培养基不产生鞭毛（鞭毛）（5）细菌的L型变异G＋菌高渗环境青霉素细胞壁缺陷的细菌（L型菌）（多形态性）（4）鞭毛变异普通变形杆菌1%石炭酸培养基不产生鞭毛（鞭毛）6牛型结核分枝杆菌含胆汁、甘油、马铃薯培养基培养13年，230代2．毒力变异卡介苗卡密特（AlbertCalmette，1863-1933）牛型结核分枝杆菌含胆汁、甘油、马铃薯培养基培养13年，2373．耐药性变异痢疾志贺菌赖药菌株（对链霉素敏感）微量链霉素人工培养耐药菌株微量链霉素人工培养3．耐药性变异痢疾志贺菌赖药菌株（对链霉素敏感）微量链霉素人84．菌落变异光滑型菌落（S型）表面光滑，边缘整齐，湿润有光泽长期人工培养粗糙型菌落（R型）表面粗糙，边缘不整齐，干燥无光泽4．菌落变异光滑型菌落（S型）表面光滑，边缘整齐，长期人工培9S型菌落R型菌落S型菌落R型菌落10二、细菌的遗传物质二、细菌的遗传物质111.染色体拟核/类核（nucleoid）,一条dsDNA

（1）较小，只有一个复制启始位点；

细菌染色体的特征（3）结构基因中没有内含子；

（2）功能上相关的几个基因组成操纵子；数个操纵子可由一个调节子所调控。

（4）大部分DNA用于编码蛋白质；

（5）基因重叠少；

（6）大多为单拷贝；

（7）具有各种功能的识别区域。

1.染色体拟核/类核（nucleoid）,一条dsDNA12质粒的主要特征：（1）能自我复制（2）编码某些重要的生物学性状（3）可自行丢失与消除（4）可经接合、转化、转导等方式转移（5）质粒的相容性与不相容性R质粒：耐药性F质粒：性菌毛细菌素质粒：细菌素Vi质粒：毒力2.质粒代谢质粒：酶质粒的主要特征：（1）能自我复制（2）编码某些重要的生物学性13质粒电镜照片质粒独立于染色体外，能进行自主复制的遗传因子。质粒电镜照片质粒独立于染色体外，能进行自主复制的遗传因子。14编码性菌毛，介导细菌之间接合的能力。

几种常见的质粒F质粒（fertilityfactor，致育因子）重组区自主复制和不相容性区转移基因群区编码性菌毛，介导细菌之间接合的能力。几种常见的质粒F质粒（15与受菌染色体同源区发生置换性重组（2）功能上相关的几个基因组成操纵子；（2）Hfr和F－的接合表面粗糙，边缘不整齐，片段进行转化的生理状态。F质粒在末端，F-菌获的F质粒的机会和很少。温和噬菌体感染细菌，噬菌体基因组整合到细菌染色体上，使宿主菌获得新遗传性状的现象。Tn10 Tet（四环素）http://jpkc.大肠埃希菌与肠道杆菌接合（5）质粒的相容性与不相容性通过噬菌体的媒介，将供菌的遗传物质转移入受菌，通过交换重组，使受菌获得供菌的部分遗传性状。基因重组（generecombination）Tn551 Em（红霉素）耐药决定子（r-det）转座子及携带的耐药性基因或毒素基因Tn5 Kam（卡那霉素）cn/course/shywshw/skja/wsw/Ch05.（2）Hfr和F－的接合基因重组（generecombination）耐药性质粒（resistancefactor，

R因子）耐药性质粒（R质粒）耐药决定子（r-det）耐药传递因子（RTF）接合型耐药质粒非接合型耐药质粒——（r-det）与受菌染色体同源区发生置换性重组耐药性质粒（resistan16是细菌基因组中的能改变自身位置的一段DNA序列。分为两类转座因子：插入序列转座子（transposableelement）（1）概念及类型2.转座因子是细菌基因组中的能改变自身位置的一段DNA序列。分为两类转座17插入序列

不带有表现任何性状的基因，只带有编码转移时所需要的转座酶的基因。（insertionsequence，IS）（反向重复序列）（转座酶）插入序列不带有表现任何性状的基因，只带有编码转移时所18转座子

携带转座基因携带其他结构基因：抗药基因毒素基因抗金属基因（transposon，Tn）转座子携带转座基因（transposon，Tn）19转座子及携带的耐药性基因或毒素基因Tn1Tn2Tn3 AP（氨苄青霉素）Tn4 AP、str（链霉素）、Su（磺胺）Tn5 Kam（卡那霉素）Tn6 KamTn7 TMP（甲氧苄氨嘧啶）、strTn9 Cam（氯霉素）Tn10 Tet（四环素）Tn551 Em（红霉素）Tn971 EmTn681 大肠埃希菌（肠毒素基因）转座子 携带耐药或毒素基因转座子及携带的耐药性基因或毒素基因Tn1Tn2Tn3 203.整合子是一种运动性的DNA序列，具有独特结构可捕获和整合外源性基因，使之转变为功能性基因的表达单位。4.噬菌体基因组3.整合子是一种运动性的DNA序列，具有独特结构可捕获和整21三、基因的转移和重组三、基因的转移和重组22

基因转移（genetransfer）遗传物质由供体菌转入某受体菌内的过程。基因重组（generecombination）转移的基因与受体菌DNA整合在一起。外源性遗传物质供体菌染色体DNA片段质粒DNA噬菌体基因外源性遗传物质供体菌染色体DNA片段质粒DNA噬菌体基因231.

转化受菌直接摄取供菌游离的DNA片段，并将其整合到受菌的染色体中，从而获得供菌部分遗传性状。TransformationinBacteria/course/shywshw/skja/wsw/Ch05.html1.转化受菌直接摄取供菌游离的DNA片段，并将其整合到受菌24第五章细菌的遗传和变异讲课课件25供菌的DNA片段感受态的受菌Transformation转化后的受菌供菌的DNA片段感受态的受菌Transformation转化26转化因子与受菌表面的DNA结合蛋白结合DNA单链进入受菌细胞DNA双链中的一条链被降解被转运到受菌染色体同源区与受菌染色体同源区发生置换性重组杂合DNA双链分子染色体复制转化型细菌转化的过程转化因子与受菌表面的DNA结合蛋白结合DNA单链进入受菌细胞27

供、受菌的基因型 两菌亲缘关系愈近。其基因愈相似，转化愈高； 分子量小于10７，最多不超过10～20个基因

。

受菌的生理状态——感受态

是指受体菌能够从周围环境中吸收外源性DNA片段进行转化的生理状态。环境因素

Ca2+、Mg2+、cAMP影响转化的因素供、受菌的基因型影响转化的因素28转化因子与受菌表面的DNA结合蛋白结合第五章细菌的遗传和变异Tn4 AP、str（链霉素）、Su（磺胺）Tn7 TMP（甲氧苄氨嘧啶）、str流产转导外源性DNA片段游离在胞质中既基因重组（generecombination）完全转导外源性DNA片段与受体菌的染色（generalizedtransduction）（5）质粒的相容性与不相容性受菌的生理状态——感受态TransformationF质粒在末端，F-菌获的F质粒的机会和很少。（电镜扫描图）Tn5 Kam（卡那霉素）优选第五章细菌的遗传和变异转移的基因与受体菌DNA整合在一起。与受菌染色体同源区发生置换性重组供体菌染色体DNA片段Tn971 Em（2）功能上相关的几个基因组成操纵子；质粒独立于染色体外，能进行自主复制的遗传因子。2.

接合（conjugation）供菌通过性菌毛与受菌相互连接沟通，将遗传物质从供菌转移入受菌，使受菌获得供菌的部分遗传性状。大肠埃希菌与肠道杆菌接合（电镜扫描图）转化因子与受菌表面的DNA结合蛋白结合2.接合（conju29F质粒重组区自主复制和不相容性区转移基因群区F质粒重组区自主复制和不相容性区转移基因群区30F质粒的接合F+菌株F-菌株Hfr菌株F’菌株F质粒的接合F+菌株F-菌株Hfr菌株F’菌31高频重组菌株

整合有F质粒的菌株能够高频率地转移染色体基因至受菌，因此被称为高频重组（Hfr）菌株。（highfrequencyrecombinant，Hfr）高频重组菌株整合有F质粒的菌株能够高频率地转移染色体32Hfr菌株细胞内的F质粒脱离核染色体组时携带一小段核染色体基因，这种特殊F质粒称为F＇质粒。

F’质粒

F＇质粒Hfr菌株细胞内的F质粒脱离核染色体组时携带一小段核染色体基33（1）F+和F－的接合（1）F+和F－的接合34

F质粒在末端，F-菌获的F质粒的机会和很少。（2）Hfr和F－的接合F质粒在末端，F-菌获的F质粒的机会和很少。（2）Hf35（3）F＇和F－的接合（3）F＇和F－的接合36R质粒的构成R质粒的接合耐药决定子（r-det）耐药传递因子（RTF）接合型耐药质粒非接合型耐药质粒——（r-det）（R质粒）R质粒的构成R质粒的接合耐药决定子（r-det）耐药传递因子373.转导通过噬菌体的媒介，将供菌的遗传物质转移入受菌，通过交换重组，使受菌获得供菌的部分遗传性状。（transduction）3.转导通过噬菌体的媒介，将供菌的遗传物质转移入受菌，通过38转导的类型局限转导普遍转导完全转导流产转导转导的类型局限转导普遍转导完全转导流产转导39是细菌基因组中的能改变自身位置的一段DNA序列。表面粗糙，边缘不整齐，30～60g/LNaCl琼脂培养基（4）可经接合、转化、转导等方式转移Tn971 Em与受菌染色体同源区发生置换性重组（transduction）Tn9 Cam（氯霉素）通过完全缺陷噬菌体将供体菌基因组任何DNA片段转移受体菌的现象。Tn4 AP、str（链霉素）、Su（磺胺）（1）较小，只有一个复制启始位点；Tn7 TMP（甲氧苄氨嘧啶）、str完全转导外源性DNA片段与受体菌的染色携带其他结构基因：抗药基因与受菌染色体同源区发生置换性重组供菌通过性菌毛与受菌相互连接沟通，将遗传物质从供菌转移入受菌，使受菌获得供菌的部分遗传性状。（2）功能上相关的几个基因组成操纵子；（电镜扫描图）通过完全缺陷噬菌体将供体菌基因组任何DNA片段转移受体菌的现象。（1）普遍性转导（generalizedtransduction）是细菌基因组中的能改变自身位置的一段DNA序列。通过完全缺陷40

完全转导

外源性DNA片段与受体菌的染色体整合并随染色体而传代。流产转导外源性DNA片段游离在胞质中既不能与受体菌染色体整合，不能 自身复制，也不能传代。

普遍性转导

两种结局完全转导外源性DNA片41前噬菌体从宿主菌染色体上脱离时带有宿主菌染色体基因，这种带有宿主菌染色体基因的噬菌体基因组，经生物合成后，组装成带有宿主菌染色体基因的噬菌体，当它再感染受菌时，可将供菌的基因带入受菌，而使受体获得供菌的的遗传性状。（restrictedtransduction）（2）局限性转导前噬菌体从宿主菌染色体上脱离时带有宿主菌染色体基因，这种带有42galbioλ噬菌体DNA正常偏离galbioλ噬菌体DNAgalbioλ噬菌体DNAgalbioλ噬菌体DNAgalbioλ噬菌体DNAgalbioλ噬菌体DNA局限性转导示意图galbioλ噬菌体DNA正常偏离galbioλ噬菌体DNA43普遍转导：装配错误局限转导：脱离错误普遍转导：装配错误44温和噬菌体感染细菌，噬菌体基因组整合到细菌染色体上，使宿主菌获得新遗传性状的现象。4.溶原性转换温和噬菌体感染细菌，噬菌体基因组整合到细菌染色体上，使宿主菌455.原生质融合将两种不同细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失去细胞壁成为原生质体后进行彼此融合的过程。5.原生质融合将两种不同细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失去细胞46第五章细菌的遗传和变异第五章细菌的遗传和变异47优选第五章细菌的遗传和变异优选第五章细菌的遗传和变异481．形态与结构的变异（1）形态变异鼠疫耶尔森菌30～60g/LNaCl琼脂培养基多形性Yersiniapestis1．形态与结构的变异（1）形态变异鼠疫耶尔森菌30～60g/49有荚膜的肺炎链球菌无荚膜的肺炎链球菌（2）荚膜变异长期人工培养有荚膜的肺炎链球菌无荚膜的肺炎链球菌（2）荚膜变异长期人工培50（3）芽胞变异炭疽芽胞杆菌42℃，10～20天不产生芽胞（芽胞）（3）芽胞变异炭疽芽胞杆菌42℃，10～20天不产生芽胞（51（4）鞭毛变异普通变形杆菌1%石炭酸培养基不产生鞭毛（鞭毛）（5）细菌的L型变异G＋菌高渗环境青霉素细胞壁缺陷的细菌（L型菌）（多形态性）（4）鞭毛变异普通变形杆菌1%石炭酸培养基不产生鞭毛（鞭毛）52牛型结核分枝杆菌含胆汁、甘油、马铃薯培养基培养13年，230代2．毒力变异卡介苗卡密特（AlbertCalmette，1863-1933）牛型结核分枝杆菌含胆汁、甘油、马铃薯培养基培养13年，23533．耐药性变异痢疾志贺菌赖药菌株（对链霉素敏感）微量链霉素人工培养耐药菌株微量链霉素人工培养3．耐药性变异痢疾志贺菌赖药菌株（对链霉素敏感）微量链霉素人544．菌落变异光滑型菌落（S型）表面光滑，边缘整齐，湿润有光泽长期人工培养粗糙型菌落（R型）表面粗糙，边缘不整齐，干燥无光泽4．菌落变异光滑型菌落（S型）表面光滑，边缘整齐，长期人工培55S型菌落R型菌落S型菌落R型菌落56二、细菌的遗传物质二、细菌的遗传物质571.染色体拟核/类核（nucleoid）,一条dsDNA

（1）较小，只有一个复制启始位点；

细菌染色体的特征（3）结构基因中没有内含子；

（2）功能上相关的几个基因组成操纵子；数个操纵子可由一个调节子所调控。

（4）大部分DNA用于编码蛋白质；

（5）基因重叠少；

（6）大多为单拷贝；

（7）具有各种功能的识别区域。

1.染色体拟核/类核（nucleoid）,一条dsDNA58质粒的主要特征：（1）能自我复制（2）编码某些重要的生物学性状（3）可自行丢失与消除（4）可经接合、转化、转导等方式转移（5）质粒的相容性与不相容性R质粒：耐药性F质粒：性菌毛细菌素质粒：细菌素Vi质粒：毒力2.质粒代谢质粒：酶质粒的主要特征：（1）能自我复制（2）编码某些重要的生物学性59质粒电镜照片质粒独立于染色体外，能进行自主复制的遗传因子。质粒电镜照片质粒独立于染色体外，能进行自主复制的遗传因子。60编码性菌毛，介导细菌之间接合的能力。

几种常见的质粒F质粒（fertilityfactor，致育因子）重组区自主复制和不相容性区转移基因群区编码性菌毛，介导细菌之间接合的能力。几种常见的质粒F质粒（61与受菌染色体同源区发生置换性重组（2）功能上相关的几个基因组成操纵子；（2）Hfr和F－的接合表面粗糙，边缘不整齐，片段进行转化的生理状态。F质粒在末端，F-菌获的F质粒的机会和很少。温和噬菌体感染细菌，噬菌体基因组整合到细菌染色体上，使宿主菌获得新遗传性状的现象。Tn10 Tet（四环素）http://jpkc.大肠埃希菌与肠道杆菌接合（5）质粒的相容性与不相容性通过噬菌体的媒介，将供菌的遗传物质转移入受菌，通过交换重组，使受菌获得供菌的部分遗传性状。基因重组（generecombination）Tn551 Em（红霉素）耐药决定子（r-det）转座子及携带的耐药性基因或毒素基因Tn5 Kam（卡那霉素）cn/course/shywshw/skja/wsw/Ch05.（2）Hfr和F－的接合基因重组（generecombination）耐药性质粒（resistancefactor，

R因子）耐药性质粒（R质粒）耐药决定子（r-det）耐药传递因子（RTF）接合型耐药质粒非接合型耐药质粒——（r-det）与受菌染色体同源区发生置换性重组耐药性质粒（resistan62是细菌基因组中的能改变自身位置的一段DNA序列。分为两类转座因子：插入序列转座子（transposableelement）（1）概念及类型2.转座因子是细菌基因组中的能改变自身位置的一段DNA序列。分为两类转座63插入序列

不带有表现任何性状的基因，只带有编码转移时所需要的转座酶的基因。（insertionsequence，IS）（反向重复序列）（转座酶）插入序列不带有表现任何性状的基因，只带有编码转移时所64转座子

携带转座基因携带其他结构基因：抗药基因毒素基因抗金属基因（transposon，Tn）转座子携带转座基因（transposon，Tn）65转座子及携带的耐药性基因或毒素基因Tn1Tn2Tn3 AP（氨苄青霉素）Tn4 AP、str（链霉素）、Su（磺胺）Tn5 Kam（卡那霉素）Tn6 KamTn7 TMP（甲氧苄氨嘧啶）、strTn9 Cam（氯霉素）Tn10 Tet（四环素）Tn551 Em（红霉素）Tn971 EmTn681 大肠埃希菌（肠毒素基因）转座子 携带耐药或毒素基因转座子及携带的耐药性基因或毒素基因Tn1Tn2Tn3 663.整合子是一种运动性的DNA序列，具有独特结构可捕获和整合外源性基因，使之转变为功能性基因的表达单位。4.噬菌体基因组3.整合子是一种运动性的DNA序列，具有独特结构可捕获和整67三、基因的转移和重组三、基因的转移和重组68

基因转移（genetransfer）遗传物质由供体菌转入某受体菌内的过程。基因重组（generecombination）转移的基因与受体菌DNA整合在一起。外源性遗传物质供体菌染色体DNA片段质粒DNA噬菌体基因外源性遗传物质供体菌染色体DNA片段质粒DNA噬菌体基因691.

转化受菌直接摄取供菌游离的DNA片段，并将其整合到受菌的染色体中，从而获得供菌部分遗传性状。TransformationinBacteria/course/shywshw/skja/wsw/Ch05.html1.转化受菌直接摄取供菌游离的DNA片段，并将其整合到受菌70第五章细菌的遗传和变异讲课课件71供菌的DNA片段感受态的受菌Transformation转化后的受菌供菌的DNA片段感受态的受菌Transformation转化72转化因子与受菌表面的DNA结合蛋白结合DNA单链进入受菌细胞DNA双链中的一条链被降解被转运到受菌染色体同源区与受菌染色体同源区发生置换性重组杂合DNA双链分子染色体复制转化型细菌转化的过程转化因子与受菌表面的DNA结合蛋白结合DNA单链进入受菌细胞73

供、受菌的基因型 两菌亲缘关系愈近。其基因愈相似，转化愈高； 分子量小于10７，最多不超过10～20个基因

。

受菌的生理状态——感受态

是指受体菌能够从周围环境中吸收外源性DNA片段进行转化的生理状态。环境因素

Ca2+、Mg2+、cAMP影响转化的因素供、受菌的基因型影响转化的因素74转化因子与受菌表面的DNA结合蛋白结合第五章细菌的遗传和变异Tn4 AP、str（链霉素）、Su（磺胺）Tn7 TMP（甲氧苄氨嘧啶）、str流产转导外源性DNA片段游离在胞质中既基因重组（generecombination）完全转导外源性DNA片段与受体菌的染色（generalizedtransduction）（5）质粒的相容性与不相容性受菌的生理状态——感受态TransformationF质粒在末端，F-菌获的F质粒的机会和很少。（电镜扫描图）Tn5 Kam（卡那霉素）优选第五章细菌的遗传和变异转移的基因与受体菌DNA整合在一起。与受菌染色体同源区发生置换性重组供体菌染色体DNA片段Tn971 Em（2）功能上相关的几个基因组成操纵子；质粒独立于染色体外，能进行自主复制的遗传因子。2.

接合（conjugation）供菌通过性菌毛与受菌相互连接沟通，将遗传物质从供菌转移入受菌，使受菌获得供菌的部分遗传性状。大肠埃希菌与肠道杆菌接合（电镜扫描图）转化因子与受菌表面的DNA结合蛋白结合2.接合（conju75F质粒重组区自主复制和不相容性区转移基因群区F质粒重组区自主复制和不相容性区转移基因群区76F质粒的接合F+菌株F-菌株Hfr菌株F’菌株F质粒的接合F+菌株F-菌株Hfr菌株F’菌77高频重组菌株

整合有F质粒的菌株能够高频率地转移染色体基因至受菌，因此被称为高频重组（Hfr）菌株。（highfrequencyrecombinant，Hfr）高频重组菌株整合有F质粒的菌株能够高频率地转移染色体78Hfr菌株细胞内的F质粒脱离核染色体组时携带一小段核染色体基因，这种特殊F质粒称为F＇质粒。

F’质粒

F＇质粒Hfr菌株细胞内的F质粒脱离核染色体组时携带一小段核染色体基79（1）F+和F－的接合（1）F+和F－的接合80

F质粒在末端，F-菌获的F质粒的机会和很少。（2）Hfr和F－的接合F质粒在末端，F-菌获的F质粒的机会和很少。（2）Hf81（3）F＇和F－的接合（3）F＇和F－的接合82R质粒的构成R质粒的接合耐药决定子（r-det）耐药传递因子（RTF）接合型耐药质粒非接合型耐药质粒——（r-det）（R质粒）R质粒的构成R质粒的接合耐药决定子（r-det）耐药传递因子833.转导通过噬菌体的媒介，将供菌的遗传物质转移入受菌，通过交换重组，使受菌获得供菌的部分遗传性状。（transduction）3.转导通过噬菌体的媒介，将供菌的遗传物质转移入受菌，通过84转导的类型局限转导普遍转导完全转导流产转导转导的类型局限转导普遍转导完全转导流产转导85是细菌基因组中的能改变自身位置的一段DNA序列。表面粗糙，边缘不整齐，