第四章细菌的遗传和变异

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细菌的遗传和变异

BacterialHeredityandVariationCHAPTER42WhatisHeredity?

WhatisVariation?3Introduction遗传性变异（基因变异）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。遗传变异：稳定传给后代非遗传性变异（表型变异）：环境改变导致，基因结构未发生变异，可逆，不可遗传。4细菌的遗传与变异BacterialHeredityandVariation5一、细菌的遗传物质6

BUTHowAboutBacteria?Genomeisthetotalityofgeneticinformationinotherlivingcreature.Yes!7Plasmid质粒Chromosome染色体细菌变异的物质基础Bacteriophage噬菌体Transposon（Tn）转座子81.细菌染色体

BacterialChromosome9细菌模型--BacteriaModelChromosome染色体质粒--Plasmids10

BacterialChromosome---Geneticinformationisstoredasasequenceofbasesindeoxyribonucleicacid(DNA).细菌属于原核细胞型微生物。

细菌染色体是单环状双螺旋DNA，不含组蛋白,无核膜包围。细菌染色体、DNA11无内含子单拷贝细菌染色体、DNA12

Ingeneral,thebacterialDNAexistsintheformoflinearstructureinvivo,verylong.Butthecellissmall,so?一般情况下，细菌的DNA呈长链状,有几千个碱基对组成。控制细菌的绝大多数遗传性状。DNA长链在细菌的核质内结构是怎样的？Supercoiling!!!细菌染色体、DNA13中央盘旋的物质(白色)就是细菌的DNA142.质粒--复习Plasmid---Review15染色体外的遗传物质双链环状DNA可独立复制携带遗传信息控制细菌的多种功能哪些重要的遗传信息是由质粒控制的呢？Whatisplasmid16

重要的质粒--MajorplasmidsAccordingtotheirmodeofexistenceandspread致育质粒F质粒代谢质粒细菌素质粒Col质粒毒力质粒Vi质粒可编码许多重要的生物学性状耐药性质粒R质粒17质粒的特点E.coliF－这是什么？E.coliF＋E.coliF+18质粒的特点1.可复制性2.控制遗传性状3.可丢失与消除4.转移性5.相容性与不容性193.噬菌体BacteriophageHello!IamBacteriophage.Twort1907(英国）204.转座子Transposablegeneticelements211.定义存在于细菌染色体、质粒或噬菌体之间自行移动的遗传成分，是基因组中一段特异的具有转位特性的独立的DNA序列，它能在DNA分子中移动，不断改变它们在基因组的位置，能从一个基因组转移到另一个基因组中。转座子?跳动的基因！222.特点

几乎所有的转座子末端都有反向重复序列

Thereare‘invertedrepeat’sequencesintwoends。TransposonsABCDEFGGFEDCBAInvertedrepeats233.主要种类两种主要的转座子插入序列(IS)Insertion

sequence转座元件Transposon244.插入序列---Insertionsequences(IS)

最小的转位因子，长度不超过2kb仅携带自身转座所需的酶基因,不携带任何已知信息,往往是插入后与插入点附近的序列共同起作用，可能是原细胞正常代谢的调节开关之一，也能介导高频重组菌的形成。255.转座元件(Transposon,Tn)

长度一般超过2kb，除携带与转座有关的基因外，还携带耐药性基因、毒素基因及其他结构基因等。可能与细菌的多重耐药性有关。ThetransposablesegmentsofDNA,besidescontaininggenesneededfortransposition,theycarryextragenesforspecialfunctions.WhatisTransposon?266.转座元件--举例ISelementISelement功能基因区(eg.耐药基因)Functiongenes(eg.resistancetodrug)末端反向重复序列Terminalmodules(eg.invertedISelements)27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）转座子的特征28转座子作用机制ShiftingsegmentsofthegenomeIllustration29三、细菌的变异机制Mechanismsofbacterialvariation30(一)突变

Mutation31

细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，是DNA序列的永久性变化,包括小突变、大突变。Mutationisdefinedasarandom,undirectedheritablevariationduetoanychangeinnucleotidesequenceofagene.Mutationcaninvolveanyofthenumerousgenesinbacterialchromosome.定义Definition32小突变:细菌DNA上核苷酸序列的改变,

为一个或几个碱基的置换、插入或丢失,

出现的突变只影响到一个或几个基因。大突变:

涉及大段DNA序列发生的突变。大、小突变间无明显的界线什么是小突变、大突变？33(二)基因转移与重组Genetransferandbination34

基因转移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。定义Definition35

转化

Transformation

接合

Conjugation

转导

Transduction

溶原性转换

Lysogenicconversion

原生质体融合

Protoplast

fusion转移和重组的方式36371.转化--Transformation转化是受体菌直接从周围摄取供体菌游离的DNA片段而与自身基因重组后获得新遗传性状的过程。Definition38细菌染色体细菌游离的DNA片断重组成功吸收DNAUptakeofDNA重组失败StabletransformationUnsuccessful

transformation39401.转化---Griffith

实验Illustration死亡小鼠心血中分离到Ⅲ光滑型菌。

41Illustration小鼠腹腔中只分离极少数菌，原因是什么？

1.转化---Griffith

实验42小鼠腹腔中未分离出菌，原因是什么？

Illustration1.转化---Griffith

实验43死亡小鼠心血中分离到活Ⅲ光滑型菌,原因是什么？

Illustration1.转化---Griffith

实验转化（transformation）供、受体菌的基因型相似，且受体菌只有处于感受态时，才能摄取转化因子，Mg2＋、Ca2＋、cAMP等可促进转化。452.接合--Conjugation接合是指遗传物质(主要是质粒DNA)通过性菌毛由供体菌传递给受体菌，使受体菌遗传性状发生改变的过程。Definition4647

F质粒--接合机制

Mechanism

ofF+xF-CrossesIllustration

48IllustrationF质粒--接合机制

MechanismofF+xF-Crosses

接合后性状变异F-

F+F+49F质粒（致育质粒）整合到细菌染色体上，形成高频重组株（highfrequencybinant，Hfr），具有高频率转移自身染色体至F-菌的能力高频重组株5051接合52R质粒接合RTF--耐药传递因子

与F质粒相似Transferfactor耐药决定子--RdeterminantResistancegenesTransposonsR53Tn

9Tn

21Tn10Tn8Illustration耐药决定子耐药传递因子R质粒接合54arecipientcelladonorcellpopulationcellsR质粒与细菌的生存是怎样的关系？R质粒在细菌间的传递是导致细菌产生耐药性的主要原因。553.转导--Transduction

转导是以温和噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体菌内，使受体菌获得新性状的过程。Definition563.转导--普遍性转导GeneralizedtransductionDefinition

当温和噬菌体终止溶原周期变为毒性噬菌体时，噬菌体在胞浆内复制,细菌染色体也在核酸内切酶作用下崩解为许多片段,当噬菌体装配时,误将细菌染色体片段包进衣壳，再感染受体菌时，可将供体菌的遗传物质转移给受体菌.因被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分，故称为普遍性转导。57Illustration583.转导---局限性转导RestrictedtransductionDefinition温和噬菌体在终止溶原状态脱离原宿主菌时，发生偏差脱离，连同相邻的一段细菌染色体基因包进噬菌体衣壳内，再感染其他细菌时将原宿主菌的基因转移给新宿主菌，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。59604.溶原性转换LysogenicconversionTheprophageDNAasagenebinedwithchromosomeofhostcellandconstitutesageneticalterationtothehostcellDefinition614.溶原性转换Lysogenicconversion温和噬菌体感染宿主菌后，通过前噬菌体的形式与细菌基因组整合，使宿主菌成为溶原性细菌，而获得由噬菌体编