所有分类本噬菌体遗传

所有分类本噬菌体遗传第1页/共81页

概念微生物的病毒

特点分布广泛结构简单胞内寄生特异性强第2页/共81页

形态与结构

三种形态：蝌蚪形微球形细杆形

两种结构：外壳——蛋白质保护核酸决定外形核酸——DNA双股多

RNA单股多第3页/共81页第4页/共81页

噬菌体与细菌的相互关系

严格特异性

两种后果（1）裂解细菌——毒性噬菌体吸附增殖过程穿入生物合成成熟与释放第5页/共81页第6页/共81页第7页/共81页第8页/共81页第9页/共81页噬菌现象液体培养基混浊澄清固体培养基噬斑（plaque）一定体积内的噬斑形成单位数目（pfu）一个噬菌体复制增殖裂解形成第10页/共81页ElectronMcrographofBacterialPhageAweakenedbac-terial(╳20,000)cellcrowdedwithviru-ses,hasrupturedandreleasednume-rousvirionsthatcanthenattackne-arbysusceptibleho-stcells.第11页/共81页

（2）整合———温和噬菌体

temperatephage

不复制不裂解核酸整合

前噬菌体prophage——整合在细菌染色体上的噬菌体基因

溶原性细菌lysogenicbacterium

——带有前噬菌体基因组的细菌，正常繁殖

第12页/共81页第13页/共81页第14页/共81页第15页/共81页第16页/共81页

噬菌体小结

概念－感染微生物的病毒两种结构蛋白质外壳＋核酸两种类型毒性

温和

前噬菌体

溶原性细菌

溶原性转换

第17页/共81页

细菌的遗传与变异Bacterial

heredityandvariation第18页/共81页内容：

细菌的遗传物质细菌基因表达的调节（自学）

基因的转移和重组

基因突变（自学）细菌遗传变异在医学上的实际意义第19页/共81页细菌遗传物质染色体（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决定细菌基因型(genotype)和表型(phenotype)

BacterialHereditySubstances第20页/共81页

特点小4000个基因dsDNA，

3.2～5×106

bp

一个复制起始位点复制快

105

bp/min

基因组连续无内含子无组蛋白基因组重复序列少而短

第21页/共81页ElectronMicrographofAnE.coliDNAAnE.coli

bacilluswastreatedwithanenzymetoweakenitswall,thenplacedinwater,causingitsDNAtoleakout.(╳16,000)第22页/共81页2质粒Plasmid

特点自主复制转移性结合性质粒—性菌毛非结合性质粒—噬菌体

决定细菌特性

致育性抗药性抗原毒性

与染色体结合

自行丢失不相容性结构相似密切相关的质粒

不能共存于一个宿主菌

第23页/共81页3转座因子transposable

－在细菌染色体、质粒、或噬菌体之间能改变自身一段DNA序列。特异性转座酶的作用

第24页/共81页特点原核生物和真核生物都有转座子。转座序列可沿染色体移动，可在不同染色体间跳跃（跳跃基因）

转座子的发现

40年代B.McClintock研究玉米行为遗传学中发现玉米粒上有色素和斑点的变化，提出生物体基因中有可移动的控制因子（controllingelement)。

1952年发表转座子论文

1967年Shapiro从E.coli中发现了转座子后，

Mcclintock的理论引起重视

1980年获诺贝尔奖。第25页/共81页

在转座过程中转座子的一个拷贝留在原来位置上，新位点上出现的仅是拷贝依赖于DNA的复制第26页/共81页两种：插入序列（InsertionSequence，IS）分子量最小，结构最简单，转座效应

转座子（transposon，Tn）结构复杂几个——10几个基因主要基因转座基因抗药基因Tn3—氨苄

Tn6—卡那

Tn4-—链

Tn10—四

IS

ISResistanceGene(s)Tn转座酶重复序列重复序列800-1400bp第27页/共81页常见的插入序列和转座子ISbpTn耐药或毒素基因IS1768Tn1

AP（氨苄青霉素）IS21327Tn6Kan（卡那霉素）IS31300Tn10Tet（四环素）IS41426Tn551Em（红霉素）IS51195Tn681E.coliET（肠毒素）第28页/共81页4整合子integron,In概念：可移动性基因元件,通过位点特异性重组捕获和整合并表达外源性基因

整合子是一种天然的克隆和表达载体

分型：根据含有的整合酶不同进行分型

32种不同的整合酶基因与细菌耐药性有关主要有1型2型3型整合子

第29页/共81页定位：位于染色体质粒转座子结构：两端保守末端＋中间的可变区可变序列有一个或多个基因盒59碱基元件(59baseelements，59be）基因盒由一个ORF（通常是耐药基因）和一个反向不完全重复序列即59-be组成整合子

两个保守片段即5′端和3′端保守段组成

5′端保守段有编码整合酶的Int基因、

Int特异重组位点（attI）负责基因转录的启动子P1（Pant）和P2第30页/共81页Theintegronmechanismofantibiotic-resistancegenecassetteacquisition.Theintegronintegraseisresponsiblefortheintegrationofcircular-resistancegenecassettes.Itdoesthisbycatalysingsite-specificrecombinationbetweentheattsitesonthegenecassetteandtheplasmid.Cassetteclustersareassembledinlineararrays.AttC,attachmentsite(cassette);attI,attachmentsite(integron);intl1,

integrase1;Pant,promoterforgenecassetteexpression;qac,quaternaryammoniumcompoundresistance;sul,sulphonamideresistance季胺化合物硫胺化合物

整合子有三个部分：

整合酶基因intl1

重组位点基因盒AttC

整合子

attI

启动子Pant

表达整合子上的基因盒

整合酶：催化基因盒整合到重组位点上第31页/共81页整合子是一种遗传因素,包含一个能捕获外源基因的位点特异重组系统，这些被捕获的外源基因通常是耐药基因（如编码氨基糖苷类、β-内酰胺类、氯霉素、磺胺类等的基因）。这些耐药基因被包含在叫做基因盒的单一的移动单元。整合子由两个保守片段即5′端和3′端保守段组成，在5′端保守段包含有编码整合酶的Int基因、Int特异重组位点（attI）和负责基因转录的启动子P1（Pant）和P2，但P2仅少见于少数整合子。Int位于整合子5′保守末端，属于酪氨酸整合酶家族，其编码的整合酶识别两个不同的重组整合位点，即位于整合子上的attⅠ位点和位于基因盒的59-be家族成员（attc位点）。整合酶负责催化attⅠ位点和一个59-be位点之间、两个59-be位点之间及两个attⅠ位点之间的重组，但两个attⅠ位点之间的重组效率比attⅠ位点和一个59-be位点之间的重组效率低。3′端保守段的结构则因整合子类型的不同而异。基因盒是单一的可移动的DNA分子，通常以环行独立的状态存在。只有当它被整合子捕获并整合到整合子中才能转录。基因盒通常不含启动子，但一旦基因盒插入整合子，这个基因就能在5′端的共同启动子Pant作用下转录。基因盒是由一个ORF（通常是耐药基因）和一个反向不完全重复序列即59-be组成，59-be片段交换位点长度从50bp～150bp不等。在反向重复序列的5′端有一个长7bp反向核心位点RYYYAAC；在3′端有一个核心位点GTTRRRY（R为嘌呤，Y为嘧啶）。基因盒插入attⅠ位点导致基因盒下游的此级位点（attc）的形成。一个整合子可以捕获一个或多个基因盒，被捕获的基因盒5′端与attⅠ位点，3′端的59-be片段与attc位点发生特异重组。整合子-基因盒结构如图13基因盒的结构3.1基因盒的结构基因盒是一种可移动性基因元件，可以环状的形式独立存在，也可整合入整合子中而成为整合子结构的一部分［1］。基因盒的结构如图2，由单一基因(结构基因)和一个整合位点attC组成。由于第一个被发现的attC长度为59bp，所以attC又称为59碱基元件(59baseelements，59be)。第四类整合子的attC位点称为霍乱弧菌重复序列(Vibriocholerarepetitivesequences，VCRs)。attC位点的长度为57～141bp，是一个不完全的反向重复序列，并含有可被整合酶识别的特异性整合位点。attC位点的两端分别为一7碱基对的保守片段，分别称为核心位点(coresite，CS)和反向核心位点(inversecoresite，ICS)。核心位点的共同序列为GTTRRRY(R：嘌吟，Y：嘧啶)，核心位点位于attC位点的右侧，互补的反向核心位点序列为RYYYAAC，位于attC位点的左侧。当游离的环状基

A：环状基因盒；B：线性基因盒基因盒的结构因盒在整合酶的催化下与整合子的attI发生位点特异性重组时

。第32页/共81页作用：介导和传播细菌耐药性整合子在多种临床耐药菌中广泛存在

位于转座子和质粒可移动基因元件上，加快耐药基因在细菌中的播散抗生素在养殖业中的广泛使用导致多重耐药的整合子可通过食物链传给人

目前重点研究：整合子在细菌耐药性作用和机制深入研究。

第33页/共81页5噬菌体基因组

第34页/共81页

基因的转移和重组基因转移（genetransfer）外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过程重组（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的性状

同源重组

homologousrecombination

紧密相关的DNA之间外源一段单链DNA—重组酶—取代宿主菌染色体上的一段DNA

非同源重组

无关的DNA之间第35页/共81页基因的转移与重组

（genetransferandrecombination）1.转化（transformation）2.接合（conjugation）3.转导（transduction）4.溶源性转换（lysogenicconversion）5.融合（fusion）细菌的遗传与变异第36页/共81页转化transformation

供体菌游离的DNA片段直接进入受体菌，使受体菌获得新的遗传性状。细菌的遗传与变异第37页/共81页InjectintoisolateF.Griffith’stransformationtestliveS

.

liveS.第38页/共81页injectisolateliveR.第39页/共81页InjectintoisolateHeattodeathliveS.第40页/共81页InjectintoisolatemixtureliveS.第41页/共81页proteinPolysaccharidelipidRNAAvery’stestliveS.isolateSolutionofruptured

Bac.S第42页/共81页PurifiedDNAliveS.isolate第43页/共81页isolateDNaseSolutionofruptured

Bac.S第44页/共81页细菌的遗传与变异TheMechanismofTransformation第45页/共81页细菌的遗传与变异第46页/共81页接合conjugation

细菌通过性菌毛相互连接沟通，将供体菌的遗传物质转移至受体菌，使受体菌获得新的遗传性状的过程。细菌的遗传与变异第47页/共81页

只有F因子或类似F因子传递装置的细菌才能结合，主要的结合质粒有F质粒、R质粒。

F质粒接合————性菌毛

F+菌与F-菌接合，质粒DNA一股进入受体菌，两个菌的单股各合成互补股。（雄+雌）

第48页/共81页F+F_Sexpili细菌的遗传与变异第49页/共81页F+F+F_细菌的遗传与变异第50页/共81页ElectronMicrographofBacterialSexPiliThreebacteria(╳20,000)

intheprocessofconjuga-ting.Clearlyevidentarethesexpiliformingmu-tualconjugationbridgesbetweenadonor(uppercell)andtworecipients(twolowercells).F+F_F_Sexpili

细菌的遗传与变异第51页/共81页Hfr菌－－－

F质粒与染色体整合

具有结合和转移功能细菌染色体转移频率高，F质粒低受体菌获得供体菌性状用于绘制基因图第52页/共81页Hfr转移细菌染色体过程第53页/共81页

F´质粒———Hfr中的F质粒有时从染色体上脱离下来，有时带有染色体上几个邻近基因。

Hfr第54页/共81页

R质粒的接合——（耐药性因子）日本首先分离到抗多种药物的宋内志贺菌多重耐药株健康人中大肠埃希菌30%~50%有R质粒，而致病性大肠埃希菌90%有R质粒。与多重耐药性有关。耐药质粒从一个细菌转移到另一个细菌

RTF——耐药性转移因子，决定性菌毛产生

结构通过接合转移。

r决定因子—耐药决定因子，编码对各种抗生素耐药。TT氨第55页/共81页

R质粒决定耐药机制

R质粒基因编码产生各种酶，使抗生素水解。如金葡菌—耐青质粒——产生B内酰胺酶——水解青分子的B内酰氨环—青霉酸—失活。

R因子控制细菌细胞膜的通透性，使药物不能进入菌体。控制细菌改变药物的作用部位。

第56页/共81页转导transduction

以温和噬菌体(temperatephage)作为载体(vector)，将供体菌的遗传物质转移至受体菌中，使受体菌获得新的遗传性状。细菌的遗传与变异第57页/共81页细菌的遗传与变异第58页/共81页细菌的遗传与变异第59页/共81页细菌的遗传与变异第60页/共81页

两种转导：

普遍转导generalization

transduction

裂解期的噬菌体装配供体菌DNA的噬菌体感染受体菌后,供菌核酸整合到受体菌.

局限性转导restrictedtransduction

温和噬菌体介导

第61页/共81页受体菌转导噬菌体细菌DNA噬菌体DNA供体菌

普遍性转导第62页/共81页结果完全转导流产转导未整合整合第63页/共81页

局限性转导restrictedtransduction

溶原期和裂解期噬菌体

转导的只限于供菌染色体上特定基因溶原噬菌体_整合在细菌染色体半乳糖酶Gal与生物素基因Bio之间

理化因素___裂解期___噬菌体DNA脱离细菌染色体正常脱离留细菌

偏差脱离噬带菌第64页/共81页第65页/共81页第66页/共81页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)第67页/共81页转导

接合

转化第68页/共81页

4转换

是温和噬菌体感染细菌后，噬菌体DNA整合到细菌染色体如白喉杆菌

转换无毒白喉杆菌有毒白喉杆菌噬菌体第69页/共81页

融合——

原生质体融合

Protoplastfusion细菌形成原生质体

聚乙二醇作用两菌细胞发生融合双倍体细胞短期生存染色体之间发生基因交换和重组形成多种不同表型的重组融合体第70页/共81页基因来源转移方式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lysogenicconversion噬菌体整合第71页/共81页基因突变概念：DNA碱基对的置换、插入或缺失使基因结构发生变化染色体畸变类型A～G、X代表不同的DNA片段

野生型倒位重复缺失置换插入第72页/共81页

五