细菌的遗传与变异

第六章细菌的遗传变异主要内容：一、细菌遗传的物质基础二、基因突变三、基因的转移与重组四、研究细菌遗传变异的实际意义第一节细菌遗传的物质基础1、基因组(genome)

细菌的基因组位于核体，是遗传的主要物质基础。核体又称染色体(chromosome)是由两条环状双螺旋DNA长链组成，含细菌的遗传基因，控制细菌的遗传与变异。细菌染色体DNA以半保留方式进行复制。故子代写亲代细菌的性状相同。倘若在DNA复制中，子代DNA发生改变，便会出现变异。2、质粒(Plasmid)

质粒是细菌染色体外的遗传物质，多为环状双螺旋DNA分子。质粒可以自身复制，随宿主菌分裂传到子代菌体。在一定条件下，质粒可以转移，也可丢失。质粒是自行复制单位，有的需与核质染色体的复制同步，称为严紧型复制。编码细菌各种重要的生物学性状。№1

F质粒：编码性菌毛的质粒称致育质粒或F质粒，具有F质粒的细菌有性菌毛，为雄性细菌；无F质粒的细菌无性菌毛，为雌性细菌，该质粒与细菌的有性结合有关。№2毒力质粒：编码细菌各种毒力因子的质粒统称毒力质粒或Vi质粒。如致病性大肠杆菌在黏膜上定居及产生毒素的能力可由不同质粒编码，其中K质粒编码对黏膜具有黏附活性的菌毛，ST质粒与LT质粒分别编码耐热肠毒素和不耐热肠毒素。细菌对抗菌药物或重金属盐类的抗性则由R质粒所决定。一个质粒可同时具有几种编码功能。

质粒可以在细菌间转移，当质粒从一个细菌转移至另一个细菌时，携带的性状也随之转移。质粒的转移不仅可以发生花同种、同属的细菌之间，有的甚至还可以在不同种属的细菌间进行。按其转移的特性时将质粒分为二类:接合性质粒与非接合性质粒。2、穿梭载体是一类特殊的质粒，可在某种属关系差异较大的微生物中转移，例如在大肠杆菌与酵母之间。利用它可携带质核或真核微生物的外源序列。3、转座因子(transposableelement)近年来发现微生物的某些DNA片段作为一个独立单位可在染色体上移动，此种移动甚至可发生在不同种细胞之间。这种可移动的DNA片段称之为转座因子。细菌的转座因子有三种类型:插入序列（IS）、转座子(Tn)以及某些特殊的噬菌体，例如Mu是促变噬菌体的简称。4、毒力岛(pathogenicityisland，PAI)是20世纪90年代提出的一个新概念。PAI是指病原菌的某个或某些毒力基因群，分子结构与功能有别于细菌染色体，但位于细菌染色体之内，因此称之为“岛”。PAI虽然是染色体的DNA片段，但两端往往具有重复序列与插入元件，其G+Cmol%及密码使用与细菌染色体有明显差异，分子量较大，多为30～40kb，也有达100kb者。遗传变异的物质基础三个经典实验证明核酸是微生物遗传物质转化实验噬菌体感染实验植物病毒的重建实验ＳⅢ〖杀死〗

无菌落生长

体外培养

ＲⅡ〖活菌〗

体外培养

ＲⅡ菌落

ＲⅡ菌落多ＳⅢ菌落少

体外混合培养ＳⅢ〖杀死〗

ＲⅡ〖活菌〗

转化实验（2）细菌培养实验大量R菌落活R菌S菌无细胞抽提液+活R菌+S菌DNAS菌落转化实验（3）S型菌无细胞抽提液试验S菌PrS菌多糖R菌落活R菌+Cncnc-micro

植物病毒蛋白质和RNA可以人为地分开,同时又可把它们重新组合成具感染性的病毒.植物病毒的重建实验甲ＲＮＡ＋乙Ｐr→感染症状同甲病毒；分离得到甲病毒

乙ＲＮＡ＋甲Ｐr→感染症状同乙病毒；分离得到乙病毒Cncnc-microTMVHRV（TMV变种）HRVTMV原始株拆开重建感染分离纯化

植物病毒的重建实验染色体基因Ⅱ基因ⅠDNA基因是一段DNA第二沾节弊基因圆突变一、价基因射突变拦的概稍念及耐种类文：1、概废念：基因摄突变音简称伴突变其，是搏变异翼的一挎种，指生浴物细竭胞遗灿传物宜质DN复A分子催结构踪蝶突然差发生仍了稳迟定的刃可遗求传的寺变化规。它是啄生物挽进化偏的一到个重哗要因帖素。2、种院类：细菌倾与一柿般生膝物细自胞一辆样可乐发生扬突变拨，其赢突变皮也可痒按发沟生改吊变的座范围拆大小社，分闷为染宗色体惹畸变锐和点布突变贞。二、撞细菌衫常见虹的变换异现伞象1、菌影落形沾态变城异分为愚两种润类型略，即档菌落杰表面镇光滑艰、湿主润，论边缘沉整齐可的光赔滑型（S型）箩和菌运落表土面粗怜糙、醋枯干捎，边吗缘不带整齐索的粗豪糙型(R型)。在野一定摸条件姐下，削光滑驳型菌茧落可拒变为弟粗糙尺型，才称为S→岩R变异。S→漂R变异控，经抢常伴蚁随着S型抗面原的翁丧失阳和病帆原菌闭毒力根由强扯变弱饮等性挂状的猎改变穴。2、形雨态结抢构变闹异常见斩的有箩细胞恩壁缺防陷变植异(细菌L型等)、荚矮膜变目异或绝鞭毛挺变异罗等。3-殃6%食盐递鼠祥疫杆在菌──觉──播→多形覆态性(衰残邮型)。辞琼允脂培秋基形态毅结构讽变异青霉戴素、纲溶菌为酶吧正常聪形态荣细菌──盛──吵──花→L型变船异抗体惑或补蒜体(部分题或完瘦全失软去胞伪壁)正常颜霍乱膨弧菌霍乱匠弧菌L型形态者结构内变异特殊示结构偿的变夫异42况-4异3℃炭疽壮杆菌──言──处→失去婆形成踪蝶芽胞凤能力,毒性10庭-2圆0天绢降减低变形环杆菌计（H）1%石炭博酸怕（O）迁徙狼生长单个粮菌落鞭毛变异3、抗词原变何异由于蜡细菌欠基因罪突变画而引惨起其衬抗原诊结构携发生形改变仗的变停异类钓型。常见拆的抗侦原变扶异有轻：菌体宣抗原添变异鞭毛设抗原夸变异绵（H-恐O变异北）荚膜磁抗原需变异4、抗吃性变轰异是对树某种藏化学晋药物浮或致攀死物贪理因蛋子抗宿性的茅变异般。如锡耐药贼性的雨产生馆、对多种亚物理控因素呢的抗夏性增思强等因。5、营剧养型阴变异主要农引起泼营养皱缺陷虎型变潜异，腹即细扛菌丧恳失合馒成一废种或递几种为生长脊因子畏的能钱力，凶无法丛在基铲本培夫养基薪上正帮常生蔽长繁够殖的江变异杀类型念。这禽种突雁变对拜研究双细菌剑代谢毫产物仿的生吊物合咽成途棕径很杯有用逆处。常此外肺，营耻养型么变异闷菌株烤可作者为杂际交、恳转化伏、转冤导和符原生什质体左融合暴等研炎究中伶的标冻记菌捷种。6、毒幸力变研异：药毒力浊增强盾或减狂弱毒力灵是病皂原菌况特有换的一版种生页物学闭性状岗。在伞自然露条件感下，旷不仅承不同饮菌株托的毒楼力有刺所不煌同，歉就是部同一忌菌株叫在不掩同条肺件下架也表杆现出拒不同疫的毒奸力。粉在某浅种传头染病负的发涨病初区期，防从患亦病动瞎物体西内分轨离出格来的识菌株纤毒力柿较强锡，然赔而在成流行劳末期米分离延到的誉细菌已毒力汇大为联减弱你。毒址力强恶的菌腹株在王体外光连续弊传代宾改变火培养差条件较后，绳毒力左往往搭减弱吵，而颗通过探易感贫动物趋又能跌便毒丑力减小弱的错菌株声恢复待毒力惧。细菌绘毒力击减弱正的方魔法（1）长佣时间腿在体宗外连租续培刺养传妻代病原宝菌在公体外瞎人工馋培养社基上镜连续良多次蚊传代咬后，在毒力撑一般泽都能鱼逐渐代减弱福乃至真失毒眠力。（2）在级高于蒙最适污生长坚温度变条件羞下培舱养例如必炭疽I型和Ⅱ号疫初苗，循均是例将炭想疽杆娱菌强良毒株诊在42～43化℃培养祥传代仅育成鹊。（3）在众含有拘特殊皆化学阴物质许的培迁养基励中培粥养如广织为采岭用的泄结核攻病卡阻介苗(B陆CG奶)，系将伸牛型副结核察杆菌做在含兴有胆竟汁的墨马铃双薯培懒养基毁上每15天传1代，孙持续呈传代13年后角育成川。（4）在幻玉特殊驶气体肢条件欠下培飞养如无侄荚膜化炭疽岁芽孢胞苗是寨半强膏毒菌六株在谎含50订%动物励血清牲的培陡养基把上，捏在50型%C弃O2的条醒件下舒选育伍的。（5）通稼过非撇易感耕动物如猪才丹毒桥弱毒愈苗(G翻C42)系将讨强致岂病菌塞和株双通过很豚鼠37僵0代后缘瑞，又揪通过索鸡42代选拜育而爪成。（6）通骆过基赵因工傲程的吨方法去除暴毒力眯基因助或用铸点突速变的辣方法喊使毒丈力基则因失领活，坐可获献得无浴毒力悼菌株券或弱跳毒菌遥株。萌但对康多基痕因调档控的黎毒力隶因子皮较难蛙奏效稀。细菌闷毒力唤增强疑的方百法在自救然条已件下仍，回咏归易辰感动耕物是山增强息细菌波毒力骆的最缸佳方博法。交易感葵动物路既可炭是本喷动物谷，也葡可是棍实验寻动物坟。特把别是森易感阿实验陡动物榴，已配广泛挣用于壶增强素细菌根的毒球力，民如多贵杀性绞巴氏稠杆菌垒通过分小鼠片，猪蝇丹毒勉杆菌识通过舰鸽子缝等。三、山诱发灿细菌鞋变异黄的方豪法诱发竟突变蓄是应垄用人具工方旺法使歪细菌慰增殖碑和复旅制DN调A时出旗现乳“错胁误”重，膏从而走育成姥人类犯需要习的细令菌变扭异品度系。如下御介绍向常用去的诱筐变方由法及拳其致隔突变叉的机诞制。（一疯）肃物理维方法包括炕温度蜘及各粉种射涛线战。1、温度王：温度循诱发剪基因揪突变漂的机丈制似锄乎是敢专一付对GC碱基怪对的霜作用耀。包驱括使C脱氨河基转猴换为坏尿嘧户啶(U他)，在复摔制中约造成GG夏→哗A绵T转换;以及锦引起G-脱氧绸核糖泉键的惨移动症，从鞋而在DN鸭A复制啄过程持中出袄现包形括两并个G的碱匙基对虽，在射再一资次复膜制中案造成GG添→进CG颠换弦。2、辐咱射：辐射科的诱且变作记用一标般认桂为有轨直接渠作用坚和间里接作此用两抚个方战面。奔前者睛是指陕辐射伞直接泰作用促于染宇色体鸦，包探括引践起DN耽A骨架译断裂制所造占成的冻染色沈体畸仆变和泰引起安复制已差错猾。间接化作用栏是使率染色奋体以鸣外的废细胞劈燕物质桶发生踢变化思，再适由这犁些物粉质作麻用于傲染色雕体引前起突僵变;它包拢括碱灵基类闷似物志的形鱼成及它其突拘变诱些发作疑用，声和电题离辐吓射引笋起过翁氧化在氢和眯游离艇基的虑产生伸以及务它们邮诱发斗突变隆。（二伴）化恨学方焰法常用升的化级学诱讨变剂通有5溴脱烛氧尿改苷（UBr）、5-氟脱忧氧尿虽苷、2-氨基狂嘌呤间、8-氮鸟怒嘌呤张、亚楚硝酸错、羟爪胺、嫁烷化太剂（B丙酸堤内酯脖和芥仆子气代等）埋、亚缓硝基强胍、差丫啶断橙染南料(丫啶铅黄、联丫啶厘橙、料原黄奴素等)、一芬系列沉烷化条剂和须丫啶逢类结歉合的障化合抹物、预溴化丝式乙锭战等。颗它们巡寿的作社用机谦制复领杂而赢各有敬差异弄，总明的说络来主炼要有全以下耽几方倡面。1.取代卡碱基叛参入DN飞A，从而施使DN紧A的某祥些碱怖基对表发生骂置换附。例如UBr是T的结阴构类他似物用，它豆通常己以酮崇式出样现，渔能代侄替T与A形成嫩氢键构而配岗对。2.使碱西基发砌生化英学变帆构，厦从而继引起DN患A的某派些碱汤基对遍发生饿置换论。例如静亚硝袍酸对姐碱基显有氧种化脱羞氨基壮作用亲，可毯以便C成为U与A配对，或A成为稿次黄屋嘌呤(H塔)与C配对蜡，从哪而引近起DN飘A的某爬些碱样基对岗发生狂置换略突变惕。3.插入DN急A相邻疗的碱典基之是间，外引起度移码膛突变垂。在邻捏近的智两个党嘌呤苏碱基妹之间鸟插入贝丫啶伶染料勤分子技，可谁引起DN皮A复制孕时碱枯基增理添或机缺失父的错魔误，哈造成悬密码胞子的鼻移码眯，出街现基梯因突燃变。4.引起DN母A分子齐断裂链而诱永发染绘色体剖畸变航。例如耳许多怜烷化木剂(氮芥嘱、硫陡芥、厉环氧犁乙烷泄等)除能虾诱发名点突接变以队外，按还能球诱发欠染色什体畸脂变。（三接）生惰物学屯方法利用陕各种拥生物嫩学的多方法阶可诱戒使微迫生物串发生伤变异亿，使扭细菌锤发生戒毒力联等性版状的遇改变兼，获质得性套能良珠好的请菌株阀。1、增设强毒愿力连续愉通过毙易感枝动物秃，可龙使病酒原菌切毒力意增强良。有萍的细支菌与牛其他营微生锈物共俊生，扣或被穴温和示噬菌捡体感窜染，腥也可尺增强杰毒力支。例世如产盲气荚聪膜梭怜菌与摔八叠讨球菌旬共生烟时毒叮力增蒙强;肉毒牌梭菌榆当被满温和渡噬菌姥体感纯染时江，方轰产生舞毒素塞。2、减打弱毒陵力病原态菌毒社力自使发减联弱的侮现象肆，常拨见于固传染藏病流笋行末杨期所寨分得烧的病敬原菌睛株。郑人工逆减弱白病原太微生徒物的值毒力县通常辫使用毫病原捷菌通喊过非携易感肠动物为、鸡念胚等阶方法禾。如钞将禽励霍乱关强毒刃菌株都通过健琢鼠19稼0代后汤，再号经鸡崭胚传40代，撞育成己禽霍汗乱弱漠毒菌习株。淘无论购自然木变异挥弱毒枪株或担人工贝培育蔑的变五异弱迈毒株问，均特由于DN政A上核锦甘酸缴碱基琴顺序写的改棕变的移结果葛。第三菌节再基因嘴的转厉移与棵重组细菌减是单条细胞智生物太，以凡二分胶裂方赢式进汗行无浸性繁湾殖，光子代忠只有薄从一曾个亲完代获龙得遗赞传物稀质，旁在某警种情鞠况下桑，两浸个不带同性自状细菠菌的毅基因此可以厚转移劣到一阅起，畏经过枕基因矩间的担重组录，形错成新汁的遗躺传型赴个体暑。细积菌的践基因班转移父和重待组的墨主要别形式开有转瓣化、嘉转导孙、接魄合、钱原生韵质体户融合债和转咏染。转化转化庆因子（tr素an见sf巧or羡mi抢ng浆pr亏in狸ci私pl尽e）在转宁化过紧程中列，转轿化的DN剃A片段览称为疾转化勺因子率，禁分子标量小斤于107，最培多不椅超过10馆~2莫0个基挽因。感受田态（co组mp缴et递en霞ce）受体橡菌只乓有处捏于感壁受态射时，责才能卖摄取亿转化艇因子帅。细雄菌处粉于感抱受态摧是因逆为其翅表面漆有一斑种吸英附DN杜A的受健体.转化转化额因子路吸附薯在受系体菌茧表面蛇受体盼上，其然后祝再被跑摄入脱。解链胀，一爬链进腐入受辛体菌脆，另壁一链问为进周入提否供能闻量。重组昏。DN斯A复制侦重组派菌繁搬殖后饥，获乘得新步的性拌状的阅细菌槐称为涝转化动菌的务突变榜株。转化接合千（co琴nj同ug店at鬼io递n）接合旬是细围菌通问过性我菌毛尤相互咬连接普沟通并，将外遗传既物质产（主戏要是阴质粒DN疲A）从供红体菌逆转移盐给受驳体菌权。接合驴性质蛋粒：祝能通觉过接天合方拍式转现移的宁质粒缓称为衬接合妥性质灭粒，F质粒胁、R质粒若、Co她l质粒似和毒部力质孝粒。E.败c淘ol钳i描st撑ra精in总s听un躲de单rg遵oi吵ng许c峡on树ju犬ga焦ti堂on敞(腔TE朵M查x2世7,络70坐0)接合F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipient接合R质粒摘的接峰合日本庙首先汪分离来到抗堪多种懂药物祖的宋贪内志普贺菌转多重芹耐药抹株，葬多重斯耐药乘性很宽难用安基因合突变馒解释饼。健康苏人中田大肠腔埃希遭菌30邮%-50苍%有R质粒砖，而销致病扑性大欢肠埃胞希菌90剃%有R质粒绒。R质粒系与耐凑药性症有关灰，尤昏其与扛多重肆耐药果性有户关。秩耐药姿质粒倍从一附个细抽菌转因移到祖另一说个细逃菌中局。接合R质粒耐药俊传递请因子摆（re替si完st卸an扎ce白t字ra卵ns村fe柏r妄fa压ct颜or尘,R烛TF）与F质粒塑相似例，编梳码性甜菌毛扛的产妻生和打通过牺接合阻转移耐药疼（r）决定冒子r-视di垦r能编男码对鉴抗菌就药物云的耐卵药性繁，可因由几野个转大座子侍连接检相邻快排列只，如Tn9带有恳氯霉镇素耐援药基箩因，Tn4带有废氨苄签青霉彼素、蚁磺胺靠、链购霉素愈的耐扩药基歌因，Tn5带有剑卡那货霉素仇的耐绕药基搞因。转导揭（tr易an虑sd快uc泊ti芒on）转导剪是以背转导径噬菌叮体为彼载体贱，将拜供体鸭菌的竹一段DN街A转移朝到受跳体菌闸内，即使受扇体菌悟获得贵新的杯性状扒。普遍绒性转姓导（ge僚ne柔ra酿li隐ze骄d裳tr掀an栋sd辛uc士ti达on）局限端性转雄导（re卖st讽ri耗ct搬ed闭t买ra画ns赢du绳ct站io今n）前噬荣菌体幅从溶担原菌欲染色筒体上崖脱离榴，进监行增环殖，让在裂失解期麦的后棍期，系噬菌汽体的DN举A已大汇量复道制，彼在噬低菌体DN剃A装入翁外壳底蛋白经组成柿新的漏噬菌靠体时疫，在105～107次装洽配中汉会发疾生一跟次装膊配错泳误，坏误将广细菌客的DN套A片段饺装入素噬菌战体的哀头部财，成苍为一兄个转解导噬帜菌体宋。转贞导噬营菌体摆能以仓正常洽方式绿感染旱另一序宿主园菌，询并将锄其头夜部的款染色劝体注柴入受梨体菌礼内。凶因被时包装主的DN孕A可以捐是供哈体菌劲染色饥体上申的任更何部辟分，亦故称惜为普遍轧性转计导。普遍剪性转厦导普遍罢性转沫导普遍采性转凝导完全尿转导外源鹅性DN功A片段础与受员体菌什的染术色体缸整合扎，并仿随染远色体删而传脱代，脖称完摊全转晴导流产耗转导外源率性DN店A片段搏游离陡在胞糟质中,既不区能与群受体涨菌染易色体窗整合喜，也脆不能锁自身少复制视，称室为流批产转爪导局限只性转弊导或羊特异任性转爸导，校所气转导斤的只超限于己供体刷菌染滑色体桶上特仙定的烤基因脾。如λ噬菌镰体进挥入大沫肠埃垮希菌赢。局限课性转芹导局限软性转晋导galbiogalbiogalbiogalbiobiogal第四峰节字细劳菌遗苍传变芦异研俊究的茶实际享意义1、理稍论意福义：用细勇菌进雹行的脑一系洪列遗阴传学红实验瘦，不刷仅揭罗示了股细菌谎本身益许多泪遗传习变异贡的规纸律，驰而且意推动朵整个讲分子蚊遗传录学的窃迅速严发展招。在捏微生障物学淋领域臣内，申细菌碧遗传岁变异仔的研窝究也副有助恒于对汽其他雷有关乐问题鼓的了半解和级发展偿，例音如帮波助了裙解微浅生物毁的起鲁源和铜进化展，微退生物肥结构吵与功耗能的列关系拨，原炕核生驰物性途状的社调节许控制启，以忘及推界动微贿生物架分类泰学的者深入桑发展木。2