细菌的遗传变异课件

此ppt下载后可自行编辑细菌的遗传变异主要内容一、细菌的遗传物质（一）细菌的染色体（二）染色体以外的遗传物质二、细菌的变异（一）细菌变异的类型（二）细菌变异的机制三、细菌遗传变异的实际应用细菌的遗传细菌的变异细菌变异的分类第一节细菌遗传的物质基础

一、细菌的染色体细菌染色体的结构与特点1、细菌是一条染色体，呈环状双螺旋DNA结构，按一定构型反复回旋卷曲而成的松散的网状结构。2、细菌染色体是核蛋白与细菌的DNA相结合。该蛋白与基因的活化、DNA的复制有关。3、不同细菌染色体DNA的G+Cmol％不同。约有1％的碱基被甲基化，其中腺嘌呤被甲基化的数量最多；其次为胞嘧啶。4、细菌基因组中，不编码的DNA序列很少，只有少数基因具有重复序列，功能相关的基因高度集中，组合成操纵子。5、细菌具有连续的基因结构，无内含子二、质粒1.质粒的特点1）．质粒并非细菌生存所必不可少的遗传物质。2）．质粒的传递（转移）是细菌遗传物质转移的一个重要方式。3）．质粒可自行失去或经人工处理而消失。4）．质粒可以独立复制。5）．可有几种质粒同时共存在于一个细菌内。2.质粒的分类1）能否通过细菌的结合作用进行转移结合性质粒非结合性质粒2）质粒在宿主菌内拷贝数的多少严紧型质粒松弛型质粒3）质粒的相容与不相容性两种结构相似、密切相关的质粒不能稳定共存于一个宿主菌；结构相差较大、互不相干的质粒可以共存于同一个菌体。4）质粒的来源不同天然质粒人工构建质粒致育因子（fertilityfactor）F质粒与有性生殖有关带有F质粒的为雄性菌，能长出性菌毛；无F质粒的为雌性菌，无性菌毛高频重组菌（highfrequencerecombination,Hfr）：F质粒整合到宿主染色体的菌株F’因子：Hfr菌株上的F因子通过重组恢复成自由状态时，有时可将其相邻的染色体基因一起切割下来，成为携带某一染色体基因的F因子，将携带不同基因的F因子统称为F’。几种重要的天然质粒耐药性质粒编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。毒力质粒（Vi质粒）（virulenceplasmid）编码与该菌致病性有关的毒力因子。细菌素质粒编码各种细菌产生的细菌素。代谢质粒编码产生相关的代谢酶。人工构建的质粒

1.人工构建质粒的目的：人工构建的质粒主要用于基因工程技术，在该技术中质粒主要被用作载体。基因工程的程序：（1）获取所需要的基因（2）将目的基因与载体连接（3）将重组DNA导入到受体细胞，外源基因得到表达。2.基因工程载体必须具备下列条件：1）环状DNA结构2）具有限制性内切酶的位点，以便与外源基因连接3）可不依赖于染色体进行独立复制4）具有有别于宿主的选择性标记5）可通过特定方法导入某些宿主细胞功能不同特殊用途的载体克隆载体表达载体拷贝数高具有单（多）克隆位点载体本身带有一个或多个选择标记除具有克隆载体的一般特性以外，还具有一套表达元件：启动子、SD序列、终止子3.基因工程载体分类4、质粒作为载体

AATTCTTAAGGAATTCTTAAEcoRI酶切转化1、高温变性2、低温复性3、一定温度延伸PCR三、转座因子

存在于细菌染色体上，可作为独立单位在染色体上自由移动的DNA片断。转座因子有三种类型：插入序列（IS）、转座子（Tn）、及特殊噬菌体。1.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，可能是原细胞正常代谢的调节开关之一。

TransposaseABCDEFGGFEDCBAISIS2.转座子（transposon,Tn）长度一般超过2kb，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因等。因此当Tn插入某一基因时，一方面可引起插入基因失活产生基因突变，另一方面可因带入耐药性基因而使细菌获得耐药性。转座子可能与细菌的多重耐药性有关。IS

ISResistanceGene(s)IS

ISResistanceGene(s)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）3.转座噬菌体或前噬菌体是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，当整合到细菌染色体上，能改变溶原性细菌的某些生物学性状，如白喉棒状杆菌、肉毒梭菌等的外毒素就是由转座噬菌体的有关基因所编码的。另外，转座噬菌体从细菌染色体分离脱落时，可能连带有细菌的DNA片段，故它还可能在遗传物质转移过程中起载体作用。四、毒力岛（PAI）位于细菌染色体之内，分子结构与功能有别于细菌染色体的病原菌的某个或某些独立基因群。第二节基因突变一、细菌变异类型1.形态变异（1）自然形成或诱导产生的细菌L型。（2）病原菌在特定的动物组织器官中，可发生形态结构变异2.结构和抗原性变异。（1）荚膜变异。（2）芽孢变异。（3)鞭毛变异。H-O变异：有鞭毛能运动的细菌丧失鞭毛形成能力的变异称3.培养性状的变异

S-R变异；R-S变异4.毒力变异5.生化形状变异（1）营养缺陷型变异（2）诱导酶产生。（3）终末产物阻遏。6.耐药性变异形态结构变异

3-6%食盐

鼠疫杆菌────→多形态性(衰残型)。

琼脂培养基

形态结构变异

青霉素、溶菌酶

正常形态细菌──────→L型变异抗体或补体

(部分或完全失去胞壁)

正常霍乱弧菌霍乱弧菌L型毒力变异

β棒状噬菌体

白喉棒状杆菌────→获得白喉毒素二、细菌变异的机理1.突变（1）碱基置换。（2）碱基的减少、增加与倒置。（3）碱基的互变异构。1)碱基置换(basesubstitution)：点突变ATG

CAC

CTT

CTT

ATA

AAA

ACC

GAA

TAA甲硫组亮亮异亮赖苏谷ATG

CAC

CTC

CTT

ATA

AAA

ATC

GAA

TAA

甲硫组亮亮异亮赖异亮谷碱基转换CTTCTCCTACTG亮TAATAGTGA终止密码ATG

CAC

CTT

CTT

ATA

AAA

ACC

GAA

TAA甲硫组亮亮异亮赖苏谷ATG

CAC

CTT

CTT

CTA

AAA

ACC

GAA

TAA

甲硫组亮亮亮赖苏谷AG碱基颠换错义突变ATG

CAC

CTT

CTT

ATA

AAA

ACC

GAA

TAA甲硫组亮亮异亮赖苏谷ATG

CAC

CTT

CTT

ATA

TAA

ACC

GAA

TAA

甲硫组亮亮亮无义突变无意义蛋白质或TCAC或TG2)插入或缺失突变(deletionorinsertionmutation)ATG

CAC

CTT

CTT

ATA

AAA

ACC

GAA

TAA甲硫组亮亮异亮赖苏谷ATG

CAC

CTC

CTT

AAACCC

ATA

AAA

ATC

GAA

TAA

甲硫组亮亮赖脯

异亮赖异亮谷AAACCCATG

CAC

CTT

CTT

ATA

AAA

ACC

GAA

TAA甲硫组亮亮异亮赖苏谷ATG

CAC

CTC

CTT

AAA

CAT

AAA

AAC

CGA

ATAA甲硫组亮亮赖组赖天冬精异亮AAAC氨基酸数目的增加或减少移码突变异常蛋白质突变的机理a.自发突变

细菌在分裂繁殖时，由于DNA复制过程中，所出现的碱基错配，引起的突变。特点：具有偶然性，突变是随机不定向的，外界因素不能决定细菌的性状如何改变。突变率一般在10－6—10－9

。b.诱发突变：采用人工的方法，通过诱变剂（mutagen）诱导细菌发生突变。1、电离辐射：X线、紫外线。X线能量极强，导致DNA磷酸二酯键的断裂；紫外线导致DNA形成嘧啶二聚体的形成，妨碍了DNA聚合酶的作用。2、化学诱变：（1）亚硝酸：其主要作用是对C和G的脱氨基作用，脱氨基的结果导致氢键的改变，下次复制时相应由A或T(而不是由G或C)配对；（2）羟胺：主要作用于C，将C转变为只能与A配对的修饰碱基－羟基亚胺碱基。（3）烷化剂（乙基甲烷磺酸、甲基甲烷磺酸等）嘌呤烷基化，碱基错误配对。2.基因的转移与重组（1）转化

①定义：转化是受体菌直接摄取供体菌游离的DNA片段，整合与自身的基因组中，而获得了该供体菌的部分遗传特性。

活无毒II型（无荚膜）活有毒III型（有荚膜）杀死的有毒III型（有荚膜）白鼠死亡不死亡混合白鼠死亡分离活的有毒III型肺炎链球菌②过程：a.转化因子（transforming：

principle）b.感受态（competence）c.过程1、一段长的双链DNA分子借助与DNA结合蛋白到细胞表面，并被核酸内切酶切开。2、一条链被核酸酶降解3、未降解的链与感受态特异蛋白结合4、单链DNA进入细胞，并且在宿主DNA的同源区段整合进宿主染色体中转化的机理（2）转导

①定义：以噬菌体为媒介，把供细菌的基因转移到受体菌内，导致后者基因改变的过程称为转导。②转到的类型：完全转导顿挫转导普遍性转导局限性转导普遍性转导在噬菌体DNA装入外壳蛋白组成新的噬菌体时，在