第五章 细菌的遗传与变异2011.ppt

1、第五章，细菌的遗传和变异，遗传和变异，遗传(heredity ) :微生物的性状相对稳定，父子基本相同，代代相传。 变异(variation ) :在某些条件下，子与父之间以及子与子之间生物学性状上出现的差异。 基因型(genotype ) :指构成生物遗传基础的基因组成。 决定生物遗传特性的表型(phenotype ) :在某种条件下，特定基因实际表达的各种性状。 基因型变异(genotypic variation ) :基因结构发生变化。 遗传变异。 表型变异(phenotypic variation ) :细菌在一定环境条件的影响下产生的变异，其基因结构没有变化。 非遗传变异。 细菌的变

2、异现象，形态构造的变异菌落变异(S-R )毒力变异(强弱)耐化学药品性变异(敏感耐化学药品性)、1 .形态构造的变异，正常形态细菌l型H-O变异：鞭毛脱落，动力消失棒状杆菌产棒状杆菌毒素增强胆汁，甘油马铃薯培养基牛型结核分枝杆菌BCG苗13年(230代)、3 .菌落变异、S-R变异、S(smooth )菌落、减弱R(rough )的细菌中，也有多种抗菌药，即同时耐多药性的细菌。 第一节细菌的遗传物质、染色体染色体以外的遗传物质、质粒转运子噬菌体基因组、1 .细菌的染色体仅由一条环状双链DNA分子组成，形成一个比较致密的区域，这称为类核(nucleoid )。 比较小，复制起始点只有一个，由结构

3、基因和调控序列组成的具有操纵子结构的基因连续，结构基因在结构基因中不含内含子的基因组中所占的比例远大于真核生物基因组，而远小于病毒基因组的结构基因是单拷贝2、质粒(plasmid )，细菌染色体以外的遗传物质，环状封闭的双链DNA； 有自我复制的能力编码细菌的某些性状的特征自己可以丢失或消除细菌之间的转移兼容性和不兼容性。根据编码的生物学性状进行分类，培育质粒(fertility plasmid，f质粒)编码性菌毛，介导细菌间结合传递的耐药质粒(resistance plasmid，r质粒)是细菌对抗菌药物和重金属盐类的耐结合性耐药质粒(r质粒)非结合耐药质粒(r质粒)的毒性质粒(Vi质粒)编

4、码与该菌病原性相关的毒性因子噬菌体质粒编码产生噬菌体的代谢质粒编码产生相关的代谢酶3 .转位子因子(transposable element )，是可以在细菌基因组中改变自己位置的DNA序列，这种转移可以发生在细菌染色体、质粒之间。 插入序列、转座子、转座子因子是基因组的正常组成部分，不以独立形式存在(噬菌体、质粒DNA等)。 转位子的产生不依赖于转位子与目标部位之间的任何序列同源性，而是从基因组内的部位直接转移到其他部位。 旋转座以低频率发生，而且旋转座的插入是随机的。 转位子可能插入结构基因或基因调节序列，引起基因表达的变化。 插入序列(insertion sequence，IS )的最简

5、单的易位因子。 只有2kb以下两端有反向重复序列的转运蛋白(transposase )基因，没有任何使细菌表达性状的基因。 转位子(transposon，Tn )除了具有转位子的相关功能外，还具有耐药性(或其他)标记。 长度一般超过2kb，中心部有耐药性标记，两侧是由IS元件组成的臂。易位发生的机制、将易位因子插入新部位的常规步骤是在目标DNA上形成交替的切口，然后将易位因子连接到突出的单链末端，填充切口。 易位的结果是靶部位的排列形成了2个正向重复排列。链条切削之间的交错决定了正向重复的长度。 反向重复序列表示转座子因子的末端。 所有类型的转运子因子的转运子需要通过转运子来识别末端。 复制易

6、位(replicative transposition ) :易位的DNA序列是原始易位因子的复制，而不是其自身。 转移子作为移动副本，其中一个副本保留在原始位置，另一个副本插入到新目标站点。 非复制传输：传输因子直接从原始点移动到目标点，同时留下供体产生双链断裂的部位。 该双链断裂部位需要修复系统的识别和修复。 保守转座(conservative transposition ) :转座因子从供体位点分离，插入目标部位，供体位点恢复原状。 定位于运动性DNA分子细菌染色体、质粒或转位子上的基本结构：两端为保守末端，中间为可变区域，含有一个或一个以上基因盒的整合子，可以是重组部位、整合子基因通过

7、含有启动子的3个功能元件的转座子和结合性粒子，使多种耐药性基因在细菌中水平传播。 4 .整合子(Integron，in )、整合子介导的抗药性基因盒获得机制theintegronmechanismofantibioticresistancegenecassetteacquisition能转录的整合子通过整合子催化基因盒上的attC位点和整合子上的attI位点之间的位点特异性重组，可以将游离耐性基因盒整合到自身的染色体中。 遗传基因盒是由整合子的启动子表达的。 attC、基因盒重组部位attI、整合子重组部位Pant、基因盒表达的启动子qac、季铵盐类化合物耐性基因； sul，磺胺类耐药基因。

8、5 .噬菌体基因组、溶原性转化lysogenic conversion、第二节细菌基因表达的调节、操纵子(operon)-原核生物中与一些功能相关的结构基因串联， 位于由其上游的启动子和操纵子基因序列组成的一个转录单元调节基因-操纵子的上游，编码蛋白质可以与操纵子基因序列结合调节结构基因的表达。 大肠杆菌乳糖操纵子(lac operon )抑制基因转录，阻断抑制蛋白(repressor )与操纵子基因的结合，阻断启动子与RNA聚合酶的结合或结合后不能移动，阻止基因转录。 抑制蛋白质和衍生物结合后，使抑制蛋白质衍生物复合体脱离DNA链，去除抑制蛋白质的抑制作用。 促进基因转录，分解物基因活化蛋白

9、(CAP )，重组第三节基因转移，基因转移(gene transfer ) :基因物质从供体菌进入某一受体菌细胞内的过程。 转基因(recombination ) :转移的基因与受体菌DNA集成，使受体菌获得供体菌的某些特性。 同源重组：发生在密切相关的DNA之间。 通过细菌rec基因编码的重组酶，将宿主染色体上的一段DNA置换为外源性一段单链DNA。 非同源重组：发生在无关的DNA之间，通过位点特异性重组酶将缺失或插入的DNA重组。 细菌的基因转移和重组方式：转化、接合、转移、溶原性转换、原生质体融合。 一、转化(Transformation )、小鼠体内肺炎链球菌转化试验、受体菌直接摄取供

10、体菌分解释放的DNA片段获得新遗传性状的过程称为转化。 在“变换因子”(transforming factors )变换期间变换的DNA片段称为变换因子。影响因子供受菌基因型：亲缘关系越近，转化率越高的受菌生理状态：受态(competence)-生理活动中摄取转化因子的最佳时期的环境因子： Mg2、Ca2等促进转化，二是可以通过接合的接合方式转移的质粒(f质粒、r质粒)、1. F质粒结合、f质粒(fertility factor，培养因子)、f质粒与细菌染色体匹配，形成高频重组株，与Hfr菌结合，在Hfr菌中f、Hfr、f三者均有性菌毛，均可接合。 2. R质粒结合，r质粒耐受性传递因子(RT

11、F):与f质粒功能相似，编码性菌毛，确定质粒的复制、结合和转移。 耐药性决定因子(r-det ) :具有不同耐药性基因的转位子。AmpR、三、转导(transduction )、转导以噬菌体为载体，使供体菌的部分DNA转移到受体菌内，使受体菌获得供体菌的部分遗传性状。 普遍传递所传递的DNA可以是供体染色体上的任何部分。 完全传递：供体菌DNA片段与受体菌染色体整合流产传递：供体菌DNA片段局部传递至细胞质的DNA仅限于供体菌染色体上的特定基因。 1 .普遍性传达，毒性噬菌体，温和噬菌体均为普遍性传达，2 .局限性传达，温和噬菌体媒介局限性传达，4，溶原性转换，5，原生质体融合， 将两种遗传性

12、状不同的细菌用溶菌酶和青霉素等处理形成原生质体后，在聚乙二醇(PEG )的作用下，融合两种不同细菌细胞的过程。 融合形成二倍体细胞，可在短期内存活，染色体间发生交换和重组。 第三节基因突变、基因突变(mutation ) :指基因结构随DNA碱基对的置换、插入或缺失而改变。 一、基因突变规律，一.自发突变和诱变复原试验：随机、非取向突变发生在与噬菌体接触之前，噬菌体对突变只进行筛选而不是诱变作用。 自发突变率达一代109106，诱发突变率达106104。 野生型(wild type ) :不发生从自然界分离的变异的菌株。 突变型(mutant type ) :对野生型菌株发生某种性状的变化。 正向突变：细菌从野生型变为突变型。 回复突变(reverse mutation ) :突变株能够再次经过突变恢复野生型性状。 突变抑制(suppressor mutation ) :真正的原位恢复突变少，大多数恢复突变通过第二次突变抑制第一次突变的表型，使野生表型恢复或部分恢复。 回复突变多为表型回复，而非基因型回复。 2 .突变的恢复和突变的抑制，3 .突变和选择，抗生素耐药性突变株在接触抗生素之前已经出现，抗生素的作用只是选择抗生素耐药株，淘汰敏感株。 影印试验、二、突变型细菌及其分离、抵抗性突变型影印试验营养缺陷突变型营养物质筛选条件致