1、第5章,细菌(xjn)的遗传变异,第一页，共七十页。,遗 传（heredity）,变 异（variation）,基因型变异(biny),表型变异(biny),遗传与变异是所有生物的共同(gngtng)生命特征,子代与亲代生物学性状基本相同,且代代相传,子代与亲代,子代与子代的生物学性状出现差异,第二页，共七十页。,基因型和表型变异(biny)的比较,基因型变异(biny),表型变异(biny),基因结构,变化 未变,可逆性,不或极少 可逆,稳定性,稳定 不稳定,环境影响,涉及细菌数,不受影响 受影响,个别 全体,第三页，共七十页。,细菌的变异(biny)现象,形态(xngti)、结构变异毒力变
2、异耐药性变异菌落变异,第四页，共七十页。,细菌(xjn)的变异现象1.形态结构变异-外界环境因素所致 细菌L型变异:荚膜变异(capsule):肺炎链球菌 芽胞变异(spore):炭疽杆菌 鞭毛变异(flagellum):H-O变异-失去鞭毛的变异 有鞭毛：H（Hauch）菌落。无鞭毛：O（Ohne hauch）菌落。,第五页，共七十页。,形态(xngti)结构变异,青霉素、溶菌酶正常形态细菌 L型变异(biny)抗体或补体(部分或完全失去胞壁),正常(zhngchng)霍乱弧菌,霍乱弧菌L型,第六页，共七十页。,特殊结构的变异 42-43炭疽杆菌 失去形成芽胞能力(nngl),毒性降低 10
3、-20天,第七页，共七十页。,特殊结构的变异 变形杆菌 0.1%石炭酸 迁徙生长(shngzhng)（H）点状生长、单个菌落（O）,鞭毛(binmo)变异,第八页，共七十页。,2.毒力变异(biny)：(Virulence)毒力：BCG（卡介苗）,胆汁(dnzh)、甘油、马铃薯培养基牛分枝杆菌 卡介苗 13年(230代),毒力：白喉(bihu)杆菌溶原化,第九页，共七十页。,3.耐药性变异:(Drug-resistance)细菌对某种抗菌药物(yow)由敏感变成耐药的变异。,金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从1946年的14%上升至目前的90%。有些(yuxi)细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，
4、即多重耐药性，甚至产生药物依赖性。含链霉素培基痢疾杆菌依链株(耐药菌株)长期培养,第十页，共七十页。,4.菌落(jnlu)变异：(Colony),特点(tdin)：S-R变异常伴有其他性状的变异（毒力，抗原性等）而造成全面的变异,菌落(jnlu)由光滑（S）型变为粗糙（R）型 如肠道杆菌,S-R变异,失去LPS的特异多糖,第十一页，共七十页。,一、染色体(chromosome)二、质粒(plasmid)三、转座因子(ynz)(transposable element)四、整合子(integron,In)五、噬菌体（phage）,第一节 细菌(xjn)的遗传物质,第十二页，共七十页。,特点：1.
5、单倍体 2.不含核膜，核仁 3.基因以操纵子形式存在 4.为连续基因，无内含子，转录后不需剪接加工(ji gng)5.基因组DNA大部分用来编码蛋白质 6.结构基因无重叠现象 7.细菌的种内和种间存在广泛的遗传物质交换,一、细菌(xjn)染色体,第十三页，共七十页。,操纵子(operon)结构(jigu),第十四页，共七十页。,乳糖(r tn)操纵子(lac operon)的结构,表达(biod)区,第十五页，共七十页。,特点：1.单倍体 2.不含核膜，核仁 3.基因以操纵子形式存在 4.为连续基因，无内含子，转录后不需剪接加工 5.基因组DNA大部分用来编码蛋白质 6.结构(jigu)基因无
6、重叠现象 7.细菌的种内和种间存在广泛的遗传物质交换,一、细菌(xjn)染色体,第十六页，共七十页。,细菌的种内和种间存在广泛的遗传物质交换致病岛(pathogenicity island)：致病菌染色体上编码(bin m)与毒力相关基因的外源DNA片断.耐药基因(resistant gene)：与耐药性的产生和传播密切相关,第十七页，共七十页。,二、质粒（plasmid）,1.本质：能自主(zzh)复制的染色体外遗传物质，为环状闭合的双链DNA。质粒可游离于胞浆中或整合于染色体上,第十八页，共七十页。,2.分类：根据(gnj)质粒基因编码的生物学性状 致育质粒/F(fertility)质粒
7、编码性菌毛 耐药性质粒 编码细菌对抗菌药物或 重金属盐类的耐药性,第十九页，共七十页。,毒力质粒/Vi(virulence)质粒 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 如：Col 质粒编码大肠埃希菌产生的大肠菌素 代谢(dixi)质粒 编码产生与代谢相关的许多酶类,第二十页，共七十页。,3.质粒DNA基本(jbn)特性：,A.可自我复制；是一个复制子 B.质粒DNA编码的基因产物能赋予细菌(xjn)些性状特征 致育性、耐药性、致病性等 C.质粒可自然丢失与消除 自然丢失率10-210-8；可用高温、紫外线等除去,第二十一页，共七十页。,D.质粒 具有(jyu)转
8、移性：接合性质粒 通过性菌毛进行基因传递 非接合性质粒经接合性质粒诱动 或经载 体(噬菌体)进行基因传递E.质粒具有相容性和不相容性,第二十二页，共七十页。,三、转座因子(ynz),1.本质：细菌内能改变自身位置的DNA序列，为移动基因(jyn)（movable genes）2.转移方式：通过自身编码产生的转座酶导致 其转移或移位 染色体内移位（AB）染色体与质粒间 不同质粒之间,第二十三页，共七十页。,3.种类(zhngli)：,插入序列（insertion sequence,IS）是最小的转位(zhun wi)因子，2kb,转座子（transposon,Tn）2kb，除两端的IS外，还携带
9、与转座无关的耐药性基因、抗金属(jnsh)基因、毒素基因及其他结构基因。,第二十四页，共七十页。,常见(chn jin)的插入序列和转座子,IS bp Tn 耐药或毒素(d s)基因,IS1 768 Tn1 AP（氨苄青霉素）,IS2 1327 Tn6 Kan（卡那霉素）,IS3 1300 Tn10 Tet（四环素）,IS4 1426 Tn551 Em（红霉素）,IS5 1195 Tn681 E.coli ET（肠毒素）,第二十五页，共七十页。,四、整合子（integron，In）定位于细菌染色体、质粒或转座子上基本结构(jigu)：两端为保守末端，中间为可变区，含一个或多个基因盒整合子含有3
10、个功能元件：重组位点；整合酶基因；启动子通过转座子或接合性质粒，使多种耐药基因在细菌中进行水平传播,第二十六页，共七十页。,五、噬菌体（bacteriophage）,形态结构(jigu):蝌蚪形衣壳：蛋白质核酸：dsDNA,分布广:有菌就有噬菌体宿主特异性：流行病调查；分型参与(cny)细菌变异：转导,溶原性转换,第二十七页，共七十页。,变 异,基因型变异(biny),表型变异(biny),基因重组基因突变(j yn t bin)染色体变异,细菌变异的机制,第二十八页，共七十页。,第三节 基因(jyn)的转移和重组,转移：供菌提供DNA；受菌接受(jishu)DNA重组：受菌获得供菌DNA，基
11、因整合,类型(lixng)基因来源 转移方式,转化 供菌 受菌摄入,接合 供菌 通过性菌毛,转导 供菌 噬菌体媒介,溶原性转换 噬菌体 前噬菌体,第二十九页，共七十页。,一、转化（transformation）受菌直接摄取供体菌DNA 供菌死亡时释放或人工(rngng)方法提取DNA,例：溶菌时，裂解的DNA片段(pin dun)被另一细菌摄取。,第三十页，共七十页。,最早由 Griffith 在研究肺炎链球菌时发现此现象(xinxing)肺炎链球菌（Griffith）转化试验。,小鼠体内肺炎(fiyn)链球菌转化试验,死亡(swng),死亡,第三十一页，共七十页。,影响因素：供受菌基因型：同
12、源性；亲缘关系近，转化率高感受态（competence）：生理活动(hu dng)过程中摄取 转化因子的最佳时期 环境因素：Mg2、Ca2等可促进转化,第三十二页，共七十页。,二、接合（conjugation）通过性菌毛将供菌DNA转给受体菌，受体菌获得(hud)供体菌性状,主要(zhyo)接合性质粒：F质粒、R质粒、Col质粒、Vi质粒,第三十三页，共七十页。,大肠埃希菌与肠道杆菌接合(jih)（电镜扫描图）,第三十四页，共七十页。,F质粒（fertility factor,致育因子(ynz)）,作用(zuyng)：编码性菌毛转移：F质粒进入F菌，1分钟完成复制：F菌转为F菌,F,F+,F+
13、,F+,第三十五页，共七十页。,F-菌获得(hud)F质粒,变为F+菌,第三十六页，共七十页。,存在：F+菌-含游离的F质粒F 菌-含带宿主菌基因(jyn)的F质粒Hfr菌(high frequency recombinant)高频重组菌-F质粒整合于细菌染色体中,第三十七页，共七十页。,F质粒存在的生理(shngl)状态,第三十八页，共七十页。,大肠杆菌(d chn n jn)F质粒的各种存在状态间的转变,F-菌,F+菌,Hfr 菌,F菌-lac,与 F+菌接合(jih),丢失(dis),整合,切离,偏差切离,丢失,整合,与F菌接合,第三十九页，共七十页。,Hfr（高频重组菌株）：F质粒与染
14、色体整合(zhn h)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,第四十页，共七十页。,Hfr转移(zhuny)细菌染色体过程,1.两者结合2.DNA一条链断开，染色体DNA经性菌毛进入F-菌3.接合作用可随时中断（自发或外界因素(yn s)），F-菌可获得不同长度染色体基因,但F-菌仍为F-菌,第四十一页，共七十页。,R质粒 作用(zuyng)：决定细菌的耐药性 结构：,1.RTF(resistance transfer factor)耐药传递因子-编码性菌毛，与复制、接合及转移(zhuny)有关 2.R determinant（r决定子）-编码
15、对抗菌药物的耐药性,第四十二页，共七十页。,结合(jih),游离(yul),耐药传递(chund)因子（RTF）,r决定子,IS,IS,r决定子,存在 a.复合物形式：RTF-r决定子 b.游离形式：,两部分单独存在时无接合传递R质粒的功能,耐药传递因子,第四十三页，共七十页。,三、转导(zhun do)（transduction）噬菌体媒介 将供菌DNA转给受菌 分普遍性转导和局限性转导,第四十四页，共七十页。,毒性噬菌体，温和(wnh)噬菌体 包装错误：任何部位细菌DNA片段转导性噬菌体：供体菌DNA误装入噬菌体受菌接受转导噬菌体(供菌)DNA受菌获得供菌性状,普遍性转导(zhun do)
16、（generalized transduction),第四十五页，共七十页。,普遍性转导中外源DNA的结果(ji gu)1.完全转导：供体菌的DNA与受体菌染色体重组，随染色体复制而随之传代2.流产转导(abortive transduction):供体菌的DNA与受体菌染色体不能进行重组,转导的片断不能自身复制，也不能传代,第四十六页，共七十页。,局限性转导(zhun do)(restricted transduction),温和性噬菌体介导,-前噬菌体从宿主菌染色体上脱落时发生偏差,将前噬菌体两侧的宿主染色体基因转移到受体菌,使受体菌遗传发生(fshng)改变的过程.,第四十七页，共七十页。,局限性转导(zhun do)机制,bio-生物素基因(jyn)gal-糖苷酶基因,正常(zhngchng)切离,偏差切离,缺陷噬菌体,正常噬菌体,前噬菌体,第四十八页，共七十页。,局限性转导与普遍性转导的主要区别 普遍性转导 局限性转导转导时间 温和噬菌体裂解期 温和噬菌体溶原期转导基因 供体菌染色体DNA的 噬菌体DNA及供菌染色 任何部位(bwi)或质粒 体DNA的特定部位片断转导频率 低
