1、第五章 细菌的遗传(ychun)与变异,第一页，共七十四页。,遗传：指亲代与子代之间某些性状相似 或相同(xin tn)，保持了种族相对稳定。变异：指亲代与子代之间出现性状差异，使细菌产生变种或新种。,遗传性变异(biny)：基因型变异非遗传性变异：表型变异,第二页，共七十四页。,微生物遗传(ychun)的物质根底,遗传变异有无物质根底以及何种物质可承担遗传变异功能的问题，是生物学中的一个重大理论问题。直到1944年后，利用(lyng)微生物这一实验对象进行了三个著名的实验，才以确凿的事实证实了核酸尤其是DNA才是遗传变异的真正物质根底。,第三页，共七十四页。,三个经典(jngdin)实验,转
2、化实验(shyn)噬菌体感染实验 Alfed Hershey和Martha Chase(1952)用放射性同位素35S标记蛋白质，32P标记DNA。植物病毒重建实验 1956年，H.Fraenkel-Conrat用含RNA的烟草花叶病毒(TMV)进行了著名的植物病毒重建实验，证明了RNA也是遗传物质的根底,第四页，共七十四页。,第一节 细菌(xjn)遗传变异 的物质根底,第五页，共七十四页。,一、细菌(xjn)的变异现象,1、形态结构变异 细菌L型在青霉素、溶菌酶、补体(bt)等作用下，使菌细胞壁发生缺陷；细菌呈多态性，革兰染色阴性。H-O变异细菌失去鞭毛,第六页，共七十四页。,陈旧培基物 鼠
3、疫杆菌(gnjn)多形态性,第七页，共七十四页。,2、毒 力 变 异,毒力增强 无毒的白喉棒状杆菌感染温和噬菌体后成为有毒株。毒力减弱 有毒菌株变异为弱毒或无毒菌株 卡介苗 Bacillus of Calmette-Gerin，BCG：卡介二氏用有毒的牛结核(jih)分枝杆菌在含胆汁、甘油、马铃薯的培养基上，经13年连续230次传代所获得的一株毒力减弱但保存免疫原性的变异株；是用于预防结核(jih)病的减毒活疫苗。,第八页，共七十四页。,3、耐 药 性 变 异,细菌对某种抗生素或药物由敏感变为不敏感即为细菌的耐药现象(xinxing)。耐药菌多重耐药菌抗生素依赖,第九页，共七十四页。,4、菌落
4、(jnlu)变异,光滑型smooth，S 粗糙型 rough，R S-R 变异 S型菌株致病性强，一般(ybn)新别离的菌株为S型。菌落发生变异后，细菌的理化特性、抗原性、生化能力、毒力等也可发生改变。,第十页，共七十四页。,一细 菌 染 色 体 bacterial chromosome,是一个闭环双链DNA；基因结构连续，排列紧密，不含内含子。细菌DNA的改变(gibin)导致遗传性状发生改变(gibin)。,二、细菌(xjn)的遗传物质,第十一页，共七十四页。,二质 粒plasmid,1、定义(dngy)：,位于细菌细胞质中染色体外的遗传物质，是闭合环状双链DNA，能自主复制，所携带的遗传
5、信息能赋予细菌某些(mu xi)非生命必需的生物学性状如性菌毛、耐药性和毒力等。,第十二页，共七十四页。,1有自我复制能力，随细菌分裂转移到子代细胞中。分为：紧密型质粒和松弛型质粒 2质粒编码的基因产物赋予细菌某些性状，如耐药性、致病性、致育性等。3可自行丧失与消除 质粒不是细菌生长(shngzhng)所必不可少的，失去质粒的细菌仍能正常存活。,2、特 征：,第十三页，共七十四页。,4质粒可以通过接合(jih)、转化或转导等方式在细菌间转移。接合性质粒与非接合性质粒5质粒的相容性与不相容性,第十四页，共七十四页。,3、几种(j zhn)常见质粒：,第十五页，共七十四页。,三转座因子(ynz),
6、是细菌基因组中能改变自身位置的一段DNA序列，由其移动可引起插入(ch r)突变、染色体畸变及基因的重排等，从而导致细菌遗传性状改变。插入序列 转座子,第十六页，共七十四页。,1、插入序列 insertion sequence，IS 是最小的转座因子，长度不超过2kb，不携带任何与插入(ch r)功能无关的基因区域。,第十七页，共七十四页。,2、转座子transposon，Tn 长度一般超过2kb，除两端的IS外，还携带有与耐药性、毒素(d s)等有关的基因。,第十八页，共七十四页。,是一种运动性的DNA分子，具有独特结构可捕获和整合外源性基因，使之转变成为(chngwi)功能性基因的表达单位
7、。整合子定位于细菌的染色体和质粒或转座子上，与细菌的耐药性密切相关。,四整合(zhn h)子integron In,第十九页，共七十四页。,概念：噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺 旋体等微生物的病毒。特点：只有一种核酸类型(lixng)、能通过滤菌器、无完整细胞结构、专性细胞内寄生、严格宿主特异性。,三、噬菌体 phage,第二十页，共七十四页。,1.形态结构：电子显微镜下三种(sn zhn)根本形态：蝌蚪形、球形和丝状。大多数噬菌体呈蝌蚪形，分成头部和尾部。,一噬菌体的生物学性状(xngzhung),噬菌体示意图,第二十一页，共七十四页。,噬菌体电镜照片(zhopin),第二十二页，共七十
8、四页。,核 酸：遗传物质DNA/RNA蛋白质：能保护噬菌体核酸，决定其外形和外表特征，识别(shbi)宿主菌外表的受体。,2.化 学 组 成：,第二十三页，共七十四页。,3.抗原性与抵抗力,噬菌体的衣壳蛋白(dnbi)具有抗原性，可刺激机体产生特异性抗体。该抗体能抑制相应噬菌体感染敏感细菌；但对已吸附或已进入宿主菌的噬菌体不起作用，噬菌体仍能复制增殖。抵抗力较一般细菌强，低温下长期存活，紫 外线敏感。,第二十四页，共七十四页。,根据和宿主的关系(gun x)可将噬菌体分为两类：毒性噬菌体和温和噬菌体。,二 噬菌体与宿主(szh)菌的关系,第二十五页，共七十四页。,毒性噬菌体virulent p
9、hage 是感染宿主菌后，能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，并且最终(zu zhn)裂解宿主菌。温和噬菌体temperate phage 感染宿主菌后，不裂解细菌，不产生子代噬菌体，但噬菌体基因与宿主菌染色体整合，随宿主菌DNA复制而复制，并随宿主菌分裂而传代。,第二十六页，共七十四页。,1、毒性(d xn)噬菌体,1溶菌周期(zhuq)毒性噬菌体在敏感菌体内的复制增殖过程亦是一个溶菌过程，故可称为复制周期或溶菌周期；包括吸附、穿入、生物合成、装配成熟和释放几个阶段。,第二十七页，共七十四页。,吸 附,第二十八页，共七十四页。,穿 入,第二十九页，共七十四页。,生物(shngw)合
10、成,第三十页，共七十四页。,装配、成熟(chngsh)、释放,第三十一页，共七十四页。,噬菌体侵噬细菌(xjn)电镜图片,第三十二页，共七十四页。,2溶菌现象(xinxing),液体培养基中：混浊菌液 澄清；固体(gt)培养基中：表现为噬斑。,第三十三页，共七十四页。,前噬菌体：整合在宿主菌染色体上的噬菌体基因组。溶原性细菌：带有前噬菌体基因组的细菌。溶原状态：噬菌体基因(jyn)随溶原性细菌的分裂而传给子代的状态。,2、温 和 噬 菌 体,1概 念：,第三十四页，共七十四页。,温和噬菌体感染宿主菌后所建立的溶原状态可中断，前噬菌体可自发(zf)或在一定理化因素诱导下从宿主菌染色体切离下来，重
11、新复制新的子代噬菌体，最终裂解细菌。因此温和噬菌体有溶原性周期和溶菌性周期。,2溶原性周期和溶菌性周期,第三十五页，共七十四页。,吸 附,第三十六页，共七十四页。,穿 入,第三十七页，共七十四页。,Prophage：整合(zhn h)在宿主菌基因组中的噬菌体基因组,溶原性细菌(xjn),第三十八页，共七十四页。,第三十九页，共七十四页。,第四十页，共七十四页。,第四十一页，共七十四页。,溶原性细菌(xjn)的溶原性周期和溶菌性周期,溶原性周期,溶菌性周期,第四十二页，共七十四页。,某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状(xngzhung)发生改变，称为溶原性转换。如：白喉外毒素、致热外毒素、肉毒梭
12、菌等。,3溶原性转换(zhunhun)lysogenic conversion,第四十三页，共七十四页。,一、转化transformation 供体菌游离的DNA片段被受体菌直接(zhji)摄取，使受体菌获得新的性状。,第二节 基 因 转 移 与 重 组,第四十四页，共七十四页。,小鼠体内肺炎链球菌的转化(zhunhu)试验,第四十五页，共七十四页。,细菌(xjn)转化的条件：包括受体菌与外源DNA的条件。1感受态细菌:细菌的感受态是指细菌能够从周围环境中吸收外源DNA分子进行转化的生理状态。可用人工的方法提高受体菌感受态的水平，通过以CaCl2、MgSO4等处理或电转化。2外源DNA：双链D
13、NA分子 亲缘关系越近，DNA的纯度越高，那么转化率越高。,第四十六页，共七十四页。,细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质从供体菌转移给受体菌。转移的遗传物质主要(zhyo)是质粒，亦可以是供体菌的局部染色体DNA分子。,二、接合(jih)Conjugation,第四十七页，共七十四页。,质粒可分为接合性质粒和非接合性质粒，接合性质粒主要(zhyo)包括F质粒、R质粒、Col质粒和毒力质粒等。,第四十八页，共七十四页。,1F质粒的接合(jih),第四十九页，共七十四页。,Hfr高频重组菌：F质粒整合于宿主(szh)菌染色体后，能高效地带动细菌染色体上的基因转移入F菌，因此称为高频重组菌。在H
14、fr中，F质粒结合在染色体的末端，当Hfr与F菌杂交时，F质粒起发动转移的作用。供菌染色体先进入受体菌，F质粒最后进入。被转移的DNA可以是任意长度的供体菌染色体的片段。,第五十页，共七十四页。,第五十一页，共七十四页。,F质粒：Hfr菌中的F质粒可以从细菌染色体上切离下来，终止其Hfr状态，切离时可能带有染色体上临近(ln jn)的基因，这种质粒称为F质粒。,第五十二页，共七十四页。,F+菌：有F质粒的细菌F+菌 F-菌 F+菌+F+菌Hfr菌：染色体整合有F质粒的细菌Hfr菌F-菌 Hfr菌+F-菌F菌：有F质粒的细菌F菌 F-菌 F菌+F菌(F质粒:带有宿主(szh)菌染色体基因的F质粒
15、),第五十三页，共七十四页。,2R质粒的接合(jih),R质粒由耐药传递因子RTF和耐药r决定子两局部组成，这两局部可单独，也可结合在一起，只有结合在一起才能发生质粒的接合(jih)性传递。RTF的功能与F质粒相似，因此可介导类似F质粒的接合过程；r决定子能编码对抗菌药物的耐药性。,第五十四页，共七十四页。,以噬菌体为载体，将供体菌的一段DNA片段转移(zhuny)给受体菌，使其获得新的性状。,三、转 导Transduction,第五十五页，共七十四页。,根据转导基因片段的范围，可分为两种：普遍性转导：可转移供体菌DNA的任何片段。局限性转导：只转移前噬菌体插入部位(bwi)邻近的供体菌DNA
16、片段,第五十六页，共七十四页。,1普 遍 性 转 导,噬菌体的溶菌周期(zhuq)发生装配错误，误将供体菌DNA装入噬菌体内成为一个转导噬菌体，再以正常方式感染另一宿主菌。由于这种过程是随机的，被包装的DNA可以是供体菌染色体的任意片段包括质粒，故称为普遍性转导。,第五十七页，共七十四页。,外源性DNA片段与受体菌染色体整合，并随染色体复制而传代，称完全转导(zhun do)。外源性DNA片段游离在胞质中，既不能与受体菌染色体整合，也不能自身复制，称为流产转导。,第五十八页，共七十四页。,普遍性转导(zhun do)模式图,第五十九页，共七十四页。,温和噬菌体在溶原周期将DNA整合于供体菌染色体的特定部位，当其从染色体上切离时发生偏差，带走相邻的细菌染色体基因，并将DNA转导给受体菌。其转导的是整合邻近部位供体菌的个别(gbi)特定基因，故称为局限转导。,2局 限 性 转 导,第六十页，共七十四页。,第六十一页，共七十四页。,温和噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获得了噬菌体的DNA片段，成为溶原状态(zhungti)，从而使细菌获取新的生物学性状。,四、溶原性转换(zhunhun)ly
