1、 第第4节节 细菌的遗传与变异细菌的遗传与变异 p21 1.细菌常见的变异现象。细菌常见的变异现象。2.细菌常见的质粒。细菌常见的质粒。4.转化、接合、转导。转化、接合、转导。重点：重点：细菌的遗传细菌的遗传heredity 细菌的生物学性状保持细菌的生物学性状保持 相对稳定，且代代相传。相对稳定，且代代相传。细菌的变异细菌的变异variation 细菌的子代与亲代之间细菌的子代与亲代之间 以及子代与子代之间的以及子代与子代之间的 生物学性状出现差异。生物学性状出现差异。细菌的变异细菌的变异 遗传性变异遗传性变异基因型基因型 非遗传性变异非遗传性变异表型表型 不受环境因素影响不受环境因素影响
2、受环境因素影响受环境因素影响 基因结构改变基因结构改变 基因结构未改变基因结构未改变 不可逆、可遗传不可逆、可遗传 可逆、不能遗传可逆、不能遗传 一、细菌常见的变异现象一、细菌常见的变异现象 形态、结构变异形态、结构变异 毒力变异毒力变异 耐药性变异耐药性变异 菌落变异菌落变异 卵圆形卵圆形 鼠疫耶氏菌鼠疫耶氏菌 L型菌型菌巨形体、长丝体巨形体、长丝体 适宜适宜 3%NaCl 1.形态结构的变异形态结构的变异 菌体形态变异：菌体形态变异：葡萄球菌葡萄球菌 L型菌型菌细胞壁缺陷型细菌细胞壁缺陷型细菌 葡萄球菌L型长丝体 正常葡萄球菌 青霉素、青霉素、溶菌酶溶菌酶 形成荚膜形成荚膜 不形成荚膜不形
3、成荚膜 荚膜变异：荚膜变异：肺炎链球菌肺炎链球菌 营养营养/易感机体易感机体 反复普通培养基反复普通培养基 迁徙生长迁徙生长 点状生长点状生长 H-O变异变异 变形杆菌的迁徙生长变形杆菌的迁徙生长 鞭毛变异：鞭毛变异：变形杆菌变形杆菌 普通培养基普通培养基 含含0.1%石炭酸培养基石炭酸培养基 有鞭毛有鞭毛 无鞭毛无鞭毛 H菌落菌落 O菌落菌落 甘油、马铃薯、胆汁甘油、马铃薯、胆汁 13年年230代代 -棒状杆菌噬菌体棒状杆菌噬菌体 2.毒力变异毒力变异 无毒无毒/弱毒弱毒 有毒牛分枝杆菌有毒牛分枝杆菌 减毒株减毒株卡介苗卡介苗 Bacillus of Calmette-Guerin，BCG
4、无毒白喉棒状杆菌无毒白喉棒状杆菌 有毒株有毒株 有毒有毒/强毒强毒 penicillin 3.耐药性变异耐药性变异 Bs Br Bd 金葡菌金葡菌Bs Br 80%以上以上 痢疾杆菌野生菌株痢疾杆菌野生菌株 抗链霉素耐药菌株抗链霉素耐药菌株 依链菌株依链菌株 4.菌落变异菌落变异 在陈旧培养基中长期培养 光滑型菌落 粗糙型菌落 S型 或在有免疫力的人体内 R型 细菌染色体细菌染色体 细菌染色体外遗传物质细菌染色体外遗传物质 质粒质粒 转座子转座子 噬菌体噬菌体 二、细菌的遗传物质二、细菌的遗传物质 1.细菌染色体细菌染色体bacterial chromosome 1原核细胞型微生物，染色体为一
5、条环状双股原核细胞型微生物，染色体为一条环状双股 DNA，不含组蛋白，无核膜包围。，不含组蛋白，无核膜包围。2细菌基因的结构是连续的，无内含子，转录后细菌基因的结构是连续的，无内含子，转录后 无需剪切加工。无需剪切加工。是细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链是细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链 DNA。几种重要的质粒几种重要的质粒 致育质粒致育质粒F质粒质粒 耐药质粒耐药质粒R质粒质粒 毒力质粒毒力质粒Vi质粒质粒 细菌素质粒细菌素质粒Col质粒质粒 代谢质粒代谢质粒 2.质粒质粒plasmid 质粒具有自我复制的能力。质粒具有自我复制的能力。质粒能编码某些特定性状。质粒能编码某些特
6、定性状。质粒可自行质粒可自行/人工丧失与消除。人工丧失与消除。质粒可通过接合、转化或转导等方式在细菌间转移。质粒可通过接合、转化或转导等方式在细菌间转移。质粒的相容性与不相容性。质粒的相容性与不相容性。质粒的主要特征：质粒的主要特征：F+雄性菌雄性菌具有性菌毛具有性菌毛 F-雌性菌雌性菌无性菌毛无性菌毛 1致育质粒致育质粒fertility plasmid，F质粒质粒 几种重要的质粒几种重要的质粒 与细菌的有性生殖功能有关。与细菌的有性生殖功能有关。编码细菌对抗菌药物的耐药性。编码细菌对抗菌药物的耐药性。通过细菌的性菌毛传递质粒。通过细菌的性菌毛传递质粒。2耐药性质粒耐药性质粒resistan
7、ce plasmid，R质粒质粒 编码与该菌致病性有关的毒力因子。编码与该菌致病性有关的毒力因子。如：大肠埃希菌如：大肠埃希菌 ST质粒质粒 耐热肠毒素耐热肠毒素 stable toxin LT质粒质粒 不耐热肠毒素不耐热肠毒素 labile toxin 3毒力质粒毒力质粒 virulence plasmid，Vi质粒质粒 编码细菌产生细菌素。编码细菌产生细菌素。如：大肠埃希菌如：大肠埃希菌 大肠菌素大肠菌素 Col质粒质粒 Coliciogenic plasmid 4细菌素质粒细菌素质粒 编码相关的代谢酶。编码相关的代谢酶。如：沙门菌如：沙门菌 发酵乳糖发酵乳糖 5代谢质粒代谢质粒 代谢质粒
8、代谢质粒 3.转座子转座子transposon，Tn 概念：是一类在细菌的染色体、质粒或噬菌体之概念：是一类在细菌的染色体、质粒或噬菌体之 间自行移动的遗传成分，是基因组中一段间自行移动的遗传成分，是基因组中一段 特异的具有转位特性的独立的特异的具有转位特性的独立的DNA序列。序列。意义：意义：与细菌的多重耐药性有关。与细菌的多重耐药性有关。转座子发现：美国一女科学家，转座子发现：美国一女科学家，40年代末发现，年代末发现，60年代被认可，年代被认可，1983年得诺奖。年得诺奖。转座子转座子 携带的耐药基因携带的耐药基因 Tn1 Tn2 Tn3Tn1 Tn2 Tn3 APAP氨苄青氨苄青霉素霉
9、素 Tn4Tn4 AP AP、StrStr链霉素链霉素、SuSu磺胺磺胺 Tn5Tn5 KanKan卡那卡那霉素霉素 Tn6Tn6 KanKan Tn7Tn7 TMPTMP甲氧甲氧苄氨嘧啶苄氨嘧啶、StrStr Tn9Tn9 CamCam氯霉氯霉素素 Tn10Tn10 TetTet四环四环素素 tn551tn551 EmEm红霉红霉素素 Tn971Tn971 EmEm 点突变：一对或少数几对硷基对的置换、增加或缺失。点突变：一对或少数几对硷基对的置换、增加或缺失。染色体畸变：较大范围的核苷酸序列发生易位、缺失、染色体畸变：较大范围的核苷酸序列发生易位、缺失、重复、倒位等变化。重复、倒位等变化。
10、突变率突变率-自然突变率自然突变率 10-610-9-诱导突变率诱导突变率 10-410-6 一一基因突变基因突变 突变与选择突变与选择 -影印培养试验：证明影印培养试验：证明突变是自发的。突变是自发的。三、细菌变异的机制三、细菌变异的机制 影印培影印培养试验养试验 1.突变时自发的、随机的突变时自发的、随机的 2.突变发生在接触抗生素之前突变发生在接触抗生素之前 3.抗生素起筛选突变株作用抗生素起筛选突变株作用 外源性遗传物质外源性遗传物质 供体菌染色体供体菌染色体DNA片段片段 质粒质粒DNA 噬菌体基因噬菌体基因 方式：方式：转化、接合、转导、溶原性转换转化、接合、转导、溶原性转换。二二
11、基因的转移与重组基因的转移与重组 基因转移：外源性遗传物质由供体菌转入某受体基因转移：外源性遗传物质由供体菌转入某受体 菌内的过程。菌内的过程。基因重组：转移的基因与受体菌基因重组：转移的基因与受体菌DNA整合在一起。整合在一起。供体菌裂解游离的供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取，片段被受体菌直接摄取，并将其整合到受体菌基因中，使受体菌获得新的性状。并将其整合到受体菌基因中，使受体菌获得新的性状。游离游离DNA 直接摄取直接摄取 供体菌供体菌 受体菌受体菌 1.转化转化 transformation 细菌转化现象的发细菌转化现象的发现试验现试验 重组菌重组菌 转化转化 因子因子 +感受
12、态感受态 细菌细菌 吸附吸附 进入进入 +重组菌重组菌 突变株突变株 整合整合 复制复制 原型株原型株 基因的转化过程基因的转化过程 供、受体的基因型供、受体的基因型 亲缘关系愈近，转化率愈高。转化的亲缘关系愈近，转化率愈高。转化的DNA片段片段转化因转化因 子子 分子量小于分子量小于1107，不超过，不超过1020个基因。个基因。受菌的生理状态受菌的生理状态 只有处于感受态时，才能摄取转化因子。感受态是因为其只有处于感受态时，才能摄取转化因子。感受态是因为其 外表有一种吸附外表有一种吸附DNA的受体。出现在细菌对数生长期后期。的受体。出现在细菌对数生长期后期。环境因素环境因素 Ca2+、Mg
13、2+、cAMP等维持等维持DNA稳定，促进转化。稳定，促进转化。影响转化的因素：影响转化的因素：供体菌供体菌 受体菌受体菌 经性菌毛经性菌毛 遗传物质遗传物质质粒质粒 能通过接合方式转移的质粒有：能通过接合方式转移的质粒有：F质粒、质粒、R质粒、质粒、Col质粒、质粒、Vi质粒。质粒。2.接合接合conjugation 是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质 质粒质粒从供体菌转移给受体菌。从供体菌转移给受体菌。细菌接合现象的发现试验细菌接合现象的发现试验 F质粒质粒fertility plasmid的接合的接合 F+F+F F-F+F+耐药传递因子耐药
14、传递因子 与与F质粒相似，编码菌毛的产质粒相似，编码菌毛的产 resistance transfer factor 生和通过菌毛转移。生和通过菌毛转移。(RTF)R质粒质粒 耐药耐药r决定子决定子 编码对抗菌药物的耐药性。编码对抗菌药物的耐药性。Tn 21 RTF R determinant R质粒质粒resistence plasmid的接合的接合 供体菌供体菌 受体菌受体菌 分：普遍性转导分：普遍性转导generalized transduction 局限性转导局限性转导restricted transduction 3.转导转导transduction 以以温和噬菌体温和噬菌体为载体，将
15、供体菌的一段为载体，将供体菌的一段DNA转移到受体转移到受体 菌内，使受体菌获得新的性状。菌内，使受体菌获得新的性状。温和噬菌体温和噬菌体 温和噬菌体媒介温和噬菌体媒介 供体菌供体菌DNA Try-his+Try+his-细菌转导现象的发现试验细菌转导现象的发现试验 由于错误的包装将细菌染色体任何部位基因包装由于错误的包装将细菌染色体任何部位基因包装入噬菌体头部，并将其注入受体菌内。入噬菌体头部，并将其注入受体菌内。普遍性转导普遍性转导generalized transduction 10-6 完全转导：外源性完全转导：外源性DNA片段与受体菌的片段与受体菌的 染色体整合并随染色体而传代。染色
16、体整合并随染色体而传代。完全转导仅少数发生。完全转导仅少数发生。流产转导：外源性流产转导：外源性DNA片段游离在胞质片段游离在胞质 中既不能与受体菌染色体整中既不能与受体菌染色体整 合，也不能自行复制。合，也不能自行复制。流产流产 转导占大多数。转导占大多数。两种结局两种结局 所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。如：如：噬菌体噬菌体 大肠埃希氏菌大肠埃希氏菌 K12 进入进入 局限性转导局限性转导restricted transduction 区别要点区别要点 普遍性转导普遍性转导 局限性转导局限性转导 发生时期发生时期 裂解期裂解期 溶原期溶原期 转导的遗传物质转导的遗传物质 供体菌染色体供体菌染色体DNA 供体菌染色体供体菌染色体 的任何部位的任何部位 DNA的特定部位的特定部位 转导后果转导后果 完全转导或流产转导完全转导或流产转导 受体菌获得供体菌受体菌获得供体菌 DNA特定部位的遗传特定部位的遗传 特性特性 转导频率转导频率 10-6 10-6 普遍性转导与局限性转导的区别普遍性转导与局限性转导的区别 当温和噬菌体感染细菌时，宿主菌
