1、细菌(xjn)的遗传与变异,第5章,第一页，共七十五页。,遗 传：子代与亲代的生物学性状基本相同，且代代相传。变 异：子代与亲代以及(yj)子代与子代之间的生物学性状出现差异。,第二页，共七十五页。,细菌的变异(biny)现象,形态(xngti)结构变异 抗原性变异 菌落的变异（S-R变异）毒力变异 卡介苗 耐药性变异,第三页，共七十五页。,大肠杆菌(d chn n jn)恩诺沙星药物培养基上,第四页，共七十五页。,青霉素、溶菌酶正常(zhngchng)形态细菌 L型变异 抗体或补体,葡萄球菌(p to qi jn)葡萄球菌L型,第五页，共七十五页。,变形杆菌的迁徙(qinx)生长,HO变异(
2、biny),培养基中含0.1石炭酸,第六页，共七十五页。,耐药性变异(biny),青,青,第七页，共七十五页。,细菌(xjn)的变异表型变异（非遗传性变异）基因型变异（遗传性变异）,第八页，共七十五页。,Sec.1 细菌(xjn)的遗传物质,第九页，共七十五页。,细菌(xjn)的遗传物质,细菌(xjn)的染色体,质粒,转座因子(ynz),整合子、噬菌体基因组,第十页，共七十五页。,1、细菌(xjn)的染色体(Bacterial Chromosome),细菌属于原核细胞型微生物。细菌染色体是单环状双螺旋DNA，不含组蛋白，无核膜包围。一般(ybn)情况下，细菌的DNA呈长链状,有几千个碱基对组成
3、。控制细菌的绝大多数遗传性状。,第十一页，共七十五页。,细菌(xjn)的染色体,第十二页，共七十五页。,2、质 粒(plasmid),是染色体外的遗传物质，存在于细胞质中为双股闭合环状DNA,带有遗传信息，控制细菌某些特定的遗传性状。性菌毛形成(xngchng)耐药性产生等,第十三页，共七十五页。,质粒的特性(txng),1.质粒可自身复制 2.质粒可编码很多重要的生物学性状(xngzhung)：（1）致育质粒或F质粒(fertility plasmid).（2）编码相关毒力因子的质粒称毒力质粒或 Vi质粒（virulence plasmid）.（3）通过接合方式传递的耐药质粒称 R质粒（re
4、sistence plasmid）；非接合性耐药质粒（4）细菌素质粒:Col质粒（5）代谢质粒 3.质粒不是细菌生命活动所必需的。4.质粒可从一个细菌转移至另一个细菌。5.相容性与不相容性质粒。,第十四页，共七十五页。,重要(zhngyo)的质粒,致育质粒:F质粒(fertility plasmid)耐药性质粒:R质粒(resistance plasmid)非接合性耐药质粒 毒力质粒或Vi质粒（virulence plasmid)细菌素质粒:Col质粒 代谢质粒：编码(bin m)与代谢有关的酶类。,第十五页，共七十五页。,3、转 座因 子（transposable element）,是细菌基
5、因组中能改变自身位置的一段DNA序列(xli)，这种转座作用可以发生在同一染色体上，也可以在染色体之间或质粒之间，甚至在染色体和质粒之间。,第十六页，共七十五页。,插入序列(IS)Insertion sequence,转座子Transposon,第十七页，共七十五页。,插入序列-（Insertion sequences，IS),最简单的的转位因子，大小约750 1550bp，两端有反向重复(chngf)序列作为重组酶的识别位点，中心序列能编码转座酶及与转录有关的调节蛋白。IS可独立存在,也可成为转座子的一部分。,第十八页，共七十五页。,转座子(Transposon,Tn),大小约2000250
6、0bp，除两端的IS外，还携带耐药性基因、毒素基因及其他结构基因等。可能与细菌(xjn)的多重耐药性有关。,第十九页，共七十五页。,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）,第二十页，共七十五页。,转座子的特征(tzhng),第二十一页，共七十五页。,4、整合(zhn h)子,是一种运动性的DNA分子，具有独特结
7、构可捕获和整合(zhn h)外源性基因，使之转变为功能性基因的表达单位。它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。,第二十二页，共七十五页。,General characteristics of integrons.整合子的基本结构由1个编码整合酶(integrase)的Intl基因、2个基因重组位点 attI和attc、启动子和耐药基因盒组成。基因盒是单一的可移动的DNA分子，通常以独立的状态存在，只有当它被整合子捕获并整合到整合子中才能转录。基因盒是由一个开放阅读框(ORF基因)和一个反向不完全重复序列即59一碱基单元(base element，be)组成，59-be是
8、整合酶的识别位点。一个整合子可以捕获一个或多个基因盒，被捕获的基因盒5 端与attI位点发生特异(ty)重组；3 端的59-be片段与attc发生特异重组。,第二十三页，共七十五页。,第二十四页，共七十五页。,Transcriptional control of resistance gene expression in class 1 integrons.基因盒通常不含启动子，但一旦基因盒插入整合子，这个基因就能在5 保守(boshu)端的共同启动子Pant作用下转录。,第二十五页，共七十五页。,5、噬 菌 体 基 因 组,噬菌体是感染细菌、真菌(zhnjn)、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。
9、,第二十六页，共七十五页。,Sec.2 细菌基因(jyn)表达的调节,第二十七页，共七十五页。,大肠杆菌(d chn n jn)乳糖操纵子,第二十八页，共七十五页。,Sec.3 基因(jyn)的转移与重组,第二十九页，共七十五页。,基因转移 外源性的遗传物质由供体菌转入某受体 菌细胞的过程称为(chn wi)基因转移。重组 转移的基因与受体菌DNA整合在一起称 为重组,使受体菌获得供体菌的某些性状。,基因(jyn)转移与重组 gene transfer and recombination,第三十页，共七十五页。,转化(zhunhu)transformation 接合 conjugation 转
10、导 transduction 溶原性转换 lysogenic conversion 原生质体融合 protoplast fusion,*基因转移(zhuny)与重组的方式,第三十一页，共七十五页。,*转 化（transformation）,转化是供体菌裂解(li ji)释放的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的遗传性状。,第三十二页，共七十五页。,小鼠体内(t ni)肺炎链球菌的转化试验,第三十三页，共七十五页。,转化因子（transforming principle）在转化过程(guchng)中，转化的DNA片段称为转化因子，分子量小于107，最多不超过1020个基因。,转化(zhu
11、nhu)型细菌,原菌性状(xngzhung),第三十四页，共七十五页。,影响(yngxing)因素,供、受菌基因型：同源性；亲缘(qn yun)关系近，转化率高 感受态（competence）：环境因素 Mg2、Ca2、cAMP等可促进 转化,第三十五页，共七十五页。,*接 合（conjugation),细菌通过性菌毛相互沟通，将遗传(ychun)物质(主要是质粒DNA)由供体菌传递给受体菌，使受体菌的遗传性状发生改变，称为接合。,第三十六页，共七十五页。,接 合,第三十七页，共七十五页。,接合(jih),第三十八页，共七十五页。,F plasmid Hfr,Sex pilus,第三十九页，共
12、七十五页。,第四十页，共七十五页。,第四十一页，共七十五页。,接合(jih),R质粒的接合日本首先分离到抗多种药物的宋内志贺菌多重耐药株，多重耐药性很难用基因突变解释(jish)。健康人中大肠埃希菌30%50%有R质粒，而致病性大肠埃希菌90%有R质粒。R质粒与耐药性有关，尤其与多重耐药性有关。耐药质粒从一个细菌转移到另一个细菌中。,第四十二页，共七十五页。,R 质粒的接合(jih),耐药传递(chund)因子(resistance transfer factor,RTF)编码性菌毛 质粒复制接合接合转移,耐药决定(judng)子 R(resistance determinant)决定菌株的耐
13、药性,第四十三页，共七十五页。,R质粒耐药传递(chund)因子（RTF）与F质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合转移耐药（r）决定子r-dir能编码对抗菌药物的耐药性，可由几个转座子连接相邻排列，如Tn9带有氯霉素耐药基因，Tn4带有氨苄青霉素、磺胺、链霉素的耐药基因，Tn5带有卡那霉素的耐药基因。,第四十四页，共七十五页。,R质粒结构图,IS,RTF IS,R决定(judng)子,Tn9 Tn4 Tn5氯霉素 氨苄青、链、磺胺(hun n)卡那等 耐药基因 耐药基因 耐药基因,第四十五页，共七十五页。,*转 导（transduction）,转导由噬菌体介导，将供体菌的DNA片段转入受体菌，
14、使受体菌获得(hud)供体菌的部分遗传性状。,第四十六页，共七十五页。,普遍性转导(zhun do)-generalized transduction,毒性噬菌体和温和噬菌体均可介导普遍性转 导,当噬菌体装配时,误将细菌染色体片段或质粒 装入噬菌体内，产生(chnshng)一个转导噬菌体,再感染其它 菌时，可将供体菌的遗传物质转移给受体菌。因 被包装的DNA可以是供体菌染色体上的任何部分，所以称为普遍性转导。,第四十七页，共七十五页。,普遍性转导(zhun do),第四十八页，共七十五页。,普遍性转导(zhun do)模式图,第四十九页，共七十五页。,局限性转导(zhun do)（restri
15、cted transduction),温和噬菌体在终止溶原状态脱离原宿主菌时，发生偏差脱离，连同相邻(xin ln)的一段细菌染色体基因包进噬菌体衣壳内，再感染其他细菌时将原宿主菌的基因转移给新宿主菌，使受体菌获得供体菌的某些遗传性状。,第五十页，共七十五页。,局限性转导(zhun do)模式图,第五十一页，共七十五页。,局限性转导(zhun do)模式图,第五十二页，共七十五页。,*溶原性转换(zhunhun)（lysogenic conversion）,是以前噬菌体的DNA与细菌(xjn)染色体重组、导致细菌的基因型发生改变。,第五十三页，共七十五页。,白喉(bihu)棒状杆菌：无毒,棒状
16、杆菌(gnjn)噬菌体,溶原性细菌(xjn)：产毒素,溶原性转换,第五十四页，共七十五页。,原生质体融合(rngh)-protoplast fusion,将两种不同细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失去细胞壁成为 原生质体后进行彼此(bc)融和的过程。,第五十五页，共七十五页。,原生质体融合(rngh)Protoplast fusion,第五十六页，共七十五页。,Sec.4 基因突变(j yn t bin),基因突变(j yn t bin)是指DNA碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构的变化，可分点突变和染色体畸变。,第五十七页，共七十五页。,细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，是DNA序列的永久性变化,包括小突变、大突变。小突变:细菌DNA上核苷酸序列的改变,为一个(y)或几个 碱基的置换、插入或丢失,出现的突变只影响到 一个或几个基因。大突变:涉及大段DNA序列发生的突变。,突 变-mutation,第五十八页，共七十五页。,转换 AT CG 碱基置换 颠换 AG,CTDNA序列的改变(gibin)移码 移码变异,第五十九页，共七十五页。,1.自发突变(tbin)与诱导突变(tbi