1、Bacterial heredity and variationBacterial heredity and variation 教学重难点 1 1、教学、教学重点重点：细菌变异：细菌变异的机制的机制 2 2、教学、教学难点难点：细菌遗传：细菌遗传和变异的物质基础和变异的物质基础 遗传（遗传（heredityheredity）子代与亲代的生物学性状基本相同，且代代相子代与亲代的生物学性状基本相同，且代代相传。传。变异（变异（variationvariation）子代与亲代以及子代与子代之间的生物学性状子代与亲代以及子代与子代之间的生物学性状出现差异。出现差异。基因型变异基因型变异 表型变异表型
2、变异 基因改变基因改变+-遗传遗传+-可逆性可逆性-+外界环境外界环境-+变异幅度变异幅度 个别细胞个别细胞 群体群体-细菌的变异现象细菌的变异现象 毒力变异毒力变异 形态结构的变异形态结构的变异 耐药性变异耐药性变异 细菌的变异现象细菌的变异现象 菌落变异菌落变异-细菌的变异现象细菌的变异现象 形态结构变异形态结构变异 正常形态细菌正常形态细菌 细菌细菌L型型 葡萄球菌葡萄球菌 葡萄球菌葡萄球菌L型型 青霉素、溶菌酶等青霉素、溶菌酶等-细菌的变异现象细菌的变异现象 形态结构变异形态结构变异 有荚膜的肺炎球菌有荚膜的肺炎球菌 无荚膜的肺炎球菌无荚膜的肺炎球菌-细菌的变异现象细菌的变异现象 毒力
3、变异毒力变异 白喉棒状杆菌白喉棒状杆菌 获得白喉毒素获得白喉毒素 棒状杆菌噬菌体棒状杆菌噬菌体 白喉杆菌溶原性转换示意图白喉杆菌溶原性转换示意图-细菌的变异现象细菌的变异现象 耐药性变异耐药性变异 1.1.金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从19461946年的年的14%14%上升至目前的上升至目前的80%80%以上。以上。2.2.有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多重耐药性，甚至产生药物依赖性。重耐药性，甚至产生药物依赖性。含链霉素培养基含链霉素培养基 痢疾杆菌痢疾杆菌依链株依链株(耐药菌株耐药菌株)长期培养长期培养
4、 -细菌的变异现象细菌的变异现象 细菌菌落形态变异细菌菌落形态变异 S型菌落型菌落 R型菌落型菌落-细菌的遗传物质细菌的遗传物质 质粒质粒 染色体染色体 噬菌体噬菌体 细菌的遗传物质细菌的遗传物质 转位因子转位因子 整合子整合子 染色体（染色体（chromosomechromosome）环状双螺旋环状双螺旋DNA，长约，长约1mm,决定细菌基因型决定细菌基因型(genotype)和表型和表型(phenotype）缺乏组蛋白，有核蛋白缺乏组蛋白，有核蛋白 染色体基因无内含子染色体基因无内含子 细菌染色体细菌染色体DNA的复制的复制 和高等生物十分相似和高等生物十分相似。-细菌的遗传物质细菌的遗传
5、物质 质粒（质粒（plasmidplasmid）染色体外的遗传物质，是环状闭合双链的染色体外的遗传物质，是环状闭合双链的 DNADNA，存在于细胞质中，具有自我复制能力，所携带的遗存在于细胞质中，具有自我复制能力，所携带的遗传物质能赋予宿主菌某些生物学性状。传物质能赋予宿主菌某些生物学性状。-细菌的遗传物质细菌的遗传物质 医学上重要的质粒医学上重要的质粒 1.1.F F质粒（致育因子）质粒（致育因子）-编码细菌的性菌毛编码细菌的性菌毛 2.2.R R质粒质粒 (耐药性质粒耐药性质粒)-与细菌耐药性有关与细菌耐药性有关 3.Vi3.Vi质粒（毒力质粒）质粒（毒力质粒）-编码与该菌致病性有关编码与
6、该菌致病性有关的毒力因子，如的毒力因子，如STST、LTLT质粒质粒 4.4.代谢质粒代谢质粒 -编码产生相关的代谢酶编码产生相关的代谢酶 5.5.细菌素质粒细菌素质粒-编码细菌素编码细菌素 -细菌的遗传物质细菌的遗传物质 质粒（质粒（plasmidplasmid）质粒的特性质粒的特性 1.1.自我复制（紧密型质粒和松弛型质粒）自我复制（紧密型质粒和松弛型质粒）2.2.可以自行丢失与消除可以自行丢失与消除 3.3.可赋予细菌新的性状可赋予细菌新的性状 4.4.可在菌间转移可在菌间转移 5.5.相容性和不相容性相容性和不相容性 -细菌的遗传物质细菌的遗传物质 质粒（质粒（plasmidplasm
7、id）噬菌体噬菌体(bacteriophage)-细菌的遗传物质细菌的遗传物质 噬菌体噬菌体(bacteriophage)-细菌的遗传物质细菌的遗传物质 噬菌体噬菌体(bacteriophage)(bacteriophage)-细菌的遗传物质细菌的遗传物质 相关概念相关概念 1.1.前噬菌体（前噬菌体（prophageprophage）：）：?2.2.溶原性细菌（溶原性细菌（lysogenic bacteriumlysogenic bacterium）：）：?3.3.温和噬菌体（温和噬菌体（temperate phagetemperate phage）：）：?转位因子转位因子(Transpos
8、able element)转位因子是存在于细菌染色体或质粒转位因子是存在于细菌染色体或质粒DNADNA分子分子上的一段特异性核苷酸序列片段，它能在上的一段特异性核苷酸序列片段，它能在DNADNA分子分子中移动，不断改变它们在基因组的位置，能从一个中移动，不断改变它们在基因组的位置，能从一个基因组转移到另一个基因组中。基因组转移到另一个基因组中。-细菌的遗传物质细菌的遗传物质 转位因子转位因子(Transposable element)-细菌的遗传物质细菌的遗传物质 转位因子分类转位因子分类 插入系列插入系列 转座子转座子 转座噬菌体或前噬菌体转座噬菌体或前噬菌体 是最小的转位因是最小的转位因子
9、，不携带细菌表现任子，不携带细菌表现任何性状的基因，可能是何性状的基因，可能是原核细胞正常代谢的调原核细胞正常代谢的调节开关之一节开关之一 除携带与转位有除携带与转位有关的基因外，还携带耐关的基因外，还携带耐药性基因、毒素基因药性基因、毒素基因等等,它可能与细菌的多它可能与细菌的多重耐药性有关重耐药性有关 转座子转座子 携带耐药或毒素基因携带耐药或毒素基因 Tn1 Tn2 Tn3 AP(氨苄青霉素氨苄青霉素)Tn4 AP、SM(链霉素链霉素)、Su(磺胺磺胺)Tn5 Tn6 Km(卡那霉素卡那霉素)Tn7 TMP(甲氧苄氨嘧啶甲氧苄氨嘧啶)、SM Tn9 Cm(氯霉素氯霉素)Tn10 Tc(四
10、环素四环素)Tn551 Em(红霉素红霉素)Tn971 Em(红霉素红霉素)Tn1681 大肠埃希菌大肠埃希菌(肠毒素基因肠毒素基因)转座子的特征转座子的特征-细菌的变异机制细菌的变异机制 一、基因突变一、基因突变(mutation)(mutation)基因突变即遗传物质结构发生突然改变基因突变即遗传物质结构发生突然改变 基因突变的类型基因突变的类型 点突变点突变：范围小：范围小 染色体畸变染色体畸变：范围大：范围大 基因突变的机制基因突变的机制 碱基的置换和移码碱基的置换和移码 -细菌的变异机制细菌的变异机制 一、基因突变一、基因突变(mutation)(mutation)基因突变特性基因突
11、变特性 1.1.自发性与可诱发性自发性与可诱发性 2.2.随机性与不对应性随机性与不对应性 e.g.e.g.彷徨试验；影印试验彷徨试验；影印试验 3.3.可逆性可逆性 突变可回复：突变可回复：野生型野生型 突变株突变株 -细菌的变异机制细菌的变异机制 一、基因突变一、基因突变(mutation)(mutation)彷徨实验彷徨实验 影印实验影印实验 转导转导 转化转化 接合接合 溶原性转换溶原性转换 原生质体融合原生质体融合-细菌的变异机制细菌的变异机制 二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组 -基因的转移和重组基因的转移和重组 二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组 转化（转化（tran
12、sformationtransformation）转化是供体菌裂解游离的转化是供体菌裂解游离的DNADNA片段被受体菌片段被受体菌直接摄取直接摄取，使受体菌获得新的性状。，使受体菌获得新的性状。-基因的转移和重组基因的转移和重组 二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组 转化（转化（transformationtransformation）-基因的转移和重组基因的转移和重组 二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组 转导（转导（transduction）以以温和噬菌体温和噬菌体为媒介，将供体菌的为媒介，将供体菌的DNADNA片段片段转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。转移到受体菌内，使受体菌
13、获得新的性状。普遍性转导（普遍性转导（generalized transductiongeneralized transduction）包括完全转导与流产转导包括完全转导与流产转导 局限性转导（局限性转导（restricted transductionrestricted transduction）-基因的转移和重组基因的转移和重组 二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组 转导（转导（transductiontransduction）普普遍遍性性转转导导-基因的转移和重组基因的转移和重组 二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组 转导（转导（transduction）局局限限性性转转导导-基
14、因的转移和重组基因的转移和重组 二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组 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 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 基因转导发基因转导发生的时期生的时期 裂解期裂解期 溶原期溶原期 转导的遗传转导的遗传物质物质 供体菌染色体供体菌染色体DNA任何部位或质粒任何部位或质粒 噬菌体噬菌体DNA及供体菌及供体菌DNA的特定部位的特定部位 转导的后果转导的后果 完全转导或完全转导或 流产转导流产转导 受体菌获得供体菌受体菌获得供体菌DNA特特定部位的遗传特性定部位的遗传特性 转导频率转导频率 受体菌的受体菌的10-7 转导频
15、率较普遍转导增加转导频率较普遍转导增加1000倍倍(10-4)-基因的转移和重组基因的转移和重组 二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组 接合（接合（conjugation）细菌通过细菌通过性性菌毛菌毛相互连接沟相互连接沟通，将遗传物质通，将遗传物质（主要是质粒（主要是质粒DNADNA）从供体菌转移给从供体菌转移给受体菌受体菌,使受体菌使受体菌获得新性状。获得新性状。-基因的转移和重组基因的转移和重组 二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组 接合（接合（conjugationconjugation）F质粒的接合质粒的接合(F+与与F-的接合的接合)-基因的转移和重组基因的转移和重组 二、基
16、因的转移和重组二、基因的转移和重组 接合（接合（conjugationconjugation）F+与与Hfr菌的转换菌的转换 Hfr与与F+菌的转换菌的转换-基因的转移和重组基因的转移和重组 二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组 接合（接合（conjugation）F质粒的接合质粒的接合(Hfr与与F-的接合的接合)-基因的转移和重组基因的转移和重组 二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组 高频重组菌高频重组菌 （high frequency recombinant，Hfr）细菌染色体上整合有细菌染色体上整合有F F质粒，该菌能以较高质粒，该菌能以较高的频率转移细菌染色体基因。的频率转移细菌染色体基因。FF质粒质粒：F F质粒在质粒在HfrHfr菌中的整合作用是一菌中的整合作用是一种可逆过程，从染色体上脱离下来的种可逆过程，从染色体上脱离下来的F F质粒还会质粒还会携带邻近的染色体基因或携带邻近的染色体基因或DNADNA片段。片段。F+、Hfr、F都为雄菌都为雄菌-基因的转移和重组基因的转移和重组 二、基因的转移和重组二、基因的转移和重组 R R质粒的接合质粒的接合 耐药传递因子