微生物学 第5章 遗传与变异ppt课件.ppt

1 第五章遗传与变异 2 细菌的各种生物性状相对稳定地传给后代 并保持其种属原有性状且代代相传 使其种属得以保存 在一定条件下 子代和亲代之间以及子代和子代之间的生物学性状差异 变异性 遗传性 3 基因型变异和表型变异 基因型 生物性状的遗传组成表型 基因型的具体表现 可观察或检测到的个体性状或特征 基因型变异 可遗传变异由于DNA发生改变而导致微生物某些性状的改变 这类变异仅涉及极少数个体 不可逆 能相对稳定地遗传 表型变异 非遗传型变异是在DNA没有改变的情况下发生的微生物某些性状的改变 这类变异往往涉及生物群体 是可逆的 一旦条件复原 变异亦消失 4 第一节遗传与变异原理 一 DNA的结构与功能二 基因与基因的转录三 遗传信息的翻译 5 第二节细菌的遗传与变异 一 细菌的变异现象 L型细菌变异 形态变异 H O变异 鞭毛变异 变形杆菌 芽胞变异 炭疽b 荚膜变异 肺炎球菌 抗原性变异菌落变异 S R变异毒力的变异 增强 减弱 白喉 BCG 耐药性变异 金黄色葡萄球菌 结核杆菌等 形态结构的变异 形态变异 3 6 食盐鼠疫杆菌多形态性 衰残型 琼脂培基 L型变异 药物 抗体或补体等 正常霍乱弧菌 霍乱弧菌L型 毒力变异 二 与细菌遗传变异相关的物质 细菌染色体 染色体以外的遗传物质 质粒转座子噬菌体 11 一 细菌的染色体 环状双螺旋DNA长链 不含组蛋白 无核膜包围 结构连续 几乎无内含子 大多为单拷贝 种内和种间存在广泛的遗传物质的交换 细菌致病岛 pathogenicityisland 与毒力相关的大片段外源DNA 双向复制 12 二 质粒 胞浆内染色体外的遗传物质 是环状闭合的双股DNA 13 质粒DNA的特征 具有自我复制的能力质粒DNA所编码的基因产物能赋予细菌某些性状特征质粒可自行丢失与消除 并非是细菌生命活动不可缺少质粒的转移性质粒的相容性与不相容性 14 根据控制的生物学性状分为 F质粒R质粒Vi质粒细菌素质粒代谢质粒Ti质粒 15 F质粒 Fertilityplasmid 致育因子 分子量62x106Da 94 5kb 编码性菌毛 F 菌株 携带F质粒的菌株 相当于雄性 F 菌株 无F质粒的菌株 相当于雌性 在接合作用中起重要作用P78 16 主要有抗药性和抗重金属两大类耐药性质粒 含耐药基因 通过接合广泛传播有两部分组成 RTF和r决定因子Resistancetransferfactor 功能与F质粒相似 编码性菌毛的产生和通过接合的转移r determinant 含抗生素的抗性基因 两部分可单独存在 也可结合成复合物 复合物的稳定性因R质粒和菌种而异 P129 R质粒 Resistanceplasmid 17 毒力质粒 又Vi质粒 virulenceplasmid 编码细菌毒素ETEC 肠产毒性大肠杆菌 不耐热毒素 LT labiletoxin 耐热毒素 ST stabletoxin 18 如Col质粒 Colicinogenicplasmid 编码大肠菌素 colicin 大肠菌素是一种由大肠杆菌的某些菌株所分泌的细菌素 具有通过抑制复制 转录 转移或能量代谢等而专一地杀死其他肠道细菌的功能 其分子量约 4x104D 8x104D G 细菌产生的细菌素通常由质粒基因编码 细菌素质粒 19 代谢质粒 携带有能降解某些基质的酶的基因 能利用一般细菌所难以分解的物质作碳源 Ti质粒Tumorinducingplasmid诱癌质粒 长200kb 是一大型质粒 当前已成为植物遗传工程研究中的重要载体 质粒分类 能否通过细菌的接合作用传递 复制是否与细菌染色体同步 按基因数 接合性质粒 非接合性质粒 紧密型 松弛型 小质粒 20 30个基因 大质粒 含几百个基因 21 概念 噬菌体是感染细菌 真菌 放线菌和螺旋体等微生物的病毒 三 噬菌体 化学组成 蛋白质 构成头部衣壳及尾部 有保护作用并决定噬菌体的外形 表面特点 核酸 是其遗传物质 为DNA或RNA 常见的噬菌体的基因组为2 200kb 多数DNA 的DNA为线状双股 有尾 少数的为环状单股多数RNA 的RNA为线状单股 少数线状双股且分节段 噬菌体基本形态 复合对称结构 蝌蚪形 复合对称结构微球形 廿面体对称细杆形 螺旋对称结构 各种噬菌体的形态 大肠埃希菌T2噬菌体 蝌蚪形噬菌体结构模式图 26 毒性噬菌体凡能在宿主菌细胞内复制增殖 产生许多子代噬菌体 最终裂解细菌的噬菌体称毒性噬菌体 温和噬菌体又溶原性噬菌体噬菌体核酸与宿主菌染色体整合 不产生子代噬菌体 但噬菌体DNA能随细菌DNA复制 并随细菌的分裂而传代 27 溶菌周期 又称噬菌体的复制周期 是指从噬菌体吸附开始至细菌溶解释放子代噬菌体 增殖过程 吸附 穿入 生物合成 成熟与释放 28 吸附 29 侵入 penetraction 核酸注入细胞的过程 30 31 3 生物合成 装配 分期 分批进行 释放 1 裂解 多以裂解细胞的方式释放 2 分泌 噬菌体穿出细胞 细胞并不裂解 噬菌体的裂解过程 噬菌斑 36 温和噬菌体 相关概念 前噬菌体溶原性细菌溶原状态溶原性转换 37 前噬菌体 定义 整合于细菌染色体上的噬菌体基因在前噬菌体阶段 噬菌体的复制被抑制 宿主细胞正常繁殖 噬菌体基因组与宿主基因组同步复制 并随宿主细胞分裂传递到子代细胞 38 溶原性细菌 带有前噬菌体基因组的细菌 可进行正常生长繁殖 而不被裂解 39 溶原性现象 溶原状态 噬菌体基因组长期存在于宿主细胞内 不进行复制增殖 没有成熟噬菌体产生的现象 A 是一种比裂解反应更有利于 持续和传播的生存方式 B 在大多数情况下 溶原性细菌内温和噬菌体gene组整合于宿主细菌染色体中 C 噬菌体基因组随宿主复制而复制 40 溶原性转换 是指当噬菌体感染细菌时 宿主菌染色体中获得了噬菌体的DNA片段 使其成为溶原状态时而致细菌获得新的性状 41 前噬菌体的诱导与脱离一定条件 紫外线 X线 致癌剂 突变剂等 诱发下中止溶原状态进入溶菌周期 发生噬菌体的增殖 宿主菌细胞裂解 发生率为10 2 10 5 42 溶原性周期 溶菌性周期 温和噬菌体的周期 溶原性周期 溶菌性周期 44 温和噬菌体的周期可有溶原性周期和溶菌性周期毒性噬箘体只有一个溶菌性周期 45 四 转座子 转位因子 transposon Tn 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 是基因组中一段特异的具有转位特性的独立的DNA序列 伴随着转座子的转位过程 如是内源的转座子会出现插入突变 如是外源性的转座子则出现基因的转移与重组 种类 插入序列 IS 转座子或复合转座子 Tn 46 插入序列是最小的转座子 不携带任何已知与插入功能无关的基因区域 往往是插入后与插入点附近的序列共同起作用 可能是原细胞正常代谢的调节开关之一 分布于细菌的染色体 质粒及某些噬菌体DNA上大小 2kbp insertionsequence IS 47 转座子除携带与转位有关的基因外 还携带耐药性基因 抗金属基因 毒素基因及其他结构基因等 因此当Tn插入某一基因时 一方面可引起插入基因失活产生基因突变 另一方面可因带入耐药性基因而使细菌获得耐药性 转座子可能与细菌的多重耐药性有关 大小2kbp以上 transposon Tn 转座子的特征 49 转座子的遗传学效应 插入突变染色体畸变基因的转移和重排 50 三 细菌变异的机制 表型变异 环境因素的影响基因型变异 DNA发生改变 51 一 基因的突变和损伤后修复 二 基因的转移与重组 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 重组 转移的基因在胞质中能自行复制与表达 或与受体菌DNA整合在一起 方式 转化接合转导溶原性转换原生质体融合 53 基因重组 凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移在一起重新组合 形成新遗传型个体的方式 称基因重组 54 1 转化 transformation 转化试验 56 一般出现在细菌对数生长期的后期 细胞膜不稳定 表面具有吸附DNA的受体的状态 仅维持数分钟至3 4h 感受态 转化因子吸附在受体菌表面受体上 供体菌双链DNA 受体菌表面的核酸内切酶 解链 与受体菌DNA重组 原型菌 突变株 转化过程 一条链降解 一条链进入受体菌 繁殖 转化全过程 受体菌 转位因子 吸附 摄入 重组 分裂 突变株 60 细菌通过性菌毛相互连接沟通 将遗传物质 主要是质粒DNA 从供体菌转移给受体菌 2 接合 conjugation F质粒的接合 F F Recipient 供体菌 受体菌 62 F F 特点 DNA以滚环复制的方式复制杂交后可获得两个F 菌转移F质粒的频率可达70 Hfr 有小部分进入受体细菌的F质粒可整合到受体菌染色体上 与染色体一起复制 由于整合后的细菌能以高效率转移染色体上的基因 故称高频重组菌Hfr Hfr F 65 主要转移供体菌的DNA转移F质粒的频率几乎为0大多数杂交后仍只有一个F 据此原理可画出细菌基因图 Hfr F 特点 66 Hfr中的F质粒可从染色体上脱离下来 终止Hfr状态 从染色体上脱离的F质粒有时可带有染色体上几个邻近的基因 这种质粒称F 质粒 带有F 质粒的细菌为F 菌 F 菌 67 性导 通过F 因子的转移而使供体菌的部分基因转入受体菌 改变受体菌的性状 F F R质粒与耐药性有关 尤其与多重耐药性有关 分离到抗多种药物的宋内志贺菌多重耐药株 很难用基因突变解释 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 耐药性 R 质粒的组成 耐药传递因子 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 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 71 R质粒决定耐药的机制 使细菌产生灭活抗生素的酶类 R质粒控制细菌改变药物作用的靶部位 R质粒可控制细菌细胞对药物的通透性 非接合性质粒分子量较小 无编码转移体系所需要的基因 因而不能单独接合传递 但如果在同一宿主细胞因存在接合性质粒 如 或 质粒 非接合性质粒就会被诱动传递 以温和噬菌体为载体 将供体菌的一段DNA转移到受体菌内 使受体菌获得新的性状 3 转导 transduction 完全转导 流产转导 普遍性转导 普遍性转导 被转导的DNA可以是供体菌染色体的任何部分 完全转导 被转导的DNA片段与受体菌的染色体整合 并随染色体而传代 流产转导 被转导的DNA片段游离在细胞质中 既不能与受体菌染色体整合 也不能自身复制 子代中只有一个子代细胞具有该DNA片段 76 转移供体菌染色体的任何部分 也可转移质粒可转移较大的DNA片段转移效率高 普遍性转导与转化的区别 局限性转导 所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因 前噬菌体两侧 的转导 普遍性转导与局限性转