第5章细菌的遗传与变异

第5章细菌的遗传与变异 Bacterialheredityandvariaion BCG 牛型结核杆菌 有毒株 胆汁 甘油 马铃薯培养13年 230次传代减毒株 BCG 基因型变异 BCG表型变异 细菌L型 遗传性变异 基因型变异genotypicvariation 基因结构发生改变非遗传性变异 表型变异phenotypicvariation 受环境条件影响 变异 variation 基因型和表型变异的比较 基因型变异 表型变异 基因结构 变化未变 可逆性 不或极少可逆 稳定性 稳定不稳定 环境影响 涉及细菌数 不受影响受影响 个别全体 细菌的变异现象 形态结构的变异 morphologicalvariation 2 抗原性变异 antigenicvariation 3 菌落变异 colonyvariation 4 毒力变异 virulencevariation 如白喉棒状杆菌的白喉毒素的获得 卡介苗的研制成功 13年 230代 5 耐药性变异 drug resistantvariation 第一节细菌的遗传物质 相关遗传物质 染色体 chromosome 质粒 plasmid 转座因子 transposableelement 整合子 integron 噬菌体 bacteriophage phage 细菌染色体 dsDNA 3 2 5 106bp复制快 105bp min无组蛋白 无内含子 为连续基因单倍体 突变后更易表现 质粒 plasmid 复制能力转移能力整合能力相容性丢失或消除 质粒 plasmid 的定义 为闭合环状双链DNA 存在于细胞质中的带有遗传信息 控制细菌的某些特定遗传性状 能够自我复制的染色体以外的遗传物质 Definition Extrachromosomalgeneticelementsthatarecapableofautonomousreplication replicon PLASMIDSPlasmidsareextrachromosomalgeneticelementscapableofautonomousreplication Anepisomeisaplasmidthatcanintegrateintothebacterialchromosome ClassificationofPlasmids 质粒的分类 TransferpropertiesConjugativeplasmidsNonconjugativeplasmidsPhenotypiceffectsFertilityplasmid Ffactor Bacteriocinogenicplasmids Resistanceplasmids7factors 1 质粒按所编码生物学性状种类分五类 致育质粒 F质粒 fertilityplasmid 耐药质粒 drug resistanceplasmid 毒力质粒 Vi质粒 virulenceplasmid 细菌素质粒 bactericinplamid 代谢质粒 metabolism 2 Plasmid的特点 具有自我复制的能力 可以存在多copy 与replicationofchromosome同步的称为紧密型 不相关者称为松弛型 编码某些特定的遗传性状 如sexpilus Fertilityplasmid 细菌素 毒素和耐药性等 可自行丢失与消除 不是细菌生长所必需 转移性 可通过转化 接合和转导等作用进行细菌间传递 质粒的相容性和不相容性 几种不同plasmid同时共存于一个细菌内成为相容性compatibility 反之 称为incompatibility 3 转座因子 transposableelement 1 IS insertionsequence 750 1550bp两端重复序列 与插入有关中心序列有转位酶基因 2 Tn transposon 2000 25000bp两端为IS中心序列有与转位无关基因如 毒素基因 耐药基因等 TransposableGeneticElements Definition SegmentsofDNAthatareabletomovefromonelocationtoanotherProperties Random movementNotcapableofselfreplication notareplicon Transposition 移位 mediatedbysite specificrecombinationTransposaseTranspositionmaybeaccompaniedbyduplication TypesofTransposableGeneticElements Insertionsequences IS Definition ElementsthatcarrynoothergenesexceptthoseinvolvedintranspositionNomenclature 命名法 IS1Structure ImportanceMutationPlasmidinsertionPhasevariation TypesofTransposableGeneticElements Transposons Tn Definition ElementsthatcarryothergenesexceptthoseinvolvedintranspositionNomenclature 命名法 Tn10StructureComposite 复合的 Tns ImportanceAntibioticresistance 常见的插入序列和转座子 ISbpTn耐药或毒素基因 IS1768Tn1AP 氨苄青霉素 IS21327Tn6Kan 卡那霉素 IS31300Tn10Tet 四环素 IS41426Tn551Em 红霉素 IS51195Tn681E coliET 肠毒素 4 整合子 integron In 是一种可捕获和整合外源性基因 并使之转变为功能性基因表达单位的具有独特结构的运动性的DNA分子 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定位于细菌染色体 质粒或转座子上基本结构 两端为保守末端 中间为可变区 含一个或多个基因盒整合子含有3个功能元件 重组位点 整合酶基因 启动子 5 噬菌体 bacteriophage 温和噬菌体参与细菌的遗传和变异 细菌变异的机制 1 基因的转移和重组2 基因突变3 细菌DNA损伤的修复 Mechanismofbacterialvariation GenemutationGenetransferandrecombinationTransformation 转化 Conjugation 接合 Transduction 转导 Lysogenicconversion 溶原性转换 Protoplastfusion 原生质体融合 第三节基因的转移和重组 概念 1 基因转移 genetransfer 或基因交换 外源性的遗传物质 供体菌染色体DNA片段 可转移的质粒DNA及噬菌体基因 由供体菌转入某受体菌细胞内的过程2 基因重组 generecombination 被转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组 根据DNA片段的来源及交换方式不同 将转移与重组的方式分为 转化 接合 转导 溶原性转换和原生质体融合等 转移 供菌提供DNA 受菌接受DNA重组 受菌获得供菌DNA 类型基因来源转移方式 转化供菌受菌摄入 接合供菌通过性菌毛 转导供菌噬菌体媒介 溶原性转换噬菌体前噬菌体 1 转化 transformation 是供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取 供受体菌获得新的性状 Transformation Definition GenetransferresultingfromtheuptakeofDNAfromadonor Factorsaffectingtransformation1 DNAsizeandstateSensitivetonucleases 核酸酶 2 Competenceoftherecipient Bacillus Haemophilus Neisseria Streptococcus Competencefactors 感受态因子 Inducedcompetence 诱导感受态 3 环境因素 Ca2 Mg2 cAMP等 维持DNA的稳定性 促进转化 小鼠体内肺炎链球菌的转化试验 2 接合 conjugation 是细菌通过性菌毛相互连接沟通 将遗传物质 主要是质粒DNA 从供菌转移给受菌 接合性质粒主要包括 F质粒 R质粒 Col质粒和毒力质粒 Conjugation Definition GenetransferfromadonortoarecipientbydirectphysicalcontactbetweencellsMating 交配 typesinbacteriaDonorFfactor Fertilityfactor F sex pilus RecipientLacksanFfactor F质粒的接合 PhysiologicalStatesofFFactor Integrated Hfr CharacteristicsofHfrxF crossesF rarelybecomesHfrwhileHfrremainsHfrHightransferofcertaindonorchromosomalgenes PhysiologicalStatesofFFactor Autonomouswithdonorgenes F CharacteristicsofF xF crossesF becomesF whileF remainsF HightransferofdonorgenesonF andlowtransferofotherdonorchromosomalgenes MechanismofHfrxF Crosses DNAtransferOriginoftransferRollingcirclereplicationHomologous 同源 recombination PairformationConjugationbridge MechanismofF xF Crosses DNAtransferOriginoftransferRollingcirclereplication PairformationConjugationbridge Conjugation SignificanceGram bacteriaAntibioticresistanceRapidspreadGram bacteriaProductionofadhesivematerialbydonorcells F Hfr F 三种菌都具有性菌毛 R质粒的接合R质粒由耐药传递因子 RTF 和耐药决定因子 r决定因子 组成 RTF的功能与F质粒相似 可编码性菌毛的产生和通过接合转移 r决定因子编码对抗菌药物的耐药性 r决定因子上有多个Tn连接相邻是造成多耐的原因 StructureofRFactors RTFConjugativeplasmidTransfergenes RdeterminantResistancegenesTransposons 3 转导 transduction 是以噬菌体为载体 将供菌的遗传物质转移到受菌中去 使受菌获得新的性状 普遍性转导 以毒性噬菌体和温和噬菌体为载体 发生在裂解期 转移的DNA为供菌染色体上的任何部局限性转导 以温和噬菌体为载体发生在溶原期 供菌染色体上特定的基因 普遍性转导 generalizedtransduction 整合 未整合 完全转导 流产转导 局限性转导 restrictedtransduction 又称特异性转导 specializedtransduction 普遍性转导与局限性转导的区别 4 溶原性转换 lysogenicconversion 是侵入细菌的噬菌体在溶原期可以前噬菌体形式在细菌内与细菌的染色体发生重组 导致细菌的基因型发生改变 溶原性细菌可因此而获得新的性状 如白喉毒素 致热外毒素 肉毒毒素和 毒素 5 原生质体融合 protoplastfusion 是将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素处理失去细胞壁而变为原生质体后进行融合 聚乙二醇可促使二种原生质体间的融合 在此期间染色体可发生重组 第四节基因突变 影印平板 自发的 随机的 非诱导的药物仅起选择作用 突变 Mutation 的定义 是遗传物质的结构发生突然而稳定的改变 导致的变异可传于后代 突变与选择 突变的性质 突变率 10 6 10 9自发突变与诱发突变突变与选择回复突变与抑制突变 相关感念 1 突变 Mutation 是遗传物质的结构发生突然而稳定的改变 导致的变异可传于后代 2 野生型株 某种菌株在自然环境下大多数所具有的表现型菌株称为野