细菌的遗传与变异(3)幻灯片

1、 第一节第一节 细菌遗传的物质基础细菌遗传的物质基础 一、基因组一、基因组 细菌的基因组是位于染色体上，能导致产生特定肽细菌的基因组是位于染色体上，能导致产生特定肽 链的那一段链的那一段DNA分子，呈直线排列，具有特定遗传信息，分子，呈直线排列，具有特定遗传信息， 具有相对稳定性，控制细菌的遗传与变异，是细菌遗传具有相对稳定性，控制细菌的遗传与变异，是细菌遗传 主要主要物质基础。物质基础。 细菌染色体的结构与特点细菌染色体的结构与特点 1、细菌是一条染色体，呈环状双螺旋、细菌是一条染色体，呈环状双螺旋DNA结构，按结构，按 一定构型反复回旋卷曲而成的松散的网状结构。一定构型反复回旋卷曲而成的松

2、散的网状结构。 2、细菌染色体是核蛋白与细菌的、细菌染色体是核蛋白与细菌的DNA相结合。该蛋相结合。该蛋 白与基因的活化、白与基因的活化、DNA的复制有关。的复制有关。 3、不同细菌染色体、不同细菌染色体DNA的的G+C mol不同。约有不同。约有1 的碱基被甲基化，其中腺嘌呤被甲基化的数量最多；的碱基被甲基化，其中腺嘌呤被甲基化的数量最多； 其次为胞嘧啶。其次为胞嘧啶。 4、细菌基因组中，不编码的、细菌基因组中，不编码的DNA序列很少，只有序列很少，只有 少数基因具有重复序列，功能相关的基因高度集少数基因具有重复序列，功能相关的基因高度集 中，组合成操纵子。中，组合成操纵子。 5、细菌具有连

3、续的基因结构，无内含子、细菌具有连续的基因结构，无内含子 二、质粒二、质粒 1.质粒的特点质粒的特点 1）质粒并非细菌生存所必不可少的遗传物质。）质粒并非细菌生存所必不可少的遗传物质。 2）质粒的传递（转移）是细菌遗传物质转移的）质粒的传递（转移）是细菌遗传物质转移的 一个重要方式。一个重要方式。 3）质粒可自行失去或经人工处理而消失。）质粒可自行失去或经人工处理而消失。 4）质粒可以自我复制。）质粒可以自我复制。 5）可有几种质粒同时共存在于一个细菌内。）可有几种质粒同时共存在于一个细菌内。 2.质粒的分类质粒的分类 1）能否通过细菌的接合作用进行转移）能否通过细菌的接合作用进行转移 接合性

4、质粒接合性质粒 非接合性质粒非接合性质粒 2）质粒在宿主菌内拷贝数的多少）质粒在宿主菌内拷贝数的多少 严紧型质粒严紧型质粒 松弛型质粒松弛型质粒 3）质粒的相容与不相容性）质粒的相容与不相容性 两种结构相似、密切相关的质粒不能稳定共存于一个两种结构相似、密切相关的质粒不能稳定共存于一个 宿主菌；结构相差较大、互不相干的质粒可以共存于宿主菌；结构相差较大、互不相干的质粒可以共存于 同一个菌体。同一个菌体。 4）质粒的来源不同）质粒的来源不同 天然质粒天然质粒 人工构建质粒人工构建质粒 l与有性生殖有关 l带有F质粒的为雄性菌，能长出性菌毛；无F质粒的 为雌性菌，无性菌毛。 l能够整合到细菌染色体

5、上的质粒为附加体。 l高频重组菌（high frequence recombination, Hfr）： 有F质粒整合到宿主染色体的菌株。 lF因子：Hfr菌株上的F因子通过重组恢复成自由状 态时，有时可将其相邻的染色体基因一起切割下来， 成为携带某一染色体基因的F因子，将携带不同基因 的F因子统称为F。 几种重要的天然质粒 编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。 编码与该菌致病性有关的毒力因子。 。 编码产生相关的代谢酶。 1.人工构建质粒的目的： 人工构建的质粒主要用于基因工程技 术，在该技术中质粒主要被用作载体。 基因工程的程序： （1） （2）将将目的基因目的基因与载体连接与载体连接

6、 （3）将重组将重组DNA导入到受体细胞，导入到受体细胞，外源基外源基 因因得到表达得到表达。 2.基因工程载体必须具备下列条件： 1）环状DNA结构 2）具有限制性内切酶的位点，以便与外源基因 连接 3）可不依赖于染色体进行独立复制 4）具有有别于宿主的选择性标记 5）可通过特定方法导入某些宿主细胞 功能不同 特殊用途的载体 克隆载体 表达载体 拷贝数高 具有单（多）克隆位点 载体本身带有一个或多个选择标记 除具有克隆载体的一般特性以外 ，还具有一套表达元件： 启动子、SD序列、终止子 3.基因工程载体分类 A A T T C T T A A G G A A T T C T T A A Ec

7、oRI 酶切 转化 1、高温变性、高温变性 2、低温复性、低温复性 3、一定温度延伸、一定温度延伸 PCR 三、转座因子三、转座因子 存在于细菌染色体上，可作为独立单位在存在于细菌染色体上，可作为独立单位在 染色体上自由移动的染色体上自由移动的DNA片断。转座因子有三片断。转座因子有三 种类型：插入序列（种类型：插入序列（IS）、转座子（）、转座子（Tn）、及）、及 特殊噬菌体。特殊噬菌体。 1.插入序列（insertion sequence,IS） 是最小的转位因子，长度不超过2kb，不携 带任何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，引 起插入突变。 Tran

8、sposaseABCDEFGGFEDCBA ISIS 2.转座子（transposon,Tn） 长度一般超过2kb，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。 Tn 基因= IS ISResistance Gene(s) IS ISResistance Gene(s) 基因失活 细菌获得耐药性 转座子携带耐药或毒素基因 Tn1 Tn2 Tn3AP（氨苄青霉素） Tn4AP、SM（链霉素）、Su（磺胺） Tn5Km（卡那霉素） Tn6Km Tn7TMP（甲氧苄氨嘧啶）、SM Tn9Cm（氯霉素） Tn10Tc（四环素） tn551Em（红霉素） Tn9

9、71Em Tn1681大肠埃希菌（肠毒素基因） 3.转座噬菌体或前噬菌体 是一些具有转座功能的溶原性噬菌体， 当整合到细菌染色体上，能改变溶原性 细菌的某些生物学性状。 转座噬菌体从细菌染色体脱离，可 能连带有细菌的DNA片段，在遗传物质 转移过程中起载体作用。 四、毒力岛（四、毒力岛（PAI） 位于细菌染色体之内，分子结构位于细菌染色体之内，分子结构 与功能有别于细菌染色体的病原菌的与功能有别于细菌染色体的病原菌的 某个或某些毒力基因群。某个或某些毒力基因群。 第二节基因突变第二节基因突变 一、细菌变异类型一、细菌变异类型 1.形态变异形态变异 （1）自然形成或诱导产生的细菌）自然形成或诱导

10、产生的细菌L型。型。 （2）病原菌在特定的动物组织器官中，可发生形态结）病原菌在特定的动物组织器官中，可发生形态结 构变异构变异 2.结构和抗原性变异。结构和抗原性变异。 （1）荚膜变异。（）荚膜变异。（2）芽孢变异。（）芽孢变异。（3)鞭毛变异。鞭毛变异。 H-O变异：变异：有鞭毛能运动的细菌丧失鞭毛形成能力的有鞭毛能运动的细菌丧失鞭毛形成能力的 变异称变异称 3.培养性状的变异培养性状的变异 S-R变异；变异；R-S 变异变异 4.毒力变异毒力变异 5.生化性状变异生化性状变异 （1）营养缺陷型变异（）营养缺陷型变异（2）诱导酶产生。（）诱导酶产生。（3）终末产）终末产 物阻遏。物阻遏。6

11、.耐药性变异耐药性变异 l 3-6%食盐 鼠疫杆菌多形态性(衰残型)。 琼脂培养基 l 青霉素、溶菌酶 正常形态细菌 L型变异 抗体或补体 (部分或完全失去胞壁) 正常霍乱弧菌 霍乱弧菌L型 l 棒状噬菌体 白喉棒状杆菌 获得白喉毒素 二、细菌变异的机理二、细菌变异的机理 1. 突变突变 （1）碱基置换。）碱基置换。 （2）碱基的减少、增加与倒置。）碱基的减少、增加与倒置。 （3）碱基的互变异构。）碱基的互变异构。 1)碱基置换(base substitution)：点突变 ATG CAC CTT CTT ATA AAA ACC GAA TAA 甲硫 组 亮 亮 异亮 赖 苏 谷 ATG CA

12、C CTC CTT ATA AAA ATC GAA TAA 甲硫 组 亮 亮 异亮 赖 异亮 谷 碱基转换 CTT CTC CTA CTG 亮 TAA TAG TGA终止密码 ATG CAC CTT CTT ATA AAA ACC GAA TAA 甲硫 组 亮 亮 异亮 赖 苏 谷 ATG CAC CTT CTT CTA AAA ACC GAA TAA 甲硫 组 亮 亮 亮 赖 苏 谷 AG 碱基颠换 错义突变 ATG CAC CTT CTT ATA AAA ACC GAA TAA 甲硫 组 亮 亮 异亮 赖 苏 谷 ATG CAC CTT CTT ATA TAA ACC GAA TAA 甲硫

13、 组 亮 亮 亮 无义突变 无意义蛋白质 或TC AC或TG 2)插入或缺失突变(deletion or insertion mutation) ATG CAC CTT CTT ATA AAA ACC GAA TAA 甲硫 组 亮 亮 异亮 赖 苏 谷 ATG CAC CTC CTT AAA CCC ATA AAA ATC GAA TAA 甲硫 组 亮 亮 赖 脯 异亮 赖 异亮 谷 AAA CCC ATG CAC CTT CTT ATA AAA ACC GAA TAA 甲硫 组 亮 亮 异亮 赖 苏 谷 ATG CAC CTC CTT AAA CAT AAA AAC CGA ATA A 甲硫

14、 组 亮 亮 赖 组 赖 天冬 精 异亮 AAA C 氨基酸数目的 增加或减少 移码突变 异常蛋白质 3）碱基的互变异构）碱基的互变异构 四种碱基均可发生互变异构，引起互补碱基的改变。四种碱基均可发生互变异构，引起互补碱基的改变。 T(酮基型）酮基型）A T(烯醇型）烯醇型）G 突变的机理突变的机理 a.自发突变自发突变 细菌在分裂繁殖时，由于DNA复制过程中， 所出现的碱基错配，引起的突变。 特点：具有偶然性，突变是随机不定向的，外界 因素不能决定细菌的性状如何改变。突变率一般 在106109 。 b.诱发突变：诱发突变： 采用人工的方法，通过诱变剂（mutagen）诱导 细菌发生突 变。

15、1、电离辐射：X线、紫外线。X线能量极强，导致DNA磷 酸二酯键的断裂；紫外线导致DNA形成嘧啶二聚体的形成 ，妨碍了DNA聚合酶的作用。 2、化学诱变：（1）亚硝酸：其主要作用是对C和G的脱氨 基作用，脱氨基的结果导致氢键的改变，下次复制时相应 由A或T(而不是由G或C)配对；（2）羟胺：主要作用于C， 将C转变为只能与A配对的修饰碱基羟基亚胺碱基。（3 ）烷化剂（乙基甲烷磺酸、甲基甲烷磺酸等）嘌呤烷基化 ，碱基错误配对。 2.基因的转移与重组基因的转移与重组 （1）转化）转化 定义定义：转化是受体菌直接摄取供：转化是受体菌直接摄取供 体菌游离的体菌游离的DNA片段，整合于自身片段，整合于自

16、身 的基因组中，而获得了该供体菌的部的基因组中，而获得了该供体菌的部 分遗传特性。分遗传特性。 活无毒II型 （无荚膜） 活有毒III型 （有荚膜） 杀死的有毒III型 （有荚膜） 白鼠白鼠 死亡死亡 不不 死死 亡亡 混合混合 白鼠白鼠 死亡 分离活的有毒III 型肺炎链球菌 过程：过程： a.转化因子（转化因子（transforming： principle ） b.感受态（感受态（competence） c.机理 1、一段长的双链DNA分子借助于DNA结合蛋白结合到细胞表面 ，并被核酸内切酶切开。 2、一条链被核酸酶降解 3、未降解的链与感受态特异蛋白结合 4、单链DNA进入细胞，并且在

17、宿主DNA的同源区段整合进宿主 染色体中 转化的机理转化的机理 （2）转导）转导 定义：定义： 以噬菌体为媒介，把供体细菌的基因转移到受体菌内，以噬菌体为媒介，把供体细菌的基因转移到受体菌内， 导致后者基因改变的过程称为转导。导致后者基因改变的过程称为转导。 转导的类型转导的类型： 完全转导完全转导 顿挫转导顿挫转导 普遍性转导普遍性转导 局限性转导局限性转导 1.定义 2.在噬菌体DNA与外壳蛋白组装成新的噬菌体时， 在105107次装配中会发生一次装配错误，误将 细菌的DNA片段装入噬菌体的头部，成为一个转 导噬菌体。 gal bio galbio galbio gal bio bio g

18、al （3）接合）接合 定义：细菌通过性菌毛直接接触，由供体细菌定义：细菌通过性菌毛直接接触，由供体细菌 将质粒将质粒DNA转移给受体细菌的过程。转移给受体细菌的过程。 分类：接合性质粒有三种，分类：接合性质粒有三种，F质粒、质粒、R质粒和质粒和 Col质粒。质粒。 三、细菌遗传变异研究的实际意义三、细菌遗传变异研究的实际意义 1.疾病诊断疾病诊断 2.在疾病预防和治疗中的应用在疾病预防和治疗中的应用 3.在基因工程方面的应用在基因工程方面的应用 第七章第七章 细菌的分类与命名细菌的分类与命名 第一节第一节 细菌的分类地位细菌的分类地位 一、分类单元一、分类单元 二、属属 三、三、 种种 微生

19、物学分类的最基本单元，是一群性质相似的菌株，微生物学分类的最基本单元，是一群性质相似的菌株， 与其它菌株群体有明显差异。与其它菌株群体有明显差异。 四、菌株四、菌株 是不同来源的某一种细菌的纯培养物是不同来源的某一种细菌的纯培养物。 第二节第二节 细菌的命名细菌的命名 一、命名的根据一、命名的根据 1.遵循遵循“双名法双名法”，即每一种细菌的拉丁文名称有属名和种名两，即每一种细菌的拉丁文名称有属名和种名两 部分组成。部分组成。 2.分类学文献中，属名和种名后要加上首次定名人（加括号）、分类学文献中，属名和种名后要加上首次定名人（加括号）、 现名定名人和现名定名年份，均用正体排字。现名定名人和现名定名年份，均用正体排字。 3.属名重复出现时，拉丁文可缩写，用第一个字母，也可用属名重复出现时，拉丁文可缩写，用第一个字母，也可用2个字个字 母，只确定属名，未确定种名的某一株细菌，拉丁文名可在属名母，只确定属名，未确定种名的某一株细菌，拉丁文名可在属名 之后加之后加sp（正体）。（正体）。 例：例：Escherichia 埃希菌属，埃希菌属，Coli 大肠杆菌，大肠杆菌， Escherichia coli （E.col）大肠埃希菌）大肠埃希菌 只确定属名，未定种名：只确定属名，未定种名：Escherichia sp. 若为新种：若为新种：