05细菌的遗传变异

1、 遗遗 传（传（heredityheredity）变变 异（异（variationvariation）基因型变异基因型变异 表表型变异型变异 遗传与变异是所有生物的共同生命特征遗传与变异是所有生物的共同生命特征 子代与亲代生物学性状基本子代与亲代生物学性状基本相同相同, ,且代代相传且代代相传子代与亲代子代与亲代, ,子代与子代的生子代与子代的生物学性状出现差异物学性状出现差异 稳定 不稳定 细菌的变异现象细菌的变异现象1. 1.形态结构变异形态结构变异-外界环境因素所致外界环境因素所致 细菌细菌l l型变异型变异: : 荚膜变异荚膜变异(capsule): (capsule): 肺炎链球菌肺

2、炎链球菌 芽胞变异芽胞变异(spore):(spore):炭疽杆菌炭疽杆菌 鞭毛变异鞭毛变异(flagellum):(flagellum): h-o h-o变异变异-失去鞭毛的变异失去鞭毛的变异 有鞭毛：有鞭毛：h h（hauchhauch）菌落。菌落。 无鞭毛：无鞭毛：oo（ohneohne hauchhauch）菌落。菌落。 形态结构变异形态结构变异 青霉素、溶菌酶青霉素、溶菌酶正常形态细菌正常形态细菌 l型变异型变异 抗体或补体抗体或补体 (部分或完全失去胞壁部分或完全失去胞壁)正常霍乱弧菌正常霍乱弧菌霍乱弧菌霍乱弧菌l l型型 特殊结构的变异特殊结构的变异 42-43炭疽杆菌炭疽杆菌

3、失去形成芽胞能力失去形成芽胞能力, 毒性降低毒性降低 10-20天天 特殊结构的变异特殊结构的变异 变形杆菌变形杆菌 0.1%石炭酸石炭酸 迁徙生长（迁徙生长（h） 点状生长、单个菌落（点状生长、单个菌落（o）鞭毛变异鞭毛变异2. 2.毒力变异：毒力变异： (virulence) 毒力毒力 ：bcgbcg（卡介苗）卡介苗） 毒力毒力 ：白喉杆菌溶原化：白喉杆菌溶原化3.3.耐药性变异耐药性变异: : (drug-resistance) 细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异。细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异。 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1946年的年

4、的14%上升至目前的上升至目前的90%。 有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即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。多重耐药性，甚至产生药物依赖性。 含链霉素培基含链霉素培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. 4.菌落变异：菌落变异：(colony) 特点：特点：s-rs-r变异常伴有其他性状变异常伴有其他性状的变异（毒力，的变异（毒力，抗原性等抗原性等）而造）而造成成全面的变异全面的变异菌落由光滑（菌落由光滑（s s）型）型变为粗糙（变为粗糙（r r）型）型 如肠道杆菌如肠道杆菌 s-rs-r变异变异5 5、抗原性变异

5、、抗原性变异( (antigenicity)菌体抗原（菌体抗原（oo抗原）变异；鞭毛抗原（抗原）变异；鞭毛抗原（h h抗原）变异抗原）变异失去失去lps的特异多糖的特异多糖一、染色体一、染色体 (chromosome)(chromosome)二、质粒二、质粒 (plasmid)(plasmid) 三、转座因子三、转座因子 (transposable element)(transposable element)四、整合子四、整合子(integron,in)(integron,in)五、噬菌体（五、噬菌体（phage phage ）基因以基因以操纵子操纵子形式存在形式存在 转录后不需剪接加工转录后

6、不需剪接加工基因组基因组dnadna大部分用来编码蛋白质大部分用来编码蛋白质 5.5.结构基因无重叠现象结构基因无重叠现象 6.结构基因单拷贝，结构基因单拷贝，rdna多拷贝多拷贝 7.具有各种功能识别区：复制起始区、终止区等具有各种功能识别区：复制起始区、终止区等 一、一、 细菌染色体细菌染色体 操纵子操纵子(operon) 结构结构编码序列编码序列 启动序列启动序列 操纵序列操纵序列 其他调节序列其他调节序列(promoter)(operator) 乳糖操纵子乳糖操纵子(lac operon)的的结构结构 调控区调控区cap结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列 结构基因结构基因

7、z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶y： 透过酶透过酶a：乙酰化酶乙酰化酶zyaopdna表达区表达区基因以基因以操纵子操纵子形式存在形式存在 转录后不需剪接加工转录后不需剪接加工基因组基因组dnadna大部分用来编码蛋白质大部分用来编码蛋白质 5.5.结构基因无重叠现象结构基因无重叠现象 6.结构基因单拷贝，结构基因单拷贝，rdna多拷贝多拷贝 7.具有各种功能识别区：复制起始区、终止区等具有各种功能识别区：复制起始区、终止区等 一、一、 细菌染色体细菌染色体 1. 1.本质：本质： 能自主复制的能自主复制的染色体染色体外遗传物质外遗传物质，为环状闭合的，为环状闭合的双链双链dnadna。 2. 2

8、. 分类：分类： 根据根据质粒基因编码的生物学性状质粒基因编码的生物学性状 致育质粒致育质粒/f (fertility) /f (fertility) 质粒质粒 编码性菌毛编码性菌毛 耐药性质粒耐药性质粒 编码细菌对抗菌药物或编码细菌对抗菌药物或 重金属盐类的耐药性重金属盐类的耐药性 毒力质粒毒力质粒/vi (virulence) /vi (virulence) 质粒质粒 编码与该菌致病性有关的毒力因子编码与该菌致病性有关的毒力因子 细菌素质粒细菌素质粒 编码各种细菌产生的细菌素编码各种细菌产生的细菌素 如：如：col col 质粒编码大肠埃希菌产生的大肠菌素质粒编码大肠埃希菌产生的大肠菌素

9、代谢质粒代谢质粒 编码产生与代谢相关的许多酶类编码产生与代谢相关的许多酶类 3.3.质粒质粒dnadna基本特性：基本特性：a. a. 可自我复制可自我复制；是一个复制子；是一个复制子 b. b. 质粒质粒dnadna编码的基因产物能赋予细菌编码的基因产物能赋予细菌 些性状特征些性状特征 致育性、耐药性、致病性等致育性、耐药性、致病性等 c. c. 质粒可自然丢失与消除质粒可自然丢失与消除 自然丢失率自然丢失率1010-2-21010-8-8；可用高温、紫外；可用高温、紫外线等除去线等除去d. d. 质粒质粒 具有转移性具有转移性： 接合性质粒接合性质粒 通过性菌毛进行基因传递通过性菌毛进行基

10、因传递 非接合性质粒非接合性质粒经接合性质粒诱动经接合性质粒诱动 或经载或经载 体体( (噬菌体噬菌体) )进行基因传递进行基因传递e. e. 质粒具有相容性和不相容性质粒具有相容性和不相容性1. 1. 本质：本质：细菌内能改变自身位置的细菌内能改变自身位置的dnadna序列，序列， 为移动基因（为移动基因（movable genesmovable genes）2. 2. 转移方式：转移方式： 通过通过自身编码自身编码产生的产生的转座酶转座酶导致导致 其转移或移位其转移或移位 染色体内移位（染色体内移位（a ab b） 染色体与质粒间染色体与质粒间 不同质粒之间不同质粒之间3. 种类：插入序列

11、（插入序列（insertion insertion sequence,issequence,is） 是最小的转位因子，是最小的转位因子，2kb 重复重复序列序列transposase gene重复重复序列序列转座子（转座子（transposon, tn） 2kb，除两端的，除两端的is外，还携带与转座无关的耐药外，还携带与转座无关的耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因。is isresistance gene(s)转座子介导的转座转座子介导的转座 变变 异异基因型变异基因型变异 表表型变异型变异 基因重组基因重组基因突变基因突变 染色体变异

12、染色体变异 细菌变异的机制细菌变异的机制 例：溶菌时，裂解的例：溶菌时，裂解的dnadna片段被另一细菌摄取。片段被另一细菌摄取。小鼠体内肺炎链球菌小鼠体内肺炎链球菌转化试验转化试验死亡死亡死亡死亡主要接合性质粒：主要接合性质粒： f f质粒、质粒、r r质粒、质粒、colcol质粒、质粒、 vivi质粒质粒大肠埃希菌与肠道杆菌接合大肠埃希菌与肠道杆菌接合（电镜扫描图）作用：编码性菌毛作用：编码性菌毛存在：存在：f+ f+ 菌菌-含游离的含游离的f f质粒质粒f f 菌菌-含带宿主菌基因的含带宿主菌基因的f f质粒质粒hfrhfr菌菌(high frequency recombinant)(h

13、igh frequency recombinant)高频重组菌高频重组菌- f- f质粒整合于细菌染色体中质粒整合于细菌染色体中f f质粒存在的生理状态质粒存在的生理状态 f f- - 菌菌f f+ + 菌菌hfrhfr 菌菌与与 f+菌接合菌接合丢失丢失整合整合切离切离偏差切离偏差切离 丢失丢失整合整合与与菌接合菌接合1.1.两者结合两者结合2.dna2.dna一条链断开，染色体一条链断开，染色体dnadna经性菌毛进入经性菌毛进入f f- - 菌菌3.3.接合作用可随时中断（自接合作用可随时中断（自发或外界因素），受体菌一发或外界因素），受体菌一般仍是般仍是f f- - 菌菌 r r质粒质

14、粒 作用：作用：决定细菌的耐药性决定细菌的耐药性 结构：结构：1.rtf (resistance transfer factor) 耐药传递因子耐药传递因子-编码性菌毛，与复制、接合及转编码性菌毛，与复制、接合及转移有关移有关 2.r determinant （r决定子）决定子）-编码对抗菌药物的耐药性编码对抗菌药物的耐药性 结合结合游离游离耐药传递因子耐药传递因子（rtfrtf）r r决定子决定子isisr r决定子决定子存在存在 a. a. 复合物形式：复合物形式：rtf- rrtf- r决定子决定子 b b. . 游离形式：游离形式：两部分单独存在时无接合传递两部分单独存在时无接合传递r

15、 r质粒的功能质粒的功能耐药传递因子耐药传递因子 供体菌供体菌dnadna误装入噬菌体误装入噬菌体（generalized transduction)普遍性转导中外源普遍性转导中外源dnadna的结果的结果1.1.完全转导：完全转导： 供体菌的供体菌的dnadna与受体菌染色体重组，与受体菌染色体重组，随染色体复制而随之传代随染色体复制而随之传代2.2.流产转导流产转导(abortive transduction): 供体菌的供体菌的dnadna与受体菌染色体不能与受体菌染色体不能进行重组进行重组, ,转导的片断不能自身复制，也转导的片断不能自身复制，也不能传代不能传代 (restricted

16、 transduction)- - 前噬菌体从宿主菌染色体上脱落时发前噬菌体从宿主菌染色体上脱落时发生偏差生偏差, ,将前噬菌体两侧的宿主染色体基因转将前噬菌体两侧的宿主染色体基因转移到受体菌移到受体菌, ,使受体菌遗传发生改变的过程使受体菌遗传发生改变的过程. .局限性转导机制局限性转导机制ubio-bio-生物素基因生物素基因ugal-gal-糖苷酶基因糖苷酶基因正常切离正常切离偏差切离偏差切离缺陷噬菌体缺陷噬菌体正常噬菌体正常噬菌体前噬菌体前噬菌体 局限性转导与普遍性转导的主要区别局限性转导与普遍性转导的主要区别 普遍性转导普遍性转导 局限性转导局限性转导转导时间转导时间 温和噬菌体裂解

17、期温和噬菌体裂解期 温和噬菌体溶原期温和噬菌体溶原期转导基因转导基因 供体菌染色体供体菌染色体dnadna的的 噬菌体噬菌体dnadna及供菌染色及供菌染色 任何部位或质粒任何部位或质粒 体体dnadna的特定部位片断的特定部位片断转导频率转导频率 低低 高高转导结果转导结果 完全转导完全转导 获得供体菌获得供体菌dnadna 流产转导流产转导 特定部位的遗传特性特定部位的遗传特性 原生质体融合原生质体融合 (protoplast fusion)(protoplast fusion)a a 细细菌菌b b 细细菌菌a a 原生质体原生质体b b 原生质体原生质体重组融合体重组融合体不同重组菌不

18、同重组菌培培 养养聚乙二醇聚乙二醇青霉素等青霉素等细菌基因转移与重组的几种方式比较细菌基因转移与重组的几种方式比较方式方式 基因来源基因来源 转移机制转移机制转化转化 供体菌供体菌 直接摄取直接摄取接合接合 雄性菌雄性菌 性菌毛沟通性菌毛沟通普遍转导普遍转导 供体菌供体菌 噬菌体介导噬菌体介导局限转导局限转导 溶原菌溶原菌 温和噬菌体介导温和噬菌体介导溶原转换溶原转换 温和噬菌体温和噬菌体 温和噬菌体感染温和噬菌体感染融合融合 原生质体原生质体 原生质体融合原生质体融合 2. 2. 类型：类型： 碱基置换：转换、颠换碱基置换：转换、颠换 碱基插入碱基插入 碱基缺失碱基缺失 1 1. . 定义：

19、定义： dna碱基对的碱基对的置换、插入或缺失置换、插入或缺失所致的基因结构所致的基因结构的的变化，分点突变和染色体畸变。变化，分点突变和染色体畸变。移码突变移码突变3. 3. 突变规律：突变规律：自发突变与诱发突变自发突变与诱发突变突变率突变率 自发突变：自发突变： 诱发突变：提高诱发突变：提高1010 10001000倍倍突变与选择：突变是随机的，不定向的突变与选择：突变是随机的，不定向的 试验：试验： 19431943年年luria和和delbruck设计了有名的彷徨试设计了有名的彷徨试验验( (fluctuation test) )； 19521952年年lederberg等设计了影印

20、培养等设计了影印培养(replica plating)。 103/ml敏感菌敏感菌10ml10ml立即接种立即接种37 24h37 24h含噬菌体平板含噬菌体平板含噬菌体平板含噬菌体平板37 24h37 24h回复突变与抑制突变回复突变与抑制突变野生株野生株(wild strain)突变株突变株(mutant strain) 正向突变正向突变回复突变回复突变原因回复突变原因: : 突变株中的一个抑制基因突变所致突变株中的一个抑制基因突变所致. .回复突变可回复突变可自发或诱导发生。自发或诱导发生。 回复突变回复突变基因内抑制基因内抑制( (intragenicintragenic suppressor) suppressor)抑制基因突变发生在同一基因内的不同部位抑制基因突变发生在同一基因内的不同部位基因间抑制基因间抑制( (extragenicextragenic suppressor)suppressor) 抑制基因突变发生在不同基因抑制基因突变发生在不同基因 回复突变基因型