细菌的遗传变异(2).ppt

第六章第六章 细菌的遗传变异细菌的遗传变异内容提要内容提要第一节第一节 细菌遗传的物质基础细菌遗传的物质基础第二节第二节 基因突变基因突变第三节第三节 基因的转移与重组基因的转移与重组第四节第四节 细菌遗传变异研究的实际意义细菌遗传变异研究的实际意义1可编辑版遗传遗传(heredity)heredity)：使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传，使细菌的性状保持相对稳定，且代代相传，使其菌种得以保存。使其菌种得以保存。变异变异(variation)variation)：在一定条件下，子代与亲代之间以及子代与在一定条件下，子代与亲代之间以及子代与 子代之间的生物学性状出现的差异。子代之间的生物学性状出现的差异。细菌的基因结构发生了改变，故又称细菌的基因结构发生了改变，故又称 基因型变异。基因型变异。细菌在一定的环境条件影响下产生的变异，细菌在一定的环境条件影响下产生的变异，其基因结构未改变，称为表型变异。其基因结构未改变，称为表型变异。遗传性变异：遗传性变异：非遗传性变异：非遗传性变异：2可编辑版第一节第一节 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(genome)genome)细菌的基因组位于核体，是遗传的主要物质基础。是由细菌的基因组位于核体，是遗传的主要物质基础。是由两两条环状双螺旋条环状双螺旋DNADNA长链组成长链组成，控制细菌的遗传与变异。，控制细菌的遗传与变异。二、质粒二、质粒(plasmid)plasmid)质粒是细菌染色体外的遗传物质，多为环状双螺旋质粒是细菌染色体外的遗传物质，多为环状双螺旋DNADNA分子，分子，可以自身复制，随宿主菌分裂传到子代菌体可以自身复制，随宿主菌分裂传到子代菌体。致育质粒或致育质粒或F F质粒质粒(fertility plasmid):fertility plasmid):有有F F质粒的细菌有性菌毛质粒的细菌有性菌毛，与细菌的有性结合有关。，与细菌的有性结合有关。毒力质粒或毒力质粒或ViVi质粒质粒(virulence plasmid):virulence plasmid):编码细菌各种毒力因子的质粒统称毒力质粒或编码细菌各种毒力因子的质粒统称毒力质粒或ViVi质粒质粒。细菌。细菌的定居（黏附性）和产生毒素等有关。的定居（黏附性）和产生毒素等有关。如大肠杆菌如大肠杆菌K K质粒编码质粒编码-菌毛菌毛；STST质粒与质粒与LTLT质粒编码质粒编码-肠毒素等肠毒素等R R质粒质粒(resistance plasmid):resistance plasmid):与与细菌抗药性有关。细菌抗药性有关。3可编辑版三、转座因子三、转座因子(transposable element)transposable element)微微生生物物的的某某些些DNADNA片片段段作作为为一一个个独独立立单单位位可可在在染染色色体体上上移移动动，移移动动甚甚至至可可发发生生在在不不同同种种细细胞胞之之间间。这这种种可可移移动动的的DNADNA片片段段称称为为转转座座因因子子。转转座座因因子子有有三三类类：插插入入序序列列(IS)IS)、转转座座子子(Tn)Tn)以及某些以及某些特殊噬菌体特殊噬菌体。四、毒力岛四、毒力岛(PAI;pathogenicity island)PAI;pathogenicity island)PAIPAI指病原菌的某个或某些指病原菌的某个或某些毒力基因群毒力基因群，位于细菌染色体之，位于细菌染色体之内，内，称之为称之为毒力岛毒力岛。PAIPAI编码产物编码产物 PAIPAI基因编码的产物为基因编码的产物为分泌性蛋白或细胞表面蛋白分泌性蛋白或细胞表面蛋白。一种病原菌可以有一个以上的毒力岛。一种病原菌可以有一个以上的毒力岛。PAIPAI的生物学意义的生物学意义 毒力岛可在致病菌株与非致病菌株间重组，毒力岛可在致病菌株与非致病菌株间重组，使后者通过基因重组获得致病性。使后者通过基因重组获得致病性。4可编辑版第二节第二节 基因突变基因突变 基因突变指生物细胞遗传物质基因突变指生物细胞遗传物质DNADNA分子结构突然发生了分子结构突然发生了稳定的可遗传的变化。稳定的可遗传的变化。一、概念一、概念按突变范围分按突变范围分：按突变原因分按突变原因分：染色体畸变染色体畸变点突变点突变DNADNA链中一个或几个核苷酸对的改变链中一个或几个核苷酸对的改变（置换、缺失、插人等）置换、缺失、插人等）指染色体的一大段发生了变化指染色体的一大段发生了变化（缺失、重复、插入、易位和倒置）（缺失、重复、插入、易位和倒置）自发突变自发突变人工诱变人工诱变人为应用诱变因素使微生物基因发生改变人为应用诱变因素使微生物基因发生改变自然发生基因改变自然发生基因改变5可编辑版二、细菌变异的类型二、细菌变异的类型1.菌落形态变异菌落形态变异2.抗原变异抗原变异3.抗性变异抗性变异4.营养型变异营养型变异5.毒力的变异毒力的变异SR变异变异基因突变基因突变抗原结构改变抗原结构改变抗原性变异抗原性变异抗药性变异抗药性变异营养缺陷型变异营养缺陷型变异由强变弱、由弱变强由强变弱、由弱变强三、诱发细菌变异的方法三、诱发细菌变异的方法1.1.物理方法物理方法：2.2.化学方法化学方法：3.3.生物学方法生物学方法：温度、各种射线温度、各种射线化学诱变剂（化学诱变剂（5溴脱氧尿苷、烷化剂等）溴脱氧尿苷、烷化剂等）通过易感动物、非易感动通过易感动物、非易感动6可编辑版第三节第三节 基因的转移与重组基因的转移与重组一一、转转化化：供供体体菌菌游游离离的的DNADNA片片段段直直接接进进入入受受体体菌菌，使使受受体体菌菌获获 得新的性状，称为转化得新的性状，称为转化(transformation)transformation)。细菌转化模式图细菌转化模式图转化的转化的DNADNA细细菌菌染染色色体体DNADNA结合蛋白结合蛋白 单股单股DNADNA结合蛋白结合蛋白核酸酶核酸酶DNADNA吸附吸附DNADNA穿入穿入整合整合转化的细菌转化的细菌转移和重组形式转移和重组形式转化转化转导转导接合接合转染转染原生质体融合原生质体融合7可编辑版 以以温温和和噬噬菌菌体体为为媒媒介介，把把供供体体菌菌的的DNADNA小小片片段段携携带带到到受受体体菌菌中中，通过交换与整合通过交换与整合，使受体菌获得部分遗传性状，称为转导。，使受体菌获得部分遗传性状，称为转导。获得新遗传性状的受体菌，称为转导子。获得新遗传性状的受体菌，称为转导子。细细菌菌染染色色体体温和噬菌体温和噬菌体噬菌体噬菌体DNA细菌转导模式图细菌转导模式图噬菌体感染细菌噬菌体感染细菌DNA进入进入整合整合完全转导完全转导二、转导二、转导(transduction)transduction)8可编辑版 供体与受体细菌通过供体与受体细菌通过性菌毛直接接触性菌毛直接接触，由供体细菌将质粒，由供体细菌将质粒DNADNA转移给受体细菌的过程转移给受体细菌的过程。接合性质粒有。接合性质粒有F F质粒、质粒、R R质粒等。质粒等。细菌接合模式图细菌接合模式图性菌毛性菌毛F因子因子细细菌菌染染色色体体 F F+雄性菌雄性菌 F F-雌性菌雌性菌三、接合三、接合(conjugation):conjugation):9可编辑版 使遗传性状不同的两细菌的原生质体发生融合，并进而发使遗传性状不同的两细菌的原生质体发生融合，并进而发生遗传重组，以产生同时带有双亲性状的、遗传性稳定的融合生遗传重组，以产生同时带有双亲性状的、遗传性稳定的融合子的过程，称为子的过程，称为原生质体融合。原生质体融合。四、原生质体融合四、原生质体融合(protoplastfusion)protoplastfusion)融合步骤融合步骤选择亲本菌选择亲本菌去除细胞壁去除细胞壁形成原生质体形成原生质体细胞融合细胞融合促融合剂促融合剂PEG(PEG(聚乙二醇聚乙二醇)或通过电脉冲等或通过电脉冲等选择性培养基选择性培养基鉴定鉴定融合子融合子*原生质体融合的细胞，包括细菌、放线菌、真核等细胞。原生质体融合的细胞，包括细菌、放线菌、真核等细胞。五、转染五、转染(teansfection)teansfection)受体菌获得噬菌体受体菌获得噬菌体DNADNA的过程，称为转染。的过程，称为转染。10可编辑版第四节第四节 细菌遗传变异研究的实际意义细菌遗传变异研究的实际意义1 1、疾病诊断、疾病诊断:2 2、疾病预防和治疗、疾病预防和治疗：3 3、基因工程、基因工程：操作步骤操作步骤(1)(1)目的基因分离；目的基因分离；(2)(2)目的基因与载体目的基因与载体DNADNA的体外重组；的体外重组；(3)(3)重组载体导入受体细菌（转化）；重组载体导入受体细菌（转化）；(4)(4)复制与表达。复制与表达。应应用用产产品品基基因因工工程程生生产产的的人人胰胰岛岛素素、脑脑啡啡肽肽、干干扰扰素素、新型诊新型诊断试剂、疫苗。断试剂、疫苗。11可编辑版 NP P M F HN L 3/5/图图12 NDV 12 NDV 基因组基因组 模式图模式图NP:NP:表示核衣壳蛋白基因，表示核衣壳蛋白基因，P:P:磷蛋白基因磷蛋白基因 M:M:基质蛋白基因，基质蛋白基因，F:F:融合蛋白基因，融合蛋白基因，HN:HN:血凝素血凝素-神经氨酸酶蛋白基因，神经氨酸酶蛋白基因，L:L:大蛋白基因。大蛋白基因。12可编辑版HNHNHNHNNDV RNANDV RNA（15kb)15kb)RT-PCRRT-PCRPCR PCR 产物（产物（1.81.8kb)kb)BamH BamH XbaXba(1.8 kb)(1.8 kb)MCSAmpAmppks(-)(2.8 kb)pks(-)(2.8 kb)BamH BamH XbaXba(2.8 kb)(2.8 kb)AmpAmppks HN(4.6 kb)pks HN(4.6 kb)图图13 NDV F13 NDV F4848E E8 8株株 HN HN 基因基因 RT-PCRRT-PCR及克隆路线图及克隆路线图T T4 4 DNA ligase DNA ligase13可编辑版Xba GMMCSHNAmp(4.7 kb)(1.8 kb)T4 ligaseHN 图图14 14 重组转座载体重组转座载体 pFastHN pFastHN 构建构建BamH pKSHN(4.6kb)Xba BamH pFastBac I (4.7kb)AmpGMAmppFastHNGM14可编辑版BacmidBacmid穿梭载体穿梭载体NDV RNANDV RNA提取提取RT-PCRRT-PCRpks(-)pks(-)克隆质粒克隆质粒PCR PCR 产物产物HNHN构建重组质粒构建重组质粒pks HNpks HNpFast BacpFast Bac转座载体转座载体 测定测定 HNHN基因基因序列序列构建重组转座构建重组转座载体载体pFastHNpFastHN转座转座转染转染昆虫细胞昆虫细胞Sf-9Sf-9检测检测SDSPAEGSDSPAEG蛋白印迹蛋白印迹Western blotWestern blot连接连接连接连接构建重组构建重组Bacmid HNBacmid HN染色染色图图16 16 实验整个流程路线示意图实验整个流程路线示意图15可编辑版转座菌落的筛选转座菌落的筛选BA转座大肠杆菌菌落的筛选转座大肠杆菌菌落的筛选A:阳性菌落阳性菌落(呈白色呈白色)B:阴性菌落阴性菌落(呈蓝色呈蓝色)16可编辑版1.1.何谓遗传、变异何谓遗传、变异?2.2.概述细菌遗传变异的物质基础。概述细菌遗传变异的物质基础。3.3.何谓何谓质粒？质粒？质粒有哪些主要特点及类型质粒有哪些主要特点及类型?4 4.试述毒力岛的概念及遗传学意义。试述毒力岛的概念及遗传学意义。5.5.叙述细菌变异的类型及人工诱变方法。叙述细菌变异的类型及人工诱变方法。6.6.简述细菌基因转移重组主要方式有哪些简述细菌基因转移重组主要方式有哪些?7.7.何谓转化、转导、接合？何谓转化、转导、接合？8.8.了解什么叫原生质体融合了解什么叫原生质体融合?它的基本操作过程如何它的基本操作过程如何?9.9.了解研究细菌遗传变异在理论上有何重要意义及应用价值了解研究细菌遗传变异在理论上有何重要意义及应用价值?第六章第六章 复习思考题复习思考题17可编辑版