第5章--细菌的遗传与变异教学提纲.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第5章-细菌的遗传与变异,遗传性变异（基因型变异genotypic variation）：基因结构发生改变,非遗传性变异（表型变异phenotypic variation）：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（morphological variation）,2抗原性变异（antigenic variation）,3菌落变异（colony variation）,4毒力变异（virulence variation）：,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-resistant variation）,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（transposable element),、整合子（integron)、噬菌体（bacteriophage,phage）,细菌染色体：,dsDNA,，3.2510,6,bp,复制快：10,5,bp/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:Extrachromosomal genetic elements that are capable of autonomous replication(replicon),PLASMIDS,Plasmids are extrachromosomal genetic elements capable of autonomous replication.An episome is a plasmid that can integrate into the bacterial chromosome,Classification of Plasmids（质粒的分类）,Transfer properties,Conjugative plasmids,Nonconjugative plasmids,Phenotypic effects,Fertility plasmid(F factor),Bacteriocinogenic plasmids,.,Resistance plasmids 7 factors),.,1质粒按所编码生物学性状种类分五类：,致育质粒/F质粒（fertility plasmid）,耐药质粒（drug-resistance plasmid,毒力质粒/Vi质粒（virulence plasmid）,细菌素质粒（bactericin plamid）,代谢质粒（metabolism）,2Plasmid的特点,具有自我复制的能力：可以存在多copy，与replication of chromosome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sex pilus(Fertility plasmid)、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（transposable element)：,1）IS,(,insertion sequence,):,7501550,bp,两端重复序列，与插入有关,中心序列有转位酶基因,2）Tn,(,transposon,):,200025000,bp,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,Transposable Genetic Elements,Definition:Segments of DNA that are able to move from one location to another,Properties,“Random”movement,Not capable of self replication(not a replicon),Transposition,（移位）,mediated by site-specific recombination,Transposase,Transposition may be accompanied by duplication,Types of Transposable Genetic Elements,Insertion sequences(IS),Definition:Elements that carry no other genes except those involved in transposition,Nomenclature,（命名法）,-IS1,Structure,Importance,Mutation,Plasmid insertion,Phase variation,Transposase,ABCDEFG,GFEDCBA,Types of Transposable Genetic Elements,Transposons(Tn),Definition:Elements that carry other genes except those involved in transposition,Nomenclature,（命名法）,-Tn10,Structure,Composite,（复合的）,Tns,Importance,Antibiotic resistance,IS,IS,Resistance Gene(s),IS,IS,Resistance Gene(s),常见的插入序列和转座子,IS bp Tn,耐药或毒素基因,IS1 768 Tn1,AP,（,氨苄青霉素,）,IS2 1327 Tn6,Kan,（,卡那霉素,）,IS3 1300 Tn10,Tet,（,四环素,）,IS4 1426 Tn551,Em,（,红霉素,）,IS5 1195 Tn681,E.coli ET,（,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,Mechanism of bacterial variation,Gene mutation,Gene transfer and recombination,Transformation（转化）,Conjugation（接合）,Transduction（转导）,Lysogenic conversion（溶原性转换）,Protoplast fusion（原生质体融合）,第三节 基因的转移和重组,概念：,1.基因转移（gene transfer）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（gene recombination）：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,传代,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。,游离DNA,供体菌DNA,供体菌DNA（转化因子）,Transformation,Definition:Gene transfer resulting from the uptake of DNA from a donor.,Factors affecting transformation,1.DNA size and state,Sensitive to nucleases（核酸酶）,2.Competence of the recipient(,Bacillus,Haemophilus,Neisseria,Streptococcus,),Competence factors（感受态因子）,Induced competence（诱导感受态）,3.环境因素：Ca,2+,、Mg,2+,、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:Gene transfer from a donor to a recipient by direct physical contact between cells,Mating（交配）types in bacteria,Donor,F factor(Fertility factor),F(sex)pilus,Donor,Recipient,Recipient,Lacks an F factor,F质粒的接合,Physiological,States,of F Factor,Integrated(Hfr),Characteristics of Hfr x F,-,crosses,F,-,rarely becomes Hfr while Hfr remains Hfr,High transfer of certain donor chromosomal genes,F,+,Hfr,Physiological States of F Factor,Autonomous with donor genes(F),Characteristics of F x F,-,crosses,F,-,becomes F while F remains F,High transfer of donor genes on F and low transfer of other donor chromosomal genes,Hfr,F,Mechanism of Hfr x F,-,Crosses,DNA transfer,Origin of transfer,Rolling circle replication,Homologous,（同源）,recombination,Pair formation,Conjugation bridge,Hfr,F,-,Hfr,F,-,Hfr,F,-,Hfr,F,-,Mechanism of F x F,-,Crosses,DNA transfer,Origin of transfer,Rolling circle replication,Pair formation,Conjugation bridge,F,F,F,F,F,F,-,F,F,-,Conjugation,Significance,Gram-bacteria,Antibiotic resistance,Rapid spread,Gram+bacteria,Production of adhesive material by donor cells,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。,Structure of R Factors,RTF,Conjugative plasmid,Transfer genes,Tn 9,Tn 21,Tn 10,Tn 8,RTF,R determinant,R determinant,Resistance genes,Transposons,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(generalized transduction)：,普遍性转,导的细菌,整合,未整合,完全转导,流产转导,细菌DNA,、局限性转导(restricted transduction)：又称特异性转导(specialized transduction),前噬菌体,gal,bio,gal,bio,正常脱离,gal,bio,断裂和,再接,bio,gal,断裂和,再接,gal,bio,偏差,脱离,区别要点,普遍性转导,局限性转导,基因转导的发生时期,裂解期,溶原期,转导的遗传物质,供菌染色体DNA任何部位或质粒,噬菌体DNA及供菌DNA的特定部位,转导的后果,完全转导或流产转导,受体菌获得供体菌DNA特定部位的遗传特性,转导频率,受体菌的10,-7,10,-4,普遍性转导与局限性转导的区别,4、溶原性转换（lysogenic conversion）,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（protoplast fusion）,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生型株（wild type strain）。,3.突变后的菌株称为,突变型株,（mutant）。,4.回复突变,：野生型株发生突变称为正向突变，若经再次突变又恢复到原来的性状，称为回复突变,突变型细菌及其分离：,耐药性突变型 药敏试验,营养缺陷突变型 营养物质筛选,条件致死性突变型 温度敏感试验,发酵阴性突变型 乳糖发酵试验,诊断困难,H,O,变,异：如伤寒沙门菌鞭毛,S,R,变异：消失荚膜或多糖,抗原性改变,毒力下降，生化反应改变,治疗困难：耐药,预防：,BCG,四、实际应用,Ames,试验：,基因工程,载体：质粒，噬菌体,工程菌和酶：限制性内切酶，连接酶,选择目的基因，细菌中表达，如胰岛素、白介素、干扰素等,基因工程疫苗,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,