微生物学-第5章-遗传与变异.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,*,1,第五章 遗传与变异,2,细菌的各种生物性状相对稳定地传给后代，并保持其种属原有性状,且代代相传，使其种属得以保存。,在一定条件下，子代和亲代之间以及子代和子代之间的生物学性状差异。,变异性,遗传性,3,基因型变异和表型变异,基因型,：生物性状的遗传组成,表型,：基因型的具体表现，可观察或检测到的个体性状或特征。,基因型变异,：,可遗传变异,由于,DNA,发生改变而导致微生物某些性状的改变。这类变异仅涉及极,少数个体,，,不可逆,，能相对稳定地遗传。,表型变异,：,非遗传型变异,是在,DNA,没有改变的情况下发生的微生物某些性状的改变。这类变异往往涉及,生物群体,，是,可逆的，,一旦条件复原，变异亦消失。,4,第一节 遗传与变异原理,一、,DNA,的结构与功能,二、基因与基因的转录,三、遗传信息的翻译,5,第二节 细菌的遗传与变异,一、细菌的变异现象,L,型细菌变异（形态变异）,H-O,变异（鞭毛变异、变形杆菌）,芽胞变异（炭疽,b,）,荚膜变异（肺炎球菌）,抗原性变异,菌落变异：,S-R,变异,毒力的变异：,增强、减弱,（,白喉、,BCG,）,耐药性变异：,金黄色葡萄球菌、结核杆菌等,形态结构的变异,形态变异,3-6%,食盐鼠疫杆菌 多形态性,(,衰残型,),琼脂培基,L,型变异,药物、抗体或补体等,正常霍乱弧菌,霍乱弧菌,L,型,毒力变异,胆汁、甘油、马铃薯培养基牛型结核杆菌 卡介苗,13,年,(230,代,),棒状杆菌噬菌体,白喉棒状杆菌 获得白喉毒素基因,二、与细菌遗传变异相关的物质,细菌染色体,染色体以外的遗传物质,质粒,转座子,噬菌体,11,（一）细菌的染色体,环状双螺旋,DNA,长链，,不含,组蛋白,无,核膜包围。,结构连续,几乎,无,内含子，,大多为单拷贝,。,种内和种间存在广泛的遗传物质的交换。,细菌,致病岛,（,pathogenicity island),与毒力相关的大片段外源,DNA,。,双向,复制,12,（二）质粒,胞浆内染色体外的遗传物质，是环状闭合的双股DNA,。,13,质粒,DNA,的特征,具有自我复制的能力,质粒,DNA,所编码的基因产物能赋予细菌某些性状特征,质粒可自行丢失与消除，并非是细菌生命活动不可缺少,质粒的转移性,质粒的相容性与不相容性,14,根据控制的生物学性状分为,F,质粒,R,质粒,Vi,质粒,细菌素质粒,代谢质粒,Ti,质粒,15,F,质粒,(Fertility plasmid),致育因子，分子量,62,x,10,6,Da,，,94.5kb,，编码,性菌毛,。,F,+,菌株,：携带,F,质粒的菌株（相当于雄性）,F,-,菌株,：无,F,质粒的菌株（相当于雌性）,在,接合作用,中起重要作用,P78,16,主要有抗药性和抗重金属两大类,耐药性质粒：含耐药基因，通过接合广泛传播,有两部分组成,：,RTF,和,r,决定因子,Resistance transfer factor,：,功能与,F,质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合的转移,r-determinant,：,含抗生素的抗性基因。,两部分可单独存在，也可结合成复合物，复合物的稳定性因,R,质粒和菌种而异。,P129,R,质粒,(Resistance plasmid),17,毒力质粒,又,Vi,质粒,（,virulence plasmid,）,编码细菌毒素,ETEC,（肠产毒性大肠杆菌）,不耐热毒素,：,LT,（,labile toxin),耐热毒素：,ST(stable toxin,）,18,如,Col,质粒,（,Colicinogenic plasmid),编码大肠菌素（,colicin),大肠菌素是一种由大肠杆菌的某些菌株所分泌的细菌素，具有通过抑制复制、转录、转移或能量代谢等而专一地杀死其他肠道细菌的功能，其分子量约,（,4,x,10,4,D,）,（,8,x,10,4,D,）。,G,+,细菌产生的细菌素通常由质粒基因编码,细菌素质粒,19,代谢质粒,携带有能降解某些基质的酶的基因，能利用一般细菌所难以分解的物质作碳源。,Ti,质粒,Tumor inducing plasmid,诱癌质粒,，长,200kb,，是一大型质粒，当前已成为植物遗传工程研究中的重要载体。,质粒分类,能否通过细菌的接合作用传递,复制是否与细菌染色体同步,按基因数,接合性质粒,非接合性质粒,紧密型,松弛型,小质粒（,20-30,个基因）,大质粒（含几百个基因）,21,概念：,噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌和螺旋体等微生物的,病毒,。,特 点,个体微小，可通过滤菌器。,结构简单，无完整结构。,具有严格宿主特异性，只能寄居在相应的易感活菌体内。,（三）噬菌体,化学组成,蛋白质,：构成头部衣壳及尾部，有保护作用并决定噬菌体的外形、表面特点。,核酸,：是其遗传物质，为,DNA,或,RNA,，常见的噬菌体的基因组为,2-200kb,。,多数,DNA,的,DNA,为线状双股（有尾），少数的为环状单股,多数,RNA-,的,RNA,为线状单股，少数线状双股且分节段,噬菌体基本形态,复合对称结构,蝌蚪形,复合对称结构,微球形,廿面体对称,细杆形,螺旋对称结构,各种噬菌体的形态,大肠埃希菌,T2,噬菌体,蝌蚪形噬菌体结构模式图,26,毒性噬菌体,凡能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多子代噬菌体，最终,裂解细菌,的噬菌体称毒性噬菌体。,温和噬菌体 又溶原性噬菌体,噬菌体核酸,与宿主菌染色体整合,，不产生子代噬菌体，但噬菌体,DNA,能随细菌,DNA,复制，并随细菌的分裂而传代。,27,溶菌周期：,又称噬菌体的复制周期，是指从噬菌体吸附开始至细菌溶解释放子代噬菌体。,增殖过程：,吸附,穿入,生物合成,成熟与释放,28,吸附,29,侵入,（,penetraction,）,核酸注入细胞,的过程,30,31,3.,生物合成,装配：,分期、分批进行,释放,:,1,）,裂解,：多以裂解细胞的方式释放。,2,）,分泌,：噬菌体穿出细胞，细胞并不裂解。,噬菌体的裂解过程,噬菌斑,36,温和噬菌体,相关概念：,前噬菌体,溶原性细菌,溶原状态,溶原性转换,37,前噬菌体,定义：整合于细菌染色体上的噬菌体,基因,在前噬菌体阶段，噬菌体的复制被抑制，宿主细胞正常繁殖，噬菌体基因组与宿主基因组同步复制，并随宿主细胞分裂传递到子代细胞。,38,溶原性细菌,带有前噬菌体基因组的细菌。,可进行正常生长繁殖，而不被裂解。,39,溶原性现象（溶原状态）,噬菌体基因组长期存在于宿主细胞内，不进行复制增殖，没有成熟噬菌体产生的现象。,A.,是一种比裂解反应更有利于,持续和传播的生存方式,;,B.,在大多数情况下，溶原性细菌内温和噬菌体,gene,组整合于宿主细菌染色体中,;,C.,噬菌体基因组随宿主复制而复制。,40,溶原性转换,是指当噬菌体感染细菌时，宿主菌染色体中获得了噬菌体的,DNA,片段，使其成为溶原状态时而致细菌获得新的性状。,41,前噬菌体,的诱导与脱离,一定条件（紫外线、,X,线、致癌剂、突变剂等）诱发下中止溶原状态进入溶菌周期，发生噬菌体的增殖，宿主菌细胞裂解，发生率为,10,-2,10,-5,。,42,溶原性周期、溶菌性周期,温和噬菌体的周期：溶原性周期、溶菌性周期,44,温和噬菌体,的周期可有,溶原性周期,和,溶菌性周期,毒性噬箘体,只有一个,溶菌性周期,45,（四）转座子（转位因子）,（,transposon,Tn,）,概念：,是一类在细菌的,染色体、质粒或噬菌体,之间自行移动的遗传成分，是基因组中一段特异的具有转位特性的,独立,的,DNA,序列,。,伴随着转座子的转位过程，如是,内源,的转座子会出现插入突变，如是,外源,性的转座子则出现基因的转移与重组。,种 类,插入序列（,IS,）,转座子或复合转座子（,Tn,）,46,插入序列,是最小的转座子，不携带任何已知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，可能是原细胞正常代谢的调节开关之一。,分布于细菌的染色体、质粒及某些噬菌体,DNA,上,大小,2kbp,（,insertion sequence,IS,）,47,转座子,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。因此当,Tn,插入某一基因时，一方面可引起插入基因失活产生基因突变，另一方面可因带入耐药性基因而使细菌获得耐药性。转座子可能与细菌的多重耐药性有关。,大小,2kbp,以上,（,transposon,Tn,）,转座子的特征,转座子,转座子携带耐药或毒素基因,Tn1 Tn2 Tn3,AP,（氨苄青霉素）,Tn4,AP,、,SM,（链霉素）、,Su,（磺胺）,Tn5,Km,（卡那霉素）,Tn6,Km,Tn7,TMP,（甲氧苄氨嘧啶）、,SM,Tn9,Cm,（氯霉素）,Tn10,Tc,（四环素）,Tn551,Em,（红霉素）,Tn971,Em,Tn1681,大肠埃希菌（肠毒素基因）,49,转座子的遗传学效应,插入突变,染色体畸变,基因的转移和重排,50,三、细菌变异的机制,表型变异,：环境因素的影响,基因型变异,：,DNA,发生改变,51,（一）基因的突变和损伤后修复,DNA,损伤与修复,突变,大突变,小突变,基因突变规律,突变率,突变与选择（影印培养试验）,回复突变,自然突变率,诱导突变率,（,二）基因的转移与重组,基因转移,外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过程,重组,转移的基因在胞质中能自行复制与表达，或与受体菌,DNA,整合在一起,方 式,转化,接合,转导,溶原性转换,原生质体融合,53,基因重组,凡把两个不同性状个体内的遗传基因转移在一起重新组合，形成新遗传型个体的方式，称基因重组。,54,1.,转化,（,transformation,）,概念：,是指供体菌裂解游离的,DNA,片段被受体菌,直接摄取，使受体菌获得新的性状。,条 件,转化因子：分子量小于,110,7,，最多不,超过,10-20,个基因,受体菌必需处于,感受态,转化试验56,一般出现在细菌对数生长期的后期，细胞膜不稳定，表面具有吸附,DNA,的受体的状态，仅维持数分钟至,3-4h,。,感受态,转化因子吸附在受体菌表面受体上,供体菌双链,DNA,受体菌表面的核酸内切酶,解链,与受体菌,DNA,重组,原型菌,突变株,转化过程,一条链降解,一条链进入受体菌,繁殖,转化全过程,受体菌,转位因子,吸附,摄入,重组,分裂,突变株,60,细菌通过,性菌毛,相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒,DNA,）从供体菌转移给受体菌。,2.,接合,（,conjugation,）,接合性质粒,非接合性质粒,F,质粒,R,质粒,F,质粒的接合,F,+,F,Donor,Recipient,F,+,F,-,F,+,F,-,F,+,F,+,F,+,F,+,供体菌,受体菌,62,F,F,特点,DNA,以,滚环复制,的方式复制,杂交后可获得两个,F,菌,转移,F,质粒的频率可达,70%,F+,F,+,Hfr,Hfr,有小部分进入受体细菌的,F,质粒可整合到受体菌染色体上，与染色体一起复制，由于整合后的细菌能以高效率转移染色体上的基因，故称高频重组菌,Hfr,。,Hfr,F,-,Hfr,F,-,Hfr,F,-,Hfr,F,-,HfrF,65,主要转移供体菌的,DNA,转移,F,质粒的频率几乎为,0,大多数杂交后仍只有一个,F,据此原理可画出细菌基因图,HfrF,特点,66,Hfr,中的,F,质粒可从染色体上脱离下来，终止,Hfr,状态，从染色体上脱离的,F,质粒有时可带有染色体上几个邻近的基因，这种质粒称,F,质粒，带有,F,质粒的细菌为,F,菌。,F,菌,67,性导,通过,F,/,因子的转移而使供体菌的部分基因转入受体菌，改变受体菌的性状。,F,F,F,F,F,F,-,F,F,-,FF,R,质粒与耐药性有关，尤其与多重耐药性有关。,分离到抗多种药物的宋内志贺菌多重耐药株，很难用基因突变解释,健康人中大肠埃希菌,3,0,50%,有,R,质粒，而致病性大肠埃希菌,90%,有,R,质粒,Tn 9,Tn 21,Tn 10,Tn 8,RTF,R determinant,耐药性（,R,）质粒的组成,耐药传递因子（,RTF,）：,与,F,质粒相似，编码性菌毛的产生和通过接合转移。,耐药（,r,）决定子：,能编码对抗菌药物的耐药性，可由几个转座子连接相邻排列。,71,R,质粒决定耐药的机制,使细菌产生灭活抗生素的酶类。,R,质粒控制细菌改变药物作用的靶部位。,R,质粒可控制细菌细胞对药物的通透性。,非接合性质粒,分子量较小，无编码转移体系所需要的基因，因而不能单独接合传递。但如果在同一宿主细胞因存在接合性质粒（如或质粒），非接合性质粒就会被,诱动传递,。,以,温和噬菌体为载体，,将供体菌的一段,DNA,转移到受体菌内，使受体菌获得新的性状。,转 导,普遍性转导,局限性转导,完全转导,流产转导,3.,转导,(transduction),完全转导,流产转导,普遍性转导,普遍性转导：,被转导的,DNA,可以是供体菌染色体的任何部分。,完全转导：,被转导的,DNA,片段与受体菌的染色体,整合,，并随染色体而传代。,流产转导：,被转导的,DNA,片段游离在细胞质中，既不能与受体菌染色体整合，也不能自身复制，子代中只有一个子代细胞具有该,DNA,片段。,76,转移供体菌染色体的任何部分，也可转移质粒,可转移较大的,DNA,片段,转移效率高,普遍性转导与转化的区别,局限性转导：,所转导的只限于供体菌染色体上特定,的基因,（前噬菌体两侧）,的转导。,gal,bio,gal,bio,gal,bio,gal,bio,bio,gal,普遍性转导与局限性转导的区别,受体菌获得供体菌,DNA,特定部位的遗传特性,完全转导或流产转导,转导的后果,噬菌体,DNA,及供体菌,DNA,的,特定,部位,供体菌染色体,DNA,任何,部位或质粒,转导的遗传物质,溶原期,裂解期,基因转导发生的时期,局限性转导,普遍性转导,区别要点,转化、接合、转导的区别,80,5.,原生质体融合,将两种不同的细菌经溶菌酶或青霉素等处理，失去细胞壁成为原生质体后进行彼此融合的过程。,类型,基因来源,转移方式,转化,供菌,摄入,接合,供菌（质粒,DNA,）,通过性菌毛,转导,供菌,噬菌体为载体,溶原性转换,噬菌体,整合,原生质体融合,两菌原生质体的,DNA,融合,基因的转移与重组,资料可以编辑修改使用,学习愉快！,课件仅供参考哦，,实际情况要实际分析哈！,感谢您的观看,