细菌的遗传与变异（2010版）
第5章 细菌的遗传与变异 （Bacterial heredity and variaion ),BCG：牛型结核杆菌（有毒株） 胆汁-甘油-马铃薯培养 13年，230次传代 减毒株（BCG） 基因型变异：BCG 表型变异：细菌L型,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）、转位因子（transposable element),细菌染色体：dsDNA，3.25×106 bp 复制快：105 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、 转位因子（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,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,细菌变异的机制： 1、基因突变 2、基因的转移和重组 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）,第二节 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： 自发性和不对应性 稀少性：突变率，10-610-9 可诱发性 独立性 稳定性 可逆性：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,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,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。,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：Ca2+、Mg2+、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,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,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,Mechanism of Hfr x F- Crosses,DNA transfer Origin of transfer Rolling circle replication Homologous（同源） recombination,Pair formation Conjugation bridge,Mechanism of F x F- Crosses,DNA transfer Origin of transfer Rolling circle replication,Pair formation Conjugation bridge,Conjugation,Significance Gram - bacteria Antibioti
