细菌的遗传和变异 (2)
第五章 细菌的遗传与变异,一、变异的现象,1形态与结构的变异,（1）形态变异,鼠疫耶尔森菌,3060g/L NaCl 琼脂培养基,多形性,Yersinia pestis,有荚膜的肺炎链球菌,无荚膜的肺炎链球菌,（2）荚膜变异,长期人工培养,（3）芽胞变异,炭疽芽胞杆菌,42，1020天,不产生芽胞,（芽胞）,（4）鞭毛变异,普通变形杆菌,1%石炭酸培养基,不产生鞭毛,（鞭毛）,卡密特（Albert Calmette，1863-1933）,3耐药性变异,4菌落变异,光滑型菌落（S型）,表面光滑，边缘整齐， 湿润有光泽,长期人工培养,粗糙型菌落（R型）,表面粗糙，边缘不整齐， 干燥无光泽,S型菌落,R型菌落,二、细菌的遗传物质,1. 染色体,拟核/类核（nucleoid）,一条dsDNA,（1）较小，只有一个复制启始位点；,细菌染色体的特征,（3）结构基因中没有内含子；,（2）功能上相关的几个基因组成操纵子；数个操纵子可由一个调节子所调控。,（4）大部分DNA用于编码蛋白质；,（5）基因重叠少；,（6）大多为单拷贝；,（7）具有各种功能的识别区域。,质粒的主要特征：,（1）能自我复制,（2）编码某些重要的生物学性状,（3）可自行丢失与消除,（4）可经接合、转化、转导等方式转移,（5）质粒的相容性与不相容性,R质粒：耐药性,F质粒：性菌毛,细菌素质粒：细菌素,Vi质粒：毒力,2. 质粒,代谢质粒：酶,质粒电镜照片,质粒独立于染色体外，能进行自主复制的遗传因子。,编码性菌毛，介导细菌之间接合的能力。,几种常见的质粒,F质粒,（fertility factor， 致育因子）,重组区,自主复制和不相容性区,转移基因群区,耐药性质粒,（resistance factor， R因子）,耐药性质粒,（R质粒）,耐药决定子（r-det）,耐药传递因子（RTF）,接合型耐药质粒,非接合型耐药质粒（r-det）,是细菌基因组中的能改变自身位置的一段DNA序列。,分为两类转座因子：,插入序列,转座子,（transposable element）,（1）概念及类型,2. 转座因子,插入序列,不带有表现任何性状的基因，只带有编码转移时所需要的转座酶的基因。,（insertion sequence，IS）,（反向重复序列）,（转座酶）,转座子,携带转座基因 携带其他结构基因：抗药基因 毒素基因 抗金属基因,（transposon，Tn）,转座子及携带的耐药性基因或毒素基因,3. 整合子,是一种运动性的DNA序列，具有独特结构可捕获和整合外源性基因，使之转变为功能性基因的表达单位。,4. 噬菌体基因组,三、基因的转移和重组,基因转移（gene transfer） 遗传物质由供体菌转入某受体菌内的过程。 基因重组（gene recombination） 转移的基因与受体菌DNA整合在一起。,外源性遗传物质,供体菌染色体DNA片段,质粒DNA,噬菌体基因,1. 转化,受菌直接摄取供菌游离的DNA片段，并将其整合到受菌的染色体中，从而获得供菌部分遗传性状。,Transformation in Bacteria,http:/jpkc.yzu.edu.cn/course/shywshw/skja/wsw/Ch05.html,供菌的DNA片段,感受态的受菌,Transformation,转化后的受菌,转化因子与受菌表面的DNA结合蛋白结合,DNA单链进入受菌细胞,DNA双链中的一条链被降解,被转运到受菌染色体同源区,与受菌染色体同源区发生置换性重组,杂合DNA双链分子,染色体复制,转化型细菌,转化的过程,供、受菌的基因型 两菌亲缘关系愈近。其基因愈相似，转化愈高； 分子量小于10，最多不超过1020个基因 。 受菌的生理状态感受态 是指受体菌能够从周围环境中吸收外源性DNA 片段进行转化的生理状态。 环境因素 Ca2+、Mg2+、cAMP,影响转化的因素,2. 接合,（conjugation）,供菌通过性菌毛与受菌相互连接沟通，将遗传物质从供菌转移入受菌，使受菌获得供菌的部分遗传性状。,大肠埃希菌与肠道杆菌接合 （电镜扫描图）,F质粒,重组区,自主复制和不相容性区,转移基因群区,F质粒的接合,F+菌株,F-菌株,Hfr菌株,F菌株,高频重组菌株,整合有F质粒的菌株能够高频率地转移染色体基因至受菌，因此被称为高频重组（Hfr）菌株。,（high frequency recombinant，Hfr）,Hfr菌株细胞内的F质粒脱离核染色体组时携带一小段核染色体基因，这种特殊F质粒称为F质粒。,F质粒,（1） F+和F的接合,F质粒在末端，F-菌获的F质粒的机会和很少。,（2） Hfr和F的接合,（3） F和F的接合,R质粒的构成,R质粒的接合,（R质粒）,3. 转导,通过噬菌体的媒介，将供菌的遗传物质转移入受菌，通过交换重组，使受菌获得供菌的部分遗传性状。,（transduction）,转导的类型,局限转导,普遍转导,完全转导,流产转导,通过完全缺陷噬菌体将供体菌基因组任何DNA片段转移受体菌的现象。,（1）普遍性转导,（generalized transduction）,完全转导 外源性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 外源性DNA片段游离在胞质中既 不能与受体菌染色体整合，不能 自身复制，也不能传代。,普遍性转导,两种结局,前噬菌体从宿主菌染色体上脱离时带有宿主菌染色体基因，这种带有宿主菌染色体基因的噬菌体基因组，经生物合成后，组装成带有宿主菌染色体基因的噬菌体，当它再感染受菌时，可将供菌的基因带入受菌，而使受体获得供菌的的遗传性状。,（restricted transduction）,（2）局限性转导,局限性转导示意图,普遍转导：装配错误 局限转导：脱离错误,温和噬菌体感染细菌，噬菌体基因组整合到细菌染色体上，使宿主菌获得新遗传性状的现象。,4. 溶原性转换,5.原生质融合,将两种不同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。,四、基因突变,基因突变,是指DNA碱基对的置换、插入或缺失所致的基因结构的变化，可全为点突变和染色体畸变。,点突变,是指一个基因内部由于一对或少数几对碱基的置换、缺失或插入而引起的突变。,染色体畸变,是指大段染色体的缺失、重复、易位和倒位，即较大范围内遗传物质结构的改变。,五、细菌遗传变异在医学上的实际意义,影响细菌学诊断 HO变异：如伤寒沙门菌鞭毛 SR变异：消失荚膜或多糖 抗原性改变 毒力下降，生化反应改变 预防耐药菌株的扩散 制备疫苗（菌苗）：BCG 检测致癌物 基因工程方面的应用,
