细菌的遗传变异_4

1、第四章 细菌的遗传与变异,遗传：子代的性状与亲代相似； 变异：子代与亲代，子代与子代在性状上的差异。 遗传使细菌的性状保持相对稳定，使种属得以保存。 变异可使细菌产生新变种，变种的新特性靠遗传 得以巩固，使物种得以发展进化。,分类 1、遗传变异（基因型变异） 遗传物质结构改变，可传给后代； 2、非遗传性变异（表型变异） 外界环境条件的作用引起，不能遗传， 去诱可复原。,常见的变异现象举例 1.形态结构变异 （1）细菌L型变异 （2）特殊结构变异 荚膜、芽胞 H-O,有荚膜的肺炎球菌,细菌形态结构变异,荚膜的变异,S型菌落,R型菌落,菌落的变异,2.菌落的变异： S-R变异（肠道杆菌）,3.毒力变异 （1）增强（白喉杆菌） （2）减弱（卡介苗）,4.耐药性变异： 指细菌对药物所具有的相对抵抗性（对某 种抗菌药由敏感变为耐受）。 （1）单一耐药 （2）多重耐药性 （3）对药物的依赖性,第一节 细菌基因组 1、细菌的染色体 缺乏组蛋白，外无核膜 包围，是一个环状双螺 旋DNA长链，反复盘绕成 疏松网状结构，附着在 横隔中介体或细胞膜上。,细菌染色体特征 较小（580-5220kb) ； 功能

2、上相关的几个基因组成操纵子结构，仅一个复制启动位点转录一条mRNA链，然后分别合成各自的蛋白； 基因是连续的，无内含子成分，转录的 RNA无须加工剪切；,不编码的DNA比真核细胞基因组少得多，只有一少部分是不翻译的； 与病毒基因组相比，仅有少数基因存在重叠现象； 多数情况下结构基因在基因组中都是单拷贝。,2、质粒(plasmid)是细菌染色体外的遗传物质 ，存在于细胞质中的环状闭合的双链DNA分子。 自行丢失/人工处理消失,质粒的主要特征,具有自我复制能力； 携带的遗传信息能赋予宿主菌某些生物学性状（致育性、耐药性、致病性），利于在特定条件下生存； 不是细菌生命活动所必需的遗传物质； 质粒的转移性，可通过接合、转化、转 导等方式在细菌间转移；,按能否通过细菌接合作用进行基因传递分 接合性质粒：40-100kbp的大质粒； 非接合性质粒：15kbp及以下的小质粒。 F质粒、多数的R质粒属于接合性质粒,质粒分类,按质粒能否共存于同一菌体内分相容性和不相容性; 按质粒在菌体内的数量分：松弛型和紧密性 按质粒编码的生物学性状分： 致育质粒（F质粒，编码性菌毛）； 耐药性质粒：编码细菌对抗菌药物

3、或重 金属盐类的耐药性；,按质粒的生物学性状分 毒力质粒（Vi质粒）； 细菌素质粒（如Col质粒）； 代谢质粒（编码产生相关的代谢酶，如脲 酶、枸橼酸盐利用酶等）。,3、噬菌体基因组 温和噬菌体 前噬菌体,转座元件（transposable element)：是存在于细菌染色体、质粒或噬菌体基因组中的一段特异性核苷酸序列片段，能在DNA分子中移动。 改变核苷酸序列或影响插入点附近的基因表达。 是个活跃分子噢！,二、细菌基因组中的特殊结构,2、按结构和功能不同分二类： 插入序列（insertion sequence,IS）：在细菌中最早发现的最简单的一类转座元件，只有插入功能，不带其它遗传信息。 IS只编码一种参与转移作用的转座酶,转座子（transposon, Tn） 结构较复杂，除两端的插入序列外，还携带 有其它基因（耐药性、毒力）这些基因可 随转座子转移重组，造成大的染色体突变。 转座行为导致DNA分子发生重排，促使生物变异及进化。 见图4-1：插入序列与转座子（P.50）,表4-1 转座子基因编码的耐药性,3、整合子(integron, In)是一种运动性DNA分子，可捕获整合外

4、源基因。 定位于染色体和质粒或转座子上，是细菌 固有的一种遗传单位，通过捕获外源性基 因来增强细菌生存能力。 整合子的3个功能元件： 整合酶基因、重组位点、启动子,第二节 细菌的基因突变 一、基因突变规律 基因突变：细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变，导致细菌性状的遗传性变异。 原因：自发突变、人工诱变 类型：点突变（碱基置换）：转换、颠换 多点突变（置换、缺失、插入） 染色体畸变：大段染色体缺失、重复、异位,诱变剂：紫外线、高温、辐射、化学物质（亚硝酸盐、烷化剂、丫啶类染料等）。 二、突变型细菌 1、耐药性突变体 2、营养缺陷型突变体 3、条件致死性突变体（最常见ts株,mutation,第三节 基因的转移与重组 转移：外源性遗传物质由供体菌转入到受 体菌的过程。 重组：转移的基因与受体菌DNA整合在一起。,外源遗传物质包括：供菌染色体基因组 质粒DNA 噬菌体基因组,基因转移和重组方式： 1转化(transformation)：受体菌直接摄取供体菌的DNA片段，使受体菌获得新性状。 转化的DNA片段称为转化因子。,2接合(conjugation) 细菌通过性菌毛连接沟通，将遗传

5、物质（质粒）从供菌转移给受菌。类型有： （1）F质粒的接合 见图,接合时F因子的转移与复制,F+,F,染色体,F质粒,高频重组株 （Hfr）： F因子整合到细菌环状DNA上，这种整合状态F菌株叫Hfr（高频重组）。,（2）R质粒的接合 细菌耐药性与染色体基因突变和R质粒的 接合转移有关。 R质粒由两部分组成 耐药传递因子（RTF，相当于F质粒可编 码性菌毛和通过接合转移）； 耐药决定因子（r决定因子，编码对药物的耐受性）,IS,r决定因子,IS,RTF,r决定因子,R质粒结构示意图,RTF,3转导(transduction) 以噬菌体为载体，将供菌的一段DNA转移到受体菌内，并获得新性状。,根据转导DNA片段的范围可分为： （1）普遍性转导：转导供体菌染色体或质 粒任何DNA片段。 这种错误包装是随机的，任何供菌DNA片段都有可能被误装入噬菌体内。,普遍性转导模式图,（2）局限性转导 被转导的基因位于前噬菌体两侧 的供菌基因。,前噬菌体,正常脱离,断裂和再接,偏差脱离,gal,bio,bio,bio,断裂和再接,局限性转导示意图,普遍性转导与局限性转导的区别,4溶原性转换(lysoge

6、nic conversion) 指噬菌体基因整合于细菌染色体上（噬 菌体作为供体），使细菌处于溶原状态并获 得新性状。 如：- 棒状噬菌体白喉毒素基因 A群链球菌红疹毒素,5原生质体融合(protoplast fusion) 两个细菌失去细胞壁成为原生质体后的相互融合过程。 是一种有价值实验工具（经培养可重新出现胞壁，再按其遗传标志选择需要的重组菌）。,原生质体融合(protoplast fusion),第四节 细菌遗传变异在医学上的意义 1.影响细菌学诊断(表型改变) 2.细菌耐药变异与控制 3.细菌的毒力变异与疾病控制（制备菌苗） 4.检测致癌物 5.在基因工程方面的应用（工程菌）,基因工程是根据遗传变异中细菌可因基因转移和重组而获得新性状的原理设计的。 切取目的基因连接到载体上转移到 工程菌内，大量表达目的基 因产物。 目前已大量用于胰岛素、干扰素、多种生长激素和乙肝疫苗等生物制品的生产。,名词解释： 质粒、溶原性转换、 transformation（转化） transduction（转导） conjugation（接合） 论述题： 1）试述细菌耐药质粒的组成，接合与耐药性的关系。 2）比较普遍性转导与局限性转导的区别。,复习思考题,

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