細菌的遺傳與變異

關于細菌的遺傳與變異第1頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五細菌的遺傳和變異heredity——遺傳細菌的生物學性狀保持相對穩(wěn)定，且代代相傳，使其物種得以保存的能力。基本單位是基因【DNA鏈上編碼蛋白質或RNA所必需的一段序列，包括編碼和非編碼序列（非編碼序列為內含子，編碼序列為外顯子，外顯子和內含子都能被轉錄為RNA，轉錄后加工剪切，成熟的mRNA僅剩下外顯子)】variation——變異子代和親代之間生物學特性出現(xiàn)的差異稱為變異第2頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五變異遺傳性變異（基因型變異）細菌的基因結構發(fā)生了改變，如基因突變或重組，不可逆，可遺傳給后代，常發(fā)生于個別細菌非遺傳性變異（表型變異）環(huán)境改變導致，基因結構未發(fā)生變化，可逆，不可遺傳。常發(fā)生于菌群中所有的細菌第3頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)

細菌遺傳變異的物質基礎細菌染色體質粒噬菌體轉座元件第4頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五細菌染色體細菌染色體chromosome

一條環(huán)狀雙螺旋DNA長鏈按一定構型反復回旋而成的松散網狀結構第5頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五質粒特點自主復制雙股閉合環(huán)狀DNA分子編碼某些表型可丟失和轉移第6頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五常見質粒致育質粒（F質粒）抗性質粒（R質粒）細菌素質粒毒性質粒（Vi質粒）代謝質粒隱蔽質粒第7頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五致育質粒（F質粒）

fertilityplasmid

無F質粒的為雌性菌，無性菌毛帶有F質粒的為雄性菌，能長出性菌毛第8頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五編碼細菌對抗菌藥物的耐藥性和對重金屬鹽的抗性由耐藥轉移因子（resistancetransferfactor,RTF）和耐藥決定因子（resistancedeterminant,r-det）組成。RTF的功能類似F質粒，編碼性菌毛。r-det編碼拮抗藥物的酶類，決定細菌的耐藥性，可有多個耐藥基因相連，產生多重耐藥。抗性質粒（R質粒，耐藥質粒）

resistanceplasmid第9頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五細菌素質粒編碼各種細菌產生的細菌素。Col質粒編碼大腸埃希菌產生的大腸菌素colicin第10頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五毒性質粒（Vi質粒）

virulenceplasmid編碼與該菌致病性有關的毒力因子如腸產毒性大腸桿菌產生的耐熱腸毒素和不耐熱腸毒素分別由ST質粒和LT質粒所編碼。第11頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五代謝質粒（降解質粒）編碼產生相關的代謝酶。第12頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五轉座元件（轉座因子或轉位因子）是一類特異性的DNA片段，它能在細菌染色體、質?；蚴删w等DNA分子中移動，不斷改變它們在基因組中的位置，能從一個位置轉移到另一個位置，這種轉座作用的結果將產生插入突變、染色體畸變和廣泛的基因重排等。（是正常組成部分，不能獨立復制，必須依附在細菌染色體或質?；蚴删wDNA上與之同時復制）第13頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五轉位因子有兩種類型插入序列（insertionsequence,IS）是最小的轉位因子，長度不超過2kb，不攜帶任何已知與插入功能無關的基因區(qū)域，往往是插入后與插入點附近的序列共同起作用，可能是細胞正常代謝的調節(jié)開關之一，當IS插入操縱子某一位點時，其遠端基因失去功能或功能下降。另外，毗鄰于IS的DNA畸變率增高，可出現(xiàn)缺失、重復、倒位等現(xiàn)象。IS兩端為反向重復序列，它決定轉座位置的特異性，通過同源重組來介導轉座。TransposaseABCDEFGGFEDCBA第14頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五轉座子（transposon,Tn）Tn9Tn21Tn10Tn8RTFRdeterminant兩端帶有反向重復序列，是一類除了攜帶有與轉座作用有關的基因外，還帶有與轉座作用無關但決定宿主菌遺傳性狀基因的轉座因子。因此Tn的分子量比IS大。以帶有抗生素抗性基因的Tn研究最為深入第15頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五轉座子的特征轉座子攜帶耐藥或毒素基因Tn1Tn2Tn3AP（氨芐青霉素）Tn4AP、SM（鏈霉素）、Su（磺胺）Tn5Km（卡那霉素）Tn6KmTn7TMP（甲氧芐氨嘧啶）、SMTn9Cm（氯霉素）Tn10Tc（四環(huán)素）Tn551Em（紅霉素）Tn971EmTn1681大腸埃希菌（腸毒素基因）第16頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五噬菌體

（bacteriophage,phage）噬菌體是感染細菌、真菌、放線菌或螺旋體等微生物的病毒。病毒的特性：個體微小，可以通過細菌濾器沒有完整的細胞結構，由蛋白質和核酸組成專性活細胞內寄生分布極廣第17頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五噬菌體的生物學性狀形態(tài)個體微小，需用電子顯微鏡觀察蝌蚪形、微球形和絲形LG1wasisolatedfromchickenfecesonanE.coliO157:H7host,butitplaquesonawiderangeofE.coli,andafewEnterobacteriaceae.Theblackbarsaresizebarsrepresenting100nm.第18頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五各種噬菌體的形態(tài)第19頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五蝌蚪形噬菌體結構模式圖尾絲為吸附結構，能識別宿主菌表面的特殊受體；尾板內有裂解宿主菌細胞壁的溶菌酶；尾髓有收縮功能，使頭部核酸注入宿主菌第20頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五噬菌體的生物學性狀第21頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五噬菌體的生物學性狀噬菌體宿主菌形態(tài)核酸T1-T7、λ、N4大腸埃希菌蝌蚪形dsDNA，線狀P1志賀菌蝌蚪形dsDNA，線狀P22沙門菌蝌蚪形dsDNA，線狀SP01、SP82枯草芽胞桿菌蝌蚪形dsDNA，線狀Φ29解淀粉芽胞桿菌蝌蚪形dsDNA，線狀PM2假單胞菌微球形，有包膜dsDNA，線狀ΦX174、S13、M12、G4大腸埃希菌微球形ssDNA，線狀f1、fd、M13大腸埃希菌絲形ssDNA，線狀MS2、f2、fr、Qβ大腸埃希菌微球形ssRNA，線狀Φ6假單胞菌微球形，有包膜dsRNA，線狀，分成3節(jié)段第22頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五噬菌體

毒性噬菌體

(virulentphage)

能在宿主菌細胞內復制增殖，產生許多子代噬菌體，并最終裂解細菌，稱為毒性噬菌體第23頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五溶菌周期吸附穿入生物合成成熟與釋放第24頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五噬菌體的復制第25頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五毒性噬菌體在液體培養(yǎng)基中

菌液混濁澄清在固體培養(yǎng)基中將適量的噬菌體和宿主菌液混合后接種培養(yǎng)，培養(yǎng)基表面有透亮的溶菌空斑，一個噬斑一般由一個噬菌體復制增殖并裂解細菌后形成第26頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五噬斑第27頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五噬菌體感染細菌的結果溶菌性周期毒性噬菌體溶原性周期前噬菌體溶原性細菌

溫和噬菌體第28頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五溫和噬菌體

temperatephage溫和噬菌體噬菌體基因與宿主菌染色體整合，不產生子代噬菌體，但噬菌體DNA能隨細菌DNA復制，并隨細菌的分裂而傳代，稱為溫和噬菌體或溶原性噬菌體(lysogenicphage)前噬菌體

整合在細菌基因組中的噬菌體基因組稱為前噬菌體（prophage）溶原性細菌

帶有前噬菌體的細菌稱為溶原性細菌（lysogenicbacterium）第29頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五第30頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五溫和噬菌體溶原性

前噬菌體偶爾脫離宿主菌基因組而進入溶菌周期，產生成熟噬菌體，導致細菌裂解。溫和噬菌體的這種產生成熟噬菌體顆粒和溶解宿主菌的潛在能力稱為溶原性（lysogeny）三種存在狀態(tài)游離的具有感染性的噬菌體顆粒宿主菌胞質內類似質粒形式的噬菌體核酸整合的前噬菌體第31頁，共34頁，2023年，2月20日，星期五溫和噬菌體溶原性轉換

前噬菌體可導致細菌基因型和性狀發(fā)生改變白喉桿菌β-棒狀桿菌噬菌體

白喉毒素A群溶血性鏈球菌能產生致熱外毒素肉毒梭菌的毒素金黃色葡萄球菌溶素沙門菌、志賀菌等的抗原結構和血清型別第32頁，共34頁，2023年，2月20日，