1、第5章 細(xì)菌的遺傳與變異Microbial Heredity & Variation,Some Terms,遺傳(heredity) ：子代與親代的生物學(xué)性狀基本相同，且代代相傳。 變異(variation) ：子代與親代以及子代與子代之間的生物學(xué)性狀出現(xiàn)差異。 基因型(genotype)與表型(phenotype)。,遺傳變異類型 基因型變異(genotypic variation) ：基因結(jié)構(gòu)發(fā)生了改 變,不可逆,可遺傳給后代。 表型變異(phenotypic variation)：環(huán)境改變所導(dǎo)致,基因結(jié)構(gòu)未發(fā)生變異,可逆,不可遺傳。,一 細(xì)菌的變異現(xiàn)象 phenomenon of bac

2、terial variation,形態(tài)、結(jié)構(gòu)變異 菌落變異（S-R變異） 毒力變異（卡介苗） 耐藥性變異,形態(tài)結(jié)構(gòu)變異 Variation of morphology and structure,鼠疫耶爾森菌,3-6%食鹽,多形態(tài)性,陳舊培基物,菌落變異variation of colony,毒力變異virulent variation,耐藥性變異variation of drug resistance,細(xì)菌對(duì)某種抗菌藥物有敏感變成耐藥的變異稱為耐藥性變異。 含鏈霉素培基痢疾桿菌 依鏈株 長(zhǎng)期培養(yǎng),二 細(xì)菌的遺傳物質(zhì)material basis of bacterial heredity an

3、d variation,染色體 chromosome,質(zhì)粒 plasmid,轉(zhuǎn)座因子 transposable element：插入系列與轉(zhuǎn)座子,整合子 integron,噬菌體基因組,原核生物的染色體,相對(duì)較小，環(huán)狀雙螺旋DNA,不含組蛋白,，無核膜包圍,基因結(jié)構(gòu)是連續(xù)的, 無內(nèi)含子,特征,幾個(gè)基因可組成操縱子的結(jié)構(gòu),不編碼的DNA比真核細(xì)胞基因少,僅少數(shù)基因存在基因重疊現(xiàn)象,大多基因?yàn)閱慰截?質(zhì)粒 plasmid,細(xì)菌染色體外的遺傳物質(zhì)，是環(huán)狀閉合的雙鏈DNA。帶有遺傳性息，能自行復(fù)制，隨細(xì)菌分裂轉(zhuǎn)移到子代細(xì)胞，并非細(xì)菌生長(zhǎng)所必需。,特征 自我復(fù)制能力 編碼產(chǎn)物賦予細(xì)菌某些性狀特征 可自行

4、丟失與消除 轉(zhuǎn)移性 相容性和不相容性,幾種重要的質(zhì)粒 致育質(zhì)粒（F質(zhì)粒fertility plasmid ） 耐藥質(zhì)粒（R質(zhì)粒resistance plasmid） 毒力質(zhì)粒（Vi質(zhì)粒virulent plasmid ） 細(xì)菌素質(zhì)粒 代謝質(zhì)粒,轉(zhuǎn)座因子transposable element,是存在于細(xì)菌染色體或質(zhì)粒DNA分子上的一段特異性核苷酸序列片段，它能在DNA分子中移動(dòng)，不斷改變它們?cè)诨蚪M的位置，能從一個(gè)基因組轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基因組中。,插入序列insertion sequence,IS 是最小的轉(zhuǎn)座因子，2kb，不攜帶任何已知與插入功能無關(guān)的基因區(qū)域 轉(zhuǎn)座子transposon,Tn

5、2kb，除攜帶與轉(zhuǎn)位有關(guān)的基因外，還攜帶耐藥性基因、抗金屬基因、毒素基因及其他結(jié)構(gòu)基因。 可能與細(xì)菌的多重耐藥性有關(guān)。,Tn,整合子Integron,是一種基因單位， 具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)可捕獲和整合外源性基因，使之轉(zhuǎn)變成為功能性基因的表達(dá)單位。,轉(zhuǎn)座噬菌體或前噬菌體 tranposable phage or prophage,是一些具有轉(zhuǎn)座功能的溶原性噬菌體，當(dāng)整合到細(xì)菌染色體上，能改變?nèi)茉约?xì)菌的某些生物學(xué)性狀。,三 細(xì)菌基因表達(dá)的調(diào)控,細(xì)菌基因表達(dá)調(diào)控系統(tǒng)-操縱子,四 基因的轉(zhuǎn)移和重組Gene transfer and recombination,基因轉(zhuǎn)移 外源性的遺傳物質(zhì)由供體菌轉(zhuǎn)入某受體菌

6、細(xì)胞的過程稱為基因轉(zhuǎn)移。 重組 轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNA整合在一起稱為重組，使受體菌獲得供體菌的某些性狀。 重組分為同源重組與非同源重組,細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移和重組可通過： 轉(zhuǎn)化、接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、溶原性轉(zhuǎn)換和原生質(zhì)體融合等方式進(jìn)行。,轉(zhuǎn)化transformation,供體菌裂解游離的DNA片段被受體菌直接攝取，使受體菌獲得新的性狀。,肺炎球菌轉(zhuǎn)化試驗(yàn),轉(zhuǎn)化因子（transforming principle）：在轉(zhuǎn)化過程中，轉(zhuǎn)化的DNA片段稱為轉(zhuǎn)化因子，分子量小于107，最多不超過1020個(gè)基因。 受體菌必須處于感受態(tài)才能轉(zhuǎn)化。 感受態(tài) ：細(xì)胞生活周期中的一種特殊的生理狀態(tài)。,接合conjugation,

7、細(xì)菌通過性菌毛相互連接溝通，將遺傳物質(zhì)（主要是質(zhì)粒DNA）從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌。 接合性質(zhì)粒：能通過接合方式轉(zhuǎn)移的質(zhì)粒稱為接合性質(zhì)粒，F(xiàn)質(zhì)粒、R質(zhì)粒、Col質(zhì)粒和毒力質(zhì)粒等。,F質(zhì)粒的接合,F+,F-,F+,F-,F+,F+,F+,F+,Donor,Recipient,F+,高頻重組株Hfr,F質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移,R質(zhì)粒的接合 耐藥（r）決定子與耐藥傳遞因子 耐藥傳遞因子: 與F質(zhì)粒相似，編碼性菌毛的產(chǎn)生和通過接合轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)導(dǎo)transduction,以溫和噬菌體為載體，將供體菌的一段DNA轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，使受體菌獲得新的性狀。 普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)（general transduction) 局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)(res

8、tricted transduction),普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)general transduction,噬菌體在成熟裝配過程中，由于裝配錯(cuò)誤，將細(xì)菌的DNA片段裝入噬菌體的頭部，成為一個(gè)轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體（transducing phage）。當(dāng)轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體能以正常方式感染另一宿主菌，并將其頭部供體菌的的染色體注入受體菌內(nèi)。 被包裝的DNA可以是供體菌染色體上的任何部分。,結(jié)果 完全轉(zhuǎn)導(dǎo) 流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo),局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)restricted transduction,由溫和噬菌體所介導(dǎo)， 所轉(zhuǎn)導(dǎo)的只限于供體菌染色體上特定的基因。 溶原期時(shí)，噬菌體DNA整合在細(xì)菌染色體特定部位，噬菌體DNA發(fā)生偏差分離，將自身的一段DNA留

9、在細(xì)菌染色體上，而帶走了細(xì)菌DNA上兩側(cè)的基因。當(dāng)其轉(zhuǎn)導(dǎo)并整合到受體菌中，使受體菌獲得供體菌的某些遺傳性狀。所轉(zhuǎn)導(dǎo)的只限于供體菌上個(gè)別的基因。,溶原性轉(zhuǎn)換lysogenic conversion,當(dāng)噬菌體感染細(xì)菌時(shí)，宿主菌染色體中獲得了噬菌體的DNA片段，使其成為溶原狀態(tài)時(shí)而致細(xì)菌獲得新的性狀。,原生質(zhì)體融合protoplast fusion,將兩種不同的細(xì)菌經(jīng)溶菌酶或青霉素等處理，失去細(xì)胞壁成為原生質(zhì)體以后進(jìn)行相互融合的過程。 聚乙二醇可促使二種原生質(zhì)體的融合。 原生質(zhì)體融合是一種人工基因轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，本質(zhì)上與基因轉(zhuǎn)移無關(guān)或關(guān)系很小,細(xì)菌遺傳變異的實(shí)際意義,影響細(xì)菌學(xué)診斷 HO變異：如傷寒沙門菌鞭毛 治療困難：耐藥