細(xì)菌的遺傳與變異(1)教學(xué)資料

1、 第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)菌遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ)細(xì)菌遺傳的物質(zhì)基礎(chǔ) 一、基因組一、基因組 細(xì)菌的基因組是位于染色體上，能導(dǎo)致產(chǎn)生特定肽細(xì)菌的基因組是位于染色體上，能導(dǎo)致產(chǎn)生特定肽 鏈的那一段鏈的那一段DNA分子，呈直線排列，具有特定遺傳信息，分子，呈直線排列，具有特定遺傳信息， 具有相對穩(wěn)定性，控制細(xì)菌的遺傳與變異，是細(xì)菌遺傳具有相對穩(wěn)定性，控制細(xì)菌的遺傳與變異，是細(xì)菌遺傳 主要主要物質(zhì)基礎(chǔ)。物質(zhì)基礎(chǔ)。 細(xì)菌染色體的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)細(xì)菌染色體的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 1、細(xì)菌是一條染色體，呈環(huán)狀雙螺旋、細(xì)菌是一條染色體，呈環(huán)狀雙螺旋DNA結(jié)構(gòu)，按結(jié)構(gòu)，按 一定構(gòu)型反復(fù)回旋卷曲而成的松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。一定構(gòu)型反復(fù)回旋卷曲而成的松

2、散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 2、細(xì)菌染色體是核蛋白與細(xì)菌的、細(xì)菌染色體是核蛋白與細(xì)菌的DNA相結(jié)合。該蛋相結(jié)合。該蛋 白與基因的活化、白與基因的活化、DNA的復(fù)制有關(guān)。的復(fù)制有關(guān)。 3、不同細(xì)菌染色體、不同細(xì)菌染色體DNA的的G+C mol不同。約有不同。約有1 的堿基被甲基化，其中腺嘌呤被甲基化的數(shù)量最多；的堿基被甲基化，其中腺嘌呤被甲基化的數(shù)量最多； 其次為胞嘧啶。其次為胞嘧啶。 4、細(xì)菌基因組中，不編碼的、細(xì)菌基因組中，不編碼的DNA序列很少，只有序列很少，只有 少數(shù)基因具有重復(fù)序列，功能相關(guān)的基因高度集少數(shù)基因具有重復(fù)序列，功能相關(guān)的基因高度集 中，組合成操縱子。中，組合成操縱子。 5、細(xì)菌具有連

3、續(xù)的基因結(jié)構(gòu)，無內(nèi)含子、細(xì)菌具有連續(xù)的基因結(jié)構(gòu)，無內(nèi)含子 二、質(zhì)粒二、質(zhì)粒 1.質(zhì)粒的特點(diǎn)質(zhì)粒的特點(diǎn) 1）質(zhì)粒并非細(xì)菌生存所必不可少的遺傳物質(zhì)。）質(zhì)粒并非細(xì)菌生存所必不可少的遺傳物質(zhì)。 2）質(zhì)粒的傳遞（轉(zhuǎn)移）是細(xì)菌遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移的）質(zhì)粒的傳遞（轉(zhuǎn)移）是細(xì)菌遺傳物質(zhì)轉(zhuǎn)移的 一個(gè)重要方式。一個(gè)重要方式。 3）質(zhì)?？勺孕惺セ蚪?jīng)人工處理而消失。）質(zhì)?？勺孕惺セ蚪?jīng)人工處理而消失。 4）質(zhì)粒可以自我復(fù)制。）質(zhì)粒可以自我復(fù)制。 5）可有幾種質(zhì)粒同時(shí)共存在于一個(gè)細(xì)菌內(nèi)。）可有幾種質(zhì)粒同時(shí)共存在于一個(gè)細(xì)菌內(nèi)。 2.質(zhì)粒的分類質(zhì)粒的分類 1）能否通過細(xì)菌的接合作用進(jìn)行轉(zhuǎn)移）能否通過細(xì)菌的接合作用進(jìn)行轉(zhuǎn)移 接合性

4、質(zhì)粒接合性質(zhì)粒 非接合性質(zhì)粒非接合性質(zhì)粒 2）質(zhì)粒在宿主菌內(nèi)拷貝數(shù)的多少）質(zhì)粒在宿主菌內(nèi)拷貝數(shù)的多少 嚴(yán)緊型質(zhì)粒嚴(yán)緊型質(zhì)粒 松弛型質(zhì)粒松弛型質(zhì)粒 3）質(zhì)粒的相容與不相容性）質(zhì)粒的相容與不相容性 兩種結(jié)構(gòu)相似、密切相關(guān)的質(zhì)粒不能穩(wěn)定共存于一個(gè)兩種結(jié)構(gòu)相似、密切相關(guān)的質(zhì)粒不能穩(wěn)定共存于一個(gè) 宿主菌；結(jié)構(gòu)相差較大、互不相干的質(zhì)?？梢怨泊嬗谒拗骶?；結(jié)構(gòu)相差較大、互不相干的質(zhì)?？梢怨泊嬗?同一個(gè)菌體。同一個(gè)菌體。 4）質(zhì)粒的來源不同）質(zhì)粒的來源不同 天然質(zhì)粒天然質(zhì)粒 人工構(gòu)建質(zhì)粒人工構(gòu)建質(zhì)粒 l與有性生殖有關(guān) l帶有F質(zhì)粒的為雄性菌，能長出性菌毛；無F質(zhì)粒的 為雌性菌，無性菌毛。 l能夠整合到細(xì)菌染色體

5、上的質(zhì)粒為附加體。 l高頻重組菌（high frequence recombination, Hfr）： 有F質(zhì)粒整合到宿主染色體的菌株。 lF因子：Hfr菌株上的F因子通過重組恢復(fù)成自由狀 態(tài)時(shí)，有時(shí)可將其相鄰的染色體基因一起切割下來， 成為攜帶某一染色體基因的F因子，將攜帶不同基因 的F因子統(tǒng)稱為F。 幾種重要的天然質(zhì)粒 編碼細(xì)菌對抗菌藥物或重金屬鹽類的耐藥性。 編碼與該菌致病性有關(guān)的毒力因子。 。 編碼產(chǎn)生相關(guān)的代謝酶。 1.人工構(gòu)建質(zhì)粒的目的： 人工構(gòu)建的質(zhì)粒主要用于基因工程技 術(shù)，在該技術(shù)中質(zhì)粒主要被用作載體。 基因工程的程序： （1） （2）將將目的基因目的基因與載體連接與載體連接

6、 （3）將重組將重組DNA導(dǎo)入到受體細(xì)胞，導(dǎo)入到受體細(xì)胞，外源基外源基 因因得到表達(dá)得到表達(dá)。 2.基因工程載體必須具備下列條件： 1）環(huán)狀DNA結(jié)構(gòu) 2）具有限制性內(nèi)切酶的位點(diǎn)，以便與外源基因 連接 3）可不依賴于染色體進(jìn)行獨(dú)立復(fù)制 4）具有有別于宿主的選擇性標(biāo)記 5）可通過特定方法導(dǎo)入某些宿主細(xì)胞 功能不同 特殊用途的載體 克隆載體 表達(dá)載體 拷貝數(shù)高 具有單（多）克隆位點(diǎn) 載體本身帶有一個(gè)或多個(gè)選擇標(biāo)記 除具有克隆載體的一般特性以外 ，還具有一套表達(dá)元件： 啟動(dòng)子、SD序列、終止子 3.基因工程載體分類 A A T T C T T A A G G A A T T C T T A A Ec

7、oRI 酶切 轉(zhuǎn)化 1、高溫變性、高溫變性 2、低溫復(fù)性、低溫復(fù)性 3、一定溫度延伸、一定溫度延伸 PCR 三、轉(zhuǎn)座因子三、轉(zhuǎn)座因子 存在于細(xì)菌染色體上，可作為獨(dú)立單位在存在于細(xì)菌染色體上，可作為獨(dú)立單位在 染色體上自由移動(dòng)的染色體上自由移動(dòng)的DNA片斷。轉(zhuǎn)座因子有三片斷。轉(zhuǎn)座因子有三 種類型：插入序列（種類型：插入序列（IS）、轉(zhuǎn)座子（）、轉(zhuǎn)座子（Tn）、及）、及 特殊噬菌體。特殊噬菌體。 1.插入序列（insertion sequence,IS） 是最小的轉(zhuǎn)位因子，長度不超過2kb，不攜 帶任何與插入功能無關(guān)的基因區(qū)域，往往是 插入后與插入點(diǎn)附近的序列共同起作用，引 起插入突變。 Tran

8、sposaseABCDEFGGFEDCBA ISIS 2.轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn） 長度一般超過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)基因等。 Tn 基因= IS ISResistance Gene(s) IS ISResistance Gene(s) 基因失活 細(xì)菌獲得耐藥性 轉(zhuǎn)座子攜帶耐藥或毒素基因 Tn1 Tn2 Tn3AP（氨芐青霉素） Tn4AP、SM（鏈霉素）、Su（磺胺） Tn5Km（卡那霉素） Tn6Km Tn7TMP（甲氧芐氨嘧啶）、SM Tn9Cm（氯霉素） Tn10Tc（四環(huán)素） tn551Em（紅霉素） Tn9

9、71Em Tn1681大腸埃希菌（腸毒素基因） 3.轉(zhuǎn)座噬菌體或前噬菌體 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?細(xì)菌的某些生物學(xué)性狀。 轉(zhuǎn)座噬菌體從細(xì)菌染色體脫離，可 能連帶有細(xì)菌的DNA片段，在遺傳物質(zhì) 轉(zhuǎn)移過程中起載體作用。 四、毒力島（四、毒力島（PAI） 位于細(xì)菌染色體之內(nèi)，分子結(jié)構(gòu)位于細(xì)菌染色體之內(nèi)，分子結(jié)構(gòu) 與功能有別于細(xì)菌染色體的病原菌的與功能有別于細(xì)菌染色體的病原菌的 某個(gè)或某些毒力基因群。某個(gè)或某些毒力基因群。 第二節(jié)基因突變第二節(jié)基因突變 一、細(xì)菌變異類型一、細(xì)菌變異類型 1.形態(tài)變異形態(tài)變異 （1）自然形成或誘導(dǎo)產(chǎn)生的細(xì)菌）自然形成或誘導(dǎo)

10、產(chǎn)生的細(xì)菌L型。型。 （2）病原菌在特定的動(dòng)物組織器官中，可發(fā)生形態(tài)結(jié)）病原菌在特定的動(dòng)物組織器官中，可發(fā)生形態(tài)結(jié) 構(gòu)變異構(gòu)變異 2.結(jié)構(gòu)和抗原性變異。結(jié)構(gòu)和抗原性變異。 （1）莢膜變異。（）莢膜變異。（2）芽孢變異。（）芽孢變異。（3)鞭毛變異。鞭毛變異。 H-O變異：變異：有鞭毛能運(yùn)動(dòng)的細(xì)菌喪失鞭毛形成能力的有鞭毛能運(yùn)動(dòng)的細(xì)菌喪失鞭毛形成能力的 變異稱變異稱 3.培養(yǎng)性狀的變異培養(yǎng)性狀的變異 S-R變異；變異；R-S 變異變異 4.毒力變異毒力變異 5.生化性狀變異生化性狀變異 （1）營養(yǎng)缺陷型變異（）營養(yǎng)缺陷型變異（2）誘導(dǎo)酶產(chǎn)生。（）誘導(dǎo)酶產(chǎn)生。（3）終末產(chǎn)）終末產(chǎn) 物阻遏。物阻遏。6

11、.耐藥性變異耐藥性變異 l 3-6%食鹽 鼠疫桿菌多形態(tài)性(衰殘型)。 瓊脂培養(yǎng)基 l 青霉素、溶菌酶 正常形態(tài)細(xì)菌 L型變異 抗體或補(bǔ)體 (部分或完全失去胞壁) 正?；魜y弧菌 霍亂弧菌L型 l 棒狀噬菌體 白喉棒狀桿菌 獲得白喉毒素 二、細(xì)菌變異的機(jī)理二、細(xì)菌變異的機(jī)理 1. 突變突變 （1）堿基置換。）堿基置換。 （2）堿基的減少、增加與倒置。）堿基的減少、增加與倒置。 （3）堿基的互變異構(gòu)。）堿基的互變異構(gòu)。 1)堿基置換(base substitution)：點(diǎn)突變 ATG CAC CTT CTT ATA AAA ACC GAA TAA 甲硫 組 亮 亮 異亮 賴 蘇 谷 ATG CA

12、C CTC CTT ATA AAA ATC GAA TAA 甲硫 組 亮 亮 異亮 賴 異亮 谷 堿基轉(zhuǎn)換 CTT CTC CTA CTG 亮 TAA TAG TGA終止密碼 ATG CAC CTT CTT ATA AAA ACC GAA TAA 甲硫 組 亮 亮 異亮 賴 蘇 谷 ATG CAC CTT CTT CTA AAA ACC GAA TAA 甲硫 組 亮 亮 亮 賴 蘇 谷 AG 堿基顛換 錯(cuò)義突變 ATG CAC CTT CTT ATA AAA ACC GAA TAA 甲硫 組 亮 亮 異亮 賴 蘇 谷 ATG CAC CTT CTT ATA TAA ACC GAA TAA 甲硫

13、 組 亮 亮 亮 無義突變 無意義蛋白質(zhì) 或TC AC或TG 2)插入或缺失突變(deletion or insertion mutation) ATG CAC CTT CTT ATA AAA ACC GAA TAA 甲硫 組 亮 亮 異亮 賴 蘇 谷 ATG CAC CTC CTT AAA CCC ATA AAA ATC GAA TAA 甲硫 組 亮 亮 賴 脯 異亮 賴 異亮 谷 AAA CCC ATG CAC CTT CTT ATA AAA ACC GAA TAA 甲硫 組 亮 亮 異亮 賴 蘇 谷 ATG CAC CTC CTT AAA CAT AAA AAC CGA ATA A 甲硫

14、 組 亮 亮 賴 組 賴 天冬 精 異亮 AAA C 氨基酸數(shù)目的 增加或減少 移碼突變 異常蛋白質(zhì) 3）堿基的互變異構(gòu)）堿基的互變異構(gòu) 四種堿基均可發(fā)生互變異構(gòu)，引起互補(bǔ)堿基的改變。四種堿基均可發(fā)生互變異構(gòu)，引起互補(bǔ)堿基的改變。 T(酮基型）酮基型）A T(烯醇型）烯醇型）G 突變的機(jī)理突變的機(jī)理 a.自發(fā)突變自發(fā)突變 細(xì)菌在分裂繁殖時(shí)，由于DNA復(fù)制過程中， 所出現(xiàn)的堿基錯(cuò)配，引起的突變。 特點(diǎn)：具有偶然性，突變是隨機(jī)不定向的，外界 因素不能決定細(xì)菌的性狀如何改變。突變率一般 在106109 。 b.誘發(fā)突變：誘發(fā)突變： 采用人工的方法，通過誘變劑（mutagen）誘導(dǎo) 細(xì)菌發(fā)生突 變。

15、1、電離輻射：X線、紫外線。X線能量極強(qiáng)，導(dǎo)致DNA磷 酸二酯鍵的斷裂；紫外線導(dǎo)致DNA形成嘧啶二聚體的形成 ，妨礙了DNA聚合酶的作用。 2、化學(xué)誘變：（1）亞硝酸：其主要作用是對C和G的脫氨 基作用，脫氨基的結(jié)果導(dǎo)致氫鍵的改變，下次復(fù)制時(shí)相應(yīng) 由A或T(而不是由G或C)配對；（2）羥胺：主要作用于C， 將C轉(zhuǎn)變?yōu)橹荒芘cA配對的修飾堿基羥基亞胺堿基。（3 ）烷化劑（乙基甲烷磺酸、甲基甲烷磺酸等）嘌呤烷基化 ，堿基錯(cuò)誤配對。 2.基因的轉(zhuǎn)移與重組基因的轉(zhuǎn)移與重組 （1）轉(zhuǎn)化）轉(zhuǎn)化 定義定義：轉(zhuǎn)化是受體菌直接攝取供：轉(zhuǎn)化是受體菌直接攝取供 體菌游離的體菌游離的DNA片段，整合于自身片段，整合于自

16、身 的基因組中，而獲得了該供體菌的部的基因組中，而獲得了該供體菌的部 分遺傳特性。分遺傳特性。 活無毒II型 （無莢膜） 活有毒III型 （有莢膜） 殺死的有毒III型 （有莢膜） 白鼠白鼠 死亡死亡 不不 死死 亡亡 混合混合 白鼠白鼠 死亡 分離活的有毒III 型肺炎鏈球菌 過程：過程： a.轉(zhuǎn)化因子（轉(zhuǎn)化因子（transforming： principle ） b.感受態(tài)（感受態(tài)（competence） c.機(jī)理 1、一段長的雙鏈DNA分子借助于DNA結(jié)合蛋白結(jié)合到細(xì)胞表面 ，并被核酸內(nèi)切酶切開。 2、一條鏈被核酸酶降解 3、未降解的鏈與感受態(tài)特異蛋白結(jié)合 4、單鏈DNA進(jìn)入細(xì)胞，并且在

17、宿主DNA的同源區(qū)段整合進(jìn)宿主 染色體中 轉(zhuǎn)化的機(jī)理轉(zhuǎn)化的機(jī)理 （2）轉(zhuǎn)導(dǎo)）轉(zhuǎn)導(dǎo) 定義：定義： 以噬菌體為媒介，把供體細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)，以噬菌體為媒介，把供體細(xì)菌的基因轉(zhuǎn)移到受體菌內(nèi)， 導(dǎo)致后者基因改變的過程稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)。導(dǎo)致后者基因改變的過程稱為轉(zhuǎn)導(dǎo)。 轉(zhuǎn)導(dǎo)的類型轉(zhuǎn)導(dǎo)的類型： 完全轉(zhuǎn)導(dǎo)完全轉(zhuǎn)導(dǎo) 頓挫轉(zhuǎn)導(dǎo)頓挫轉(zhuǎn)導(dǎo) 普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo) 局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)局限性轉(zhuǎn)導(dǎo) 1.定義 2.在噬菌體DNA與外殼蛋白組裝成新的噬菌體時(shí)， 在105107次裝配中會發(fā)生一次裝配錯(cuò)誤，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。 gal bio galbio galbio gal bio bio g

18、al （3）接合）接合 定義：細(xì)菌通過性菌毛直接接觸，由供體細(xì)菌定義：細(xì)菌通過性菌毛直接接觸，由供體細(xì)菌 將質(zhì)粒將質(zhì)粒DNA轉(zhuǎn)移給受體細(xì)菌的過程。轉(zhuǎn)移給受體細(xì)菌的過程。 分類：接合性質(zhì)粒有三種，分類：接合性質(zhì)粒有三種，F(xiàn)質(zhì)粒、質(zhì)粒、R質(zhì)粒和質(zhì)粒和 Col質(zhì)粒。質(zhì)粒。 三、細(xì)菌遺傳變異研究的實(shí)際意義三、細(xì)菌遺傳變異研究的實(shí)際意義 1.疾病診斷疾病診斷 2.在疾病預(yù)防和治療中的應(yīng)用在疾病預(yù)防和治療中的應(yīng)用 3.在基因工程方面的應(yīng)用在基因工程方面的應(yīng)用 第七章第七章 細(xì)菌的分類與命名細(xì)菌的分類與命名 第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)菌的分類地位細(xì)菌的分類地位 一、分類單元一、分類單元 二、屬屬 三、三、 種種 微生

19、物學(xué)分類的最基本單元，是一群性質(zhì)相似的菌株，微生物學(xué)分類的最基本單元，是一群性質(zhì)相似的菌株， 與其它菌株群體有明顯差異。與其它菌株群體有明顯差異。 四、菌株四、菌株 是不同來源的某一種細(xì)菌的純培養(yǎng)物是不同來源的某一種細(xì)菌的純培養(yǎng)物。 第二節(jié)第二節(jié) 細(xì)菌的命名細(xì)菌的命名 一、命名的根據(jù)一、命名的根據(jù) 1.遵循遵循“雙名法雙名法”，即每一種細(xì)菌的拉丁文名稱有屬名和種名兩，即每一種細(xì)菌的拉丁文名稱有屬名和種名兩 部分組成。部分組成。 2.分類學(xué)文獻(xiàn)中，屬名和種名后要加上首次定名人（加括號）、分類學(xué)文獻(xiàn)中，屬名和種名后要加上首次定名人（加括號）、 現(xiàn)名定名人和現(xiàn)名定名年份，均用正體排字。現(xiàn)名定名人和現(xiàn)名定名年份，均用正體排字。 3.屬名重復(fù)出現(xiàn)時(shí)，拉丁文可縮寫，用第一個(gè)字母，也可用屬名重復(fù)出現(xiàn)時(shí)，拉丁文可縮寫，用第一個(gè)字母，也可用2個(gè)字個(gè)字 母，只確定屬名，未確定種名的某一株細(xì)菌，拉丁文名可在屬名母，只確定屬名，未確定種名的某一株細(xì)菌，拉丁文名可在屬名 之后加之后加sp（正體）。（正體）。 例：例：Escherichia 埃希菌屬，埃希菌屬，Coli 大腸桿菌，大腸桿菌， Escherichia coli （E.col）大腸埃希菌）大腸埃希菌 只確定屬名，未定種名：只確定屬名，未定種名：Escherichia sp. 若為新種：若為新種：Escherich