細(xì)菌的遺傳與變異(Heredity

1、 細(xì)菌的遺傳與變異（Heredity and Variation）第一節(jié) 細(xì)菌遺傳與變異的物質(zhì)基礎(chǔ)細(xì)菌的基因組 重要的概念：1、遺傳（heredity）2、變異（variation）：基因型變異、表型變異表：基因型變異與表型變異之間的區(qū)別（一）Bacterial chromosome細(xì)菌染色體是單一的環(huán)狀雙螺旋DNA長鏈，附著在橫隔中介體上或細(xì)胞膜上。（二）Plasmid概念definition：是存在于細(xì)菌染色體外的小分子的，閉合的，雙股DNA片段，帶有控制細(xì)菌某些性狀的基因組，可在細(xì)菌體內(nèi)自行復(fù)制，傳代，也可在細(xì)菌之間轉(zhuǎn)移，是細(xì)菌生命活動非必需的遺傳物質(zhì)。根據(jù)質(zhì)粒編碼的性狀分類：1. 致育

2、質(zhì)?；蚍QF質(zhì)粒（fertility plasmid）。2. 耐藥性質(zhì)粒l 接合性耐藥質(zhì)粒又稱R質(zhì)粒(resistance plasmid)：通過細(xì)菌間的接合進(jìn)行傳遞l 非接合性耐藥質(zhì)粒：可通過噬菌體傳遞。3. 毒力質(zhì)?；騐i質(zhì)粒（virulence plasmid）如致病性大腸埃希菌產(chǎn)生的耐熱性腸毒素4. 細(xì)菌素質(zhì)粒：編碼產(chǎn)生細(xì)菌素，如Col質(zhì)粒編碼大腸埃希菌產(chǎn)生大腸菌素。5. 代謝質(zhì)粒：編碼產(chǎn)生相關(guān)的代謝酶，如沙門菌發(fā)酵乳糖的能力常是由質(zhì)粒決定的質(zhì)粒DNA的特征有：1. 質(zhì)粒具有自我復(fù)制的能力。2. 質(zhì)粒DNA所編碼的基因產(chǎn)物賦予細(xì)菌某些性狀特征，如致育性、耐藥性、致病性、某些生化特性等。3

3、. 質(zhì)?？勺孕衼G失與消除。4. 質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移性。質(zhì)?？赏ㄟ^接合、轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)導(dǎo)等方式在細(xì)菌間轉(zhuǎn)移5. 質(zhì)?？煞譃橄嗳菪耘c不相容性兩種。（三）噬菌體Bacteriophage/phage1. 大?。菏删w很小，需用電子顯微鏡觀察。2. 形態(tài)：蝌蚪形、微球形和絲形。3. 結(jié)構(gòu)：頭部和尾部兩部分組成n 頭部：內(nèi)含遺傳物質(zhì)核酸n 尾部：有尾板、尾刺和尾絲，尾板內(nèi)有裂解宿主菌細(xì)胞壁的溶菌酶；尾絲為噬菌體的吸附器官，能識別宿主菌體表面的特殊受體。有的尾部很短或缺失。4. 分類：1) 毒性噬菌體（virulent phage）。2) 溫和噬菌體（temperate phage）或溶原性噬菌體（lysogenic

4、phage）：概念：前噬菌體（prophage）：整合在細(xì)菌基因組中的噬菌體基因組稱為溶原性細(xì)菌（lysogenic bacterium）：帶有前噬菌體基因組的細(xì)菌。溶原性轉(zhuǎn)換（lysogenic conversion）：某些前噬菌體可導(dǎo)致細(xì)菌基因型和性狀發(fā)生改變。見下圖：（四）轉(zhuǎn)座子Transposon（Tn） 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，能在DNA分子中移動。不斷改變它們在基因組中的位置，能從一個(gè)基因組轉(zhuǎn)移到另一個(gè)基因組中。 分類：1. 插入序列（insertion sequence IS）：是最小的轉(zhuǎn)位因子，長度不超過2kb，不攜帶任何已知與插入功能無

5、關(guān)的基因區(qū)域，插入后與插入位點(diǎn)附近的序列共同起作用。2. 轉(zhuǎn)座子（transposon Tn）：長度一般超過2kb，除攜帶與轉(zhuǎn)位有關(guān)的序列外，還帶有某些結(jié)構(gòu)基因；因此當(dāng)Tn插入某一基因時(shí)，可引起細(xì)菌性狀的變化。3. 轉(zhuǎn)座噬菌體：是一些具有轉(zhuǎn)座功能的溶原性噬菌體。第二節(jié)、細(xì)菌遺傳變異的機(jī)制一、基因的突變與損傷后修復(fù)（一）突變（mutation）1. 小突變或點(diǎn)突變（point mutation）2. 大突變或染色體畸變（chromosome aberration）。DNA序列改變：1. 轉(zhuǎn)換（transition）：不同嘌呤之間或不同嘧啶之間的替代稱為轉(zhuǎn)換，2. 顛換（transversion）

6、嘌呤與嘧啶之間的相互交換則稱為顛換。3. 移碼突變（traneshift mutation）:當(dāng)DNA序列中一對或幾對核苷酸發(fā)生插入或丟失，必將引起該部位其后的序列移位，移位必導(dǎo)致密碼的意義發(fā)生錯(cuò)誤?；蛲蛔兊奶攸c(diǎn)1. 自發(fā)性和不對稱性2. 稀有性：突變率:自然突變率:1061093. 可誘導(dǎo)性：誘導(dǎo)突變率:104106:高溫、紫外線、X射線、烷化劑、亞硝酸鹽4. 突變與選擇突變是隨機(jī)的，不定向的。5. 獨(dú)立性：獨(dú)立發(fā)生，不影響其他基因的突變率。6. 穩(wěn)定性：可以遺傳給后代7. 可逆性：回復(fù)突變野生型（wild type）-突變株（mutant）。8. 正向突變:細(xì)菌由野生型變?yōu)橥蛔冃突貜?fù)突變

7、（backward mutation）:突變株經(jīng)過又一次突變可恢復(fù)野生型（二）DNA的損傷修復(fù)1. 光修復(fù)：經(jīng)紫外線照射后，細(xì)胞DNA上形成T-T二聚體，導(dǎo)致突變。 如在紫外線照射后立即將細(xì)菌暴露于可見光下，則受損的DNA可修復(fù)，細(xì)菌的存活率大大提高。2. 暗修復(fù)：切除修復(fù)-由核酸內(nèi)切酶將損傷的片段切除，再DNA聚合酶、連接酶等的作用下，將缺少的部分補(bǔ)齊二、基因的轉(zhuǎn)移與重組基因轉(zhuǎn)移（gene transfer）:外源性的遺傳物質(zhì)包括供體菌染色體DNA片段，質(zhì)粒DNA及噬菌體基因等由供體菌轉(zhuǎn)入某受體菌細(xì)胞內(nèi)的過程重組（recombination）:轉(zhuǎn)移的基因與受體菌DNA整合在一起的過程細(xì)菌的基

8、因轉(zhuǎn)移和重組的方式。（一）轉(zhuǎn)化（transformation）:是供體菌裂解游離的DNA片段被受體菌直接攝取，使受體菌獲得新的性狀。轉(zhuǎn)化現(xiàn)象 舉例:Griffith（1928）用肺炎鏈球菌進(jìn)行試驗(yàn)（二）接合（conjugation）:是細(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。（1）F質(zhì)粒的接合: F質(zhì)粒進(jìn)入受體菌后，能單獨(dú)存在和自行復(fù)制，但有小部分F質(zhì)粒可插入到受體菌的染色體中，與染色體一起復(fù)制。整合后的細(xì)菌能高效地轉(zhuǎn)移染色體上的基因,故稱此菌為高頻重組菌（high frequency recombinant,Hfr）。見下圖：（2）R質(zhì)粒的結(jié)合:：細(xì)菌

9、的耐藥性與耐藥性的基因突變及R質(zhì)粒的接合轉(zhuǎn)移等有關(guān)。R質(zhì)粒由耐藥傳遞因子（resistance transfer factor,RTF）和耐藥決定子（r-dir）兩部分組成，這兩部分可以單獨(dú)存在，也可結(jié)合在一起，但單獨(dú)存在時(shí)不能發(fā)生質(zhì)粒的接合性傳遞。R質(zhì)粒決定耐藥的機(jī)制是：使細(xì)菌產(chǎn)生滅活抗生素的酶類R質(zhì)?？刂萍?xì)菌改變藥物作用的靶部位。如鏈霉素和紅霉素R質(zhì)粒可控制細(xì)菌細(xì)胞對藥物的通透性（三）轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）：轉(zhuǎn)導(dǎo)噬菌體（transducting phage）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。根據(jù)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因片段的范圍可分為以下兩種轉(zhuǎn)導(dǎo)。（1）普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)

10、（generalized transduction）轉(zhuǎn)導(dǎo)供體菌染色體上的任何部分，故稱為普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)。金黃色葡萄球菌中R質(zhì)粒的轉(zhuǎn)導(dǎo)在醫(yī)學(xué)上具有重要意義。轉(zhuǎn)導(dǎo)有兩種結(jié)果u 完全轉(zhuǎn)導(dǎo)：外源性DNA片段與受體菌的染色體整合，并隨染色體而傳代u 流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)（abortive transduction）：外源性DNA片段游離在胞質(zhì)中，既不能與受體菌染色體整合，也不能自身復(fù)制（2）局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（restricted transduction）或稱特異性轉(zhuǎn)導(dǎo)（specialized transduction）：所轉(zhuǎn)導(dǎo)的只限于供體菌染色體上特定的基因。舉例：如噬菌體進(jìn)入大腸埃希菌K12 半乳糖基因（gal）和生物素