獸醫(yī)微生物第五章細菌的遺傳變異詳解演示文稿

獸醫(yī)微生物第五章細菌的遺傳變異詳解演示文稿當前第1頁\共有45頁\編于星期四\16點（優(yōu)選）獸醫(yī)微生物第五章細菌的遺傳變異當前第2頁\共有45頁\編于星期四\16點第一節(jié)細菌常見的變異現(xiàn)象形態(tài)和結構的變異菌落形態(tài)變異毒力變異耐藥性變異代謝變異抗原性變異當前第3頁\共有45頁\編于星期四\16點1、形態(tài)和結構的變異

常見的有細胞壁缺陷變異(細菌L型等)、莢膜變異或鞭毛變異等。

3-6%食鹽

鼠疫桿菌────→多形態(tài)性(衰殘型)

瓊脂培基一、細菌常見的變異現(xiàn)象當前第4頁\共有45頁\編于星期四\16點1、形態(tài)和結構的變異青霉素、溶菌酶

正常形態(tài)細菌──────→L型變異抗體或補體

(部分或完全失去胞壁)正常霍亂弧菌霍亂弧菌L型一、細菌常見的變異現(xiàn)象當前第5頁\共有45頁\編于星期四\16點形態(tài)結構變異特殊結構的變異

42-43℃

炭疽桿菌────→失去形成芽胞能力,毒性10-20天降低

變形桿菌（H）1%石炭酸（O）遷徙生長單個菌落鞭毛變異一、細菌常見的變異現(xiàn)象當前第6頁\共有45頁\編于星期四\16點2、菌落形態(tài)變異

菌落分為兩種類型，即表面光滑、濕潤，邊緣整齊的光滑型（S型）菌落和表面粗糙、枯干，邊緣不整齊的粗糙型(R型)菌落。在一定條件下，光滑型菌落可變?yōu)榇植谛?，稱為S→R變異。S→R變異，經(jīng)常伴隨著S型抗原的喪失和病原菌毒力由強變?nèi)醯刃誀畹母淖?。一、細菌常見的變異現(xiàn)象當前第7頁\共有45頁\編于星期四\16點3、毒力變異：毒力增強或減弱 毒力是病原菌特有的一種生物學性狀。在自然條件下，不僅不同菌株的毒力有所不同，就是同一菌株在不同條件下也表現(xiàn)出不同的毒力。在某種傳染病的發(fā)病初期，從患病動物體內(nèi)分離出來的菌株毒力較強，然而在流行末期分離到的細菌毒力大為減弱。毒力強的菌株在體外連續(xù)傳代改變培養(yǎng)條件后，毒力往往減弱，而通過易感動物又能便毒力減弱的菌株恢復毒力。一、細菌常見的變異現(xiàn)象當前第8頁\共有45頁\編于星期四\16點4、耐藥性變異

是對某種化學藥物抗性的變異，如耐藥性的產(chǎn)生。另外細菌也可產(chǎn)生對致死物理因子抗性的變異，如對多種物理因素的抗性增強等，比如耐熱性增強。一、細菌常見的變異現(xiàn)象當前第9頁\共有45頁\編于星期四\16點5、代謝變異

主要引起營養(yǎng)缺陷型變異，即細菌喪失合成一種或幾種營養(yǎng)成分的能力，無法在基本培養(yǎng)基上正常生長繁殖的變異類型。這種突變對研究細菌代謝產(chǎn)物的生物合成途徑很有用處。此外，營養(yǎng)型變異菌株可作為雜交、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導和原生質(zhì)體融合等研究中的標記菌種。

一、細菌常見的變異現(xiàn)象當前第10頁\共有45頁\編于星期四\16點6、抗原變異

由于環(huán)境條件的影響細菌抗原發(fā)生缺失或增加，或者由于細菌基因突變的影響，而引起其抗原結構發(fā)生改變的變異類型。常見的抗原變異有：菌體抗原變異鞭毛抗原變異（H-O變異）莢膜抗原變異一、細菌常見的變異現(xiàn)象當前第11頁\共有45頁\編于星期四\16點二、誘發(fā)細菌變異的方法

誘發(fā)突變是應用人工方法使細菌增殖和復制DNA時出現(xiàn)“錯誤”，從而育成人類需要的細菌變異品系。當前第12頁\共有45頁\編于星期四\16點（一）物理方法

包括改變溫度及輻射等。（二）化學方法

常用各種化學誘變劑。（三）生物學方法

利用各種生物學的方法可誘使微生物發(fā)生變異，使細菌發(fā)生毒力等性狀的改變，獲得性能良好的菌株。常用的誘變方法當前第13頁\共有45頁\編于星期四\16點第二節(jié)細菌遺傳的物質(zhì)基礎1、基因組(genome)

細菌的基因組位于核體，是遺傳的主要物質(zhì)基礎。核體又稱染色體(chromosome)是由兩條環(huán)狀雙螺旋DNA長鏈組成，含細菌的遺傳基因，控制細菌的遺傳與變異。細菌染色體DNA以半保留方式進行復制。故子代與親代細菌的性狀相同。倘若在DNA復制中，子代DNA發(fā)生改變，便會出現(xiàn)變異。當前第14頁\共有45頁\編于星期四\16點2、質(zhì)粒(Plasmid)

質(zhì)粒是細菌染色體外的遺傳物質(zhì)，多為環(huán)狀雙螺旋DNA分子。質(zhì)?？梢宰陨韽椭?，隨宿主菌分裂傳到子代菌體。在一定條件下，質(zhì)粒可以轉(zhuǎn)移，也可丟失。質(zhì)粒是自行復制單位，有的需與核質(zhì)染色體的復制同步，稱為嚴緊型復制。編碼細菌各種重要的生物學性狀。當前第15頁\共有45頁\編于星期四\16點№1

F質(zhì)粒：編碼性菌毛的質(zhì)粒稱致育質(zhì)?；騀質(zhì)粒。

具有F質(zhì)粒的細菌有性菌毛，為雄性細菌；無F質(zhì)粒的細菌無性菌毛，為雌性細菌，該質(zhì)粒與細菌的有性結合有關。當前第16頁\共有45頁\編于星期四\16點№2毒力質(zhì)粒：編碼細菌各種毒力因子的質(zhì)粒統(tǒng)稱毒力質(zhì)?；騐i質(zhì)粒。如致病性大腸桿菌在黏膜上定居及產(chǎn)生毒素的能力可由不同質(zhì)粒編碼，其中K質(zhì)粒編碼對黏膜具有黏附活性的菌毛，ST質(zhì)粒與LT質(zhì)粒分別編碼耐熱腸毒素和不耐熱腸毒素。細菌對抗菌藥物或重金屬鹽類的抗性則由R質(zhì)粒所決定。

一個質(zhì)?？赏瑫r具有幾種編碼功能。當前第17頁\共有45頁\編于星期四\16點№3

R質(zhì)粒：含有細菌對抗菌藥物或重金屬鹽類的抗性基因的質(zhì)粒，稱為R質(zhì)粒（resistanceplasmid)。

由于R因子可通過接合的種、屬不同的細菌間轉(zhuǎn)移，因此有些痢疾桿菌即使未與藥物接觸過，但可自耐藥的大腸桿菌獲得R因子而耐藥。當前第18頁\共有45頁\編于星期四\16點№4Col質(zhì)粒：大腸桿菌素質(zhì)粒（Colplasmid，或稱Col因子）：攜帶有產(chǎn)生大腸桿菌素（colicin）酶系基因的質(zhì)粒，賦予大腸桿菌產(chǎn)生大腸桿菌素的能力。

大腸桿菌素（colicin）是一種由E.coli的某些菌株所分泌的細菌素，具有通過抑制復制、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)譯或能量代謝等而專一地殺死其他腸道細菌的功能。凡帶Col質(zhì)粒的菌株，由于質(zhì)粒本身編碼一種免疫蛋白，從而對大腸桿菌素有免疫作用，不受其傷害。當前第19頁\共有45頁\編于星期四\16點 質(zhì)?？梢栽诩毦g轉(zhuǎn)移，當質(zhì)粒從一個細菌轉(zhuǎn)移至另一個細菌時，攜帶的性狀也隨之轉(zhuǎn)移。質(zhì)粒的轉(zhuǎn)移不僅可以發(fā)生在同種、同屬的細菌之間，有的甚至還可以在不同種屬的細菌間進行。按其轉(zhuǎn)移的特性時將質(zhì)粒分為二類:接合性質(zhì)粒與非接合性質(zhì)粒。當前第20頁\共有45頁\編于星期四\16點2、穿梭載體是一類特殊的質(zhì)粒，可在某種屬關系差異較大的微生物中轉(zhuǎn)移，例如在大腸桿菌與酵母之間。利用它可攜帶質(zhì)核或真核微生物的外源序列。當前第21頁\共有45頁\編于星期四\16點3、轉(zhuǎn)位因子轉(zhuǎn)位因子(transposableelement)細菌基因組中能改變自身位置的DNA片段稱之為轉(zhuǎn)座因子。此種移動可發(fā)生在同一染色體上，也可發(fā)生在染色體之間或質(zhì)粒之間，甚至染色體與質(zhì)粒之間。

細菌的轉(zhuǎn)位因子有三種類型:

插入序列（IS，insertsewuence）轉(zhuǎn)座子(Tn,transposon)Mu噬菌體(促變噬菌體,mutatorphage)當前第22頁\共有45頁\編于星期四\16點4、毒力島(pathogenicityisland，PAI)

PAI是指病原菌的某個或某些毒力基因群，分子結構與功能有別于細菌染色體，但位于細菌染色體之內(nèi)，因此稱之為“島”。

這是20世紀80年代末德國學者Hacker等提出的一個新概念。

當前第23頁\共有45頁\編于星期四\16點PAI特征：1、分子量較大，通常為20～100kb。2、PAI雖然是染色體的DNA片段，但其G+Cmol%及密碼使用與細菌染色體有明顯差異3、兩端往往具有重復序列與插入元件，往往位于細菌染色體的tRNA位點內(nèi)或附近，或位于與質(zhì)粒、噬菌體整合有關的位點處。當前第24頁\共有45頁\編于星期四\16點第三節(jié)細菌變異的機制

細菌是單細胞生物，以二分裂方式進行無性繁殖，子代只有從一個親代獲得遺傳物質(zhì)。細菌要發(fā)生變異，一種情況是基因發(fā)生突變，一種情況是兩個不同性狀細菌的基因可以轉(zhuǎn)移到一起，經(jīng)過基因間的重組，形成新的遺傳型個體。當前第25頁\共有45頁\編于星期四\16點一、基因突變

基因突變簡稱突變，是變異的一種，指生物細胞遺傳物質(zhì)DNA分子結構突然發(fā)生了穩(wěn)定的可遺傳的變化。它是生物進化的一個重要因素?；蛲蛔兊姆N類：

細菌與一般生物細胞一樣可發(fā)生突變，其突變也可按發(fā)生改變的范圍大小，分為染色體畸變和點突變。當前第26頁\共有45頁\編于星期四\16點1、染色體畸變?nèi)旧w畸變（chromosomalaberration）是指染色體的一大段發(fā)生了變化。包括染色體結構上的

缺失（delection）

重復（duplication）

插入（insertion）

易位（translocation）

倒置（inversion）當前第27頁\共有45頁\編于星期四\16點2、點突變點突變（pointmutation）是指DNA鏈上一個或少數(shù)幾個堿基對的改變。包括

堿基對的置換（replacement）因缺失或插入而造成的移碼(frameshift)轉(zhuǎn)換（transition）顛換（transversion）當前第28頁\共有45頁\編于星期四\16點二、基因轉(zhuǎn)移供體細菌直接或間接地將部分遺傳物質(zhì)單向傳遞給受體細菌，從而導致受體細菌發(fā)生基因重組的現(xiàn)象稱為基因轉(zhuǎn)移（transgenosis）。細菌的基因轉(zhuǎn)移和重組的主要形式有轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導、接合、原生質(zhì)體融合和溶原性轉(zhuǎn)換。當前第29頁\共有45頁\編于星期四\16點1、轉(zhuǎn)化（transformation）供體菌裂解后游離的DNA片段被受體菌直接攝取，使受體菌獲得新的遺傳性狀的過程稱為轉(zhuǎn)化。感受態(tài)（competence）

受體菌只有處于感受態(tài)時，才能攝取轉(zhuǎn)化因子。細菌處于感受態(tài)是因為其表面有一種吸附DNA的受體。當前第30頁\共有45頁\編于星期四\16點轉(zhuǎn)化當前第31頁\共有45頁\編于星期四\16點2、轉(zhuǎn)導（transduction）轉(zhuǎn)導是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)導局限性轉(zhuǎn)導當前第32頁\共有45頁\編于星期四\16點普遍性轉(zhuǎn)導（generaltransduction）供體菌DNA的任何片段都有同等的機會被裝入噬菌體外殼內(nèi),繼而進入受體菌,故稱普遍性轉(zhuǎn)導。噬菌體普遍性轉(zhuǎn)導模式圖當前第33頁\共有45頁\編于星期四\16點普遍性轉(zhuǎn)導當前第34頁\共有45頁\編于星期四\16點普遍性轉(zhuǎn)導完全轉(zhuǎn)導（completetransduction）

外源性DNA片段與受體菌的染色體整合，并隨染色體而傳代，稱完全轉(zhuǎn)導。

流產(chǎn)轉(zhuǎn)導（abortivetransduction）

外源性DNA片段不能重組到受體菌染色體上，由于不能自身復制，隨著細菌分裂供體DNA只能沿著單個菌體傳遞下去，稱為流產(chǎn)轉(zhuǎn)導。

當前第35頁\共有45頁\編于星期四\16點局限性轉(zhuǎn)導（restrictedtransduction）局限性轉(zhuǎn)導或特異性轉(zhuǎn)導，由溫和噬菌體介導，所轉(zhuǎn)導的只限于前噬菌體兩旁的供體菌染色體的基因。如λ噬菌體進入大腸埃希菌。當前第36頁\共有45頁\編于星期四\16點局限性轉(zhuǎn)導galbiogalbiogalbiogalbiobiogal當前第37頁\共有45頁\編于星期四\16點3、接合（conjugation）

接合是兩個完整的細菌細胞通過性菌毛直接連接溝通，將質(zhì)粒DNA從供體菌轉(zhuǎn)移給受體菌的過程。

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，主要包括F質(zhì)粒和R質(zhì)粒。當前第38頁\共有45頁\編于星期四\16點E.colistrainsundergoingconjugation(TEMx27,700)當前第39頁\共有45頁\編于星期四\16點F質(zhì)粒的接合F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipient當前第40頁\共有45頁\編于星期四\16點4、原生質(zhì)體融合是指以人工方法去除兩個不同菌株細胞的細胞壁使其成為原生質(zhì)體，試原生質(zhì)體發(fā)生融合，形成雙親本菌株優(yōu)良形狀、穩(wěn)定遺傳的融合子（fusant），這一過程稱為原生質(zhì)體融合（protopl