細(xì)菌的遺傳與變異2012.ppt

1、Bacterial heredity and variation,教學(xué)重難點(diǎn),1、教學(xué)重點(diǎn)：細(xì)菌變異的機(jī)制 2、教學(xué)難點(diǎn)：細(xì)菌遺傳和變異的物質(zhì)基礎(chǔ),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。,-細(xì)菌的變異現(xiàn)象,毒力變異,形態(tài)結(jié)構(gòu)的變異,耐藥性變異,細(xì)菌的變異現(xiàn)象,菌落變異,-細(xì)菌的變異現(xiàn)象,形態(tài)結(jié)構(gòu)變異,正常形態(tài)細(xì)菌,細(xì)菌L型,葡萄球菌,葡萄球菌L型,-細(xì)菌的變異現(xiàn)象,形態(tài)結(jié)構(gòu)變異,有莢膜的肺炎球菌,無(wú)莢膜的肺炎球菌,-細(xì)菌的變異現(xiàn)象,毒力變異,白喉棒狀桿菌,獲得白喉毒素,白喉?xiàng)U菌溶原性

2、轉(zhuǎn)換示意圖,-細(xì)菌的變異現(xiàn)象,耐藥性變異,1.金黃色葡萄球菌耐青霉素的菌株已從1946年的14% 上升至目前的80%以上。 2.有些細(xì)菌還表現(xiàn)為同時(shí)耐受多種抗菌藥物，即多重耐藥性，甚至產(chǎn)生藥物依賴性。 含鏈霉素培養(yǎng)基痢疾桿菌依鏈株(耐藥菌株) 長(zhǎng)期培養(yǎng),-細(xì)菌的變異現(xiàn)象,細(xì)菌菌落形態(tài)變異,S型菌落,R型菌落,-細(xì)菌的遺傳物質(zhì),質(zhì)粒,染色體,噬菌體,細(xì)菌的遺傳物質(zhì),轉(zhuǎn)位因子,整合子,染色體（chromosome）,環(huán)狀雙螺旋DNA，長(zhǎng)約1mm, 決定細(xì)菌基因型(genotype)和表型(phenotype） 缺乏組蛋白，有核蛋白 染色體基因無(wú)內(nèi)含子 細(xì)菌染色體DNA的復(fù)制 和高等生物十分相似 。

3、,-細(xì)菌的遺傳物質(zhì),質(zhì)粒（plasmid）,染色體外的遺傳物質(zhì)，是環(huán)狀閉合雙鏈的 DNA，存在于細(xì)胞質(zhì)中，具有自我復(fù)制能力，所攜帶的遺傳物質(zhì)能賦予宿主菌某些生物學(xué)性狀。,-細(xì)菌的遺傳物質(zhì),醫(yī)學(xué)上重要的質(zhì)粒,F質(zhì)粒（致育因子）- 編碼細(xì)菌的性菌毛 R質(zhì)粒 (耐藥性質(zhì)粒)- 與細(xì)菌耐藥性有關(guān) 3. Vi質(zhì)粒（毒力質(zhì)粒）- 編碼與該菌致病性有關(guān)的毒力因子，如ST、LT質(zhì)粒 4. 代謝質(zhì)粒 - 編碼產(chǎn)生相關(guān)的代謝酶 5. 細(xì)菌素質(zhì)粒-編碼細(xì)菌素,-細(xì)菌的遺傳物質(zhì),質(zhì)粒（plasmid）,質(zhì)粒的特性,1.自我復(fù)制（緊密型質(zhì)粒和松弛型質(zhì)粒） 2.可以自行丟失與消除 3.可賦予細(xì)菌新的性狀 4.可在菌間轉(zhuǎn)移

4、 5.相容性和不相容性,-細(xì)菌的遺傳物質(zhì),質(zhì)粒（plasmid）,噬菌體(bacteriophage),-細(xì)菌的遺傳物質(zhì),噬菌體(bacteriophage),-細(xì)菌的遺傳物質(zhì),噬菌體(bacteriophage),-細(xì)菌的遺傳物質(zhì),相關(guān)概念,1.前噬菌體（prophage）：? 2.溶原性細(xì)菌（lysogenic bacterium）：? 3.溫和噬菌體（temperate phage）：?,轉(zhuǎn)位因子( Transposable element),轉(zhuǎn)位因子是存在于細(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

5、一個(gè)基因組中。,-細(xì)菌的遺傳物質(zhì),轉(zhuǎn)位因子( Transposable element),-細(xì)菌的遺傳物質(zhì),轉(zhuǎn)位因子分類(lèi),插入系列,轉(zhuǎn)座子,轉(zhuǎn)座噬菌體或前噬菌體,轉(zhuǎn)座子的特征,-細(xì)菌的變異機(jī)制,一、基因突變(mutation),基因突變即遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生突然改變,基因突變的類(lèi)型,點(diǎn)突變：范圍小 染色體畸變：范圍大,基因突變的機(jī)制,堿基的置換和移碼,-細(xì)菌的變異機(jī)制,一、基因突變(mutation),基因突變特性,1. 自發(fā)性與可誘發(fā)性 2. 隨機(jī)性與不對(duì)應(yīng)性 e.g. 彷徨試驗(yàn)；影印試驗(yàn) 3. 可逆性 突變可回復(fù)： 野生型 突變株,-細(xì)菌的變異機(jī)制,一、基因突變(mutation),彷徨實(shí)驗(yàn),

6、影印實(shí)驗(yàn),轉(zhuǎn)導(dǎo),轉(zhuǎn)化,接合,溶原性轉(zhuǎn)換,原生質(zhì)體融合,-細(xì)菌的變異機(jī)制,二、基因的轉(zhuǎn)移和重組,-基因的轉(zhuǎn)移和重組,二、基因的轉(zhuǎn)移和重組,轉(zhuǎn)化（transformation）,轉(zhuǎn)化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。,-基因的轉(zhuǎn)移和重組,二、基因的轉(zhuǎn)移和重組,轉(zhuǎn)化（transformation）,-基因的轉(zhuǎn)移和重組,二、基因的轉(zhuǎn)移和重組,轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）,以溫和噬菌體為媒介，將供體菌的DNA片段轉(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)（generalized transduction） 包括完全轉(zhuǎn)導(dǎo)與流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo) 局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)（restrict

7、ed transduction）,-基因的轉(zhuǎn)移和重組,二、基因的轉(zhuǎn)移和重組,轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）,普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo),-基因的轉(zhuǎn)移和重組,二、基因的轉(zhuǎn)移和重組,轉(zhuǎn)導(dǎo)（transduction）,局限性轉(zhuǎn)導(dǎo),-基因的轉(zhuǎn)移和重組,二、基因的轉(zhuǎn)移和重組,普遍性轉(zhuǎn)導(dǎo)與局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)的區(qū)別,-基因的轉(zhuǎn)移和重組,二、基因的轉(zhuǎn)移和重組,接合（conjugation）,細(xì)菌通過(guò)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,使受體菌獲得新性狀。,-基因的轉(zhuǎn)移和重組,二、基因的轉(zhuǎn)移和重組,接合（conjugation）,F質(zhì)粒的接合(F+與F-的接合),-基因的轉(zhuǎn)移和重組,二、基因的轉(zhuǎn)移

8、和重組,接合（conjugation）,F+與Hfr菌的轉(zhuǎn)換,Hfr與F+菌的轉(zhuǎn)換,-基因的轉(zhuǎn)移和重組,二、基因的轉(zhuǎn)移和重組,接合（conjugation）,F質(zhì)粒的接合(Hfr與F-的接合),-基因的轉(zhuǎn)移和重組,二、基因的轉(zhuǎn)移和重組,高頻重組菌 （high frequency recombinant，Hfr）,細(xì)菌染色體上整合有F質(zhì)粒，該菌能以較高的頻率轉(zhuǎn)移細(xì)菌染色體基因。 F質(zhì)粒： F質(zhì)粒在Hfr菌中的整合作用是一種可逆過(guò)程，從染色體上脫離下來(lái)的F質(zhì)粒還會(huì)攜帶鄰近的染色體基因或DNA片段。,F+ 、 Hfr、 F都為雄菌,-基因的轉(zhuǎn)移和重組,二、基因的轉(zhuǎn)移和重組,R質(zhì)粒的接合,耐藥傳遞因子

9、（resistance transfer factor, RTF）與F質(zhì)粒相似 耐藥（r）決定子 (resistance determinant)編碼對(duì)抗菌藥物的耐藥性，可由幾個(gè)轉(zhuǎn)座子連接相鄰排列。,-基因的轉(zhuǎn)移和重組,二、基因的轉(zhuǎn)移和重組,R質(zhì)粒的接合,-基因的轉(zhuǎn)移和重組,二、基因的轉(zhuǎn)移和重組,溶原性轉(zhuǎn)換（lysogenic conversion）,溶原性細(xì)菌因染色體上整合有前噬菌體,從而獲得新的遺傳性狀，稱溶原性轉(zhuǎn)換。,白喉棒狀桿菌,獲得白喉毒素,-基因的轉(zhuǎn)移和重組,二、基因的轉(zhuǎn)移和重組,原生質(zhì)體融合（protoplast fusion),是將兩種不同的細(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)體后進(jìn)行彼此融合的過(guò)程。,-細(xì)菌遺傳變異的醫(yī)學(xué)應(yīng)用,1.在疾病的診斷、治療與預(yù)防中的應(yīng)用 2.在流行病學(xué)中的應(yīng)用 噬菌體分型 指紋圖譜法 （plasmid fingerprinting ,PFP） 3.在測(cè)定致癌物質(zhì)中的應(yīng)用-Ames test 4.在基因工程中的應(yīng)用 工程技術(shù)生產(chǎn)胰島素、生長(zhǎng)激素 、疫苗等,-細(xì)菌遺傳變異的