第5章細菌(xìjūn)的遺傳變異第一頁，共七十頁。

遺傳（heredity）變異（variation）基因型變異(biànyì)

表型變異(biànyì)

遺傳與變異是所有生物的共同(gòngtóng)生命特征

子代與親代生物學性狀基本相同,且代代相傳子代與親代,子代與子代的生物學性狀出現(xiàn)差異

第二頁，共七十頁。基因型和表型變異(biànyì)的比較基因型變異(biànyì)表型變異(biànyì)基因結(jié)構(gòu)變化未變可逆性不或極少可逆穩(wěn)定性穩(wěn)定不穩(wěn)定環(huán)境影響涉及細菌數(shù)不受影響受影響個別全體第三頁，共七十頁。細菌的變異(biànyì)現(xiàn)象形態(tài)(xíngtài)、結(jié)構(gòu)變異毒力變異耐藥性變異菌落變異第四頁，共七十頁。

細菌(xìjūn)的變異現(xiàn)象1.形態(tài)結(jié)構(gòu)變異---外界環(huán)境因素所致

細菌L型變異:

莢膜變異(capsule):肺炎鏈球菌芽胞變異(spore):炭疽桿菌鞭毛變異(flagellum):H-O變異---失去鞭毛的變異有鞭毛：H（Hauch）菌落。無鞭毛：O（Ohnehauch）菌落。

第五頁，共七十頁。形態(tài)(xíngtài)結(jié)構(gòu)變異

青霉素、溶菌酶

正常形態(tài)細菌──────→L型變異(biànyì)抗體或補體

(部分或完全失去胞壁)

正常(zhèngcháng)霍亂弧菌霍亂弧菌L型第六頁，共七十頁。

特殊結(jié)構(gòu)的變異

42-43℃

炭疽桿菌失去形成芽胞能力(nénglì),毒性降低

10-20天

第七頁，共七十頁。

特殊結(jié)構(gòu)的變異

變形桿菌0.1%石炭酸

遷徙生長(shēngzhǎng)（H）點狀生長、單個菌落（O）鞭毛(biānmáo)變異第八頁，共七十頁。2.毒力變異(biànyì)：

(Virulence)

毒力↓：BCG（卡介苗）

膽汁(dǎnzhī)、甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基

牛分枝桿菌卡介苗

13年(230代)

毒力↑：白喉(báihóu)桿菌溶原化第九頁，共七十頁。3.耐藥性變異:

(Drug-resistance)

細菌對某種抗菌藥物(yàowù)由敏感變成耐藥的變異。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90%。有些(yǒuxiē)細菌還表現(xiàn)為同時耐受多種抗菌藥物，即多重耐藥性，甚至產(chǎn)生藥物依賴性。含鏈霉素培基

痢疾桿菌─────→依鏈株(耐藥菌株)

長期培養(yǎng)第十頁，共七十頁。4.菌落(jūnluò)變異：(Colony)

特點(tèdiǎn)：S-R變異常伴有其他性狀的變異（毒力，抗原性等）而造成全面的變異菌落(jūnluò)由光滑（S）型變?yōu)榇植冢≧）型如腸道桿菌

S-R變異失去LPS的特異多糖第十一頁，共七十頁。一、染色體(chromosome)二、質(zhì)粒(plasmid)

三、轉(zhuǎn)座因子(yīnzǐ)

(transposableelement)四、整合子(integron,In)五、噬菌體（phage）第一節(jié)細菌(xìjūn)的遺傳物質(zhì)第十二頁，共七十頁。特點：1.

單倍體

2.不含核膜，核仁

3.基因以操縱子形式存在

4.為連續(xù)基因，無內(nèi)含子，轉(zhuǎn)錄后不需剪接加工(jiāgōng)5.基因組DNA大部分用來編碼蛋白質(zhì)

6.結(jié)構(gòu)基因無重疊現(xiàn)象7.細菌的種內(nèi)和種間存在廣泛的遺傳物質(zhì)交換一、細菌(xìjūn)染色體

第十三頁，共七十頁。操縱子(operon)結(jié)構(gòu)(jiégòu)編碼序列啟動序列操縱序列其他調(diào)節(jié)序列(promoter)(operator)第十四頁，共七十頁。

乳糖(rǔtánɡ)操縱子(lacoperon)的結(jié)構(gòu)調(diào)控區(qū)CAP結(jié)合位點啟動序列操縱序列結(jié)構(gòu)基因Z：β-半乳糖苷酶Y：透過酶A：乙酰化酶ZYAOPDNA表達(biǎodá)區(qū)第十五頁，共七十頁。特點：1.

單倍體

2.不含核膜，核仁

3.基因以操縱子形式存在

4.為連續(xù)基因，無內(nèi)含子，轉(zhuǎn)錄后不需剪接加工5.基因組DNA大部分用來編碼蛋白質(zhì)

6.結(jié)構(gòu)(jiégòu)基因無重疊現(xiàn)象7.細菌的種內(nèi)和種間存在廣泛的遺傳物質(zhì)交換一、細菌(xìjūn)染色體

第十六頁，共七十頁。細菌的種內(nèi)和種間存在廣泛的遺傳物質(zhì)交換致病島(pathogenicityisland)：致病菌染色體上編碼(biānmǎ)與毒力相關(guān)基因的外源DNA片斷.耐藥基因(resistantgene)：與耐藥性的產(chǎn)生和傳播密切相關(guān)第十七頁，共七十頁。二、質(zhì)粒（plasmid）1.本質(zhì)：

能自主(zìzhǔ)復制的染色體外遺傳物質(zhì)，為環(huán)狀閉合的雙鏈DNA。質(zhì)粒可游離于胞漿中或整合于染色體上

第十八頁，共七十頁。2.分類：

根據(jù)(gēnjù)質(zhì)粒基因編碼的生物學性狀

致育質(zhì)粒/F(fertility)質(zhì)粒

——編碼性菌毛

耐藥性質(zhì)粒

——

編碼細菌對抗菌藥物或重金屬鹽類的耐藥性

第十九頁，共七十頁。毒力質(zhì)粒/Vi(virulence)質(zhì)粒

——編碼與該菌致病性有關(guān)的毒力因子

細菌素質(zhì)粒

——編碼各種細菌產(chǎn)生的細菌素如：Col質(zhì)粒編碼大腸埃希菌產(chǎn)生的大腸菌素

代謝(dàixiè)質(zhì)粒

——編碼產(chǎn)生與代謝相關(guān)的許多酶類

第二十頁，共七十頁。3.質(zhì)粒DNA基本(jīběn)特性：A.

可自我復制；是一個復制子

B.質(zhì)粒DNA編碼的基因產(chǎn)物能賦予細菌(xìjūn)

些性狀特征

致育性、耐藥性、致病性等

C.質(zhì)粒可自然丟失與消除自然丟失率10-2～10-8；可用高溫、紫外線等除去第二十一頁，共七十頁。D.質(zhì)粒具有(jùyǒu)轉(zhuǎn)移性：接合性質(zhì)粒——通過性菌毛進行基因傳遞非接合性質(zhì)粒——經(jīng)接合性質(zhì)粒誘動

或經(jīng)載體(噬菌體)進行基因傳遞E.質(zhì)粒具有相容性和不相容性第二十二頁，共七十頁。

三、轉(zhuǎn)座因子(yīnzǐ)1.本質(zhì)：細菌內(nèi)能改變自身位置的DNA序列，為移動基因(jīyīn)（movablegenes）2.轉(zhuǎn)移方式：

通過自身編碼產(chǎn)生的轉(zhuǎn)座酶導致其轉(zhuǎn)移或移位——①染色體內(nèi)移位（A—B） ②染色體與質(zhì)粒間③不同質(zhì)粒之間第二十三頁，共七十頁。3.種類(zhǒnglèi)：插入序列（insertionsequence,IS）

是最小的轉(zhuǎn)位(zhuǎnwèi)因子，＜2kb

重復序列TransposaseGene重復序列轉(zhuǎn)座子（transposon,Tn）

＞2kb，除兩端的IS外，還攜帶與轉(zhuǎn)座無關(guān)的耐藥性基因、抗金屬(jīnshǔ)基因、毒素基因及其他結(jié)構(gòu)基因。IS

ISResistanceGene(s)第二十四頁，共七十頁。常見(chánɡjiàn)的插入序列和轉(zhuǎn)座子ISbpTn耐藥或毒素(dúsù)基因IS1768Tn1AP（氨芐青霉素）IS21327Tn6Kan（卡那霉素）IS31300Tn10Tet（四環(huán)素）IS41426Tn551Em（紅霉素）IS51195Tn681E.coliET（腸毒素）第二十五頁，共七十頁。四、整合子（integron，In）定位于細菌染色體、質(zhì)粒或轉(zhuǎn)座子上基本結(jié)構(gòu)(jiégòu)：兩端為保守末端，中間為可變區(qū)，含一個或多個基因盒整合子含有3個功能元件：重組位點；整合酶基因；啟動子通過轉(zhuǎn)座子或接合性質(zhì)粒，使多種耐藥基因在細菌中進行水平傳播第二十六頁，共七十頁。

五、噬菌體（bacteriophage）形態(tài)結(jié)構(gòu)(jiégòu):蝌蚪形衣殼：蛋白質(zhì)核酸：dsDNA分布廣:有菌就有噬菌體宿主特異性：流行病調(diào)查；分型參與(cānyù)細菌變異：轉(zhuǎn)導,溶原性轉(zhuǎn)換第二十七頁，共七十頁。

變異基因型變異(biànyì)

表型變異(biànyì)

基因重組基因突變(jīyīntūbiàn)

染色體變異

細菌變異的機制第二十八頁，共七十頁。第三節(jié)基因(jīyīn)的轉(zhuǎn)移和重組轉(zhuǎn)移：供菌提供DNA；受菌接受(jiēshòu)DNA重組：受菌獲得供菌DNA，基因整合類型(lèixíng)

基因來源

轉(zhuǎn)移方式轉(zhuǎn)化

供菌

受菌攝入接合

供菌

通過性菌毛轉(zhuǎn)導

供菌

噬菌體媒介溶原性轉(zhuǎn)換

噬菌體

前噬菌體第二十九頁，共七十頁。一、轉(zhuǎn)化（transformation）受菌直接攝取供體菌DNA供菌死亡時釋放或人工(réngōng)方法提取DNA

例：溶菌時，裂解的DNA片段(piànduàn)被另一細菌攝取。第三十頁，共七十頁。最早由Griffith在研究肺炎鏈球菌時發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象(xiànxiàng)——肺炎鏈球菌（Griffith）轉(zhuǎn)化試驗。小鼠體內(nèi)肺炎(fèiyán)鏈球菌

轉(zhuǎn)化試驗死亡(sǐwáng)死亡第三十一頁，共七十頁。影響因素：供受菌基因型：同源性；親緣關(guān)系近，轉(zhuǎn)化率高感受態(tài)（competence）：生理活動(huódòng)過程中攝取轉(zhuǎn)化因子的最佳時期環(huán)境因素：Mg2＋、Ca2＋等可促進轉(zhuǎn)化第三十二頁，共七十頁。二、接合（conjugation）通過性菌毛將供菌DNA轉(zhuǎn)給受體菌，受體菌獲得(huòdé)供體菌性狀主要(zhǔyào)接合性質(zhì)粒：

F質(zhì)粒、R質(zhì)粒、Col質(zhì)粒、Vi質(zhì)粒第三十三頁，共七十頁。大腸埃希菌與腸道桿菌接合(jiēhé)

（電鏡掃描圖）第三十四頁，共七十頁。F質(zhì)粒（fertilityfactor,致育因子(yīnzǐ)）作用(zuòyòng)：編碼性菌毛轉(zhuǎn)移：F質(zhì)粒進入F－菌，1分鐘完成復制：F－菌轉(zhuǎn)為F＋菌F－F+F+F+第三十五頁，共七十頁。

F-菌獲得(huòdé)F質(zhì)粒,變?yōu)镕+菌第三十六頁，共七十頁。存在：F+菌----含游離的F質(zhì)粒F’菌----含帶宿主菌基因(jīyīn)的F質(zhì)粒Hfr菌(highfrequencyrecombinant)高頻重組菌----F質(zhì)粒整合于細菌染色體中第三十七頁，共七十頁。F質(zhì)粒存在的生理(shēnglǐ)狀態(tài)

第三十八頁，共七十頁。大腸桿菌(dàchánɡɡǎnjūn)F質(zhì)粒的各種存在狀態(tài)間的轉(zhuǎn)變F-菌F+菌Hfr菌F′菌-lac與

F+菌接合(jiēhé)丟失(diūsī)整合切離偏差切離

丟失整合與F′菌接合第三十九頁，共七十頁。Hfr（高頻重組菌株）：

F質(zhì)粒與染色體整合(zhěnɡhé)具有結(jié)合和轉(zhuǎn)移功能細菌染色體轉(zhuǎn)移頻率高，F(xiàn)質(zhì)粒低受體菌獲得供體菌性狀用于繪制基因圖第四十頁，共七十頁。Hfr轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)細菌染色體過程1.兩者結(jié)合2.DNA一條鏈斷開，染色體DNA經(jīng)性菌毛進入F-菌3.接合作用可隨時中斷（自發(fā)或外界因素(yīnsù)），F(xiàn)-菌可獲得不同長度染色體基因,但F-菌仍為F-菌第四十一頁，共七十頁。●R質(zhì)粒

作用(zuòyòng)：決定細菌的耐藥性

結(jié)構(gòu)：1.RTF

(resistancetransferfactor)

耐藥傳遞因子--編碼性菌毛，與復制、接合及轉(zhuǎn)移(zhuǎnyí)有關(guān)

2.Rdeterminant（r決定子）--編碼對抗菌藥物的耐藥性

第四十二頁，共七十頁。結(jié)合(jiéhé)游離(yóulí)耐藥傳遞(chuándì)因子（RTF）r決定子IS

ISr決定子存在

a.復合物形式：RTF-r決定子

b.游離形式：兩部分單獨存在時無接合傳遞R質(zhì)粒的功能耐藥傳遞因子第四十三頁，共七十頁。三、轉(zhuǎn)導(zhuǎndǎo)（transduction）噬菌體媒介將供菌DNA轉(zhuǎn)給受菌分普遍性轉(zhuǎn)導和局限性轉(zhuǎn)導第四十四頁，共七十頁。毒性噬菌體，溫和(wēnhé)噬菌體包裝錯誤：任何部位細菌DNA片段轉(zhuǎn)導性噬菌體：供體菌DNA誤裝入噬菌體受菌接受轉(zhuǎn)導噬菌體(供菌)DNA受菌獲得供菌性狀普遍性轉(zhuǎn)導(zhuǎndǎo)（generalizedtransduction)第四十五頁，共七十頁。普遍性轉(zhuǎn)導中外源DNA的結(jié)果(jiēguǒ)1.完全轉(zhuǎn)導：供體菌的DNA與受體菌染色體重組，隨染色體復制而隨之傳代2.流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(abortivetransduction):

供體菌的DNA與受體菌染色體不能進行重組,轉(zhuǎn)導的片斷不能自身復制，也不能傳代

第四十六頁，共七十頁。局限性轉(zhuǎn)導(zhuǎndǎo)(restrictedtransduction)溫和性噬菌體介導---前噬菌體從宿主菌染色體上脫落時發(fā)生偏差,將前噬菌體兩側(cè)的宿主染色體基因轉(zhuǎn)移到受體菌,使受體菌遺傳發(fā)生(fāshēng)改變的過程.第四十七頁，共七十頁。局限性轉(zhuǎn)導(zhuǎndǎo)機制bio----生物素基因(jīyīn)gal----糖苷酶基因正常(zhèngcháng)切離偏差切離缺陷噬菌體正常噬菌體前噬菌體第四十八頁，共七十頁。

局限性轉(zhuǎn)導與普遍性轉(zhuǎn)導的主要區(qū)別

普遍性轉(zhuǎn)導局限性轉(zhuǎn)導轉(zhuǎn)導時間

溫和噬菌體裂解期溫和噬菌體溶原期轉(zhuǎn)導基因供體菌染色體DNA的噬菌體DNA及供菌染色任何部位(bùwèi)或質(zhì)粒體DNA的特定部位片斷轉(zhuǎn)導頻率

低高轉(zhuǎn)導結(jié)果

完全轉(zhuǎn)導獲得供體菌DNA

流產(chǎn)轉(zhuǎn)導特定部位的遺傳特性

第四十九頁，共七十頁。四、溶原性轉(zhuǎn)換（lysogenicconversion）

溫和噬菌體DNA與菌染色體整合

受菌獲得(huòdé)新的性狀

如白喉桿菌：β-噬菌體-外毒素基因

不產(chǎn)毒白喉桿菌產(chǎn)毒白喉桿菌第五十頁，共七十頁。甲菌乙菌溶菌酶或青霉素處理(chǔlǐ)

原生質(zhì)體

聚乙二醇重組(zhònɡzǔ)融合體特點：1、不限于個別基因的轉(zhuǎn)移而是整個染色體基因的轉(zhuǎn)移2、同種(tónɡzhǒnɡ)、異種間都可發(fā)生3、可獲得多種不同表型的重組融合體，但隨機性大，壽命短

原生質(zhì)體融合

(protoplastfusion)第五十一頁，共七十頁。細菌基因轉(zhuǎn)移與重組的幾種方式比較(bǐjiào)

方式基因來源轉(zhuǎn)移機制轉(zhuǎn)化供體菌直接攝取接合雄性菌性菌毛溝通普遍轉(zhuǎn)導供體菌噬菌體介導局限轉(zhuǎn)導溶原菌溫和噬菌體介導溶原轉(zhuǎn)換(zhuǎnhuàn)溫和噬菌體溫和噬菌體感染融合原生質(zhì)體原生質(zhì)體融合第五十二頁，共七十頁。

變異基因型變異(biànyì)

表型變異(biànyì)

基因重組(zhònɡzǔ)基因突變?nèi)旧w變異

第四節(jié)基因突變(Genemutation)DNA堿基對的置換、插入或缺失所致的基因結(jié)構(gòu)的變化，分點突變和染色體畸變。變異的類型:基因突變的概念第五十三頁，共七十頁。突變的類型:①小突變

堿基插入轉(zhuǎn)換(zhuǎnhuàn)

單點突變堿基置換堿基缺失顛換多點突變

②大突變多點突變

染色體重排染色體畸變

染色體重復染色體倒位染色體缺失染色體置換第五十四頁，共七十頁。染色體畸變類型A～G、X代表不同的DNA片段

野生型倒位重復缺失置換插入第五十五頁，共七十頁。3.突變規(guī)律：自發(fā)(zìfā)突變與誘發(fā)突變突變率

自發(fā)突變：10-6~10-9

誘發(fā)突變：提高10~1000倍突變與選擇：突變是隨機的，不定向的試驗：

1943年Luria和Delbruck設(shè)計了有名的彷徨試驗(fluctuationtest)；

1952年Lederberg等設(shè)計了影印培養(yǎng)(replicaplating)。第五十六頁，共七十頁。103/ml敏感(mǐngǎn)菌10ml10ml立即(lìjí)接種37℃24h含噬菌體平板(píngbǎn)含噬菌體平板37℃24h彷徨試驗：隨機的、非定向的突變是在接觸噬菌體之前就已發(fā)生，噬菌體對突變僅起篩選而不是誘導作用。第五十七頁，共七十頁。影印(yǐngyìn)平板：自發(fā)的，隨機的，抗生素僅起選擇作用第五十八頁，共七十頁。回復突變與抑制(yìzhì)突變野生(yěshēng)株(wildstrain)突變(tūbiàn)株(mutantstrain)

正向突變回復突變回復突變原因:

突變株中的一個抑制基因突變所致.回復突變可自發(fā)或誘導發(fā)生。

第五十九頁，共七十頁。回復突變基因(jīyīn)內(nèi)抑制(intragenicsuppressor)抑制基因突變發(fā)生在同一基因內(nèi)的不同(bùtónɡ)部位基因(jīyīn)間抑制(extragenicsuppressor)

抑制基因突變發(fā)生在不同基因第六十頁，共七十頁。回復突變基因型模式圖基因型回復突變機制(jīzhì)菌株表型突變(tūbiàn)前野生株敏感突變(tūbiàn)后突變(tūbiàn)株耐藥

基因內(nèi)抑制回復突變株敏感

基因間抑制回復突變株敏感第六十一頁，共七十頁。4.突變型細菌及其分離(fēnlí)：

耐藥性突變型藥敏試驗營養(yǎng)缺陷突變型營養(yǎng)物質(zhì)篩選條件致死性突變型溫度敏感試驗發(fā)酵陰性突變型乳糖