細菌的遺傳和變異1

遺傳(heredity):

子代與親代的相似性變異（variation):

子代與親代的差異基因型變異（genotypicvariation）

—

遺傳物質結構改變而引起表型變異（phenotypicvariation）

—外界環境條件作用而引起2形態變異

3-6%食鹽

鼠疫桿菌────→多形態性(衰殘型)。

瓊脂培基

第一節細菌的變異現象3L型變異

青霉素、溶菌酶

正常形態細菌──────→L型變異

(部分或完全失去胞壁)

4特殊結構變異

42-43℃

炭疽桿菌────→失去形成芽胞能力,

10-20天毒性降低

變形桿菌（H）1%石炭酸（O）遷徙生長單個菌落鞭毛變異5菌落變異

陳舊培養基中傳代5-6次

光滑型菌落─────→粗糙型菌落

S失去LPS的特異性R

多糖重復單位SR變異為全面變異。6毒力變異

β棒狀噬菌體

白喉棒狀桿菌────→獲得白喉毒素

膽汁、甘油、馬鈴薯培養基

牛型結核桿菌────────→卡介苗

13年(230代)7耐藥性變異金黃色葡萄球菌耐PNC的菌株已從1946年的14%上升至目前的90%以上。有些細菌還表現為同時耐受多種抗菌藥物，即多重耐藥性，甚至產生藥物依賴性。含鏈霉素培基

痢疾桿菌─────→依鏈株(耐藥菌株)

長期培養

8第二節細菌的遺傳物質

細菌的遺傳物質是DNA，其存在形式有染色體及染色體外的遺傳物質（質粒、噬菌體、轉座因子、整合子）。

基因：一段具有特定功能和結構的連續DNA片段。

基因組：存在于生物單倍體細胞的全套基因。

基因組學與蛋白組學9一、細菌染色體（chromosome）

環狀雙螺旋的DNA長鏈、按一定結構反復回旋成松散的網狀結構附著于橫隔中介體或細胞膜特點：1、多為單拷貝基因2、功能相關的基因高度集中成操縱子3、具有連續的基因結構，無內含子4、轉錄后的RNA無需剪切5、大部分基因均能編碼蛋白質10細菌染色體的復制－－半保留復制11致病島（pathogenicityisland）－－位于致病菌染色體上－－編碼與毒力相關基因的外源性DNA片斷－－常為分子量較大（20～100kbp）的基因群－－兩側往往含有重復序列或插入序列－－其G＋C％與密碼使用與宿主菌染色體有明顯差異12

細菌染色體外的遺傳物質，為環狀、閉合的雙股DNA；能自我復制；并非細菌生命活動所必需，可以自然丟失，也可以在細菌間轉移；賦予細菌某些重要的生物學性狀；具有相容性與不相容性。二、質粒（plasmid)131415質粒的分類：1、接合性質粒與非接合性質粒2、緊密型質粒與松弛型質粒3、相容性質粒與不相容性質粒4、具質粒基因編碼的生物學性狀分代謝質粒；細菌素質粒（col質粒）等致育性質粒（F質粒）；耐藥性質粒（R質粒）16

侵襲細菌等微生物的病毒，具有嚴格的宿主特異性，也是賦予宿主菌生物學性狀的遺傳物質。

據其感染微生物的后果分為毒性噬菌體與溫和噬菌體。三、噬菌體（bacteriophage)17一）生物學性狀1、形態個體微小，有蝌蚪形、微球形和細桿形18蝌蚪形噬菌體結構模式圖2、結構:頭部——六棱柱體尾部——管狀器官193、化學組成--DNA或RNA核酸：--位于頭部中央蛋白質：--構成頭部外殼及尾部--保護核酸--決定噬菌體的表型特征204、抗原性--具有抗原性，能刺激機體產生抗體--抗體能阻止相應噬菌體侵襲敏感菌--主要表現在阻斷吸附5、抵抗力--比一般細菌繁殖體強，70攝氏度30min不失活；但紫外10-15min可滅活21二）噬菌體與宿主的相互關系1.毒性噬菌體的溶菌周期Virulentphage---能在敏感宿主菌內大量增殖并使之裂解的噬菌體溶菌周期吸附—

穿入—生物合成與裝配—成熟與釋放基因的復制蛋白質的合成(脫殼)22Adsorption吸附23Penetration穿入

24BiologicalSynthesis

生物合成

25MaturationandRelease

成熟和釋放

26Lyticcycle27噬菌現象液體培養基——渾濁變澄清固體培養基——噬菌斑噬斑熒光假單胞菌282、溶原性噬菌體或溫和噬菌體---噬菌體基因整合于宿主菌基因組中，并隨染色體復制而復制，隨菌分裂而傳給子代Lysogenicphage前噬菌體（prophage）---整和在細菌基因組中的噬菌體基因組溶原性細菌（lysogenicbacterium）---帶有前噬菌體基因組的細菌29Adsorption吸附30Penetration穿入

31Integration整合

32Lysogeniccycle3334Induction35Replication36MaturationandRelease3738四、轉座因子（tranponsableelement)

細菌染色體或質粒DNA分子中一段特異的核苷酸序列片段，可在DNA分子中隨機轉移，但須依附于染色體或質粒同時復制。

主要有三類：插入序列（IS）轉座子(Tn)

轉座噬菌體（Mu噬菌體）39TransposaseABCDEFGGFEDCBA插入序列（insertionsequence,IS）--最小的轉位因子，長度不超過2kb--不攜帶任何與插入功能無關的基因區域--往往插入后與插入點附近序列共同起作用可能是原細胞正常代謝的調節開關之一40--轉座子可能與細菌的多重耐藥性有關

IS

ISResistanceGene(s)IS

ISResistanceGene(s)轉座子（transposon,Tn）--長度>2kb，除攜帶與轉位有關的基因,

還攜帶多種結構基因41---當整合到細菌染色體上，能改變溶原性細菌的某些生物學性狀轉座噬菌體（Mu噬菌體）---一些具有轉座功能的溶原性噬菌體---從細菌染色體分離脫落時，可能連帶有細菌的DNA片段，故在遺傳物質轉移中起載體作用42五、整合子（Integron，In)

一種運動性的DNA分子，具有獨特結構可捕獲和整合外源性基因，使之轉化為功能性基因的表達單位。可存在于染色體、質粒或轉座子上，是細菌固有的遺傳單位。

又稱為整合子—基因盒系統（integron-genecassettessystem）43組成中間的可變區域1個或多個基因盒3’端保守區（3CS）5’端保守區（5CS）整合子—基因盒系統的結構445’3’intIgene2gene1

整合子結構示意圖attIABCP1P2P5′3′geneRYYYAACGTTRRRYattCattC455CSintI基因編碼整合酶integrase，催化基因盒整合至具有同源性的短序列（attI或attC）之間外源基因整合位點attI兩個啟動區域據intI基因的不同，可將In分為六類整合酶啟動子可變區啟動子46由3個ORF組成

qacE1編碼季胺類化合物耐藥性

sul1編碼磺胺類藥物耐藥性

ORF5功能不明3CS47基因盒（genecassettes）可移動的小分子DNA，僅攜帶一個基因和一個特異性重組位點（即attC），不含啟動子attC的兩端為7個bp的回文序列目前發現的基因盒攜帶的基因絕大多數為抗生素耐藥基因48整合子與轉位因子的關系整合子是缺陷轉座因子或轉座因子的變體整合子缺少轉座基因，不能啟動自身轉移基因盒不以反向重復序列為界49一、突變突變（mutation)—遺傳物質的結構發生突然而穩定的改變，包括置換、插入、缺失。分為：點突變和染色體畸變自然突變誘發突變第三節細菌變異的機理50突變的規律（1）隨機性、不對應性（2）稀有性、自發突變率低（3）可誘導性（4）可逆性5152一）轉化（transformation)概念：供體菌受體菌（轉化子）游離DNA(轉化因子)

直接攝取條件：供、受體菌具有同源性2.受體菌處于感受態（對數生長期）二、基因的轉移與重組53轉化因子（transformingprinciple）--同源的、未變性的雙鏈DNA分子--相對分子量為106~108感受態（competence）--細菌表面帶有大量吸附DNA的受體，包括DNA

結合蛋白、細胞壁自溶素、各種核酸酶。--感受態常出現在細菌的對數生長期5455565758二）接合（conjugation)概念：供體菌受體菌特點：供一受菌直接接觸接合性質粒：能通過接合方式轉移的質粒稱為接合性質粒。性菌毛質粒或染色體DNA59

方式：1)F+ⅹF-2F+

F+F-F+F-F+F+F+F+DonorRecipient60F+F+HfrHfr菌株：高頻重組菌株（Highfrequencyofrecombination)F質粒整合到染色體上,與染色體一起復制，整合后的細菌能以高頻率轉移該菌染色體上的基因。

Hfr菌上的F質粒也可被正常切割，Hfr菌變為F+菌。61HfrF-HfrF-HfrF-HfrF-

2）HfrⅹF-F-62F’F’F’F’F’F-F’F-3）F’質粒：Hfr菌上的F質粒被異常切割時，常帶有染色體上幾個鄰近的基因，可導致其再感染菌遺傳物質的改變，此為性導。63--編碼對抗菌藥物的耐藥性4)R質粒的接合--R質粒與耐藥性有關，尤其與多重耐藥性有關--R質粒的組成--編碼性菌毛的產生耐藥傳遞因子（RTF）耐藥決定因子--幾個轉座子連接相鄰排列Tn9Tn21Tn10Tn8RTFRdeterminant64三）轉導（transduction)概念：供體菌受體菌1.普遍性轉導裂解末期的裝配錯誤所致，可轉導供體菌的任一基因片段。分為：（1）完全轉導（2）流產轉導供體DNA噬菌體65普遍性轉導（Generalizedtransduction）66Generalizedtransduction67Generalizedtransduction68Generalizedtransduction6970galbiogalbiogalbiogalbiobiogal2.局限性轉導

溶原期的偏差脫落所致，只轉導供體菌染色體上個別特定的基因片段。71普遍性轉導與局限性轉導的區別較普遍轉導增加1000倍(10-4)受體菌的10-7轉導頻率受體菌獲得供體菌DNA特定部位的遺傳特性完全轉導或流產轉導轉導的后果噬菌體DNA及供體菌DNA的特定部位供體菌染色體DNA任何部位或質粒轉導的遺傳物質溶原期裂解期基因轉導發生的時期局限性轉導普遍性轉導區別要點72四）溶原性轉換（lysogenicconversion)導致細菌獲得新的性狀溫和噬菌體以前噬菌體的形式與細菌染色體發生重組7374五）原生質體融合（protopastfusion)--兩種不同的細菌經溶菌酶或青霉素等處理，失去細胞壁成為原生質體后進行彼此融合的過程

--一種人工基因轉移系統，本質上與基因轉