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5 细菌的遗传与变异.ppt

5 细菌的遗传与变异

小女巫莲
2013-07-19 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《5 细菌的遗传与变异ppt》,可适用于自然科学领域

HeredityandvariationHeredityandvariation遗传(heredity):使细菌的性状保持相对稳定且代代相传使其菌种得以保存。变异(variation):在一定条件下子代与亲代之间以及子代与子代之间的生物学性状出现的差异。遗传与变异是所有生物的共同特征使生物物种得到沿续与进化。遗传性变异(基因型变异)非遗传性变异(表型变异)第一节细菌的遗传物质第一节细菌的遗传物质染色体质粒一、染色体(chromosome)一、染色体(chromosome)一条环状双螺旋DNA长链按一定构型反复盘绕、卷曲、呈超螺旋状态缠绕成团称为拟核(nucleoid)中心为RNA和支架蛋白质组成无组蛋白无核膜包裹~×bp约含有个基因双向复制复制快:bpmin全过程约min无内含子为连续基因单倍体:突变后更易表现细菌染色体的复制特点细菌染色体的复制特点自复制起点开始最后汇合到距起点°的终点上在复制起点处形成一个复制泡和两个复制叉双向复制复制速度快核苷酸对分钟需一系列的酶参与复制与分裂不同步细菌的转录细菌基因表达调节系统操纵子操纵子:(operon):一群功能相关的结构基因(structuralgene)和操纵基因(operator)、启动子(promoter)共同构成一个转录单位。细菌的转录结构基因相邻并且共同受同一个操纵基因和启动子所控制。一个操纵子的所有结构基因均由同一启动子起始转录并受到相同调控元件的调节所以从结构上可以把它们看作一个整体。质粒(plasmid):是细菌染色体以外的遗传物质是环状闭合的双链DNA。二、质粒质粒DNA的特征⑴有自我复制的能力一个质粒是一个复制子紧密型:复制与染色体同步松弛型:与染色体的复制不相关⑵编码某些特定性状:F质粒(致育性质粒)R质粒(耐药性质粒)Vi质粒(毒力质粒)Col质粒(细菌素质粒)代谢质粒(编码与代谢相关的酶)⑶可自行丢失或人工消除消除质粒其所赋予的特性也随之消失  ⑷可在细菌间转移通过接合、转导、转化等方式⑸可分为相容性与不相容性两种相容性:几种质粒共存于一个细菌内不相容性:几种质粒不能存于一个细菌内质粒种类质粒种类致育质粒(fertilityplasmid、F质粒)编码性菌毛介导细菌之间的接合传递耐药性质粒(resistanceplasmid、R质粒)编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。分两类一是接合性耐药质粒(R质粒)另一是非接合耐药性质粒(r质粒)毒力质粒(Vi质粒)编码与该菌致病性有关的毒力因子细菌素质粒编码细菌产生细菌素代谢质粒编码产生相关的代谢酶。突变(mutation):是细菌遗传物质的结构发生突然而稳定的改变导致细菌性状的遗传性变异。突变的发生有两种:自发突变(spontaneousmutation):细菌在正常生长条件下和生命活动中所发生的突变。诱发突变(inducedmutation):人工应用理化因素等诱发产生的突变。第二节基因突变与诱变突变的类型突变的类型点突变(pointmutation)只有一个碱基对的变化(置换、插入、缺失)结果同义突变错义突变无义突变移码突变多点突变(multiplemutation)两个以上碱基对的变化(较大范围的染色体重排、倒位、重复、缺失等)突变的规律突变的规律突变是自发的、随机的突变是在接触噬菌体之前就已发生噬菌体对突变仅起筛选而不是诱导作用。彷徨试验突变是自发的随机的突变是在接触抗生素之前就已发生抗生素仅起筛选突变株的作用影印试验随机性:不定向稀有性:突变率~稳定性独立性可逆性:回复突变突变规律回复突变并没有纠正正向突变的DNA序列而只是抑制了正向突变的效应故称抑制突变以区别真正的原位回复突变到野生株。突变类型细菌耐药性突变型药敏试验营养缺陷突变型营养物质筛选条件致死性突变型温度敏感试验发酵阴性突变型乳糖发酵试验基因转移(genetransfer):外源性的遗传物质由供体菌进入某受体菌细胞内的过程。基因重组(recombination):转移的基因与受体菌DNA整合在一起使受体菌获得供体菌某些特性。外源性遗传物质:供体菌染色体DNA质粒DNA及噬菌体基因等。细菌的基因转移和重组方式:转化、接合、转导、溶原性转换第三节基因的转移与重组转化(transformation):受体菌直接摄取供体菌游离的DNA片段获得新的遗传性状的过程称为转化。影响因素:供、受菌基因型:同源性亲缘关系近转化率高感受态(competence):生理活动过程中摄取转化因子的最佳时期环境因素:Mg+、Ca+等可促进转化接合(conjugation)接合:是细菌通过性菌毛相互连接沟通将遗传物质(主要是质粒DNA)从供体菌转移给受体菌。F质粒的接合F质粒的接合F质粒与染色体整合具有结合和转移功能称为高频重组菌株HfrHfr转移细菌染色体过程Hfr细菌染色体转移频率高F质粒低(F质粒在末端F菌获的F质粒的机会)受体菌获得供体菌性状用于基因定位绘制基因图R质粒耐药传递因子编码性菌毛r决定因子:耐药R质粒的接合细菌的耐药性与耐药性的基因突变及R质粒的接合转移等有关R质粒结构图RTFR质粒结构图ISr决定子RTFr决定子ISTnTnTn转导:是以温和噬菌体为载体将供体菌的一段DNA转移到受体菌内使受体菌获得新的性状。转导(transduction)噬菌体(bacteriophage,phage):是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋体等微生物的病毒。噬菌体的特点:具有一定形态蝌蚪形等严格寄生性和特异性具有病毒的特性个体微小、无细胞结构、具有高度的特异性及专性细胞内寄生性分布广泛凡是有细菌的场所就可能有相应的噬菌体的存在。形态与结构噬菌体很小在光镜下看不见需用电镜观察。大多数噬菌体呈蝌蚪形由头部和尾部两部分组成。蝌蚪形噬菌体结构模式图噬菌体结构及化学组成:抗原性:噬菌体具有抗原性能刺激机体产生特异性抗体。抵抗力:噬菌体对理化因素及多数化学消毒剂的抵抗力比一般细菌的繁殖体强℃min灭活。噬菌体能耐受低温和冰冻但对紫外线和X射线敏感。噬菌体与细菌相互关系噬菌体感染细菌有两种结果:毒性噬菌体能在宿主细胞内复制增殖产生许多(virulentphage):子代噬菌体并最终裂解细菌建立溶菌周期。温和噬菌体噬菌体基因与宿主染色体整合成为前(temperatephage):噬菌体细菌变成溶原性菌不产生子代噬菌体但噬菌体DNA能随细菌DNA复制并随细菌的分裂而传代建立溶原状态。温和噬菌体的基因组能与宿主菌基因组整合并随细菌分裂传至子代细菌的基因组中不引起细菌裂解。整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为前噬菌体(prophage)带有前噬菌体基因组的细菌称为溶原性细菌特征:正常分裂并将前噬菌体传给子代细菌(溶原状态)前噬菌体能抑制细菌内的相应毒性噬菌体的生物合成使细菌免遭裂解某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变称为溶原性转换(lysogenicconversion)。溶原状态终止前噬菌体丢失或脱离宿主菌基因组而进入溶菌周期温和噬菌体细菌的鉴定与分型噬菌体与宿主菌的关系具有高度特异性即一种噬菌体只能裂解一种和它相应的细菌故可用于未知细菌的鉴定和分型。分子生物学研究的重要工具噬菌体基因数量少结构比细菌和高等细胞简单得多且易获得大量的突变体。参与细菌变异:转导,溶原性转换噬菌体的应用根据转导基因片段的范围分为:普遍性转导局限性转导普遍性转导(generalizedtransduction)局限性转导(restrictedtransduction)普遍转导装配错误局限转导脱离错误普遍性转导与局限性转导的区别普遍性转导与局限性转导的区别溶原性转换(lysogenicconversion)溶原性转换(lysogenicconversion)溶原性细菌因染色体上整合有前噬菌体而获得新的遗传性状称为溶原性转换如白喉杆菌:β噬菌体外毒素基因不产毒白喉杆菌产毒白喉杆菌第四节转座因子与转座第四节转座因子与转座转座因子(transposibleelement):是一类在细菌染色体、质粒或噬菌体之间可自行转移位置的一段核苷酸序列。又称移动基因(jumpinggene)。造成结果:改变原有核苷酸序列影响插入点附近基因的表达本身所携带的一定的基因序列可进行表达转座因子有三类:插入序列(insertionsequence,IS):最小不超过kb,只携带与转座功能有关的基因而不带任何使细菌表现性状的基因的转位因子。IS:~bp两端重复序列与插入有关中心序列有转位酶基因转座子(transposon,Tn):长度一般超过kb是一类除携带与转位有关的基因外还携带其他基因(如耐药性、毒素基因等)的转位因子。Tn:~bp两端为IS中心序列有与转位无关基因如:毒素基因、耐药基因等常见的插入序列和转座子ISbpTn耐药或毒素基因ISTnAP(氨苄青霉素)ISTnKan(卡那霉素)ISTnTet(四环素)ISTnEm(红霉素)ISTnEcoliET(肠毒素)转座(transposition:不依赖DNA的同源性携带的转座酶调节遗传物质从一个位置转移到另一个位置第五节细菌的变异现象第五节细菌的变异现象形态结构的变异毒力变异耐药性变异菌落变异细菌的大小和形态在不同的生长时期可不同生长过程中受外界环境的影响也可发生变异。如:鼠疫耶氏菌在陈旧培养物上细菌的多形态性、细菌L型。细菌的特殊结构如:荚膜(肺炎链球菌)、芽胞(炭疽芽孢杆菌)、鞭毛(变形杆菌HO变异)也可发生变异。形态结构的变异毒力增强:无毒力的白喉棒状杆菌常寄居在咽喉部不致病当感染了β棒状噬菌体后变成溶原性细菌则获得产生白喉毒素的能力引起白喉。毒力减弱:有毒菌株长期在人工培养基上传代培养可使细菌的毒力减弱或消失。卡介苗(BCG)是强毒的牛结核分枝杆菌在含有胆汁的甘油、马铃薯培养基上经过年连续传代获得的一株毒力减弱但仍保持免疫原性的变异株。毒力变异耐药性变异:细菌对某种抗菌药物由敏感变为耐药的变异。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物即多重耐药性。从抗生素广泛应用以来细菌对抗生素耐药的不断增长是世界范围内的普遍趋势给临床治疗带来很大的困难并成为当今医学上的重要问题。耐药性变异细菌的菌落主要有光滑(smooth,S)型和粗糙(rough,R)型两种。S型菌落表面光滑、湿润、边缘整齐。经人工培养多次传代后菌落表面粗糙、干燥、边缘不整齐称SR变异。SR变异常见于肠道杆菌是由于失去LPS的特异性寡糖重复单位而引起的。变异时不仅菌落的特征发生改变且细菌的其它性状也发生了变化。S型菌的致病性强但有少数R型菌的致病性强如结核分枝杆菌。菌落变异第六节遗传变异在医学上的应用第六节遗传变异在医学上的应用在疾病的诊断、治疗与预防中的应用在测定致癌物质中的应用(凡能诱导细菌发生突变的物质都有可能是致癌物质)在流行病学中的应用(质粒指纹图(PFP)对噬菌体的敏感性对细菌素的敏感性)在基因工程中的应用可因基因转移和重组而获得新性状切取目的基因→连接到载体上→转移到工程菌内大量表达目的基因产物目前已大量生产胰岛素、干扰素、多种生长激素、rIL等细胞因子和乙肝疫苗等生物制品复习题复习题简述普遍性转导与局限性转导的区别简述R耐药性质粒及其耐药的机制简述质粒的概念及主要特征简述噬菌体的增殖过程致病岛噬菌体质粒卡介苗(BCG)转位因子转化接合转导

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