细菌的遗传与变异 - 医科大学精品课程.doc

细菌的遗传与变异（Heredity and Variation）第一节 细菌遗传与变异的物质基础细菌的基因组 重要的概念：1、遗传（heredity）2、变异（variation）：基因型变异、表型变异表：基因型变异与表型变异之间的区别（一）Bacterial chromosome细菌染色体是单一的环状双螺旋DNA长链，附着在横隔中介体上或细胞膜上。（二）Plasmid概念definition：是存在于细菌染色体外的小分子的，闭合的，双股DNA片段，带有控制细菌某些性状的基因组，可在细菌体内自行复制，传代，也可在细菌之间转移，是细菌生命活动非必需的遗传物质。根据质粒编码的性状分类：1. 致育质粒或称F质粒（fertility plasmid）。2. 耐药性质粒l 接合性耐药质粒又称R质粒(resistance plasmid)：通过细菌间的接合进行传递l 非接合性耐药质粒：可通过噬菌体传递。3. 毒力质粒或Vi质粒（virulence plasmid）如致病性大肠埃希菌产生的耐热性肠毒素4. 细菌素质粒：编码产生细菌素，如Col质粒编码大肠埃希菌产生大肠菌素。5. 代谢质粒：编码产生相关的代谢酶，如沙门菌发酵乳糖的能力常是由质粒决定的质粒DNA的特征有：1. 质粒具有自我复制的能力。2. 质粒DNA所编码的基因产物赋予细菌某些性状特征，如致育性、耐药性、致病性、某些生化特性等。3. 质粒可自行丢失与消除。4. 质粒的转移性。质粒可通过接合、转化或转导等方式在细菌间转移5. 质粒可分为相容性与不相容性两种。（三）噬菌体Bacteriophage/phage1. 大小：噬菌体很小，需用电子显微镜观察。2. 形态：蝌蚪形、微球形和丝形。3. 结构：头部和尾部两部分组成n 头部：内含遗传物质核酸n 尾部：有尾板、尾刺和尾丝，尾板内有裂解宿主菌细胞壁的溶菌酶；尾丝为噬菌体的吸附器官，能识别宿主菌体表面的特殊受体。有的尾部很短或缺失。4. 分类：1) 毒性噬菌体（virulent phage）。2) 温和噬菌体（temperate phage）或溶原性噬菌体（lysogenic phage）：概念：前噬菌体（prophage）：整合在细菌基因组中的噬菌体基因组称为溶原性细菌（lysogenic bacterium）：带有前噬菌体基因组的细菌。溶原性转换（lysogenic conversion）：某些前噬菌体可导致细菌基因型和性状发生改变。见下图：（四）转座子Transposon（Tn） 存在于细菌染色体或质粒DNA 分子上的一段特异性核苷酸序列片段，能在DNA分子中移动。不断改变它们在基因组中的位置，能从一个基因组转移到另一个基因组中。 分类：1. 插入序列（insertion sequence IS）：是最小的转位因子，长度不超过2kb，不携带任何已知与插入功能无关的基因区域，插入后与插入位点附近的序列共同起作用。2. 转座子（transposon Tn）：长度一般超过2kb，除携带与转位有关的序列外，还带有某些结构基因；因此当Tn插入某一基因时，可引起细菌性状的变化。3. 转座噬菌体：是一些具有转座功能的溶原性噬菌体。第二节、细菌遗传变异的机制一、基因的突变与损伤后修复（一）突变（mutation）1. 小突变或点突变（point mutation）2. 大突变或染色体畸变（chromosome aberration）。DNA序列改变：1. 转换（transition）：不同嘌呤之间或不同嘧啶之间的替代称为转换，2. 颠换（transversion）嘌呤与嘧啶之间的相互交换则称为颠换。3. 移码突变（traneshift mutation）:当DNA序列中一对或几对核苷酸发生插入或丢失，必将引起该部位其后的序列移位，移位必导致密码的意义发生错误。基因突变的特点1. 自发性和不对称性2. 稀有性：突变率:自然突变率:1061093. 可诱导性：诱导突变率:104106:高温、紫外线、X射线、烷化剂、亚硝酸盐4. 突变与选择突变是随机的，不定向的。5. 独立性：独立发生，不影响其他基因的突变率。6. 稳定性：可以遗传给后代7. 可逆性：回复突变野生型（wild type）-突变株（mutant）。8. 正向突变:细菌由野生型变为突变型回复突变（backward mutation）:突变株经过又一次突变可恢复野生型（二）DNA的损伤修复1. 光修复：经紫外线照射后，细胞DNA上形成T-T二聚体，导致突变。 如在紫外线照射后立即将细菌暴露于可见光下，则受损的DNA可修复，细菌的存活率大大提高。2. 暗修复：切除修复-由核酸内切酶将损伤的片段切除，再DNA聚合酶、连接酶等的作用下，将缺少的部分补齐二、基因的转移与重组基因转移（gene transfer）:外源性的遗传物质包括供体菌染色体DNA片段，质粒DNA及噬菌体基因等由供体菌转入某受体菌细胞内的过程重组（recombination）:转移的基因与受体菌DNA整合在一起的过程细菌的基因转移和重组的方式。（一）转化（transformation）:是供体菌裂解游离的DNA片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。转化现象 举例:Griffith（1928）用肺炎链球菌进行试验（二）接合（conjugation）: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。（1）F质粒的接合: F质粒进入受体菌后，能单独存在和自行复制，但有小部分F质粒可插入到受体菌的染色体中，与染色体一起复制。整合后的细菌能高效地转移染色体上的基因,故称此菌为高频重组菌（high frequency recombinant,Hfr）。见下图：（2）R质粒的结合:：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质粒由耐药传递因子（resistance transfer factor,RTF）和耐药决定子（r-dir）两部分组成，这两部分可以单独存在，也可结合在一起，但单独存在时不能发生质粒的接合性传递。R质粒决定耐药的机制是：使细菌产生灭活抗生素的酶类R质粒控制细菌改变药物作用的靶部位。如链霉素和红霉素R质粒可控制细菌细胞对药物的通透性（三）转导（transduction）：转导噬菌体（transducting phage）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。根据转导基因片段的范围可分为以下两种转导。（1）普遍性转导（generalized transduction）转导供体菌染色体上的任何部分，故称为普遍性转导。金黄色葡萄球菌中R质粒的转导在医学上具有重要意义。转导有两种结果u 完全转导：外源性DNA片段与受体菌的染色体整合，并随染色体而传代u 流产转导（abortive transduction）：外源性DNA片段游离在胞质中，既不能与受体菌染色体整合，也不能自身复制（2）局限性转导（restricted transduction）或称特异性转导（specialized transduction）：所转导的只限于供体菌染色体上特定的基因。举例：如噬菌体进入大肠埃希菌K12 半乳糖基因（gal）和生物素