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细菌遗传变异.pptx
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1、第第六六章章v微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的微生物是研究现代遗传学和其它许多主要的生物学基本理论问题中最热衷的生物学基本理论问题中最热衷的研究对象研究对象研究对象研究对象。v对微生物遗传规律的深入研究,不仅促进了对微生物遗传规律的深入研究,不仅促进了现代分子生物学现代分子生物学现代分子生物学现代分子生物学和和生物工程学生物工程学生物工程学生物工程学的发展,而且的发展,而且为为育种工作育种工作育种工作育种工作提供了丰富的理论基础,促使育提供了丰富的理论基础,促使育种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从种工作从不自觉到自觉、从低效到高效、从随机到定向、从近缘杂交到远缘杂交的方向随机到定向、
2、从近缘杂交到远缘杂交的方向发展。发展。研究微生物遗传学的意义第第六六章章一、遗传与变异的概念遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。遗传和变异是生物体的最本质的属性之一。遗传遗传(heredity)(heredity):亲代生物的性状在子代得到表现;亲代生亲代生物的性状在子代得到表现;亲代生物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。物传递给子代一套实现与其相同形状的遗传信息。特点:具稳定性。特点:具稳定性。遗传型(遗传型(genotypegenotype):又称基因型,指某一生物个体所含有):又称基因型,指某一生物个体所含有的全部基因的总和;的全部基因的总和;-是一种内在可能性或潜是一种内在可
3、能性或潜力。力。遗传型遗传型+环境条件环境条件 表型表型表型(表型(phenotypephenotype):):指生物体所具有的一切外表特征和内在指生物体所具有的一切外表特征和内在特性的总和特性的总和;-;-是一种是一种现实存在,现实存在,是具一定遗传是具一定遗传型的生物在一定条件下所表现出的具体性状。型的生物在一定条件下所表现出的具体性状。代谢代谢发育发育概述概述第第六六章章变变异异(variation):(variation):生生物物体体在在外外因因或或内内因因的的作作用用下下,遗遗传传物物质质的的结结构构或或数数量量发发生生改改变变。变变异异的的特特点点:a.a.在在群群体体中中以以极
4、极低低的的几几率率出出现现,(一一般般为为1010-6-61010-10-10);b.b.形形状状变变化化的的幅幅度大;度大;c.c.变化后形成的新性状是稳定的,可遗传的。变化后形成的新性状是稳定的,可遗传的。例如:粘质沙雷氏菌:例如:粘质沙雷氏菌:在在2525下培养,产生深红色的灵下培养,产生深红色的灵杆菌素;在杆菌素;在3737下培养,不产生色素;如果重新将温度下培养,不产生色素;如果重新将温度降到降到2525,又恢复产色素的能力。,又恢复产色素的能力。第第六六章章细菌在培养基上的生长表现细菌在培养基上的生长表现粘质沙雷氏菌的菌落特征粘质沙雷氏菌的菌落特征 第第六六章章二、遗传变异的物质基
5、础|种质连续理论:种质连续理论:1883-18891883-1889年间年间WeissmannWeissmann提出。提出。认为遗传物质是一种具有特定分子结构的化合认为遗传物质是一种具有特定分子结构的化合物。物。|基因学说:基因学说:19331933年摩尔根(年摩尔根(Thomas Hunt Thomas Hunt MorganMorgan)发现了染色体,并证明基因在染色体)发现了染色体,并证明基因在染色体上呈直线排列,提出了基因学说,使得遗传物上呈直线排列,提出了基因学说,使得遗传物质基础的范围缩小到染色体上。质基础的范围缩小到染色体上。|DNADNA是遗传变异的物质基础的证明:是遗传变异的
6、物质基础的证明:利用微生利用微生物为实验对象进行的三个著名实验的论证(肺物为实验对象进行的三个著名实验的论证(肺炎球菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的炎球菌的转化试验、噬菌体感染试验、病毒的拆开与重建试验),才使人们普遍接受核酸才拆开与重建试验),才使人们普遍接受核酸才是真正的遗传物质。是真正的遗传物质。第第六六章章经典试验经典试验1.肺炎链球菌的转化试验肺炎链球菌的转化试验格里菲斯格里菲斯第第六六章章|加加S菌菌DNA|加加S菌菌DNA及及DNA酶以外的酶酶以外的酶|加加S菌的菌的DNA和和DNA酶酶|加加S菌的菌的RNA|加加S菌的蛋白质菌的蛋白质|加加S菌的荚膜多糖菌的荚膜多糖活活R菌
7、菌长出长出S菌菌只有只有R菌菌 1944年年O.T.Avery、C.M.MacLeod和和M。McCarty从从热热死死S型型S.pneumoniae中中提提纯纯了了可可能能作作为为转转化化因因子子的的各各种种成成分分,并在离体条件下进行了转化试验:并在离体条件下进行了转化试验:只只有有S型型细细菌菌的的DNA才才能能将将S.pneumoniae的的R型型转转化化为为S型型。且且DNA纯纯度度越越高高,转转化化效效率率也也越越高高。说说明明S型型菌菌株株转转移移给给R型型菌株的,是遗传因子。菌株的,是遗传因子。第第六六章章分离后的分离后的S型细胞物质对型细胞物质对R型细胞的转化型细胞的转化第第
8、六六章章第第六六章章第第六六章章结论结论细胞生物的遗传物质是双链细胞生物的遗传物质是双链DNA病毒的遗传物质可以是单链的或双链病毒的遗传物质可以是单链的或双链的的DNA或或RNA,即:即:ssDNA,dsDNA,ssRNA或或dsRNA。第第六六章章遗传物质的复制-双链DNA的复制(半保留复制)第第六六章章原核生物的染色体原核生物的染色体第第六六章章核外核外DNA的种类的种类核外染色体核外染色体真真核核生生物物的的“质质粒粒”原原核核生生物物的质粒的质粒线粒体线粒体细胞质基因细胞质基因叶绿体叶绿体(质体)(质体)中心体中心体动动 体体共生生物:共生生物:卡巴颗粒卡巴颗粒酵母菌的酵母菌的2 m质
9、粒质粒F因子因子R因子因子Col质粒质粒Ti质粒质粒巨大质粒巨大质粒降解性质粒降解性质粒第第六六章章质质 粒粒 质粒是细菌染色体外的遗传物质,多质粒是细菌染色体外的遗传物质,多为环状双螺旋为环状双螺旋DNADNA分子。质粒可以自身分子。质粒可以自身复制,随宿主菌分裂传到子代菌体。在复制,随宿主菌分裂传到子代菌体。在一定条件下,质粒可以转移,也可丢失。一定条件下,质粒可以转移,也可丢失。质粒是自行复制单位,有的需与核质染质粒是自行复制单位,有的需与核质染色体的复制同步,称为严紧型复制。色体的复制同步,称为严紧型复制。第第六六章章 质粒编码细菌各种重要的生物学性状质粒编码细菌各种重要的生物学性状.
10、致育质粒或致育质粒或F F质粒质粒;编码性菌毛编码性菌毛 毒力质粒或毒力质粒或ViVi质粒:毒力因子质粒:毒力因子 R R质质粒粒:对对抗抗菌菌药药物物或或重重金金属属盐盐类类的的抗抗性性.一种质粒可同时具有几种编码功能一种质粒可同时具有几种编码功能.第第六六章章质粒示意图质粒示意图第第六六章章细菌的质粒细菌的质粒第第六六章章几种代表性质粒:几种代表性质粒:1.F因子(因子(fertility factor):又称致:又称致育因子或性因子。存在于肠细菌属、育因子或性因子。存在于肠细菌属、假单胞菌属、嗜血杆菌、奈瑟氏球菌、假单胞菌属、嗜血杆菌、奈瑟氏球菌、链球菌等细菌中,决定性别。链球菌等细菌中
11、,决定性别。第第六六章章最初发现于痢疾志贺氏菌(最初发现于痢疾志贺氏菌(Shigella dysenteriae),),后来发现还存在于后来发现还存在于Salmonella、Vibrio、Bacillus、Pseudomonas和和Staphylococcus中。中。“耐药性耐药性”2.R因子(因子(resistence factor)第第六六章章R100质粒质粒(89kb)可使宿主对下列药物及重金属具有抗性:可使宿主对下列药物及重金属具有抗性:汞(汞(mercuric ion,mer)四环素()四环素(tetracycline,tet)链霉素)链霉素(Streptomycin,Str)、磺胺
12、、磺胺(Sulfonamide,Su)、氯霉素、氯霉素(Chlorampenicol,Cm)、夫西地酸(夫西地酸(fusidic acid,fus)并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上。并且负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上。第第六六章章|产大肠杆菌素因子。产大肠杆菌素因子。|大肠杆菌素是由大肠杆菌素是由E.coli的某些菌株所的某些菌株所分泌的细菌素,能通过抑制复制、转分泌的细菌素,能通过抑制复制、转录、转译或能量代谢等而专一地杀死录、转译或能量代谢等而专一地杀死其它肠道细菌。其分子量约其它肠道细菌。其分子量约41048104Dalton。大肠杆菌素都是。大肠杆菌素都是由由
13、Col因子编码的。因子编码的。|凡带凡带Col因子的菌株,由于质粒本身因子的菌株,由于质粒本身编码一种免疫蛋白,从而对大肠杆菌编码一种免疫蛋白,从而对大肠杆菌素有免疫作用,不受其伤害。素有免疫作用,不受其伤害。3.Col因子(因子(colicinogenic factor)第第六六章章v降解性质粒降解性质粒只在假单胞菌属中发现。它们的降解性质只在假单胞菌属中发现。它们的降解性质粒可为一系列能降解复杂物质的酶编码,从粒可为一系列能降解复杂物质的酶编码,从而能利用一般细菌所难以分解的物质做碳源。而能利用一般细菌所难以分解的物质做碳源。这些质粒以其所分解的底物命名,例如有分这些质粒以其所分解的底物命
14、名,例如有分解解CAMCAM(樟脑)质粒,(樟脑)质粒,XYLXYL(二甲苯)质粒,(二甲苯)质粒,SALSAL(水杨酸)质粒,(水杨酸)质粒,MDLMDL(扁桃酸)质粒,(扁桃酸)质粒,NAPNAP(奈)质粒和(奈)质粒和TOLTOL(甲苯)质粒等。(甲苯)质粒等。4.降解性质粒降解性质粒第第六六章章|即诱癌质粒。即诱癌质粒。|Ti质粒长质粒长200kb,是一个大型质粒。当,是一个大型质粒。当前,前,Ti质粒已成为植物遗传工程研究中质粒已成为植物遗传工程研究中的重要载体。一些具有重要性状的外源的重要载体。一些具有重要性状的外源基因可借基因可借DNA重组技术设法插入到重组技术设法插入到Ti质质
15、粒中,并进一步使之整合到植物染色体粒中,并进一步使之整合到植物染色体上,以改变该植物的遗传性,达到培育上,以改变该植物的遗传性,达到培育植物优良品种的目的。植物优良品种的目的。5.Ti质粒(质粒(tumor inducing plasmid)第第六六章章|是近年来在是近年来在Rhizobium(根瘤菌属)中发现(根瘤菌属)中发现的一种质粒,分子量为的一种质粒,分子量为200300106 Dalton,比一般质粒大几十倍到几百倍,故称巨大,比一般质粒大几十倍到几百倍,故称巨大质粒,其上有一系列固氮基因。质粒,其上有一系列固氮基因。6.6.巨大质粒(巨大质粒(mega质粒)质粒)第第六六章章第一节
16、常见的细菌变异现象第一节常见的细菌变异现象|形态、结构变异|毒力变异|耐药性变异|菌落变异|生化特性变异第第六六章章1.形态结构变异形态结构变异|3-6%食盐鼠疫杆菌多形态性(衰残型)。琼脂培基第第六六章章形态结构变异形态结构变异|青霉素、溶菌酶正常形态细菌 L型变异 抗体或补体 (部分或完全失去胞壁)正常霍乱弧菌霍乱弧菌L型第第六六章章形态结构变异形态结构变异|特殊结构的变异 42-43炭疽杆菌失去形成芽胞能力,毒性降低 10-20天 变形杆菌(H)0.1%石炭酸 (O)迁徙生长 单个菌落鞭毛变异第第六六章章连续通过易感动物连续通过易感动物和其他微生物共生或被温和噬菌体感染。和其他微生物共生
17、或被温和噬菌体感染。例例如如魏魏氏氏梭梭菌菌与与八八叠叠球球菌菌共共生生时时毒毒力力变变强强,无无毒毒的的白白喉喉棒棒状状杆杆菌菌被被温温和和-噬噬菌菌体体感感染染后后产生白喉毒素,成为有毒细菌。产生白喉毒素,成为有毒细菌。增强毒力的方法增强毒力的方法2.毒力变异毒力变异第第六六章章毒力变异毒力变异|棒状噬菌体白喉棒状杆菌 获得白喉毒素 第第六六章章减弱毒力的方法减弱毒力的方法通过非易感动物通过非易感动物例如:马尔他强毒布氏杆菌连续通过鸡育例如:马尔他强毒布氏杆菌连续通过鸡育成弱毒株;猪丹毒苗成弱毒株;猪丹毒苗GC42系将强毒株通过系将强毒株通过豚鼠传豚鼠传370代后又通过鸡传代后又通过鸡传4
18、2代育成弱毒。代育成弱毒。在较高温度下培养。强毒炭疽在较高温度下培养。强毒炭疽 42.5下培养下培养弱毒弱毒 在含有某些特殊化学物质的培养基中培养。在含有某些特殊化学物质的培养基中培养。著名的著名的 卡介苗卡介苗BCG 第第六六章章在在含含有有抗抗血血清清,噬噬菌菌体体或或抗抗生生素素的的培培养养基基中培养。中培养。长期的人工培养。长期的人工培养。在特殊气体条件下培养。在特殊气体条件下培养。如如无无荚荚膜膜炭炭疽疽芽芽胞胞苗苗是是半半强强毒毒株株在在含含50%血血清清的的培培养养基基上上,在在50%CO2的的条条件件下下选选育育的。的。通通过过基基因因工工程程的的方方法法。去去除除毒毒力力基基
19、因因可可获获得无毒力株。得无毒力株。第第六六章章3.耐药性变异耐药性变异|细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异称为耐药性变异。称为耐药性变异。|金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从1946年的年的14%上升至目前的上升至目前的80%。|有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物,即有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物,即多重耐药性,甚至产生药物依赖性。多重耐药性,甚至产生药物依赖性。|含链霉素培基含链霉素培基痢疾杆菌痢疾杆菌依链株依链株(耐药菌株耐药菌株)长期培养长期培养第第六六章章4.菌落变异菌落变异光滑型光滑型粗糙型变异粗糙型变
20、异 S型(型(smooth)菌落:光滑,湿润,边缘整)菌落:光滑,湿润,边缘整齐。齐。R型(型(rough)菌落:菌落表面粗糙,枯干,)菌落:菌落表面粗糙,枯干,边缘不整齐。边缘不整齐。一般来说,一般来说,SR毒力由强变弱,但炭疽杆菌,毒力由强变弱,但炭疽杆菌,结核分支杆菌,结核分支杆菌,正常菌落为正常菌落为R型型S型,毒力减弱型,毒力减弱第第六六章章R R菌落菌落S S菌落菌落第第六六章章D菌落的变异菌落的变异|当细菌接触某些化学物质时如当细菌接触某些化学物质时如CuSO4,LiCl形成细小菌落叫形成细小菌落叫D菌落。(菌落。(dwarf clone,侏儒菌落)侏儒菌落)第第六六章章5.生化
21、特性变异生化特性变异糖代谢能力的糖代谢能力的 变异变异营养成份的合成能力改变营养成份的合成能力改变第第六六章章第二节 细菌变异的机制一、基因突变(一、基因突变(mutation mutation)指生物体的表型突然发生的可遗传的变化。指生物体的表型突然发生的可遗传的变化。染色体畸变染色体畸变点突变点突变=突变体(突变体(mutantmutant)发生了突变的微生物细胞或菌株发生了突变的微生物细胞或菌株=野生型(野生型(wild typewild type)从自然界分离到的任何微生物在其发生突变前的从自然界分离到的任何微生物在其发生突变前的 原始菌株原始菌株第第六六章章(一)突变的特点不不对对应
22、应性性:突突变变的的性性状状与与突突变变原原因因之之间间无无直直接接的对应关系。的对应关系。自自发发性性:突突变变可可以以在在没没有有人人为为诱诱变变因因素素处处理理下下自发地产生。自发地产生。稀有性稀有性:突变率低且稳定。:突变率低且稳定。独立性独立性:各种突变独立发生,不会互相影响。:各种突变独立发生,不会互相影响。可诱发性可诱发性:诱变剂可提高突变率。:诱变剂可提高突变率。稳定性:稳定性:变异性状稳定可遗传。变异性状稳定可遗传。可逆性可逆性:从原始的野生型基因到变异株的突变:从原始的野生型基因到变异株的突变称为正向突称为正向突 变(变(forward mutation),从突变株回到野生
23、),从突变株回到野生型的过程则称为回复突变或回变(型的过程则称为回复突变或回变(back mutation或或reverse mutation)。)。第第六六章章(二)突变机制诱变剂(诱变剂(mutagenmutagen):凡能提高突变率:凡能提高突变率的任何理化因子,就称为诱变剂的任何理化因子,就称为诱变剂.种类:种类:诱变剂的种类很多,作用方式诱变剂的种类很多,作用方式多样。即使是同一种诱变剂,也常有多样。即使是同一种诱变剂,也常有几种作用方式。几种作用方式。诱发突变的机制诱发突变的机制第第六六章章碱基置换(碱基置换(substitution)|定义定义:对:对DNADNA来说,碱基的置换
24、属于一种染色体的微小损来说,碱基的置换属于一种染色体的微小损伤(伤(microlesionmicrolesion),它只涉及一对碱基被另一对碱基所),它只涉及一对碱基被另一对碱基所置换。置换。|分类:分类:转换(转换(transitiontransition),),即即DNADNA链中的一个嘌呤被另链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换;一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换;颠换(颠换(transversiontransversion),),即一个嘌呤被一个嘧啶即一个嘌呤被一个嘧啶,或是一个嘧啶被一个嘌呤所置换。或是一个嘧啶被一个嘌呤所置换。对某一具体诱变剂来说,对某一具体
25、诱变剂来说,即可同时引起转换与颠即可同时引起转换与颠换,也可只具其中的一换,也可只具其中的一种功能。种功能。1.1.点突变点突变(point mutation)第第六六章章亚硝酸可以使碱基发生氧化脱氨作用亚硝酸可以使碱基发生氧化脱氨作用 HNO2胞嘧啶(胞嘧啶(C)尿嘧啶(尿嘧啶(U)HNO2腺嘌呤(腺嘌呤(A)次黄嘌呤(次黄嘌呤(H)HNO2鸟嘌呤(鸟嘌呤(G)黄嘌呤(黄嘌呤(X)这些反应及形成物均可在这些反应及形成物均可在DNA复制中产生复制中产生影响,主要是使碱基对发生转换。影响,主要是使碱基对发生转换。碱基转换的分子机制以亚硝酸为例第第六六章章若干诱变剂的作用机制及诱变功能若干诱变剂的
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