细菌的遗传与变异
细菌的变异现象 一、细菌变异的概念 二、主要的变异类型
细菌变异的概念 细菌在繁衍过程中出现的子代与亲代间的性状差异。可分为基因型变异与表型变异。
细菌基因型变异与表型变异的区别 特点 基因型变异 表型变异 基因结构改变 有 无 可逆性 极少 常见 稳定性 强 弱 出现频率 低 高
主要的变异类型 形态结构变异 抗原性变异 菌落形态变异 毒力变异 耐药性变异
有荚膜的肺炎球菌 无荚膜的肺炎球菌 细菌形态结构变异
S型菌落 R型菌落 细菌菌落形态变异
参与细菌变异的遗传物质 一、染色体 二、质粒 三、噬菌体 四、转位因子
染色体 1、结构：环状双链DNA 2、长度：1300—2000m 3、核苷酸数量： 3000—4000Kb 4、基因数量：4000—5000 5、编码蛋白：约2000个结构蛋白
质粒 1、结构 2、特征 3、类型
质粒的结构 环状双链DNA 大质粒：含几百个基因 小质粒：含几十个基因
质粒的特征 自主性 表现性 非必须性 转移性 相容性与不相容性
质粒的类型 致育质粒（fertility plasmid，F质粒） 耐药质粒（resistance plasmid，R质粒） 毒力质粒（virulence plasmid，Vi质粒） 细菌素质粒 代谢相关质粒
R-决定子 R质粒的构成
噬菌体 1、形态与结构 2、增殖过程 3、类型
噬菌体 (电镜图）
噬菌体 (模式图）
头部 尾领 尾部 尾鞘 尾板 尾刺 尾丝 尾髓 噬菌体结构示意图
成熟释放 吸附 生物合成 穿入 噬菌体的增殖过程
噬菌体的类型 毒性噬菌体（virulent phage） ——溶菌性噬菌体 温和噬菌体（temperate phage） ——溶原性噬菌体
吸附 穿入 成熟、释放 生物合成 毒性噬菌体的溶菌性周期
前噬菌体 温和噬菌体的溶源性周期
温和噬菌体的溶菌性周期
转位因子 1、插入序列 2、转座子 3、转座噬菌体
转座子的种类与特征 转座子 携带耐药或毒素基因 Tn1 Tn2 Tn3 AP（氨苄青霉素） Tn4 AP、SM（链霉素）、Su（磺胺） 转座子 携带耐药或毒素基因 Tn1 Tn2 Tn3 AP（氨苄青霉素） Tn4 AP、SM（链霉素）、Su（磺胺） Tn5 Km（卡那霉素） Tn6 Km（卡那霉素） Tn7 TMP（甲氧苄氨嘧啶）、SM Tn9 Cm（氯霉素） Tn10 Tc（四环素） Tn551 Em（红霉素） Tn971 Em（红霉素） Tn1681 大肠埃希菌（肠毒素基因）
细菌变异的机制 一、基因的突变（mutation） 二、基因的转移（transfer） 三、基因的重组（recombination）
基因突变 1、形式 2、规律 3、DNA的损伤修复
基因突变的形式 碱基置换 移码突变 插入序列与转座子的插入
基因突变的规律 突变率：自发突变率很低 诱导突变率提高 突变与选择：突变是随机的 选择是定向的 回复突变：野生型——突变型（正向突变） 突变型——野生型（回复突变）
DNA的损伤修复 当细菌的DNA损伤后，其自身会对其进行细致的修复以使损伤降为最小，修复本身会出现错误可造成细菌的变异。
基因的转移 1、概念 2、方式
基因转移的概念 基因由原始位置进入新位置的过程
基因转移的方式 转化（transformation） 接合（conjugation） 转导（transduction） 溶原性转换 （lysogenic convertion）
转化 概念：受体菌直接摄取供体菌的游离 DNA形式的遗传物质转移 要点：转化获取的DNA片断较小 受体菌须处于感受态（competence）
供体菌游离DNA 供体菌DNA （转化因子） 转化示意图
1928年 Griffith的实验 1944年 Avery的实验 + + 肺炎链球菌II R 肺炎链球菌III S 肺炎链球菌III S DNA
接合 概念： 通过性菌毛在供、受体菌间进行 的遗传物质转移 要点：性菌毛的形成 接合性质粒 半保留的转移形式 高频重组菌（Hfr） F’质粒
细菌的“接合”状态
F+菌 F- 菌 F+菌 染色体 质粒 染色体 F质粒的半保留转移
F+菌 Hfr 质粒 F ’质粒 染色体 F质粒转移的不同结果
转导 概念：通过溶原性噬菌体在供、受体菌间或 噬菌体与宿主间进行的遗传物质转移 要点：转导的本质是源于噬菌体的装配错误 普遍性转导与局限性转导 溶原性转换
第一寄主菌 第二寄主菌 转导示意图
细菌DNA 完全转导 （整合） 流产转导 （未整合） 普遍性转导示意图
局限性转导示意图 前噬菌体 正常脱离 断裂和再接 偏差脱离 断裂和再接 局限性转导 gal bio gal bio bio gal bio
第一寄主菌 第二寄主菌 溶原性转换示意图
细菌基因转移方式的比较 类型 方式 介导物 主要 DNA来源 细胞类别 接合 雄性菌—雌性菌 性菌毛 染色体、 质粒 原核 接合 雄性菌—雌性菌 性菌毛 染色体、 质粒 原核 转导 第1寄主菌—第2寄主菌 溶原性噬菌体 染色体、 噬菌体 原核 转化 游离DNA—感受态菌 — 各种DNA片断 真核、原核
基因的重组 转移后基因在新位置上与原有DNA整合的过程
本章小结 1、细菌变异的概念与类型 2、细菌变异的遗传学基础 3、噬菌体的结构与类型 4、细菌基因变异的机制 5、细菌间基因转移与重组的方式