1、遗传与变异原理遗传与变异原理（DNA、基因及其转录、翻译）遗传变异现象遗传变异现象（形态、抗原、菌落、毒力、耐药）变异相关物质变异相关物质（染色体-致病岛、质粒、噬菌体、转座子）变异机制变异机制（基因突变、转移、重组）微生物的遗传和变异微生物的遗传和变异遗传（遗传（heredity）:上一代生物将自身的一整套遗传基因稳定地上一代生物将自身的一整套遗传基因稳定地传递给下一代的特性传递给下一代的特性。变异（变异（variation）：生物体在某种外因或内因的作用下，发生遗生物体在某种外因或内因的作用下，发生遗传物质结构或数量的改变，而且这种改变稳传物质结构或数量的改变，而且这种改变稳定，具有可遗传
2、性定，具有可遗传性。引言引言1.遗传与变异遗传与变异遗传保证了微生物种的相对稳定性、种的存在和延续，遗传保证了微生物种的相对稳定性、种的存在和延续，而变异则推动了种的进化和发展。而变异则推动了种的进化和发展。2.遗传型和表型遗传型和表型遗传型（遗传型（genotype）表型表型(phenotype)某一生物体个体所含有的全部遗传因子，某一生物体个体所含有的全部遗传因子，即基因的总和即基因的总和，又称为基因型。又称为基因型。某一生物体所具有的一切外表特征及内某一生物体所具有的一切外表特征及内在特性的总和在特性的总和。表型的实现是由生物体的表型的实现是由生物体的遗传型遗传型和和环境条件环境条件共同
3、作用的结果。共同作用的结果。二二.细菌的遗传与变异细菌的遗传与变异 （一）（一）细菌的变异现象细菌的变异现象 形态结构变异形态结构变异 抗原性变异抗原性变异 菌落变异菌落变异 毒力变异毒力变异 耐药性变异耐药性变异 正常形态细菌正常形态细菌 L型变异型变异 两端平齐两端平齐炭疽芽胞杆菌炭疽芽胞杆菌炭疽芽胞杆菌炭疽芽胞杆菌L型（串珠状）型（串珠状）青霉素、溶菌酶青霉素、溶菌酶 抗体或补体抗体或补体 (部分或完全失去胞壁部分或完全失去胞壁)含1%石炭酸培养基普通培养基细菌鞭毛变异细菌鞭毛变异随着鞭毛变异，细菌抗原性发生变异随着鞭毛变异，细菌抗原性发生变异毒力变异毒力变异 无毒白喉棒状杆菌无毒白喉棒
4、状杆菌 产毒白喉杆菌产毒白喉杆菌 胆汁、甘油、马铃薯培养基胆汁、甘油、马铃薯培养基牛型结核杆菌牛型结核杆菌 卡介苗卡介苗 13年年(230代代)（1908）棒状噬菌体棒状噬菌体耐药性变异耐药性变异 细菌对某种抗菌药物由敏感变为不敏感（即耐药）细菌对某种抗菌药物由敏感变为不敏感（即耐药）的变异称为耐药性变异（的变异称为耐药性变异（获得获得R R质粒质粒）。）。有些细菌还表现为同时耐受多种抗菌药物，即多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。重耐药性，甚至产生药物依赖性。痢疾杆菌痢疾杆菌 依链株依链株(耐药菌株耐药菌株)含链霉素培基含链霉素培基 长期培养长期培养菌落
5、变异菌落变异 光滑型菌落光滑型菌落 粗糙型菌落粗糙型菌落 S R菌落（菌落（S型）型）菌落菌落（R型）型）在陈旧培养基中长期培养在陈旧培养基中长期培养 或在有免疫力的人体内或在有免疫力的人体内有荚膜肺炎链球菌有荚膜肺炎链球菌无荚膜肺炎链球菌无荚膜肺炎链球菌 遗传物质 核酸核酸 蛋白蛋白？试验试验核核酸酸！结论：结论：性状是由性状是由基因基因（遗传因子）决定，基因存在于（遗传因子）决定，基因存在于染色体染色体 （染色体是核酸或其与蛋白质的结合物）。（染色体是核酸或其与蛋白质的结合物）。核酸分子是遗传物核酸分子是遗传物质，基因是其信息单位，染色体是其存在形式。质，基因是其信息单位，染色体是其存在形
6、式。一、证明核酸是遗传变异的物质基础的三个经典实验 （一）经典转化实验 （二）噬菌体感染实验 （三）植物病毒的重建实验二、微生物遗传变异的物质基础二、微生物遗传变异的物质基础基因（基因（gene）是什么是什么?是实体，其物质基础是是实体，其物质基础是DNA（或（或RNA）；）；是一个含有特定遗传信息的是一个含有特定遗传信息的DNA分子区段；分子区段；是遗传信息传递和性状分化发育的依据；是遗传信息传递和性状分化发育的依据；基因是可分的，根据功能不同，分为：基因是可分的，根据功能不同，分为：编码蛋白质的基因编码蛋白质的基因 结构基因（结构蛋白，酶）结构基因（结构蛋白，酶）调节基因（阻遏蛋白或激活蛋
7、白）调节基因（阻遏蛋白或激活蛋白）无翻译产物的基因无翻译产物的基因 tRNA基因（简称基因（简称 tDNA）rRNA基因（简称基因（简称rDNA）不转录的不转录的DNA区段区段 启动子（启动子（promotor）操纵基因（操纵基因（operator）基因是一个含有特定遗传信息的核苷酸序列，它基因是一个含有特定遗传信息的核苷酸序列，它是遗传的功能单位。是遗传的功能单位。基因组基因组是存在于生物体遗传物质中全部基因的总称是存在于生物体遗传物质中全部基因的总称一、病毒的核酸一、病毒的核酸病毒的遗传物质是病毒的遗传物质是DNA或或RNA，核酸类，核酸类型多样。型多样。E.coli 染色体染色体DNA大
8、大小为小为4.710 6 bp，长度为长度为1333m，是，是菌体长度的菌体长度的1000倍。倍。二、原核生物染色体的结构二、原核生物染色体的结构遗传因子存在形式遗传因子存在形式（1）一般没有间隔基因（内含子）细菌的基因一般是连续排列的。结构基因的表达由调节基因调控，一个或几个相关的基因组成操纵子。在细菌的基因组中，基本上未发现与真核生物的内含子或连接DNA相似的“无”功能序列。（2）一般没有重复序列 细菌的基因一般都是单拷贝的。唯一可以发现的重复DNA序列，也只有核糖体rRNA基因、插入序列、转座子和短重复序列等。原核生物基因的结构原核生物基因的结构三、三、真核生物染色体结构真核生物染色体结
9、构真核生物染色体组成的真核生物染色体组成的基本单位是核小体，其基本单位是核小体，其核心颗粒由四种蛋白形核心颗粒由四种蛋白形成的成的8聚体和聚体和DNA组成。组成。由由H1组蛋白和组蛋白和DNA相相连一串核小体称为染色连一串核小体称为染色质（质（chromatin）。）。在细胞分裂中期，染色在细胞分裂中期，染色质浓缩、反复折叠成为质浓缩、反复折叠成为一定形状的染色体。一定形状的染色体。真核生物基因的结构真核生物基因的结构一个完整的真核基因，一个完整的真核基因，不仅包括编码区，也包不仅包括编码区，也包括编码区两侧的调控序括编码区两侧的调控序列。与原核基因相比，列。与原核基因相比，最大的差别在于编码
10、区最大的差别在于编码区被许多非编码序列所间被许多非编码序列所间断，这种非编码序列称断，这种非编码序列称为内含子（为内含子（intron），），被间隔的编码区称外显被间隔的编码区称外显子（子（exon）。）。真核细胞和原核细胞的最大差别之一是遗传物质的分布和存在状态。原核真核细胞和原核细胞的最大差别之一是遗传物质的分布和存在状态。原核细胞的染色体是以裸露细胞的染色体是以裸露DNADNA存在于细胞中，而真核细胞的存在于细胞中，而真核细胞的DNADNA则与组蛋白和非组则与组蛋白和非组蛋白相结合并缠绕成多条染色体存在于细胞核中。蛋白相结合并缠绕成多条染色体存在于细胞核中。在真核生物染色体中，在真核生物
11、染色体中，DNADNA约占约占30-40%30-40%，组蛋白和非组蛋白占，组蛋白和非组蛋白占60%60%以上，以上，RNARNA约占约占10%10%以下。以下。v质粒质粒(plasmid)：是细是细菌染色体以外的遗传菌染色体以外的遗传物质，是闭合环状的物质，是闭合环状的双链双链DNA。（二）（二）质粒质粒质粒的三种构型质粒的三种构型 质粒具有自我复制的能力。质粒具有自我复制的能力。质粒质粒DNADNA所编码的基因产物赋予细菌某些所编码的基因产物赋予细菌某些性状特征。性状特征。质粒可自行丢失与消除。质粒可自行丢失与消除。质粒的转移性。质粒的转移性。质粒可分为相容性与不相容性两种。质粒可分为相容
12、性与不相容性两种。质粒质粒DNA的特征的特征质粒的分类：质粒的分类：根据质粒能否通过细菌的接合作用进行传递根据质粒能否通过细菌的接合作用进行传递 1接合性质粒接合性质粒 2非接合性质粒非接合性质粒 根据相容性根据相容性 1相容性相容性几种质粒同时共存于同一菌体内几种质粒同时共存于同一菌体内 2不相容性不相容性不能同时共存不能同时共存 可借此对质粒进行分组、分群可借此对质粒进行分组、分群常见的质粒类型常见的质粒类型 致育质粒（致育质粒（fertility plasmid、F质粒）质粒）编码性菌毛，介导细菌之间的接合传递；编码性菌毛，介导细菌之间的接合传递；耐药性质粒（耐药性质粒（resistan
13、ce plasmid、R质粒）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（是接合性耐药质粒（R质粒），另一是非接合耐药性质粒质粒），另一是非接合耐药性质粒 （r质粒质粒)；毒力质粒（毒力质粒（Virulence plasmid,Vi质粒）质粒）编码与该菌致病性有关的毒力因子编码与该菌致病性有关的毒力因子,S.aureus的表皮剥脱素；的表皮剥脱素；细菌素质粒细菌素质粒(Col plasmid)编码细菌产生的细菌素；编码细菌产生的细菌素；代谢质粒代谢质粒(metabolic plasmid)编码产生相关的代谢酶。编
14、码产生相关的代谢酶。(1)致育质粒致育质粒(Fertility plasmid，F质粒质粒)又称F质粒，其大小约100kb，这是最早发现的一种与大肠杆菌的有性生殖现象（接合作用）有关的质粒。携带F质粒的菌株称为F+菌株（相当于雄性），无F质粒的菌株称为F-菌株（相当于雌性）。F因子能以游离状态因子能以游离状态(F+)和和以与染色体相结合的状态以与染色体相结合的状态(Hfr)存在于细胞中，所以存在于细胞中，所以又称之为又称之为附加体附加体(episome)。在志贺氏菌属（在志贺氏菌属（Shigella）、沙门氏菌属（）、沙门氏菌属（Salmonella）和链）和链球菌属（球菌属（Streptoc
15、occus）等其他细菌中也发现了与大肠杆菌）等其他细菌中也发现了与大肠杆菌类似的致育因子。类似的致育因子。在放线菌中，天蓝色链霉菌含有在放线菌中，天蓝色链霉菌含有SCP1和和SCP2两种致育质粒两种致育质粒，这两种质粒在天蓝色链霉菌的接合过程中起重要作用，带，这两种质粒在天蓝色链霉菌的接合过程中起重要作用，带动染色体从供体细胞向受体细胞转移。动染色体从供体细胞向受体细胞转移。(2)抗性质粒（抗性质粒（Resistance plasmid，R质粒）质粒）包括抗药性和抗重金属二大类，简称R质粒。R100质粒质粒(89kb)可使宿主对可使宿主对下列药物及重金属具有抗性：下列药物及重金属具有抗性：汞（
16、汞（mercuric ion，mer）四环素（四环素（tetracycline，tet）链霉素链霉素(Streptomycin,str)、磺胺磺胺(Sulfonamide,sul)、氯霉素氯霉素(Chlorampenicol,cml)夫西地酸（夫西地酸（fusidic acid，fus）负责这些抗性的基因是成簇地负责这些抗性的基因是成簇地存在于抗性质粒上存在于抗性质粒上。抗性质粒在细菌间的传递是细菌抗性质粒在细菌间的传递是细菌产生抗药性的重要原因之一。产生抗药性的重要原因之一。细菌素细菌素抗生素抗生素抑制或杀死近缘，甚至同种不同株的细菌抑制或杀死近缘，甚至同种不同株的细菌较广的抗菌谱通过核糖体
17、直接合成的多肽类物质通过核糖体直接合成的多肽类物质一般是次级代谢产物编码细菌素的结构基因及相关的基因一般位编码细菌素的结构基因及相关的基因一般位于质粒或转座子上于质粒或转座子上一般无直接的结构基因，相关酶的基因多在染色体上(3)Col 质粒：产细菌素的质粒质粒：产细菌素的质粒（Bacteriocin production plasmid）细菌素结构基因、涉及细菌素运输及发挥作用（processing）的蛋白质的基因、赋予宿主对该细菌素具有“免疫力”的相关产物的基因一般都位于质粒或转座子上，因此，细菌素可以杀死同种但不携带该质粒的菌株。细菌素：细菌素：许多细菌都能产生某些代谢产物，抑制或杀死其他
18、近缘细许多细菌都能产生某些代谢产物，抑制或杀死其他近缘细菌或同种不同菌株，因为这些代谢产物是由质粒编码的蛋白质，不菌或同种不同菌株，因为这些代谢产物是由质粒编码的蛋白质，不象抗生素那样具有很广的杀菌谱，所以称为细菌素（象抗生素那样具有很广的杀菌谱，所以称为细菌素（bacteriiocin）(4)代谢质粒（代谢质粒（Metabolic plasmid）质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基质质粒上携带有有利于微生物生存的基因，如能降解某些基质的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放线菌）等。的酶，进行共生固氮，或产生抗生素（某些放线菌）等。将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源
19、利用的简单将复杂的有机化合物降解成能被其作为碳源和能源利用的简单形式，环境保护方面具有重要的意义。形式，环境保护方面具有重要的意义。假单胞菌：假单胞菌：具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物具有降解一些有毒化合物，如芳香簇化合物(苯苯)、农药、农药(2,4dichlorophenoxyacetic acid)、辛烷和樟脑等的能力。辛烷和樟脑等的能力。降解质粒降解质粒TOL质粒：含分解甲苯的基因；质粒：含分解甲苯的基因；CAM-OCT质粒：含分解樟脑辛烷的基因质粒：含分解樟脑辛烷的基因 转座（转座（transposon)：是指转座因子从染色体是指转座因子从染色体的一个位置转移到另一位置，或者在质
20、粒与染的一个位置转移到另一位置，或者在质粒与染色体之间转移的过程。色体之间转移的过程。转座子有二类转座子有二类：插入序列插入序列(insertion sequence,IS)：最小，不超最小，不超过过2kb,只携带与转座功能有关的基因。只携带与转座功能有关的基因。转座子转座子(transposon,Tn)：长度一般超过长度一般超过2kb，除，除携带与转位有关的基因外还携带其他基因（如耐药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）性、毒素基因等）.概念：概念：是一类感染细菌、真菌、是一类感染细菌、真菌、放线菌放线菌或螺旋体等微生物的或螺旋体等微生物的病毒，病毒，因为噬菌体能引因
21、为噬菌体能引起宿主菌的裂解，故称噬菌体。起宿主菌的裂解，故称噬菌体。具有病毒的基本特性具有病毒的基本特性噬菌体的生物学性状噬菌体的噬菌体的噬菌体的噬菌体的噬菌体的噬菌体的噬菌体的噬菌体的噬菌体的噬菌体的噬菌体的噬菌体的葡萄球菌葡萄球菌（1 m）支原体、立克次体、支原体、立克次体、衣原体衣原体（0.3 0.6 m）口蹄疫病毒口蹄疫病毒（20nm）痘病毒痘病毒（300nm）卵蛋白分子卵蛋白分子（10nm）噬菌体噬菌体（6595nm）个体微小，以个体微小，以nm为测量单位，需用电子显微镜观察为测量单位，需用电子显微镜观察噬 菌 体 的 分 类DNA噬菌体噬菌体RNA噬菌体噬菌体毒性噬菌体（毒性噬菌体
22、（virulent phage)温和噬菌体（温和噬菌体（temperate phage）又称又称 为溶源性噬菌体为溶源性噬菌体 毒性噬菌体（毒性噬菌体（virulent phage）能在宿主菌细胞内，利用宿主菌的酶、能在宿主菌细胞内，利用宿主菌的酶、能量进行能量进行复制复制增殖，产生子代噬菌体并增殖，产生子代噬菌体并使宿主使宿主菌裂解菌裂解的噬菌体为的噬菌体为毒性噬菌体。毒性噬菌体。噬菌现象噬菌现象均匀混浊均匀混浊澄清澄清痢疾杆菌痢疾杆菌大肠杆菌大肠杆菌痢疾杆菌噬菌体痢疾杆菌噬菌体痢疾杆菌噬菌体痢疾杆菌噬菌体痢疾杆菌培养液痢疾杆菌培养液肉汤肉汤结论：噬菌体可以裂解细菌并具有高度特异性结论：噬菌
23、体可以裂解细菌并具有高度特异性某些噬菌体感染宿主菌后，将其某些噬菌体感染宿主菌后，将其基因整合基因整合到宿主菌基因组并随宿主基因的复制而复到宿主菌基因组并随宿主基因的复制而复制，当宿主菌分裂时，噬菌体的基因亦随制，当宿主菌分裂时，噬菌体的基因亦随之分配到两个子代宿主菌基因组中；之分配到两个子代宿主菌基因组中；在某在某些因素作用下些因素作用下，裂解其感染宿主菌的噬裂解其感染宿主菌的噬菌体称之。菌体称之。前噬菌体前噬菌体-整合在细菌染整合在细菌染色体上的噬菌色体上的噬菌体基因组体基因组溶原性细菌溶原性细菌-带有前带有前噬菌体基因噬菌体基因组的细菌组的细菌噬菌体的应用第三节 微生物变异的常见类型野生
24、型野生型:-从自然界分离到的菌株一般称野生型菌株从自然界分离到的菌株一般称野生型菌株（wild type strain），简称野生型。），简称野生型。突变株突变株:-野生型经突变后形成的带有新性状的菌株，野生型经突变后形成的带有新性状的菌株，称为突变株（称为突变株（mutant）。）。（1）营养缺陷型（）营养缺陷型（auxotroph）一种缺乏合成其生存所必须的营养物（包括氨基酸、维生素一种缺乏合成其生存所必须的营养物（包括氨基酸、维生素、碱基等）的突变型，只有从周围环境或培养基中获得这些、碱基等）的突变型，只有从周围环境或培养基中获得这些营养或其前体物（营养或其前体物（precursor）才
25、能生长。才能生长。营养缺陷型是微生物遗传学研究中重要的选择标记和育种的重要手段表型判断的标准：表型判断的标准：在在基本培养基基本培养基上能否生长上能否生长（2）抗药性突变型（）抗药性突变型（resistant mutant）基因突变使菌株对某种或某几种药物，特别是抗生素，产生抗性。基因突变使菌株对某种或某几种药物，特别是抗生素，产生抗性。特点：特点：正选择标记正选择标记（突变株可直接从抗性平板上获得（突变株可直接从抗性平板上获得-在加有相应抗生素的平板上，只有抗性突变能生长。所以很容易分离得到。）（3）条件致死突变型（）条件致死突变型（conditional lethal mutant）在某一
26、条件下具有致死效应，而在另一条件下没有致死在某一条件下具有致死效应，而在另一条件下没有致死效应的突变型。效应的突变型。常用的条件致死突变是温度敏感突变温度敏感突变，用ts（temperaturesensitive）表示，这类突变在高温下（如42）是致死的，但可以在低温（如25-30）下得到这种突变。特点：特点：负选择标记负选择标记这类突变型常被用来分离生长繁殖必需的突变基因（4）毒力变异株）毒力变异株 微生物长期培养于加有特殊化学成分的培养基微生物长期培养于加有特殊化学成分的培养基或长期通过不同的动物穿戴，其毒力能够降低。或长期通过不同的动物穿戴，其毒力能够降低。胆汁、甘油、马铃薯培养基胆汁、
27、甘油、马铃薯培养基牛型结核杆菌牛型结核杆菌 卡介苗卡介苗 13年年(230代代)（1908）第四节 微生物变异的机制细细 菌菌 变变 异异 的的 机机 制制表型变异（非遗传性变异）表型变异（非遗传性变异）基因型变异（遗传性变异）基因型变异（遗传性变异）突变（突变（mutation)与损伤后修复与损伤后修复转移与重组转移与重组转化转化 (transformation)接合接合 (conjugation)转导转导 (transduction)溶原性转换溶原性转换 (lysogenic conversion)原生质体融合（原生质体融合（protoplast fusion)一、基因突变一、一、基因突变
28、的基因突变的分子基础分子基础(一一)自发突变自发突变 (二二)诱发突变诱发突变引起自发突变的原因主要有以下几方面：引起自发突变的原因主要有以下几方面：背景辐射和环境因素引起；背景辐射和环境因素引起；有害代谢产物引起；有害代谢产物引起；互变异构效应引起的碱基配对错误；互变异构效应引起的碱基配对错误；DNA复制过程中碱基配对错误复制过程中碱基配对错误；转座因子的作用。转座因子的作用。通过人为的方法，利用物理、化学或生物通过人为的方法，利用物理、化学或生物因素显著提高自发突变频率的手段因素显著提高自发突变频率的手段。生物体在无人工干预下自然发生的低频率突变（10-6-10-9）。它是生物进化的根源。
29、(二二)、诱发突变、诱发突变诱变剂（诱变剂（mutagen）：）：凡能提高基因突变频率的因素统称为诱变剂凡能提高基因突变频率的因素统称为诱变剂诱变剂的种类诱变剂的种类物理诱变剂物理诱变剂化学诱变剂化学诱变剂生物诱变剂生物诱变剂碱基类似物诱变剂；碱基类似物诱变剂；与碱基起化学反应的诱变剂；与碱基起化学反应的诱变剂；嵌入诱变剂；嵌入诱变剂；：辐射和热：辐射和热：转座因子：转座因子碱基置换碱基置换氨基酸改变氨基酸改变半胱氨酸酪氨酸碱基丢失碱基丢失碱基颠换碱基颠换二、基因的转移和重组受体菌直接摄取供体菌游离的DNA片断并重组使其获得新的性状的过程。自然遗传转化（natural genetic tran
30、sformation）人工转化（artificial transformation）感受态细胞：具有摄取外源DNA能力的细胞（competent cell）自然遗传转化的进行涉及到细菌染色体上几十个基因的功能及彼此间的相互协调，因此被认为是名副其实 的细菌水平基因转移途径。自然感受态与人工感受态的不同自然感受态的出现是细胞一定生长阶段的生理特性。人工感受态则是通过人为诱导的方法，使细胞具有摄取DNA的能力，或人为地将DNA导入细胞内。与细菌自身的遗传控制无关受细菌自身的基因控制一般出现在细菌生长的中、后期1928年，Griffith发现肺炎链球菌（Streptococcus pneumonia
31、e）的转化现象目前已知有二十多个种的细菌具有自然转化的能力进行自然转化的条件：建立了自然感受态的受体细胞外源游离DNA分子 DNA是遗传物质的确证；基因工程技术的建立；重要的微生物遗传学方法；转转 化化 transformationtransformationABCD结合蛋白枯草芽孢杆菌的自然转化过程（革兰氏阳性菌的转化模型）转化后的结果 转化子和非转化子1、只有少数菌属可发生转化。、只有少数菌属可发生转化。2、受菌处于感受态，才可摄取外源、受菌处于感受态，才可摄取外源DNA3、供菌、供菌DNA必须与受菌必须与受菌DNA同源性同源性4、供菌、供菌DNA只有单股与受菌染色体发生只有单股与受菌染色
32、体发生整合整合,故只有一个子代细菌带供菌的故只有一个子代细菌带供菌的DNA。F质粒接合质粒接合 Hfr菌接合菌接合R质粒接合质粒接合 接合时接合时F因子的转移与复制因子的转移与复制F因子的四种细胞形式b）F+；（F因子独立存在，因子独立存在，有性菌毛有性菌毛）。c）Hfr；F因子插入到染色体因子插入到染色体DNA上，上，有性菌毛有性菌毛。d）F；F因子因不正常切割而脱离染色体时，形成游离的但携带一小段染色体基因的F因子。细胞表面同样有性菌毛。a）F-；（“雌性”菌株，无性菌毛）“雄性”菌株（1）F+F-杂交杂交的结果：给体细胞和受体细胞均成为F+细胞理化因子的处理可将F因子消除而使F+菌株变成
33、F-菌株F+菌株的F因子向F-细胞转移，但含F因子的宿主细胞的染色体DNA一般不被转移。Hfr菌株的F因子插入到染色体DNA上，因此只要发生接合转移转移过程，就可以把部分甚至全部细菌染色体传递给F-细胞并发生重组，由此而得名为高频重组菌株（2）Hfr F-杂交Hfr菌株仍然保持着F+细胞的特征，具有F性菌毛，并象F+一样与F-细胞进行接合。所不同的是，当OriT序列被缺刻螺旋酶识别而产生缺口后，F因子的先导区(leading region)结合着染色体DNA向受体细胞转移，由于转移过程常被中断，因此F因子不易转入受体细胞中，故HfrF-杂交后的受体细胞(或接合子)大多数仍然是F-染色体上越靠近
34、F因子的先导区的基因，进入的机会就越多，在F-中出现重组子的的时间就越早，频率也高。F因子不易转入受体细胞中，故HfrF-杂交后的受体细胞（或称接合子）大多数仍然是F-。Hfr菌株内的F因子，特称为F因子。给体的部分染色体基因随F一起转入受体细胞a）与染色体发生重组；b）继续存在于F因子上，形成一种部分二倍体；（3）FF-杂交Hfr：F质粒进入受体菌后，少数质粒进入受体菌后，少数F质粒插入到受体菌质粒插入到受体菌 的的染色体中，与染色体一起复制（整合）。染色体中，与染色体一起复制（整合）。整合后的细菌有整合后的细菌有可能提高转移染色体基因的频率，称此菌为可能提高转移染色体基因的频率，称此菌为高
35、频重组菌（高频重组菌（high friquency recombinant，Hfr）。）。F质粒：质粒：Hfr菌中的菌中的F质粒可从染色体染色体上质粒可从染色体染色体上脱落脱落下来，下来，并会并会带染色体基因或带染色体基因或DNA片段，称其为片段，称其为 F质粒。质粒。F+、Hfr、F质粒：质粒：三种菌都有三种菌都有性菌毛性菌毛，均可通过接合，均可通过接合方式进行基因的转移。方式进行基因的转移。通过接合方式转移的质粒为通过接合方式转移的质粒为接合性质粒接合性质粒如如F质粒、质粒、R质粒。质粒。不能通过接合方式转移的质粒为不能通过接合方式转移的质粒为非接合性质粒非接合性质粒如葡萄球菌如葡萄球菌的
36、的R质粒。质粒。革兰阳性菌之间的接合是依赖供体菌表面的革兰阳性菌之间的接合是依赖供体菌表面的黏附黏附素，素，使供使供受体菌细胞形成聚集体，完成受体菌细胞形成聚集体，完成R质粒的转移。质粒的转移。ACDB R质粒结构图质粒结构图Tn9 带氯霉素R因子 Tn4 带氨苄青霉素、链霉素和磺胺 R因子 Tn5带卡那霉素、博来霉素和链霉素 R因子 耐药传递因子编码菌毛普遍性转导普遍性转导 局限性转导局限性转导缺陷噬菌体部分缺陷噬菌体完全缺陷噬菌体葡萄球菌葡萄球菌R质粒质粒普遍性转导的三种后果：完全转导：进入受体的外源DNA通过与细胞染色体的重组交换而形成稳定的转导子流产转导（abortive transd
37、uction）转导DNA不能进行重组和复制，但其携带的基因可经过转录而得到表达。外源DNA被降解，转导失败Gal：半乳糖操纵子半乳糖操纵子 bio：生物素操纵子生物素操纵子 普遍性转导与局限性转导的区别区别要点普遍性转导局限性转导基因转导发生的时期裂解期溶原期转导的遗传物质供体菌染色体DNA任何部位或质粒噬菌体DNA及供体菌DNA的特定部位转导的后果完全转导或流产转导受体菌获得供体菌DNA特定部位的遗传特性转导频率受体菌的10-7转导频率较普遍转导增加1000倍(10-4)接合(conjugation)：细胞与细胞的直接接触（由F因子介导）转导(transduction)：由噬菌体介导自然遗传
38、转化(natural genetic transformation)：游离DNA分子+感受态细胞12 无毒的白喉杆菌感染了无毒的白喉杆菌感染了-棒状杆菌噬菌体棒状杆菌噬菌体后变成了产后变成了产毒的白喉杆菌。毒的白喉杆菌。溶源转变溶源转变一个与转导相似又不同的现一个与转导相似又不同的现象象温和噬菌体感染细胞后使之温和噬菌体感染细胞后使之发生溶源化，因噬菌体的基因整发生溶源化，因噬菌体的基因整合到宿主染色体上合到宿主染色体上，而使后者获得了新性状的现象。，而使后者获得了新性状的现象。溶源转变与转导的不同溶源转变与转导的不同？a）发生溶源转变的噬菌体携带不携带供体菌的基因？）发生溶源转变的噬菌体携带
39、不携带供体菌的基因？b）发生溶源转变的噬菌体是完整的，还是缺陷的？）发生溶源转变的噬菌体是完整的，还是缺陷的？c）新获得的性状是什么细胞？而不是什么细胞？）新获得的性状是什么细胞？而不是什么细胞？d）所获得形状稳定不稳定？）所获得形状稳定不稳定？原生质体融合（原生质体融合（protoplst fusion）G+菌形成原生质体后，在聚乙二醇菌形成原生质体后，在聚乙二醇（PEG）作用下，可使两种不同的细菌细胞）作用下，可使两种不同的细菌细胞发生融合的过程。发生融合的过程。融合后形成双倍体细胞，可短期生存，融合后形成双倍体细胞，可短期生存，染色体重组，获得多种不同表型的重组融合染色体重组，获得多种不同表型的重组融合体。体。细菌遗传变异的医药学意义细菌遗传变异的医药学意义 疾病的诊断、治疗与预防；疾病的诊断、治疗与预防；致癌物质的检测；致癌物质的检测；流行病学调查；流行病学调查；基因工程。基因工程。基因工程基因工程思思 考考 题题
