2022年医学专题—第5章细菌的遗传与变异3(1).ppt

第一页，共五十五页。目目 的的 要要 求求1.1.掌握掌握：细菌的遗传物质；插入序列、转座子的概细菌的遗传物质；插入序列、转座子的概 念；细菌的基因转移和重组的几种念；细菌的基因转移和重组的几种(j zhn(j zhn)方式方式 （转化、接合、转导、溶原性转换、原生质（转化、接合、转导、溶原性转换、原生质 体融合）的概念和机制；体融合）的概念和机制；2.2.熟悉熟悉：遗传变异的原理；细菌的变异现象。遗传变异的原理；细菌的变异现象。3.3.了解了解：细菌基因突变的规律；遗传变异在医学上细菌基因突变的规律；遗传变异在医学上 的应用。的应用。第二页，共五十五页。第一节、细菌第一节、细菌(xjn)(xjn)(xjn)(xjn)的遗传物质的遗传物质1.1.细菌染色体（细菌染色体（bacterial chromosomebacterial chromosome）：）：为一条环状双螺旋的为一条环状双螺旋的DNADNA分子组成分子组成(z chn(z chn)的细菌染色的细菌染色体相对聚集在一起，形成一个较为致密的区域，称为类体相对聚集在一起，形成一个较为致密的区域，称为类核（核（nucleoidnucleoid）。）。第三页，共五十五页。细菌(xjn)染色体的特征：1）相对较小，只有一个复制启始位点。）相对较小，只有一个复制启始位点。2）功能相关）功能相关(xinggun)的基因组成操纵子结构，转录的基因组成操纵子结构，转录一条一条mRNA链，然后分别合成各自的蛋白。链，然后分别合成各自的蛋白。3)基因是连续的，没有内含子，转录后不需要剪切基因是连续的，没有内含子，转录后不需要剪切加工。加工。4）大部分）大部分DNA编码表达蛋白质，不翻译区中含编码表达蛋白质，不翻译区中含间隔区和调控序列间隔区和调控序列5）大多数编码顺序不重叠）大多数编码顺序不重叠6）结构基因大多数是单拷贝）结构基因大多数是单拷贝7）具有各种功能的识别区域）具有各种功能的识别区域第四页，共五十五页。第五页，共五十五页。第六页，共五十五页。第七页，共五十五页。3、转座因子、转座因子(ynz)(ynz)（transposable element）能细菌能细菌能细菌能细菌(xjn)(xjn)(xjn)(xjn)基因组中能改变自身位置的一段基因组中能改变自身位置的一段基因组中能改变自身位置的一段基因组中能改变自身位置的一段DNADNADNADNA片段片段片段片段。特特特特点点点点(td(td(td(tdin)in)in)in)插入序列（插入序列（插入序列（插入序列（insertion sequence,IS)insertion sequence,IS)insertion sequence,IS)insertion sequence,IS)转座子（转座子（转座子（转座子（transposon,Tntransposon,Tntransposon,Tntransposon,Tn）可在质粒与质粒之间、质粒和染色体之间、染色体不同可在质粒与质粒之间、质粒和染色体之间、染色体不同可在质粒与质粒之间、质粒和染色体之间、染色体不同可在质粒与质粒之间、质粒和染色体之间、染色体不同 部位之部位之部位之部位之间间间间自行转移自行转移自行转移自行转移。转位基因转位基因转位基因转位基因必须依附染色体和质粒复制必须依附染色体和质粒复制必须依附染色体和质粒复制必须依附染色体和质粒复制 分分分分类类类类概概概概念念念念第八页，共五十五页。是最简单或序列较短的转座因子，长度不超是最简单或序列较短的转座因子，长度不超是最简单或序列较短的转座因子，长度不超是最简单或序列较短的转座因子，长度不超2kbp2kbp2kbp2kbp，两端，两端，两端，两端(lin(lin(lin(lin dun)dun)dun)dun)有反向重复序列作为重组酶的识别位点，中心序列能编码转座酶及有反向重复序列作为重组酶的识别位点，中心序列能编码转座酶及有反向重复序列作为重组酶的识别位点，中心序列能编码转座酶及有反向重复序列作为重组酶的识别位点，中心序列能编码转座酶及与转录有关的调节蛋白。与转录有关的调节蛋白。与转录有关的调节蛋白。与转录有关的调节蛋白。1 1）插入序列（）插入序列（）插入序列（）插入序列（insertion sequences,IS)insertion sequences,IS)第九页，共五十五页。除两端的除两端的除两端的除两端的ISISISIS外还带有其它遗传基因（如耐药性基因、抗金属外还带有其它遗传基因（如耐药性基因、抗金属外还带有其它遗传基因（如耐药性基因、抗金属外还带有其它遗传基因（如耐药性基因、抗金属(jnsh)(jnsh)(jnsh)(jnsh)基因、毒素基因、其他结构基因等），这些基因可随基因、毒素基因、其他结构基因等），这些基因可随基因、毒素基因、其他结构基因等），这些基因可随基因、毒素基因、其他结构基因等），这些基因可随TnTnTnTn的转座的转座的转座的转座而发生转移重组，从而使插入处基因的完整性受到破坏，造成大而发生转移重组，从而使插入处基因的完整性受到破坏，造成大而发生转移重组，从而使插入处基因的完整性受到破坏，造成大而发生转移重组，从而使插入处基因的完整性受到破坏，造成大的染色体突变。的染色体突变。的染色体突变。的染色体突变。2 2）转座子（）转座子（）转座子（）转座子（transposon,Tntransposon,Tn）Kanr Bler Strr 第十页，共五十五页。第十一页，共五十五页。4、整合(zhn h)子（integron,In）是一种运动性的是一种运动性的DNADNA分子，具有独特分子，具有独特(dt)(dt)结构可结构可捕获和整合外源性基因捕获和整合外源性基因，使之转，使之转变成为功能性基因的表达单位。变成为功能性基因的表达单位。定位于染色体和质粒或转座子上。定位于染色体和质粒或转座子上。基本结构由两端的保守末端和中间的可基本结构由两端的保守末端和中间的可变区构成。变区构成。第十二页，共五十五页。5、噬菌体基因组毒性毒性(d xn)噬菌体噬菌体 溶菌周期溶菌周期温和噬菌体温和噬菌体 溶原周期溶原周期 溶菌周期溶菌周期 溶原性细菌溶原性细菌 前噬菌体前噬菌体第十三页，共五十五页。第二节、细菌基因第二节、细菌基因(jyn)表达的调表达的调节节操纵子操纵子细菌的许多相关基因串联排列在染色体的特细菌的许多相关基因串联排列在染色体的特定部位，其上游定部位，其上游(shngyu)有启动子（有启动子（promotor）和操纵）和操纵基因（基因（operator gene）序列，共同构成一个转录单位，）序列，共同构成一个转录单位，称为操纵子。称为操纵子。操纵子上游有一调节基因，编码的蛋白质能调操纵子上游有一调节基因，编码的蛋白质能调节操纵子的活动。这些功能相关的基因串联排列节操纵子的活动。这些功能相关的基因串联排列,受受上游共同调控区的调控上游共同调控区的调控,同时转录同时转录,同时翻译同时翻译,最终形成功最终形成功能相关的几种蛋白质。能相关的几种蛋白质。第十四页，共五十五页。PP大肠大肠(dchng)(dchng)埃希菌乳糖酶基因埃希菌乳糖酶基因乳糖操纵子乳糖操纵子5 TGTTGACATTT ATTTGTTATAATG CAT 3RPOLacZLacY调节调节(tioji)(tioji)基因基因启动子启动子操纵基因操纵基因结构结构(jigu)(jigu)基因基因识别部位识别部位结合部位结合部位6-9bp4-7bp LacA结构基因：结构基因：大肠杆菌乳糖代谢酶（大肠杆菌乳糖代谢酶（半乳糖苷酶、半乳糖苷酶、半乳糖苷通透酶、半乳糖苷通透酶、半乳糖苷乙酰化酶）基因（半乳糖苷乙酰化酶）基因（LacZLacZ、LacYLacY、LacALacA）串联排列于）串联排列于DNADNA区段上。区段上。操纵基因（操纵基因（operator geneoperator gene）：）：控制基因转录的序列；控制基因转录的序列；启动子（启动子（promotorpromotor）序列：）序列：RNARNA聚合酶的识别和结合部位。前者由聚合酶的识别和结合部位。前者由TTGACATTGACA序列组成，后者序列组成，后者由由TATAATGTATAATG序列组成，成为序列组成，成为pribnowpribnow框。框。第十五页，共五十五页。（一）抑制基因转录（一）抑制基因转录(zhun l)1、阻遏蛋白、阻遏蛋白(repressor):在乳糖操纵子上游的调节基因区域，在乳糖操纵子上游的调节基因区域，有产生阻遏蛋白的基因，产生的阻遏蛋白具有抑制基因转有产生阻遏蛋白的基因，产生的阻遏蛋白具有抑制基因转录的作用。录的作用。第十六页，共五十五页。2、辅阻遏物（、辅阻遏物（corepressor）是一种小分子物质，与阻遏蛋白结合形成一种活性阻遏物，其是一种小分子物质，与阻遏蛋白结合形成一种活性阻遏物，其与操纵基因结合，抑制基因转录。与操纵基因结合，抑制基因转录。（二）促进基因转录（二）促进基因转录 分解分解(fnji)物基因结合蛋白（物基因结合蛋白（catabolite gene-activator protein,CAP）,与与cAMP结合形成结合形成CAPcAMP复合物后，能复合物后，能与启动子区域的与启动子区域的DNA序列结合，从而增强序列结合，从而增强RNA聚合酶与启动子聚合酶与启动子结合，明显提高基因的转录和翻译。结合，明显提高基因的转录和翻译。第十七页，共五十五页。第三节、基因的转移第三节、基因的转移(zhuny)(zhuny)和重和重组组第十八页，共五十五页。第十九页，共五十五页。第二十页，共五十五页。第二十一页，共五十五页。第二十二页，共五十五页。第二十三页，共五十五页。第二十四页，共五十五页。第二十五页，共五十五页。F+F-F+F-F+F+F+F+F F 质粒接合质粒接合(jih)(jih)(jih)(jih)通过通过通过通过性菌毛性菌毛性菌毛性菌毛的接触沟通将的接触沟通将的接触沟通将的接触沟通将接合接合接合接合(jih)(jih)(jih)(jih)性质粒性质粒性质粒性质粒从供菌转移到受菌。从供菌转移到受菌。从供菌转移到受菌。从供菌转移到受菌。DonorRecipient第二十六页，共五十五页。第二十七页，共五十五页。HfrHfr菌接合菌接合(jih)(jih)(jih)(jih)ABCDE F F质粒可以整合到染色体上形成高频重组株质粒可以整合到染色体上形成高频重组株质粒可以整合到染色体上形成高频重组株质粒可以整合到染色体上形成高频重组株（high frequency recombinant，Hfr），具有高频率转移自身具有高频率转移自身(zshn)染色体到染色体到F菌的能菌的能力力。1.Hfr1.Hfr1.Hfr1.Hfr类似类似类似类似(li s)(li s)(li s)(li s)于于于于F F F F质质质质粒，可合成性菌毛。粒，可合成性菌毛。粒，可合成性菌毛。粒，可合成性菌毛。2.2.2.2.可转移供菌的染色体可转移供菌的染色体可转移供菌的染色体可转移供菌的染色体DNADNADNADNA。被整合的被整合的被整合的被整合的F F F F质粒起质粒起质粒起质粒起引导转移作用。引导转移作用。引导转移作用。引导转移作用。第二十八页，共五十五页。第二十九页，共五十五页。F/质粒：质粒：Hfr菌中的菌中的F质粒有时会从染色体质粒有时会从染色体上脱离上脱离(tul)(tul)，终止，终止Hfr状态，从染色体上状态，从染色体上脱离的脱离的F质粒还会携带有相邻染色体质粒还会携带有相邻染色体DNA片段，称为片段，称为F/质粒质粒第三十页，共五十五页。第三十一页，共五十五页。第三十二页，共五十五页。第三十三页，共五十五页。ACDB第三十四页，共五十五页。转导转导(zhun do)（transduction）由噬菌体介导，将供菌的由噬菌体介导，将供菌的DNADNA片段转片段转入入(zhun r)(zhun r)受菌，使受