细菌的遗传变异-8.ppt

细菌的遗传和变异细菌的遗传和变异 遗传物质是DNA 遗传物质是DNA（有时是RNA）的证据 （1）细菌的转化 （2）噬菌体的侵染和繁殖 遗传物质是DNA（有时是RNA）的证据 遗传物质是DNA（有时是RNA）的证据（3）病毒的重建 A.Double helix by element:base pairs,hydrogen bonding B.The Code Codons and Anti-Codons C.Strands and helical backbone D.Ends,Antiparallelism DNA和RNA的分子结构和复制 DNA和RNA的分子结构和复制 1953年，Watson和Crick关于碱基互补配对的规律，阐明了DNA的空间结空间结构构 RNA的分子结构 DNA和RNA的分子结构和复制 遗传物质的复制-双链DNA的复制 （半保留复制）遗传物质的复制-双链DNA的复制 （半保留复制）DNA与遗传密码 DNA与遗传密码 -由A、T（U）、C、G 组成的三联体密码 tRNA 的结构 在核糖体上合成蛋白质（1 1）启动阶段）启动阶段 肽链的延伸阶段肽链的延伸阶段 -“受位”（A）和“给位”（P）*进位反应*转位反应 *移位反应 *终止阶段 肽链的延伸阶段和终止阶段肽链的延伸阶段和终止阶段 中心法则 真核生物的染色体 原核生物的染色体 染色体的形态 真核生物的染色体 四级结构 DNA双螺旋结构 核小体 浓缩的染色质 中期染色体 原核生物的染色体 基因A 基因B DNA 转录 基因A 基因B mRNA 翻译 蛋白质A 蛋白质B 蛋白质 原核生物的染色体与细胞质没有核膜分开，因此三个过程紧密联系 外显子1 外显子2 内含子1 内含子2 基因 X DNA 外显子1 外显子2 内含子1 内含子2 初始RNA转录物 转录 加工过程中内含子被切除 外显子1 外显子2 成熟的mRNA 细胞核 转运到细胞质外 外显子2 外显子1 mRNA 翻译 蛋白质X 蛋白质 细胞质 真核生物 细菌染色体 细菌属于原核细胞型微生物,细菌染色体是环状双螺旋DNA，不含组蛋白,无核膜包围。基因,是具有一定生物学功能的核苷酸序列，如编码结构蛋白、酶等功能。细菌基因的结构是连续的,无内含子。细菌染色体DNA的复制：大肠埃希菌已证明是双向复制 质粒（plasmid）质粒是细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链DNA。大质粒 小质粒 几种重要的质粒 致育质粒（F质粒）耐药质粒 毒力质粒（Vi质粒）细菌素质粒 代谢质粒 致育质粒（F质粒）与有性生殖有关 带有F质粒的为雄性菌，能长出性菌毛；无F质粒的为雌性菌，无性菌毛 耐药性质粒 编码细菌对抗菌药物或重金属盐类的耐药性。可通过细菌间接合进行传递的称接合性耐药质粒，又称R质粒 不能通过接合传递的非接合性耐药质粒，但可通过噬菌体传递。毒力质粒（Vi质粒）编码与该菌致病性有关的毒力因子。如致病性的大肠埃希菌产生的耐热性肠毒素是由STST质粒质粒编码的。细菌粘附定植在肠粘膜表面是由K K质粒质粒决定的。细菌素质粒 编码各种细菌产生的细菌素。Col质粒编码大肠埃希菌产生大肠菌素 代谢质粒 编码产生相关的代谢酶。沙门菌发酵乳糖的能力通常是由质粒决定的 质粒的特征 自我复制能力，为复制子，单拷贝或多拷贝 紧密型质粒和松弛型质粒 编码产物赋予细菌某些性状特征 可自行丢失与消除 有转移性 可分为相容性和不相容性 转座因子 是存在于细菌染色体或质粒是存在于细菌染色体或质粒DNADNA分子上的分子上的一段特异性核苷酸序列片段，它能在一段特异性核苷酸序列片段，它能在DNADNA分子中移动，不断改变它们在基因组的分子中移动，不断改变它们在基因组的位置，能从一个基因组转移到另一个基位置，能从一个基因组转移到另一个基因组中。因组中。转座因子 插入序列（插入序列（insertion sequence,ISinsertion sequence,IS）是最小的转位因子，长度不超过是最小的转位因子，长度不超过2 2kbkb，不携带任何已知与插入功能无关的，不携带任何已知与插入功能无关的基因区域，往往是插入后与插入点附基因区域，往往是插入后与插入点附近的序列共同起作用，可能是原细胞近的序列共同起作用，可能是原细胞正常代谢的调节开关之一正常代谢的调节开关之一。转座因子 转座子（transposon,Tn）长度一般超过长度一般超过2 2kbkb，除携带与转位有关的基，除携带与转位有关的基因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒因外，还携带耐药性基因、抗金属基因、毒素基因及其他结构基因等。因此当素基因及其他结构基因等。因此当TnTn插入某插入某一基因时，一方面可引起插入基因失活产生一基因时，一方面可引起插入基因失活产生基因突变，另一方面可因带入耐药性基因而基因突变，另一方面可因带入耐药性基因而使细菌获得耐药性。转座子可能与细菌的多使细菌获得耐药性。转座子可能与细菌的多重耐药性有关。重耐药性有关。ISIS ISIS Resistance Gene(s)Resistance Gene(s)ISIS ISIS Resistance Gene(s)Resistance Gene(s)转座子的特征 转座子 携带耐药或毒素基因 Tn1 Tn2 Tn3Tn1 Tn2 Tn3 APAP（氨苄青霉素）（氨苄青霉素）Tn4Tn4 APAP、SMSM（链霉素）、（链霉素）、SuSu（磺胺）（磺胺）Tn5Tn5 KmKm（卡那霉素）（卡那霉素）Tn6Tn6 KmKm Tn7Tn7 TMPTMP（甲氧苄氨嘧啶）、（甲氧苄氨嘧啶）、SMSM Tn9Tn9 CmCm（氯霉素）（氯霉素）Tn10Tn10 TcTc（四环素）（四环素）tn551tn551 EmEm（红霉素）（红霉素）Tn971Tn971 EmEm Tn1681Tn1681 大肠埃希菌（肠毒素基因）大肠埃希菌（肠毒素基因）转座因子 转座噬菌体或前噬菌体转座噬菌体或前噬菌体 是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，是一些具有转座功能的溶原性噬菌体，当整合到细菌染色体上，能改变溶原性当整合到细菌染色体上，能改变溶原性细菌的某些生物学性状，如白喉棒状杆细菌的某些生物学性状，如白喉棒状杆菌、肉毒梭菌等的外毒素就是由转座噬菌、肉毒梭菌等的外毒素就是由转座噬菌体的有关基因所编码的。另外，转座菌体的有关基因所编码的。另外，转座噬菌体从细菌染色体分离脱落时，可能噬菌体从细菌染色体分离脱落时，可能连带有细菌的连带有细菌的DNADNA片段，故它还可能在遗片段，故它还可能在遗传物质转移过程中起载体作用。传物质转移过程中起载体作用。二、二、遗传信息的传递和基因的表达遗传信息的传递和基因的表达 基因到蛋白质基因到蛋白质 基因基因 RNA 转录转录 蛋白质蛋白质 翻译翻译 细菌基因的结构细菌基因的结构 启动子启动子 RBS 编码序列编码序列 终止子终止子 基因的转录基因的转录 RNA聚合酶和启动子聚合酶和启动子 全酶：核心酶全酶：核心酶 因子因子 起始：起始：-10序列和序列和-35序列序列 终止：终止子终止：终止子 细菌中常常是几个基因连续转录细菌中常常是几个基因连续转录 mRNA的加工的加工 原核细胞转录翻译同时进行原核细胞转录翻译同时进行 真核细胞中真核细胞中mRNA要经过加帽、加尾、拼要经过加帽、加尾、拼接等过程产生成熟的接等过程产生成熟的mRNA.翻译翻译 起始起始 肽链延长肽链延长 翻译终止翻译终止 基因表达的调节基因表达的调节 组成型酶：持续合成组成型酶：持续合成 诱导型酶：需要时诱导合成诱导型酶：需要时诱导合成 调控水平调控水平 转录转录 翻译翻译 翻译后调节翻译后调节 操纵子操纵子 操纵子是原核基因组的突出结构特点。操纵子是原核基因组的突出结构特点。是指数个功能上相关联的结构基因串联是指数个功能上相关联的结构基因串联在一起构成信息区在一起构成信息区,连同其上游的调控区连同其上游的调控区和下游的转录终止信号构成基因表达单和下游的转录终止信号构成基因表达单位位。结构基因：乳糖操纵子包含结构基因：乳糖操纵子包含3个结构基因个结构基因：lacZ、lacY、lacA。LacZ合成合成半乳半乳糖苷酶，糖苷酶，lacY合成透过酶，合成透过酶，lacA合成乙合成乙酰基转移酶。酰基转移酶。启动基因启动基因P，位于操纵基因的附近，它的，位于操纵基因的附近，它的作用是发出信号，作用是发出信号，mRNA合成开始，该合成开始，该基因也不能转录成基因也不能转录成mRNA 乳糖操纵子乳糖操纵子 三、微生物的变异和基因重组三、微生物的变异和基因重组 突变突变 转换转换 颠换颠换 移码移码 诱变诱变 基因的转移和重组基因的转移和重组 基因转移基因转移 外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的外源性的遗传物质由供体菌转入某受体菌细胞的过程称为基因转移（过程称为基因转移（gene transfergene transfer）。重组重组 转移的基因与受体菌转移的基因与受体菌DNADNA整合在一起称为重组（整合在一起称为重组（recombinationrecombination），使受体菌获得供体菌的某些），使受体菌获得供体菌的某些性状。性状。细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转导、细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转导、溶原性转换和细胞融合等方式进行溶原性转换和细胞融合等方式进行。转化（转化（transformationtransformation）转化是供体菌裂解游离的转化是供体菌裂解游离的DNADNA片段被受体菌片段被受体菌直接摄取，使受体菌获得新的性状。直接摄取，使受体菌获得新的性状。转化现象在肺炎链球菌、葡萄球菌和流感转化现象在肺炎链球菌、葡萄球菌和流感嗜血杆菌等中被证实。嗜血杆菌等中被证实。转化转化 转化因子（转化因子（transforming principle transforming principle）在转化过程中，转化的在转化过程中，转化的DNADNA片段称为转片段称为转化因子化因子 ，分子量小于，分子量小于10107 7，最多不超过，最多不超过1010-2020个基因。个基因。感受态（感受态（competencecompetence）受体菌只有处于感受态时，才能摄取转受体菌只有处于感受态时，才能摄取转化因子。细菌处于感受态是因为其表面化因子。细菌处于感受态是因为其表面有一种吸附有一种吸附DNADNA的受体的受体.自溶素、核酸酶自溶素、核酸酶 转化转化 转化因子吸附在受体菌表面受体上，然转化因子吸附在受体菌表面受体上，然后再被摄入后再被摄入 。解链，一链进入受体菌，另一链为进入解链，一链进入受体菌，另一链为进入提供能量。提供能量。重组。重组。DNADNA复制重组菌繁殖后，获得新的性状的复制重组菌繁殖后，获得新的性状的细菌称为转化菌的突变株。细菌称为转化菌的突变株。转化转化 接合（接合（conjugationconjugation）接合是细菌通过性菌毛相互连接沟通，接合是细菌通过性菌毛相互连接沟通，将遗传物质（主要是质粒将遗传物质（主要是质粒DNADNA）从供体菌）从供体菌转移给受体菌。转移给受体菌。接合性质粒：能通过接合方式转移的质接合性质粒：能通过接合方式转移的质粒称为接合性质粒，粒称为接合性质粒，F F质粒、质粒、R R质粒、质粒、ColCol质粒和毒力质粒。质粒和毒力质粒。接合接合 F F质粒的接合质粒的接合 F F+F F 高频重组菌（高频重组菌（high frequency high frequency recombination,Hfrrecombination,Hfr）F F F F+、HfrHfr、FF都为雄菌都为雄菌 原核生物质粒的接合原核生物质粒的接合 接合接合 F+F-F+F-F+F+F+F+Donor Recipient 接合接合 F+F+Hfr 接合接合 Hfr F-Hfr F-Hfr F-Hfr F-接合接合 F F F F F F-F F-转导（转导（transductiontransductio