细菌的遗传与变异

第四节
细菌遗传变异在医学上的实际意义
medical significance of bacterial heredity and variation
医学微生物学（第9版）
一、细菌形态结构的变异与细菌学诊断
Hfr将其部分染色体转入F-菌，产生重组的F-菌 备注：图片源自人卫社《医学微生物学》第8版，主编李凡、 徐志凯。（P55， 图4-5,b、c）
医学微生物学（第9版）
（二）R质粒（resistant plasmid）
1. 耐药传递因子（resistance transfer factor，RTF）编 码性菌毛
F质粒从F+菌转移到F-菌，使F-菌变为F+菌 备注：图片源自人卫社《医学微生物学》第8版，主编李凡、 徐志凯。（P55， 图4-5, a）
医学微生物学（第9版）
高频重组菌株（high-frequency recombination strain，Hfr） 1. F质粒与染色体整合 2. 具有接合和转移功能 3. 细菌染色体转移频率高，F质粒低 4. 受体菌获得供体菌遗传性状 5. 用于绘制基因图
1. 基因型回复突变 （genotypic reversion），机率很低 2. 表型回复突变（phenotypic reversion）
抑制突变（suppressor mutation）：包括基因内抑制（intragenic suppression）和基因间抑制（extragenic suppression）
2. 噬菌体（phage）
（1）侵袭细菌或真菌的病毒 （2）蝌蚪型：头部由核心（DNA 或 RNA）与蛋白质衣壳组成；尾部为蛋白质，与吸附宿主有关 （3）感染细菌的结果
溶菌性周期：毒性噬菌体、温和噬菌体 溶原性周期：温和噬菌体、前噬菌体（pro（第9版）
3. 质粒（plasmid）
gene 2
Tn gene 3
gene N
Tn 耐药决定因子
R质粒 耐药传递因子：性菌毛基因和传递相关基因 耐药决定因子：耐药基因，转座子
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三、转导（transduction）
转导（transduction） 噬菌体媒介 将供体菌DNA转给受体菌 受体菌获得供体菌的某些生物学性状 分为普遍性转导和局限性转导
（一）突变
1. 点突变
转换（transition） 颠换（transversion）
2. 插入或缺失突变：移码突变
（二）染色体畸变(多点突变)
1. 染色体重排 2. 倒位（inversion） 3. 重复（duplication） 4. 染色体缺失
医学微生物学（第9版）
二、基因的自发突变
（一）突变自发产生 （二）自发突变率约为每一世代10-10~10-6 （三）突变是自发的，随机的
Cm（氯霉素）抗性基因 Tc（四环素）抗性、重金属抗性、氧化应激等基因 Em（红霉素）抗性基因 大肠埃希菌耐热肠毒素（ST） Km抗性基因
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2. 整合子（integron）
（1）定位于细菌染色体、质粒或转座子上 （2）基本结构：两端为保守末端，中间为
可变区，含一个或多个基因盒 （3）整合子含有3个功能元件：特异性重
医学微生物学（第9版）
（一）普遍性转导（general transduction） 1. 毒性噬菌体或温和噬菌体介导 2. 包装错误：可转导任何部位细菌DNA片段 3. 转导性噬菌体 宿主菌DNA 无噬菌体DNA 4. 转导噬菌体DNA (供体菌)整合至受体菌染色 体基因组，受体菌获得供体菌遗传性状：完全 转导 5. 转导噬菌体DNA (供体菌)未整合至受体菌染 色体基因组，流产转导（abortive transduction）
2. 表型变异（phenotypic variation）
（1）外界因素所致，常波及同一环境中的大多数个体 （2）遗传物质的结构未改变 （3） 变化为可逆，表型变异不能遗传
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二、细菌基因组
（一）细菌基因组的主要组成
1. 细菌染色体（bacterial chromosome）
（1）dsDNA，单倍体，无组蛋白，无内含子 （2）大多数基因为单拷贝，而rRNA基因则为多拷贝 （3）代谢岛、毒力岛的G+C百分比和密码子使用偏向性与细菌染色体有明显差异
（1）双股闭合环状DNA分子 （2）自主复制 （3）编码某些生物学表型 （4）可丢失和转移，与细菌生命无关 （5）分类
A. 是否可通过细菌的接合作用传递 接合性质粒（conjugative plasmid）；非接合性质粒（non-conjugative plasmid）
B. 宿主菌中的拷贝数 严紧型质粒（stringent plasmid）；松弛型质粒（relaxed plasmid）
gene 1
gene 2
gene 3
gene n
IS
Tn 的命名： Tn1，Tn2…Tnn
IS
转座子, Transposon, Tn
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转座子
Tn1 Tn2 Tn3 Tn4 Tn5 Tn6 Tn7
Tn9 Tn10 Tn551 Tn1681 Tn903
常见转座子及插入序列
插入的识别序列
第四章
细菌的遗传与变异
heredity and variation of bacteria
第一节 细菌基因组 第二节 细菌基因突变 第三节 基因的转移与重组 第四节 细菌遗传变异在医学上的实际意义
重点难点
掌握 1. 细菌基因组 2. 基因的转移与重组方式种类与定义 3. 噬菌体及其相关概念
熟悉 1. 噬菌体与宿主菌相互关系，溶菌周期及溶原状态 2. 细菌基因突变的规律与机制
组位点、整合酶基因、启动子 （4）通过转座子或接合性质粒，使多种耐
药基因在细菌中进行水平传播
attl attC
基因盒1
整合子可存在 于 质粒、转座 子和基因组中
基因盒2
整合子, integron
第二节
细菌基因突变 bacterial gene mutation
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一、细菌变异机制
DNA片段通过毒性噬菌体/或温和噬菌体传递
任何DNA片段
DNA片段通过温和噬菌体传递
前噬菌体整合位点两侧DNA片段
DNA片段通过温和噬菌体传递
噬菌体携带的特定基因
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一、转化（transformation）
（一）转化（transformation）:
受体菌主动摄取外源性DNA 供体菌死亡时释放或人工方法提 取DNA 获得供体菌的某些生物学性状
了解 1. 细菌的变异现象 2. 细菌遗传变异研究的实际意义
第一节
细菌基因组 bacterial genome
医学微生物学（第9版）
一、细菌的变异现象
遗传变异与表型变异
1. 遗传变异（genetic variation）
（1）只发生在少数个体 （2）遗传物质结构发生改变 （3）可稳定传给子代，产生变种或新种 （4）有利于物种的进化
（2）转座子 (transposon, Tn) 2000~25000 bp 两端为IS 中心序列有与转位无关基因, 如：毒素基因、 耐药基因等
AATTCGT
反向重复序列
转座酶基因
ACGAATT
反向重复序列 IS 的命名： IS1，IS2…ISn
插入序列, insertion sequence, IS
2. 耐药决定子（resistance determinant，r-det）决定 菌株耐药性
3. R质粒通过接合方式在同种属或不同种属间传递, 又称 为传染性耐药因子
4. RTF和r-det可整合在一起，也可单独存在 r质粒： r-det单独存在，无接合传递耐药基因的功能
gene 1 Tn
Tn
耐药传递因子
转移DNA的特性 同源DNA片段
接合/conjugation
DNA通过性菌毛从F+ 细菌传递给F- 细菌
质粒或染色体
转导/transduction
普遍性转导 generalized transduction 局限性转导 specialized （restricted） transduction 溶原性转换 lysogenic reversion
IS1 IS2 IS50L, ISR IS4 Tn7R, Tn7L 为位点识别序列
IS1 IS10-R IS2 IS1 ISR1
耐药基因或毒素基因
AP（氨苄青霉素）抗性基因(b-内酰胺酶) AP、Sm（链霉素）、Su（磺胺）等抗性基因 Km（卡那霉素）、BLM（博莱霉素）、Sm等抗性基因 Km等抗性基因 TMP（甲氧苄氨嘧啶）、Sm、壮观霉素等抗性基因（含 有整合子）
C. 质粒的相容性 相容性质粒；不相容性质粒
D. 质粒基因编码的生物学性状 F质粒；R质粒；Vi质粒；Col质粒 等
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（二）细菌基因组中的主要特殊结构
1. 转位因子或转座元件（transposable element）
（1）插入序列 (insertion sequence， IS ) 750~2000 bp 两端重复序列，与插入有关 中心序列有转位酶基因
五、回复突变与抑制突变
（一）野生型（wild type）: 从自然界分离的未发生突变的菌株 （二）突变型（mutant type）: 相对于野生型菌株发生某一性状的改变 （三）正向突变（forward mutation）: 细菌由野生型变为突变型 （四）回复突变（reverse mutation）: 突变株经过第二次突变可恢复野生型的性状
局限性转导模式图 备注：图片源自人卫社《医学微生物学》第8版，主编李凡、 徐志凯。（P57， 图4-8）