细菌遗传学PPT课件
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细菌的遗传与变异ppt课件
第二章 细菌的遗传与变异
1
遗传(heredity)：细菌子代与亲代在
生物学性状上的相似性。
变异(variation)：细菌子代与亲代
之间存在某些性状上出现的差异性。
2
第一节 细菌变异现象
形态与结构变异
菌体形态的变异 特殊构造的变异
菌落变异 毒力变异 耐药性变异
3
菌体形态的变异
青霉素、溶菌酶
卡介苗
13年(230代)
7
耐药性变异
细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药。 多重耐药性，甚至产生药物依赖性。
8
第二节 细菌遗传变异的物质基础
1.细菌的染色体(chromosome) 2.质粒(plasmids) 3.噬菌体(bacteriophages/phages) 4.转位因子（transposable element） 5.整合子（integron）
9
一、细菌的染色体
主要特点 1.不形成染色体结构 2.基因的连续性 3.结构基因单拷贝，rRNA基因等多拷贝
10
二、质粒(plasmids)
主要特点 1.能自我复制并传给子代，有些质粒可整合到细
菌核质DNA上。 2.可从一个菌转移到另一个菌。 3.质粒可自行丢失。 4.质粒赋予细菌某些重要的生物学性状。
23
温和噬菌体
24
整 合 在 细 菌 DNA 上 的 噬 菌 体 基 因 称 前 噬 菌 体 （prophage）。
带有前噬菌体的细菌称溶原性细菌（lysogenic bacteria ）。
前噬菌体存在于细菌内，导致细菌基因和性状发 生改变，这种现象称溶原性转换。
温和噬菌体有溶原性周期和裂解周期。 毒性噬菌体只有裂解周期。
11
1
遗传(heredity)：细菌子代与亲代在
生物学性状上的相似性。
变异(variation)：细菌子代与亲代
之间存在某些性状上出现的差异性。
2
第一节 细菌变异现象
形态与结构变异
菌体形态的变异 特殊构造的变异
菌落变异 毒力变异 耐药性变异
3
菌体形态的变异
青霉素、溶菌酶
卡介苗
13年(230代)
7
耐药性变异
细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药。 多重耐药性，甚至产生药物依赖性。
8
第二节 细菌遗传变异的物质基础
1.细菌的染色体(chromosome) 2.质粒(plasmids) 3.噬菌体(bacteriophages/phages) 4.转位因子（transposable element） 5.整合子（integron）
9
一、细菌的染色体
主要特点 1.不形成染色体结构 2.基因的连续性 3.结构基因单拷贝，rRNA基因等多拷贝
10
二、质粒(plasmids)
主要特点 1.能自我复制并传给子代，有些质粒可整合到细
菌核质DNA上。 2.可从一个菌转移到另一个菌。 3.质粒可自行丢失。 4.质粒赋予细菌某些重要的生物学性状。
23
温和噬菌体
24
整 合 在 细 菌 DNA 上 的 噬 菌 体 基 因 称 前 噬 菌 体 （prophage）。
带有前噬菌体的细菌称溶原性细菌（lysogenic bacteria ）。
前噬菌体存在于细菌内，导致细菌基因和性状发 生改变，这种现象称溶原性转换。
温和噬菌体有溶原性周期和裂解周期。 毒性噬菌体只有裂解周期。
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细菌的遗传研究PPT课件
• 发生了一种不同于转化的遗传重组方式， 称之为接合。
20
第20页/共66页
遗传物质的转移是单向的
• Hayes做的实验：
• 原理：高剂量的链霉素处理菌株，并不杀死细菌，只是阻 止细菌细胞分裂，因此处理后的菌不会形成菌落。
• 处理A+未处理的B—有菌落 • 未处理的A+处理B—无菌落 • 表明：两菌株在杂交中的作用不同，一个是供体A，另一
• 共转化作图的依据：测定两基因共同转化的频率来指示基因间的相对距离。
12
第12页/共66页
*(三)、共同转化与遗传图谱绘制
13
色氨酸、组氨酸、酪氨酸
第13页/共66页
14
二、接合
(一)、接合现象的发现和证实 (二)、F因子及其在杂交中的行为 *(三)、中断杂交试验作图
第14页/共66页
(一)、接合现象的发现和证实
型是 lac+。部分二倍体F′lac+/lac-不稳定，F′因子可能丢 失，产生lac-单倍体；
2）在F′和染色体间重组产生稳定的lac+。
40
第40页/共66页
三、性导与F因子
• 由性导产生的部分二倍体的作用：
1）确定等位基因显隐性关系 2）每个F′因子携带不同的大肠杆菌的基因，包括全部染色
体基因，因此，并发性导是建立遗传图的另一手段，即两 个位点必须密切相连才能处在同一个F′因子上。这样通过 两个位点间重组频率的计算就可以获得每个片段的连锁群。
第46页/共66页
五、转导
1、烈性噬菌体 2、温和噬菌体 3、转导
47
第47页/共66页
1、烈性噬菌体
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1、烈性噬菌体
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遗传物质的转移是单向的
• Hayes做的实验：
• 原理：高剂量的链霉素处理菌株，并不杀死细菌，只是阻 止细菌细胞分裂，因此处理后的菌不会形成菌落。
• 处理A+未处理的B—有菌落 • 未处理的A+处理B—无菌落 • 表明：两菌株在杂交中的作用不同，一个是供体A，另一
• 共转化作图的依据：测定两基因共同转化的频率来指示基因间的相对距离。
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*(三)、共同转化与遗传图谱绘制
13
色氨酸、组氨酸、酪氨酸
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二、接合
(一)、接合现象的发现和证实 (二)、F因子及其在杂交中的行为 *(三)、中断杂交试验作图
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(一)、接合现象的发现和证实
型是 lac+。部分二倍体F′lac+/lac-不稳定，F′因子可能丢 失，产生lac-单倍体；
2）在F′和染色体间重组产生稳定的lac+。
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三、性导与F因子
• 由性导产生的部分二倍体的作用：
1）确定等位基因显隐性关系 2）每个F′因子携带不同的大肠杆菌的基因，包括全部染色
体基因，因此，并发性导是建立遗传图的另一手段，即两 个位点必须密切相连才能处在同一个F′因子上。这样通过 两个位点间重组频率的计算就可以获得每个片段的连锁群。
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五、转导
1、烈性噬菌体 2、温和噬菌体 3、转导
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1、烈性噬菌体
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1、烈性噬菌体
细菌的遗传学ppt课件
细菌的遗传学
细菌遗传变异的物质基础
遗传： 变异： ① 遗传型变异（基因型变异 ） ② 非遗传型变异（表型变异 ）
遗传物质：DNA 基因组：细菌染色体 染色体以外遗传物质 （质粒和转位因子等）
基因型和表型变异的比较 基因型变异 基因结构 可逆性 稳定性 变化 无或极少 稳定 未变 可逆 不稳定 受影响 全体
代谢质粒 代谢酶
三、其他遗传物质 转座因子、整合子、前噬菌体 1、转座因子 细菌基因组上的一段核苷酸，能改变自身位置 转移：同一染色体 染色体--染色体 质粒--质粒 质粒--染色体 包括： 插入序列 (insertion sequence,IS) 转座子 (transposon,Tn)
⑵ 转座子（Tn） 两端为IS 中心序列有与转位无关的基因 耐药基因 毒力基因 结果：染色体突变 耐药性产生
H→O变异：如伤寒沙门菌鞭毛 S→R变异：消失荚膜或多糖 抗原性改变 毒力下降，生化反应改变 治疗困难：耐药 预防：BCG
基因工程
载体：质粒，噬菌体
工程菌和酶：限制性
内切酶，连接酶
选择目的基因，细菌
中表达，如胰岛素、
白介素、干扰素等
基因工程疫苗
谢 谢 大 家
局限性转导：
脱落错误：前噬菌体及两边的细菌DNA 转导性噬菌体：噬菌体DNA及细菌DNA
(3) 接合（conjugation）：
供体菌通过性菌毛将DNA转入受体菌内， 使受体菌获得新的遗传性状。
F质粒： 雄性菌：F+，性菌毛（+），供体菌 雌性菌：F-，性菌毛（-），受体菌
R质粒： 接合性：耐药性传递因子：性菌毛 耐药性决定子 ：耐药性 方式：接合 非接合性：耐药性决定子 方式：转化或转导
细菌遗传变异的物质基础
遗传： 变异： ① 遗传型变异（基因型变异 ） ② 非遗传型变异（表型变异 ）
遗传物质：DNA 基因组：细菌染色体 染色体以外遗传物质 （质粒和转位因子等）
基因型和表型变异的比较 基因型变异 基因结构 可逆性 稳定性 变化 无或极少 稳定 未变 可逆 不稳定 受影响 全体
代谢质粒 代谢酶
三、其他遗传物质 转座因子、整合子、前噬菌体 1、转座因子 细菌基因组上的一段核苷酸，能改变自身位置 转移：同一染色体 染色体--染色体 质粒--质粒 质粒--染色体 包括： 插入序列 (insertion sequence,IS) 转座子 (transposon,Tn)
⑵ 转座子（Tn） 两端为IS 中心序列有与转位无关的基因 耐药基因 毒力基因 结果：染色体突变 耐药性产生
H→O变异：如伤寒沙门菌鞭毛 S→R变异：消失荚膜或多糖 抗原性改变 毒力下降，生化反应改变 治疗困难：耐药 预防：BCG
基因工程
载体：质粒，噬菌体
工程菌和酶：限制性
内切酶，连接酶
选择目的基因，细菌
中表达，如胰岛素、
白介素、干扰素等
基因工程疫苗
谢 谢 大 家
局限性转导：
脱落错误：前噬菌体及两边的细菌DNA 转导性噬菌体：噬菌体DNA及细菌DNA
(3) 接合（conjugation）：
供体菌通过性菌毛将DNA转入受体菌内， 使受体菌获得新的遗传性状。
F质粒： 雄性菌：F+，性菌毛（+），供体菌 雌性菌：F-，性菌毛（-），受体菌
R质粒： 接合性：耐药性传递因子：性菌毛 耐药性决定子 ：耐药性 方式：接合 非接合性：耐药性决定子 方式：转化或转导
《细菌遗传与变异》课件
突变与基因重组
细菌基因突变产生新的遗 传变异，基因重组则促进 不同细菌间的基因交流， 增加细菌的适应能力。
表型可塑性
细菌可以根据环境变化快 速调整自身表型，以适应 不同的生存条件。
细菌对抗生素的抗性进化
抗生素使用
抗生素的广泛使用对细菌 构成选择压力，促使细菌 进化出抗药性。
抗药性基因
某些细菌天生携带抗药性 基因，在抗生素压力下得 以保留和传播。
细菌遗传学的发展历程
01
02
03
04
19世纪末，巴斯德提出细菌 学说，认为疾病是由特定的微 生物引起，开启了细菌学的研
究。
20世纪初，弗莱明发现青霉 素，开创了抗生素治疗的新纪
元。
1950年代，DNA双螺旋结构 的发现为遗传学奠定了基础， 细菌遗传学的研究也取得了突
破性进展。
21世纪初，随着基因组学和 合成生物学的快速发展，细菌 遗传学的研究进入了一个全新
05
细菌遗传学在生物技术和医学中的应用
基因工程菌的构建与应用
基因工程菌的构建
通过基因工程技术将外源基因导入细 菌中，构建具有特定功能的基因工程 菌。
基因工程菌的应用
基因工程菌可用于生产高价值的生物 药物、工业酶制剂等，提高生产效率 和产品质量。
细菌在药物发现和开发中的应用
抗菌药物的筛选
利用细菌作为靶标筛选具有抗菌活性的药物，用于治疗细菌 感染。
的时代。
02
细菌的基因和基因组
细菌基因的组成和功能
细菌基因的组成
细菌基因由DNA或RNA构成，其 中DNA是主要的遗传物质，编码 蛋白质和调控序列。
细菌基因的功能
细菌基因负责编码各种蛋白质， 包括酶、代谢途径的调控蛋白、 结构蛋白等，以支持细菌的生长 、繁殖和生存。
遗传学细菌和病毒的遗传PPT.
如抗药性或抗感染性。 第三，认同和回应。你可以对客户说，“你有这样的想法，我认为这是可以理解的”。你这么一说，客户肯定会说，“我们总算找到共
同语言了”。其实并非如此，只不过这里有一个技巧性问题而已。 在绕车介绍中，我们将紧扣汽车这个产品，对整车的各个部位进行互动式的介绍，将产品的亮点通过适当的方法和技巧进行介绍，向
感染细菌的病毒又叫噬菌体(bacteriophage), 是目 前了解比较清楚的病毒。
常见几个主要噬菌体的特性质见表。
噬菌体对于分子生物学研究具有重要意义。
Small summary
三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性：
1．世代周期短：
大肠杆菌(E. Coli)20分钟可繁殖一代。
2．便于管理和生化分析： 个体小，一般在1u至几u之间，因一支试管可以储存数
例如：青霉素（pen ）抗性突变 客户展示能够带给他哪些利益，以便顺理成章地进入到r下一个环节。
的菌落。
培养基中 加有青霉素
测定突变的方法──影印法： 黎德伯格等（Lederberg J.和Lederberg E. 印在母 板上
再印在选择 培养基上
Lederberg J., 1958 Nobel奖获得者， 发现细菌转导和接合
自信的姿势表明应聘者胸有成竹 4、 游泳前应做好充分的准备活动，使全身各个器官、系统得到活动。 规范管理的八字原则 食物名称
②. 抗性突变型： 孩子是客户带进来的，销售人员应照看好孩子，应安排把孩子带到儿童娱乐区去，找专人去照看他。 第六个，公司的经理每天根据什么去管理销售人员的销售进度； 五、给学生一些有紧急情况要尽快告知父母或老师以及小常识。
– DNA分子无组蛋白与之结合，仅与一些碱性蛋白结合。
②质粒
– 细菌体内含有的一种染色体外小型环状DNA。 – 携带着决定细菌某些遗传特性的基因，如抗药、产毒、
同语言了”。其实并非如此，只不过这里有一个技巧性问题而已。 在绕车介绍中，我们将紧扣汽车这个产品，对整车的各个部位进行互动式的介绍，将产品的亮点通过适当的方法和技巧进行介绍，向
感染细菌的病毒又叫噬菌体(bacteriophage), 是目 前了解比较清楚的病毒。
常见几个主要噬菌体的特性质见表。
噬菌体对于分子生物学研究具有重要意义。
Small summary
三、细菌和病毒在遗传研究中的优越性：
1．世代周期短：
大肠杆菌(E. Coli)20分钟可繁殖一代。
2．便于管理和生化分析： 个体小，一般在1u至几u之间，因一支试管可以储存数
例如：青霉素（pen ）抗性突变 客户展示能够带给他哪些利益，以便顺理成章地进入到r下一个环节。
的菌落。
培养基中 加有青霉素
测定突变的方法──影印法： 黎德伯格等（Lederberg J.和Lederberg E. 印在母 板上
再印在选择 培养基上
Lederberg J., 1958 Nobel奖获得者， 发现细菌转导和接合
自信的姿势表明应聘者胸有成竹 4、 游泳前应做好充分的准备活动，使全身各个器官、系统得到活动。 规范管理的八字原则 食物名称
②. 抗性突变型： 孩子是客户带进来的，销售人员应照看好孩子，应安排把孩子带到儿童娱乐区去，找专人去照看他。 第六个，公司的经理每天根据什么去管理销售人员的销售进度； 五、给学生一些有紧急情况要尽快告知父母或老师以及小常识。
– DNA分子无组蛋白与之结合，仅与一些碱性蛋白结合。
②质粒
– 细菌体内含有的一种染色体外小型环状DNA。 – 携带着决定细菌某些遗传特性的基因，如抗药、产毒、
13细菌的遗传和变异PPT课件
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27
结果
完全转导
整合
流产转导
未整合
-
28
局限性转导restricted transduction
或称特异性转导， 所转导的只限于供体 菌染色体上特定的基因。
-
29
4. 溶原性转换 lysogenic conversion
定义：溶原性细菌因染色体上整合有 前噬菌体而获得新的遗传性状。
-
30
常见的细菌及其所产生的毒素有：
形态结构变异
Variation of morphology and structure
菌落变异 variation of colony 毒力变异virulent variation
卡介苗 Bacillus of Calmette- Guerin,BCG : 卡介二氏 用有毒的牛结核分枝杆菌在含甘油、马铃薯的培养基上， 经13年连续230次传代所获得的一毒力减弱但保留有抗原 性的变异株。是 用于人工免疫以预防结核病的活疫苗。
接合性耐药质粒：
conjugative plasmid of drug resistance
耐药性质粒
非接合性质粒 ：不能通过
接合方式传递, 可通 过转导方式传递.
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9
毒力质粒 virulent plasmid ，Vi plasmid
如致病性大肠埃希菌的ST质粒、 LT质粒 等。
细菌素质粒 、代谢质粒等。
-
20
一、基因突变 gene mutation
突变：突变是细菌遗传物质结构发生 突然而稳定的改变，引起细菌遗传性 变异。 可分为点突变和大突变
-
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二、基因的转移与重组 gene tranfer and recombination
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变异
• 遗传性变异（基因型变异）
– 细菌的基因结构发生了改变，如基因突变或 重组，不可逆，可遗传给后代。
• 非遗传性变异（表型变异）
– 环境改变导致，基因结构未发生变异，可逆， 不可遗传。
形态结构变异
•
3-6%食盐
鼠疫杆菌────→多形态性(衰残型)。
琼脂培基
形态结构变异
•
青霉素、溶菌酶
正常形态细菌──────→ L型变异
耐药性变异
• 细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异 称为耐药性变异。
• 金黄色葡萄球菌耐青霉素的菌株已从1946年 的14%上升至目前的80%。
• 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。
•
含链霉素培基
痢疾杆菌─────→依链株(耐药菌株)
长期培养
菌落变异
•
在陈旧培养基中长期培养
• 营养培养基(Nutrient medium)： 又称LB(Luria broth) or YT培养基,含酵母提取物、蛋白胨 氯 化钠。又称完全培养基
• 原养型菌(prototroph):能在基本培养基生长的菌 株
• 野生型菌(wildtype):指某一微生物在发生营养 要求突变以前的原始菌
• 补充培养基：在基本培养基中有针对性地加上 某一种或几种其自身不能合成的成分，以满足 相应营养缺陷型生长的培养基。
突变是指遗传物质突然发生了稳定的可遗传的变 化.包括数量与结构的改变。
以细菌进行遗传学试验之困惑：细菌基因的突变 是自发还是被诱导。三个经典实验
自发还是诱变的证明
（一）波动试验Fluctuation test
1943年S.E. Luria & M. Delbruck 波动试验 (Fluctuation test)(1943; Genetics 28:491511)
自发还是诱变的证明
三、影印培养法
1951年J&E Lederberg 发明影印培养法法 (Replica plating) 直接证明了突变的自发 性：细菌的抗药性发生在加入药物以前， 而药物的作用只是把突变型筛选出来。
影印培养法可以分离出纯种的突变株，它在微生 物遗传的理论和育种研究中都有广泛的应用
抗体或补体
(部分或完全失去胞壁)
正常霍乱弧菌
霍乱弧菌L型
形态结构变异
• 特殊结构的变异
42-43℃ 炭疽杆菌────→失去形成芽胞能力, 毒性
10-20天
降低
变形杆菌（H） 1%石炭酸 （O）
迁徙生长
单个菌落
鞭毛变异
毒力变异
•
胆汁、甘油、马铃薯培养基
牛型结核杆菌────────→卡介苗
13年(230代)
Luria & Delbruck
自发还是诱变的证明
二、 涂 布 试 验
Newcombe涂布实验结果
未涂布的 5 3 4 8 2 6
总计 28
涂布的 198 14 16 13 4 112 353
涂布试验于1949年 由H. Newcombe 设计。 其原理与波动试验相同。
如果细菌抗性是诱发的，加入phage前重新 涂布无非使细菌所处的位置发生了变化， 但如果是自发产生的，则可使重新涂布 的培养皿中长出多得多的抗性菌落。
T1 phage: 烈性噬菌体 E.coli敏感菌
Phage-picture
实验推理：如果细菌的抗性是由phage引起的 (adaptation),则分装于小管中的样品将出现大致 相等数目的抗性细菌，但如果抗性突变是自发 的，则各小管中样品中所含突变的细菌数应与 发生突变的早晚有关。
实验结果：各小管所涂平板抗性菌落数相差极大， 说明抗性不是phage诱导出来的，而是在接触 到phage之前，在某一次细胞分裂过程中随机 地自发产生的。
发展迅速： 细菌遗传学是是分子生物学的重要基础，是基因
工程的奠基石
几个基本概念
• 基本培养基(minimal medium)：只含有少量无 机盐(如：Na+ K + Mg + + NH4 + )，痕量营养元 素(如：B1)和一种碳源(如：葡萄糖、甘油)。 凡能满足某一菌种野生型和原养型菌株营养要 求的最低成分的组合培养基。
ห้องสมุดไป่ตู้
光滑型菌落 ─────→ 粗糙型菌落
S 或在有免疫力的人体内 R
• 失去LPS的特异性多糖重复单位
细菌遗传学-基因突变与基因转移
起步较晚：主要是细菌遗传学的研究要以群体为 研究对象，而多细胞的动植物的遗传学却能以 个体为研究对象。
细菌作为遗传学研究的优点：细菌是单倍体，遗 传物质的改变即可导致表型的改变，并且繁殖 快速，而真核生物是二倍体，遗传物质的改变 却不一定导致表型的改变。
• 营养缺陷型表示：所要求的营养物的头三个字 母表示，如bio-，对应的野生型以bio+表示
• 营养缺陷型菌(auxotroph):不能在基本培养基上 生长，而只能在营养培养基生长的菌株。该类 型菌多是与生化合成反应有关的基因发生了变 异，使正常的代谢过程受到阻碍。该类型菌在 工业上有很大的应用价值。如Met-Vel - E.coli 生产Thr
细菌的基因符号和命名
例
Strain No. Sex genotype phenotype
CSH1
F- trpB-lacZ-thi-strA Trp-Lac-B1-Strr
CSH 13 F′lacZ proA+ B+ ;△(lac pro)supE thi
一、基因突变
突变的自发性
从孟德尔遗传学到分子现代遗传学的建以都是以 变异的研究为基础的。无论是基因结构的确定、 基因定位，还是基因表达和调控，以及育种等 实际应用都是如此。细菌的遗传学则主要以其 中的突变体为实验材料进行研究。
细菌遗传学
遗 传与变异 变异: 基因突变与基因
转移
细菌的遗传和变异
• 遗传（heredity）
– 遗传使细菌的性状保持相对稳定，且代代相 传，使其种属得以保存。
• 变异（variation）
– 在一定条件下，子代和亲代之间以及子代和 子代之间的差异称为变异。
细菌的变异现象
• 形态、结构变异（如：孢子、荚膜、鞭毛） • 毒力变异 • 耐药性变异 • 代谢变异（营养缺陷、糖发酵类型、生化反应） • 抗原性变异 • 菌落变异 • 温度敏感性变异
Like the fluctuation test, replica plating shows that mutations are not induced by the selective media on the plate.The X on the plates is to indicate that they have the same orientation