【精品课件】噬菌体遗传与变异
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细菌染色体外的遗传物质，是环状闭合的双链 DNA。带有遗传信息，并非细菌生长所必需。 特征
– 自我复制能力 – 能编码细菌某些特定性状 – 可自行丢失与消除 – 转移性 – 相容性和不相容性
分类：接合性质粒和非接合性质粒 几种重要的质粒
–致育质粒（F质粒）：编码细菌性菌毛 –耐药质粒（R质粒）：编码细菌耐药性
毒力质粒（Vi质粒）：编码细菌毒力因子 –细菌素质粒（Col质粒）：编码大肠埃希菌的大
肠菌素 –代谢质粒
质粒是基因工程中最常用的基因载体
转座因子 （transposable element）
是指基因组中能够改变自身位置的一段DNA片段。 转位（transposition）：转位因子能从染色体 或质粒的一个位置转移到在另一个位置。 转位因子的转位行为，能使DNA发生插入突变和 广泛的基因重排。 包括：插入序列、转座子、转座噬菌体
细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转 导、溶原性转换和原生质体融合等方式进行。
抑制基因转录 ✓ 阻遏蛋白 ✓ 辅阻遏物
促进基因转录
细菌的变异机制
基因的转移和重组 基因的突变
第三节 基因的转移和重组
基因转移（gene transfer）
–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。
重组（rebination）
–转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组，使 受体菌获得供体菌的某些性状。
群体
细菌的变异现象
形态、结构变异 毒力变异 耐药性变异 菌落变异
形态结构变异
3-6%食盐 鼠疫耶氏菌
陈旧培基物
多形态性
L型变异：细菌细胞壁缺陷型
青霉素、溶菌酶
蜡样芽胞杆菌L型 的镜下形态
正常形态细菌
细菌L型（多形态）
抗体或补体
(部分或完全失去胞壁)
特殊结构的变异
42-43℃
炭疽杆菌
失去形成芽胞能力, 毒性降低
1.插入序列（insertion sequence,IS）
–是最小的转位因子，＜2kb。
–由转位酶基因和重复序列组成
IR 转座酶酶基因 IR
2.转座子（transposon,Tn）
–＞2kb，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、毒素基因及其他结构基因。
–可能与细菌的多重耐药性有关。
第一节 细菌的遗传物质
染色体 质粒
chromosome plasmid
转座因子 整合子
transposable element integron
染色体 （chromosome）
由一条环状dsDNA分子组成 特征：
✓ 相对较小 ✓ 功能相关的几个基因源自文库成操纵子 ✓ 基因是连续的，无内含子
质粒（plasmid）
第4章 噬菌体
bacteriophage
噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋 体等微生物的病毒。 具有病毒的基本特性： 分布广泛，有严格的宿主特异性
第一节 噬菌体的生物学性状
形态与结构 – 蝌蚪形、微球形和丝形 化学组成 – 蛋白质与核酸 抗原性 抵抗力：比细菌强
噬菌体
噬菌体的种类
毒性噬菌体（virulent phage）
大肠埃希菌（肠毒素基因）
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， 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。
整合子
是存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一 段核苷酸序列片段，
耐药基因和重复序列可转移
耐药基因可表达
启动子 整合酶 重复序列
耐药基因
重复序列
第二节 细菌基因表达的调节
IS Resistance Gene(s) IS
Tn
转座子的特征
转座子 Tn1 Tn2 Tn3
Tn4 Tn5 Tn6 Tn7 Tn9 Tn10 Tn551 Tn971 Tn1681
携带耐药或毒素基因 AP（氨苄青霉素） AP、SM（链霉素）、Su（磺胺）
Km（卡那霉素） Km
TMP（甲氧苄氨嘧啶）、SM Cm（氯霉素） Tc（四环素） Em（红霉素） Em
10-20天
变形杆菌 0.1%石炭酸 迁徙生长（H）
鞭毛变异
H-O变异
点状生长、单个菌落（O）
菌 落 变 异 S-R 变异
在陈旧培养基中长期培养
光滑型菌落
粗糙型菌落
Smooth
Routh
原因：失去LPS的特异多糖，荚膜多糖
毒力变异
增强
β棒状噬菌体
白喉棒状杆菌
获得白喉毒素
减弱
胆汁、甘油、马铃薯培养基
吸附 absorption
穿入 penetration
生物合成 biosynthesis
装配与释放 assembly and release
噬菌现象
液体培养基 混浊 澄清 固体培养基中，出现噬斑（plaque）
第三节 温和噬菌体
温和噬菌体（temperate phage）/ 溶原性噬菌体（lysogenic phage）
–噬菌体基因整合于宿主菌染色体中，不产生子 代噬菌体，也不引起细菌裂解，但噬菌体DNA 能随细菌DNA复制而复制，并随细菌的分裂而 分配到子代细菌中
温和噬菌体
prophage: 整合在细菌基 因组中的噬菌体基因组
溶原性细菌
溶原周期 和 溶菌周期
温和噬菌体
前噬菌体（prophage） 溶原性细菌（lysogenic bacterium） 溶原状态 溶原性周期和溶菌性周期 溶原性转换
温和噬菌体（temperate phage）/ 溶原性噬菌体（lysogenic phage）
第二节 毒性噬菌体
毒性噬菌体（virulent phage） –能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多
子代噬菌体，并最终裂解细菌，称为毒 性噬菌体
复制方式进行增殖。增殖过程：吸附、穿 入、生物合成、成熟与释放
牛分枝杆菌
卡介苗
13年(230代)
耐药性变异
细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异称为耐 药性变异。
金黄色葡萄球菌
有些细菌还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
长期培养
菌落变异
在陈旧培养基中长期培养
光滑型菌落
粗糙型菌落
S
R
原因：失去LPS的特异多糖
噬菌体的应用
细菌的鉴定与分型 分子生物学研究的重要工具 细菌感染的诊断与治疗
小结
毒性噬菌体 温和噬菌体
前噬菌体，溶原性细菌，溶原性转换
第5章 细菌的遗传和变异
遗传性变异（基因型变异）
非遗传性变异（表型变异）
基因改变 遗传 可逆性 外界环境 变异幅度
遗传性变异 + + -
个别细胞
非遗传性变异 + +
– 自我复制能力 – 能编码细菌某些特定性状 – 可自行丢失与消除 – 转移性 – 相容性和不相容性
分类：接合性质粒和非接合性质粒 几种重要的质粒
–致育质粒（F质粒）：编码细菌性菌毛 –耐药质粒（R质粒）：编码细菌耐药性
毒力质粒（Vi质粒）：编码细菌毒力因子 –细菌素质粒（Col质粒）：编码大肠埃希菌的大
肠菌素 –代谢质粒
质粒是基因工程中最常用的基因载体
转座因子 （transposable element）
是指基因组中能够改变自身位置的一段DNA片段。 转位（transposition）：转位因子能从染色体 或质粒的一个位置转移到在另一个位置。 转位因子的转位行为，能使DNA发生插入突变和 广泛的基因重排。 包括：插入序列、转座子、转座噬菌体
细菌的基因转移和重组可通过转化、接合、转 导、溶原性转换和原生质体融合等方式进行。
抑制基因转录 ✓ 阻遏蛋白 ✓ 辅阻遏物
促进基因转录
细菌的变异机制
基因的转移和重组 基因的突变
第三节 基因的转移和重组
基因转移（gene transfer）
–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。
重组（rebination）
–转移的基因与受体菌DNA整合在一起称为重组，使 受体菌获得供体菌的某些性状。
群体
细菌的变异现象
形态、结构变异 毒力变异 耐药性变异 菌落变异
形态结构变异
3-6%食盐 鼠疫耶氏菌
陈旧培基物
多形态性
L型变异：细菌细胞壁缺陷型
青霉素、溶菌酶
蜡样芽胞杆菌L型 的镜下形态
正常形态细菌
细菌L型（多形态）
抗体或补体
(部分或完全失去胞壁)
特殊结构的变异
42-43℃
炭疽杆菌
失去形成芽胞能力, 毒性降低
1.插入序列（insertion sequence,IS）
–是最小的转位因子，＜2kb。
–由转位酶基因和重复序列组成
IR 转座酶酶基因 IR
2.转座子（transposon,Tn）
–＞2kb，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、毒素基因及其他结构基因。
–可能与细菌的多重耐药性有关。
第一节 细菌的遗传物质
染色体 质粒
chromosome plasmid
转座因子 整合子
transposable element integron
染色体 （chromosome）
由一条环状dsDNA分子组成 特征：
✓ 相对较小 ✓ 功能相关的几个基因源自文库成操纵子 ✓ 基因是连续的，无内含子
质粒（plasmid）
第4章 噬菌体
bacteriophage
噬菌体是感染细菌、真菌、放线菌或螺旋 体等微生物的病毒。 具有病毒的基本特性： 分布广泛，有严格的宿主特异性
第一节 噬菌体的生物学性状
形态与结构 – 蝌蚪形、微球形和丝形 化学组成 – 蛋白质与核酸 抗原性 抵抗力：比细菌强
噬菌体
噬菌体的种类
毒性噬菌体（virulent phage）
大肠埃希菌（肠毒素基因）
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， 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。
整合子
是存在于细菌染色体或质粒DNA分子上的一 段核苷酸序列片段，
耐药基因和重复序列可转移
耐药基因可表达
启动子 整合酶 重复序列
耐药基因
重复序列
第二节 细菌基因表达的调节
IS Resistance Gene(s) IS
Tn
转座子的特征
转座子 Tn1 Tn2 Tn3
Tn4 Tn5 Tn6 Tn7 Tn9 Tn10 Tn551 Tn971 Tn1681
携带耐药或毒素基因 AP（氨苄青霉素） AP、SM（链霉素）、Su（磺胺）
Km（卡那霉素） Km
TMP（甲氧苄氨嘧啶）、SM Cm（氯霉素） Tc（四环素） Em（红霉素） Em
10-20天
变形杆菌 0.1%石炭酸 迁徙生长（H）
鞭毛变异
H-O变异
点状生长、单个菌落（O）
菌 落 变 异 S-R 变异
在陈旧培养基中长期培养
光滑型菌落
粗糙型菌落
Smooth
Routh
原因：失去LPS的特异多糖，荚膜多糖
毒力变异
增强
β棒状噬菌体
白喉棒状杆菌
获得白喉毒素
减弱
胆汁、甘油、马铃薯培养基
吸附 absorption
穿入 penetration
生物合成 biosynthesis
装配与释放 assembly and release
噬菌现象
液体培养基 混浊 澄清 固体培养基中，出现噬斑（plaque）
第三节 温和噬菌体
温和噬菌体（temperate phage）/ 溶原性噬菌体（lysogenic phage）
–噬菌体基因整合于宿主菌染色体中，不产生子 代噬菌体，也不引起细菌裂解，但噬菌体DNA 能随细菌DNA复制而复制，并随细菌的分裂而 分配到子代细菌中
温和噬菌体
prophage: 整合在细菌基 因组中的噬菌体基因组
溶原性细菌
溶原周期 和 溶菌周期
温和噬菌体
前噬菌体（prophage） 溶原性细菌（lysogenic bacterium） 溶原状态 溶原性周期和溶菌性周期 溶原性转换
温和噬菌体（temperate phage）/ 溶原性噬菌体（lysogenic phage）
第二节 毒性噬菌体
毒性噬菌体（virulent phage） –能在宿主菌细胞内复制增殖，产生许多
子代噬菌体，并最终裂解细菌，称为毒 性噬菌体
复制方式进行增殖。增殖过程：吸附、穿 入、生物合成、成熟与释放
牛分枝杆菌
卡介苗
13年(230代)
耐药性变异
细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异称为耐 药性变异。
金黄色葡萄球菌
有些细菌还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
长期培养
菌落变异
在陈旧培养基中长期培养
光滑型菌落
粗糙型菌落
S
R
原因：失去LPS的特异多糖
噬菌体的应用
细菌的鉴定与分型 分子生物学研究的重要工具 细菌感染的诊断与治疗
小结
毒性噬菌体 温和噬菌体
前噬菌体，溶原性细菌，溶原性转换
第5章 细菌的遗传和变异
遗传性变异（基因型变异）
非遗传性变异（表型变异）
基因改变 遗传 可逆性 外界环境 变异幅度
遗传性变异 + + -
个别细胞
非遗传性变异 + +