细菌遗传变异
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➢ 突变的性质：
突变率：10-6~10-9 自发突变与诱发突变 突变与选择 回复突变与抑制突变
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彷徨试验：随机的、非定向的突变是在接触噬 菌体之前就已发生，噬菌体对突变 仅起筛选而不是诱导作用。
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➢突变型细菌及其分离：
耐药性突变型 营养缺陷突变型 条件致死性突变型 发酵阴性突变型
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一、细菌的遗传物质
➢ 细菌染色体：dsDNA，3.2～5×106 bp 复制快：105 bp/min 无组蛋白，无内含子，为连续基因 单倍体：突变后更易表现
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➢质粒（plasmid）：
复制能力 转移能力 整合能力 相容性 丢失或消除
功能：F质粒－转移；Vi质粒－毒力 R质粒－耐药；Col质粒－细菌素
药敏试验 营养物质筛选 温度敏感试验 乳糖发酵试验
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四、实际应用
➢诊断困难 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
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➢ Ames试验：
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➢ 基因工程
载体：质粒，噬菌体 工程菌和酶：限制性
环境因素：Mg2＋、Ca2＋等可促进转 化
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➢转导（transduction）
噬菌体媒介 将供菌DNA转给受菌 分普遍性转导和局限性转导
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普遍性转导：
毒性噬菌体，温和噬菌体
包装错误： 任何部位细菌DNA片段
转导性噬菌体： 宿主菌DNA， 无噬菌体DNA
受菌接受转导噬菌体(供菌)DNA
BCG：牛型结核杆菌（有毒株）
胆汁-甘油-马铃薯培养 13年，230次传代
减毒株（BCG） 基因型变异：BCG 表型变异：细菌L型
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基因型和表型变异的比较
基因型变异 表型变异
基因结构 可逆性 稳定性 环境影响 涉及细菌数
变化 不或极少
稳定 不受影响
个别
未变 可逆 不稳定 受影响 全体
受菌摄入 通过性菌毛 噬菌体媒介 前噬菌体
第10页/共29页
➢ 转化（transformation）：
受菌主动摄取外源性DNA 供菌死亡时释放或人工方法提取DNA
第11页/共29页
➢ 影响因素：
供受菌基因型： 同源性；亲缘关系近，转化率高
感受态（competence）： 生理活动过程中摄取 转化因子的最佳时期
受菌获得供菌性状
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局限性转导：温和性噬菌体
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
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➢接合（conjugation）
通 过 性 菌 毛 将 供 菌 DNA 转 给受体菌，受体菌获得供体菌性 状
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F质粒（fertility factor, 致育因子）
耐药传递因子： 编码性菌毛
r决定因子：耐药
第20页/共29页
➢溶原性转换（lysogenic conversion） 噬菌体DNA与菌染色体整合 受菌获得新的性状 如白喉杆菌：β-噬菌体-外毒素基因 不产毒白喉杆菌 产毒白喉杆菌
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三、基因突变
影印平板：自发的，随机的，非诱导的药 物仅起选择作用
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
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思考题
1.细菌基因转移和重组的类型及其主要 差异？
2 . 何 谓 BCG 、 transposon、 R质 粒 、 Hfr、lysogenic conversion和Ames 试验？
3.影印试验验证何种理论？突变型细菌 有哪些？
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➢ 转位因子： IS (insertion sequence): 750~1550 bp
两端重复序列，与插入有关 中心序列有转位酶基因
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Tn (transposon): 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
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形态结构: 蝌蚪形 衣壳：蛋白质 核酸：dsDNA
分布广: 有菌就有噬菌体 宿主特异性：流行病调查；分型 参与细菌变异：转导, 溶原性转换
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二、转移和重组
转移：供菌提供DNA；受菌接受DNA 重组：受菌获得供菌DNA
类型
基因来源 转移方式
转化 接合 转导 溶原性转换
供菌 供菌 供菌 噬菌体
接触：细胞质沟通 转移：F质粒进入F－菌，1分钟完成 复制：F－菌转为F＋菌
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Hfr（高频重组菌株）：
F质粒与染色体整合 具有结合和转移功能 细菌染色体转移频率高，F质粒低 受体菌获得供体菌性状 用于绘制基因图
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Hfr转移细菌染色体过程
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• R质粒
常见的插入序列和转座子
IS
bp
Tn 耐药或毒素基因
IS1 768 IS2 1327 IS3 1300 IS4 1426 IS5 1195
Tn1 AP（氨苄青霉素） Tn6 Kan（卡那霉素） Tn10 Tet（四环素） Tn551 Em（红霉素） Tn681 E.coli ET（肠毒素）
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➢整合子（integron，In）：
定位于细菌染色体、质粒或转座子上 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 整合子含有3个功能元件：重组位Baidu Nhomakorabea；
整合酶基因；启动子 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
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➢ 噬菌体（bacteriophage）：
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➢ 突变的性质：
突变率：10-6~10-9 自发突变与诱发突变 突变与选择 回复突变与抑制突变
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彷徨试验：随机的、非定向的突变是在接触噬 菌体之前就已发生，噬菌体对突变 仅起筛选而不是诱导作用。
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➢突变型细菌及其分离：
耐药性突变型 营养缺陷突变型 条件致死性突变型 发酵阴性突变型
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一、细菌的遗传物质
➢ 细菌染色体：dsDNA，3.2～5×106 bp 复制快：105 bp/min 无组蛋白，无内含子，为连续基因 单倍体：突变后更易表现
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➢质粒（plasmid）：
复制能力 转移能力 整合能力 相容性 丢失或消除
功能：F质粒－转移；Vi质粒－毒力 R质粒－耐药；Col质粒－细菌素
药敏试验 营养物质筛选 温度敏感试验 乳糖发酵试验
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四、实际应用
➢诊断困难 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
第26页/共29页
➢ Ames试验：
第27页/共29页
➢ 基因工程
载体：质粒，噬菌体 工程菌和酶：限制性
环境因素：Mg2＋、Ca2＋等可促进转 化
第12页/共29页
➢转导（transduction）
噬菌体媒介 将供菌DNA转给受菌 分普遍性转导和局限性转导
第13页/共29页
普遍性转导：
毒性噬菌体，温和噬菌体
包装错误： 任何部位细菌DNA片段
转导性噬菌体： 宿主菌DNA， 无噬菌体DNA
受菌接受转导噬菌体(供菌)DNA
BCG：牛型结核杆菌（有毒株）
胆汁-甘油-马铃薯培养 13年，230次传代
减毒株（BCG） 基因型变异：BCG 表型变异：细菌L型
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基因型和表型变异的比较
基因型变异 表型变异
基因结构 可逆性 稳定性 环境影响 涉及细菌数
变化 不或极少
稳定 不受影响
个别
未变 可逆 不稳定 受影响 全体
受菌摄入 通过性菌毛 噬菌体媒介 前噬菌体
第10页/共29页
➢ 转化（transformation）：
受菌主动摄取外源性DNA 供菌死亡时释放或人工方法提取DNA
第11页/共29页
➢ 影响因素：
供受菌基因型： 同源性；亲缘关系近，转化率高
感受态（competence）： 生理活动过程中摄取 转化因子的最佳时期
受菌获得供菌性状
第14页/共29页
局限性转导：温和性噬菌体
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
第15页/共29页
➢接合（conjugation）
通 过 性 菌 毛 将 供 菌 DNA 转 给受体菌，受体菌获得供体菌性 状
第16页/共29页
F质粒（fertility factor, 致育因子）
耐药传递因子： 编码性菌毛
r决定因子：耐药
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➢溶原性转换（lysogenic conversion） 噬菌体DNA与菌染色体整合 受菌获得新的性状 如白喉杆菌：β-噬菌体-外毒素基因 不产毒白喉杆菌 产毒白喉杆菌
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三、基因突变
影印平板：自发的，随机的，非诱导的药 物仅起选择作用
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
第28页/共29页
思考题
1.细菌基因转移和重组的类型及其主要 差异？
2 . 何 谓 BCG 、 transposon、 R质 粒 、 Hfr、lysogenic conversion和Ames 试验？
3.影印试验验证何种理论？突变型细菌 有哪些？
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➢ 转位因子： IS (insertion sequence): 750~1550 bp
两端重复序列，与插入有关 中心序列有转位酶基因
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Tn (transposon): 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
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形态结构: 蝌蚪形 衣壳：蛋白质 核酸：dsDNA
分布广: 有菌就有噬菌体 宿主特异性：流行病调查；分型 参与细菌变异：转导, 溶原性转换
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二、转移和重组
转移：供菌提供DNA；受菌接受DNA 重组：受菌获得供菌DNA
类型
基因来源 转移方式
转化 接合 转导 溶原性转换
供菌 供菌 供菌 噬菌体
接触：细胞质沟通 转移：F质粒进入F－菌，1分钟完成 复制：F－菌转为F＋菌
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Hfr（高频重组菌株）：
F质粒与染色体整合 具有结合和转移功能 细菌染色体转移频率高，F质粒低 受体菌获得供体菌性状 用于绘制基因图
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Hfr转移细菌染色体过程
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• R质粒
常见的插入序列和转座子
IS
bp
Tn 耐药或毒素基因
IS1 768 IS2 1327 IS3 1300 IS4 1426 IS5 1195
Tn1 AP（氨苄青霉素） Tn6 Kan（卡那霉素） Tn10 Tet（四环素） Tn551 Em（红霉素） Tn681 E.coli ET（肠毒素）
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➢整合子（integron，In）：
定位于细菌染色体、质粒或转座子上 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 整合子含有3个功能元件：重组位Baidu Nhomakorabea；
整合酶基因；启动子 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
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➢ 噬菌体（bacteriophage）：
第29页/共29页