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细菌的遗传和变异 郑州大学微生物学与免疫学教研室 遗传和变异 遗传(heredity)：使各种微生物的性状保持相对稳定，子代和亲代的生物学性状基本相同，且代代相传。 变异(variation)：子代与亲代以及子代与子代之间的生物学性状出现差异。 遗传和变异的意义 遗传和变异 遗传性变异（基因型变异(genotypic variation)）：指基因结构发生改变，如基因突变或基因的转移与重组。这种变异的性状可遗传给子代。 非遗传性变异（表型变异(phenotypic variation)）：由外界环境的影响作用于微生物引起的性状变异，其基因结构未改变。不能遗传。 遗传和变异 第一节 遗传和变异原理 一、DNA的结构与功能 DNA分子是由两条相互平行而方向相反的多核苷酸链组成，其功能是储存、复制和传递遗传信息。 DNA半保留复制 中心法则 中心法则的例外：RNA病毒、逆转录病毒、类病毒等。亦可为对中心法则的补充。 二、基因和基因的转录 基因(gene)：编码产生特定蛋白质的DNA/RNA序列。它既是结构单位，又是功能单位。 微生物的基因结构（原核细胞基因组）： 结构基因：编码结构蛋白质的基因。 非结构基因：编码功能蛋白质的基因。 操纵基因(operator gene)、启动子(promotor)、操纵子(operon)、调解基因 原核基因结构中无内含子。 缺乏诱导剂的乳糖操纵子不能合成三种酶 缺乏诱导剂的乳糖操纵子不能合成三种酶 缺乏诱导剂的乳糖操纵子不能合成三种酶(gif) 诱导剂可引起乳糖操纵子合成三种酶(gif) 二、基因和基因的转录 微生物的基因结构（病毒基因组） 病毒核酸更加简单，仅有3~400bp，小病毒仅含有3~4个基因组。 基因转录 原核细胞转录形成mRNA分子一般不需加工，合成后即可作为模板参与蛋白质合成。 原核细胞转录过程 三、遗传信息的翻译 翻译(translation)：是以RNA为模板合成蛋白质的过程。 密码子(codon)：核苷酸三联体。 遗传密码(genetic code)：mRNA上的碱基序列，由一个串联排列的密码子组成。 原核细胞的翻译过程 第二节 细菌的遗传与变异 一、细菌的变异现象 形态结构变异：L型；特殊结构的变异（荚膜、芽胞、鞭毛—H-O变异）。 抗原性变异：O和H抗原的变异。 菌落的变异：S-R变异。 毒力变异：毒力增强和减弱。 耐药性变异：指细菌对某种抗菌药物由敏感变成耐药的变异；多重耐药菌株。 L型细菌典型的油煎蛋样菌落 S-R变异 毒力变异 二、与细菌遗传变异相关的物质 细菌的基因组：指染色体和染色体以外遗传物质所携带基因的总称。 细菌染色体 质粒 噬菌体 转座子 细菌结构的示意图 细菌染色体(bacterial chromosome) 定义：是一条环状双螺旋DNA长链，按一定构型反复回旋形成松散的网状结构，附着在横隔中介体或细胞膜上。 功能：决定细菌的基因型。 结构：裸露的核酸分子或结合少量特殊蛋白，无组蛋白，无核膜，基因结构连续。 致病岛(pathogenicity island)：细菌基因组内编码毒力性状负责其致病性的遗传片段；“island of evil”。 质粒(plasmid)(1) 质粒：细菌染色体以外的遗传物质，环状闭合的双链DNA，存在于细胞质中，具有自主复制的能力，所携带的遗传信息能赋予宿主菌某些生物学性状。 质粒(plasmid)(2) 具其编码的生物学性状可分为： 致育质粒或F质粒(fertility plasmid) 耐药性质粒 毒力质粒或Vi质粒(virulence plasmid) 细菌素质粒 代谢质粒 质粒(plasmid)(3) 质粒DNA的特征： 具有自我复制的能力，一个质粒是一个复制子(replicon) 拷贝(copy)。 质粒(plasmid)(4) 质粒DNA的特征： 质粒DNA所编码的基因产物能赋予细菌某些性状特征。 可自行丢失与消除，其赋予细菌的性状亦随之消失，但细菌仍存活。 可通过接合、转化或转导等方式在细菌间转移。 接合性质粒 带与接合传递相关的基因，较大，40~100kbp，如F质粒。 非接合性质粒 不能通过接合传递，较小，＜15kbp，可通过诱动或噬菌体转导传递。 质粒(plasmid)(5) 质粒DNA的特征： 质粒的相容性与不相容性： 不相容性(incompatibility)：两种结构相似密切相关的质粒不能稳定共存于一个宿主菌的现象。 相容性：几种不同的质粒同时共存于一个菌细胞内的现象。 噬菌体(1) 噬菌体(bacteriophage或phage )：感染细菌、真菌、放线菌和螺旋体等微生物的病毒，只能在活的宿主菌内复制增殖。