第三章基因突變

1、第三章 基因突變 突變突變：指生物體表型突然發(fā)生的可遺傳的變化。：指生物體表型突然發(fā)生的可遺傳的變化。 染色體畸變?nèi)旧w畸變細(xì)胞學(xué)上可以看到染色體的變化細(xì)胞學(xué)上可以看到染色體的變化 基因突變基因突變由于體內(nèi)外各種因素改變了某基因特定由于體內(nèi)外各種因素改變了某基因特定的的DNADNA序列、堿基組成和排列順序，導(dǎo)致蛋白質(zhì)序列、堿基組成和排列順序，導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致表型不同，即基因突變。結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致表型不同，即基因突變。 突變體突變體：發(fā)生了突變的微生物細(xì)胞或菌株：發(fā)生了突變的微生物細(xì)胞或菌株 表型表型：基因突變形成新的基因型在一定的條件下表：基因突變形成新的基因型在一定的條件下表現(xiàn)

2、出來的個體性狀?，F(xiàn)出來的個體性狀。第一節(jié)第一節(jié) 基因突變的分子機(jī)制基因突變的分子機(jī)制一、誘發(fā)突變及其機(jī)制一、誘發(fā)突變及其機(jī)制 （一）點突變（一）點突變指單個堿基的改變。在基因一級結(jié)構(gòu)的某個指單個堿基的改變。在基因一級結(jié)構(gòu)的某個位點上，一種堿基被另一種堿基取代。位點上，一種堿基被另一種堿基取代。 分為分為 堿基置換堿基置換移碼突變移碼突變轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換顛換顛換缺失缺失插入插入1. 1.堿基置換（堿基置換（substitution)substitution)： 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換DNADNA鏈中的一個嘌呤被另一個鏈中的一個嘌呤被另一個嘌呤或一個嘧啶被另一個嘧啶所置換。嘌呤或一個嘧啶被另一個嘧啶所置換。 顛換顛換一

3、個嘌呤被一個嘧啶或一個嘌呤被一個嘧啶或一個嘧啶被一個嘌呤所置換。一個嘧啶被一個嘌呤所置換。 由堿基對置換而引起的密碼子突變和多肽鏈由堿基對置換而引起的密碼子突變和多肽鏈合成又分為合成又分為（即即遺傳性狀改變）：遺傳性狀改變）： 同義突變：同義突變：指某個堿基的變化，指某個堿基的變化，密碼子發(fā)生改變, 但所編碼的氨基酸不變。錯義突變錯義突變：指堿基序列的改變，相應(yīng)的密碼指堿基序列的改變，相應(yīng)的密碼子改變，編碼另一種氨基酸。子改變，編碼另一種氨基酸。無義突變：無義突變：指某個堿基的改變，使代表某種氨指某個堿基的改變，使代表某種氨基酸的密碼子變?yōu)榈鞍缀铣傻慕K止密碼子（基酸的密碼子變?yōu)榈鞍缀铣傻慕K止密

4、碼子（UAAUAA，UAGUAG，UGAUGA）。）。2.2.移碼突變移碼突變( (frame-shift mutation) ) 指誘變劑使指誘變劑使DNADNA分子中的一個或少數(shù)分子中的一個或少數(shù)幾個核苷酸的增添幾個核苷酸的增添（插失）或缺失（插失）或缺失，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)移錯誤的一類突變。由移生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)移錯誤的一類突變。由移碼突變所產(chǎn)生的突變株，碼突變所產(chǎn)生的突變株，稱為移碼突稱為移碼突變株。變株。 分子中缺失或增加少數(shù)幾個堿基對分子中缺失或增加少數(shù)幾個堿基對造成突變點以后全部遺傳密碼轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)譯發(fā)生錯誤造成突變點以后全部遺傳密碼轉(zhuǎn)

5、錄與轉(zhuǎn)譯發(fā)生錯誤ABC ABCABCABCABCABCABCABCAB+ABC ABCCBA CBA CBA CBA CBAABC BCA BCA BCABCABCABCABCA增添一個堿基增添一個堿基缺少一個堿基缺少一個堿基（二）染色體畸變（二）染色體畸變 某些理化因子，如某些理化因子，如X X射線等的射線等的輻射劑、輻射劑、烷化劑、亞硝酸烷化劑、亞硝酸等，除了能引起點突變等，除了能引起點突變外，還會引起外，還會引起DNADNA的大損傷的大損傷染色體染色體畸變?；?。 染色體結(jié)構(gòu)上的染色體結(jié)構(gòu)上的缺失、重復(fù)、插入、易位和倒位缺失、重復(fù)、插入、易位和倒位染色體數(shù)目變化染色體數(shù)目變化非整倍化變化

6、非整倍化變化整倍化變化整倍化變化1.染色體結(jié)構(gòu)變化 1 (a)末端缺失 斷裂 1 2 3 丟失 1 2 3 4 5 6 末端缺失 自我連接 斷裂融合橋 雙著絲粒染色體環(huán)狀染色體 平衡易位 2 (b) 中部缺失 1 2 3 丟失 1 2 3 斷裂 1 3 2 中部缺失 圖 22-1 染色體缺失的類型及異常染色體的形成 1 1）缺失（）缺失（deletiondeletion） 產(chǎn)生缺失的原因：1)染色體損傷后產(chǎn)生斷裂（末端缺失）或非重建性愈合（中間缺失）會直接產(chǎn)生缺失或形成環(huán)狀染色體，經(jīng)斷裂融合橋而產(chǎn)生缺失和重復(fù)2)染色體紐結(jié) 3)不等交換：（unequal crossing over）4)轉(zhuǎn)座因

7、子可以引起染色體的缺失和倒位 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 紐結(jié) 1 斷裂 重接 圖 22-2 染色體紐結(jié)產(chǎn)生中間缺失缺失的遺傳效應(yīng) 1) 致死或出現(xiàn)異常 貓叫綜合征貓叫綜合征: :是Lejeune等在1963年首先報導(dǎo)了三例，患兒的哭聲似貓叫，故得名。它是由于5號染色體短臂缺失（5P-）所致,因而又稱5P- 綜合征，發(fā)病率約為1/5萬，女性多于男性，并有生長和智能發(fā)育不全。 2)擬顯性:缺失部分如果包括某些顯性基因，相應(yīng)的隱性等位基因就得以表現(xiàn)。低低等生物對缺失的忍受性等生物對缺失的忍受性有些低等生物，如有些低等生物，如細(xì)菌和噬菌體細(xì)菌和噬菌體，對缺，對缺失的忍受性相當(dāng)堅強(qiáng)

8、。失的忍受性相當(dāng)堅強(qiáng)。在基因工程上，用噬菌體作克隆基因的在基因工程上，用噬菌體作克隆基因的載體，切除了其本身的相當(dāng)一部分載體，切除了其本身的相當(dāng)一部分DNADNA，甚至是大部分甚至是大部分DNADNA，而代之以外源，而代之以外源DNADNA。2） 重復(fù)重復(fù)2.重復(fù)類型 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 3 4 5 6 順接重復(fù) 1 2 3 4 4 3 5 6 反接重復(fù) 1 3 4 2 3 4 5 6 異臂重復(fù) 1 2 3 4 a b 5 6 移位重復(fù) 圖 22- 重復(fù)的類型 b.重復(fù)的產(chǎn)生原因1.斷裂-融合橋的形成：2.染色體紐結(jié)：3.不等交換：4.非同源性重組5.易位的產(chǎn)物6.轉(zhuǎn)座效應(yīng)

9、 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 3 4 1 2 4 重復(fù)的遺傳學(xué)效應(yīng)重復(fù)的遺傳學(xué)效應(yīng) 重復(fù)導(dǎo)致基因組的演化重復(fù)導(dǎo)致基因組的演化基因劑量的改變引起劑量效應(yīng)基因劑量的改變引起劑量效應(yīng)位置變化引起位置效應(yīng)位置變化引起位置效應(yīng)重復(fù)是生物進(jìn)化的源泉之一重復(fù)是生物進(jìn)化的源泉之一u總體上說，重復(fù)對生物體是有害的，但總體上說，重復(fù)對生物體是有害的，但其危害程度小于缺失。其危害程度小于缺失。u重復(fù)導(dǎo)致基因在重復(fù)導(dǎo)致基因在chrchr上的相對位置改變。上的相對位置改變。u重復(fù)區(qū)域及其附近基因間的重組率降低。重復(fù)區(qū)域及其附近基因間的重組率降低。u重復(fù)使染色體含量增加，為積累變異提重復(fù)使染色體含量增加，

10、為積累變異提供了材料。供了材料。3 3） 倒倒 位位（inversion）chrchr斷裂之后，某一區(qū)段或某些區(qū)段的正斷裂之后，某一區(qū)段或某些區(qū)段的正常基因順序顛倒之后又重接起來的過程，?；蝽樞蝾嵉怪笥种亟悠饋淼倪^程，稱為染色體的倒位。稱為染色體的倒位。倒位了的倒位了的chrchr稱為倒位稱為倒位chrchr。倒位的類型很多。倒位的類型很多。簡單倒位簡單倒位復(fù)雜倒位復(fù)雜倒位倒位的類型與形成倒位的類型與形成倒位可以作為重組抑制因子倒位可以作為重組抑制因子倒位能抑制重組，倒位能抑制重組，稱為交換抑制因子（稱為交換抑制因子（crossover crossover supressorsupress

11、or）實際上是抑制重組，而不是抑制交換！實際上是抑制重組，而不是抑制交換！4 4）易位的概念）易位的概念兩個非同源兩個非同源chr之間區(qū)段的轉(zhuǎn)移或互換。之間區(qū)段的轉(zhuǎn)移或互換。易位是易位是染色體間染色體間的結(jié)構(gòu)變異，的結(jié)構(gòu)變異，易位的類型與形成易位的類型與形成易位的分類易位的分類簡單易位（簡單易位（simple translocationsimple translocation） 相互易位（相互易位（reciprocal translocationreciprocal translocation復(fù)雜易位（復(fù)雜易位（complex translocationcomplex translocatio

12、n）涉）涉及三對非同源染色體的易位。及三對非同源染色體的易位。交互易位是最常見的類型交互易位是最常見的類型 簡單易位、復(fù)雜易位與相互易位相比，簡單易位、復(fù)雜易位與相互易位相比，是很少見的。是很少見的。易位的遺傳學(xué)效應(yīng)易位的遺傳學(xué)效應(yīng) 致死效應(yīng)致死效應(yīng) ：在形成易位的過程中，處于斷在形成易位的過程中，處于斷裂點附近的裂點附近的DNADNA會受到不同程度的損傷，使會受到不同程度的損傷，使某些基因傷失功能某些基因傷失功能。產(chǎn)生新的連鎖群產(chǎn)生新的連鎖群 雜合體的半不孕性雜合體的半不孕性 雜合體降低有關(guān)連鎖基因的重組率雜合體降低有關(guān)連鎖基因的重組率 引致基因的位置效應(yīng)引致基因的位置效應(yīng) 易位與進(jìn)化易位與

13、進(jìn)化 易位與生物進(jìn)化的關(guān)系較其他染色體結(jié)構(gòu)變異易位與生物進(jìn)化的關(guān)系較其他染色體結(jié)構(gòu)變異更為密切。更為密切。 易位可以改變基因間的連鎖關(guān)系易位可以改變基因間的連鎖關(guān)系 易位可以改變?nèi)旧w的形態(tài)易位可以改變?nèi)旧w的形態(tài) 易位可以改染色體的數(shù)目易位可以改染色體的數(shù)目這些都可能導(dǎo)致變種和新種的形成。這些都可能導(dǎo)致變種和新種的形成。易位也可以雜合體的形式傳遞。易位也可以雜合體的形式傳遞。易位與植物進(jìn)化的關(guān)系則更為密切易位與植物進(jìn)化的關(guān)系則更為密切。發(fā)生于近端著絲粒染色體之間的特殊易位方式。發(fā)生于近端著絲粒染色體之間的特殊易位方式。斷點位于著絲斷點位于著絲粒附近，兩條粒附近，兩條染色體的長臂染色體的長臂粘

14、接成一條較粘接成一條較大的衍生染色大的衍生染色體，短臂粘接體，短臂粘接成一條小染色成一條小染色體（往往丟體（往往丟失）。失）。羅伯遜易位羅伯遜易位 (Robertson translocation)(Robertson translocation)2. 2. 染色體數(shù)目的改變?nèi)旧w數(shù)目的改變1）. 整倍體（enpeoid） 一倍體(monoploid number(x) 單倍體(haploid) 二倍體（diploid） 三倍體（triploid） 四倍體（tetraploie） 多倍體（ployploid) 同源多倍體（autopolyploid 異源多倍體（allopolyploids）煙

15、草2倍體，4倍體和8倍體葉片表皮細(xì)胞的比較2倍體和4倍體葡萄的比較2） 非整倍體非整倍體 二倍體又可稱為 雙體雙體（disomy） （2n） 缺體缺體（nullisomy) 2n-2，又稱為零體零體 單體單體（monosomy）2n-1, ） 三體（三體（trisomytrisomy），），2n+1） （1）21-三體即Down氏綜合征; （2）18-三體，即Edward綜合征; （3）13-三體，即Patau綜合征; 雙三體（double trisomy）,2n+1+1二二. . 自發(fā)突變機(jī)制自發(fā)突變機(jī)制 自發(fā)突變：是指在沒有人工參與的情況下生物體自然發(fā)生的突變 背景輻射和環(huán)境因素的影響：由

16、于一些原因不詳?shù)牡蛣┝空T變因素的長期總和誘變效應(yīng)。如各種短波輻射或高溫誘變效應(yīng)，以及自然界中普遍存在的一些低濃度的誘變物質(zhì)（在微環(huán)境中有時也可能是高濃度）的作用等。 微生物自身有害代謝產(chǎn)物的誘變效應(yīng)：過氧化氫對Neurospora（脈孢霉）有誘變作用，在許多微生物的陳舊培養(yǎng)物中易出現(xiàn)自發(fā)突變株，可能也是同樣的原因。 氨基的互變異構(gòu)效應(yīng)：T和G會以酮式或烯醇式兩種互變異構(gòu)的狀態(tài)出現(xiàn)，而C和A則會以氨基式或亞氨基式兩種互變異構(gòu)的狀態(tài)出現(xiàn)。 環(huán)出效應(yīng)：在DNA的復(fù)制過程中，某一單鏈上偶然產(chǎn)生一個小環(huán)，則會因其上的基因越過復(fù)制而發(fā)生遺傳缺失。 第二節(jié)第二節(jié) 基因突變的種類基因突變的種類 基因突變的類型

17、是多種多樣的，按突變基因突變的類型是多種多樣的，按突變體表型不同，可分為以下幾種類型：體表型不同，可分為以下幾種類型： （1 1）形態(tài)突變型。）形態(tài)突變型。 （2 2）條件致死突變型。）條件致死突變型。 （3 3）營養(yǎng)缺陷突變型。）營養(yǎng)缺陷突變型。 （4 4）抗性突變型。）抗性突變型。 （5 5）抗原突變型。）抗原突變型。 （6 6）其他突變型。）其他突變型。1、形態(tài)突變型菌落形態(tài)變化：大小、顏色、表面結(jié)構(gòu)；孢子數(shù)量、顏色；噬菌體的噬菌斑形狀、大小及清晰度。菌體形態(tài)變化：鞭毛、莢膜、菌體形狀、大小、孢子形態(tài)和大小細(xì)胞結(jié)構(gòu)變化：細(xì)胞膜通透性等。 2、生化突變型營養(yǎng)突變型：由于突變而失去合成某種代

18、謝物質(zhì)的能力，如氨基酸、維生素等，當(dāng)環(huán)境中缺乏這種物質(zhì)就不能生長。糖類分解發(fā)酵突變株色素形成突變株有益代謝產(chǎn)物產(chǎn)生突變株3、條件致死突變型 生命分界線由某種條件決定，是遺傳學(xué)最有用的突變型，如溫度突變型。4、致死突變型：各種突變都可能使多肽鏈完全喪失活性，引起致死，尤其是染色體畸變，包括顯性致死和隱性致死。5、抗性突變型 是相當(dāng)數(shù)量的細(xì)菌群體生活在含有一定濃度的抗性因子環(huán)境中，其中敏感菌將大量死亡，僅有極少數(shù)的細(xì)菌能夠存活，繼續(xù)生長繁殖，這就是抗性突變體。包括抗藥突變型、抗高溫突變型及抗輻射突變型。（波動實驗和影印實驗）第三節(jié) 突變體的形成過程一.突變體的形成過程1、誘變劑和DNA接觸之前 化

19、學(xué)誘變劑處理微生物細(xì)胞時，先和細(xì)胞充分接觸，通過擴(kuò)散作用誘變物質(zhì)穿過細(xì)胞壁、細(xì)胞質(zhì)，才能到達(dá)核質(zhì)體，與DNA 接觸。 此過程與誘變劑擴(kuò)散速度快與慢、誘變效應(yīng)和殺傷力強(qiáng)與弱，與細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)組成及成分以及細(xì)胞的生理狀態(tài)有關(guān)。2、突變發(fā)生過程 誘變劑與DNA接觸后，能否發(fā)生突變與下列因素有關(guān)：與菌體的生長時期有關(guān)；與某些營養(yǎng)條件和細(xì)胞生理狀態(tài)有關(guān)，如誘導(dǎo)物的添加；與誘變劑有關(guān)；受到多種酶的作用。DNADNA誘變結(jié)果誘變結(jié)果：正突變正突變：DNADNA分子突變在復(fù)制過程中排除或克服分子突變在復(fù)制過程中排除或克服 修復(fù)系統(tǒng)的作用而成為突變體。修復(fù)系統(tǒng)的作用而成為突變體。負(fù)突變負(fù)突變：經(jīng)修復(fù)系統(tǒng)修補(bǔ)后恢復(fù)

20、原有的：經(jīng)修復(fù)系統(tǒng)修補(bǔ)后恢復(fù)原有的DNA DNA 分分 子結(jié)構(gòu)，不能形成突變體。子結(jié)構(gòu)，不能形成突變體。 損傷類型很多，研究最多的是損傷類型很多，研究最多的是紫外線作用紫外線作用。 紫外線的主要作用是使同鏈紫外線的主要作用是使同鏈DNADNA的相鄰嘧啶間形的相鄰嘧啶間形 成共價結(jié)合的成共價結(jié)合的胸腺嘧啶二聚體胸腺嘧啶二聚體。二、突變的修復(fù)光復(fù)活酶1 光復(fù)活胸腺嘧啶二聚體的形成胸腺嘧啶二聚體的形成光修復(fù)光修復(fù)在藍(lán)光條件下，在藍(lán)光條件下，有一種有一種光激活酶光激活酶可以可以將將TTTT二聚體二聚體切開，使切開，使DNADNA結(jié)結(jié)構(gòu)恢復(fù)正常。構(gòu)恢復(fù)正常。紫外線滅菌必須紫外線滅菌必須在黑暗中進(jìn)行在黑暗

21、中進(jìn)行此方法專一此方法專一2.2.切除修復(fù)切除修復(fù)（暗修復(fù)）（暗修復(fù)）原核生物切除原核生物切除12bases12bases真核生物切除真核生物切除28bases28bases3.3.重組修復(fù)重組修復(fù)(recombination repair)(recombination repair)（又稱復(fù)制后修復(fù)）（又稱復(fù)制后修復(fù)）v 需要一系列的酶參與;修復(fù)以后，TT二聚體依然存在，但細(xì)胞卻能勉強(qiáng)完成這一輪復(fù)制；在切割和修補(bǔ)過程中，會發(fā)生這樣那樣的差錯，從而大致突變的產(chǎn)生；由UV照射引起的突變，并不是二聚體本身引起的，而多是修補(bǔ)過程中的差錯引起的 含二聚體的含二聚體的DNADNA仍可復(fù)制，新鏈在二仍可復(fù)

22、制，新鏈在二聚體部位留有缺口；聚體部位留有缺口； 完整的母鏈與有缺完整的母鏈與有缺口的子鏈重組（交換）口的子鏈重組（交換） 缺口通過缺口通過DNADNA聚合聚合酶的作用，以對側(cè)子酶的作用，以對側(cè)子鏈為模板將切去的母鏈為模板將切去的母鏈修補(bǔ)起來；鏈修補(bǔ)起來； 由由DNADNA連接酶將缺連接酶將缺刻刻(nick)(nick)連接起來，連接起來，完成修復(fù)。完成修復(fù)。4 SOS修復(fù)系統(tǒng) 差錯傾向修復(fù)差錯傾向修復(fù)（Error prone repair） Jeam Weigle 等發(fā)現(xiàn) UV 感染 細(xì)菌(用UV照射過) 存活率高 噬菌體 細(xì)菌(UV未照射過) 存活率低 UV-UV-復(fù)活復(fù)活（UV-reactivation），也稱WW-復(fù)活 SOSSOS反應(yīng)反應(yīng)（SOS response）SOSSOS修復(fù)修復(fù) DNADNA受到嚴(yán)重?fù)p傷、細(xì)胞處于危急狀態(tài)受到嚴(yán)重?fù)p傷、細(xì)胞處于危急狀態(tài)時所誘導(dǎo)的一種時所誘導(dǎo)的一種DNADNA修復(fù)方式修復(fù)方式結(jié)果只是能維持基因組的完整性，提高結(jié)果只是能維持基因組的完整性，提高細(xì)胞的生成率，但留下的錯誤較多細(xì)胞的生成率，但留下的錯誤較多 故又稱為故又稱為錯誤傾向修復(fù)錯誤傾向修復(fù)，使細(xì)胞有較高的，使細(xì)胞有較高的突變率突變率 包括：溶原性