基因突變與染色體變異

關于基因突變與染色體變異第一頁，共八十四頁，2022年，8月28日§1基因突變概說

基因突變

genemutation

又稱點突變

pointmutation

基因內部發(fā)生可遺傳的化學性質的變化

基因的化學性質發(fā)生了變化，可能引起表現(xiàn)型發(fā)生相應的變化

是新基因的唯一來源，是生物進化的原始材料。

第二頁，共八十四頁，2022年，8月28日突變體

由于基因突變而表現(xiàn)突變性狀的細胞或個體，稱為突變體（mutant）或突變型。與突變型相對的概念是野生型（wildtype）形態(tài)突變生化突變第三頁，共八十四頁，2022年，8月28日形態(tài)突變（morphologicalmutations）突變導致形態(tài)結構，如形狀、大小、色澤等的改變。普通綿羊的四肢較長，而突變體安康羊的四肢很短。普通水稻株高一般在1.50m以上，矮稈突變體20～80cm。又稱為可見突變（visiblemutations）第四頁，共八十四頁，2022年，8月28日形態(tài)突變：第五頁，共八十四頁，2022年，8月28日蘋果第六頁，共八十四頁，2022年，8月28日人類的白化癥第七頁，共八十四頁，2022年，8月28日生化突變（biochemicalmutations）

突變主要影響生物新陳代謝過程，導致特定的生化功能的改變或喪失。如細菌的營養(yǎng)缺陷型

第八頁，共八十四頁，2022年，8月28日

事實上大多數(shù)基因的作用就是決定特定的生化過程，而生化過程才能決定形態(tài)結構在這個意義上說，幾乎所有的基因突變都是生化突變。第九頁，共八十四頁，2022年，8月28日突變的有利性和有害性

1、有害突變

2、中性突變

3、有利突變

第十頁，共八十四頁，2022年，8月28日1、有害突變

大多數(shù)基因的突變對生物的生長和發(fā)育是有害的極端的會導致突變體死亡導致個體死亡的突變，稱為致死突變（lethalmutation）。第十一頁，共八十四頁，2022年，8月28日3、有利突變

有少數(shù)突變不僅對生物的生命活動無害，而且有利如植物的抗倒伏性、早熟性

第十二頁，共八十四頁，2022年，8月28日2、中性突變突變不影響生物的正常生理活動，仍能保持正常的生活力和繁殖力，這類突變稱為中性突變（neutralmutation）。

小麥粒色的變化，水稻芒的有無，果樹葉片形狀的變化等。中性突變能夠為自然選擇所保留，因而是生物進化的重要途徑

第十三頁，共八十四頁，2022年，8月28日突變的有害性有利性是相對的

在一定的條件下，突變的效應可以轉化

高桿作物群體中出現(xiàn)矮桿的突變體有的突變對生物本身有害，卻對人類有利

玉米、水稻、高粱等作物的雄性不育性，是人們利用雜種優(yōu)勢的好材料。有些突變對生物本身有利，卻對人類不利。谷類作物的落粒性第十四頁，共八十四頁，2022年，8月28日第十五頁，共八十四頁，2022年，8月28日基因突變的重演性同一突變可以在同種作物的不同個體間多次發(fā)生，且發(fā)生頻率也相似第十六頁，共八十四頁，2022年，8月28日第十七頁，共八十四頁，2022年，8月28日突變的可逆性

顯性基因A→隱性基因a正突變（forwardmutation）隱性基因a→顯性基因A回復突變或反突變（backmutation）正突變率u

回復突變率v。

第十八頁，共八十四頁，2022年，8月28日大多數(shù)情況下，u＞v。野生型基因內部每一個突變子都可能發(fā)生改變而導致基因突變突變了的那個位點恢復原狀才能使該基因回復為野生型。大腸桿菌中

his+→his-2×10-6his-→his+4×10-8。

第十九頁，共八十四頁，2022年，8月28日基因突變的多方向性:

基因突變的方向是不固定的，A→a1;A→a2;A→a3，是隨機的復等位基因就是突變的多方向性造成的第二十頁，共八十四頁，2022年，8月28日復等位基因

一個基因座位上有兩個以上的等位基因。第二十一頁，共八十四頁，2022年，8月28日煙草：自花授粉不能結實由一組15個復等位基因控制（S1、S2、、、S15）

第二十二頁，共八十四頁，2022年，8月28日

基因突變的平行性:

親緣關系相近的物種往往發(fā)生相似的基因突變。

第二十三頁，共八十四頁，2022年，8月28日§2基因突變的鑒定

禾谷類作物基因突變的鑒定微生物生化突變型的鑒定第二十四頁，共八十四頁，2022年，8月28日禾谷類作物基因突變的鑒定1、是可遺傳的變異還是不可遺傳的變異？和親本一起種植在相同的條件下2、是顯性突變還是隱性突變？和原親本雜交，看F1代的表現(xiàn)3、是單基因突變還是多個基因突變？測交1：1自交3：1第二十五頁，共八十四頁，2022年，8月28日顯性突變隱性突變

dd↓突變第一代（M1）Dd表現(xiàn)↓

第二代（M2）1DD2Dd1dd

有純合體，但不能區(qū)分

↓

第三代（M3）檢出純合體

DD↓突變

Dd不表現(xiàn)↓

1DD2Dd1dd

表現(xiàn)、純合

第二十六頁，共八十四頁，2022年，8月28日大突變與微突變突變效應大，性狀差異明顯，易于識別，多為控制質量性狀基因的突變。

突變效應小，性狀差異不大，較難察覺，多為控制數(shù)量性狀基因的突變。第二十七頁，共八十四頁，2022年，8月28日突變頻率：指突變體占觀察總個體數(shù)的比例。①高等生物：1×10-6~1×10-8

②低等生物：1×10-4~1×10-8第二十八頁，共八十四頁，2022年，8月28日有性生殖生物的突變率:

通常用每個配子發(fā)生突變的概率表示，即突變配子數(shù)占總配子數(shù)的比例。

第二十九頁，共八十四頁，2022年，8月28日

胚乳(花粉)直感：估算配子的突變率

例：玉米非甜Su甜粒su

P

susu

×

SuSu

↓對父本進行射線處理

F1大部分為Susu，極少數(shù)為susu

如果10萬粒種子中有5粒為甜粒，則

突變率=5/100000=1/20000

第三十頁，共八十四頁，2022年，8月28日紅色面包霉生化突變的鑒定

X射線處理分生孢子處理后的分生孢子與野生型交配產(chǎn)生分離的子囊孢子置于完全培養(yǎng)基里生長產(chǎn)生菌絲和分生孢子

第三十一頁，共八十四頁，2022年，8月28日基本培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基加維生素加氨基酸基本培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基硫胺素吡醇素泛酸肌醇第三十二頁，共八十四頁，2022年，8月28日可以推論精氨酸合成步驟為：

o

c

a前驅物è鳥氨酸è瓜氨酸è精氨酸è蛋白質

∴從鳥氨酸è精氨酸的合成至少需要A、C、O三個基因第三十三頁，共八十四頁，2022年，8月28日§3基因突變的分子基礎第三十四頁，共八十四頁，2022年，8月28日

基因在染色體上有固定的位置，稱為座位(1ocus，loci)

一個座位還可以分成許多基本單位，稱為位點(site)

突變子、重組子

第三十五頁，共八十四頁，2022年，8月28日開放閱讀框openreadingframe，ORF第三十六頁，共八十四頁，2022年，8月28日點突變DNA分子中個別堿基的變化：

堿基對的增減：增加、減少堿基對的替換：轉換、顛換第三十七頁，共八十四頁，2022年，8月28日

基因的內部結構發(fā)生改變——

DNA堿基對發(fā)生增添、缺失或改變。┯┯┯┯

ＡＴＧＣ

ＴＡＣＧ

┷┷┷┷┯┯┯┯┯

ＡＴＡＧＣ

ＴＡＴＣＧ

┷┷┷┷┷┯┯┯┯

ＡＴＧＣ

ＴＡＣＧ

┷┷┷┷┯┯┯

ＡＧＣ

ＴＣＧ

┷┷┷┯┯┯┯

ＡＣＧＣ

ＴＧＣＧ

┷┷┷┷┯┯┯┯

ＡＴＧＣ

ＴＡＣＧ

┷┷┷┷增添缺失改變第三十八頁，共八十四頁，2022年，8月28日點突變的分類：⑴堿基對替換

堿基缺失：ATCGATèATGAT（2）堿基對增減堿基插入：ATCGATèATCGGAT

轉換：嘌呤替換嘌呤AèGGèA

嘧啶替換嘧啶TèCCèT顛換：嘌呤替換嘧啶CèGTèGTèACèA

嘧啶替換嘌呤GèTGèCAèCAèT第三十九頁，共八十四頁，2022年，8月28日遺傳密碼表第四十頁，共八十四頁，2022年，8月28日錯義突變

堿基替換的結果改變了密碼子，改變了氨基酸如：ACG―――――→GCG；

thr（蘇）――→ala（丙）改變該基因編碼的蛋白質的結構、化學性質和生物活性。第四十一頁，共八十四頁，2022年，8月28日無義突變

有義密碼子變?yōu)闊o義密碼子，造成蛋白質合成的提前終止。

DNATAC——→TAAmRNAUAC——→UAA(終止密碼子)

這種突變又稱為無義突變。無義突變對生物體的影響較大，很可能導致死亡。無義突變若發(fā)生在閱讀框的開始，后果嚴重，若發(fā)生在閱讀框的后部，影響會小一些。第四十二頁，共八十四頁，2022年，8月28日沉默突變

由于密碼子具有簡并性，個別堿基的替換也有可能不改變密碼子的意義，這種突變稱為沉默突變。UUAUUGCUUCUCCUACUG

這6個密碼子都編碼亮氨酸（leu）第四十三頁，共八十四頁，2022年，8月28日中性突變個別密碼子的改變對蛋白質的結構、化學性質和生物活性的影響很小，甚至沒有什么影響。

第四十四頁，共八十四頁，2022年，8月28日移碼突變(shiftmutation)

缺失或插入一個或兩個堿基，會造成整個閱讀框的改變自插入或缺失位置向后的所有密碼子都發(fā)生了變化。第四十五頁，共八十四頁，2022年，8月28日原模板鏈

3’CTTCTTCTTCTTCTTCTT5’mRNA的序列

5’GAAGAAGAAGAAGAAGAA3’氨基酸順序

gluglugluglugluglu開始處插入一個C3’CCTTCTTCTTCTTCTTCTT5’mRNA的序列為5’GGAAGAAGAAGAAGAAGAA3氨基酸順序

glyargargargargarg改變了蛋白質中所有氨基酸的組成

第四十六頁，共八十四頁，2022年，8月28日移碼突變也可以造成無義密碼子，導致蛋白質合成的提前終止如原模板TTCGATCGTCCATCAmRNAAAGCUAGCAGGUAGU插入一個堿基TTCGACTCGTCCATCA突變后的mRNAAAGCUGAGCAGGUAGU第四十七頁，共八十四頁，2022年，8月28日非移碼插入或缺失

如果插入或缺失了3個堿基，或者是3的倍數(shù)，閱讀框不變多肽鏈中增加或減少一個或幾個氨基酸最終產(chǎn)物常常是有活性的，或者有部分活性。

第四十八頁，共八十四頁，2022年，8月28日§4突變的修復

生物界自身對誘變因素的作用具有一定的防護能力也能對已經(jīng)發(fā)生的DNA結構變化進行部分修復第四十九頁，共八十四頁，2022年，8月28日1、DNA的防護機制

①密碼子的簡并性②回復突變某個突變子發(fā)生突變以后，又發(fā)生回復突變，恢復原來的結構。A——→G——→A③抑制突變第五十頁，共八十四頁，2022年，8月28日A．基因內抑制突變

在一個順反子內，某個突變子發(fā)生了突變，有可能在該順反子內的另一個突變子也發(fā)生一次突變這后一次突變的效應抵消了第一次突變的效應，使突變表現(xiàn)型恢復為野生型

DNA結構并沒有恢復。

第五十一頁，共八十四頁，2022年，8月28日基因間抑制

主要是tRNA基因發(fā)生突變，或者是與tRNA功能有關的基因發(fā)生突變使另一個基因已經(jīng)發(fā)生的無義突變、錯義突變、或移碼突變所導致的突變表現(xiàn)型恢復為野生型

第五十二頁，共八十四頁，2022年，8月28日tRNA上的反密碼子發(fā)生突變AAGGAGUCGUUGUGGUACUAUUAG成為無義突變如果某個tRNA的反密碼子突變?yōu)?’CUA3’，能夠與UAG互補部分恢復或全部恢復蛋白質的功能第五十三頁，共八十四頁，2022年，8月28日④致死選擇

突變使生物體死亡，突變的個體或細胞被淘汰，突變基因在群體中消失。第五十四頁，共八十四頁，2022年，8月28日⑤多倍體

高等植物中，多倍體種占有很大的比例在多倍體中，相同的基因組或相近的基因組有幾份，對突變、尤其是隱性突變的耐受力要比二倍體和低等生物強得多。

第五十五頁，共八十四頁，2022年，8月28日DNA損傷的修復DNA損傷是經(jīng)常發(fā)生的細胞具有多重、復雜的DNA損傷修復系統(tǒng)。許多損傷類型具有多種修復途徑一個修復途徑可以修復多種損傷類型第五十六頁，共八十四頁，2022年，8月28日修復系統(tǒng)錯配修復（mismatchrepair）直接修復（directrepair）切除修復（excisionrepair）雙鏈斷裂修復（double-strandbreakrepair)重組修復（recombinationrepair)第五十七頁，共八十四頁，2022年，8月28日錯配修復（mismatchrepair）

DNA合成過程中常發(fā)生堿基配對錯誤識別錯配堿基切除錯誤堿基補入正確堿基封閉DNA鏈切口

錯配修復系統(tǒng)由許多酶組成，包括DNA聚合酶第五十八頁，共八十四頁，2022年，8月28日直接修復（directrepair）不需要DNA聚合酶參與例：胸腺嘧啶二聚體的修復第五十九頁，共八十四頁，2022年，8月28日胸腺嘧啶二聚體的形成第六十頁，共八十四頁，2022年，8月28日胸腺嘧啶二聚體的光修復

在藍色光條件下，有一種光激活酶可以將TT二聚體切開，使DNA結構恢復正常。

紫外線滅菌必須在黑暗中進行

光修復就是直接修復

第六十一頁，共八十四頁，2022年，8月28日切除修復（excisionrepair）DNA經(jīng)UV照射后發(fā)生損傷，在下一輪復制前，體內的酶將包括二聚體在內的一段單鏈切除，重新合成一段單鏈予以修復。與光修復相比，不依賴于光的存在，在黑暗中也能進行，所以被稱為暗修復(darkrepair)。暗修復又成為切除修復。

第六十二頁，共八十四頁，2022年，8月28日切除修復

（暗修復）

原核生物切除12bases

真核生物切除28bases第六十三頁，共八十四頁，2022年，8月28日重組修復(recombinationrepair)

（又稱復制后修復）

需要一系列的酶參與修復以后，TT二聚體依然存在，但細胞卻能勉強完成這一輪復制在切割和修補過程中，會發(fā)生這樣那樣的差錯，從而導致突變的產(chǎn)生由UV照射引起的突變，并不是二聚體本身引起的，而多是修補過程中的差錯引起的

第六十四頁，共八十四頁，2022年，8月28日

含二聚體的DNA仍可復制，新鏈在二聚體部位留有缺口；

完整的母鏈與有缺口的子鏈重組（交換）

缺口通過DNA聚合酶的作用，以對側子鏈為模板將切去的母鏈修補起來；

由DNA連接酶將缺刻(nick)連接起來，完成修復。

第六十五頁，共八十四頁，2022年，8月28日SOS修復

DNA受到嚴重損傷、細胞處于危急狀態(tài)時所誘導的一種DNA修復方式修復結果只是能維持基因組的完整性，提高細胞的生成率，但留下的錯誤較多故又稱為錯誤傾向修復，使細胞有較高的突變率

第六十六頁，共八十四頁，2022年，8月28日§5移動遺傳因子

上個世紀50年代初，McClintock發(fā)現(xiàn)了可以移動的遺傳因子(transposablegeneticelements)

這是遺傳學發(fā)展史上一個重要的里程碑，McClintock因此而獲得1983年的諾貝爾獎。第六十七頁，共八十四頁，2022年，8月28日

概念一些基因可以從染色體的一個基因座位轉到另一個基因座位又叫轉座子（trsnsposon)，跳躍基因（jumpinggenes)McClitock叫它轉座因子（transposableelements）.第六十八頁，共八十四頁，2022年，8月28日第六十九頁，共八十四頁，2022年，8月28日一、轉座因子的發(fā)現(xiàn)和鑒定：

Emerson(1914)在研究玉米果皮色素遺傳時，發(fā)現(xiàn)一種特殊的突變類型：花斑果皮，產(chǎn)生寬窄不同，紅白相間的花斑花斑條紋不穩(wěn)定，可以發(fā)生多次回復突變，但不知道原因。第七十頁，共八十四頁，2022年，8月28日

20世紀40年代初，McClintock開始研究玉米植株和糊粉層色素產(chǎn)生的遺傳基礎，她發(fā)現(xiàn)，色素的變化與一系列染色體重組有關。她觀察到，染色體的斷裂或解離(dissociation)有一個特定的位點，命名為Ds。但Ds不能自行斷裂，受一個激活因子Ac(activator)所控制。Ac可以象普通基因一樣遺傳。但有時可以離開原來的座位，移動到同一染色體的另一個位置上，也可以移動到不同染色體上。第七十一頁，共八十四頁，2022年，8月28日二、轉座因子的結構特性:第七十二頁，共八十四頁，2022年，8月28日㈠、原核生物的轉座因子：

根據(jù)分子結構與遺傳特性可以分為三類。

1．插入因子（insertionsequence，IS）：

具有轉座能力的簡單遺傳因子。長度一般小于2kb，最小的插入序列如IS1僅768bp。

IS因子只含有與轉座有關的基因與序列。共同特征是在其末端都具有一段