上海交通大學(xué)-環(huán)境微生物-微生物的變異課件

微生物的遺傳和變異MicrobialGeneticsandVariation第二節(jié)微生物的變異一、變異的實(shí)質(zhì)——基因突變二、突變的類型三、基因突變的特點(diǎn)四、突變的機(jī)制突變(mutation)：遺傳物質(zhì)核酸(DNA或RNA)中的核苷酸順序突然發(fā)生了穩(wěn)定的可遺傳的變化。突變包括基因突變

(genemutation，又稱點(diǎn)突變)和染色體畸變

(chromosomalaberration)兩類?；蛲蛔兪怯捎贒NA鏈上的一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)堿基發(fā)生改變而引起的。染色體畸變則是DNA的大段變化（損傷）現(xiàn)象，表現(xiàn)為染色體的插入

(insertion)、缺失

(deletion)、重復(fù)

(duplication)、易位

(translocation)和倒位

(inversion)。突變幾率一般在10-6~10-9范圍內(nèi)。重組或附加體等外源遺傳物質(zhì)的整合而引起的DNA改變，不屬突變的范圍。一、變異的實(shí)質(zhì)——基因突變二、突變類型依據(jù)表型改變分為1.形態(tài)突變型：發(fā)生細(xì)胞形態(tài)變化或引起菌落形態(tài)改變的突變型。2.生化突變型：一類發(fā)生代謝途徑變異但無明顯形態(tài)變化的突變型。3.致死突變型：造成個(gè)體死亡或生活力下降的突變型（半致死突變型）。4.條件致死突變型：在某一條件下具致死效應(yīng)，而在另一條件下無致死效應(yīng)的突變型。如某些突變體的大腸桿菌在40℃時(shí)不能生長(zhǎng)，而在37℃則可以生長(zhǎng)。形態(tài)突變型(morphologicalmutant)枯草桿菌產(chǎn)蛋白酶缺陷突變株生化突變型菌落顏色變化（變異成橙色）β半乳糖苷酶基因的插入失活，使重組子菌落為白色而與蘭色的非重組子分開。根據(jù)生化突變型分為

1.營(yíng)養(yǎng)突變型：由基因突變而引起代謝過程中某酶合成能力喪失的突變型，它們必須在培養(yǎng)基中添加相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)成分才能正常生長(zhǎng)。2.抗性突變型：一類能抵抗有害理化因素的突變型。根據(jù)其抵抗對(duì)象可分為抗藥性、抗紫外線或抗噬菌體等突變類型。3.抗原突變型：指細(xì)胞成分尤其是細(xì)胞表面成分（細(xì)胞壁、莢膜、鞭毛）的細(xì)微變異而引起抗原性變化的突變型。原養(yǎng)型（野生型）＋缺陷性（變異型）－蘇氨酸原養(yǎng)型thr+、亮氨酸原養(yǎng)型leu+蘇氨酸缺陷性thr-、亮氨酸缺陷性leu-敏感株(Sensitive)

S

耐性株

(Resistant)

R

T1噬菌體敏感株

T1S、鏈霉素敏感株strST1噬菌體耐性株

T1R、鏈霉素耐性株strR

根據(jù)遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變分為堿基置換，移碼，DNA片段的缺失和插入

根據(jù)突變引起的遺傳信息的改變分為

同義突變，錯(cuò)義突變和無義突變同義突變：微生物結(jié)構(gòu)基因中編碼某一氨基酸的密碼子發(fā)生的位點(diǎn)突變。其突變的密碼子與原密碼子編碼的氨基酸相同，而不影響微生物的表型。leucineCUA,CUC錯(cuò)義突變：編碼某種氨基酸的密碼子經(jīng)堿基替換以后，變成編碼另一種氨基酸的密碼子，從而使多肽鏈的氨基酸種類和序列發(fā)生改變。leucineCUA,valineGUA

無義突變：編碼某一氨基酸的三聯(lián)體密碼經(jīng)堿基替換后，變成不編碼任何氨基酸的終止密碼UAA,UAG或UGA。雖然無義突變并不引起氨基酸編碼的錯(cuò)誤，但由于終止密碼出現(xiàn)在一條mRNA的中間部位，就使翻譯時(shí)多肽鏈的終止就此終止，形成一條不完整的多肽鏈。點(diǎn)突變的類型（以酪氨酸的密碼子為例）無義突變同義突變錯(cuò)義突變DNA

TAC→TAA,TAG↓↓↓↓RNA

UACUAG↓↓↓↓aa酪終止終止TAC→TAT↓↓UAC↓↓酪酪TAC→TCC↓↓UAC↓↓酪絲UCCUAUUAA影響翻譯的一種無義突變賴氨酸終止因子tRNA的抑癌基因的無義突變→錯(cuò)義突變的機(jī)制

細(xì)菌的大小和形態(tài)在不同的生長(zhǎng)時(shí)期可不同，生長(zhǎng)過程中受外界環(huán)境的影響也可發(fā)生變異。如：炭疽芽孢桿菌含微量青霉素培養(yǎng)基上，發(fā)生形態(tài)變異。細(xì)菌的特殊結(jié)構(gòu)如：莢膜（肺炎雙球菌）、芽胞（炭疽芽孢桿菌）、鞭毛（變形桿菌H-O變異）也可發(fā)生變異。形態(tài)結(jié)構(gòu)的變異在含微量青霉素培養(yǎng)基上，發(fā)生形態(tài)變異，為大而均勻圓球形，呈串珠狀（與其它芽胞桿菌的區(qū)別）一般形態(tài)為兩端平齊，呈竹節(jié)狀排列毒力增強(qiáng)：無毒力的白喉棒狀桿菌常寄居在咽喉部，不致病；當(dāng)感染了β-棒狀噬菌體后變成溶原性細(xì)菌，則獲得產(chǎn)生白喉毒素的能力，引起白喉。毒力減弱：有毒菌株長(zhǎng)期在人工培養(yǎng)基上傳代培養(yǎng)，可是細(xì)菌的毒力減弱或消失?？ń槊?BCG)是有毒的牛分枝桿菌在含有膽汁的甘油、馬鈴薯培養(yǎng)基上，經(jīng)過13年，連續(xù)穿230代，獲得的一株毒力減弱但仍保持免疫原性的變異株。毒力變異耐藥性變異：細(xì)菌對(duì)某種抗菌藥物由敏感變?yōu)槟退幍淖儺悺Ｓ行┘?xì)菌還表現(xiàn)為同時(shí)耐受多種抗菌藥物，即多重耐藥性。從抗生素廣泛應(yīng)用以來，細(xì)菌對(duì)抗生素耐藥的不斷增長(zhǎng)是世界范圍內(nèi)的普遍趨勢(shì)，給臨床治療帶來很大的困難，并成為當(dāng)今醫(yī)學(xué)上的重要問題。耐藥性變異細(xì)菌的菌落主要有光滑(smooth,S)型和粗糙(rough,R)型兩種。S型菌落表面光滑、濕潤(rùn)、邊緣整齊。經(jīng)人工培養(yǎng)多次傳代后菌落表面邊為粗糙、干燥、邊緣不整齊，稱S-R變異。S-R變異常見于腸道桿菌，是由于失去LPS(脂多糖)的特異性寡糖重復(fù)單位而引起的。變異時(shí)不僅菌落的特征發(fā)生改變，且細(xì)菌的其它性狀也發(fā)生了變化。S型菌的致病性強(qiáng)，但有少數(shù)R型菌的致病性強(qiáng)，如結(jié)核分枝桿菌。菌落變異細(xì)菌的菌落形態(tài)R型實(shí)際上是S型肺炎雙球菌的突變類型StypeRtype1.不對(duì)應(yīng)性突變的性狀與引起突變的原因間無直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如細(xì)菌在有青霉素的環(huán)境下，出現(xiàn)了抗青霉素的突變體，經(jīng)變量試驗(yàn)、涂布試驗(yàn)和影印試驗(yàn)等典型遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，這類性狀都可通過自發(fā)的和其他任何誘變因子誘發(fā)而得，青霉素等因素僅是起了淘汰原有非突變型（敏感性）個(gè)體的作用。三、基因突變的特點(diǎn)基因突變的自發(fā)性和不對(duì)應(yīng)性的證明實(shí)驗(yàn)在各種基因突變中，抗性突變最為常見。但在過去相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)對(duì)這種抗性產(chǎn)生的原因爭(zhēng)論十分激烈。觀點(diǎn)一：突變是通過適應(yīng)而發(fā)生的，即各種抗性是由其環(huán)境（指其中所含的抵抗對(duì)象）誘發(fā)出來的，突變的原因和突變的性狀間是相對(duì)應(yīng)的，并認(rèn)為這就是“定向變異”，也有人稱它為“馴化”或“馴養(yǎng)”。觀點(diǎn)二：突變是自發(fā)的，且與環(huán)境是不相對(duì)的。由于其中有自發(fā)突變、誘發(fā)突變、誘變劑與選擇條件等多種因素錯(cuò)綜在一起，所以難以探究問題的實(shí)質(zhì)。經(jīng)嚴(yán)密的科學(xué)實(shí)驗(yàn)證明：突變的性狀與引起突變的原因間無直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。如：在紫外線誘變下可以出現(xiàn)抗紫外線菌株，通過自發(fā)或其它誘發(fā)因素也可以獲得同樣的抗紫外線菌株；紫外線誘發(fā)的突變菌株也有不抗紫外線的，也可以是抗青霉素的，或是出現(xiàn)其它任何變異性狀的突變。最著名的實(shí)驗(yàn)有：變量試驗(yàn)、涂布試驗(yàn)、影印培養(yǎng)試驗(yàn)。

1943年，魯里亞

(S.E.Luria)和德爾波留克

(M.Delbruck)首先設(shè)計(jì)。要點(diǎn)：先將大腸桿菌液分成等量的兩部分。一部分裝在大試管里，另一部分裝在50支小試管里，將大小試管里的大腸桿菌放在恒溫箱里培養(yǎng)，經(jīng)過24到60小時(shí)后分別接種到固體培養(yǎng)基上。一只大試管分接50副培養(yǎng)皿，而50支小試管，每支接一副培養(yǎng)皿。每皿固體培養(yǎng)基里有等量的噬菌體，能生長(zhǎng)的大腸桿菌是抗噬菌體的突變體。結(jié)果：從一支大試管里長(zhǎng)出來的菌落（抗噬菌體的）數(shù)量比較一致，即使有差異，也僅僅是實(shí)驗(yàn)上的誤差。而由50支小試管長(zhǎng)出來的抗噬菌體菌落，在數(shù)量上的差異較大。變量實(shí)驗(yàn)(fluctuationanalysis)SalvadorLuriaandMaxDelbruck(1943)來自同一個(gè)大瓶的50個(gè)培養(yǎng)皿tonr細(xì)胞數(shù)相對(duì)平均分別來自50支小試管的50個(gè)培養(yǎng)皿tonr細(xì)胞數(shù)波動(dòng)很大同時(shí)保溫24~36h培養(yǎng)前先分成50支小試管各培養(yǎng)皿中等量的T1噬菌體同一支大試管整體培養(yǎng)將對(duì)T1噬菌體敏感的E.coli對(duì)數(shù)期培養(yǎng)物稀釋至103/mL，然后分兩組，各10mL。根據(jù)這個(gè)變量實(shí)驗(yàn)，將會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)可能：(A)如果突變是被誘導(dǎo)的，出現(xiàn)在每個(gè)培養(yǎng)皿上的突變菌落數(shù)量應(yīng)大體相同。(B)如果突變是自發(fā)的，產(chǎn)生在細(xì)胞分裂過程中，每個(gè)培養(yǎng)皿的突變菌落數(shù)量將出現(xiàn)大的波動(dòng)。(A)被誘發(fā)突變(B)自發(fā)的突變?cè)诓缓琓1噬菌體的培養(yǎng)基中培養(yǎng)大腸桿菌涂布在含T1噬菌體的培養(yǎng)皿中tonr菌落數(shù)分布相對(duì)均勻細(xì)菌沒發(fā)生自發(fā)突變?cè)谕坎糡1噬菌體之前突變隨機(jī)的發(fā)生在涂布T1噬菌體之后暴露導(dǎo)致突變tonr菌落數(shù)分布波動(dòng)大在曝露T1之前的早期發(fā)生大量突變解釋：這說明大腸桿菌抗噬菌體性狀突變，不是由于環(huán)境因素——噬菌體誘導(dǎo)出來的，而是在它們接觸噬菌體前，在某一次細(xì)胞分裂過程中隨機(jī)地自發(fā)產(chǎn)生的。這一自發(fā)突變發(fā)生得越早，則抗噬菌體菌落出現(xiàn)得越多，反之越少。噬菌體在這里僅起到淘汰原始的未突變的敏感菌和甄別抗噬菌體突變型的作用。魯里亞

SalvadorLuria德爾波留克MaxDelbruckTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1969DelbrückmetSalvadorLuriaandAlfredHershey,whowerebothinterestedintheworkonphages.TogethertheyformedthePhageGroupin1943,tostudythenatureofthegene,viaresearchonphagesandsimilarorganisms.

1949年，紐康姆

(Newcombe)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)。要點(diǎn)：在12個(gè)培養(yǎng)皿上各涂數(shù)目相等(5×104)的對(duì)T1噬菌體敏感的大腸桿菌，經(jīng)5小時(shí)的培養(yǎng)，約繁殖12.3代，在皿上長(zhǎng)出大量的微菌落（這時(shí)每一菌落約含5100個(gè)細(xì)胞）。取其中6皿直接噴上T1噬菌體，另6皿則先用滅菌玻棒把微菌落重新均勻涂布一次，然后同樣噴上相應(yīng)的T1。結(jié)果：在涂布過的一組中，共有抗性菌落353個(gè)，要比未經(jīng)涂布過的（僅28個(gè)菌落）高得多。解釋：這說明大腸桿菌對(duì)T1噬菌體的抗性突變發(fā)生在未接觸噬菌體前。噬菌體的加入只起甄別這類突變是否發(fā)生的作用，而不是誘導(dǎo)突變的因素。涂布實(shí)驗(yàn)(Newcombeexperiment)Newcombe(1949)獲得免疫性假說在未噴T1噬菌體前沒有突變細(xì)胞涂布后噴入T1噬菌體直接噴入T1噬菌體自發(fā)突變假說小菌落在生長(zhǎng)時(shí)產(chǎn)生抗噬菌體突變涂布后噴入T1噬菌體直接噴入T1噬菌體選用對(duì)T1噬菌體敏感的E.coli，以相等數(shù)目涂布于12個(gè)平板上保溫5小時(shí),約繁殖了12.3代3個(gè)小菌落每個(gè)小菌落中的抗噬菌體細(xì)胞都會(huì)形成一個(gè)菌落兩組培養(yǎng)皿菌數(shù)相同抗噬菌體菌落相同約含5100個(gè)細(xì)胞影印培養(yǎng)法是使在一系列培養(yǎng)皿的相同位置上能出現(xiàn)相同菌落的一種接種培養(yǎng)方法。1952年黎德伯格(J.Lederberg)夫婦首先進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。要點(diǎn)：包有滅菌絲絨布的木質(zhì)圓柱（直徑略小于培養(yǎng)皿底）為印章，用不具抗性環(huán)境（如不加抗生素等）的完全培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)，以印章輕輕粘取菌落，然后再一一接種到不同的選擇培養(yǎng)基（如含有不同抗生素等）上，培養(yǎng)后，對(duì)各培養(yǎng)皿相同位置上的菌落作比較，便可選出相應(yīng)的突變型菌落。影印實(shí)驗(yàn)(replicaplating)JoshuaLederbergandEstherLederberg(1952)首先把大量對(duì)鏈霉素敏感的大腸桿菌K12涂布在不含鏈霉素的平板(1)的表面，待其長(zhǎng)出密集的小菌落后，用影印法接種到不含鏈霉素的培養(yǎng)基平板(2)上，隨即再影印到含鏈霉素的選擇性培養(yǎng)基平板(3)上。經(jīng)培養(yǎng)后，在平板(3)上出現(xiàn)了個(gè)別抗鏈霉素的菌落。對(duì)培養(yǎng)皿(2)和(3)進(jìn)行比較，就可在平板(2)的相應(yīng)位置上找到平板(3)上那幾個(gè)抗性菌落的“孿生兄弟”。然后把平板(2)中最明顯的一個(gè)部位上的菌落（實(shí)際上是許多菌落）挑至不含鏈霉素的培養(yǎng)液(4)中，經(jīng)培養(yǎng)后，再涂布在平板(5)上，并重復(fù)以上各步驟。上述過程幾經(jīng)重復(fù)后，只要涂上越來越少的原菌液至相當(dāng)于平板(1)的培養(yǎng)皿(5)和(9)中，就可出現(xiàn)越來越多的抗性菌落，最后甚至可以得到完全純的抗性菌群體。解釋：原始的鏈霉素敏感菌株只通過(1)→(2)→(4)→(5)→(6)→(8)→(9)→(10)→(12)的移種和選擇序列，就可在根本未接觸鏈霉素的情況下，篩選出大量的抗鏈霉素的菌株。微生物抗藥性是自發(fā)產(chǎn)生的，并與相應(yīng)的環(huán)境因素毫不相干。

⑴⑵⑶⑷⑸⑹⑺⑻⑼⑽⑾含鏈霉素培養(yǎng)皿不含鏈霉素培養(yǎng)皿原始敏感株replicaplating影印的作用可保證這3個(gè)平板上所生長(zhǎng)的菌落的親緣和相對(duì)位置保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)性⑿影印培養(yǎng)技術(shù)突變發(fā)生在曝露青霉素之前Screeningforphenotypesbyreplicaplating黎德伯格J.LederbergJ.LederbergisawardedtheNoblePrizeinMedicineandPhysiologyin1958以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)充分說明了抗性突變是菌體接觸所抗物質(zhì)以前就已經(jīng)自發(fā)產(chǎn)生了，藥物并不是誘變因素，含藥物的環(huán)境只起篩選和鑒別抗性菌株的作用。即使不存在鏈霉素，抗鏈霉素的突變株仍然存在。

艱難梭菌

(Clostridiumdifficile)，屬厭氧性細(xì)菌，一般寄生在人的腸道內(nèi)。如果過度服用某些抗生素，艱難梭菌的菌群生長(zhǎng)速度加快，影響腸道中其他細(xì)菌，引發(fā)炎癥。2.自發(fā)性各種性狀的改變，可以在沒有人為誘變因素處理下自發(fā)的發(fā)生。3.稀有性自發(fā)突變的頻率是較低和穩(wěn)定的，一般在10-6~10-9間，轉(zhuǎn)座突變率為10-4。突變率：每一細(xì)胞每一世代中發(fā)生突變的概率，也有用每單位群體在繁殖一代過程中所形成突變體的數(shù)目來表示的。4.獨(dú)立性兩個(gè)基因發(fā)生突變是各不相關(guān)的兩個(gè)事件。突變的發(fā)生不僅對(duì)于細(xì)胞來講是隨機(jī)的，對(duì)于基因來講也是隨機(jī)的。抗某種藥物的突變型往往并不抗另一種藥物，某一基因的突變既不提高也不降低其它基因的突變率。5.誘發(fā)性通過誘變劑的作用，可提高自發(fā)突變的頻率，一般可提高10~105倍。6.穩(wěn)定性由于突變的根源是遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)上發(fā)生了穩(wěn)定的變化，所以產(chǎn)生的新性狀也是穩(wěn)定的，可遺傳的。7.可逆性任何性狀既有野生型變?yōu)橥蛔冃偷恼蛲蛔?，也可發(fā)生回復(fù)突變，即突變型回復(fù)到野生型。

在一組雄性大鼠進(jìn)行腹腔注射芳香族化合物如多氯聯(lián)苯油溶液等。以誘導(dǎo)大鼠肝臟酶系的活性，4天后殺鼠取肝，搗碎后離心制備成肝酶(S9)的懸液，然后將待測(cè)物和S9以及沙門氏菌的突變株(his-)（點(diǎn)突變或移碼突變）混合后倒平板，若能產(chǎn)生回復(fù)突變的待測(cè)物則可判定為誘變物。在此實(shí)驗(yàn)中還有一組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，即只加S9和沙門氏菌的突變品系，而不加待測(cè)物，若也有回復(fù)突變產(chǎn)生表明是自發(fā)的突變，可以作為對(duì)照來進(jìn)行比較。Ames方法的特點(diǎn)是快速簡(jiǎn)便，也較為準(zhǔn)確。經(jīng)對(duì)幾百種物質(zhì)進(jìn)行測(cè)試表明約90%致癌物具有誘變作用。Ames試驗(yàn)美國加利福尼亞大學(xué)Ames教授1975S9:大鼠肝臟酶Strain2:移碼突變Strain1:堿基置換突變AmesBN,MccannJ,YamasakiE.MethodsfordetectingcarcinogensandmutagenswiththeSalmonella/mammalian-microsomemutagenicitytest[J].DNARepair.1975.31(6):347-363.生物化學(xué)統(tǒng)一性法則

人和細(xì)菌在DNA的結(jié)構(gòu)及特性方面是一致的，能使微生物發(fā)生突變的誘變劑必然也會(huì)作用于人的DNA，使其發(fā)生突變，最后造成癌變或其他不良的后果。誘變劑的共性原則

超過95%的致癌物質(zhì)對(duì)微生物有誘變作用，90%以上的非致癌物質(zhì)對(duì)微生物沒有誘變作用?；瘜W(xué)藥劑對(duì)細(xì)菌的誘變率與其對(duì)動(dòng)物的致癌性成正比。Ames法的原理(1)化學(xué)物質(zhì)引起的誘變往往不是直接的，它要經(jīng)過生物的消化、吸收、特別是高等生物肝臟中的有關(guān)酶的作用以后再起作用。也它本來是可以直接起到誘變作用的，但經(jīng)肝臟中的酶作用后失去了誘變能力；也許正好相反，本來它并不具有誘變的能力，但經(jīng)過酶的作用后反而獲得了誘變的能力。因此經(jīng)肝臟中酶的作用才能較真實(shí)地反應(yīng)在動(dòng)物活體中某種化學(xué)品的實(shí)際的誘變能力。(2)誘變劑僅改變突變頻率，而不影響突變方向，那么同樣誘變劑也能導(dǎo)致回復(fù)突變。如果用正突變的話由于是多方向的，因此必需采用反向選擇的方向才行，而用回突變只需用基本培養(yǎng)基進(jìn)行篩選即可，步驟就要簡(jiǎn)單的多。證明Ames試驗(yàn)重要性的應(yīng)用實(shí)例國外曾開發(fā)了一種降低婦女妊娠反應(yīng)的藥物“反應(yīng)?！保捎谄渌幮э@著，在60~70年代十分流行。但隨后人們就發(fā)現(xiàn)畸形兒的出生率明顯增高，而且生產(chǎn)畸形兒的婦女大多曾服用“反應(yīng)停”，后來采用Ames試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)的確具有很強(qiáng)的致突變作用，因此這種藥物被禁止使用。如果能在這種藥物上市之前就進(jìn)行Ames試驗(yàn)檢測(cè)，這種大量出生畸形兒的悲劇就可以避免。四、突變的機(jī)制1.誘變機(jī)制2.自發(fā)突變機(jī)制1.誘變機(jī)制(1)堿基置換(substitution)：也稱點(diǎn)突變只涉及一對(duì)堿基被另一對(duì)堿基所置換。分為兩個(gè)亞類：

轉(zhuǎn)換

(transition)——DNA鏈中的一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘌呤或一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘧啶所置換。

顛換

(transversion)——一個(gè)嘌呤被一個(gè)嘧啶或一個(gè)嘧啶被一個(gè)嘌呤所置換。

轉(zhuǎn)換出現(xiàn)的概率大約是顛換的三倍。替換C——T G——A轉(zhuǎn)換(transition)甘氨酸——絲氨酸T——AA——U顛換(transversion)賴氨酸——終止信號(hào)堿基替換突變類型轉(zhuǎn)換顛換轉(zhuǎn)換顛換賴氨酸谷氨酸鐮形紅細(xì)胞貧血病人的Hb(HbS)

與正常成人的Hb(HbA)比較GluVal肽鏈第6位氨基酸GAGGUG

mRNACTCCAC基因模板鏈HbAHbS可直接與核酸堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的誘變劑，不論在機(jī)體內(nèi)或在離體條件下均有作用。主要包括：

亞硝酸；

羥胺；各種烷化劑（硫酸二乙酯、甲基磺酸乙脂、N-甲基-N′-硝基-N-亞硝基胍、N-甲基-N-亞硝基脲、乙烯亞胺、環(huán)氧乙酸、氮芥等）。a.直接置換誘變劑稀有烯醇式

(Enol)與亞氨基

(imino)堿基引起自發(fā)突變亞氨基烯醇式互變異構(gòu)效應(yīng)亞硝酸誘變機(jī)制羥胺與烷化劑誘變機(jī)制烷化劑能使一些堿基烷基化，比如使鳥苷酸甲基化，影響mRNA的轉(zhuǎn)錄，從而使蛋白質(zhì)的表達(dá)紊亂，使得蛋白質(zhì)重組，而改變了性狀。臨床上應(yīng)用此類物質(zhì)作為抗癌藥物，具有強(qiáng)烈殺傷癌細(xì)胞的作用，應(yīng)用時(shí)，要注意強(qiáng)烈殺傷性。甲基磺酸乙酯

(EMS)，誘變率很高。常用濃度0.05~0.5mol/L，作用時(shí)間5~60min。該物質(zhì)具有強(qiáng)烈致癌性和揮發(fā)性，可用5%硫代硫酸鈉作為終止劑和解毒劑。硫酸二乙酯

(DMS)，由于毒性太強(qiáng)，目前很少使用，屬于劇毒品，受公安局管治。烷化劑乙烯亞胺，生產(chǎn)的較少，很難買到。只要用于大量誘變育種用，使用濃度：0.0001~0.1%，高度致癌性！使用時(shí)需要使用緩沖液配置。

鹽酸氮芥，用于抗癌藥物。一般是針劑，稍加稀釋即可使用，作用時(shí)間5~10min，可用甘氨酸作為終止劑和解毒劑。間接置換誘變是通過活細(xì)胞的代謝活動(dòng)摻入到DNA分子中引起的。主要為一些堿基類似物：

5-溴尿嘧啶(5-BU)；

5-氨基尿嘧啶(5-AU)；

8-氮鳥嘌呤(8-NG)；

2-氨基嘌呤(2-AP)；

6-氯嘌呤(6-CP)等。b.間接置換誘變劑5-溴尿嘧啶的誘變機(jī)制酮式烯醇式Mutagenicefffectsof5-bromouracilInthisway,5-bromouracilcanpromoteachangeofanATbasepairintoaGCbasepair5-溴尿嘧啶的誘變機(jī)制在DNA復(fù)制過程中酮式的5-BU代替了T而使A:T堿基對(duì)變?yōu)锳:5-BU﹐在下一次DNA復(fù)制中烯醇式的5-BU和G配對(duì)而出現(xiàn)G:5-BU堿基對(duì)﹐最后在又一次復(fù)制中G和C配對(duì)出現(xiàn)G:C堿基對(duì)﹐完成了堿基的置換。5-溴尿嘧啶的誘變機(jī)制在DNA復(fù)制過程中烯醇式的5-BU代替了C而使G:C堿基對(duì)變?yōu)镚:5-BU﹐在下一次DNA復(fù)制中酮式的5-BU和A配對(duì)而出現(xiàn)A:5-BU堿基對(duì)﹐最后在又一次復(fù)制中A和T配對(duì)出現(xiàn)A:T堿基對(duì)﹐完成了堿基的置換。2-氨基嘌呤的誘變機(jī)制氨基亞氨基6-甲基鳥嘌呤的誘變機(jī)制(2)移碼突變(frame-shiftmutation):

指誘變劑使DNA分子中的一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸的增添（插失）或缺失，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(cuò)誤的一類突變。由移碼突變所產(chǎn)生的突變株，稱為移碼突變株。從起始密碼子ATG到終止密碼子TAA、TGA或TAG之間，能翻譯成氨基酸序列的三聯(lián)體構(gòu)成的閱讀框稱為開放讀框

(Openreadingframe,ORF)。

ACGACGACGACGACGACG，可能的讀碼框架就有以下三種:

ACGACGACGACGACGACGACGACG

CGACGACGACGACGACGACGACGA

GACGACGACGACGACGACGACGAC開放讀框(Openreadingframe,ORF)由A缺失引起移碼突變(frame-shiftmutation)苯丙氨酸——亮氨酸缺失

缺失和插入引起的三聯(lián)體密碼的閱讀方式改變，造成蛋白質(zhì)氨基酸排列順序發(fā)生改變。 正常 5′……GCA

GUA

CAU

GUC……

丙纈組纈缺失C5′……GAG

UAC

AUG

UC……

谷酪蛋絲移碼突變(frame-shiftmutation)插入Typesofbasepairsubstitutionsandmutations.同義突變有些錯(cuò)義突變不影響蛋白質(zhì)或酶的生物活性，因而不表現(xiàn)出明顯的表型效應(yīng)移碼突變錯(cuò)義突變移碼突變的誘變劑

吖啶類染料，包括原黃素、吖啶黃、吖啶橙和α-氨基吖啶等，以及一系列稱為ICR類的化合物［由美國的腫瘤研究所(InstituteforCancerResearch)合成，它們是一些由烷化劑與吖啶類化合物相結(jié)合的化合物］，都是移碼突變的有效誘變劑。原黃素吖啶橙2-甲氯基-6氯代-9-[3-(2-氯乙基)氨基丙胺]吖啶-2鹽酸這些染料分子能夠嵌入DNA分子中﹐使DNA復(fù)制發(fā)生差錯(cuò)而造成移碼突變。黃曲酶毒素B1溴化乙錠嵌入劑：是分子生物學(xué)比較常用的一類，誘導(dǎo)率較高。原理是這類分子的大小正好可以嵌入堿基分子中，導(dǎo)致錯(cuò)配。最常用的：溴化乙錠(EB)，高致癌性！價(jià)格較貴，但誘變率很高，是實(shí)驗(yàn)室常用試劑，可以到生化實(shí)際商店買到，1500元/100mg。IntercalationofEtBrinDNAEB致癌！?。thidiumBromide插入突變(3)染色體畸變(ChromosomeMutation):

某些理化因子，如X射線等的輻射劑、烷化劑、亞硝酸等，除了能引起點(diǎn)突變外，還會(huì)引起DNA的大損傷——染色體畸變。

染色體畸變包括染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目的改變。染色體的數(shù)目畸變

正常人的體細(xì)胞具有46條染色體(2n)，配子細(xì)胞（精子和卵）具有23條染色(n)，前者稱為二倍體，后者稱為單倍體。染色偏離正常數(shù)目稱為染色體數(shù)目異常或數(shù)目畸變。染色體的結(jié)構(gòu)異常

缺失、易位、倒位、重復(fù)及插入等。非整倍體(aneuploid)：指細(xì)胞丟失或增加一條或幾條染色體。缺失一條染色體時(shí)稱為單體(monosome)，增加一條染色體時(shí)稱為三體(trisome)。染色體數(shù)目的改變會(huì)導(dǎo)致基因平衡的失調(diào)，可能影響細(xì)胞的生存或造成形態(tài)及功能上的異常。如21三體導(dǎo)致先天愚型(Down氏綜合征)。整倍體(euploid)：指染色體數(shù)目的異常是以染色體組為單位的增減，如形成三倍體(triploid)、四倍體(tetroploid)等。在人體，3n為69條染色體，4n為92條染色體。在腫瘤細(xì)胞及人類自然流產(chǎn)的胎兒細(xì)胞中可有三倍體細(xì)胞的存在。發(fā)生于生殖細(xì)胞的整倍體改變，幾乎都是致死性的。染色體的數(shù)目畸變由21三體造成的先天愚型疾病先天性性腺發(fā)育不全綜合癥，又稱先天性卵巢發(fā)育不全綜合癥。為性染色體異常性疾病。本病體細(xì)胞染色體數(shù)為45個(gè)，包括22對(duì)常染色體和1個(gè)X染色體。據(jù)統(tǒng)計(jì)，本病每萬個(gè)活產(chǎn)女嬰中有一例。臨床表現(xiàn)為性幼稚癥、蹼頸、肘外翻、身材矮小等。智力正?；蜉^差。35%患者出現(xiàn)心血管系統(tǒng)異常，其中以主動(dòng)脈縮窄多見。缺失(d