基因與基因組突變

基因與基因組突變第1頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四一基因的組織結(jié)構(gòu)（一）基因的概念1.基因的研究簡史孟德爾（Mendel）的顆粒因子：

一個因子決定一個性狀(1865年)。約翰森（Johannsen）：首先提出基因一詞（1909年）摩爾根（Morgan）的基因論：

一個基因控制一個性狀（1926年），明確了基因存在于染色體上。2第2頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四Beadle-Tatum：一個基因一個酶學(xué)說（1941年）。Avery等：轉(zhuǎn)化實驗證實了遺傳物質(zhì)的本質(zhì)是DNA（1944年）。Hershey-Chase：噬菌體感染細(xì)菌實驗，

只有DNA能進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞（1952年）。Benzer：互補(bǔ)測驗，

提出一個順反子，一條多肽鏈的概念（1955年）。3第3頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四Watson和Crick：DNA右手雙螺旋理論（1953年）。

Crick：中心法則（1957年）。Jacob-Monod：操縱子模型（1961年）。Nirenberg-Matthaei：三聯(lián)密碼子學(xué)說（1966年）

將DNA結(jié)構(gòu)與生物功能結(jié)合起來。McClintocK：遺傳因子可以轉(zhuǎn)移位置(1950)。Sharp:真核生物基因中的斷裂現(xiàn)象（1977年）。

Sanger：

噬菌體中發(fā)現(xiàn)了重疊基因（1978,ΦX174).

4第4頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四2.基因gene：含有特定遺傳信息的核苷酸序列，是遺傳物質(zhì)的最小功能單位。合成有功能的蛋白質(zhì)多肽鏈或RNA所必需的全部核酸序列。編碼序列+調(diào)控序列（啟動子、終止子；5′非翻譯序列、內(nèi)含子以及3′非翻譯序列等)。3.基因組genome一個細(xì)胞或者生物體所攜帶的一套完整的單倍體序列，包括全套基因和間隔序列。5第5頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四（二）基因的組織結(jié)構(gòu)6第6頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四(三)基因的功能分析1互補(bǔ)測驗（Benzer，1955）互補(bǔ)測驗(complementationtest)

互補(bǔ)測驗是確定突變的功能關(guān)系的一種常用方法。

用不同的rⅡ突變型成對組合同時去感染大腸桿菌K(λ)菌株。

如果被雙重感染的細(xì)菌中產(chǎn)生兩種親代基因型的子代噬菌體外，也有少量重組型的噬菌體，那么就必然是一個突變型補(bǔ)償了另一個突變型所不具有的功能，這兩個突變型就稱為彼此互補(bǔ)。如果雙重感染的細(xì)菌不產(chǎn)生子代噬菌體，那么這兩種突變型一定有一個相同功能受到損傷。7第7頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四

類型不同大腸桿菌菌斑平板上表型E.coliBE.coliK()

E.coliS野生型小噬菌斑小噬菌斑小噬菌斑rI大噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑rⅡ

大噬菌斑無噬菌斑（致死）小噬菌斑rⅢ小噬菌斑大噬菌斑大噬菌斑T4突變型8第8頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四9第9頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四10第10頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四反式排列：用于互補(bǔ)測驗中所用的兩個突變

分別位于兩條染色體上順式排列：用于互補(bǔ)測驗中所用的兩個突變

同時位于一條染色體上順反子：通過順反測驗將不同突變之間沒有互補(bǔ)

的功能區(qū)稱為一個順反子。順反子就是一個功能水平上的基因。11第11頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四順反位置效應(yīng)測驗12第12頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四2互補(bǔ)測驗的方法斑點(diǎn)測試法（spottest）：

用一種rⅡ突變型以0.1的感染比（噬菌體1／細(xì)菌10）去感染大腸桿菌K（λ）菌株。噬菌體和細(xì)菌在溫?zé)岬沫傊谢旌希坎荚跔I養(yǎng)平板上，瓊脂凝固后，在平板上所劃出的一定位置上再加一滴含有另一種rⅡ突變型的培養(yǎng)基，在這一滴培養(yǎng)基的范圍內(nèi)，一些細(xì)菌就會被兩種噬菌體所感染。如在這范圍內(nèi)形成噬菌斑，就證明這兩種突變型互補(bǔ)，相反就不能互補(bǔ)。在一個培養(yǎng)皿平板上可做6～8個斑點(diǎn)試驗。13第13頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四3互補(bǔ)測驗的條件

兩個突變引入同一細(xì)胞內(nèi)：

大腸桿菌：性導(dǎo)，轉(zhuǎn)導(dǎo)（局限性轉(zhuǎn)導(dǎo)，流產(chǎn)轉(zhuǎn)導(dǎo)），轉(zhuǎn)化真菌：準(zhǔn)性生殖中的雜合二倍體

排除重組的影響：recA

排除基因內(nèi)互補(bǔ)：基因工程中l(wèi)acZα-互補(bǔ)

排除回復(fù)突變的影響

排除其它影響，如極性突變，lacIs14第14頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四15第15頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四4基因內(nèi)互補(bǔ)：lacZβ-半乳糖苷酶

X-gal(5-溴-4-氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷)：藍(lán)色5-溴-4-靛藍(lán)

麥康凱培養(yǎng)基：MacConkeyAgar紅色伊紅美蘭培養(yǎng)基：eosin-methylenebluemedium,EMB紫黑色帶金屬光澤伊紅為酸性染料，美藍(lán)為堿性染料。當(dāng)大腸桿菌分解乳糖產(chǎn)酸時細(xì)菌帶正電荷被染成紅色，再與美藍(lán)結(jié)合形成紫黑色菌落，并帶有綠色金屬光澤。X-galMacConkeyEMB16第16頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四α－互補(bǔ)：

載體上含有l(wèi)acZ’的部分基因

lacZ’中包括：一段β-半乳糖苷酶的啟動子；編碼α肽鏈的區(qū)段；一個多克隆位點(diǎn)(MCS)。MCS位于編碼α肽鏈的區(qū)段中，是外源DNA的選擇性插入位點(diǎn)，但其本身不影響載體編碼α肽鏈的功能活性。

質(zhì)粒載體常用的篩選標(biāo)記：

受體菌含有特定的lacZ缺失

DH5a菌株：F-，φ80d

lacZΔM15，Δ(lacZYA-argF)U169，deoR，recA1，endA1，dR17(rk-，mk)，phoA，supE44，λ-，thi-1，gyrA96，relA1JM109菌株：F-，recA1，endA1，gyrA96，thi-1，hsdR17，supE44，relA1，Δlac-proAB）/F’[traD36，proAB，lacIq，lacZΔM15]

17第17頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四基因功能研究的方法

互補(bǔ)測驗一般用于確定順反子功能研究其它方法：

缺失或突變后，功能是否改變；重新引入后，功能是否回復(fù)；回補(bǔ)體外翻譯體系：invitrotranslation

又稱無細(xì)胞蛋白質(zhì)合成系統(tǒng),是分子生物學(xué)中一種常規(guī)的表達(dá)系統(tǒng)。有兩種體外翻譯的基本方法：以RNA為模板，或以DNA為模板（即偶聯(lián)的轉(zhuǎn)錄/翻譯）。RNA模板可以是總RNA、mRNA或體外合成的轉(zhuǎn)錄子。DNA模板可以是一個質(zhì)粒，或一個PCR/RT-PCR產(chǎn)物，這個PCR/RT-PCR產(chǎn)物在轉(zhuǎn)錄啟動子和翻譯起點(diǎn)下游含有需要翻譯的基因。選擇哪一個體外翻譯系統(tǒng)取決于許多因素，這些因素包括要翻譯的基因的來源（真核/原核），可提供的模板（如RNA或DNA），和所生產(chǎn)的蛋白質(zhì)的下游應(yīng)用。18第18頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四二、細(xì)菌的基因組及特點(diǎn)（一）組成：細(xì)菌染色體和質(zhì)粒（二）細(xì)菌基因組的特征

1.

基因組相對較?。?.6×106bp，4000個基因），只有一個復(fù)制啟始位點(diǎn)。

2.具有操縱子結(jié)構(gòu)：功能上相關(guān)的幾個基因往往在一起組成操縱子結(jié)構(gòu)，即幾個結(jié)構(gòu)基因串聯(lián)在一起，受它們上游的共同調(diào)控區(qū)控制。當(dāng)基因開放時，這幾個基因轉(zhuǎn)錄在一條mRNA鏈上，然后分別翻譯合成各自的蛋白肽鏈。操縱子的末端具有特殊的終止序列。

3.基因是連續(xù)的：結(jié)構(gòu)基因中沒有內(nèi)含子（intron）成分，在轉(zhuǎn)錄后不需剪接加工，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的壽命較短。19第19頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四4.大部分DNA是用于編碼蛋白質(zhì)的，只有一小部分是不翻譯的。不翻譯區(qū)中含有間隔區(qū)（Spacer）和基因表達(dá)的調(diào)控序列。

5.基因組中僅有少數(shù)基因存在基因重疊現(xiàn)象。

6.結(jié)構(gòu)基因是單拷貝，rRNA基因是多拷貝。

7.非編碼的重復(fù)序列Chi5-GCTGGTGG-3REP(repeatedextrogenicpalinodrome)基因外重復(fù)的回文序列20第20頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四21第21頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四22第22頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四23第23頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四24第24頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四①種類單一；形式多樣；大小不一②單倍體基因組：每個基因都是單拷貝③基因常常成簇排列，沒有間隔序列，或間隔序列很小

（功能相關(guān)基因排列在一起）④動物病毒與真核基因相似，有內(nèi)含子；

細(xì)菌病毒與原核基因相似⑤有基因重疊三病毒基因組的特點(diǎn)25第25頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四⑥具有不規(guī)則的結(jié)構(gòu)基因

某些結(jié)構(gòu)基因無帽狀結(jié)構(gòu)；有翻譯增強(qiáng)子。某些結(jié)構(gòu)基因編碼區(qū)無間隔，因此有些結(jié)構(gòu)基因沒

有翻譯起始序列。通過宿主及病毒本身酶切。有些結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)物沒有翻譯功能，需要在轉(zhuǎn)

錄后進(jìn)行加工剪接，成為有翻譯功能的mRNA。26第26頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四27第27頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四28第28頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四29第29頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四有增強(qiáng)子

轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物加工后，成為成熟的mRNA30第30頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四T抗原控制病毒的復(fù)制，起動晚期轉(zhuǎn)錄31第31頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四乙肝病毒

±DNA長短不一重疊基因32第32頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四脊髓灰質(zhì)炎病毒——單鏈（+）RNA33第33頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四34第34頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四逆轉(zhuǎn)錄病毒35第35頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四36第36頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四四、真核生物基因組的特點(diǎn)1.基因組含有更大的DNA分子，以染色體形式儲存于細(xì)胞核內(nèi)，除配子細(xì)胞外，體細(xì)胞內(nèi)的基因的基因組是雙份的。（1）并非生物越高等，基因組越大。即并非進(jìn)化的復(fù)雜程度與DNA含量成正比。如某些植物和兩棲類的DNA含量是人的幾十乃至上百倍。C值矛盾。（2）同一類復(fù)雜性差不多，形態(tài)也相似的生物，理論上其基因組也應(yīng)比較接近，其實不然。如同是兩棲類可相差十倍以上。（3）基因組中DNA的量遠(yuǎn)大于編碼蛋白質(zhì)所需要的量。37第37頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四2.基因組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有多個復(fù)制啟始位點(diǎn)，但每個復(fù)制子的長度較小。3.基因是不連續(xù)的。斷裂基因，內(nèi)含子/外顯子。4.轉(zhuǎn)錄單位一般是單順反子的。即一個基因一種mRNA一種蛋白質(zhì)，但蛋白質(zhì)的最終產(chǎn)物可因剪接方式的不同而有差異（如Bcl-x：Bcl-x1Bcl-xs）5存在重復(fù)序列38第38頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四

單一順序(Uniquesequence)重復(fù)順序

短片段的重復(fù)順序可分為三種類型：（1）正向重復(fù)(directrepeats)又叫順向重復(fù)；（2）反向重復(fù)(invertedrepeats)；（3）回文順序

(Palindromicsequence)5‘GTGAGCTCAC3’3’CACTCGAGTG5’

39第39頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四

輕度重復(fù)順序和中度重復(fù)順序輕度重復(fù)順序

在基因組中含有2-10拷貝，酵母tRNA基因、人和小鼠的珠蛋白基因等。中度重復(fù)順序

長約300bp

基因組中約有10-幾千個拷貝的順序如rRNA和tRNA基因，組蛋白基因等40第40頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四41第41頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四42第42頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四高度重復(fù)序列（>105次）。

（1）衛(wèi)星DNA：根據(jù)長度可將其分為3類★衛(wèi)星（satellite）DNA：重復(fù)長度5-10bp，多態(tài)性不強(qiáng)。★小衛(wèi)星DNA：重復(fù)長度15-70bp，有高度的特異性?！镂⑿l(wèi)星DNA（簡單串聯(lián)重復(fù)序列）：重復(fù)長度2-5bp，存在個體

間的高度變化，是DNA指紋的形成基礎(chǔ)。43第43頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四（2）倒位（反向）重復(fù)序列又稱零時復(fù)性部分，重復(fù)單位約長300bp，兩個單位之間有一平均1.6kb的片段相隔，多數(shù)散布于基因組中。（3）較復(fù)雜的重復(fù)單位組成的重復(fù)順序

靈長類所獨(dú)有，用HindⅢ消化非洲綠猴DNA，可以得到重復(fù)單位為172bp的高度重復(fù)順序，這種順序大部份由交替變化的嘌呤和嘧啶組成，又稱為α衛(wèi)星DNA。44第44頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四（4）高度重復(fù)順序的功能

a.參與復(fù)制水平的調(diào)節(jié)。

b.參與基因表達(dá)的調(diào)控

c.參與轉(zhuǎn)位作用

d.與進(jìn)化有關(guān)

e.DNA指紋

f.α衛(wèi)星DNA成簇的分布在染色體著絲粒附近，可能

與染色體減數(shù)分裂時染色體配對有關(guān)45第45頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四46第46頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四

6.存在多基因家族和超基因家族

（1）多基因家族（multigenefamily）：亦稱基因家族。是指一組具有類似功能，核苷酸序列又有同源性的基因?！锓诸悾骸椿虻慕K產(chǎn)物分為兩類：一類編碼RNA，另一類編碼蛋白質(zhì)?！丛诨蚪M中的分布分為兩類：一類串聯(lián)排列在一起，形成基因簇，亦稱串聯(lián)重復(fù)基因。另一類家族成員則可以分散在不同的部位上。（2）超基因家族（supergenefamily）：由多基因家族及單基因組成的更大的基因家族。成員間有不同程度的同源，但它們的功能并不相似，這是與多基因家族的差別所在。如Ig超家族。47第47頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四7.基因類型多樣（1）假基因：在多基因家族中，不產(chǎn)生有功能基因產(chǎn)物的基因。即序列與有功能的基因相似，但或者不能轉(zhuǎn)錄，或者轉(zhuǎn)錄后生成無功能的基因產(chǎn)物。用Ψ表示。造成原因是基因在進(jìn)化過程中，發(fā)生突變所致（如缺失、倒位、點(diǎn)突變等）。假基因往往缺少正常基因的內(nèi)含子，兩側(cè)有順向重復(fù)序列。（2）斷裂基因（不連續(xù)基因）：編碼序列稱外顯子（exon），非編碼序列稱內(nèi)含子（intron，orinterveningsequence）。（3）非剪接基因（連續(xù)基因）：原核和真核細(xì)胞都有。真核rRNA基因也是非剪接基因。48第48頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四（4）跳動（躍）基因（可轉(zhuǎn)移的DNA成分、轉(zhuǎn)座子）：

是指可在DNA分子間進(jìn)行轉(zhuǎn)移的DNA片段。與一般轉(zhuǎn)移概念不同，轉(zhuǎn)移后仍保留原來位置上的DNA序列，只是把一個新合成的復(fù)本插入到另外的位置上。真核和原核細(xì)胞都有?？煞譃閮深悺?/p>

簡單轉(zhuǎn)座子（插入序列，insertionsequence，IS）：較小，只有與轉(zhuǎn)位有關(guān)的序列和促進(jìn)轉(zhuǎn)座過程所要的蛋白質(zhì)如轉(zhuǎn)座酶的基因?！?/p>

復(fù)雜轉(zhuǎn)座子（Tn）：除轉(zhuǎn)位序列和蛋白質(zhì)基因外，在其中心區(qū)還含有一個或多個基因。49第49頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四（5）基因重疊:

是一種轉(zhuǎn)錄單位，一個基因可決定多種mRNA和蛋白質(zhì)，如Bcl-X基因8.自私DNA（selfishDNA）：

指非編碼序列，包括分散的高度、中度重復(fù)序列，內(nèi)含子和間隔序列等。這些序列極少轉(zhuǎn)錄成mRNA并翻譯成蛋白質(zhì)，對細(xì)胞存活、代謝等不做任何貢獻(xiàn)，它們存在的唯一目的似乎就是復(fù)制自己。故稱之為自私DNA。

而且有些成分還通過轉(zhuǎn)錄成mRNA，生成cDNA，再通過轉(zhuǎn)位插入到基因組，頗象機(jī)體內(nèi)寄生蟲的繁殖、生活，故也有人稱之為寄生DNA（parasiteDNA）。50第50頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四

但自私DNA并非真的自私，毫無功能。如有些調(diào)控序列雖不編碼任何蛋白，但對細(xì)胞代謝也有很大影響。如在Ig和MHC基因的內(nèi)含子部分發(fā)現(xiàn)有增強(qiáng)子的存在，可以增強(qiáng)該基因的轉(zhuǎn)錄。9.DNA序列組織的可變性：DNA序列并非一成不變。如B細(xì)胞成熟過程中Ig基因結(jié)構(gòu)的重排及TCR基因在分化過程中的重排。51第51頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四52第52頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四第二章基因突變和損傷DNA的修復(fù)基因符號基因突變的規(guī)律基因突變的分子基礎(chǔ)自發(fā)突變和誘發(fā)突變的機(jī)制DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性與損傷DNA的修復(fù)誘變育種技術(shù)53第53頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)基因突變的類型、符號和規(guī)律遺傳型（genotype）：又稱基因型，指某一生物個體所含有的全部基因的總和；是一種內(nèi)在可能性或潛力。遺傳型+環(huán)境條件表型表型（phenotype）：指生物體所具有的一切外表特征和內(nèi)在特性的總和;是一種現(xiàn)實存在，是具一定遺傳型的生物在一定條件下所表現(xiàn)出的具體性狀。代謝發(fā)育54第54頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四１Escherichiacoli

ATCC31343F－

hadS20(r-Bm-B)ara-14

leuB6

proA2lacY1galK2rpsL

xyl-5mtl-1supE44λ－

rpsL=strr２E.coliJM105K12λ－

hasR4(r－

m+)thisupE44rspL20endAsbcB15Δ(lac-proA)X111F’traDproABlacIQ

Δ(lacZ)M15

一基因符號與遺傳標(biāo)記55第55頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四SalmonellatyphimuriumTSM112zgc-7206::Tn10d(Cm)S.typhimuriumTSM118proAB47/F’pro+lac+zzf-

1834

::Tn10d(Km)VibriocholereaCS2-1O395

Φ(tcpA-proA)2-1(Hyb)SmrKmrCm(氯霉素)Sm(鏈霉素）Tc(四環(huán)素)Ap(氨芐青霉素)Km(卡那霉素）cmlrstrrtetramprkanr56第56頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四VibriocholereaTSM360recAthiprohsdR－m+(RP4-2Tc::Mu-Km::Tn7),λpir(TprSmr)

替考拉寧

teicoplanin

VibriocholereaTSM361TSM360(pKAS37)質(zhì)粒pNK972

AprPtac-tnpA

轉(zhuǎn)座酶pPY190AprTcrpBR322EcoRI::P22mnt-pant-SmaI/XmaI-antpPC39TcrpPY190SmaI::SmaI-HincIIK.aerogenesputcontrolregion

產(chǎn)氣克雷伯氏菌57第57頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四

Δ

缺失

??

插入（質(zhì)粒，轉(zhuǎn)座子）

易位

相互易位

Φ

融合58第58頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四59第59頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四二基因突變的類型1按突變體的表型分類（1）形態(tài)突變（2）生化突變（3）致死突變（4）條件致死突變60第60頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四野生型(wildtype)與原養(yǎng)型(prototroph)野生型是指存在于自然界中沒有經(jīng)過基因突變，具有正常生化代謝功能的遺傳類型；原養(yǎng)型指具有與野生型相同營養(yǎng)需求與表現(xiàn)的遺傳類型，有時特指突變型恢復(fù)為與野生型相同的個體。營養(yǎng)缺陷型(auxotroph)因基因突變喪失了某種生活物質(zhì)合成能力，在基本培養(yǎng)基上不能正常生長，需加入相應(yīng)營養(yǎng)成分的突變型。61第61頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四2按遺傳信息的改變分為錯義突變

missencemutation同義突變

samesencemutation無義突變

nonsencemutation

琥珀突變amberUAG赭石突變ocherUAA乳白突變opalUGA62第62頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四3按基因突變機(jī)制分類堿基置換突變substitution

堿基顛換transversion堿基轉(zhuǎn)換transition移碼突變frameshift

缺失deletion重復(fù)repetition63第63頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四三基因突變的規(guī)律自發(fā)性稀有性隨機(jī)性獨(dú)立性穩(wěn)定性可逆性64第64頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四1基因突變的自發(fā)性兩種觀點(diǎn)：突變的性狀與引起突變的原因間呈對應(yīng)性，定向突變；突變是自發(fā)產(chǎn)生的，與環(huán)境是否存在該物質(zhì)無關(guān)。突變無方向65第65頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四1）Fluctuationtest彷徨試驗時間：1943年設(shè)計者：S.E.Luria&M.Delbrück實驗材料：對T1噬菌體敏感的大腸桿菌實驗?zāi)康尿炞C突變的性狀（對T1抗性）與引起突變的原因（與Ｔ1噬菌體接觸）間有無直接的對應(yīng)關(guān)系實驗設(shè)計：66第66頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四彷徨試驗的設(shè)計原理

67第67頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四103/mL24-36h68第68頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四小概率隨機(jī)事件與Poisson分布

當(dāng)一個隨機(jī)事件發(fā)生的幾率很小，而事件可在其中發(fā)生的試驗次數(shù)又很大，該事件的發(fā)生概率遵循Poisson分布。

K=0,1,2,...e≈2.7183,:.69第69頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四70第70頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四71第71頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四2）涂布試驗（Newcombeexperiment）1949年H.B.Newcombe實驗材料對T1噬菌體敏感的大腸桿菌采用固體平板培養(yǎng)實驗過程72第72頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四73第73頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四3.54430158074第74頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四3）平板影印試驗（replicaplating）1952年，美國的萊德伯格夫婦JoshuaLederberg&EstherLederberg實驗材料E.coliK12strr實驗過程75第75頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四Lederberg的平板培養(yǎng)法76第76頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四4）適應(yīng)性突變概念的重新提出非致死選擇條件長期培養(yǎng)固體平板突變時間依賴性：生長非依賴性；有利突變高頻率發(fā)生：方向性；符合Poisson分布77第77頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四沒有方向性

Jinetal.2002BMCGnentics,3:6有利突變和中性突變都能高頻率產(chǎn)生表型DNA序列改變生長依賴性Jinetal.2002BMCGnentics,3:6細(xì)胞密度依賴性涂布與點(diǎn)種青霉素固體平板Poisson分布液體試管Poisson分布和非Poisson分布同時存在

Jinetal.2012,中國科學(xué)Ｃ，42：809。

78第78頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四79第79頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四80第80頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四81第81頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四選擇條件與突變的關(guān)系不良環(huán)境，觸發(fā)細(xì)菌生長代謝改變，其中涉及DNA復(fù)制保真性和損傷修復(fù)體系的酶可能發(fā)生變化，使細(xì)胞處于一種“超誘變態(tài)”，即細(xì)胞本底水平的自發(fā)突變率提高，各種突變都能以高頻率產(chǎn)生，但是哪種突變是否發(fā)生仍然是隨機(jī)的，自發(fā)的。82第82頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四２突變的稀有性突變率mutationrate

每一個細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率；自發(fā)突變幾率一般在10-6~10-9范圍內(nèi)；突變頻率

mutationfrequency

mutantproportion

突變細(xì)胞在總細(xì)胞中的比例83第83頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四若干細(xì)菌的自發(fā)突變率菌名 突變性狀 突變率Escherichia

coli

抗T1噬菌體 3×10–8E.coli

抗T3噬菌體 1×10–7

E.coli

不發(fā)酵乳糖 1×10–10E.coli

抗紫外線 1×10–5Staphylococcusaureus

抗青霉素 1×10–7S.aureus

抗鏈霉素 1×10–9

Salmonellatyphi

抗25g/L鏈霉素 1×10–6

Bacillusmegaterium

抗異煙肼 5×10–5

84第84頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四突變率的計算世代generation

每個細(xì)胞每分裂一次為一個世代。division

代：generationcycle:

群體中每個個體繁（分裂）殖一代。細(xì)胞數(shù)與世代數(shù)的關(guān)系

n代后N0個細(xì)胞分裂成為N0

·２n

個細(xì)胞所經(jīng)歷的世代數(shù)為N0·(２n

－１)

85第85頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四1→2→4→8→16→32→64→128→…2n

細(xì)胞數(shù)

137153163127…2n-1世代數(shù)

1234567…n

代數(shù)

同步生長（同步分裂）金建玲等突變率計算中細(xì)菌群體生長不同步系數(shù)的修正微生物學(xué)通報2009，36(3):446-452.86第86頁，共94頁，2023年，2月20日，星期四突變率計算公式固體培養(yǎng)條件下

μ=（M2－M1)/(N2－N1)

其中，M2和M1分別是培養(yǎng)后和培養(yǎng)前突變菌落的數(shù)目。

N2和N1分別