所有分類基因突變

所有分類基因突變第1頁/共91頁§1基因突變概說

基因突變

genemutation又稱點突變

pointmutation基因內部發(fā)生可遺傳的分子結構的變化?；虻姆肿咏Y構發(fā)生了變化，可能引起表現(xiàn)型發(fā)生相應的變化。

第2頁/共91頁基因突變的意義：基因突變是新基因的唯一來源，是生物進化的原始材料；基因突變是遺傳育種的重要基礎；基因突變導致的相對性狀差異，是遺傳分析的重要前提。第3頁/共91頁突變體

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）。自然群體中最常見的類型稱為野生型。形態(tài)突變生化突變第4頁/共91頁形態(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5頁/共91頁形態(tài)突變：第6頁/共91頁蘋果第7頁/共91頁人類的白化癥第8頁/共91頁生化突變（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9頁/共91頁

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10頁/共91頁突變的有利性和有害性

1、有害突變

2、有利突變

3、中性突變

第11頁/共91頁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12頁/共91頁

顯性致死隱性致死配子致死合子致死條件致死第13頁/共91頁2、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14頁/共91頁3、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15頁/共91頁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16頁/共91頁第17頁/共91頁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18頁/共91頁第19頁/共91頁突變的可逆性

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20頁/共91頁大多數(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21頁/共91頁基因突變的多方向性:

等位基因就是突變的結果。

A→a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22頁/共91頁復等位基因

一個基因座位上有兩個以上的等位基因。第23頁/共91頁煙草：自花授粉不能結實由一組15個復等位基因控制（S1、S2、、、S15）

第24頁/共91頁

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25頁/共91頁§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26頁/共91頁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27頁/共91頁顯、隱性的鑒定原高稈×突變體矮稈原高稈×突變體矮稈

↓↓F1

高稈①全矮稈↓

②高稈、矮稈分離↓↓↓F2

高稈、矮稈不分離高矮分離

隱性突變顯性突變第28頁/共91頁顯性突變隱性突變

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29頁/共91頁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30頁/共91頁突變頻率：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31頁/共91頁有性生殖生物的突變頻率:

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32頁/共91頁

胚乳(花粉)直感：估算配子的突變率

例：玉米甜粒su非甜Su

P

susu

×

SuSu

↓對父本進行射線處理

F1胚乳大部分為Sususu，極少數(shù)為sususu

如果10萬粒種子中有5粒為甜粒，則

突變率=5/100000=1/20000

第33頁/共91頁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生分離的子囊孢子置于完全培養(yǎng)基里生長產生菌絲和分生孢子

第34頁/共91頁基本培養(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35頁/共91頁一、微生物基因突變的篩選與鑒定

紅色面包霉營養(yǎng)缺陷型第36頁/共91頁1941年Beadle和Tatum用X射線照射紅色面包霉分生孢子，獲得了許多紅色面包霉生化突變型，其中3個突變型表現(xiàn)如下：

突變型a:

提供精氨酸才能正常生長，否則就不能合成蛋白質。說明它喪失了合成精氨酸的能力。突變型c:

在有精氨酸的條件下能夠正常生長，但不給精氨酸而只給瓜氨酸也能生長。說明它能利用瓜氨酸合成精氨酸。突變型o:

在有精氨酸或瓜氨酸的條件下能夠正常生長；但不給這兩種物質，而只給鳥氨酸也能生長。說明它能利用鳥氨酸最終合成精氨酸。

第37頁/共91頁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38頁/共91頁OCA→鳥氨酸→瓜氨酸→精氨酸→蛋白質其中任何一個基因發(fā)生突變，精氨酸都不會合成

第39頁/共91頁

這一研究揭示了基因作用與性狀表現(xiàn)的關系，即基因是通過酶的作用來控制性狀的。據(jù)此提出了“一個基因一個酶”的假說：一個基因通過控制一個酶的合成來控制某個生化過程，并發(fā)展了微生物遺傳學與生化遺傳學。“一個基因一個酶”的假說第40頁/共91頁§3基因突變的分子基礎第41頁/共91頁

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(muton)、重組子(recon)

第42頁/共91頁開放閱讀框openreadingframe，ORF第43頁/共91頁點突變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44頁/共91頁

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45頁/共91頁點突變的分類：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46頁/共91頁遺傳密碼表第47頁/共91頁錯義突變

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）改變蛋白質的結構、化學性質和生物活性。第48頁/共91頁無義突變

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49頁/共91頁沉默突變

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50頁/共91頁中性突變基因突變，蛋白質的結構、化學性質和生物活性隨之發(fā)生相應變化，并且導致生物體的性狀發(fā)生變異，但是這種變異不影響生物體的生活力和繁殖力。改變密碼子，改變氨基酸，改變蛋白質，改變性狀，但是不改變生物體的生活力、繁殖力。第51頁/共91頁移碼突變(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52頁/共91頁原模板鏈

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53頁/共91頁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54頁/共91頁非移碼插入或缺失

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。最終產物常常是有活性的，或者有部分活性。

第55頁/共91頁§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56頁/共91頁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57頁/共91頁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58頁/共91頁基因間抑制

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59頁/共91頁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60頁/共91頁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61頁/共91頁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62頁/共91頁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63頁/共91頁修復系統(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64頁/共91頁錯配修復（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65頁/共91頁直接修復（directrepair）不需要DNA聚合酶參與例：胸腺嘧啶二聚體的修復第66頁/共91頁胸腺嘧啶二聚體的形成第67頁/共91頁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68頁/共91頁切除修復（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69頁/共91頁切除修復

（暗修復）

原核生物切除12bases

真核生物切除28bases第70頁/共91頁重組修復(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，從而大致突變的產生由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71頁/共91頁

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72頁/共91頁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73頁/共91頁§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74頁/共91頁

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75頁/共91頁第76頁/共91頁一、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77頁/共91頁

20世紀40年代初，McClintock開始研究玉米植株和糊粉層色素產生的遺傳基礎，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78頁/共91頁二、轉座因子的結構特性:第79頁/共91頁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．