第四章基因突變及突變的分子基礎

第四章基因突變及突變的分子基礎

基因作為遺傳信息單位，位于染色體上，控制生物的性狀發(fā)育。DNA是攜帶生物遺傳信息的載體，是遺傳的分子基礎?；虮磉_就是將基因攜帶的生物信息釋放出來，供細胞利用的過程，或?qū)⑸锏倪z傳信息作為性狀或特征表現(xiàn)出來的過程。通常所說的基因表達：指基因指導蛋白質(zhì)合成的過程。

原核生物或真核生物為了適應外界環(huán)境條件及自身的需要，都必須不斷調(diào)控各種不同基因的表達方式。第一節(jié)基因的概念及其發(fā)展

一、經(jīng)典遺傳關于基因的概念→孟德爾稱控制性狀的因子為遺傳因子

→1909年約翰生提出了基因這個名詞，取代孟德爾的遺傳因子→摩爾根等人對果蠅、玉米等的大量遺傳研究，建立了以基因和染色體為主體的經(jīng)典遺傳學

結構單位重組單位基因突變單位功能單位經(jīng)典遺傳關于基因的概念

基因具有染色體的主要特性，基因在染色體上占有一定位置(位點)是交換的最小單位，基因是一個突變單位，基因是一個功能單位。二、基因概念的新發(fā)展（現(xiàn)代遺傳學關于基因的概念）(一)現(xiàn)代基因概念基因是DNA分子上帶有遺傳信息的特定核苷酸序列區(qū)段。分子遺傳學的大量試驗證明，DNA是主要的遺傳物質(zhì)，基因在DNA分子上，一個基因相當于DNA分子上的一定區(qū)段，它攜帶有特殊的遺傳信息，這類遺傳信息或者被轉(zhuǎn)錄為RNA(mRNA、tRNA、rRNA)或者被翻譯成多肽鏈(指mRNA)或者對其他基因的活動起調(diào)控作用(調(diào)節(jié)基因、啟動基因，操縱基因)

即：基因是DNA分子上的一定區(qū)段,攜帶有特殊的遺傳信息，可轉(zhuǎn)錄、翻譯，可對其他基因起調(diào)節(jié)作用

突變子：突變的最小單位基因重組子：交換的最小單位順反子（作用子）：功能單位

基因可以包含多個功能單位(順反子)。精密的微生物遺傳分析表明，在一個基因的區(qū)域內(nèi)，可以劃分出有關突變、重組、功能的三個單位，即突變子，重組子和順反子。

(1)突變子：它是性狀突變時，產(chǎn)生突變的最小單位，一個突變子可以小到只是一個核苷酸對。

(2)重組子：在發(fā)生性狀的重組時，可交換的最小單位，一個交換子只包含一對核苷酸。

(3)順反子：一個作用子所包括的一段DNA與一個多肽鏈所合成相對應平均大小為500-1500個核苷酸。(二)基因的功能類型根據(jù)基因的原初功能可以將基因分為：1.編碼蛋白質(zhì)的基因，即有翻譯產(chǎn)物的基因。如結構蛋白、酶等結構基因和產(chǎn)生調(diào)節(jié)蛋白的調(diào)節(jié)基因。2.沒有翻譯產(chǎn)物，不產(chǎn)生蛋白質(zhì)的基因。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA不翻譯，如編碼tRNA、rRNA。3.不轉(zhuǎn)錄的DNA區(qū)段。如啟動基因、操縱基因。啟動基因是轉(zhuǎn)錄時RNA多聚酶與DNA結合的部位。操縱基因是阻遏蛋白、激活蛋白與DNA結合的部位。根據(jù)基因結構和功能可以把基因分為：(1)結構基因

(2)調(diào)控基因(3)重疊基因(4)隔裂基因

(5)跳躍基因(6)假基因(7)重復基因⑴結構基因(structuralgene)結構基因：指可編碼RNA或蛋白質(zhì)的一段DNA序列。⑵調(diào)控基因(regulatorgene)調(diào)控基因:指其表達產(chǎn)物參與調(diào)控其它基因表達的基因。⑶重疊基因(overlappinggene)重疊基因：指同一段DNA的編碼順序，由于閱讀框架(ORF)的不同或終止早晚的不同，同時編碼兩個或兩個以上多肽鏈的現(xiàn)象⑷隔裂基因(splitgene)

隨著基因結構和功能的深入研究，進一步發(fā)現(xiàn)了幾種特殊的基因。生物遺傳和早期分子遺傳認為基因是一個連續(xù)的、完整的結構。1977年Doel研究表明：卵清蛋白基因中間存在不表達的堿基序列，表明基因的DNA序列可能是不連續(xù)的。外顯子：參加蛋白質(zhì)編碼的DNA片段；內(nèi)含子：不參加蛋白質(zhì)編碼的DNA片段。真核生物基因可能是不同外顯子的組合——斷裂基因。⑷隔裂基因(splitgene)

內(nèi)含子：在DNA序列中，不出現(xiàn)在成熟mRNA中的片段；外顯子：在DNA序列中，出現(xiàn)在成熟mRNA中的片段。隔裂基因:指一個基因內(nèi)部被一個或更多不翻譯的編碼順序即內(nèi)含子所隔裂的現(xiàn)象。斷裂基因或隔裂基因斷裂基因或隔裂基因跳躍基因:即轉(zhuǎn)座因子，指染色體組上可以轉(zhuǎn)移的基因。實質(zhì)：能夠轉(zhuǎn)移位置的DNA片斷。

功能：可從這條染色體整合到另一條染色體上

引起插入突變、DNA結構變異(如重復、缺失、畸變)。突變的結果很容易通過表現(xiàn)型變異得到鑒別。遺傳工程常用：轉(zhuǎn)座子標簽法。⑸跳躍基因(jumpinggene)

玉米轉(zhuǎn)座子現(xiàn)象轉(zhuǎn)座因子又稱為轉(zhuǎn)座子(transposon)、轉(zhuǎn)座因子、轉(zhuǎn)位因子(transposableelement)。生化遺傳和早期分子遺傳學還認為基因在染色體上的相對位置是固定的。后來發(fā)現(xiàn)某些DNA序列可以在染色體上轉(zhuǎn)變位置。轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)位的過程也是一個遺傳重組過程；轉(zhuǎn)座子在染色體上轉(zhuǎn)位可能會引起插入位置基因功能喪失(突變)，再次轉(zhuǎn)位離開插入點時便會發(fā)生基因功能的恢復。⑸跳躍基因(jumpinggene)

⑸跳躍基因(jumpinggene)

⑸跳躍基因(jumpinggene)

⑸跳躍基因(jumpinggene)

⑸跳躍基因(jumpinggene)

⑹假基因(pseudogene)假基因：同已知的基因相似，但位于不同位點，因缺失或突變而不能轉(zhuǎn)錄或翻譯，是沒有功能的基因⑺重復基因（repetitivegene）重復基因：指在染色體組上存在多份拷貝的基因。重復基因往往是生命活動中最基本、最重要的功能相關的基因。最典型的重復基因是rRNA、tRNA和組蛋白基因等。三、順反測驗及基因的微細結構

互補作用與互補測驗(順反測驗)假定有兩個獨立起源的隱性突變?nèi)鏰1與a2，它們具有類似的表型，如何判斷它們是屬于同一個基因的突變，還是分別屬于兩個基因的突變？即如何測知它們是等位基因？需要建立一個雙突變雜合二倍體，測定這兩個突變間有無互補作用順反測驗基因的微細結構20世紀50年代的生化技術還無法進行DNA的序列測定，本澤爾利用經(jīng)典的噬菌體突變和重組技術，對T4噬菌體rⅡ區(qū)基因的微細結構進行了詳細分析圖14-3突變噬菌體之間的互補測驗rIIArIIArIIBrIIBrIIB用含有不同rIIA突變體的噬菌體混和感染大腸桿菌K12（λ）用含有不同rIIB突變體的噬菌體混和感染大腸桿菌K12（λ）用含有不同rIIA和rIIB突變體的噬菌體混和感染大腸桿菌K12（λ）無噬菌體繁殖無噬菌體繁殖正常噬菌體繁殖。大部分是親本rIIA和rIIB突變體，少數(shù)是野生型和雙突變體重組型ABC第二節(jié)基因突變及其特征基因突變(genemutation)：染色體上某一基因位點內(nèi)部發(fā)生了化學性質(zhì)(結構)的變化，與原來基因形成對性關系。例如：植物高稈基因D突變?yōu)榘捇騞。經(jīng)典遺傳學(基因論)認為：基因就是一個“點”，在染色體上具有一定的位置和相互排列關系，而基因突變就是一個點的改變，是以一個整體進行突變。因此從經(jīng)典遺傳學水平看，基因突變又稱為“點突變”(pointmutation)。摩爾根等1910年發(fā)現(xiàn)果蠅眼色的突變(W

w)，并進行鑒定與分析，從而明確證實基因突變的存在。一、基因突變的概念及其類別（一）基因突變的概念◆基因突變的發(fā)生：在自然條件下廣泛、大量存在；★自然發(fā)生：自然界的因素；★人工誘發(fā)：理化因素，更高突變頻率?！艋蛲蛔冃纬傻牟煌任换蚣跋鄬π誀畈町愂侨藗儼l(fā)現(xiàn)該基因(位點)存在的前提；◆是生物進化過程中自然選擇的最根本基礎；◆也是生物遺傳育種的重要基礎。★矮稈基因的利用；★植物雄性不育基因(細胞質(zhì)基因突變)的利用。（二）基因突變的類型根據(jù)誘發(fā)的原因，基因突變可分為以下兩個類型：1.自發(fā)突變（spontaneousmutation），所謂的自發(fā)突變，是指在沒有人工特設的誘發(fā)條件下，由于外界環(huán)境的自然作用或生物體內(nèi)生理或生化變化而誘發(fā)的突變。根據(jù)這個定義，我們知道所謂的自發(fā)突變并不是沒原因的突變，而是指人工特設誘變因素以外的其它因素引起的突變。2.誘發(fā)誘變：這是指由人工特設誘發(fā)因素而引起的突變。

根據(jù)突變引起的表型特征，可將突變分為：１.形態(tài)突變（morphologicalmutation），是泛指能造成外形改變的突變。例：普通綿羊的四肢有一定的長度，但安康羊（Anconsheep）的四肢很短，這類突變可在外觀上看到，稱為可見突變（visiblemutations）

控制質(zhì)量性狀的基因突變屬于大突變?？刂茢?shù)量性狀的基因突變大都屬于微突變。例如：玉米的長果穗和短果穗為了鑒別微突變的遺傳效應，常需要借助統(tǒng)計方法加以研究分析。根據(jù)突變引起的表型特征，可將突變分為：２.致死突變（lethalmutation）：是指能造成個體死亡的突變，致死突變型又可分為全致死突變型（90％以上死亡），亞致死突變（50%～90%死亡）；半致死突變（10%～50%死亡）和弱致死突變（10%以下死亡）。顯性致死：雜合態(tài)即有致死。隱性致死：純合態(tài)才有致死鐮刀形貧血癥、植物白化基因等。根據(jù)突變引起的表型特征，可將突變分為：3．條件致死突變（conditionallethalmutation)：指在一定條件下表現(xiàn)致死效應，而在其它條件下可以存活的突變。

例如：噬菌體T4的溫度敏感突變型在25℃時能在E.coli宿主中正常生長，形成噬菌斑，但在42℃時就不能這樣。

4．生化突變（biochemicalmutation)：指沒有形態(tài)效應，但導致某種特定生化功能改變的突變。例：鏈孢霉的氨基酸突變型＋某種氨基酸才能生長◆由基因突變而表現(xiàn)突變性狀的細胞或個體，稱為突變體或突變型(mutant)?！麸@性突變：突變產(chǎn)生的新基因?qū)υ瓉淼幕虮憩F(xiàn)為顯性?！綦[性突變：

突變產(chǎn)生的新基因?qū)υ瓉淼幕虮憩F(xiàn)為隱性。（三）基因突變的時期1.基因突變的相關概念2.基因突變的時期◆生物個體發(fā)育的任何時期均可發(fā)生：★性細胞

(突變)

突變配子

后代個體；★體細胞

(突變)

突變體細胞

組織器官。體細胞突變的保留與芽變選擇。◆性細胞的突變頻率比體細胞高：★性母細胞與性細胞對環(huán)境因素更為敏感?！?等位)基因突變常常是獨立發(fā)生的：★在體細胞中如果隱性基因發(fā)生顯性突變，當代就會表現(xiàn)出來，同原來性狀并存，形成鑲嵌現(xiàn)象或稱嵌合體(chimaera)◆突變時期不同，其表現(xiàn)也不相同

嵌合體

從理論上講，突變可以發(fā)生在生物個體發(fā)育的任何時期，在體細胞或性細胞中都可發(fā)生，但性細胞發(fā)生的頻率要比體細胞高些。性細胞發(fā)生的突變可以通過受精直接傳遞給后代。體細胞如果發(fā)生突變，突變的體細胞在生長過程中，往往競爭不過周圍的正常細胞，受到抑制或最終消失。保留體細胞的突變，需將它從母體上及時分割下來加以無性繁殖，許多植物的突變就是體細胞的突變結果。如果果樹上一旦發(fā)生優(yōu)良突變，即可直接采用無性繁殖方法育成新品種。基因突變通常是獨立發(fā)生的，即某一基因位點的這一等位基因發(fā)生突變時，不影響其它等位基因。例如AA突變?yōu)锳a或aa突變?yōu)锳a。在體細胞中如果隱性基因發(fā)生顯性突變，當代就能表現(xiàn)出來，同原來性狀并存，形成鑲嵌現(xiàn)象，形成嵌合體。突變發(fā)生的越早，鑲嵌范圍越大。二、基因突變的一般特征基因突變表現(xiàn)出以下幾個方面的普遍特征：(一)突變的重演性和可逆性(二)突變的多方向性與復等位基因(三)突變的有害性和有利性(四)突變的平行性(五)突變的獨立性和隨機性(一)突變的重演性和可逆性◆突變的重演性：

同一突變可以在生物的不同個體上多次發(fā)生。★同一基因突變在不同的個體上均可能發(fā)生；★不同群體中發(fā)生同一基因突變的頻率相近。例如果蠅的白眼突變，在多次試驗中都出現(xiàn)過類似的突變，且它們的突變的頻率也極相近似?！敉蛔兊目赡嫘裕夯蛲蛔兊陌l(fā)生方向是可逆的?！镎蛔?forwardmutation)：顯性基因A

隱性基因a；★反突變(reversemutation)：隱性基因a顯性基因A?！锿ǔＵJ為：野生型基因是正常、有功能基因；而最初基因突變往往是野生型基因突變而喪失功能、發(fā)生功能改變，表現(xiàn)為隱性基因。所以反突變又稱為回復突變(backmutaiton)?！敉ǔＳ胾表示正突變頻率、v表示反突變頻率，則：

正突變u

野生型===========突變型

反突變v需要指出的是，由于缺失而引起的突變不能發(fā)生回復突變。顯性基因Ａ可以突變?yōu)殡[性基因ａ，而隱性基因ａ也可以突變?yōu)轱@性基因Ａ，前者稱為正向突變（forwardmutation）。后者稱為反向突變或回復突變（backmutation）。正突變與反突變的頻率◆正突變與反突變發(fā)生的頻率一般都不相同。多數(shù)情況下：正突變率總是高于反突變率?！粼蛟谟冢骸镎Ｒ吧突騼?nèi)部存在許多可突變部位，其中之一結構改變均會導致其功能改變；★但是一旦突變發(fā)生，要回復正常野生型功能則只能由原來發(fā)生突變的部位恢復原狀。突變頻率突變頻率是指生物體在每一世代中（單細胞生物以每一細胞）發(fā)生突變的頻率，也就是一定時間內(nèi)突變可能發(fā)生的次數(shù)。突變頻率一般是很低的，不同的生物，不同的基因其突變率相差較大。如果在人工誘變條件下，突變頻率可以大大提高，有時可達幾千倍。

在高等生物中基因突變率為1×10-5至1×10-8，即在一萬至一億個配子中只有一個發(fā)生突變。突變率通常是用每一個配子發(fā)生突變的概率，即用一定數(shù)目的配子中的突變配子數(shù)表示，例如玉米粒7個基因的自然突變率彼此各不相同。在低等生物中，如細菌，基因突變率為1×10-4至1×10-10，變異幅度更大，即在一萬至一百億個細菌中可以看到一個突變體。在細菌中突變率是同每一細胞世代中每一細菌發(fā)生突變的概率，即用一定數(shù)目的細菌在分裂一次過程中發(fā)生突變次數(shù)表示。突變頻率表4-1

各種生物的某些座位的自發(fā)突變率(二)突變的多方向性與復等位基因◆突變的多方向性：指基因突變可以多方向發(fā)生，即基因內(nèi)部多個突變部位分別改變后會產(chǎn)生多種等位基因形式。例如：A基因不同部位發(fā)生改變產(chǎn)生突變基因a1、a2、a3等對A均表現(xiàn)為隱性的基因。新基因可能均是無功能的，也可能各具不同功能。復等位基因(multipleallele)：位于同一基因位點上的多個等位基因。在二倍體與異源多倍體中，同一位點只能有一對基因，最多存在兩種等位基因形式；因此復等位基因的各種形式會存在于生物群體的不同個體中。人類ABO血型的復等位基因◆人類紅細胞表面抗原的特異性由3個復等位基因IA，IB，i決定?！锲渲蠭A，IB對i均為顯性；★

IA，IB間為共顯性?！?/p>

3種基因兩兩組合可能形成6種基因型、4種紅細胞表面抗原反應類型，如下表所示(其中用I0表示i)：基因的突變可以向多個方向進行，一個基因Ａ可以突變?yōu)閍1、a2、a3……an等而構成所謂的復等位基因（multiplealleles）。這些復等位基因可以從野生型基因突變產(chǎn)生，也可以從其它任何一個突變基因突變產(chǎn)生。它們對A來說都是隱性基因。具有對性關系的基因是位于同一基因位點上的。位于同一基因位點的各個等位基因，在遺傳上稱為復等位基因。復等位基因不存在于同一個體，而是存在于同一生物類型的不同個體里。復等位基因廣泛存在于生物界。突變的多方向性與復等位基因突變的多方向性與復等位基因突變的多方向性與復等位基因煙草的自交不親和性基因◆自交不親和性(self-incompatibility)：植物自花授粉不結實，而株間授粉可能結實的現(xiàn)象?！魺煵輰儆袃蓚€野生種(Nicotianaforgationa與N.alata)表現(xiàn)自交不親和性?！镞@一特性由15個復等位基因(S1,S2,…,S15)控制，稱為自交不親和基因。★研究表明：其原因是具有某一基因的花粉粒不能在具有相同基因的柱頭上萌發(fā)、伸長，因而不能完成受精過程。也即：柱頭對具有相同基因的花粉粒具有拮抗作用?！锲錂C理如下圖野生煙草交配親和性遺傳機理(三)突變的有害性和有利性突變的有害性：大多數(shù)基因的突變，對生物的生長與發(fā)育往往是有害的?！锷锏囊吧突蚨际钦Ｓ泄δ艿模弧锷锛毎麅?nèi)現(xiàn)有的基因是通過長期自然選擇進化而來，并且基因間達到某種相對平衡與協(xié)調(diào)狀態(tài)?！镆虼耍蛲蛔兛赡軙е拢夯蜷g及相關代謝過程的協(xié)調(diào)關系被破壞?！锘蛲蛔兣c表現(xiàn)往往會導致當代生物個體：性狀變異、個體發(fā)育異常、生存競爭與生殖能力下降，甚至死亡——致死突變。致死突變◆致死突變：指發(fā)生突變后會導致特定基因型個體死亡的基因突變?！锎蠖鄶?shù)致死突變都為隱性致死(recessivelethal)，只有突變后代中的隱性純合體才表現(xiàn)為致死的效應。★少數(shù)致死突變表現(xiàn)為顯性致死(dominantlethal)，帶有突變基因的個體都會死亡。如：人的神經(jīng)膠癥(epiloia)基因?！锶绻滤劳蛔儼l(fā)生在性染色體上，將產(chǎn)生伴性致死(sexlinkedlethal)現(xiàn)象。小鼠(Musmusculus)毛色遺傳隱性致死突變◆在正常黑色鼠中發(fā)現(xiàn)一種黃色突變型，雜合體(黃色)自群交配、雜合體與黑色鼠交配結果如下圖所示?！粞芯勘砻鳎狐S色基因(AY)在毛色上表現(xiàn)為顯性，但是同時具有隱性純合致死效應；AYAY個體胚胎階段即死亡，所以雜合體自群交配毛色會表現(xiàn)2:1。突變的有害性與有利性：突變大多數(shù)是有害的。現(xiàn)存的生物由于經(jīng)過長期自然選擇進化而來，它們的遺傳物質(zhì)及其控制下的代謝過程，都已達到相對平衡和協(xié)調(diào)狀態(tài)。如果某一基因一旦發(fā)生突變，原有的協(xié)調(diào)關系不可避免地要遭到破壞或削弱，生物賴以正常生活的代謝關系就會被打亂，從而引起不同程度的有害結果，一般表現(xiàn)為生育反常，極端的會導致死亡，這種導致個體死亡的突變稱為致死突變。突變的有害性與有利性：突變的有害性與有利性：植物隱性白化突變◆與葉綠體形成有關的基因多達50多對，其中不少基因突變(喪失功能)均可能導致葉綠素不能形成，產(chǎn)生白化苗?！舭谆绮荒苓M行光合作用，子葉或胚乳中養(yǎng)料耗盡時，幼苗就死亡。如下圖所示：2.突變的有利性◆突變的有害與有利性是相對的：★主要針對突變性狀表現(xiàn)當代個體而言；★同時也主要是對生物本身的生長發(fā)育、繁殖而言?！粼谀承┣闆r下，基因突變的有害與有利性可以轉(zhuǎn)化：★對突變性狀表現(xiàn)當代及后代群體而言：例如：抗逆性(抗生物、非生物協(xié)迫)；★對后代群體在特殊環(huán)境中生存而言：例如：作物矮稈突變型在多風與高肥環(huán)境下；又如：果蠅殘翅突變型在多風海鳥環(huán)境下?！飳θ祟愋枨笈c利用而言：如：作物矮稈突變型的利用；又如：作物雄性不育突變型的利用。突變的有害性與有利性：少數(shù)的突變能促進和加強某些生命活力，所以是有利的突變。例如作物抗病性，微生物的抗藥性等，這些突變?yōu)樯镞M化提供了最有利的條件?？顾幮酝蛔兣c藥物：微生物產(chǎn)生抗藥性突變與藥物的存在與否沒有關系。藥物的存在只是起篩選作用。3.中性突變◆中性突變：指突變型的性狀變異對生物個體生活力與繁殖力沒有明顯的影響，在自然條件下不具有選擇差異的基因突變?！锷镞M化過程中自然環(huán)境對生物的選擇主要依據(jù)生物在競爭條件生活力與繁殖力的差異。在特定環(huán)境下生活力與繁殖力相對較高的類型(各種突變型)被保存下來；反之則淘汰?！餂]有生活力與繁殖力差異的類型則是隨機地保留下來，因此某些性狀在生物群體內(nèi)多種突變型與突變基因共同存在。突變的有害性與有利性：有些基因僅僅控制一些次要性狀，它們即使發(fā)生突變，也不會影響生物的正常生理活動，因而能保持其正常的生活力和繁殖力，為自然選擇保留下來，這類突變，一般稱為中性突變。如：小麥粒色的變化（四）突變的平行性突變的平行性是指親緣關系相近的物種因遺傳基礎比較近似，往往發(fā)生相似的基因突變。根據(jù)突變的平行性，當了解到一個物種有哪些突變就能預見到近緣的其他物種也同樣存在相似的變異類型。突變的平行性對人工誘變，物種親緣關系和進化的研究有一定的參考意義。突變的平行性自然界生物突變現(xiàn)象不同膚色的老鼠自然界生物突變現(xiàn)象不同膚色的蛇自然界生物突變現(xiàn)象不同翅膀的果蠅自然界生物突變現(xiàn)象不同眼色的果蠅自然界生物突變現(xiàn)象果蠅眼色的變異自然界生物突變現(xiàn)象翅膀羽毛的變化自然界生物突變現(xiàn)象孔雀翅膀羽色的變異自然界生物突變現(xiàn)象貓眼色變異蜜蜂綠眼變異自然界生物突變現(xiàn)象白化變異自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象＊自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象第三節(jié)基因突變的表現(xiàn)與鑒定一、突變的類型（一）顯性突變和隱性突變（二）大突變與微突變二、基因突變的表現(xiàn)（一）顯性突變和隱性突變的表現(xiàn)◆一對等位基因同時突變的概率非常低，所以突變發(fā)生當代一般都是雜合體，顯性突變與隱性突變的性狀表現(xiàn)也有所不同；◆顯性突變和隱性突變自交后代中檢測到突變型的早晚、獲得純合體的快慢也有所不同：◆天然突變也因生物繁殖方式不同而異：★自花授粉/異花授粉。顯性突變與隱性突變的檢出與純合M表示突變世代，M1為突變發(fā)生當代，其自交后代分別用M2(M3,…)表示，顯隱性突變的檢出與純合情況。（二）大突變與微突變的表現(xiàn)◆細胞內(nèi)基因所控制的性狀各有不同，因此不同基因突變引起的表型變異程度也不相同?！锎笸蛔儯和蛔兓虻男憩F(xiàn)明顯，容易識別。

一般是控制質(zhì)量性狀的主效基因的突變?！镂⑼蛔儯和蛔兓虻谋硇妥儺愇⑿?，較難識別。

主要是控制質(zhì)量性狀的微效應基因發(fā)生的突變?！粑⑼蛔兯a(chǎn)生的變異也就是數(shù)量性狀變異，因此應采用數(shù)量遺傳的方法進行研究。◆研究表明：微突變中有利突變率更高，而且可以通過多基因的累加效應產(chǎn)生顯著效應，因而在育種中也具有非常高的應用價值。*基因突變的相關研究內(nèi)容◆基因突變表現(xiàn)后，要對其進行深入研究與利用，相關研究內(nèi)容包括：★突變的產(chǎn)生：如何產(chǎn)生、提高突變率、控制突變方向；★突變的真實性鑒定：是否能穩(wěn)定遺傳；★突變基因的性質(zhì)：顯性/隱性；★突變頻率的測定；★其它深入研究：

基因定位(染色體定位與連鎖分析)；

基因克隆、測序(分子水平)；

遺傳與表達機制(生理生化)；

育種應用(雜交育種、轉(zhuǎn)基因)。三、基因突變的鑒定

誘變產(chǎn)生的變異是否屬于真實的基因突變，是顯性突變還是隱性突變，突變發(fā)生頻率的高低等，都要進行鑒定。（一）基因突變的鑒定舉例某高稈植物經(jīng)誘變處理，后代中發(fā)現(xiàn)個別矮稈植株，矮稈產(chǎn)生的原因：①基因突變，②土壤肥力造成。需要進行鑒定。

把矮稈的變異體同原始親本種植在土壤和栽培條件一致的條件下，仔細觀察比較兩者的表現(xiàn)，如果變異體跟原始親本一樣，都是高稈，說明它是不遺傳變異，反之，如果變異體與原始親本不同，仍然表現(xiàn)為矮稈，說明它是可遺傳的，是基因發(fā)生了突變。

（二）植物基因突變的鑒定

1.突變真實性的鑒定◆原始材料與變異體在一致的環(huán)境條件下種植(培育)；◆對兩類個體進行性狀考察與比較分析(進行方差分析)；◆根據(jù)試驗結果進行判定：★兩類個體間沒有差異不可遺傳變異(環(huán)境變異)；★差異仍然存在存在真實差異為突變體?！舴肿铀借b定方法：★蛋白質(zhì)產(chǎn)物的差異分析；★

DNA(RFLP、RAPD等方法)。P矮稈×高稈(原始親本)

↓

F1

高稈

↓

F2?高稈∶?矮稈通過雜交確定突變體是顯性突變，還是隱性突變。讓矮稈植株與原始親本雜交，如果F1表現(xiàn)高稈，F(xiàn)2既有高稈，又有矮稈，說明矮稈突變是隱性突變，而不是顯性突變。如屬顯性突變，也可用同樣方法加以鑒定。2.突變顯隱性的鑒定3.突變率的測定（1）基因突變的頻率★突變率(mutationmate)指生物在一個世代中在特定條件下發(fā)生某一突變的概率。

也就是突變體占該世代個體的比例?！镉行陨成铮?/p>

用突變配子占總配子比例(配子發(fā)生突變的概率)表示；★(單細胞)無性繁殖生物：

每一世代中細胞發(fā)生突變的頻率。（2）自然突變頻率自然條件下基因突變率一般較低，并隨生物種類、基因而異：◆不同生物種類的基因突變率：★高等植物： ∽1×10-5－

1×10-8;★低等生物，如細菌： ∽1×10-4－

1×10-10;★人： ∽1×10-4－

1×10-6.◆同一物種的不同基因的天然突變率也明顯不同：（3）花粉直感法測定突變(誘變)率玉米籽粒胚乳：非甜(Su)

甜(su)P: 甜粒親本(susu)×非甜粒親本(SuSu)G: su SusuF1: Susu(非甜)

susu(甜粒)

正?；ǚ哿：蟠?突變花粉粒后代誘變處理測定突變率，最簡便的方法是用花粉直感現(xiàn)象，估算配子的突變率。例如，為測定玉米子粒由非甜粒變甜粒(Su→su)的突變率，用甜粒玉米純種(susu)作母本，由誘變非甜粒玉米純種(SuSu)的花粉作父本進行雜交：

susu甜粒×SuSu非甜粒配子：su

Su

su

(誘變處理的花粉)F1：susu甜粒Susu非甜粒已知非甜粒(Su)對甜粒(su)為顯性，如果在2萬子粒中出現(xiàn)2粒甜粒玉米，說明在2萬?；ǚ壑杏??；ǚ鄣幕蛞延蒘u突變?yōu)閟u，這樣可測知Su基因的突變率為萬分之一。測定突變率的方法一般是根據(jù)M2出現(xiàn)的突變體占觀察總個體數(shù)的比例來估算的。例如，在M2群體中的5萬個觀察個體數(shù)中出現(xiàn)2個突變體，這就表明突變率為十萬分之四。（4）體細胞誘變頻率測定◆對種子(胚)進行誘變處理，突變可能發(fā)生于：★葉原基 葉片；★葉腋原基分蘗(有效分蘗/無效分蘗)；★莖尖生長點主穗及后發(fā)生分蘗。◆發(fā)生顯性突變：★突變當代M1相應器官表現(xiàn)突變性狀?！舭l(fā)生隱性突變：★突變當代M1并不表現(xiàn)突變性狀；★其自交后代M2將有部分個體表現(xiàn)突變性狀?！暨@時往往用M2中突變體比例來表示突變率。（5）分蘗作物基因突變的鑒定

稻麥等谷類作物有分蘗存在，經(jīng)過種子處理而長成的植株其體細胞突變往往只發(fā)生于一個分蘗的幼芽或幼穗原始體。因而只影響一個穗子，甚至其中少數(shù)子粒。如果是隱性突變必須分株，分穗收獲，然后分別播種幾代才能發(fā)現(xiàn)突變性狀。現(xiàn)以大麥為例，說明誘發(fā)隱性突變表現(xiàn)的過程，假定某一大麥植株的主莖發(fā)生隱性突變(A→a)，而兩個側蘗仍保持原狀(AA)，成熟時要按單穗分別收獲，以便穗行播種。在第二代(M2)發(fā)現(xiàn)由主莖穗播種的幼苗大約四分之一表現(xiàn)突變，其余都表現(xiàn)正常。

把表現(xiàn)隱性突變和尚未表現(xiàn)突變的單穗統(tǒng)統(tǒng)按單行播種為第三代(M3)，結果在由原來主莖穗播種的后代中發(fā)現(xiàn)有四分之一幼苗表現(xiàn)突變，說明它在第二代(M2)的遺傳組成為Aa，一行仍未表現(xiàn)突變，說明它在第二代(M2)仍為AA，如果第二代(M2)全部表現(xiàn)突變，說明它已成為純合的突變系(aa)，原來未發(fā)生突變的兩個側蘗，經(jīng)過第二代，第三代仍未表現(xiàn)突變，說明它們的遺傳組成，仍然是AA。（三）生化突變的鑒定◆

Beadle,G.W.(1941)通過紅色面包霉突變研究發(fā)現(xiàn)：基因是通過酶的作用控制性狀表現(xiàn)，提出“一個基因一個酶”假說(如圖所示)。1.生化突變及相關概念◆生化突變：由于誘變因素影響導致生物代謝功能的變異?？梢詫φ€體與變異個體的生化特性研究以分析基因的作用機制。◆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為與野生型相同的個體?！魻I養(yǎng)缺陷型(auxotroph)★因基因突變喪失某種生活物質(zhì)合成能力，在基本培養(yǎng)基上不能正常生長，需加入相應營養(yǎng)成分的突變型。2.紅色面包霉的生化突變型◆野生型紅色面包霉能在基本培養(yǎng)基上正常生長。水、無機鹽、糖類、微量生物素

(酶促合成)必需的復雜有機物◆幾種生化突變型：★突變型a：精氨酸 (精氨酸合成缺陷型)；★突變型c：精氨酸或瓜氨酸 (瓜氨酸合成缺陷型)；★突變型o：精氨酸、瓜氨酸或鳥氨酸(鳥氨酸合成缺陷型)?！粞芯勘砻鳎彼崾堑鞍踪|(zhì)合成的必需氨基酸，而其合成途徑為：3.紅色面包霉生化突變的鑒定方法◆突變的誘發(fā)：X射線或UV照射分生孢子，再與野生型交配，產(chǎn)生分離的子囊孢子◆突變的鑒定：★

突變的真實性：在基本培養(yǎng)基上培養(yǎng)能夠生長未發(fā)生營養(yǎng)缺陷型突變； 不能生長可能發(fā)生營養(yǎng)缺陷型突變。★

突變的類型(哪種類型營養(yǎng)缺陷型突變？)

氨基酸？

(加入各種氨基酸)不能生長。 維生素？

(加入各種維生素)能夠生長?！镞M一步鑒定具體類型：

硫胺素(VB1)、吡醇素(VB6)、泛酸、肌醇。紅色面包霉生長突變的誘發(fā)和鑒定鏈孢霉營養(yǎng)缺陷型突變的檢出1.菌絲過濾法（可將野生型與突變型分離）鏈孢霉不受青霉素的影響，但是可以用菌絲過濾法把野生型和突變型分離。野生型的孢子能在基本培養(yǎng)基中萌發(fā)并長成菌絲，缺陷型一般不萌發(fā)或不能長成菌絲。這些萌發(fā)的分生孢子就可以用棉花過濾掉，未萌發(fā)的分生孢子繼續(xù)留在液體培養(yǎng)基中。2.營養(yǎng)缺陷型突變的檢出與鑒定1945年，美國遺傳學家Beadle和生物化學家Tatium研究出檢測鏈孢霉營養(yǎng)缺陷型突變的方法?；靖鶕?jù)：野生型菌株能合成一系列化合物--基本培養(yǎng)基上生長；缺陷型菌株不能在基本培養(yǎng)基上生長；能在完全培養(yǎng)基上生長；能在基本培養(yǎng)基＋它所不能合成的物質(zhì)－-生長。

這樣依次分析下去，就可知道是哪種AA或哪種維生素不能合成。為了進一步確定發(fā)生的變異是由那一個基因控制的，還要將經(jīng)過上述方法檢出的突變型，跟不同交配型的野生型交配?？串a(chǎn)生的子囊孢子的發(fā)育，表現(xiàn)出來什么樣的分離現(xiàn)象，如果表現(xiàn)為1:1的分離，即4個是野生型，4個是突變型，那就表明是一個基因突變。（四）人類基因突變的鑒定人的突變的檢出1、家系分析（pedigreeanalysis）和出生調(diào)查常染色體隱性突變難以檢出。很可能是由于兩個雜合個體的婚配，而不是由于隱性突變。顯性突變的起源比較容易檢出。在人類方面，突變率的估計方法之一是根據(jù)家系中有顯性性狀的患兒的出現(xiàn)。在這些家系中，祖先各代是沒有這些性狀的；如雙親一方也有同一遺傳病，則這名患兒應除去不計。

例如：軟骨發(fā)育不全（achondroplasia）由常染色體顯性基因引起，患者四肢粗短。MΦrch(1941)調(diào)查，在94075活產(chǎn)兒中，發(fā)現(xiàn)10例為本病患者，其中2例的一方親本也是本病患者，所以應該除去不計，其余8例的雙親正常，可以認為是新突變的結果。則每個基因的突變率是（10－2）/2（94072－2）＝4.2×10-5下面是一個上眼瞼下垂的家系，先證者的父母表型正常，說明是新產(chǎn)生的突變。2．目前用的較多的檢出人類突變的另一方法，是篩選各種蛋白質(zhì)或酶的微小變異：例如：鐮型細胞貧血癥患者基因型HbsHbs

血紅蛋白（S）(

S

S)

正常為HbAHbA血紅蛋白（A）（

A

A)

雜合體HbsHbA具兩種血紅蛋白的A和S(

A

S)A與S兩種血紅蛋白電泳的遷移率不同，通過電泳可以分辯現(xiàn)已知Hbs是β6Glu→val該方法的局限是并不是所有氨基酸的代換都能引起蛋白質(zhì)分子電荷的變化，因此，不是所有氨基酸的改變都能用電泳檢出。分子水平：RFLP、AFLP等、基因組序列分析等。第四節(jié)基因突變的誘發(fā)及突變的分子基礎一、物理因素誘變

(一)電離輻射誘變

(二)非電離輻射誘變

(三)綜合效應誘變二、化學因素誘變一、物理因素誘變

原理：基因的化學物質(zhì)(DNA)發(fā)生電離作用◆當電離輻射的射線碰撞基因任何分子時，射線的能量使基因任何分子的某些原子外圍的電子脫離軌道，于是這些原子就從中性變?yōu)閹д姾傻碾x子，這叫做“原發(fā)電離”。在射線經(jīng)過的通路上，在形成大量離子對的過程中所產(chǎn)生的電子，多數(shù)尚有較大的能量，能引起第二次電離。這叫做“次級電離”。由于從一個原子外層脫離軌道的電子必然被另一個原子所捕獲，所以離子是成對出現(xiàn)的，稱為離子對。次級電離的結果，輕則造成基因分子結構的改組，產(chǎn)生突變了的新基因，重則造成染色體的斷裂，引起染色體結構的畸變

◆間接作用◆輻射劑量的表示方法：★X射線、γ射線：倫琴(R)；★中子：積分流量(n/cm2)；★β射線：微居里(μcu/g)。

電離輻射誘變的作用規(guī)律(一)電離輻射誘變1.種類：粒子輻射：α射線、β射線(32P、35S)、中子；電磁波輻射：X射線、γ射線(60鈷、137銫)。2.方法：外照射：中子、X射線、γ射線；內(nèi)照射：α射線、β射線。3.原理：基因的化學物質(zhì)(DNA)發(fā)生電離作用。原發(fā)電離與次級電離。堿基對、堿基結構破壞、改變

基因突變；磷酸二酯鍵斷裂、染色體斷裂重接染色體結構變異。(二)非電離輻射誘變◆物理誘變的非特異性：對DNA分子及其核苷酸殘基無選擇性，所以沒有?；院吞禺愋钥裳??！糁饕亲贤饩€(380-15nm)：◆紫外線的作用機制：激發(fā)作用使原子外圍的電子活躍起來，造成基因分子鏈的離新。這些分子鏈已經(jīng)離析的基因在重新組合的時候，不免要發(fā)生差錯，于是出現(xiàn)基因突變。紫外線(UV)特別作用于嘧啶，使得同鏈上鄰近的嘧啶核苷酸之間形成多價的聯(lián)合。最通常的結果是促使胸腺嘧啶聯(lián)合成二聚體；或是將胞嘧啶脫氨成尿嘧啶，或是將水加到嘧啶的C4、C5位置上成為光產(chǎn)物。它可以削弱C—G之間的氫鍵，使DNA鏈發(fā)生局部分離或變性。主要是紫外線(380-15nm)：紫外線的作用機制：激發(fā)作用穿透能力與處理方法最有效波長260nm(嘌呤、嘧啶的共軛環(huán))間接誘變作用物理誘變的非專性：對DNA分子及其核苷酸殘基無選擇性，所以沒有?；院吞禺愋?。(三)綜合效應誘變二、化學因素誘變1.誘變劑及其種類與作用機制：烷化劑：使堿基烷基化、改變堿基形成氫鍵的能力，從而改變堿基配對關系；堿基類似物：在復制過程中取代堿基滲入DNA分子，但形成氫鍵的類型不同，改變堿基配對關系；抗生素：阻礙堿基合成或破壞DNA分子結構。2.作用特點：具有一定的堿基特異性。（一）誘變劑種類與作用(二)堿基類似物替換◆堿基類似物，有5–溴尿嘧啶(5BU)，5—溴去氧尿核苷、2—氨基嘌呤等。這類與DNA堿基類似的化合物，常常能參入到DNA分子中去，好像是它的正常組成成分。它們對DNA的復制影響不大，而是在DNA復制時引起堿基配對上的差錯，最終導致堿基對的替換，引起突變。☆轉(zhuǎn)換(transition)

：嘌呤被嘌呤、嘧啶被嘧啶替換的現(xiàn)象☆顛換(transversion：指嘌呤被嘧啶或嘧啶被嘌呤的替換◆

5–溴尿嘧啶的分子結構與胸腺嘧啶基本相同，它的氫鍵原子也和胸腺嘧啶完全一樣，常常以酮式狀態(tài)和腺嘌呤配對(A-5-BUk)。正常的酮式結構比較經(jīng)常地轉(zhuǎn)移成互變異構體烯醇式結構(5–BUe)。烯醇式結構具有胞嘧啶的氫鍵特性，容易和鳥嘌呤（G）配對?！舢擠NA復制時，醇式的5–溴尿嘧啶配對成G-5-BUe的核苷酸對。下一次復制時，鳥嘌呤按正常情況和胞嘧啶配對，引起AT-GC的改變。同樣，G-C也可以改變成A-T5–溴尿嘧啶3.直接改變DNA某些特定的結構

◆凡是能和DNA起化學反應并能改變堿基氫鍵特性的物質(zhì)，叫做DNA誘變劑。屬于這類誘變劑的有亞硝酸、烷化劑和羥胺等。①亞硝酸可以在pH5的緩沖溶液中通過氧化作用，以氧代替腺膘玲和胞嘧啶C6位置上的氨基，使腺嘌呤（A）變成次黃嘌呤(H)、胞嘧啶（C）變成尿嘧啶（U）◆改變了的堿基，它的氫鍵特性也改變了。H的配對特性象G，容易和C配對成H–C；U的配對特性象T，和A配對成A–U。在下一次DNA復制時完成AT→GC，GC→AT的轉(zhuǎn)換。

◆烷化劑是目前應用最廣泛而有效的誘變劑。最常用的有甲基磺酸乙酯(EMS)，甲基磺酸甲酯(MMS)、亞硝酸胍等。◆它們都帶有一個或多個活潑的烷基，這些烷基能夠移到其它電子密度較高的分子中去，從而改變氫鍵的結合能力?！锿榛饔米钊菀装l(fā)生在G的N7位置上，形成7–烷基鳥嘌呤。7–烷基鳥嘌呤可與胸腺嘧啶配對，使GC→AT轉(zhuǎn)換★烷化作用使DNA的堿基容易受到水解而從DNA鏈上裂解下來，造成堿基的缺失★烷化劑的另一個作用是與磷酸結成不穩(wěn)定的磷酸酯，磷酸酯水解成磷酸和脫氧核糖，使DNA鏈斷裂，從而引起突變4.引起DNA復制的錯誤

某些誘變劑，例如，2氨基吖啶、ICR–170(ICR是美國一個癌癥研究所的簡稱，指烷化劑和吖啶類相結合的化合物)等能嵌入DNA雙鏈中心的堿基之間，引起單一核替酸的缺失或插入。

誘發(fā)突變的應用1、提高基因突變率；2、獲得更豐富的突變類型；3、改良生物的個別性狀。三、突變的分子機制一、基因突變的類型◆經(jīng)典遺傳學認為：★基因是染色體上的一個點?！衄F(xiàn)代基因概念認為：★基因是DNA分子帶有遺傳信息的堿基序列區(qū)段；★基因是由眾多堿基對構成，此時將一個堿基對稱為基因的一個座位(site)；★而將基因在染色體上的位置則稱為位點(locus)。◆根據(jù)突變所引起的表型改變分為：★形態(tài)突變型★生化突變型★致死突變型★條件致死突變型◆根據(jù)基因結構的改變方式：★分子結構改變（堿基替換；倒位）★移碼(插入與缺失)突變一、基因突變的類型堿基對替換根據(jù)突變所引起的遺傳信息意義的改變：錯義突變（missensemutation）:是指DNA分子中堿基改變后引起密碼子變化，導致所編碼的氨基酸發(fā)生替代，從而影響蛋白質(zhì)功能，以至影響到突變體的表型（圖a）。無義突變（nonsensemutation）:是指由于DNA的堿基改變導致編碼氨基酸的密碼子突變成終止密碼子。這種突變引起mRNA翻譯提前終止，產(chǎn)生一條短的不完整的多肽鏈。無義突變通常對所編碼的蛋白活性有嚴重影響，產(chǎn)生突變的表型（圖b）。同義突變(沉默突變silentmutation）:是指DNA分子中的堿基改變后，突變的密碼子仍然編碼原來的氨基酸，并沒有引起多肽鏈中氨基酸的變化。沉默突變對蛋白質(zhì)的功能無影響，不會引起表型突變（圖c），它們以多態(tài)的形式在生物體DNA中積累，引起同種生物不同個體間DNA序列的變化?；蛲蛔儭t蛋白β鏈基因突變?nèi)笔?、插入和重排引起的突變四、突變的修?/p>

(一)DNA的防護機制◆密碼簡并性密碼的結構可以使突變的機會減少到最小程度◆回復突變某個座位遺傳密碼的回復突變可使突變型恢復成原來的野生型，盡管回復突變的頻率比正突變頻率低得多。◆抑制有基因間抑制和基因內(nèi)抑制。前者指控制翻譯機制的抑制者基因，通常是tRNA基因發(fā)生突變，而使原來的無義突變、誤義突變或移碼突變恢復成野生型。后者指突變基因另一座位上的突變掩蓋了原來座位的突變(但未恢復原來的密碼順序)，使突變型恢復成野生型?！糁滤篮瓦x擇如果防護機制未起作用，一個突變可能是致死的◆二倍體和多倍體高等生物的多倍體具有幾套染色體組，每個基因都有幾份，故能比二倍體和低等生物表現(xiàn)強烈的保護作用(二)DNA的修復

1.光修復

UV是一種有效的殺菌劑。如果使照射后的細菌處于黑暗的條件下，殺死細菌的量與UV的照射劑量成正比。如果照射后讓細菌暴露于可見光的條件下，存活細菌較多?！?/p>

UV照射能引起很多變異，最明顯的變異是引起胸腺嘧啶二聚體(╥)。其次是產(chǎn)生水合胞嘧啶(圖10－6)?！舁i結構在DNA螺旋結構上形成一個巨大的凸起或扭曲，這對DNA分子好象是個“贅瘤”。這個“瘤”被一種特殊的巡回酶(patrolingenzyme)，例如光激活酶(photoreactingenzyme)所辨認，在有藍色光波的條件下，二聚體被切開，DNA回復正常。這種經(jīng)過解聚作用使突變回復正常的過程叫做光修復(lightrepair)光修復過程◆某些DNA的修復工作可不需光也能進行，例如，大腸桿菌中的UVrA突變體的修復過程由四種酶來完成(圖10-8):首先由核酸內(nèi)切酶在╥一邊切開，然后由核酸外切酶在另一邊切開，把╥和鄰近的一些核苷酸切除；第三種酶(DNA聚合酶)把新合成的正常的核苷酸片段補上；最后由連接酶把切口縫好，使DNA的結構恢復正常。這類修復系統(tǒng)稱為暗修復(darkrepair)，或切除修復(excisionrepair)。2.暗修復◆重組修復(recombinationrepair)必須在DNA復制后進行，因此又稱為復制后修復。這種修復并不切除胸腺嘧啶二聚體?！詈i結構的DNA仍可進行復制，但子DNA鏈在損傷部位出現(xiàn)缺口☆完整的母鏈與有缺口的子鏈重組，缺口通過DNA聚合酶的作用，以對側子鏈為模板由母鏈合成的DNA片段彌補?！钸B接酶作用下以磷酸二酸鍵連接新舊鏈而完成重組修復。3.重組修復◆在切割和修補過程中，特別是新補上的核苷酸片段，有時會造成差錯，差錯的核苷酸會引起突變(圖10－9)。實際上由UV照射引起的這類突變，并不是╥二聚體本身引起，常常是上述修補過程中的差錯形成的◆

SOS修復(SOSrepair)屬于后復制修復(post-replicationrepair)體系。SOS反應是DNA受到損傷或脫氧核糖核酸的復制受阻時的一種誘導反應。在E.coli

細胞的DNA合成過程中，這種反應由recA-lexA系統(tǒng)調(diào)控。SOS反應發(fā)生時，可造成損傷修復功能的增強。如uvrA、uvrB、uvrC、uvrD、ssb、recA、recN和ruv基因發(fā)達從而增強切除修復、復制后修復和鏈斷裂修復。SOS修復允許新生的DNA鏈越過損害部分而生長，但可在該區(qū)段甚至其它區(qū)段產(chǎn)生錯配堿基，于是很容易產(chǎn)生新的突變4.SOS修復三、自發(fā)突變的機理自發(fā)突變（spontaneousmutation）是指在自然狀態(tài)下未經(jīng)誘變劑處理而出現(xiàn)的突變。自發(fā)突變可能是由于DNA復制錯誤、堿基的異構互變效應、自發(fā)的化學變化和轉(zhuǎn)座因子等多種原因引起的。1.DNA復制錯誤在DNA復制過程中，可能產(chǎn)生堿基的錯配，帶有錯配堿基的DNA在下一次復制時，則會引起堿基的替代，從而引起DNA分子的錯誤。由于DNA分子中的堿基本身存在著交替的化學結構，稱為互變異構體（tautomer），當堿基以它稀有的形式出現(xiàn)時就可能與錯誤的堿基配對，這種堿基化學結構的改變過程稱為互變異構移位（tautomericshift）。堿基互變異構可以在DNA復制過程中自發(fā)發(fā)生。它導致的堿基替代如果是發(fā)生在同類堿基之間，即一種嘌呤被另一種嘌呤替代，或一種嘧啶被另一種嘧啶替代，這稱為轉(zhuǎn)換（transition）；若堿基的替代發(fā)生在異類堿基之間，即一種嘌呤被一種嘧啶替代，或反之，則稱為顛換（transversion）。在DNA復制時有時新合成鏈或模板鏈會發(fā)生錯誤的環(huán)出或跳格（slippage），從而導致移碼突變（frameshiftmutation）、缺失或重復。圖:DNA復制中的錯誤環(huán)出產(chǎn)生的堿基插入和缺失

2.自發(fā)的化學變化引起自發(fā)突變的最常見化學變化是堿基的脫嘌呤（depurination）和脫氨基（deamination）。脫嘌呤是自發(fā)化學變化中最常見的一種，它是由于堿基和脫氧核糖間的糖苷鍵斷裂，從而引起一個