基因突變和表觀遺傳變異

第十章基因突變和表觀遺傳變異variation……mutation

chromosomalaberrationgenemutationorpointmutation

epigeneticvariation：親代與子代或群體內(nèi)不同個體間非基因型突變的表型差異。變異：親代與子代或群體內(nèi)不同個體間基因型或表型的差異突變：基因的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而導(dǎo)致細(xì)胞或生物體的基因型發(fā)生穩(wěn)定的可遺傳的變化的過程基因突變的類型體細(xì)胞突變（somaticmutation）：是不能遺傳給后代的，但是可以通過無性途徑傳遞。生殖細(xì)胞突變（germ-linemutation）：若突變的性細(xì)胞參與受精過程，那么突變基因就會傳給下一代。nullmutation(無效突變)：完全喪失基因功能的突變。leakymutation(滲漏突變)：指仍能部分表達(dá)(殘余水平）原先活性的突變。spontaneousmutationinducedmutation

根據(jù)DNA發(fā)生改變的情況，有下列突變方式可以改變基因的信息內(nèi)容：

堿基替換

(base-pairsubstitutions)移碼突變

(frameshiftmutation)缺失突變

(deletionmutation)不同類型基因突變產(chǎn)生不同構(gòu)型和活性的蛋白

正向突變(forwardmutation)A→a

回復(fù)突變(reversemutation或backmutation)a→A

抑制因子突變(suppressormutation):intragenic或intracistronicsuppressorextragenic或extracistronicsuppressor

p249

突變的分子基礎(chǔ)自發(fā)突變的分子基礎(chǔ)DNA復(fù)制錯誤引起的基因突變自發(fā)化學(xué)改變引起的基因突變(堿基脫嘌呤(depurination)、脫氨基(deamination)轉(zhuǎn)座因子及插入序列引起的基因突變重組錯誤

在DNA復(fù)制中由于互變異構(gòu)移位所產(chǎn)生的突變在DNA復(fù)制中由于堿基的錯誤跳格自發(fā)產(chǎn)生堿基的插入和缺失

在DNA復(fù)制中由于堿基的錯誤跳格自發(fā)產(chǎn)生堿基的插入和缺失

在DNA復(fù)制中由于堿基的錯誤跳格自發(fā)產(chǎn)生堿基的插入和缺失由于DNA復(fù)制中跳格所引起的E.colilacI基因中的4堿基CTGG熱點突變脆性X染色體綜合癥(Fragile-Xsyndrome)ThefragileXsyndromeisageneticdisordercausedbymutationoftheFMR1

geneontheXchromosome.Normally,theFMR1genecontainsbetween6and55repeatsoftheCGG(trinucleotiderepeats)inthe5’UTR.InpeoplewiththefragileXsyndrome,theFMR1allelehasover230repeatsofthiscodon.ExpansionoftheCGGrepeatstosuchadegreeresultsinamethylationofthatportionoftheDNA,effectivelysilencingtheexpressionoftheFMR1protein.ThismethylationoftheFMR1locusinchromosomebandXq27.3isbelievedtoresultinconstrictionoftheXchromosomewhichappears'fragile'underthemicroscopeatthatpoint,aphenomenonthatgavethesyndromeitsname.MutationoftheFMR1geneleadstothetranscriptionalsilencingofthefragileX-mentalretardationprotein,FMRP.Innormalindividuals,FMRPbindsandfacilitatesthetranslationofanumberofessentialneuronal

RNAs.InfragileXpatients,however,theseRNAsarenottranslatedintoproteins.HowisFragile-Xsyndromeinherited?AnalteredgeneontheX-chromosomecausesFragile-Xsyndrome.AgirlwillnormallyhaveaworkinggeneonherotherX-chromosome,whichpartiallymakesupforthealteredgene,sogirlsareusuallylessseverelyaffectedthanboys.ThegeneticchangeinFragile-Xisveryunusual;ittendstochangebetweenparentandchild,sopredictingtheexactriskofhavinganaffectedchildiscomplicated.InheritanceofFragile-Xsyndrome.自發(fā)突變的分子基礎(chǔ)DNA復(fù)制錯誤引起的基因突變自發(fā)化學(xué)改變引起的基因突變(堿基脫嘌呤(depurination)、脫氨基(deamination)轉(zhuǎn)座因子及插入序列引起的基因突變重組錯誤DNA鏈上脫嘌呤，但磷酸二酯鍵仍保持完整

無嘌呤位點沒有堿基特異地與之互補，而是隨機地選擇一個堿基插入。

胞嘧啶和5-甲基胞嘧啶脫氨基后分別變成尿嘧啶和胸腺嘧啶

自發(fā)突變的分子基礎(chǔ)DNA復(fù)制錯誤引起的基因突變自發(fā)化學(xué)改變引起的基因突變(堿基脫嘌呤(depurination)、脫氨基(deamination)轉(zhuǎn)座因子及插入序列引起的基因突變重組錯誤

轉(zhuǎn)座子或插入序列引起基因突變的機制自發(fā)突變的分子基礎(chǔ)DNA復(fù)制錯誤引起的基因突變自發(fā)化學(xué)改變引起的基因突變(堿基脫嘌呤(depurination)、脫氨基(deamination)轉(zhuǎn)座因子及插入序列引起的基因突變重組錯誤—不等交換

不等交換產(chǎn)生重復(fù)和缺失突變●●●●●●誘發(fā)突變的分子基礎(chǔ)嘧啶電滋波譜

誘發(fā)突變的分子基礎(chǔ)同一條DNA鏈上的兩個T經(jīng)UV照射后形成二聚體T=T

紫外線照射形成二聚體影響堿基配對從而引起突變堿基類似物的誘發(fā)突變TCH3疊氮胸苷（AZT）在治療AIDS中的應(yīng)用AZT在病毒RNA→DNA的階段是反轉(zhuǎn)錄酶的底物，但在細(xì)胞中卻不是DNA聚合酶的底物，因而AZT可以用來選擇性殺毒。三種堿基修飾劑的作用插入劑分子插入，堆積在DNA分子中間，此可能導(dǎo)致單個堿基對的插入或缺失

插入劑引起移碼突變在新鏈取代1個堿基體外定點突變1985年加拿大的MichaelSmith建立，于1993年獲得了諾貝爾化學(xué)獎。通過對某個基因進(jìn)行突變來研究其功能即表型的改變的過程，稱為反向遺傳學(xué)（reversegenetics).具體方法：（1）聚核苷酸介導(dǎo)的用單鏈模板定點突變

（2）雙引物法定點突變。（3）人工合成聚核苷酸介導(dǎo)的用單鏈模板所進(jìn)行的定點突變用重疊延伸進(jìn)行基因的定點突變

Ames測驗：美國B.Ames在20世紀(jì)70年代早期發(fā)展的一種相對較為便宜和快速的誘變劑檢出方法。其原理是在組氨酸營養(yǎng)缺陷型（his-）的沙門氏菌培養(yǎng)物中加入誘變劑，觀察統(tǒng)計從his-

回復(fù)到his+的回復(fù)突變率，從而獲得有關(guān)誘變劑的誘變強度信息。突變劑的檢測Ames測驗檢測誘變劑的誘變強度信息對吸煙者的Ames測驗有了突變怎么辦？生物體對基因突變防護(hù)與修復(fù)（1）密碼的結(jié)構(gòu)（2）回復(fù)突變（3）抑制因子突變（4）二倍體和多倍體（5）致死和選擇DNA的防護(hù)機制一.直接修復(fù)（Directrepair）(一)通過DNA聚合酶校正修復(fù)(3’5’外切酶活）(二)光復(fù)活反應(yīng)光解酶（photolyase),由phr基因編碼經(jīng)過解聚作用使突變回復(fù)正常的過程叫做光復(fù)活

或光修復(fù)烷基轉(zhuǎn)移酶和甲基轉(zhuǎn)移酶等也是與直接修復(fù)有關(guān)的酶?；蛲蛔兊男迯?fù)DNA的光修復(fù)

切除修復(fù)：利用互補鏈的信息進(jìn)行DNA修復(fù)的過程。分為剪切、切除、修補、連接四個步驟。暗修復(fù)（darkrepair）短-補丁修復(fù)（short-patchrepair）25-30b長-補丁修復(fù)（long-patchrepair）~1500b

著色性干皮?。╔erodermapigmentosum）是一種切除修復(fù)酶的缺陷二．切除修復(fù)（excision-repair）切除修復(fù)模式圖

ABC核酸內(nèi)切酶的作用過程

三、重組修復(fù)是通過復(fù)制后由分離DNA分子上的同源片段的連接來完成的。（又稱為復(fù)制后修復(fù)）修復(fù)的主要步驟：（1）含嘧啶二聚體結(jié)構(gòu)的DNA復(fù)制，越過嘧啶二聚體，子DNA鏈在損傷部位出現(xiàn)裂隙。（2）復(fù)制后的DNA鏈重組。（3）重組產(chǎn)生一沒有損傷的野生型DNA分子和一帶有兩個損傷區(qū)域的分子。DNA的重組修復(fù)1-3線2-4線1-3線2-4線基因突變的檢出一、傳統(tǒng)遺傳學(xué)檢出辦法（一）大腸桿菌營養(yǎng)缺陷型的檢出微生物突變子的篩選大多采用選擇培養(yǎng)法，選擇培養(yǎng)法的方法很多，應(yīng)根據(jù)具體篩選的突變型的特性而定。例如要篩選營養(yǎng)缺陷型突變子，只要將經(jīng)誘變劑處理后的材料接種在完全培養(yǎng)基上，待長出菌落后，將每一菌落分別接種到基本培養(yǎng)基上。凡是只能在完全培養(yǎng)基上生長而不能在基本培養(yǎng)基上生長的菌落，便是營養(yǎng)缺陷型，這樣便可進(jìn)一步鑒定屬于何種缺陷.(負(fù)選擇法)又例如篩選抗藥性突變子，便可將誘變處理后的材料接種在含有該藥物的完全培養(yǎng)基上，長出的菌落可能是抗這一藥物的。(正選擇法)正選擇法：突變株通過選擇平板直接獲得；負(fù)選擇法：突變株不能通過選擇平板直接獲得。通過青霉素富集篩選營養(yǎng)缺陷型原理：青霉素阻止胞壁成份合成，對擴增細(xì)胞致死，而缺陷型保留（二）二倍體生物中基因突變的檢出(1)

♀

susu

SuSu♂

Susu

susu玉米非甜粒變甜粒突變的檢出（2）利用突變檢測品系檢出二倍體中的基因突變果蠅X連鎖隱性致死突變或隱性可見突變的檢出

只有存活

果蠅常染色體突變的檢出平衡致死品系：永遠(yuǎn)以雜合狀態(tài)保存下來、不發(fā)生分離的品系叫做永久雜種，也叫做平衡致死品系。選出雙顯性Cy+

+SXXCy+Cy++S♀♂♂♀單對交配XCy+Cy+♀♂相互交配Cy+Cy+Cy+致死或致死卷翅卷翅表現(xiàn)新性狀Cy+基因突變的分子遺傳學(xué)檢出方法（一）單鏈構(gòu)象異構(gòu)多態(tài)性

PCR-SSCP是一種基于PCR的單鏈構(gòu)像多態(tài)性（single-strandedconformationpolymorphism）分析技術(shù)，是DNA已知突變的檢測或未知變異分析中十分常用和實用的技術(shù)之一，在對人的遺傳病致病基因突變類型的分析中應(yīng)用尤為廣泛，在臨床分析中較多采用。

（二）用毛細(xì)管電泳技術(shù)檢測DNA點突變利用毛細(xì)管電泳（CE）技術(shù)可以在20分鐘內(nèi)分析完成幾千個堿基的DNA片段。CE是20世紀(jì)90年代初發(fā)展起來的新技術(shù)，具有分辨率高、重現(xiàn)性好、靈敏度高、快速和易于實現(xiàn)自動化的特點。目前在PCR基礎(chǔ)上利用CE技術(shù)對DNA已知點突變及未知點突變的檢測發(fā)展十分迅速。

尼龍膜（三）等位基因特異寡核苷酸雜交（ASO）ASO是基于PCR具有獲得很純DNA片段樣品的能力和分子雜交的原理而建立的突變檢測方法。（四）序列分析和DNA芯片技術(shù)

在現(xiàn)有的所有方法中，DNA序列分析是最準(zhǔn)確的突變檢出方法。

DNA芯片技術(shù)是用不同熒光標(biāo)記的突變型和野生型單鏈，分別與列置很小的物理載體上已知的寡聚核苷酸（DNA芯片）雜交。由于列置在DNA芯片上的已知的寡聚核苷酸序列是某個完整基因交疊銜接的DNA片段,因此可以通過激光共聚焦掃描對雜交熒光信號的有無進(jìn)行檢測分析，從而找出突變。表觀遺傳變異(epigeneticvariation)同卵雙生的兩人具有完全相同的基因組，在同樣的環(huán)境中長大后，他們在性格、健康等方面會有較大的差異，為什么？這說明：在相應(yīng)的基因堿基序列沒有發(fā)生變化的情況下，一些生物體的表型卻發(fā)生了改變。表觀遺傳調(diào)控與雙胞胎

西班牙國家癌癥中心的FragaMF等通過對160名3～74歲的雙胞胎進(jìn)行分析，結(jié)果表明，在外界影響下基因組在表達(dá)水平上的不同導(dǎo)致了雙胞胎分道揚鑣。他們對基因組上的2種修飾作用進(jìn)行了檢測，將雙胞胎的檢測結(jié)果進(jìn)行比對，結(jié)果發(fā)現(xiàn)DNA的甲基化和組蛋白的乙酰化作用可以讓基因的表達(dá)增強或者減弱。在小的時候雙胞胎基因的表達(dá)形式幾乎是一樣的，但是年齡在28歲以上的雙胞胎基因表達(dá)特征就會出現(xiàn)明顯的不同。雖然這些修飾作用可能只是改變了一點點，但是造成的影響特別是在疾病方面的影響是十分明顯的。表觀遺傳學(xué)是研究表觀遺傳變異的遺傳學(xué)分支學(xué)科。表觀遺傳變異是指，在基因的DNA序列沒有發(fā)生改變的情況下，基因功能發(fā)生了可遺傳的變化，并最終導(dǎo)致了表型的變化。它是不符合孟德爾遺傳規(guī)律。由此我們可以認(rèn)為，基因組含有兩類遺傳信息：一類是傳統(tǒng)意義上的遺傳信息，即DNA序列所提供的遺傳信息；另一類是表觀遺傳學(xué)信息，它提