醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座

第一節(jié)基因突變概說一、基因突變率二、體細(xì)胞突變與生殖細(xì)胞突變?nèi)?、基因突變時(shí)期四、突變類型五、突變特征1醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第1頁一、基因突變率●突變概念

○基因突變（genemutation）基因突變（genemutation）：是指一個(gè)基因內(nèi)部能夠遺傳結(jié)構(gòu)改變，是基因分子內(nèi)部在某種條件作用下所發(fā)生一個(gè)或幾個(gè)核苷酸改變，造成結(jié)構(gòu)蛋白或酶改變，從而影響有機(jī)體大小、品質(zhì)、顏色、結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)率等性狀改變?；蛲蛔兤胀ㄔ谌旧w結(jié)構(gòu)上是看不到，所以又稱點(diǎn)突變（pointmutation）。第一節(jié)基因突變概說

一、基因突變率二、體細(xì)胞突變與生殖細(xì)胞突變?nèi)⒒蛲蛔儠r(shí)期四、突變類型五、突變特征2醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第2頁3醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第3頁○突變體（mutant）或稱突變型。因?yàn)榛蛲蛔兌憩F(xiàn)突變性狀細(xì)胞或個(gè)體。●突變率（mutationrate）估算

突變率估算因生物生殖方式而不一樣：○有性生殖生物。是用每一配子發(fā)生突變概率，即用一定數(shù)目配子中突變配子數(shù)表示。

第一節(jié)基因突變概說

一、基因突變率二、體細(xì)胞突變與生殖細(xì)胞突變?nèi)?、基因突變時(shí)期四、突變類型五、突變特征4醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第4頁舉例：玉米子粒7個(gè)基因自然突變率，彼此各不相同（表7-1）高等植物中基因突變率為1×10-5-1×10-8，即在十萬至一億個(gè)配子中只有一個(gè)發(fā)生突變，可見自然突變頻率很低。第一節(jié)基因突變概說

一、基因突變率二、體細(xì)胞突變與生殖細(xì)胞突變?nèi)⒒蛲蛔儠r(shí)期四、突變類型五、突變特征5醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第5頁表玉米子粒7個(gè)基因自然突變率基因表現(xiàn)性狀測(cè)定配子數(shù)觀察到每百萬個(gè)配子突變數(shù)中平均突變率R子粒色554,786273492.0I抑制色素形成265,39128106.0Pr紫色647,102711.0Su非甜粒1,678,73642.4Y黃胚乳1,745,28042.2Sh飽滿粒2,469,28531.2Wx非糯性1,503,744006醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第6頁

○無性繁殖細(xì)菌。用每一細(xì)胞世代中每一細(xì)菌發(fā)生突變概率，即用一定數(shù)目標(biāo)細(xì)菌在分裂一次過程中發(fā)生突變次數(shù)表示。舉例：大腸桿菌鏈霉素抗性基因strR為4×10-10乳糖發(fā)酵基因lac-為2×10-7細(xì)菌普通基因突變率為1×10-4-1×10-10，變異幅度很大。第一節(jié)基因突變概說

一、基因突變率二、體細(xì)胞突變與生殖細(xì)胞突變?nèi)?、基因突變時(shí)期四、突變類型五、突變特征7醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第7頁二、體細(xì)胞突變與生殖細(xì)胞突變1、體細(xì)胞突變

克?。╟lone)：一個(gè)祖先細(xì)胞由無性繁殖而產(chǎn)生相同細(xì)胞群體。體細(xì)胞突變常形成一個(gè)“突變體區(qū)”，體細(xì)胞突變發(fā)生愈早，“突變體區(qū)”愈大。體細(xì)胞突變不能遺傳給后代，可經(jīng)過有性路徑傳遞。2、生殖細(xì)胞突變發(fā)生在種系中，可經(jīng)過參加受精而傳給下一代。8醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第8頁二、基因突變時(shí)期●時(shí)期

在任何時(shí)期都可發(fā)生，即體細(xì)胞和性細(xì)胞都能發(fā)生突變?；蛲蛔兺ǔＪ仟?dú)立發(fā)生?！耋w細(xì)胞和性細(xì)胞突變頻率

性細(xì)胞突變頻率比體細(xì)胞高，這是因?yàn)樾约?xì)胞在減數(shù)分裂末期對(duì)外界環(huán)境條件含有巨大敏感性。

第一節(jié)基因突變概說

一、基因突變率二、體細(xì)胞突變與生殖細(xì)胞突變?nèi)?、基因突變時(shí)期四、突變類型五、突變特征9醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第9頁●性細(xì)胞和體細(xì)胞突變傳遞與表現(xiàn)

○性細(xì)胞假如是顯性突變aa→Aa，可經(jīng)過受精過程傳遞給后代，并馬上表現(xiàn)出來。假如是隱性突變AA→Aa，當(dāng)代不表現(xiàn)，只有等到第二代突變基因處于純合狀態(tài)才能表現(xiàn)出來。

第一節(jié)基因突變概說

一、基因突變率二、體細(xì)胞突變與生殖細(xì)胞突變?nèi)?、基因突變時(shí)期四、突變類型五、突變特征10醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第10頁○體細(xì)胞

顯性突變，當(dāng)代表現(xiàn)，同原來性狀并存，形成鑲合體。突變?cè)皆?，范圍越大，反之越小。果樹上許多“芽變”就是體細(xì)胞突變引發(fā)，一旦發(fā)覺要及時(shí)扦插、嫁接或組培加以繁殖保留?！把孔儭痹谟N上很主要，有不少新品種是經(jīng)過芽變選育出來，如溫州早桔就是源于溫州密桔芽變。第一節(jié)基因突變概說

一、基因突變率二、體細(xì)胞突變與生殖細(xì)胞突變?nèi)⒒蛲蛔儠r(shí)期四、突變類型五、突變特征11醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第11頁表7-1玉米子粒7個(gè)基因自然突變率基因表現(xiàn)性狀測(cè)定配子數(shù)觀察到每百萬個(gè)配子突變數(shù)中平均突變率R子粒色554,786273492.0I抑制色素形成265,39128106.0Pr紫色647,102711.0Su非甜粒1,678,73642.4Y黃胚乳1,745,28042.2Sh飽滿粒2,469,28531.2Wx非糯性1,503,7440012醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第12頁基因突變時(shí)期與表現(xiàn)1.生物個(gè)體發(fā)育任何時(shí)期均可發(fā)生：性細(xì)胞

(突變)

突變配子

后代個(gè)體；體細(xì)胞

(突變)

突變體細(xì)胞

組織器官。體細(xì)胞突變保留與芽變選擇。2.性細(xì)胞突變頻率比體細(xì)胞高：性母細(xì)胞與性細(xì)胞對(duì)環(huán)境原因更為敏感。3.(等位)基因突變經(jīng)常是獨(dú)立發(fā)生：某一基因位點(diǎn)發(fā)生并不影響其等位基因，一對(duì)等位基因同時(shí)發(fā)生概率非常小(突變率平方)。4.突變時(shí)期不一樣，其表現(xiàn)也不相同：

13醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第13頁高等生物基因突變時(shí)期與性狀表現(xiàn)突變時(shí)期顯性突變隱性突變

(或下位性突變)高等生物性細(xì)胞突變當(dāng)代表現(xiàn)突變性狀。突變當(dāng)代不表現(xiàn)突變性狀，其自交后代才可能表現(xiàn)突變性狀。體細(xì)胞突變當(dāng)代表現(xiàn)為嵌合體，鑲嵌范圍取決于突變發(fā)生早晚。突變當(dāng)代不表現(xiàn)突變性狀，往往不能被發(fā)覺、保留。低等生物

(單倍體)有性生殖表現(xiàn)突變性狀表現(xiàn)突變性狀無性生殖表現(xiàn)突變性狀表現(xiàn)突變性狀14醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第14頁四、突變類型1、依據(jù)突變分子機(jī)理，突變可分為以下三種：１．轉(zhuǎn)換（transition）：指ＤＮＡ分子中嘌呤為另一個(gè)嘌呤或嘧啶為另一個(gè)嘧啶所取代而引發(fā)突變。２．顛換（transversion），指DNA分子中嘌呤被嘧啶取代或嘧啶被嘌呤取代所引發(fā)突變。３．移碼突變（frameshiftmutation）：指ＤＮＡ分子中插入或缺失一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸，使整個(gè)閱讀框改變而引發(fā)突變。15醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第15頁依據(jù)突變引發(fā)表型特征，可將突變分為：１．形態(tài)突變（morphologicalmutation），或稱可見突變，是泛指能造成外形改變突變。２．致死突變（lethalmutation）：是指能造成個(gè)體死亡突變，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）。3．條件致死突變（conditionallethalmutation)：指在一定條件下表現(xiàn)致死效應(yīng)，而在其它條件下能夠存活突變。4．生化突變（biochemicalmutation)：指沒有形態(tài)效應(yīng)，但造成某種特定生化功效改變突變。16醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第16頁與突變相關(guān)幾個(gè)概念１．同義突變（samesenseorsynonymousmutation）：指即使基因已發(fā)生突變，但仍編碼同一個(gè)氨基酸，這是因?yàn)槊艽a子有簡(jiǎn)并性。２．無義突變（nonsensemutation）：是指因?yàn)橥蛔兌蛊淠骋痪幋a子突變?yōu)榻K止密碼子（UGA,UAG，UGG）。３．錯(cuò)義突變（mis-sensemutation）：又稱歧義突變，是指因?yàn)橥蛔兌斐啥嚯逆溕习被岣淖?，大多?shù)突變屬于這類。４．延長(zhǎng)突變（elongationmutation）：這是一類剛好與無義突變相反突變，是因?yàn)榻K止密碼子突變?yōu)榫幋a子，使肽鏈延長(zhǎng)。17醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第17頁５．回復(fù)突變（backorreversemutation）：是指由突變型四復(fù)為野生型突變。６．抑制基因突變（suppressormutation）：是指一個(gè)基因突變表型可因另一基因突變而發(fā)生改變，后一個(gè)基因就稱為抑制基因。７．極性突變（polarityorpolarmutation）：指操縱子中靠近操縱基因結(jié)構(gòu)基因發(fā)生突變（無義突變），除了影響它本身外，還將影響下游基因聽編碼蛋白質(zhì)量，這種現(xiàn)象稱為極性效應(yīng)，這種突變就稱為極性突變。18醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第18頁五、基因突變普通特征1、突變重演性和可逆性2、突變多方向性和復(fù)等位基因3、突變有害性和有利性4、突變平行性5、突變稀有性第一節(jié)基因突變概說

一、基因突變率二、體細(xì)胞突變與生殖細(xì)胞突變?nèi)?、基因突變時(shí)期四、突變類型五、突變特征19醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第19頁1、突變重演性和可逆性●重演性

同一突變能夠在同種生物不一樣個(gè)體間屢次發(fā)生，稱突變重演性。表7-1列舉玉米子粒7個(gè)基因前6個(gè)在屢次試驗(yàn)中都出現(xiàn)過類似突變。

第一節(jié)基因突變概說

一、基因突變率二、體細(xì)胞突變與生殖細(xì)胞突變?nèi)?、基因突變時(shí)期四、突變類型五、突變特征20醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第20頁●可逆性顯性基因A能夠突變?yōu)殡[性基因a，反之亦可。通常把A→a稱為正突變，a→A為反突變。（通慣用u表示正突變頻率、v表示反突變頻率），則：正突變uA===========a反突變v第一節(jié)基因突變概說

一、基因突變率二、體細(xì)胞突變與生殖細(xì)胞突變?nèi)?、基因突變時(shí)期四、突變類型五、突變特征21醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第21頁

正反突變頻率不一，普通正>反,即U>V，原因野生型內(nèi)基因座都可能發(fā)生突變，但回復(fù)只有已改變基因再返回。第一節(jié)基因突變概說

一、基因突變率二、體細(xì)胞突變與生殖細(xì)胞突變?nèi)?、基因突變時(shí)期四、突變類型五、突變特征22醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第22頁2、突變多方向性和復(fù)等位基因●多方向性A→a1，A→a1，A→a2，……A→an

●復(fù)等位基因○定義：位于同一基因座位上各個(gè)等位基因。23醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第23頁如上，A、a1、a2、……an彼此組成一對(duì)等位基因，它們?nèi)w組成復(fù)等位基因?！饛?fù)等位基因存在于同一類型不一樣個(gè)體里如AA，Aa1，a2a3，aman……

舉例玉米自交不親和性有25個(gè)復(fù)等位基因，S1S2……S15

24醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第24頁人類ABO血型遺傳三個(gè)等位基因IA、IB、iIA、IB對(duì)i為顯性，IA和IB無顯性隱性關(guān)系，可各自發(fā)生作用，組成6種基因型和4種表現(xiàn)型表現(xiàn)型（血型）基因型AIAIA，IABIBIB，IBABIAIBOii25醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第25頁P(yáng)O×O血型AB×O血型iiiiIAIBii↓↓配子ii

配子IAIBi

F1iiO血型IAi

IBi

A型B血型26醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第26頁人類ABO血型復(fù)等位基因人類紅細(xì)胞表面抗原特異性由3個(gè)復(fù)等位基因IA，IB，i決定。其中IA，IB對(duì)i均為顯性；IA，IB間為共顯性。3種基因兩兩組合可能形成6種基因型、4種紅細(xì)胞表面抗原反應(yīng)類型，以下表所表示(其中用IO表示i)：27醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第27頁3、突變有害性和有利性●有害性○大多數(shù)是有害○致死突變例：植物白化突變綠株WW↓綠株Ww↓

1WW:2Ww:1ww3綠苗:1白苗(死亡)28醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第28頁多數(shù)為隱性致死（recessivelethal），也有少數(shù)顯性致死（dorminantlethal）?！鸢樾灾滤溃╯exlinkedlethal）即致死突變發(fā)生在性染色體上。致死突變普通不利，但也有利，如用于檢測(cè)基因突變和控制♀♂個(gè)體平衡致死品系。

29醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第29頁●中性突變控制一些次要性狀基因，即使發(fā)生突變，也不會(huì)影響生物正常生理活動(dòng)，因而仍能保持其正常生活力和繁殖力，為自然選擇保留下來。稱之，如水稻芒有沒有等。30醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第30頁

●突變有害有利性相對(duì)性突變有害性是相正確，在一定條件下能夠轉(zhuǎn)化，如矮桿雄性不育，對(duì)人或其它條件卻有利，如落粒性、對(duì)生物有利，但對(duì)人不利。31醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第31頁4、突變平行性

●定義親緣關(guān)系相近物種因遺傳基礎(chǔ)比較近似，往發(fā)生相同基因突變，稱突變平行性。與瓦維洛夫提出“遺傳變異同型系”說一致。●意義依據(jù)以上學(xué)說，當(dāng)了解到一個(gè)物種或?qū)賰?nèi)含有那些變異類型，就能預(yù)見近緣其它物種或?qū)僖惨粯哟嬖谙嗤儺愵愋汀?2醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第32頁表7-2禾本科部分物種品種（族）子粒性變異

遺傳變異性狀黑小大燕黍高玉水冰麥麥麥麥梁米稻草白色++++++++紅色+++++++顏色綠色(灰綠色)++++++++黑色++++++紫色++++++圓形++++++++形狀長(zhǎng)形+++++++++玻璃質(zhì)+++++++++品質(zhì)粉質(zhì)+++++++++蠟質(zhì)+++++33醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第33頁5、突變稀有性正常情況下突變率很低：高等生物中自發(fā)突變率：1×10–51×10–10

細(xì)菌中自發(fā)突變率1×10–44×10–10

34醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第34頁第二節(jié)基因突變與性狀表現(xiàn)一、顯性突變和隱性突變表現(xiàn)二、大突變和微突變表現(xiàn)35醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第35頁一、顯性突變和隱性突變表現(xiàn)●顯性突變

表現(xiàn)早純合慢，當(dāng)代（第一代）就能表現(xiàn)，第二代能純合，而檢出純合突變體則需到第三代，如圖。體細(xì)胞顯性突變，當(dāng)代以嵌合體表現(xiàn)，要選出純合體，須經(jīng)過有性繁殖自交兩代。

36醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第36頁

顯性突變表現(xiàn)dd第1代（M1）Dd第2代（M2）1DD：2Dd:1dd第3代（M3）DD1DD:2Dd:1dddd

自交自交突變發(fā)生37醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第37頁●隱性突變表現(xiàn)得晚純合快，第二代表現(xiàn)，第二代純合，檢出在第二代。體細(xì)胞隱性突變，當(dāng)代不表現(xiàn)，要使其表現(xiàn)只需有性繁殖自交一代?！裢蛔儽憩F(xiàn)與植物繁殖方式自花授粉作物，只要自交即可分離出來，異花授粉作物，要進(jìn)行人工自交或互交，不然長(zhǎng)久保持異質(zhì)。38醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第38頁隱性突變表現(xiàn)DD第1代（M1）Dd第2代（M2）1DD：2Dd:1dd自交突變發(fā)生39醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第39頁二、大突變和微突變表現(xiàn)●大突變突變效應(yīng)表現(xiàn)顯著，輕易識(shí)別。質(zhì)量性狀突變大都屬之。40醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第40頁●微突變效應(yīng)表現(xiàn)微小，較難覺察。數(shù)量性狀突變屬之。微突變能夠積累→大改變微突變中出現(xiàn)有利突變>大突變。所以微突變對(duì)育種有利。41醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第41頁

第三節(jié)基因突變分子基礎(chǔ)

一、自發(fā)突變二、誘發(fā)突變?nèi)?、誘發(fā)突變與人類癌癥42醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第42頁一、自發(fā)突變

在自然情況舊產(chǎn)生突變（一）在DNA復(fù)制中造成錯(cuò)誤1、錯(cuò)義突變——指DNA分子中堿基替換，使蛋白質(zhì)分子中某一個(gè)氨基酸轉(zhuǎn)換為另一個(gè)氨基酸突變類型。

堿基替換有兩種類型：轉(zhuǎn)換：一個(gè)嘧啶堿取代另一個(gè)嘧啶堿，或一個(gè)嘌呤堿取代另一個(gè)嘌呤堿，這種置換方式稱為轉(zhuǎn)換。顛換：一個(gè)嘧啶堿取代另一個(gè)嘌呤堿，或一個(gè)嘌呤堿取代另一個(gè)嘧啶堿，這種置換方式稱為顛換。比如人正常血紅蛋白（HbA）變成廉形紅細(xì)胞貧血（HbS）以及地中海貧血（HbC），到人血紅蛋白β鏈第六位氨基酸一個(gè)堿基改變引發(fā)基因突變。43醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第43頁44醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第44頁2、移碼突變移碼突變——在DNA鏈中插入或缺失一個(gè)或幾個(gè)堿基引發(fā)閱讀框改變，造成氨基酸改變或終止密碼子位置改變，這種突變成為移碼突變?，F(xiàn)在知道低等生物大腸桿菌、噬菌體Mu-1、轉(zhuǎn)座子就有插入DNA堿基序列之間引發(fā)移碼突變。3、缺失和重復(fù)

大片段缺失和重復(fù)（超出幾個(gè)堿基對(duì)），如E.colirlacI基因中4個(gè)堿基序列在野生型中重復(fù)了3次45醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第45頁46醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第46頁（二）、自發(fā)損傷自然產(chǎn)生對(duì)DNA損傷引發(fā)基因突變。（1）脫嘌呤：堿基和脫氧核糖間糖苷鍵受損，引發(fā)一個(gè)嘌呤從DNA上脫落。（2）脫氨基：胞嘧啶脫氨基后變?yōu)槟蜞奏?，形成G-C對(duì)變?yōu)锳-T對(duì)。（3）氧化性損傷堿基：活潑氧化物對(duì)DNA本身氧化損傷，也能引發(fā)突變。47醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第47頁HHAHCCTTAGTC48醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第48頁自發(fā)突變?cè)?/p>

(一)DNA復(fù)制錯(cuò)誤(二)自發(fā)化學(xué)改變1.脫嘌呤（depurination）2.脫氨（基）(deamination)作用3.氧化作用損傷堿基（oxidativelydamagedbases）DNA復(fù)制錯(cuò)誤“脫氨基49醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第49頁二、誘發(fā)突變（一）物理原因誘變只限于各種電離輻射和非電離輻射1.電離輻射誘變●包含

射線、

射線和中子等粒子輻射，還包含r射線和

射線等電磁波輻射。中子誘變效果最好。依據(jù)輻射（照射）方法，可分為“內(nèi)”和“外”照射。

50醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第50頁○外照射即輻射源與接收照射物體之間要保持一定距離，讓射線從物體之外透入物體之內(nèi)，在體內(nèi)誘發(fā)基因突變。

射線、r射線和中子都適合用于“外照射”?！饍?nèi)照射即用浸泡或注射方法，使其滲透生物體內(nèi)，在體內(nèi)放出

射線進(jìn)行誘變。

51醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第51頁和射線穿透力很弱，故只能用“內(nèi)照射”。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，普通不用射線，只用射線。射線慣用輻射源是P32和S35，尤以P32使用較多●電離輻射致變機(jī)理照射→原發(fā)電離→次級(jí)電離→基因分子結(jié)構(gòu)改組→基因突變●輻射劑量及表示方法

○定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量被照射物質(zhì)所吸收能量數(shù)值，稱為輻射劑量。52醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第52頁○射線和r射線：用“倫琴”（r）表示，即在1克空氣中吸收83爾格（erg）輻射能量。

○中子：?jiǎn)挝皇恰胺e分流量”。即每平方厘米截面上經(jīng)過中子數(shù)（n/cm2）。

○射線：用“微居里”表示。詳細(xì)是每克物質(zhì)吸收多少“微居里”（cu）放射性同位素。微居里是放射強(qiáng)度單位，表示每秒鐘有3-7×104個(gè)原子核發(fā)生蛻度。53醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第53頁△基因突變頻率與輻射劑量成正比，即劑量增加一倍，突變頻率增加一倍，但突變率不受輻射強(qiáng)度影響?！褫椛鋸?qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)照射劑量數(shù)，即劑量率，倘若照射劑量不變，不論單位時(shí)間內(nèi)所照射是多還是少，基因突變率總是保持一致。原理：物理激發(fā)－－產(chǎn)生自由基和自由原子－－造成核酸和蛋白質(zhì)分子損傷－－DNA或染色體改變

54醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第54頁2.非電離輻射誘變

●種類：UV

●作用機(jī)理激發(fā)作用→離折→配對(duì)差錯(cuò)→突變主要是在相鄰兩個(gè)堿基之間產(chǎn)生光生成物－－－嘧啶二聚體，如胸腺嘧啶二聚體，從而影響DNA復(fù)制?！襁m用微生物、配子

55醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第55頁（二）化學(xué)原因誘變●簡(jiǎn)史1941年Auerbach和Robson第一次發(fā)覺芥子氣能夠誘發(fā)基因突變。1943年Oehlkers第一次發(fā)覺氨基甲酸乙酯(NH2COO2H5）能夠誘發(fā)染色體結(jié)構(gòu)變異●化誘特點(diǎn)

一些化學(xué)藥品誘變作用是有特異性，即一定性質(zhì)藥品能夠誘發(fā)一定類型變異。

56醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第56頁●化誘物質(zhì)種類與作用機(jī)理

○烷化劑：甲基磺酸乙酯[EMS，CH3SO4（OC2H5）]、硫酸二乙酯[DES，SO2(OC2H5)2]、乙烯亞胺（EI）等。它們都有含有一個(gè)或多個(gè)不穩(wěn)定烷基（C2H5），這些烷基能移到電子密度較高其它分子中去，這種經(jīng)過烷基置換其它分子氫原子作用，叫做烷化作用。烷化劑就是經(jīng)過這種烷化作用而改變基因分子結(jié)構(gòu)，從而造成基因突變。57醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第57頁如甲基黃酸乙脂（EMS）,氮芥(NM),甲基黃酸甲脂（MMS）,亞硝基胍（NG）等，它們作用是使堿基烷基化，EMS使G第6位烷化，使T第4位上烷化，結(jié)果產(chǎn)生O-6-E-G和O-4-E-T分別和T、G配對(duì)，造成G∶C對(duì)轉(zhuǎn)換成A∶T對(duì)；T∶A對(duì)轉(zhuǎn)換成C∶G

58醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第58頁

○堿基類似物：5-溴尿嘧啶（Bu）、5-溴脫氧尿核苷（BudR）、2-氨基嘌呤（Ap）等。前二者是胸腺嘧啶（T）類似物，后一個(gè)是腺嘌呤（A）類似物。其作用機(jī)理是它們分子結(jié)構(gòu)與基因分子堿基相同，它們?cè)诓环恋K基因復(fù)制情況下作為組成基因成份參入到基因分子中去。因?yàn)樗鼈兣c堿基不一樣，它們會(huì)在復(fù)制時(shí)發(fā)生偶然配對(duì)上差錯(cuò)，從而造成基因突變。59醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第59頁如：5-溴尿嘧啶和T很相同，僅在第5個(gè)碳元子上由Br取代了甲基5-BU有，酮式，烯醇式兩種異構(gòu)體，可分別與A及G配對(duì)結(jié)合60醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第60頁

○抗生素：重氨絲氨酸、絲裂霉素C，它們含有破壞基因分子結(jié)構(gòu)能力，因而造成染色體斷裂。當(dāng)前少用。

誘變方式●妨礙DNA某一成份合成→DNA結(jié)構(gòu)改變。如5-氨基尿嘧啶（妨礙嘧啶合成）如6-巰基嘌呤（妨礙嘌呤合成）●堿基類似物替換DNA分子中不一樣堿基→堿基對(duì)改變。堿基類似物：5-溴尿嘧啶（5BU）→替換●直接改變DNA一些特定結(jié)構(gòu)烷化劑：烷基→與堿基結(jié)合→改變氫鍵結(jié)合能力→T-烷基鳥嘌呤→TGT（腺腺嘧啶）→AT（GC-AT替換）61醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第61頁（三）生化突變1、紅色面包霉生化突變型Beadle紅色面包霉生化突變型●野生型：基本培養(yǎng)基●突變型(a)：基本培養(yǎng)基+精氨酸●突變型(c)：基本培養(yǎng)基+瓜氨酸(精氨酸)●突變型(o)：基本培養(yǎng)基+鳥氨酸(精+瓜)

推理●紅色面包霉在合成它生活所需物質(zhì)時(shí)，要經(jīng)過一系列生化過程，而每一個(gè)系列化過程又由一定基因所控制。62醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第62頁●依據(jù)以上試驗(yàn)，能夠推論精氨酸合成步驟與基因關(guān)系大致為：o鳥氨酸c瓜氨酸a精氨酸→蛋白質(zhì)由此能夠看出，從鳥→精合成最少需要A、C、O三個(gè)基因，其中一個(gè)基因發(fā)生突變，精氨酸是不會(huì)合成，這個(gè)試驗(yàn)證實(shí)了基因與新陳代謝關(guān)系。Beadle1941年依據(jù)這個(gè)試驗(yàn)研究，說明基因是經(jīng)過酶作用來控制性狀，于是提出“一個(gè)基因一個(gè)酶”假說，把基因與性狀二者聯(lián)絡(luò)起來。63醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第63頁●幾個(gè)基本概念○生化突變，因?yàn)檎T變?cè)蛴绊懺斐缮锎x功效變異。○營(yíng)養(yǎng)缺點(diǎn)型（auxotroph）：誘變而造成生物在特定營(yíng)養(yǎng)下才能生長(zhǎng)?！鹨吧突蛟B(yǎng)型（prototroph）2、紅色面包霉生化突變判定方法64醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第64頁1234511109867121314158、+維生素9、+氨基酸12、+硫胺素13、+吡醇素14、+泛酸15、+肌醇65醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第65頁三、誘發(fā)突變與人類癌癥AFB1－－肝癌，UV－－皮膚癌腫瘤抑制基因發(fā)生突變則會(huì)致癌當(dāng)代生活中致癌物：藥品、化裝品、食物防腐、殺蟲劑、工業(yè)試劑等?，F(xiàn)已發(fā)覺有175種致癌劑。66醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第66頁四、基因人工定點(diǎn)突變(定點(diǎn)誘變）伴隨寡聚脫氧核糖核酸化學(xué)合成法最新進(jìn)展，應(yīng)用合成寡聚核苷酸片段作為誘變劑，誘發(fā)基因或DNA片段中特定核苷酸發(fā)生突變所謂定點(diǎn)突變技術(shù)，已成為研究基因結(jié)構(gòu)與功效關(guān)系最準(zhǔn)確、最有效伎倆之一。它能夠依據(jù)人們?cè)O(shè)計(jì)高頻率地誘發(fā)某一特定核苷酸部分發(fā)生突變，而且此發(fā)生突變類型能夠嚴(yán)格地取決于人們預(yù)先設(shè)計(jì)。67醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第67頁體外定點(diǎn)突變1985年加拿大MichaelSmith建立，于1993年取得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。詳細(xì)方法有三種：（1）聚核苷酸介導(dǎo)用單鏈模板定點(diǎn)突變；（2）雙引物法定點(diǎn)突變；（3）用摻入U(xiǎn)單鏈為模板進(jìn)行聚核苷酸介導(dǎo)體外定點(diǎn)突變。68醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第68頁69醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第69頁用Ames法檢測(cè)誘變劑70醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第70頁1、Ｍ１３載體法原理：M13載體法原理是利用人工合成帶突變位點(diǎn)寡聚核苷酸作為引物，利用M13噬菌體載體系統(tǒng)合成突變基因。詳細(xì)地說就是將待誘變基因克隆在M13噬菌體載體上，另外，人工合成一段改變了堿基次序寡核苷酸片段（8~18bp），以此作為引物，在體外合成互補(bǔ)鏈，再經(jīng)體內(nèi)擴(kuò)增基因，經(jīng)此擴(kuò)增出來基因即是突變了基因。71醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第71頁72醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第72頁2、ＰＣＲ法：ＰＣＲ法原理也是利用人工合成帶突變位點(diǎn)誘變引物，經(jīng)過ＰＣＲ擴(kuò)增而取得定點(diǎn)突變基因或ＤＮＡ片段。PCR定點(diǎn)誘變法可分為重組PCR定點(diǎn)誘變法和大引物誘變法兩種。重組PCR定點(diǎn)誘變法：該方法是利用四種引物，三輪PCR反應(yīng)來進(jìn)行。操作較為繁瑣。大引物誘變法：該方法是利用三種引物，兩輪PCR反應(yīng)來進(jìn)行。73醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第73頁74醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第74頁第四節(jié)生物體修復(fù)機(jī)制1、DNA防護(hù)機(jī)制（1）簡(jiǎn)并密碼子CUA→UUA亮氨酸（2）回復(fù)突變（3）抑制（4）致死和選擇

75醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第75頁2、DNA修復(fù)（1）光修復(fù)（2）暗修復(fù)（切除修復(fù)）（3）重組修復(fù)（4）SOS修復(fù)

76醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第76頁(1)光復(fù)活作用（photoreactivation）：經(jīng)UV照射后細(xì)菌等細(xì)胞假如暴露在可見光下時(shí)，存活數(shù)顯然大于在黑暗中培養(yǎng)同一處理物。這是因?yàn)榧?xì)胞中含有一個(gè)可見光激活酶，稱光復(fù)合酶。這種酶可與經(jīng)UV照射過ＤＮＡ黑暗中結(jié)合，假如經(jīng)可見光激活便可將二聚體分開來，同時(shí)酶脫離ＤＮＡ。光復(fù)活過程已在細(xì)菌、酵母、原生動(dòng)物、哺乳動(dòng)物乃至人類細(xì)胞中發(fā)覺。77醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第77頁78醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第78頁(2)暗復(fù)活（darkreactivation）：又稱切補(bǔ)修復(fù)（excisionrepair），所謂暗復(fù)活是指修復(fù)ＤＮＡ損傷并不需要光激活作用，而不是指修復(fù)過程必須在暗中進(jìn)行。這一過程大約有四個(gè)酶參加，即首先由核酸內(nèi)切酶作用下在ＤＮＡ損傷部位造成單鏈斷裂，然后在核酸外切酶作用下切除二聚體及周圍少數(shù)幾個(gè)核苷酸，而后在DNApolI或Ⅱ作用下修補(bǔ)缺口，最終由連接酶連接成一個(gè)完整ＤＮＡ雙鏈。79醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第79頁80醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第80頁(3)重組修復(fù)（recombinationrepair）：重組修復(fù)是在DNA復(fù)制情況下進(jìn)行，所以又稱復(fù)制后修復(fù)。過程大致是：①帶有二聚體ＤＮＡ單鏈仍可做為模板進(jìn)行DNA復(fù)制，不過子代DNA鏈中在與二聚體對(duì)應(yīng)部位出現(xiàn)空隙。②有缺口子代DNA鏈與另一完整母鏈進(jìn)行重組，空隙由母鏈來片段填補(bǔ)而將空隙轉(zhuǎn)移給母鏈。③重組后，空缺已不再對(duì)著二聚體部位，而是面對(duì)著另一正常單鏈，此時(shí)在ＤＮＡ多聚酶和連接酶作用下便可完成修復(fù)過程。81醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第81頁這種重組修復(fù)并沒有從親代ＤＮＡ中除去二聚體，在以后復(fù)制中還必須經(jīng)過重組修復(fù)過程。不過伴隨復(fù)制繼續(xù)，損傷ＤＮＡ鏈將在群體中逐步“稀釋”。82醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第82頁(4)ＳＯＳ修復(fù)系統(tǒng)：這是一個(gè)傾向于基因突變修復(fù)過程，假如將經(jīng) UV照射λ噬菌體感染經(jīng)UV輕度照射E.coli能夠看到噬菌體存活數(shù)和突變型都比感染不經(jīng)UV照射E.coli為高。這一事實(shí)說明經(jīng)UV輕度照射E.coli細(xì)胞中出現(xiàn)一個(gè)對(duì)于噬菌體DNA損傷修復(fù)功效，可是在修復(fù)過程中卻帶來了基因突變。這是一個(gè)帶來差錯(cuò)修復(fù)，認(rèn)為是細(xì)菌對(duì)外界環(huán)境應(yīng)急反應(yīng)，故稱ＳＯＳ修復(fù)系統(tǒng)。SOS修復(fù)系統(tǒng)也作用于細(xì)菌本身DNA。83醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座第83頁DNA損傷修復(fù)缺點(diǎn)：DNA損傷修復(fù)缺點(diǎn)將帶來嚴(yán)重后果?？稍斐杉?xì)胞突變，甚至死亡。人DNA損傷修復(fù)缺點(diǎn)也將帶來各種疾病。如著色性干皮病（xerodermapigmentosum,XP）是一個(gè)常染色體隱性遺傳?。ˋR）。該病病人是因?yàn)榕cDNA損傷修復(fù)相關(guān)基因突變引發(fā)，90%病人在20歲之前就已經(jīng)發(fā)生了皮膚癌。84醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)基因突變專家講座