3理解基因突變的檢測方法

1、第十章 基因突變一、 教學目的與要求： （1）了解基因突變的類型和性質(zhì)、特征（2）掌握基因突變分子機理和誘變因素的作用方式（3）理解基因突變的檢測方法(4) 掌握基因突變的修復途徑 二、教學重點、難點、疑點：1.突變的概念、類型和性質(zhì)2.誘發(fā)突變的分子基礎(chǔ)3.誘發(fā)突變與人類癌癥4.生物體基因突變的修復機制5.果蠅基因突變的檢出6.植物基因突變的檢出7.人類基因突變的檢出解決方法（1）通過出示基因結(jié)構(gòu)變化的示意圖，加深學生對基因突變內(nèi)涵的理解。（2）課堂教學中不斷提出問題，讓學生通過概念的運用達到鞏固概念和知識遷移的目的。2教學難點及解決辦法基因突變的原因。解決辦法 對人類鐮刀型細胞貧血癥病因結(jié)

2、合圖解進行分析，使學生真正明白基因突變的原因DNA復制過程也可能發(fā)生差錯，基因中個別堿基的變化，就會造成性狀改變。3教學疑點及解決辦法為什么說基因突變是變異的主要來源？解決辦法講明基因突變與基因重組的區(qū)別，聯(lián)系實際舉例。 三、教學方法設(shè)計： 四、教具或教學手段： 多媒體課件 五、教學過程與板書設(shè)計：第一節(jié) 基因突變的概念和特征一、基因突變的概念及類別1、基因突變：指在染色體上一定位點基因內(nèi)部的化學變化引起的突變基因突變：指染色體上一定位點基因內(nèi)部的化學變化引起的突變2、類別隱性突變：A a顯性突變：a A 自發(fā)突變 外界環(huán)境條件的自然作用或生物體內(nèi)的生理生化變化而產(chǎn)生的突變 誘發(fā)突變 在專門誘

3、變因素影響引起的突變，為“誘發(fā)突變” 形態(tài)突變型 可見突變：指造成外形改變的突變型至死突變型 能造成個體死亡或生命力明顯下降的突變型條件突變型 在一定條件下有致死效應3.一般特征 突變的頻率：指生物體在每一世代中發(fā)生突變的機率，或者在一定時間內(nèi)突變可能發(fā)生的次數(shù)。高等植物 10-5 10-8細菌和噬菌體 10-410-10 范圍大、突變頻率比動植物高例如：氨基酸過程中三種疾病是由三種基因突變導致酶發(fā)生變化引起的，有一定的突變頻率苯丙氨酸羥化酶缺乏導致苯丙酮尿癥 ；尿黑尿酸氧化酶缺乏會產(chǎn)生尿黑酸尿癥；酪氨酸酶缺乏導致白化病 苯丙氨酸羥化酶 苯丙酮酸苯丙氨酸 酪氨酸 積累 尿黑尿酸氧化酶 酪氨酸酶

4、 苯丙酮尿癥 尿黑酸 黑色素 延胡索酸+乙酰乙酸突變頻率不是固定不變的，受生理、外界環(huán)境的影響溫度：025，溫度每增加1突變頻率提高二倍年份：儲存了67年的大麥種子500r射線后比新種子高15倍 突變發(fā)生的時期：體細胞 性細胞 突變越早，表現(xiàn)的性狀越明顯 突變的多向性：雖然是多向性的，但不是可以任意發(fā)生突變，突變的方向受構(gòu)成基因的化學物資、物質(zhì)的制約。 突變的重演性：同種生物中相同基因的突變可以在不同的個體中重復出現(xiàn)，這稱為突變的重組性。 突變的可逆性： A a 隱性突變（正向突變） 多 a A 顯性突變（回復突變） 少任何離開野生型等位基因的變化為正向突變（forward m.）與正向突變概

5、念相對的是任何回復到野生型的變化稱為顯性突變或回復突變（reverse m）。這一點與染色體缺失造成的突變不同?；蛲蛔兛梢缘玫交謴?，而染色體缺失不能得到恢復。 突變的有利性與有害性：大多數(shù)突變?yōu)椴焕谏锷L的突變。原因是，長期適應和選擇保留了有利性狀，一旦突變變?yōu)椴焕誀睢Ｉ贁?shù)有利性狀：高桿 矮桿；有害與有利是相對第二節(jié) 突變檢測大突變：控制質(zhì)顯性性狀的基因突變?yōu)榇笸蛔儭Ｎ⑼蛔儯嚎刂茢?shù)顯性性狀的基因突變?yōu)槲⑼蛔?。一、植物的顯性和隱性突變出現(xiàn)的一般規(guī)律。等位基因在一般情況只有其中的一個基因發(fā)生突變，另一個不突變。如何檢測發(fā)生了那種突變，如何選出突變的純合體，是要跟據(jù)突變體出現(xiàn)的早晚和基因純和

6、速度快慢來判斷。顯性突變 親本 dd Dd M1 突變一代 （長桿植株）在M1代表現(xiàn)出來 DD Dd dd M2 （純合與雜合混在一起 ） DD DD Dd dd M3（獲得純合突變體） M3代才能獲得純合植株。 顯性突變M1代出現(xiàn)，M3代檢出 親本 AA Aa M1（沒有表現(xiàn)） AA Aa aa M2 (表現(xiàn)純合)隱性突變比顯性突變表現(xiàn)的晚一代，但純和速度早一代。二 果蠅突變的檢出 1、性連鎖基因突變的檢出- ClB品系方法主要用來檢測X染色體上是否發(fā)生了致死突變、隱性突變等。ClB是指果蠅的某個品系，X染色體上有一個較大的倒位，記做C,后代中也保持這個倒位環(huán)。l為X染色體的隱性致死基因,雄

7、個體有l(wèi)基因時不能存活。而雌蠅僅有一個l基因時存活。B是X染色體上一個標記棒眼性狀的基因。ClB方法：第一步：CIB雌蠅與被檢測雄蠅雜交后代雌蠅雄蠅 = 21，雌蠅中一半是棒眼，由于被檢測出的chr均在雌蠅上，都有對應的等位基因，所以不能檢測出是否發(fā)生了致死突變。第二步：選出棒眼雌蠅×一般雄蠅（非被檢測雄蠅） 如果在被檢測的X染色體上發(fā)生了致死突變，F(xiàn)2無雄性 X染色體發(fā)生了隱性突變，雄蠅則全部帶有該隱性突變性狀。雌蠅一半棒眼，一半野生 如果X染色體沒有發(fā)生隱性突變，雌蠅棒眼野生=11，野生雄蠅僅為雌蠅一半2 常染色體基因突變的檢出 平衡致死系統(tǒng)法 第二對染色體 cy + cy +

8、純合致死 第二對染色體另一位點+ S + S 純合致死 cy+ + S雜合時不致死cy +×+ SF1 雌cy+ +S雄cy+ + S從F1代中選出翹翅雄蠅再與平衡致死的品系雌蠅成對飼養(yǎng)。Cy × cy + + S B1 cy + + Scy +cy + + S cy + cy + cy + + S 在B1代選翹翅雌蠅和翹翅雄蠅互交。cy + cy + .×F3 cy + cy + cy + cy + cy +cy + （1）如果F3只有翹翅類型證明只有 cy + 雜合體，那么被檢測雄蠅染色體上發(fā)生了隱性致死突變（2）如果F3有2/3翹翅類型，有1/3野生型說明沒

9、有發(fā)生致死突變，也沒有隱性突變（3）如果有2/3的翹翅類型，1/3突變類型，說明發(fā)生了隱性突變。3 微生物基因突變的檢出-營養(yǎng)突變的篩選營養(yǎng)缺陷型只能在基本培養(yǎng)基上生長，不能在某一缺營養(yǎng)培養(yǎng)基上生長。在完全培養(yǎng)基上能生長，在基本培養(yǎng)基上不能生長，證明發(fā)生了突變。4 、人類基因突變的檢出離子法、芯片法、PCR 技術(shù)（見基因組學部分）第三節(jié) 誘變因素及作用機理 誘發(fā)突變：是有機體暴露在誘變劑中引起的遺傳物質(zhì)改變誘變劑：能誘發(fā)生物體變異的理化條件稱誘變劑 一、 物理誘變因素及作用機理 1927年Muller用X射線處理果蠅精子，證明X射線可以誘發(fā)突變這一結(jié)論為輻射遺傳學奠定了基礎(chǔ)。因此Muller在

10、1941年獲得了諾貝爾獎。差不多同一時期Ctadler用X射線、射線處理大麥和玉米種子，也得到了相似的結(jié)果。隨著研究的深入，人們已經(jīng)知道、中子及紫外線等均有不同程度的輻射作用。用這些誘變劑進行輻射研究又解決了以下幾個方面的問題 可提供誘發(fā)突變的有效方法 研究誘變的過程及誘變的機理 證明輻射不僅對人體有害，而且更重要的是影響后代電離輻射 ionization radiotion非電離輻射 unionizating1、 電離輻射（1） 輻射源粒子射線：、射線、中子電磁輻射：射線、X 射線X射線：帶正電的粒子束2-9百萬電子伏特（MeV） 高能電子，質(zhì)量大，穿透力弱，在生物細胞中僅穿透十分之幾mm，

11、但因能量大，具有較大的電離作用，如氫原子核。射線：帶負電的粒子構(gòu)成的電子流，能量也較大，幾百萬電子伏特，有較大的穿透能力。中子：不帶電的質(zhì)點，按所帶的能量可分為快中子、慢中子。中子是在反應堆回旋加速中產(chǎn)生的。如鐳中子源可產(chǎn)生中子流電磁輻射：不帶電核的射線、X射線是一種電磁，具有很大能量和光一樣的速度。（2） 電離作用：電離作用是從中性原子或分子形成離子的過程稱為電離作用。 影響電離作用大小的因素：輻射劑量（倫琴表示）定義：1的照射可使1cm3的標準狀態(tài)的干燥空氣產(chǎn)生一個靜電單位的電離量。輻射劑量越大，電離作用越大射程：從粒子進入物質(zhì)到能量被吸收最后停止，這段距離稱粒子在該物質(zhì)內(nèi)的射程。射程越大

12、，分子和原子的電離作用越大輻射強度：單位時間內(nèi)照射劑量。大劑量短時間照射比比相同劑量多次長時間照射容易引起突變。： 粒子照射到物質(zhì)之后，它的分子或原子的核外電子丟失，丟失的電子的原子或分子成為常正電的陽離子，而被激出的電子被其他的中性原子所捕獲，形成帶負電的陰離子。（3）、電離作用對生物體遺傳物質(zhì)的影響 電離輻射誘發(fā)生物變異的全過程分四個階段物理學階段： 指能量從輻射源傳遞到生物細胞內(nèi)，使細胞內(nèi)的各種分子發(fā)生電離和激發(fā)。電離作用物理化學階段：是儲存能量的遷移和生物大分子損傷形成的輻射化學過程。在這一過程中形成許多特別活躍的自由基和自由原子，其中水 是最多的，所以水分子中產(chǎn)生的離子對一系列復雜的

13、反應起重要的作用。水射解水的電離過程又稱水的射解H2oH2o+e+電離H2OeH2O -(水負離子) 水中正負電子對形成了水的射解H2O +HO H0氫O H自由基H2 O - H0O H- 水自由基與離子團結(jié)合OH0H0H2 O OH-H+ H2 O OHoOH+H2 O2 水的射解之后，形成的許多自由基對大分子產(chǎn)生影響，尤其產(chǎn)生氧化物。生物學階段a輻射作用于細胞分裂間期，核物質(zhì)，染色質(zhì)有的部位空泡化或出現(xiàn)成團現(xiàn)象。b輻射作用于細胞分裂中期染色體粘合松弛斷裂 輻射作用于細胞分裂后期可見染色體橋梁片段缺失倒為易位重復等結(jié)構(gòu)變異c輻射引起染色體數(shù)目的改變形成多倍體或單倍體個體發(fā)生的表觀型發(fā)生改變

14、或突變個體不育或死亡體的細胞活力下降生長勢小。d輻射對DNA結(jié)構(gòu)的影響，堿基發(fā)生替代，堿基之間的化學鍵發(fā)生變化，糖和磷酸之間的鍵發(fā)生變化，使染色體和DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。e對細胞質(zhì)的影響，使細胞膜透性增加，細胞質(zhì)外滲，或粘滯度加大，影響物質(zhì)運輸，代謝紊亂。 2、非電離輻射：輻射過程中不引起電離，但可以突變（1）輻射源：紫外線電磁波，帶電量低近3-5eV，穿透力弱，不足以引起電子發(fā)生電離 .照射時有效的波長為270nm，植物和微生物誘變作用（ultraviole,UV）。30%的紫外線又穿過珠花粉壁，8%可穿透膜。（2） 誘變機理：直接作用分子活化化學鍵變化間接作用甲物質(zhì)被活化能量乙物質(zhì)化學變化

15、胞腺嘧啶二聚體，阻止DNA正常識別和轉(zhuǎn)錄、 翻譯或錯誤復制。 胞嘧啶與水分子發(fā)生水合作用化學鍵發(fā)生斷裂，主要是配對的堿基化學鍵斷裂；糖和磷酸之間的鍵斷裂。 二、化學誘變1、化學誘變劑的種類（1） 烷化劑： 有一個或幾個不穩(wěn)定的甲基、已基烷基團能與核酸中的堿基發(fā)生化學反應，引起堿基配對的轉(zhuǎn)換。（2） 堿基類似物：分子結(jié)構(gòu)與DNA上的堿基相似，當DNA復制時，可作為堿基插入引起突變。（3）嘧啶類染料：使分子DNA上減少或增加一、二個堿基，引起堿基的移碼突變，發(fā)生轉(zhuǎn)錄和翻譯錯誤誘變。2、作用的機理DNA模型確定后，基因突變是由于和甘酸順序發(fā)生變化，可以發(fā)生兩種形式的改變，堿基突變（base subs

16、titution ）和移碼突變(frameshift mutation ).顯然引起這兩種改變的因素很多，但研究較為清楚的是化學誘變。（1）、堿基類似物（base analogues） 某些化合物結(jié)構(gòu)上與堿基類似，有時會代替正常的堿基，插入DNA分子后，配對不同于正常堿基，DNA序列中該位置插入不正確的堿基。 堿基替換轉(zhuǎn)換transitions顛換trans versions引起轉(zhuǎn)換的誘變劑為：5溴尿嘧啶、亞硝酸、烷化劑2氨基嘌呤 、5氟尿嘧啶、 5氯尿嘧啶2氨基嘧啶 2AP引起顛換的誘變劑為：甲基磺酸已酯 亞硝酸甲基脲等例：5溴尿嘧啶、5BU與胸腺嘧啶有類似的結(jié)構(gòu)Ecd ：在含有5BU 的培

17、養(yǎng)基上培養(yǎng)后，DNA中的胸腺嘧啶被5BU取代，5BU域多，突變細菌域多，以后在不含有5BU的培養(yǎng)基上仍保持突變性狀，如何解釋這一現(xiàn)象：5BU 稀醇式與 G配對5BU 酮式 與 A配對（2）亞硝酸（HNO2）脫氨作用（3）烷化劑特異性錯配和脫氨作用芥子氣對噬菌體細菌鏈孢霉、蠶和果蠅都有誘變作用亞硝基胍（CN），甲磺酸已脂，硫酸二已脂機理：給鳥嘌呤添加已基或甲基。使其像A與T配對鳥嘌呤烷化后，還易造成烷化的嘌呤被脫掉，造成脫嘌呤作用留下一個缺口，影響DNA的復制或核苷酸序列縮短造成移碼突變。同一DNA分子或兩個DNA分子之間產(chǎn)生交聯(lián)，使一個或幾個核苷酸丟失或切除（4）嵌合劑的致突變作用誘變劑：丫啶

18、橙、原黃素、黃素等染料均含有丫啶環(huán)結(jié)構(gòu)與堿基差不多能嵌入DNA分子，引起插入缺失，造成移碼突變（frame shift mutations）丫啶染料嵌如DNA分子偶，使DNA分子歪斜，在遺傳重組排列不齊，不是完全的同源部分對齊再發(fā)生交換，而是發(fā)生錯誤，造成不等價交換，最終使一條鏈長，一條短。三、 堿基突變對遺傳信息的影響1 mRNA 上的堿基替代 同義關(guān)系（same senses mu.）不引起氨基酸種類變化的堿基替代稱為同義關(guān)系GAU GAC 天冬氨酸 錯義關(guān)系（miss sense mu.）能轉(zhuǎn)移出另一種氨基酸的堿基替代城 四、DNA損傷的修復在自然界中，有自發(fā)突變和誘發(fā)引起的DNA損傷，

19、但是在長期進化過程中，生物體本身還可以形成各種酶促系統(tǒng)來修復或糾正偶然發(fā)生的DNA復制錯誤或DNA損傷，修復系統(tǒng)又可以是DNA的一種安全保障系統(tǒng)。有時按原樣修復不引起突變，有時不按原樣修復引起突變，所以說突變是損傷和修復相互作用的結(jié)果。一、紫線外射對DNA損傷的修復。 紫外線可以引起細菌死亡并與照射劑量成正比，但經(jīng)可見光照射，細菌又部分能活過來，這是光能修復輻射損傷的實驗。1. 光復活：紫外線照射引起的DNA損傷，在可見光或黑暗條件下得到恢復的現(xiàn)象。光復活過程中，主要是光復活酶PR酶催化二聚體分解成胸腺嘧啶的過程。 2. 切除修復(excision repair)：也稱作核苷酸外切修復，是一種

20、取代紫外線等輻射物質(zhì)所造成的損傷部位的暗修復系統(tǒng)。因為所需的酶都不需要可見光。所以這種修復也叫暗修復。第一步：一種特定的識別而聚提位置的酶在二聚體附近將一條鏈切斷造成缺口。第二步：DNA多聚酶的未受傷的DNA鏈為模板，合成新的片段，彌補DNA缺口。DNA合成的方向是5 3第三步：專一性的核酸外切酶切除含有二聚體的一段核苷酸鏈。第四步：連接酶把缺口封閉，DNA回復 例如：人的色素性干皮癥，對陽光特別敏感，皮膚發(fā)病率大大提高，說明缺乏修復能力。著色性干皮癥：是一種光敏感遺傳病，由常染色體隱性基因決定，基因定位在1q，但13號、19號染色體有控制修復G，隱性純合體對陽光極度敏感皮膚暴露。患者在陽光中

21、極易發(fā)生色素沉著、萎縮、角化過度和癌變?；颊咴陉柟庵袠O易患皮膚癌，基底細胞瘤，鱗狀上皮細胞瘤最為常見，伴有神經(jīng)系統(tǒng)疾病，這兩種病在50%病中見到、20歲之前90%的人類皮膚癌。3. 重組修復：DNA損傷通過DNA分子間的重組進行的修復稱重組修復。第一步：DNA復制越過嘧啶二聚體，在二聚體的部位留下缺口。第二步：核酸內(nèi)切酶與完整的DNA鏈上形成一個切口，使有切口的DNA鏈與二聚體的越過位置的鏈互換。第三步：二聚體對面的缺口由新合成的片段補充。第四步：連接酶使新片段與舊片段連接，重組修復完成。 人的色素性干皮癥是典型的切除二聚體能力缺損帶來的疾病，現(xiàn)已查明，切除修復系統(tǒng)中的8個基因中任何一個基因缺陷就會造成內(nèi)切核酸酶功能失活，少數(shù)病人因復制后修復缺陷造成細胞死亡，染色體斷裂、突變及癌變等一系列效應。但重復修復并沒有切除TT二聚體，第二次復制時，留在母鏈中的二聚體仍通過上述過程完成。4. SOS修復：是DNA分子受較大范圍損傷而修復受抑