普通遺傳學基因突變

1、第四節(jié)第四節(jié) 真菌類的連鎖與交換真菌類的連鎖與交換第五節(jié)第五節(jié) 連鎖遺傳規(guī)律的應用連鎖遺傳規(guī)律的應用(一)、果蠅眼色基因W/w的遺傳(二)、人類X染色體性連鎖遺傳-紅綠色盲(三)、限性遺傳(四)、從性遺傳二、二、 性連鎖性連鎖(sex linkage)(sex linkage)一、性染色體與性別決定一、性染色體與性別決定第六節(jié)第六節(jié) 性別決定性別決定(sex determination)(sex determination)與性連鎖與性連鎖 (sex (sex linkage)linkage)第一節(jié)第一節(jié) 基因突變的概念基因突變的概念第二節(jié)第二節(jié) 基因突變的一般特征基因突變的一般特征第三節(jié)第三

2、節(jié) 基因突變與性狀表現(xiàn)基因突變與性狀表現(xiàn)第四節(jié)第四節(jié) 基因突變的鑒定基因突變的鑒定第五節(jié)第五節(jié) 基因突變的分子基礎基因突變的分子基礎第六節(jié)第六節(jié) 基因突變的誘發(fā)基因突變的誘發(fā)第七節(jié)第七節(jié) 轉(zhuǎn)座因子轉(zhuǎn)座因子 第五章第五章 基因突變基因突變遺傳變異：遺傳變異： 基因重組基因重組 基因突變基因突變 染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目變異染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目變異摩爾根等摩爾根等19101910年發(fā)現(xiàn)年發(fā)現(xiàn)果蠅眼色的突果蠅眼色的突變變(W(Ww w) )，并進行鑒定與分析，從而并進行鑒定與分析，從而明確證實基因突變的存在。明確證實基因突變的存在。第一節(jié)第一節(jié) 基因突變的概念基因突變的概念基因突變基因突變(gene mutat

3、ion)：染色體上某一基因位點內(nèi)部發(fā)染色體上某一基因位點內(nèi)部發(fā)生了化學性質(zhì)生了化學性質(zhì)(結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu))的變化，與原來基因形成的變化，與原來基因形成對性關系對性關系。例如：植物高稈基因例如：植物高稈基因D突變?yōu)榘捇蛲蛔優(yōu)榘捇騞。經(jīng)典遺傳學認為：基因是一個經(jīng)典遺傳學認為：基因是一個“點點”，在染色體上具有一，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，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，基因突變又稱為變又稱為 “點突變點突變”(point mutation)

4、。第一節(jié)第一節(jié) 基因突變的概念基因突變的概念基因突變的發(fā)生：基因突變的發(fā)生： 自然發(fā)生自然發(fā)生：自然界的因素；：自然界的因素； 人工誘發(fā)人工誘發(fā)：理化因素，：理化因素，更高更高突變頻率突變頻率(EMS)?；蛲蛔冃纬傻幕蛲蛔冃纬傻牟煌任换蚣跋鄬π誀畈町惒煌任换蚣跋鄬π誀畈町愂侨藗儼l(fā)現(xiàn)該基因是人們發(fā)現(xiàn)該基因( (位點位點) )存在的前提；存在的前提；是是生物進化生物進化過程中自然選擇的最根本基礎；過程中自然選擇的最根本基礎；是生物是生物遺傳育種遺傳育種的重要基礎。的重要基礎。 矮稈基因的利用；矮稈基因的利用； 植物雄性不育基因植物雄性不育基因(細胞質(zhì)基因突變細胞質(zhì)基因突變)的利用。的利

5、用。第一節(jié)第一節(jié) 基因突變的概念基因突變的概念突變體: 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，稱為突變體或突變型突變體或突變型(mutant)(mutant)。顯性突變：顯性突變：突變產(chǎn)生的新基因?qū)υ瓉淼幕虮憩F(xiàn)為突變產(chǎn)生的新基因?qū)υ瓉淼幕虮憩F(xiàn)為顯性顯性。隱性突變：隱性突變：突變產(chǎn)生的新基因?qū)υ瓉淼幕虮憩F(xiàn)為突變產(chǎn)生的新基因?qū)υ瓉淼幕虮憩F(xiàn)為隱性隱性。第一節(jié)第一節(jié) 基因突變的概念基因突變的概念第二節(jié) 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：基因突變表現(xiàn)出以下幾個方面的普遍特征：一、突變的重演性一、突變的重演性二、突變的可逆性二、突

6、變的可逆性三、突變的多方向性與復等位基因三、突變的多方向性與復等位基因四、突變的有害性和有利性四、突變的有害性和有利性 五、突變的平行性五、突變的平行性一一 突變的重演性突變的重演性突變的重演性：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；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。不同群體中發(fā)生同一基因突變的頻率相近。突變率表示單位時間內(nèi)（如一個突變率表示單位時間內(nèi)（如一個生物世代生物世代或或細胞世代細胞世代內(nèi)）某內(nèi)）某一基因突變發(fā)生的一基因突變發(fā)生的概率概率。 有性生殖生

7、物突變頻率通常是用有性生殖生物突變頻率通常是用配子發(fā)生突變配子發(fā)生突變的概率表示；的概率表示； 細菌與單細胞生物突變頻率用細菌與單細胞生物突變頻率用細胞發(fā)生突變細胞發(fā)生突變的概率表示。的概率表示。自然突變頻率一般都很低自然突變頻率一般都很低高等生物：高等生物：110-5 110-8。低等生物：低等生物：110-4 110-10。人：人： 110-4110-6。一一 突變的重演性突變的重演性第二節(jié) 基因突變的一般特征一、突變的重演性一、突變的重演性二、突變的可逆性二、突變的可逆性二二 突變的可逆性突變的可逆性基因突變的發(fā)生方向是可逆的。基因突變的發(fā)生方向是可逆的。正突變正突變(forward m

8、utation)：反突變反突變(reverse mutation) :回復突變回復突變(back mutation)。通常用通常用u表示正突變頻率、表示正突變頻率、v表示反突變頻率表示反突變頻率. . 正突變正突變u 野生型野生型=突變型突變型 反突變反突變v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：正突變與反突變發(fā)生的頻率一般都不相同。多數(shù)情況下：正突正突變率總是高于反突變率。變率總是高于反突變率。原因在于：原因在于：正常野生型基因內(nèi)部存在許多可突變部位，任一結(jié)構(gòu)改變正常野生型基因內(nèi)部存在許多可突變部位，任一結(jié)構(gòu)改變均會導致其功能改變；均會導致其功能改變；一旦突變

9、發(fā)生，要一旦突變發(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。突變的部位恢復原狀。二二 突變的可逆性突變的可逆性野生型基因通常是正常、有功能的基因，正突變多為隱性野生型基因通常是正常、有功能的基因，正突變多為隱性突變，是野生型基因的功能喪失突變，是野生型基因的功能喪失功能喪失性突變功能喪失性突變（loss-of-function mutation）。）。 一個基因突變后產(chǎn)生了新的功能功能獲得性突變（gain-of-function mutation）。 無效突變: 突變可能導致野生型基因功能完全喪突變可能導致野生型基因功能完全喪失失無效突變（無

10、效突變（null mutation）；）；滲漏突變:也可能只是部分喪失也可能只是部分喪失滲漏突變滲漏突變（leaky mutation）。）。二二 突變的可逆性突變的可逆性第二節(jié) 基因突變的一般特征一、突變的重演性一、突變的重演性二、突變的可逆性二、突變的可逆性三、突變的多方向性與復等位基因三、突變的多方向性與復等位基因三三 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指基因突變可以多方向發(fā)生，即基因內(nèi)部指基因突變可以多方向發(fā)生，即基因內(nèi)部多個突變部位多個突變部位分分別改變后會產(chǎn)生別改變后會產(chǎn)生多種等位基因多種等位基因形式。形式。例如：例如：A基因不同部位發(fā)生改變產(chǎn)生突變基因基因不同部

11、位發(fā)生改變產(chǎn)生突變基因a1、a2、a3等對等對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。各具不同功能。三三 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復等位基因復等位基因(multiple allele)：同源染色體相同位點上存在同源染色體相同位點上存在3個或個或3個以上等位基因。個以上等位基因。位于同一基因位點上的各個等位基因稱為位于同一基因位點上的各個等位基因稱為復復等位基因等位基因。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

12、；因此復等位基因的各種形式會存在于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生物群體的不同個體不同個體中中。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人類紅細胞表面抗原的特異性由3個復等位基因個復等位基因IA，IB，i 決決定。定。IA，IB對對i均為顯性；均為顯性； IA，IB間為共顯性。間為共顯性。 3種基因種基因兩兩組合可能形成兩兩組合可能形成6種基因型種基因型、4種種紅細胞表面抗原反應類紅細胞表面抗原反應類型型煙草的自交不親和性基因自交不親和性自交不親和性(self-incompatibility)：植物自花授粉不結(jié)實，：植物自花授粉不結(jié)實，而株間授粉

13、可能結(jié)實的現(xiàn)象。而株間授粉可能結(jié)實的現(xiàn)象。 例：例：煙草屬有兩個野生種煙草屬有兩個野生種(Nicotiana forgationa與與N. alata)這一特性由這一特性由15個復等位基因個復等位基因(S1, S2, , S15)控制，稱為自交控制，稱為自交不親和基因。不親和基因。原因是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，上萌發(fā)、伸長，因而不能完成受精過程。即：柱頭對具有相因而不能完成受精過程。即：柱頭對具有相同基因的花粉粒具有同基因的花粉粒具有拮抗作用拮抗作用。野生煙草交配親和性遺傳機理第二節(jié) 基因突變的一般特征一、突變

14、的重演性一、突變的重演性二、突變的可逆性二、突變的可逆性三、突變的多方向性與復等位基因三、突變的多方向性與復等位基因四、突變的有害性和有利性四、突變的有害性和有利性 四四 突變的有害性和有利性突變的有害性和有利性1.1.突變的有害性：突變的有害性：大多數(shù)基因的突變，對生物的生長與發(fā)育大多數(shù)基因的突變，對生物的生長與發(fā)育往往往往是有害的。是有害的。 生物的野生型基因都是正常有功能的；現(xiàn)有的基因是通過長生物的野生型基因都是正常有功能的；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)相對平衡與協(xié)調(diào)狀態(tài)。狀態(tài)。 基因突變可能會導致：基因間及

15、相關代謝過程的協(xié)調(diào)關系被基因突變可能會導致：基因間及相關代謝過程的協(xié)調(diào)關系被破壞。破壞。 生物個體：性狀變異、個體發(fā)育異常、生存競爭與生殖能力生物個體：性狀變異、個體發(fā)育異常、生存競爭與生殖能力下降，甚至死亡下降，甚至死亡致死突變致死突變。Duckling With Rare Gene Mutation Born With 4 Legs. Can it fly? Can it walk?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指發(fā)生突變后會導致特定基因型個體死亡的基因突變。變。大多數(shù)致死突變都為大多數(shù)致死突變都為隱性致死隱性致死(recessive lethal

16、)，只有突變只有突變后代中的隱性純合體才表現(xiàn)為致死的效應。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)為少數(shù)致死突變表現(xiàn)為顯性致死顯性致死(dominant lethal)，帶有突變帶有突變基因的個體都會死亡?；虻膫€體都會死亡。人的神經(jīng)膠癥(epiloia)基因。如果致死突變發(fā)生在性染色體上，將產(chǎn)生如果致死突變發(fā)生在性染色體上，將產(chǎn)生伴性致死伴性致死(sex linked lethal)。小鼠毛色遺傳的顯性致死突變在正常黑色鼠中發(fā)現(xiàn)一種黃色突變型。黃色基因黃色基因(AY)在毛色上表現(xiàn)為顯性，具有在毛色上表現(xiàn)為顯性，具有顯性純合致死顯性純合致死效應；效應；AYAY個體胚胎階段即死亡，

17、所以雜合體自交后代毛色會表現(xiàn)個體胚胎階段即死亡，所以雜合體自交后代毛色會表現(xiàn)2:1。植物隱性白化突變與葉綠體形成有關的基因多達與葉綠體形成有關的基因多達5050多對，其中不少基因突變多對，其中不少基因突變( (喪喪失功能失功能) )均可能導致葉綠素不能形成，均可能導致葉綠素不能形成，產(chǎn)生白化苗。產(chǎn)生白化苗。 白化苗不能進行光合作用，子葉或胚乳中養(yǎng)料耗盡時，白化苗不能進行光合作用，子葉或胚乳中養(yǎng)料耗盡時，幼苗幼苗就死亡。就死亡。2 突變的有利性少數(shù)基因突變不僅對生物的生命活動無害，反而有利于其生少數(shù)基因突變不僅對生物的生命活動無害，反而有利于其生存和生長發(fā)育存和生長發(fā)育: : 例如：作物的抗病、

18、早熟突變，雞的多產(chǎn)蛋突變、牛的高泌例如：作物的抗病、早熟突變，雞的多產(chǎn)蛋突變、牛的高泌乳量突變等。乳量突變等。 這類突變往往是這類突變往往是“適應適應”環(huán)境的突變，可通過自然選擇保留環(huán)境的突變，可通過自然選擇保留下來。下來。2 突變的有利性突變的有害與有利性是相對的，突變的有害與有利性是相對的，在某些情況下，基因突變的有在某些情況下，基因突變的有害與有利性可以轉(zhuǎn)化：害與有利性可以轉(zhuǎn)化：對后代群體在特殊環(huán)境中生存而言：對后代群體在特殊環(huán)境中生存而言：作物矮稈突變型在多風與高肥環(huán)境下；作物矮稈突變型在多風與高肥環(huán)境下；果蠅殘翅突變型在多風海鳥環(huán)境下。果蠅殘翅突變型在多風海鳥環(huán)境下。對人類需求與利用

19、而言：對人類需求與利用而言：作物矮稈突變型的利用；作物矮稈突變型的利用；作物雄性不育突變型的利用。作物雄性不育突變型的利用。3 中性突變中性突變：中性突變：指突變型的性狀變異對生物個體指突變型的性狀變異對生物個體生活力生活力與與繁繁殖力殖力沒有明顯的影響，在自然條件下不具有選擇差異的基沒有明顯的影響，在自然條件下不具有選擇差異的基因突變。因突變。 生物進化過程中自然環(huán)境對生物的選擇主要依據(jù)生物在競生物進化過程中自然環(huán)境對生物的選擇主要依據(jù)生物在競爭條件下生活力與繁殖力的差異。爭條件下生活力與繁殖力的差異。生活力與繁殖力生活力與繁殖力相對較高相對較高的類型被保存下來；反之則淘汰。的類型被保存下來

20、；反之則淘汰。 沒有生活力與繁殖力差異的類型則是隨機地保留下來沒有生活力與繁殖力差異的類型則是隨機地保留下來遺傳漂變或隨機遺傳漂變遺傳漂變或隨機遺傳漂變。第二節(jié) 基因突變的一般特征一、突變的重演性一、突變的重演性二、突變的可逆性二、突變的可逆性三、突變的多方向性與復等位基因三、突變的多方向性與復等位基因四、突變的有害性和有利性四、突變的有害性和有利性 五、突變的平行性五、突變的平行性五五 突變的平行性突變的平行性指指親緣關系親緣關系相近的物種因為遺傳基礎比較接近，往往相近的物種因為遺傳基礎比較接近，往往會發(fā)生相似的基因突變。會發(fā)生相似的基因突變。根據(jù)這一學說，如果一個物種或更大的生物分類單位根

21、據(jù)這一學說，如果一個物種或更大的生物分類單位中存在某種類型的變異，與其中存在某種類型的變異，與其同類的生物中同類的生物中也可以預也可以預期得到這些變異類型。期得到這些變異類型。第三節(jié) 基因突變與性狀表現(xiàn)一、顯性突變和隱性突變的表現(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)生當代當代一般都是雜合體一般都是雜合體，顯性突變與隱性突變的性狀表現(xiàn)不同；，顯性突變與隱性突變的性狀表現(xiàn)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不同：得純合體的快慢也不同

22、：如果用如果用M M表示突變世代，表示突變世代，M M1 1、M M2 2 顯性突變與隱性突變的檢出與純合二 體細胞突變和性細胞突變的表現(xiàn)生物個體發(fā)育的任何時期均可發(fā)生：生物個體發(fā)育的任何時期均可發(fā)生：性細胞性細胞(突變突變)突變配子突變配子后代個體；后代個體；體細胞體細胞(突變突變)突變體細胞突變體細胞組織器官。組織器官。性細胞的突變頻率比體細胞高：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。性母細胞與性細胞對環(huán)境因素更為敏感。體細胞體細胞突變突變：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

23、并存，形成鑲嵌現(xiàn)象或稱性狀并存，形成鑲嵌現(xiàn)象或稱嵌合體嵌合體(chimera) 突變時期不同，其表現(xiàn)也不相同突變時期不同，其表現(xiàn)也不相同 芽變芽變選擇。選擇。Chimaera pup嵌合體 (chimaera) 地瓜第三節(jié) 基因突變與性狀表現(xiàn)一、顯性突變和隱性突變的表現(xiàn)一、顯性突變和隱性突變的表現(xiàn)二 體細胞突變和性細胞突變的表現(xiàn)三 大突變與微突變的表現(xiàn)三 大突變與微突變的表現(xiàn)不同基因突變引起的表型變異程度不同：不同基因突變引起的表型變異程度不同：大突變：大突變：突變基因的效應表現(xiàn)明顯，容易識別。一般是控制突變基因的效應表現(xiàn)明顯，容易識別。一般是控制質(zhì)質(zhì)量性狀量性狀的主效基因的突變。的主效基因的

24、突變。微突變：微突變：突變基因的表型變異微小，較難識別。主要是控制突變基因的表型變異微小，較難識別。主要是控制數(shù)數(shù)量性狀量性狀的微效基因的突變。的微效基因的突變。微突變所產(chǎn)生的變異也就是數(shù)量性狀變異，因此應采用數(shù)量微突變所產(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。遺傳的方法進行研究。微突變中有利突變率更高，在育種中也具有非常高的應用微突變中有利突變率更高，在育種中也具有非常高的應用價值。價值。*基因突變的研究：基因突變的研究：突變的產(chǎn)生突變的產(chǎn)生：如何產(chǎn)生、提高突變率、控制突變方向；：如何產(chǎn)生、提高突變率、控制突變方向；突變的真實性鑒定突變的真實性鑒定：是否能穩(wěn)定遺傳；：

25、是否能穩(wěn)定遺傳；突變基因的性質(zhì)突變基因的性質(zhì)：顯性：顯性/隱性；隱性；突變頻率的測定突變頻率的測定；第四節(jié) 基因突變的鑒定*基因突變的研究：基因突變的研究：其它深入研究：其它深入研究：基因定位基因定位( (染色體定位與連鎖分析染色體定位與連鎖分析) )；基因克隆、測序基因克隆、測序( (分子水平分子水平) )；遺傳與表達機制遺傳與表達機制( (生理生化生理生化) )；育種應用育種應用( (雜交育種、轉(zhuǎn)基因雜交育種、轉(zhuǎn)基因) )。第四節(jié) 基因突變的鑒定一 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)境條件下種植對兩類個體進行性狀考察與比較分析對兩類個體進行性狀考察與比較分析

26、( (數(shù)量性狀：方差分析數(shù)量性狀：方差分析) )； 根據(jù)試驗結(jié)果進行判定：兩類個體間沒有差異兩類個體間沒有差異不可遺傳變異不可遺傳變異( (環(huán)境變異環(huán)境變異) )；差異仍然存在差異仍然存在存在真實差異為突變體。存在真實差異為突變體。分子水平鑒定：蛋白質(zhì)產(chǎn)物的差異分析；蛋白質(zhì)產(chǎn)物的差異分析； DNA差異分析差異分析(如如RFLP、RAPD、SSR等分子標記分析等分子標記分析)。 2 2 突變顯隱性的鑒定突變顯隱性的鑒定1 突變真實性的鑒定 3 突變(誘變)率測定花粉玉米籽粒胚乳：非甜玉米籽粒胚乳：非甜(Su)甜甜(su)P:甜粒親本甜粒親本(susu)非甜粒親本非甜粒親本(SuSu)()G: s

27、uSusuF1: Susu(非甜非甜) susu(甜粒甜粒)正?；ǚ哿：蟠；ǚ哿：蟠?突變花粉粒后代突變花粉粒后代誘變處理4 體細胞誘變頻率測定稻、麥類對種子對種子( (胚胚) )進行誘變處理，突變可能發(fā)生于：進行誘變處理，突變可能發(fā)生于：葉原基葉原基 葉片；葉片；葉腋原基葉腋原基 分蘗分蘗(有效分蘗有效分蘗/無效分蘗無效分蘗)；莖尖生長點莖尖生長點 主穗及后發(fā)生分蘗。主穗及后發(fā)生分蘗。發(fā)生顯性突變：發(fā)生顯性突變：突變當代突變當代M1相應器官表現(xiàn)突變性狀。相應器官表現(xiàn)突變性狀。發(fā)生隱性突變：發(fā)生隱性突變：突變當代突變當代M1并不表現(xiàn)突變性狀；并不表現(xiàn)突變性狀；其自交后代其自交后代M2將有部

28、分個體表現(xiàn)突變性狀。將有部分個體表現(xiàn)突變性狀。往往用M2中突變體比例來表示突變率。第四節(jié) 基因突變的鑒定一 植物基因突變的鑒定 二 微生物基因突變的鑒定二 微生物基因突變的鑒定 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。基因基因 性狀性狀 酶酶 代謝反應代謝反應George W. Beadle (1903 1989) was an American scientist in the field of genetics, and Nobel Prize in 1958 in Physiology or Medi

29、cine Nobel laureate who with Edward L. Tatum. 生化突變及相關概念生化突變：生化突變：由于誘變因素影響導致生物由于誘變因素影響導致生物代謝功能代謝功能的變異。的變異。可以對正常個體與變異個體的生化特性研究以分析基因可以對正常個體與變異個體的生化特性研究以分析基因的作用機制。的作用機制。野生型(wild type)與原養(yǎng)型(prototroph)野生型野生型是指存在于自然界中沒有經(jīng)過基因突變，具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；有正常生化代謝功能的遺傳類型；生化突變及相關概念原養(yǎng)型原養(yǎng)型指具有與野生型相同營養(yǎng)需求與表現(xiàn)

30、的遺傳類型，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。有時特指突變型恢復為與野生型相同的個體。營養(yǎng)缺陷型(auxotroph)因基因突變因基因突變喪失了某種生活物質(zhì)合成能力喪失了某種生活物質(zhì)合成能力，在基本培養(yǎng)基，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。上不能正常生長，需加入相應營養(yǎng)成分的突變型。紅色面包霉的生化突變型野生型能在基本培養(yǎng)基上正常生長。 水、無機鹽、糖類、微量生物素水、無機鹽、糖類、微量生物素幾種生化突變型：突變型突變型a：精氨酸：精氨酸(精氨酸合成缺陷型精氨酸合成缺陷型)；突變型突變型c：精氨酸或瓜氨酸：精氨酸或瓜氨酸(

31、瓜氨酸合成缺陷型瓜氨酸合成缺陷型)；突變型突變型o：精氨酸、瓜氨酸或鳥氨酸：精氨酸、瓜氨酸或鳥氨酸(鳥氨酸合成缺陷型鳥氨酸合成缺陷型)。精氨酸合成途徑為：紅色面包霉生化突變的鑒定方法突變的誘發(fā)突變的誘發(fā)：X X射線或射線或UVUV照射分生孢子，再與野生型交配，產(chǎn)生分照射分生孢子，再與野生型交配，產(chǎn)生分離的子囊孢子，離的子囊孢子，分別培養(yǎng)分別培養(yǎng)。突變的鑒定：突變的鑒定：如何鑒定？如何鑒定？突變的真實性：突變的真實性：在基本培養(yǎng)基上培養(yǎng)在基本培養(yǎng)基上培養(yǎng)突變的類型突變的類型(哪類型營養(yǎng)缺陷型突變？哪類型營養(yǎng)缺陷型突變？)： 氨基酸？氨基酸？(加入各種氨基酸加入各種氨基酸)不能生長不能生長。 維生

32、素？維生素？(加入各種維生素加入各種維生素)能夠生長能夠生長。進一步鑒定具體類型：進一步鑒定具體類型： 硫胺素硫胺素(VB1)、吡醇素、吡醇素(VB6)、泛酸、肌醇。、泛酸、肌醇。1. 野生型2. X射線或紫外線照射分生孢子3. 照射過的分生孢子與野生型交配4. 含有成熟子囊的子囊殼5. 子囊孢子6. 子囊孢子生活在完全培養(yǎng)基中7. 基本培養(yǎng)基8. 基本培養(yǎng)基添加維生素9. 基本培養(yǎng)基添加氨基酸10. 基本培養(yǎng)基11. 完全培養(yǎng)基12. 基本培養(yǎng)基添加硫胺素13. 基本培養(yǎng)基添加吡醇素14. 基本培養(yǎng)基添加泛酸，15. 基本培養(yǎng)基添加肌醇紅色面包霉生化突變的誘發(fā)和鑒定基本培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基維生素

33、氨基酸基本培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基肌醇硫胺素吡醇素泛酸三三 動物基因突變的鑒定動物基因突變的鑒定雜合體，鑒定困難雜合體，鑒定困難半合基因突變半合基因突變 （ClB）類似微生物的方法（特異抑制劑篩選抗性變異）類似微生物的方法（特異抑制劑篩選抗性變異）家系分析（人類）家系分析（人類）三三 動物基因突變的鑒定動物基因突變的鑒定一個上瞼下垂顯性突變的一個上瞼下垂顯性突變的家系分析家系分析 人類基因突變的檢出是比較復雜的，而且不易鑒定，主要靠家系分析和出生調(diào)查。 第三節(jié)第三節(jié) 基因突變與性狀表現(xiàn)基因突變與性狀表現(xiàn)一、顯性突變和隱性突變的表現(xiàn)一、顯性突變和隱性突變的表現(xiàn)二、體細胞突變和性細胞突變的表現(xiàn)二、體細胞突

34、變和性細胞突變的表現(xiàn)三、大突變與微突變的表現(xiàn)三、大突變與微突變的表現(xiàn)第四節(jié)第四節(jié) 基因突變的鑒定基因突變的鑒定一、植物基因突變的鑒定一、植物基因突變的鑒定 二、微生物基因突變的鑒定二、微生物基因突變的鑒定三、動物基因突變的鑒定三、動物基因突變的鑒定性狀表現(xiàn)鑒定：性狀表現(xiàn)鑒定：分子水平鑒定：分子水平鑒定：蛋白質(zhì)產(chǎn)物的差異分析；蛋白質(zhì)產(chǎn)物的差異分析； DNADNA差異分析差異分析( (如如RFLPRFLP、RAPDRAPD、SSRSSR等分子標記分析等分子標記分析) )。 第五節(jié)第五節(jié) 基因突變的分子機制基因突變的分子機制一 基因突變的類型經(jīng)典遺傳學認為：經(jīng)典遺傳學認為：基因是染色體上的一個點?；?/p>

35、因是染色體上的一個點。現(xiàn)代基因概念認為：現(xiàn)代基因概念認為：基因是基因是DNA分子帶有遺傳信息的堿基序列；分子帶有遺傳信息的堿基序列；基因是由眾多堿基對構(gòu)成，此時將一個基因是由眾多堿基對構(gòu)成，此時將一個堿基對堿基對稱為基因的一稱為基因的一個個座位座位(site)； 基因在染色體上的位置則稱為基因在染色體上的位置則稱為位點位點 (locus)。突變就是基因內(nèi)不同突變就是基因內(nèi)不同座位座位的改變。這種由突變子的的改變。這種由突變子的改變而引起的突變稱為真正的改變而引起的突變稱為真正的點突變（點突變（point point mutation)mutation)。一個基因內(nèi)不同座位的改變可以形成一個基因

36、內(nèi)不同座位的改變可以形成 許多等位基因，從而形成許多等位基因，從而形成復等位基因復等位基因 (multiple allele) 。 A C 根據(jù)根據(jù)表型改變表型改變分為：分為：形態(tài)突變；形態(tài)突變；生化突變；生化突變；致死突變；致死突變；條件致死突變條件致死突變; ;抗性突變抗性突變一 、基因突變的類型根據(jù)根據(jù)基因結(jié)構(gòu)的改變基因結(jié)構(gòu)的改變方式：方式：堿基替換堿基替換( (Base replacement/substitution); ;倒位倒位(Base inversion);(Base inversion);插入插入(base insertion);(base insertion);缺失缺失(

37、Base deletion)(Base deletion)堿基替換：堿基替換：DNADNA分子單鏈（雙鏈）中某個堿基（對）被分子單鏈（雙鏈）中某個堿基（對）被另一種堿基（對）代替。另一種堿基（對）代替。 DNADNA鏈上一個鏈上一個嘌呤嘌呤被另一種被另一種嘌呤嘌呤替換，或一個替換，或一個嘧啶嘧啶被另一種被另一種嘧啶嘧啶替換稱為替換稱為轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換（transition)transition)。如。如A-GA-G或或T-CT-C； 一個一個嘧啶嘧啶被一個被一個嘌呤嘌呤替換，或一個替換，或一個嘌呤嘌呤被一個被一個嘧啶嘧啶替換稱為替換稱為顛換顛換(transversion)(transversion)

38、。如如A-TA-T；A-CA-C；G-TG-T或或G-CG-C等。等。當缺失或插入堿基數(shù)不等于當缺失或插入堿基數(shù)不等于3 3或或3 3的倍數(shù)時，突變的倍數(shù)時，突變效應將不限于缺失與插入堿基本身，還會導致效應將不限于缺失與插入堿基本身，還會導致下游閱讀框改變下游閱讀框改變移碼移碼，也稱，也稱移碼突變移碼突變或或整整批突變。批突變。例如，堿基的缺失、插入例如，堿基的缺失、插入 GAA GAA GAA GAA GGA AGA AGA AGA A 第五節(jié)第五節(jié) 基因突變的分子機制基因突變的分子機制一 、基因突變的類型二、DNADNA修復與差錯二、二、DNADNA修復與差錯修復與差錯 細胞具有多重、復雜

39、的細胞具有多重、復雜的DNADNA修復系統(tǒng)，分為修復系統(tǒng)，分為錯配修復錯配修復、直接修復直接修復、切除修復切除修復、雙鏈斷裂修復雙鏈斷裂修復、重組修復重組修復等類型。等類型。如果修復過程既恢復了如果修復過程既恢復了DNADNA分子結(jié)構(gòu)的完整性，也恢分子結(jié)構(gòu)的完整性，也恢復了其堿基序列，就成功地避免了基因突變發(fā)生。復了其堿基序列，就成功地避免了基因突變發(fā)生。但但有些修復途徑為了盡可能地保證有些修復途徑為了盡可能地保證DNADNA分子結(jié)構(gòu)完整分子結(jié)構(gòu)完整性，并不恢復堿基序列（產(chǎn)生了修復差錯），實際性，并不恢復堿基序列（產(chǎn)生了修復差錯），實際上導致了基因突變的發(fā)生上導致了基因突變的發(fā)生。 1 1、直

40、接修復、直接修復直接將直接將DNADNA分子分子中的損傷堿基恢中的損傷堿基恢復正常結(jié)構(gòu)。由復正常結(jié)構(gòu)。由于沒有切除堿基，于沒有切除堿基，因此不需要因此不需要DNADNA聚合酶參與聚合酶參與 光修復光修復2 2、切除修復、切除修復通過移除通過移除DNADNA分子中分子中損傷部分來進行修損傷部分來進行修復。與光修復相比，復。與光修復相比，這類修復途徑并不這類修復途徑并不依賴于光照，所以依賴于光照，所以也稱也稱暗修復暗修復 堿基切除修復堿基切除修復核苷酸切除修復核苷酸切除修復替代一個核苷酸片替代一個核苷酸片段。段。例如：切除一小段例如：切除一小段含胸腺嘧啶二聚體含胸腺嘧啶二聚體的寡核苷酸鏈，并的寡核

41、苷酸鏈，并修補之修補之 。 大腸桿菌大腸桿菌UvrABCUvrABC系統(tǒng)修復系統(tǒng)修復。3 3、復制后修復、復制后修復發(fā)生在發(fā)生在DNADNA復制失敗，復制失敗，產(chǎn)生缺口之后的修復產(chǎn)生缺口之后的修復，稱為，稱為復制后修復復制后修復。由于所用的許多酶與由于所用的許多酶與重組相同，過程也與重組相同，過程也與重組相似，也被稱為重組相似，也被稱為重組修復重組修復。大腸桿菌復制后修復大腸桿菌復制后修復 4 4、SOSSOS修復修復 SOSSOS修復屬于修復屬于后復制修復體系后復制修復體系。 SOSSOS反應是反應是DNADNA受到損傷或受到損傷或DNADNA復制受阻時的復制受阻時的一種一種誘導反應誘導反應

42、。 SOS SOS 反應發(fā)生時，可造成損傷修復功能的反應發(fā)生時，可造成損傷修復功能的增強。增強。 第五節(jié)第五節(jié) 基因突變的分子機制基因突變的分子機制一 、基因突變的類型二、DNADNA修復與差錯三、DNADNA的防護機制三、三、DNADNA的防護機制的防護機制 密碼簡并性密碼簡并性 回復突變回復突變 抑制突變抑制突變 致死突變致死突變 多倍體多倍體密碼簡并性密碼簡并性: : 密碼的結(jié)構(gòu)可以使突變的機會減少到最小程密碼的結(jié)構(gòu)可以使突變的機會減少到最小程度。如：度。如：終止密碼子有三個：UAA、UAG、UGA。 回復突變回復突變: : 某個座位遺傳密碼的回復突變可使突變型恢復某個座位遺傳密碼的回復

43、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。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。三、三、DNADNA的防護機制的防護機制 抑制突變抑制突變: : 基因間抑制基因間抑制指控制翻譯機制的抑制者基因，指控制翻譯機制的抑制者基因，通常是通常是tRNAtRNA基因發(fā)生突變，而使原來的突變恢復成野生型?；虬l(fā)生突變，而使原來的突變恢復成野生型?；騼?nèi)抑制基因內(nèi)抑制指突變基因另一座位上的突變掩蓋了原來座位的指突變基因另一座位上的突變掩蓋了原來座位的突變突變( (但未恢復原來的密碼順序但未恢復原來的密碼順序) )，使突變型恢復成野生型。，使突變型恢復成野生型。 致

44、死和選擇致死和選擇: : 如果防護機制未起作用，一個突變可能是致如果防護機制未起作用，一個突變可能是致死的死的。 二倍體和多倍體二倍體和多倍體: : 高等生物的多倍體具有幾套染色體組，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)強烈的保護作用護作用。一、物理因素誘變(一)電離輻射誘變第 六節(jié) 基因突變的誘發(fā)電離輻射種類：粒子輻射：射線、射線(32P、35S)、 中子；電磁波輻射：X射線、射線 (60鈷、137銫)輻射劑量的表示方法： X X射線、射線、射線：倫琴射線：倫琴(R)(R)；中子：積分流量中子：積分

45、流量(n/cm2)(n/cm2)（指單位面積內(nèi)所通過的中子數(shù) ）；）；射線：微居里射線：微居里(cu/g)(cu/g)。突變率與輻射劑量：突變率與輻射總劑量成正比；突變率與輻射總劑量成正比；突變率與突變率與劑量率劑量率( (輻射強度輻射強度的影響的影響) )無關。無關。山農(nóng)輻63小麥口味甜美似水果的“宇蕃一號”番茄 (二)非電離輻射誘變v 物理誘變的物理誘變的非特異性非特異性。紫外線(UV)的誘變作用：使胸腺嘧啶聯(lián)合成二聚體；使胸腺嘧啶聯(lián)合成二聚體； 紫外線誘變的最有效的波長為260nm左右，而這個波長正是DNA所吸收的紫外線波長。二 化學因素誘變誘變劑及其種類：烷化劑；堿基類似物；烷化劑；堿

46、基類似物；DNA插入劑。插入劑。烷化劑：烷化劑：使堿基烷基化、改變堿基形成氫鍵的能力，從使堿基烷基化、改變堿基形成氫鍵的能力，從而改變堿基配對關系。而改變堿基配對關系。 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。 烷化劑烷化劑(EMS(EMS、MMS)MMS) 烷化作用烷化作用 堿基水解缺失堿基水解缺失 轉(zhuǎn)換與顛換轉(zhuǎn)換與顛換堿基類似物堿基類似物：在復制過程中取代堿基滲入在復制過程中取代堿基滲入DNA分分子，但形成氫鍵的類型不同，改變堿基配對關系子，但形成氫鍵的類型不同，改變堿基配對關系。二 化學因素誘變?nèi)纾喝纾? 5溴尿嘧啶溴尿

47、嘧啶(5-BU)(5-BU)；2 2氨基嘌呤氨基嘌呤(2-AP/AP)(2-AP/AP) ：5BU5BU與與T T基本相同基本相同以酮式狀態(tài)和以酮式狀態(tài)和腺嘌呤配對：腺嘌呤配對：A A5BUk5BUk酮式酮式結(jié)構(gòu)常轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)常轉(zhuǎn)移成移成烯醇式烯醇式與與G G配對配對:G:G5BUe5BUe APAP與與T T配對，配對，有時與有時與C C配對配對 DNADNA插入劑插入劑 ：阻礙堿基合成或破壞：阻礙堿基合成或破壞DNA分子結(jié)構(gòu)。分子結(jié)構(gòu)。如吖啶類化合物等：可插入到可插入到DNADNA鏈堿基之間，稱為鏈堿基之間，稱為DNADNA插插入劑入劑, ,主要是吖啶類染料，這類化合物都含有吖啶環(huán)，呈主要是吖啶

48、類染料，這類化合物都含有吖啶環(huán)，呈平面分子形態(tài)，其大小與堿基對大小差不多。平面分子形態(tài)，其大小與堿基對大小差不多。二 化學因素誘變引發(fā)堿基對增加引發(fā)堿基對減少物理物理誘變誘變作用是作用是隨機的隨機的，是，是不存在特異性不存在特異性的的；某些化學藥物的誘變作用某些化學藥物的誘變作用有特異性有特異性。第七節(jié) 轉(zhuǎn)座因子 轉(zhuǎn)座遺傳因子又叫可移動因子，是指一段特定的DNA序列，它可以在染色體組內(nèi)移動，從一個位點切除，插入到一個新的位點。這種切除和移動，能夠引起基因的突變或染色體重組。一 、 轉(zhuǎn)座因子的發(fā)現(xiàn)和鑒定 The award of the 1983 Nobel Prize to her for t

49、he discovery of movable genetic elements. 芭芭拉麥克林托克 Barbara McClintock (1902-1992) McClintock(1956)在玉米上首先發(fā)現(xiàn)。這是遺傳學發(fā)展史上重要的里程碑之一。 轉(zhuǎn)座子或插入轉(zhuǎn)座子或插入序列引起基因序列引起基因突變的機制突變的機制 玉米轉(zhuǎn)座子玉米轉(zhuǎn)座子解離因子（Ds）染色體的斷裂控制因子（Ac）控制Ds因子轉(zhuǎn)座（可以轉(zhuǎn)座）Ds從原來的位點轉(zhuǎn)移到C基因座位。引起染色體在染色體在C位點斷裂；位點斷裂；Cc的基因突變。的基因突變。Ac因子不存在因子不存在時是穩(wěn)定的，種子糊時是穩(wěn)定的，種子糊粉層和植株無色；粉層和

50、植株無色；Ac存在時存在時，有些細胞可以發(fā)生由，有些細胞可以發(fā)生由cC的回復突變，種子糊粉層和植株都會的回復突變，種子糊粉層和植株都會出現(xiàn)有色斑點出現(xiàn)有色斑點 Transposons (Jumping Genes)A Simplified Explanation For Jumping Genes AndTheir Effect On The Kernel Color Of Indian CornTransposons (Jumping Genes)A Simplified Explanation For Jumping Genes AndTheir Effect On The Kernel

51、Color Of Indian CornThe reddish streaks on these corn grains are caused by transposons. 二、 轉(zhuǎn)座因子的結(jié)構(gòu)特性 (一)原核生物的轉(zhuǎn)座因子 1插入因子 (IS)是已知具有轉(zhuǎn)座能力的最簡單的遺傳因子，長度大都小于2kb，最少的如IS1只有768bp。它們的一個共同特征是，末端都具有一段它們的一個共同特征是，末端都具有一段反向的重復序列反向的重復序列（inverted repeat sequence，IR)IR)，長度并不一定相等。例如長度并不一定相等。例如IS10IS10左邊左邊IRIR序列是序列是17bp17bp，右邊是，右邊是22bp22bp。 是由幾個基因組成的特定的DNA片段。如Tnp3系轉(zhuǎn)座子系轉(zhuǎn)座子：長度約為：長度約為5000bp。末端有一對。末端有一對38bp的的IR序列序列。每個轉(zhuǎn)位子都帶有每個轉(zhuǎn)位子都帶有3個基因個基因:1個是編碼對氨芐青霉素抗性的個是編碼對氨芐青霉素抗性的內(nèi)內(nèi)酰胺酶酰胺酶(lactamase)基因，基因，2個編碼與轉(zhuǎn)座作用有關的基因，個編碼與轉(zhuǎn)座作