基因突變課件

第八章基因突變

Chapter8GeneMutation

基因突變（genemutation）：是指一個(gè)基因內(nèi)部可以遺傳的結(jié)構(gòu)改變，又稱點(diǎn)突變（pointmutation）。

具有某種突變表型的細(xì)胞或個(gè)體稱為突變體（mutant）。根據(jù)突變引起的表型特征，可分為：Classificationbyphenotypeofmutations1.形態(tài)突變（morphologicalmutation）指能造成生物體外形改變的突變。又稱可見突變(visiblemutation)。如形狀(shape)、大小(size)、色澤(color)等。2.致死突變（lethalmutation）指能造成個(gè)體死亡的突變。根據(jù)致死能力可分為：

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）

弱致死突變（10%以下死亡）根據(jù)致死基因的性質(zhì)分為

顯性致死和隱性致死根據(jù)致死基因作用的時(shí)期分為

配子期致死合子期致死胚胎期致死3.條件致死突變（conditionallethalmutation)指在一定條件(restrictiveconditions)下表現(xiàn)致死效應(yīng)，而在其它條件(permissiveconditions)下可以存活的突變。5.喪失功能突變（Loss-of-functionmutations）

完全喪失基因功能的突變——無效突變（nullmutation）

部分喪失基因功能的突變——滲漏突變（leakymutation）根據(jù)突變發(fā)生的部位，可分為:1.體細(xì)胞突變(Somaticmutations)

突變發(fā)生在體細(xì)胞，不能遺傳。2.生殖細(xì)胞突變(Gametic

mutations)

突變發(fā)生在配子細(xì)胞或配子生成組織。Somaticmutationsarenottransmittedtoprogeny,butgerminalmutationsmaybetransmittedtosomeorallprogeny根據(jù)突變基因的性質(zhì)，可分為:1．大突變：控制質(zhì)量性狀基因的突變２．微突變：控制數(shù)量性狀基因的突變

二、基因突變的一般特征

Characteristicsofmutations1.隨機(jī)性(randomicity)

突變發(fā)生的時(shí)期(time)、部位(position)和方向(direction)是隨機(jī)的。有些區(qū)域比另一些區(qū)域更容易突變它們被稱為突變的熱點(diǎn)(hotspots)。二核苷酸5-CmG-3是一個(gè)突變熱點(diǎn),其中5-甲基胞嘧啶常常自發(fā)脫氨基而變成5-TG-3。

如：軟骨發(fā)育不全由常染色體顯性基因控制，在94075個(gè)活產(chǎn)兒中，有10為本病患者，其中2例雙親之一患病，其余8例雙親正常，則該基因的突變率為：

(10－2)／2(94075－2)＝4.210-5

無性生殖的生物：突變率用每一細(xì)胞世代中每一細(xì)菌發(fā)生突變的概率表示。即：細(xì)菌一次分裂過程中的突變次數(shù)／細(xì)菌總數(shù)。3.

可逆性(reversibility)基因突變是可逆的。根據(jù)基因突變的效應(yīng)可分為正向突變、回復(fù)突變和抑制突變。正向突變(forwardmutation)：個(gè)體由正常(野生型)表型改變?yōu)橥蛔儽硇偷耐蛔儭?/p>

在多數(shù)情況下，正向突變率總是高于回突變率。如：his+his-，但由缺失而引起的突變不能回復(fù)。2×10-64×10-8

抑制突變(suppressivemutation)：某一座位上突變產(chǎn)生的表型效應(yīng)被另一座位上的突變所抑制，使突變體又恢復(fù)為正常表型?！痢镣蛔冃屯蛔冃蚼-m+m+m+m-su+

野生型野生型野生型野生型全部野生型若干突變型m-su+m-su-m+su+

真正的回復(fù)突變抑制因子突變5.重演性同一突變可以在同種生物的不同個(gè)體間多次發(fā)生6.有害性和有利性

大多數(shù)基因的突變，對(duì)生物的生長和發(fā)育往往是有害的。有些基因僅控制一些次要性狀，即使發(fā)生突變，也不會(huì)影響生物的正常生理活動(dòng)，這類突變稱為中性突變。

少數(shù)突變不僅對(duì)生物的生命活動(dòng)無害，反而對(duì)它本身有利，例如抗病性，優(yōu)質(zhì)，早熟性等→有利突變7.平行性

親緣關(guān)系相近的物種因遺傳基礎(chǔ)比較近似，往往發(fā)生相似的基因突變。這種現(xiàn)象稱為突變的平行性。根據(jù)一個(gè)物種或?qū)賰?nèi)具有的變異類型，就能預(yù)見到近緣的其他物種或?qū)僖餐瑯哟嬖谙嗨频淖儺愵愋?。三、突變子的檢出Detectionofmutations

1.E.coli突變的檢出(DetectioninBacteria)

合成代謝功能突變型(營養(yǎng)缺陷型)E.coli突變型分解代謝功能突變型抗性突變型(顯性突變)影印培養(yǎng)法檢出營養(yǎng)缺陷突變型

野生型分生孢子完全培養(yǎng)基培養(yǎng)基本培養(yǎng)基培養(yǎng)補(bǔ)充培養(yǎng)基培養(yǎng)鑒定X射線或紫外線2.真菌營養(yǎng)缺陷型的檢出(DetectioninFungi)Induction,isolation,andcharacterizationofanutritionalauxotrophicmutationinNeurospora

3.果蠅突變的檢出

（1）性連鎖突變的檢出

ClB法：

Ｃ—Ｘ染色體上一個(gè)大的倒位；ｌ—隱性致死突變；Ｂ—顯性棒眼基因。XXＣｌＢ♀♂♂♀單對(duì)交配？♀♂

待測雄蠅ＣｌＢ

ＣｌＢ

野生

ＣｌＢ

突變死亡野生致死♀:♂=2:1全♀(2)Muller-5methodXXＢwa

Ｂwa♂♀單對(duì)交配♀

待測♂蠅突變野生或致死ＢwaMuller-5♀蠅ＢwaＢwa

Ｂwa

ＢwaＢ：棒眼

wa：杏色眼♂（2）果蠅常染色體突變的檢出

——利用平衡致死品系

Cy——翹翅基因Ｓ——星狀眼基因

C——大倒位位于第二染色體上，均有純合致死作用。+S+SCy+Cy+×+SCy+CCCCy++SXXCy+Cy++S♀♂♂♀單對(duì)交配XCy+Cy+♀♂Cy+Cy+

Cy+Cy+死亡

翹翅待測雄蠅

突變野生或致死4.二倍體生物突變的檢出

顯性突變：二倍體生物的顯性突變檢出比較容易，但一般要經(jīng)兩次自交，到第三代才可獲得純合體。

隱性突變：不易表現(xiàn)，但一經(jīng)表現(xiàn)便可穩(wěn)定遺傳。

ddDDDdDdDDDdddDDDdddDDDDDddddd

顯性突變隱性突變

F1F2F3

最早建立玉米突變檢測體系的是LewisStadlercc×CC♀♂

無突變，胚乳基因型應(yīng)為ccC(有色)

有突變，胚乳基因型應(yīng)為ccc(無色)Stadler'smethodfordetectinggerminalmutationsisnowcalledthespecific-locus

test.

5.人類基因突變的檢出

——家系分析法(pedigreeanalysis)Pedigreeshowingthattheinitialoccurrenceofanautosomaldominantmutationforcataract(白內(nèi)障)oftheeyePedigreeshowingthattheneurofibromatosis(纖維神經(jīng)瘤)mutationmusthavebeeninthegermlineofIII-8orIII-9.MutationtoX-linkedrecessivehemophilia(血友病).

四、基因突變及其分子機(jī)制(一)突變的分子基礎(chǔ)frameshiftmutationdeletionmutation

basesubstitutiontransitionstransversionstransitionsandtransversions（二）堿基替換與氨基酸順序根據(jù)堿基替換后氨基酸順序是否發(fā)生改變可分為:１.同義突變(samesensemutation)

改變后的密碼子仍編碼同一種氨基酸的突變，這是因?yàn)槊艽a子有簡并性。２.錯(cuò)義突變(missensemutation)

又稱歧義突變，指由于堿基替換使一種氨基酸的密碼子改變成為另外一種氨基酸的密碼子的突變，大多數(shù)的突變屬于此類。

不影響蛋白正常功能的錯(cuò)義突變稱為中性突變（neutralmutation）

同義突變和中性突變都不影響蛋白質(zhì)功能，稱為沉默突變（silentmutation）３.無義突變(nonsensemutation)

指由于堿基替換而使其某一編碼子突變?yōu)榻K止密碼子（UGA,UAG,UGG）。４.延長突變(elongationmutation)

指由于堿基替換使終止密碼子突變?yōu)榫幋a子，肽鏈延長。與無義突變剛好相反。如：人的鐮形細(xì)胞貧血癥即由堿基替換引起。６７８正常堿基序列…GAAGAAAAA…正常氨基酸序列

(HbA)谷谷賴

HbS

GUA(纈)HbSiriragAAA(賴)HbLuheCAA(谷胺)

正常紅細(xì)胞鐮刀形細(xì)胞正常血紅蛋白的鏈由141aa組成，HbConstantSpring的鏈由172aa組成，原因就是UAA

CAA。

DNA復(fù)制錯(cuò)誤自發(fā)化學(xué)損傷

轉(zhuǎn)座因子自然環(huán)境脫嘌呤(depurination)脫氨基(deamination)氧化損傷堿基(oxidativelydamagedbases)(三)自發(fā)突變的分子機(jī)制

Molecularbasisofspontaneousmutations原因1.DNA復(fù)制錯(cuò)誤(ErrorsinDNAreplication)堿基互變異構(gòu)作用TT★A

AT★GCGTATATATA變構(gòu)T酮式狀態(tài)T★烯醇式狀態(tài)堿基互變異構(gòu)作用CC★G

GC★ATACGCGCGCG變構(gòu)C氨基狀態(tài)C★亞氨基狀態(tài)2.自發(fā)的化學(xué)損傷(Spontaneouslesions)(1)脫嘌呤作用(Depurination)

(2)脫氨基作用(deamination)(3)氧化損傷(Oxidativelydamagedbases)

過氧化物原子團(tuán)(O2-)、(H2O2)、(-OH)等需氧代謝的副產(chǎn)物都是有活性的氧化劑，它們可導(dǎo)致DNA的氧化損傷，T氧化后產(chǎn)生T－乙二醇，G氧化后產(chǎn)生8-氧-7,8二氫脫氧鳥嘌呤、8-氧鳥嘌呤(8-O-G)或“GO”，GO可和A錯(cuò)配，導(dǎo)致GC→TA。3．其他因素轉(zhuǎn)座因子、環(huán)境因素、不等交換(四)誘發(fā)突變的分子機(jī)制Molecularbasisof

inducedmutations

1.物理誘變因素及其誘變機(jī)理

(1)非電離輻射——紫外線(Ultraviolet)作用：形成嘧啶二聚體，主要是Ｔ＝Ｔ，它使DNA分子扭曲，影響正常的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，嚴(yán)重時(shí)可致死。也可能使ＤＮＡ復(fù)制差錯(cuò)而誘發(fā)突變。(2)電離輻射(Ionizingradiation)主要有X射線、射線、射線、射線等。直接作用：電離作用，引起ＤＮＡ骨架的

斷裂，從而造成染色體畸變。間接作用：改變環(huán)境

H2O[OH]+[H]TypeofradiationPercentageofmaleXchromosomesbearingrecessivelethalmutationsafteradoseof1000roentgens

*Visiblelight(spontaneous)0.15Xrays(25Mev)1.70rays,rays2.90Neutrons1.90rays0.84*

RelativeEfficienciesofVariousTypesofRadiationinProducingMutationsinDrosophilaTheroentgen(r)isaunitofradiationenergy.

遺傳效應(yīng)：①在一定范圍內(nèi)，基因突變率和染色體斷裂

的頻率與輻射劑量成正比。②輻射有累積效應(yīng)。突變率只與輻射劑量有關(guān)，而與照射的方式無關(guān)。2.化學(xué)誘變

(１)堿基類似物(Baseanalogs)

①5-溴尿嘧啶（5-bromouracil,5-BU）

5-BU有酮式(常見)、烯醇式(少見)兩種異構(gòu)體，酮式和T相似，烯醇式和C相似。

ATGC的頻率高于GCAT②２-氨基嘌呤(2-aminopurine,2-AP)

2-AP也有正常狀態(tài)和稀有狀態(tài)兩種異構(gòu)體，可分別與T和C配對(duì)結(jié)合。導(dǎo)致A∶TG∶C(2)堿基的修飾劑(Base-modifyingagents)①亞硝酸（introusacid,

NA）：氧化脫氨作用A和C脫氨后分別產(chǎn)生次黃嘌呤H和UG脫氨基產(chǎn)生黃嘌呤（x），不能與任何堿基配對(duì)，具致死效應(yīng)。②羥胺(hydroxylamine)在胞嘧啶第4個(gè)C原子上加-OH，產(chǎn)生4-OH-C，可以和A配對(duì)，使C∶G轉(zhuǎn)換成T∶A③烷化劑(alkylatingagents)

如甲基黃酸乙脂(EMS)、氮芥(NM)、甲基黃酸甲脂(MMS)、亞硝基胍(NG)等，其作用是使堿基烷化，EMS使G的第6位烷化，使T的第4位上烷化，導(dǎo)致G∶C對(duì)轉(zhuǎn)換成A∶T對(duì)；T∶A對(duì)轉(zhuǎn)換成C∶G(3)DNA插入劑(Intercalatingagents)

——引起移碼突變(frameshiftmutation)

有原黃素（proflavin）、吖啶橙（acridineorange）、溴化乙啶（etnidiumbramide）等。五．基因突變的修復(fù)(一)直接修復(fù)（Directrepair）1.通過DNA聚合酶校正修復(fù)2.光復(fù)活（photoreactivation）或光修復(fù)（lightrepair）

UV

可見光下培養(yǎng)，成活率高細(xì)菌暗處培養(yǎng)，成活率低原因：細(xì)胞中的光復(fù)活酶經(jīng)可見光激活，可修復(fù)UV照射形成的嘧啶二聚體。(二)切除修復(fù)（excisionrepair）暗復(fù)活（darkreactivation）1.一般切除修復(fù)(Generalexcisionrepair)

具體過程是：(1)由核酸內(nèi)切酶在ＤＮＡ損傷部位造成單鏈斷裂，(2)在核酸外切酶的作用下切除二聚體及周圍的少數(shù)幾個(gè)核苷酸，(3)在DNApolI或Ⅱ的作用下修補(bǔ)缺口，(4)由連接酶連接成一個(gè)完整的ＤＮＡ雙鏈。2.特殊切除修復(fù)途徑(Specificexcisionpathways)

(1)

AP核酸內(nèi)切酶修復(fù)途徑

APendonucleaserepairpathway

AP位點(diǎn):無嘌呤（apurinic）和無嘧啶（apyrimidinic）位點(diǎn)RepairofAPsites.

1.APendonucleasesrecognizeAPsitesandcutthephosphodiesterbond.2.AstretchofDNAisremovedbyanexonuclease,3.TheresultinggapisfilledbyDNApolymeraseIandDNAligase.123(2)糖基酶修復(fù)途徑

DNAglycosylaserepairpathway(base-excisionrepair).

糖基化酶修復(fù)C脫氨基產(chǎn)生的U和A脫氨基產(chǎn)生的H.ActionofDNAglycosylases.GlycosylasesremovealteredbasesandleaveanAPsite.TheAPsiteissubsequentlyexcisedbytheAPendonucleases(3)GO系統(tǒng)(GOsystem)

修復(fù)G氧化損傷產(chǎn)生的GO修復(fù)復(fù)制聚合酶修復(fù)聚合酶3.DNA損傷修復(fù)的缺陷

Repairdefectsinhuman

DNA損傷修復(fù)的缺陷將帶來嚴(yán)重的后果。導(dǎo)致細(xì)胞的突變，甚至死亡。如人的著色性干皮病(xerodermapigmentosum,XP)是一種切除修復(fù)酶的缺陷，為常染色體隱性遺傳?。ˋR）。該病是因?yàn)榕cDNA損傷修復(fù)相關(guān)的基因突變引起的，90%的病人在20歲之前就已經(jīng)發(fā)生了皮膚癌。(三)復(fù)制后修復(fù)(Postreplicationrepair)1.錯(cuò)配修復(fù)（mismatchrepair）(1)識(shí)別錯(cuò)配的堿基對(duì)；(2)準(zhǔn)確區(qū)別錯(cuò)配的一對(duì)堿基哪一個(gè)是錯(cuò)的，哪一個(gè)是對(duì)的；(3)切除錯(cuò)誤的堿基，并進(jìn)行修復(fù)合成Modelformismatchrepair