遺傳學(xué) 第11章 基因突變

第十章遺傳物質(zhì)的改變（二）

基因突變第一節(jié)基因突變概說(shuō)第二節(jié)突變的檢出第三節(jié)誘發(fā)突變第一節(jié)基因突變概說(shuō)突變體的表型特性突變發(fā)生的時(shí)期突變率突變的可逆性突變的多方向性與復(fù)等位基因自發(fā)突變的原因突變（mutation）是指遺傳物質(zhì)內(nèi)所發(fā)生的可遺傳的變異。是自然界產(chǎn)生變異的主要來(lái)源，是生物進(jìn)化的源泉。突變類型：基因突變和染色體畸變?；蛲蛔?Genemutation)：一個(gè)基因內(nèi)DNA序列結(jié)構(gòu)的改變，包括一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)堿基的缺失、插入或置換等。這種突變是一種遺傳物質(zhì)的可遺傳的改變，通常從一個(gè)等位基因變?yōu)榱硪粋€(gè)新的等位基因。點(diǎn)突變（pointmutations）：影響基因中(DNA中)的單個(gè)堿基對(duì)的那些基因突變。Involveonlyoneorafewnucleotides.突變的類型1、根據(jù)突變的起源：------自發(fā)突變（spontaneousmutaions）是在自然狀況下產(chǎn)生的突變。------誘發(fā)突變（inducedmutations）誘變劑（mutagen）處理導(dǎo)致。人們有意識(shí)地應(yīng)用一些物理、化學(xué)因素誘發(fā)的。●兩者之間并沒(méi)有性質(zhì)上的差別；●突變→DNA改變→蛋白質(zhì)序列和功能改變，引起各種各樣的表型效應(yīng)。獲得突變型是遺傳學(xué)研究的重要前提。

基因突變的特點(diǎn)1.突變率相對(duì)穩(wěn)定：高等動(dòng)物10-5~10-8；細(xì)菌10-4~10-102.突變的多向性：突變可以向多個(gè)方向發(fā)生3.突變的重演性：同種生物中，同一基因突變可以重復(fù)地發(fā)生，也即同種生物中相同基因的突變可以重復(fù)地出現(xiàn)。4.突變的可逆性：

基因突變是可逆的?；蛲蛔兊目赡嫘?，是區(qū)別基因重組和染色體畸變的特點(diǎn)之一，因?yàn)榛兊念愋鸵话闶遣荒芑謴?fù)的。5.突變的有害性與有利性：突變對(duì)生物體來(lái)說(shuō)，絕大多數(shù)是不利的，但又是必需的，它提供了適應(yīng)新環(huán)境的潛在因素。突變的稀有性：突變率不高突變的可逆性

突變的多方向性突變的平行性

：親緣關(guān)系相近物種常出現(xiàn)相似突變突變的重演性突變的有害性和有利性突變體的表型特性P48（1）形態(tài)突變（2）生化突變（3）致死突變（4）條件致死突變突變體的表型特性

（1）形態(tài)突變（morphologicalmutation）：突變主要影響生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致形狀、大小、色澤等的改變.例:安康羊四肢很短。例：普通綿羊的四肢有一定的長(zhǎng)度，但安康羊（Anconsheep）的四肢很短，這類突變可在外觀上看到，稱為可見突變（visiblemutations）1791年，美國(guó)新英格蘭的農(nóng)民SethWright在自家的羊群里發(fā)現(xiàn)了安康羊的公羊；其特點(diǎn)是：短腿長(zhǎng)背，不能跳過(guò)籬笆，有助于管理；第二年，Wright利用這只羊與一些母羊交配，逐漸培育出短腿羊的新品種。達(dá)爾文在《物種起源》一書中最先記載了安康羊突變體的表型特性

（2）生化突變（biochemicalmutations）：突變主要影響生物的代謝過(guò)程，導(dǎo)致一個(gè)特定的生化功能的改變或喪失。可以對(duì)正常個(gè)體與變異個(gè)體的生化特性研究以分析基因的作用機(jī)制?！窭烘滄呙沟陌被嵬蛔冃停撤N氨基酸才能生長(zhǎng)生化突變野生型(wildtype)與原養(yǎng)型(prototroph)野生型是指存在于自然界中沒(méi)有經(jīng)過(guò)基因突變，具有正常生化代謝功能的遺傳類型；原養(yǎng)型指具有與野生型相同營(yíng)養(yǎng)需求與表現(xiàn)的遺傳類型，有時(shí)特指突變型恢復(fù)為與野生型相同的個(gè)體。營(yíng)養(yǎng)缺陷型(auxotroph)因基因突變喪失了某種生活物質(zhì)合成能力，在基本培養(yǎng)基上不能正常生長(zhǎng)，需加入相應(yīng)營(yíng)養(yǎng)成分的突變型。紅色面包霉的生化突變型野生型紅色面包霉能在基本培養(yǎng)基上正常生長(zhǎng)。幾種生化突變型：突變型a：精氨酸(精氨酸合成缺陷型)；突變型c：精氨酸或瓜氨酸 (瓜氨酸合成缺陷型)；突變型o：精氨酸、瓜氨酸或鳥氨酸(鳥氨酸合成缺陷型)。研究表明，精氨酸是蛋白質(zhì)合成的必需氨基酸，而其合成途徑為：（3）致死突變（lethalmutation）:

突變主要影響生活力，發(fā)生突變后會(huì)導(dǎo)

致特定基因型個(gè)體死亡的基因突變，可

發(fā)生在不同時(shí)期。顯性致死：雜合態(tài)即有致死。大多數(shù)致死突變都為隱性致死，突變后代中的隱性純合體表現(xiàn)為致死的效應(yīng)。如：小鼠毛色遺傳的隱性致死突變；植物隱性白化突變；鐮刀形貧血癥；植物白化基因等。少數(shù)致死突變表現(xiàn)為顯性致死，帶有突變基因的個(gè)體都會(huì)死亡。如：人的神經(jīng)膠癥基因。如果致死突變發(fā)生在性染色體上，將產(chǎn)生伴性致死現(xiàn)象。突變體的表型特性

在某些條件下能成活，而在另一些條件下致死。例:噬菌體T4的溫度敏感突變型在25℃時(shí)能在E.coli宿主中生存,而在42℃時(shí)則不能。（4）條件致死突變（conditionallethalmutation）突變體的表型特性

突變發(fā)生的時(shí)期1.生物個(gè)體發(fā)育的任何時(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2.性細(xì)胞的突變頻率比體細(xì)胞高：性母細(xì)胞與性細(xì)胞對(duì)環(huán)境因素更為敏感。3.(等位)基因突變常常是獨(dú)立發(fā)生的：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)生的概率非常小(突變率的平方)。突變發(fā)生的時(shí)期4.突變時(shí)期不同，其表現(xiàn)也不相同：突變可發(fā)生在個(gè)體發(fā)育的任何時(shí)期。一般來(lái)說(shuō)，突變發(fā)生的時(shí)期愈遲，生物體表現(xiàn)突變的部分愈少。例如：金銀眼貓，一個(gè)眼睛是黃褐色，另一個(gè)眼睛是藍(lán)色。

嵌合體(mosaic)：如果突變基因是顯性的，則個(gè)體的一半顯示不同的性狀。枝變（芽變,budsport）：在植株中，一個(gè)芽在發(fā)育極早期發(fā)生突變，芽長(zhǎng)成枝后，所生的葉、花、果實(shí)與其他枝條不同。突變的稀有性突變率（mutationrate）：一個(gè)世代或一段時(shí)間內(nèi)發(fā)生突變的個(gè)體占總個(gè)體數(shù)目的比例。在正常的生長(zhǎng)條件和環(huán)境下，突變率往往是很低的?！窀叩壬餅?0－5～10－10，●細(xì)菌中為1×10－4～4×10－10。突變的可逆性：基因突變的發(fā)生方向是可逆的。正突變(forwardmutation)：野生型→突變;顯性基因A隱性基因a反突變(回復(fù)突變;reversemutation)：突變型→野生型隱性基因a顯性基因A突變的可逆性通常認(rèn)為：野生型基因是正常、有功能基因；而最初基因突變往往是野生型基因突變而喪失功能、發(fā)生功能改變，表現(xiàn)為隱性基因。所以反突變又稱為回復(fù)突變(backmutaiton)。通常用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突變的可逆性E.colihis＋his－2×10－64×10－8突變的可逆性是區(qū)別基因的點(diǎn)突變和染色體缺失或重復(fù)的重要標(biāo)志。

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：正突變率總是高于反突變率。原因在于：正常野生型基因內(nèi)部存在許多可突變部位，其中之一結(jié)構(gòu)改變均會(huì)導(dǎo)致其功能改變；但是一旦突變發(fā)生，要回復(fù)正常野生型功能則只能由原來(lái)發(fā)生突變的部位恢復(fù)原狀。因此，基因突變一般不是由于基因物質(zhì)的喪失，而主要是組成基因的物質(zhì)發(fā)生了化學(xué)性質(zhì)變化所致。突變的多方向性與復(fù)等位基因突變的多方向性：指基因突變可以多方向發(fā)生，即基因內(nèi)部多個(gè)突變部位分別改變后會(huì)產(chǎn)生多種等位基因形式。同一個(gè)基因可以向不同的方向突變，但在染色體上的座位不變。例如：A基因不同部位發(fā)生改變產(chǎn)生突變基因a1、a2、a3等對(duì)A均表現(xiàn)為隱性的基因。新基因可能均是無(wú)功能的，也可能各具不同功能。Aa1a2a3例如：果蠅X染色體上的基因W（白眼）We（曙紅眼)Wa（杏紅眼)Wbf（淺紅色眼)W＋（紅眼)這些基因都是等位的；果蠅眼睛的顏色突變的多方向性與復(fù)等位基因復(fù)等位基因(multipleallele)：由于基因突變多方向性而在同一基因位點(diǎn)上可能具有的多種等位基因形式。在二倍體與異源多倍體中，同一位點(diǎn)只能有一對(duì)基因，最多存在兩種等位基因形式；因此復(fù)等位基因的各種形式會(huì)存在于生物群體的不同個(gè)體中。人類ABO血型的遺傳●人類紅細(xì)胞表面抗原的特異性由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?！襁@三個(gè)復(fù)等位基因可組成6種基因型和4種表現(xiàn)型：復(fù)等位基因廣泛存在于生物界●根據(jù)ABO血型的遺傳規(guī)律可以進(jìn)行親子鑒定PO×O血型iiii

配子iiF1iiO血型PAB×O血型IAIBii

配子IAIBiF1IAi

IBiA型B血型●IAIB×IAIAIAIA、IAIB●IAIB×IAiIAIA、IAi、IAIB、IBi●IAIB×IBIBIAIB、IBIB●IAIA×IBIBIAIB●IAIA×iiIAi●IBIB×iiIBi

……煙草的自交不親和性●栽培的普通煙草為自花授粉植物，但煙草屬中有兩個(gè)野生種(Nicotianaforgationa與N.alata)表現(xiàn)出自交不親和性。●自交不親和性(self-incompatibility)：指自花授粉不結(jié)實(shí)，而不同基因型株間授粉可結(jié)實(shí)的現(xiàn)象?！褚寻l(fā)現(xiàn)有15個(gè)自交不親和的復(fù)等位基因S1、S2、……、S15控制自花授粉不結(jié)實(shí)性，稱為自交不親和基因。●研究表明：具有某一基因的花粉不能在具有相同基因的柱頭上萌發(fā)、伸長(zhǎng)，因而不能完成受精過(guò)程。也即：柱頭對(duì)具有相同基因的花粉具有拮抗作用。野生煙草交配親和性的遺傳機(jī)理如圖所示：株內(nèi)：S1S2×S1S2→不孕株間（不同基因型）：S1S2×S2S3→S1S3、S2S3S1S2×S3S4→S1S3、S2S3S1S4、S2S4突變的平行性和重演性平行性——是指親緣關(guān)系相近的物種因遺傳基礎(chǔ)較近似而發(fā)生相似基因突變的現(xiàn)象。如小麥有早熟、晚熟的變異類型，屬于禾本科的其它物種如大麥、黑麥、燕麥、水稻、玉米、冰草等同樣存在這些變異類型。重演性——相同的基因突變可以在同種生物的不同個(gè)體間重復(fù)發(fā)生。同一基因突變?cè)诓煌膫€(gè)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。同一突變可以在生物的不同個(gè)體上多次發(fā)生。突變的平行性對(duì)人工誘變，物種親緣關(guān)系和進(jìn)化的研究有一定的參考意義。

突變的有害性和有利性1突變的有害性：

多數(shù)突變對(duì)生物的生長(zhǎng)和發(fā)育往往是有害的。致死突變(lethalmutation)：即導(dǎo)致個(gè)體死亡的突變。⑴植物：最常見的為隱性白化突變。這種白化苗不能正常形成葉綠素，當(dāng)子葉或胚乳中養(yǎng)料耗盡時(shí)，幼苗死亡?！襁z傳表現(xiàn)如右圖：●白化苗現(xiàn)象在大麥(2n=14)中最易發(fā)現(xiàn)，水稻中也較多。小麥(2n=42，異源六倍體AABBDD)白化苗<大麥。

動(dòng)物①純合顯性致死：小鼠毛色遺傳黑色→黃色，但無(wú)黃色純合體?！裨颍和蛔兊狞S色基因AY對(duì)黑色基因a為顯性，但AY具有致死的隱性效應(yīng)。AYAY其胚胎在母體內(nèi)即已死亡，只有AYa可存活?！顸S色鼠×黑色鼠

Ayaaa1黃：1黑AYa(2378)aa(2398)

凡是用黃色毛的小鼠與黑色毛小鼠交配，其后代小鼠的黃色:黑色總是1:1，說(shuō)明沒(méi)有AYAY的純合型存在。●黃色鼠×黃色鼠

AyaAYa2黃：1黑色AYAY(死亡)AYa(2396)aa(1235)

以黃色鼠與黃色鼠交配的結(jié)果發(fā)現(xiàn)其分離比例總是2黃:1黑，說(shuō)明已缺少1/4的黃色鼠純合體。②雜合顯性致死突變：顯性致死突變?cè)陔s合狀態(tài)時(shí)即可死亡。不會(huì)產(chǎn)生純合體。例如：人神經(jīng)膠癥(epiloia)突變基因，可引起皮膚畸形生長(zhǎng)、嚴(yán)重智力缺陷、多發(fā)性腫瘤，具有這個(gè)雜合基因的人在年輕時(shí)死亡。③純合隱性致死突變：人的“異染白癡腦病”由aa基因控制(隱性純合致死)。④伴性致死突變（sexlinkedlethal）：致死突變發(fā)生在性染色體上?！裰滤劳蛔円话銓?duì)個(gè)體是不利的，但也有利，如用于檢測(cè)基因突變和控制♀♂個(gè)體的平衡致死品系。2中性突變(neutralmutation)：

指突變型的性狀變異對(duì)生物個(gè)體生活力與繁殖力沒(méi)有明顯的影響，在自然條件下不具有選擇差異的基因突變?！裆镞M(jìn)化過(guò)程中自然環(huán)境對(duì)生物的選擇主要依據(jù)生物在競(jìng)爭(zhēng)條件生活力與繁殖力的差異。在特定環(huán)境下生活力與繁殖力相對(duì)較高的類型(各種突變型)被保存下來(lái)；反之則淘汰?！駴](méi)有生活力與繁殖力差異的類型則是隨機(jī)地保留下來(lái)，因此某些性狀在生物群體內(nèi)多種突變型與突變基因共同存在。例如：水稻有芒è無(wú)芒水稻希望無(wú)芒。小麥紅皮è白皮南方希望紅粒。3有利突變：不但無(wú)害，而且有利。如抗倒、抗病、早熟等突變。4突變有害性的相對(duì)性：高稈

è

矮稈：有害性：矮稈株在高稈群體中受光不足、發(fā)育不良；有利性：矮稈株在多風(fēng)或高肥地區(qū)有較強(qiáng)抗倒伏性、生長(zhǎng)更茁壯。5人類需要和生物本身突變利弊的不一致性：禾谷類作物的落粒性對(duì)生物有利、對(duì)人類無(wú)益。水稻、玉米、高粱的雄性不育性對(duì)生物不利、對(duì)人類有利，可以免除雜交制種時(shí)人工去雄的麻煩。自發(fā)突變的原因（1）物理因素：太陽(yáng)的輻射，自然界的射線，紫外線，電流，高溫，超聲波，激光等。（2）化學(xué)因素：秋水仙堿，芥子油，咖啡堿，甲醛，脫氨劑，烷化劑，亞硝酸等。（3）生物因素：在生物的新陳代謝過(guò)程中，排放的生物毒素等。（例：植物種子貯存久了可引起突變率增加；從陳種子可提取出一些誘變物質(zhì)；番茄種在很干燥的條件下，提高番茄細(xì)胞的滲透壓，以后從它的F2、F3可以分離出多數(shù)突變體。）第二節(jié)突變的檢出果蠅突變的檢出鏈孢霉突變的檢出人的突變的檢出一、果蠅突變的檢出1果蠅性連鎖突變的檢出⑴ClB方法⑵Muller-5技術(shù)2果蠅常染色體上突變的檢出平衡致死品系InducedmutationsFatherofmutagenesisNobelPrize1946HermannJ.Muller1927年，H.J.Muller用X-ray處理果蠅精子，處理果蠅的后代與未處理的比較，突變率可以成百上千倍地增加。證明X-ray可以誘發(fā)突變，同一時(shí)期，Stadler用X-ray和γ-ray處理大麥和玉米種子，也得到了相似結(jié)果。1945年第一顆原子彈爆炸，人們才開始認(rèn)識(shí)到Muller發(fā)現(xiàn)的重要意義。1946年Muller獲諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。TheClBtestforidentifyingmutagens●ClB:Crossoversuppressor-lethal-Bartechnique●ClB品系：一條X染色體上為ClB，另一條正常。C：在X染色體上有一個(gè)大的倒位（inversion），抑制同源染色體之間的交換。l：lethalrecessiveX-Linkedgene，在倒位區(qū)內(nèi)B：Bareye顯性棒眼基因，為16A區(qū)段重復(fù)，在倒位區(qū)段范圍之外。l和B的交換被抑制?！馲射線果蠅倒位雜合體的雌蠅（XClBX+）Muller-5test檢出果蠅X染色體上的隱性突變，特別是致死突變，這與ClB原理一樣。Muller-5品系：X染色體上有：B(Bar棒眼)，Wa(apricot杏色眼)，Sc(Scute,小盾片少剛毛)；(“Basc”).倒位：可抑制X染色體上的交換實(shí)驗(yàn)時(shí)，把野外采集的，或經(jīng)誘變處理的雄蠅，與Muller-5雌蠅交配，得到子一代后，做單對(duì)交配，看子二代的分離情況。如有致死突變，F(xiàn)2中沒(méi)有野生型雄蠅，如有隱性的可見突變，則除Muller-5雄蠅外，出現(xiàn)具有可見突變的雄蠅。

TheMuller-5testforidentifyingmutagensBaExposuretoX-rayscausesmutations(MullerandStadler1927)F2：（1）若無(wú)隱性致死基因，則F2為：1：1：1：1（2）若有隱性致死基因，則F2中無(wú)野生型（3）若有隱性可見突變，則F2雄蠅可看到突變體鏈孢霉突變的檢出1945年，美國(guó)遺傳學(xué)家Beadle和生物化學(xué)家Tatum研究出檢測(cè)鏈孢霉?fàn)I養(yǎng)缺陷型突變的方法。

基本原理：野生型菌株：基本培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株：完全培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株：基本培養(yǎng)基＋它所不能合成的物質(zhì)突變型(a)：基本培養(yǎng)基＋精氨酸1.突變的真實(shí)性：在基本培養(yǎng)基上培養(yǎng)—— 能夠生長(zhǎng)未發(fā)生營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變； 不能生長(zhǎng)可能發(fā)生營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變。2.突變的類型(哪類型營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變？)： 氨基酸？(加入各種氨基酸)不能生長(zhǎng)。 維生素？(加入各種維生素)能夠生長(zhǎng)。3.進(jìn)一步鑒定具體類型： 硫胺素(VB1)、吡醇素(VB6)、泛酸、肌醇。1234511109867121314158＋維生素9＋氨基酸12＋硫胺素13＋吡醇素14＋泛酸15＋肌醇人的突變的檢出方法：家系分析，出生調(diào)查。常染色體的隱性突變較難檢出，而顯性則較為容易。X連鎖的隱性突變也較易檢出。血友病的遺傳QueenVictoriaCzarNicholas人類中某