基因突變與人工創(chuàng)造突變體

基因突變與人工創(chuàng)造突變體第一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日不同皮色的老鼠各種白化動物第二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日11.1基因突變的一般特征11.2基因突變與性狀表現(xiàn)11.3基因突變的鑒定11.4動態(tài)突變11.5基因突變的分子基礎(chǔ)11.6人工創(chuàng)造突變體第十一章基因突變與人工創(chuàng)造突變體第三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日孟德爾遺傳以及連鎖遺傳中論述的可遺傳變異均是由于基因重組的結(jié)果，不是基因本身發(fā)生了質(zhì)的變化。如：黃子葉、園?！辆G子葉、皺?！S、園，黃、皺，綠、園，綠、皺本章討論染色體上基因發(fā)生改變。第四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日11.1基因突變的一般特征基因突變的概念自發(fā)突變的隨機(jī)性和不定向性基因突變的可逆性和重演性基因突變的多方向性和復(fù)等位基因基因突變的有害性和有利性基因突變的平行性第五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日●突變的概念基因突變：（genemutation）是指基因的核苷酸序列（包括編碼序列及其調(diào)控序列）發(fā)生了改變。DeVries首先提出“突變”一詞1910年MorganTH首先在果蠅中發(fā)現(xiàn)基因突變1927年MullerHJ首次用X射線誘發(fā)了基因突變第六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日○突變體（mutant）或稱突變型。帶有突變（或改變的）基因的細(xì)胞或個體?！裢蛔兟剩╩utationrate）的估算突變率的估算因生物生殖方式而不同：○有性生殖的生物：用每一配子發(fā)生突變的概率，即用一定數(shù)目配子中的突變配子數(shù)表示。

第七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日高等生物中的自發(fā)突變率一般為10-10-10-5，即在10萬到1億個配子中可能有一個突變發(fā)生。玉米、果蠅、人：自發(fā)突變率為10-6-10-5，即在十萬至一百萬個配子中只有一個發(fā)生突變，可見自然突變的頻率很低。老鼠：自發(fā)突變率10-5-10-4第八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日○無性繁殖的細(xì)菌。用每一細(xì)胞世代中每一細(xì)菌發(fā)生突變的概率，即用一定數(shù)目的細(xì)菌在分裂一次過程中發(fā)生突變的次數(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病毒與細(xì)菌基因平均自發(fā)突變率為10-8第九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日基因突變的時期

●時期在任何時期都可發(fā)生，即體細(xì)胞和性細(xì)胞都能發(fā)生突變?；蛲蛔兺ǔＪ仟毩l(fā)生的。

●體細(xì)胞和性細(xì)胞突變頻率性細(xì)胞的突變頻率比體細(xì)胞高，這是因為性細(xì)胞在減數(shù)分裂末期對外界環(huán)境條件具有較大的敏感性。

第十頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

●性細(xì)胞和體細(xì)胞突變的傳遞與表現(xiàn)

○性細(xì)胞如果是顯性突變aa→Aa，可通過受精過程傳遞給后代，并立即表現(xiàn)出來。如果是隱性突變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。

第十一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日○體細(xì)胞顯性突變，當(dāng)代表現(xiàn)，同原來性狀并存，形成嵌合體。突變越早，范圍越大，反之越小。果樹上許多“芽變”就是體細(xì)胞突變引起的，一旦發(fā)現(xiàn)要及時扦插、嫁接或組培加以繁殖保留?！把孔儭痹谟N上很重要，有不少新品種是通過芽變選育出來的，如溫州早桔就是源于溫州密桔的芽變。第十二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日一、基因突變具有隨機(jī)性和不定向性自發(fā)突變自發(fā)突變（spontaneousmutation）是在無人工干預(yù)條件下，自然發(fā)生的基因突變。自發(fā)突變具有不定向而且是隨機(jī)發(fā)生的特征。突變是不定向的，隨機(jī)的，只有選擇才是定向的，群體中某基因的定向改變是由特定的選擇因素的作用造成的，并非生物體的定向變異的結(jié)果。例如，細(xì)菌的抗性突變與所接觸的抗生素藥物或噬菌體無關(guān)，藥物或噬菌體只是以一種自發(fā)突變體的選擇因子在起作用。第十三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日二、突變的重演性和可逆性

●重演性同一突變可以在同種生物的不同個體間多次發(fā)生，稱突變的重演性。下表列舉玉米子粒的7個基因的前6個在多次試驗中都出現(xiàn)過類似的突變。

第十四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日第十五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日野生型wildtype突變型mutant●可逆性正向突變Forwordmutation回復(fù)突變Backmutation第十六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日正反突變的頻率不一，一般正向>回復(fù),這是因為一個正常野生型的基因內(nèi)部許多位點上的分子結(jié)構(gòu)，都可能發(fā)生改變而導(dǎo)致基因突變；但是一個突變基因內(nèi)部卻只有那個被改變了的結(jié)構(gòu)恢復(fù)原狀，才是真正意義上的回復(fù)突變。第十七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日三、突變的多方向性和復(fù)等位基因●多方向性

A→a，A→a1，A→a2，……●復(fù)等位基因multiplealleles○定義：位于同一基因座位上的3個或3個以上的基因稱為復(fù)等位基因。第十八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日如上，A、a1、a2、……an彼此組成一對等位基因，它們?nèi)w組成復(fù)等位基因。○復(fù)等位基因存在于同一類型的不同個體里如AA，Aa1，a2a3，aman

……舉例：煙草自交不親和性有15個復(fù)等位基因，S1S2……S15

第十九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日四、突變的有害性和有利性

●有害性○大多數(shù)是有害的○致死突變lethalmutation例：植物的白化突變綠株WW↓綠株Ww↓1WW:2Ww:1ww3綠苗:1白苗(死亡)第二十頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日多數(shù)為隱性致死（recessivelethal），也有少數(shù)顯性致死（dominantlethal）?！鸢樾灾滤溃╯ex-linkedlethal）即致死突變發(fā)生在性染色體上。

第二十一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日●中性突變neutralmutation

控制一些次要性狀基因，即使發(fā)生突變，也不會影響生物的正常生理活動，因而仍能保持其正常的生活力和繁殖力，為自然選擇保留下來。稱為中性突變，如水稻芒的有無、籽粒顏色等。第二十二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日●突變的有害有利性的相對性突變的有害性是相對的，在一定條件下可以轉(zhuǎn)化，如矮桿突變體：剛開始出現(xiàn)時在群體中呈劣勢；但育成品種后在高肥、多風(fēng)條件下種植則具有競爭優(yōu)勢昆蟲殘翅突變體：一般條件下有害突變；在多風(fēng)海島卻可避免被颶風(fēng)刮走而利于生存第二十三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日五、突變的平行性

●定義親緣關(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，稱突變的平行性?！褚饬x當(dāng)了解到一個物種或?qū)賰?nèi)具有那些變異類型，就能預(yù)見近緣的其他物種或?qū)僖餐瑯哟嬖谙嗨频淖儺愵愋?。第二十四頁，共一百一十一頁?022年，8月28日11.2基因突變與性狀表現(xiàn)第二十五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日一、顯性突變和隱性突變的表現(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。第二十六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

顯性突變的表現(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)生第二十七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

體細(xì)胞顯性突變，當(dāng)代以嵌合體表現(xiàn)，要選出純合體，須通過有性繁殖自交兩代。第二十八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

●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。第二十九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日隱性突變的表現(xiàn)DD第1代（M1）Dd第2代（M2）1DD：2Dd:1dd自交突變發(fā)生第三十頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

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。

●突變的表現(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，否則長期保持異質(zhì)。第三十一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日二、大突變和微突變的表現(xiàn)●大突變

突變效應(yīng)表現(xiàn)明顯，容易識別。質(zhì)量性狀的突變大都屬之。第三十二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日●微突變

效應(yīng)表現(xiàn)微小，較難察覺。數(shù)量性狀的突變屬之。微突變可以積累→大的變化微突變中出現(xiàn)的有利突變>大突變。所以在育種工作中要特別注意微突變的分析和選擇，在注意大突變的同時，也應(yīng)重視微突變。第三十三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日11.3基因突變的鑒定第三十四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日①突變發(fā)生的鑒定經(jīng)誘變產(chǎn)生的變異是否屬于真實的基因突變，是顯性突變還是隱性突變、突變頻率的高低，都應(yīng)進(jìn)行鑒定。

由基因發(fā)生某種化學(xué)變化而引起的變異是可遺傳，而由一般環(huán)境條件導(dǎo)致的變異是不遺傳的。一、植物基因突變的鑒定第三十五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日例：高稈è矮稈，其原因：①．有基因突變而引起；②．因土壤瘠薄或遭受病蟲為害而生長不良等。

鑒定方法：可將變異體與原始親本在同一栽培條件下比較。高稈è矮稈è后代為高稈，則不是突變，由環(huán)境引起；自交后代仍為矮稈，則是基因突變引起的。第三十六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日②顯隱性的鑒定顯性突變和隱性突變的區(qū)分，可利用雜交試驗加以鑒定。如：

突變體矮稈株×原始品種(高)

↓

F1高稈

↓自交

F2有高稈、也有矮稈，說明該突變屬于隱性突變第三十七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日③突變率的測定●花粉直感(胚乳直感）法估算配子的突變率舉例：測定玉米籽粒由Su→su的突變率。利用甜粒玉米susu為母本、誘變處理的非甜玉米SuSu為父本進(jìn)行雜交，理論上F1果穗上都應(yīng)為非甜，但2萬粒中卻出現(xiàn)個別甜粒（2粒），這說明父本的2萬?；ǚ壑杏??；ǚ鄣幕蛴蒘u→su，說明基因Su的突變率為萬分之一。

花粉直感：兩個相異的植株雜交，當(dāng)代所結(jié)籽粒即表現(xiàn)父本性狀的現(xiàn)象第三十八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日●植株測定法根據(jù)M2出現(xiàn)的突變體占觀察總個體數(shù)的比例來估算。如M2群體中10萬個觀察個體數(shù)中出現(xiàn)5個突變體，突變率為十萬分之五。第三十九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日二、真菌生化突變的鑒定第四十頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日（一）紅色面包霉的生化突變型●幾個基本概念○生化突變：由于誘變因素的影響導(dǎo)致生物代謝功能的變異?！馉I養(yǎng)缺陷型（auxotroph）：誘變導(dǎo)致生物喪失了合成某種生活物質(zhì)的能力，需在特定的營養(yǎng)下才能生長?！鹨吧突蛟B(yǎng)型（prototroph）第四十一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日基本培養(yǎng)基：野生型可在這種培養(yǎng)基因生長。水+無機(jī)鹽(硫酸鹽、硝酸鹽等)+糖類(葡萄糖或蔗糖)+微量生物素(VB的一種)。完全培養(yǎng)基：各種突變型可以在這種培養(yǎng)基生長?；九囵B(yǎng)基+多種氨基酸+多種維生素紅色面包霉的突變型：

紅色面包霉è合成其生活所需物質(zhì)è一系列生化過程è每一過程由一定的基因所控制。只要綜合分析大量的生化突變資料è可闡明有關(guān)基因的功能及其作用的程序。第四十二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日1.Beadle紅色面包霉的生化突變型●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(精或瓜)2.推理●紅色面包霉在合成它生活所需物質(zhì)時，要經(jīng)過一系列的生化過程，而每一個系列化過程又由一定的基因所控制。圖中－表示不添加某物質(zhì)，×表示不能生長，√表示在添加某物質(zhì)的培養(yǎng)基上可生長第四十三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日●根據(jù)以上實驗，可以推論精氨酸的合成步驟為：前體→鳥氨酸→瓜氨酸→精氨酸→蛋白質(zhì)由此可以看出，從鳥→精的合成至少需要A、C、O三個基因，其中一個基因發(fā)生突變，精氨酸是不會合成的，這個實驗證明了基因與新陳代謝的關(guān)系。Beadle1941年根據(jù)這個實驗研究，闡明基因是通過酶的作用來控制性狀的，于是提出“一個基因一個酶”的假說，把基因與性狀兩者聯(lián)系起來。前體→鳥氨酸→瓜氨酸→精氨酸→蛋白質(zhì)基因O酶I基因C酶II基因A酶III第四十四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日（二）紅色面包霉生化突變的鑒定方法圖片引自KlugandCummings，2002第四十五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日三、果蠅突變體的鑒定果蠅X染色體上隱性突變的檢出——ClB法——并連X染色體法（自學(xué)）果蠅常染色體突變的檢出——平衡致死法第四十六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日ClB法：Crossoversuppressor-lethal-BartechniqueClB果蠅：倒位雜合的雌果蠅一條X染色體正常，另一條X染色體是倒位染色體ClBC:起抑制交換作用的倒位區(qū)段，可阻止ClB染色體和待測定染色體之間的交換l：該倒位區(qū)段內(nèi)的一個隱性致死基因，純合隱性致死B：倒位區(qū)段外的一個16區(qū)A段的重復(fù)區(qū)段，其表型是顯性棒眼果蠅X染色體上隱性突變的檢出——ClB法第四十七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日ClB法測定X染色體上的隱性突變輻射處理雄果蠅××X-X-ClBClBX+X+♂♂♀♀♂X-X-ClBClBClBX-致死♂♀♂X-X-ClBClBClBX-致死♀選擇F1的棒眼雌果蠅與正常雄果蠅單對雜交第四十八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日先用不同劑量的X射線處理野生型雄蠅，因為精子只帶一條X染色體，如果這條X染色體受到輻射影響，整個配子就受到影響。然后和帶有ClB／＋＋＋雜合的雌蠅交配，在其F1中會產(chǎn)生2雌：1雄，這1／3的雄蠅只能是野生型，而在雌蠅中，卻有兩種，一種帶有ClB，另一種是野生型。此后，將帶有ClB的F1雌蠅挑選出來以備測交。因為這樣的雌蠅中的一條X染色體是來自未被照射的母本的ClB，另一條必定來自照射過的父本。如果這條X染色體產(chǎn)生了一個新的致死突變基因l’，而這個l’基因一般不可能正好與ClB的致死基因l具有等位性，何況它們?nèi)绻堑任换虻脑?，卵子受精后就成為純合子而死亡。將這些準(zhǔn)備測交的雌蠅一對一地與F1正常的雌雄交配。在下一代中，如果沒有雄蠅出現(xiàn)，則表明發(fā)生了新的隱性致死突變，否則后代的性別比例應(yīng)為2雌：1雄。檢查每一個單對雜交的結(jié)果，一方面可以得到隱性突變，特別是致死突變是否發(fā)生的信息，另一方面可以計算某一劑量的X射線在X染色體上造成致死突變的概率。果蠅X染色體上隱性突變的檢出——ClB法第四十九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日果蠅2號染色體的平衡致死系同源染色體的一個成員：有一個Cy卷翅基因，對正常翅是顯性，但在致死作用上是隱性的，即CyCy純合致死。而且存在一個大片段的倒位，Cy在倒位區(qū)段內(nèi)，可以抑制重組發(fā)生。同源染色體的另一成員：有一個S基因，星狀眼，對正常眼是顯性，SS純合致死。該平衡致死系只能以雙雜合體存在。品系內(nèi)個體間相互交配后，只出現(xiàn)一種與親代完全一樣的后代，表型是卷翅、星狀眼。果蠅常染色體突變的檢出——平衡致死法＋SCy＋＋SCy＋＋S＋SCy＋Cy＋＋SCy＋＋SCy＋＋SCy＋Cy＋＋S致死致死第五十頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日利用這樣的永久雜種檢測第2染色體上的突變基因時，先將該品系的雌蠅和待測的雄蠅雜交，在F1挑選卷翅雄體再與該品系的雌體作單對交配，分別飼養(yǎng)。在F2選取卷翅的雌雄個體相互交配。到F3可出現(xiàn)以下情況：①如被檢測的第2染色體不帶有致死突變，則有1／3左右的野生型出現(xiàn)②如被檢測的第2染色體帶有致死突變，則F3全部是卷翅果蠅。③如發(fā)生可見的隱性突變，還有1／3左右的突變型（正常翅）果蠅常染色體突變的檢出——平衡致死法第五十一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日動態(tài)突變及其機(jī)制動態(tài)突變與人類疾病11.4動態(tài)突變（dynamicmutation）第五十二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日動態(tài)突變及其機(jī)制動態(tài)突變（dynamicmutation）是在基因的編碼區(qū)、3′或5′UTR、啟動子區(qū)、內(nèi)含子區(qū)出現(xiàn)三核苷酸重復(fù)，及其他長短不等的小衛(wèi)星、微衛(wèi)星序列的重復(fù)拷貝數(shù)，在減數(shù)分裂或體細(xì)胞的有絲分裂過程中發(fā)生擴(kuò)增而造成遺傳物質(zhì)的不穩(wěn)定狀態(tài)。三核苷酸重復(fù)，如(CAG)n、(CCG)n、(CTG)n、(CGG)n等的重復(fù)數(shù)（n）不斷增加使拷貝數(shù)改變后的基因的可突變性（mutability）不同于拷貝數(shù)改變前的基因。這類特殊的突變可造成基因功能喪失或獲得異常改變的產(chǎn)物，從而導(dǎo)致人類的多種疾病?？赡茉颍褐貜?fù)序列誘發(fā)的復(fù)制滑動(replicationslippage)，即模板鏈及其拷貝發(fā)生位置的相對移動，即滑動錯配，其結(jié)果使部分模板被重復(fù)復(fù)制或被遺漏，造成新的多聚核苷酸擁有或多或少的重復(fù)單位。第五十三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日動態(tài)突變與人類疾病與動態(tài)突變有關(guān)的人類疾病具有下列特征：①除了都具有三核苷酸重復(fù)數(shù)目的異常增加外，致病基因序列之間沒有同源性。例如，(CAG)n擴(kuò)增引起的導(dǎo)致的脊髓小腦共濟(jì)失調(diào)，各個基因都具有(CAG)n的拷貝擴(kuò)增外，序列之間無同源性，提示其內(nèi)在功能各不相同；②即使都是由(CAG)n擴(kuò)增引起的疾病，但病變僅選擇性地累及特定的細(xì)胞；③遺傳早現(xiàn)現(xiàn)象，在同一家系中，隨著致病基因在后續(xù)世代中的傳遞，后代個體的發(fā)病年齡會越來越早，病情愈來愈嚴(yán)重。除了三核苷酸重復(fù)外，某些基因內(nèi)的其他類型的多核苷酸重復(fù)的拷貝擴(kuò)增也引起遺傳病，例如SCA10基因第9內(nèi)含子中的(ATTCT)n當(dāng)n為10～22時，并不引發(fā)SCA10疾病，而上述5核苷酸重復(fù)次數(shù)達(dá)4000余次時，SCA10發(fā)病。第五十四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日動態(tài)突變與人類疾病動態(tài)突變致病機(jī)制的假說（自學(xué)）第五十五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日11.5基因突變的分子基礎(chǔ)自發(fā)突變的原因：A.復(fù)制錯誤B.堿基的異構(gòu)體互變效應(yīng)C.轉(zhuǎn)座因子的插入D.自發(fā)的化學(xué)變化：脫嘌呤、脫氨基、生物體內(nèi)活性氧化劑對DNA的氧化損傷誘變因素：A.化學(xué)誘變B.物理誘變C.生物學(xué)誘變第五十六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日一、突變的分子機(jī)制（一）位點與基因座

位點（site）：DNA（基因）上一個核苷酸對，一個基因內(nèi)不同位點的改變可以形成許多等位基因（復(fù)等位基因）。

基因座（locus）：指一個基因，包括數(shù)百個～數(shù)千個核苷酸對。一個基因座上的復(fù)等位基因是基因內(nèi)部不同堿基改變的結(jié)果。第五十七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日（二）突變的方式（1）分子結(jié)構(gòu)的改變

堿基替換：如AAA（賴）→GAA（谷）。包括：轉(zhuǎn)換:transition,嘌呤與嘌呤或嘧啶與嘧啶之間的轉(zhuǎn)換顛換:transversion,嘌呤轉(zhuǎn)換為嘧啶或嘧啶轉(zhuǎn)換為嘌呤（2）移碼frameshift堿基缺失移碼：如AAA（賴）CAC（組）→AAC（天）AC…堿基插入移碼：如AAA(賴)→AAC（天冬酰胺）A…第五十八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日鐮刀型貧血癥與點突變正常紅細(xì)胞基因型HbAHbA鐮刀型紅細(xì)胞基因型HbSHbS人的血紅蛋白由2條α鏈和2條β鏈組成。鐮刀型貧血癥患者的β鏈第6位的Glutamicacid變成了Valine。谷氨酸的密碼子為GAA或GAG，而纈氨酸的密碼子為GUU、GUC、GUA、GUG。中間1個堿基的替換導(dǎo)致了1個氨基酸的改變，從而導(dǎo)致了鐮刀型貧血癥。第五十九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日第六十頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日THECATSAWTHEDOG?圖片引自KlugandCummings，2002移碼突變第六十一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日（三）自發(fā)突變的機(jī)制（1）自發(fā)損傷常見的有脫嘌呤和脫氨基作用。一個哺乳動物細(xì)胞在37℃培養(yǎng)20h的細(xì)胞復(fù)制周期中，DNA自發(fā)地脫落大約10000個嘌呤堿基。（2）堿基的氧化損傷活性氧化物，如超氧自由基(O2－)、過氧化氫(H2O2)和羥自由基(OH－)都被認(rèn)為是正常有氧代謝的副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物對DNA產(chǎn)生氧化損傷，不僅能對DNA的前體造成氧化性損傷，從而引起突變，而且會引發(fā)多種人類疾病。（3）DNA復(fù)制錯誤堿基異構(gòu)體轉(zhuǎn)換會導(dǎo)致DNA復(fù)制錯誤，造成堿基替換；復(fù)制滑動可導(dǎo)致堿基插入、缺失，造成移碼突變。（4）其他可能的機(jī)制自然界存在的輻射；溫度急劇變化導(dǎo)致DNA復(fù)制酶的保真性降低；重復(fù)序列引起的復(fù)制滑動（replicationslippage）第六十二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日堿基嘧啶環(huán)嘌呤環(huán)第六十三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日異構(gòu)體互變會改變堿基配對性質(zhì)并導(dǎo)致突變堿基異構(gòu)體互變（Tautomericshifts）酮式烯醇式標(biāo)準(zhǔn)的堿基配對異常堿基配對氨基式亞氨基式第六十四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日二、突變的修復(fù)(自學(xué))1、DNA防護(hù)機(jī)制（1）簡并密碼子（2）回復(fù)突變（3）抑制（4）致死和選擇（5）多倍性2、DNA的修復(fù)（1）光修復(fù)（2）暗修復(fù)（3）重組修復(fù)（4）SOS修復(fù)未雨綢繆壞了就修?（自學(xué)）第六十五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日想變就變——理化誘變想變什么就變什么？！——生物學(xué)誘變11.6人工創(chuàng)造突變體第六十六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日一、突變體的用途第六十七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日太空輻射育種

突變體的用途——育種Co60輻射育種

:8080第六十八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日突變體的用途——遺傳與發(fā)育機(jī)理的揭示例如：THMorgan通過研究果蠅白眼突變體揭示了性連鎖遺傳規(guī)律CNüsslein-Volhard等人通過研究大量果蠅和斑馬魚胚胎突變體，提出了由間隙基因、成對基因、節(jié)段極性基因、同形異位（同源異形）基因控制發(fā)育的模式第六十九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日例如：GWBeadle和ELTatum以紅色面包酶為材料，根據(jù)對生化突變體的研究提出“一個基因一個酶”假說。認(rèn)為生物體內(nèi)發(fā)生的每一步代謝反應(yīng)，都是由一種特殊的酶負(fù)責(zé)控制的，而這種酶又是某一特定基因的合成產(chǎn)物。突變體的用途——生化途徑的揭示第七十頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

突變體的用途——遺傳疾病的研究沙皇尼古拉二世之子：血友病

維多利亞女王：血友病突變基因攜帶者

第七十一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日正向遺傳學(xué)策略（forwardgeneticsstrategy）克隆已知突變表型或功能的基因，再分析其序列，即由功能→序列。只能分析單個的或少數(shù)的基因，所獲得的信息是零散而片面的逆向遺傳學(xué)策略（reversegeneticsstrategy）從大規(guī)模的已知DNA序列出發(fā)，對基因組的基因進(jìn)行功能敲除（knock-out）或激活(knock-on),獲得大量突變體，并系統(tǒng)地分析其功能。即由大規(guī)模序列

→功能。所獲得的信息是系統(tǒng)的、完整的突變體的用途——基因功能分析與功能基因組學(xué)研究第七十二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日二、人工創(chuàng)造突變體的方法第七十三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日獲得突變體的途徑最終可歸結(jié)為：破壞基因結(jié)構(gòu)改變基因表達(dá)誘變方法：物理誘變（physicalmutagenesis）化學(xué)誘變(chemicalmutagenesis)生物學(xué)誘變(biologicalmutagenesis)第七十四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日（一）物理誘變物理誘變因素電離誘變因素非電離誘變因素電磁輻射粒子輻射紫外線X射線γ射線帶電粒子不帶電粒子α射線β射線質(zhì)子中子第七十五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日電磁波譜的組成及其波長能量高于可見光的射線對生物體有害第七十六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日1.電離輻射誘變●包括射線、射線和中子等粒子輻射，還包括γ射線和X射線等電磁波輻射。中子的誘變效果最好。根據(jù)輻射（照射）的方法，可分為“內(nèi)”和“外”照射。

第七十七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日○外照射即輻射源與接受照射的物體之間要保持一定的距離，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。X射線、γ射線和中子都適用于“外照射”?！饍?nèi)照射即用浸泡或注射的方法，使其滲入生物體內(nèi)，在體內(nèi)放出射線進(jìn)行誘變。

第七十八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日和射線的穿透力很弱，故只能用“內(nèi)照射”。實際應(yīng)用時，一般不用射線，只用射線。射線常用輻射源是P32和S35，尤以P32使用較多●電離輻射誘變的機(jī)理照射→初級電離→次級電離→基因分子結(jié)構(gòu)改組→基因突變第七十九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日●輻射劑量及表示方法○定義：單位質(zhì)量被照射的物質(zhì)所吸收的能量數(shù)值，稱為輻射劑量。

○X射線和γ射線：用“倫琴”（r）表示，即在1克空氣中吸收83×10-7焦耳（J）輻射的能量?！鹬凶樱簡挝皇恰胺e分流量”。即每平方厘米的截面上通過的中子數(shù)（n/cm2）。

○射線：用“微居里”表示。具體是每克物質(zhì)吸收多少“微居里”（cu）的放射性同位素。微居里是放射強(qiáng)度單位，表示每秒鐘有3.7×104個原子核發(fā)生蛻變。第八十頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日基因突變的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)度的影響。●輻射強(qiáng)度是指單位時間內(nèi)照射的劑量數(shù)，即劑量率，倘若照射劑量不變，不管單位時間內(nèi)所照射是多還是少，基因突變率總是保持一致。

第八十一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日

2.非電離輻射誘變

●種類：UV●作用機(jī)理激發(fā)作用→DNA結(jié)構(gòu)改變→配對差錯→突變最有效的誘變波長：260nm●適用UV能量較低、穿透力較弱，適于微生物、生殖細(xì)胞的誘變UV照射→DNA上的胸腺嘧啶環(huán)共價交聯(lián)→形成胸腺嘧啶二聚體→DNA構(gòu)像改變，抑制復(fù)制→錯配第八十二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日“Childrenofthenight”陽光中的UV可導(dǎo)致DNA形成thyminedimer（胸腺嘧啶二聚體），正常人含有NER修復(fù)系統(tǒng)，可以切除修復(fù)受影響的DNA。但干皮病患者喪失了NER功能，所以暴露于陽光中會導(dǎo)致皮膚受損、甚至長腫瘤（如圖中男孩的鼻子上就有2個）。如果這種孩子從小就不暴露在陽光中，皮膚受損可以減輕（圖中女孩）第八十三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日●簡史1941年Auerbach和Robson第一次發(fā)現(xiàn)芥子氣（mustardgas,一種烷化劑）可以誘發(fā)基因突變。1943年Oehlkers第一次發(fā)現(xiàn)氨基甲酸乙酯(NH2COO2H5）可以誘發(fā)染色體結(jié)構(gòu)的變異。

（二）化學(xué)誘變第八十四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日●化學(xué)誘變的特點某些化學(xué)藥物的誘變作用是有特異性的，即一定性質(zhì)的藥物能夠誘發(fā)一定類型的變異。第八十五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日化學(xué)誘變劑的種類堿基類似物具有配對兩重性，DNA復(fù)制時如錯誤摻入堿基類似物可造成堿基的轉(zhuǎn)換（basetransition）堿基修飾劑對堿基某些基團(tuán)進(jìn)行化學(xué)修飾從而改變堿基的配對性質(zhì)，造成堿基的轉(zhuǎn)換或顛換(transversion)DNA嵌入劑可嵌入DNA的堿基對之間，造成復(fù)制錯誤，形成堿基插入/缺失,導(dǎo)致移碼突變第八十六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日堿基類似物：baseanalogs

DNA復(fù)制時錯誤摻入到DNA分子中，引起堿基配對錯誤，造成堿基替換5－溴尿嘧啶（5-BU,5-bromouracil）2－氨基嘌呤（2-AP,2-aminopurine）堿基修飾劑：

對堿基進(jìn)行修飾使其性質(zhì)發(fā)生改變，引起特異性錯配，造成堿基替換

亞硝酸（HNO2）：使堿基脫氨羥胺（HA）：使堿基的氨基氮羥基化甲基磺酸乙酯（EMS，烷化劑）：使堿基烷基化嵌合劑：吖啶類染料。含有吖啶環(huán)，是一種平面分子，分子大小與堿基對大小相似，可以插入到DNA雙螺旋雙鏈或單鏈的兩個相鄰堿基之間，造成堿基插入或缺失，引起移碼突變。某些抗菌素、疊氮化合物也有誘變效應(yīng)第八十七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日堿基類似物具有配對兩重性，導(dǎo)致堿基轉(zhuǎn)換突變T=A↓5BU=A↓5BU=G↓C=G酮式烯醇式酮式烯醇式5-BU，5-溴尿嘧啶，是T的類似物，但可以和A或G配對第八十八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日烷化劑EMS對堿基的修飾導(dǎo)致其配對性質(zhì)改變DNA修飾烷化劑是極強(qiáng)的化學(xué)誘變劑。如乙基甲磺酸（EMS）和亞硝基胍（NTG），可對堿基進(jìn)行烷基化，改變其配對性質(zhì)，造成堿基替換。DNA嵌入劑，如原黃素素(proflavin),吖啶橙(acridine)等扁平分子可以嵌入DNA的堿基對之間，導(dǎo)致單核苷酸對的插入/缺失，引起移碼突變。第八十九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日（三）生物學(xué)誘變第九十頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)座因子——會跳舞的基因？1、定義：指可以在染色體組內(nèi)移動的特定DNA片段。2、發(fā)現(xiàn)：Emerson（1914）花斑果皮McClintock轉(zhuǎn)座因子的遺傳基礎(chǔ)第九十一頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日巴巴拉·麥克林托克BarbaraMcClintock（1902-1992）是20世紀(jì)具有傳奇般經(jīng)歷的女科學(xué)家，她在玉米中發(fā)現(xiàn)了“會跳舞”的基因。面對榮獲貝爾獎（1983年）這一崇高榮譽，麥克林托克平靜地說：“我覺得自己獲得這種意外的獎賞似乎有些過分。多少年來，我在對于玉米遺傳的研究中已獲得很多的歡樂。我不過是請求玉米幫助我解決一些特殊的問題，并傾聽了她那奇妙的回答?！?/p>

第九十二頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日Ac－Ds轉(zhuǎn)座系統(tǒng)造成玉米籽粒顏色的改變引自KlugandCummings，2002CDsAcInsertionalmutationAcCAcDs當(dāng)Ac存在時，Ds可發(fā)生轉(zhuǎn)座當(dāng)Ds轉(zhuǎn)座插入基因C時，造成插入失活，籽粒無色當(dāng)Ds從基因C切離時，回復(fù)野生型，表現(xiàn)有色。由于發(fā)生切離的時間不同、發(fā)生切離的細(xì)胞有限，所以籽粒顏色表現(xiàn)為少量色斑C為顯性基因，使玉米籽粒呈現(xiàn)顏色第九十三頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)座因子的結(jié)構(gòu)特性（一）原核生物的轉(zhuǎn)座因子它們的一個共同特征是，在它們的末端都具有一段反向的重復(fù)序列(IR)。

1．插入因子（insertionsequence,IS）

第九十四頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日2．轉(zhuǎn)座子(transposons)

Tnp3系轉(zhuǎn)座子末端有一對38bp的IR序列，每個轉(zhuǎn)座子都帶有3個基因:一個是編碼對氨芐青霉素抗性的β–內(nèi)酰胺酶(β–lactamase)基因，其它二個是編碼與轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的基因，TnpA和TnpR。第九十五頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日（二）真核生物的轉(zhuǎn)座因子194bp缺失11bp末端顛倒重復(fù)區(qū)加405bp無關(guān)序列第九十六頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日Ac因子：activator，是自主成分，具備自身切除和轉(zhuǎn)座的能力。帶有2個與轉(zhuǎn)座有關(guān)的基因Ds因子：dissociation,非自主成分，只有在同一自主成分Ac存在時才能切除或轉(zhuǎn)座。自主成分對非自主成分的互補效應(yīng)是反式的，非自主成分大概起源于丟失了自主轉(zhuǎn)座功能的成分，如各種Ds均來源于Ac。轉(zhuǎn)座子的末端序列是轉(zhuǎn)座酶的識別位點，保守性很強(qiáng)。如，Ac-Ds系統(tǒng)兩端均為11bp的顛倒重復(fù)序列。第九十七頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日生物學(xué)誘變定點突變T-DNAtaggingTransposontaggingRNAinterference第九十八頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日定點突變基因的定點突變（sitespecificmutagenesisofgene）是指按照人們的意愿對基因的編碼區(qū)和表達(dá)調(diào)控區(qū)（包括啟動子區(qū)）定向進(jìn)行缺失、插入或堿基替換等過程。基因的定點突變改變了自然狀態(tài)下誘發(fā)突變表現(xiàn)的隨機(jī)性，根據(jù)所要突變的已知基因序列，對其保守的功能結(jié)構(gòu)域，調(diào)控區(qū)進(jìn)行定點突變，從而改變基因的結(jié)構(gòu)和表達(dá)狀況。第九十九頁，共一百一十一頁，2022年，8月28日定點突變的方法雙引物法將克隆到任一質(zhì)粒上某基因的特定位點，設(shè)計兩個互補的含有突變堿基的引物，該引物應(yīng)有足夠的長度，以保證與該突變位點對應(yīng)的質(zhì)粒DNA