基因突變課件

第六章基因突變學(xué)習(xí)要點(diǎn)：1.基因突變的相關(guān)概念2.基因突變的分子基礎(chǔ)3.突變的修復(fù)機(jī)制4.突變的檢測5.突變的遺傳學(xué)效應(yīng)第一節(jié)基因突變的相關(guān)概念一、突變的概念

突變(mutation):基因結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致表型的改變的變化突變體(mutant)：具有突變表型的細(xì)胞或個體

正向突變(forwardmutation)：偏離野生型性狀的突變

反向突變(backmutation)：由偏離的性狀回復(fù)為野生型性狀的突變

自發(fā)突變(spontaneousmutation)：在自然條件下產(chǎn)生的突變

誘發(fā)突變(inducedmutation）：機(jī)體在誘發(fā)環(huán)境下產(chǎn)生的突變

生化突變(biochemicalmutation）：使機(jī)體的代謝過程發(fā)生改變或喪失的突變

無效突變(nullmutaion)：完全喪失原有基因功能的突變

滲漏突變(leakymutation)：部分喪失原有基因功能的突變致死突變(lethalmutation)：影響生物體的生活力，導(dǎo)致個體死亡的突變

條件致死突變(conditionallethalmutation)：在給定的某種條件下可以存活，如果缺少這種條件就會致死的突變?nèi)⑼蛔兊男再|(zhì)1.稀有性:突變發(fā)生的頻率很低突變率(mutationrate):在特定的條件下,單位時間間內(nèi)(通常為一個世代),一個細(xì)胞發(fā)生某一事件的概率.高等真核生物自發(fā)突變概率為1/10-5—10-10。2.可逆性：突變型可以恢復(fù)為野生型，通常由發(fā)生在第二個位點(diǎn)的突變所回復(fù)，如抑制基因→敏感因子?；貜?fù)突變率一般小于正向突變率?？赡嫘詤^(qū)別于染色體的缺失。3.多向性（隨機(jī)性）：多方向，形成復(fù)等位基因。

第二節(jié)基因突變的分子基礎(chǔ)一、自發(fā)突變(spontaneousmutation)

自發(fā)突變可能由復(fù)制錯誤、DNA損傷和轉(zhuǎn)座作用等引起。

1.DNA復(fù)制錯誤(errorsofDNAreplication)

DNA堿基有互變異構(gòu)體，造成DNA復(fù)制過程中的DNA錯配。

ⅰ轉(zhuǎn)換：Purine→Pu;或者Pyrimidine→Py

ⅱ顛換：Pu→Py;或者Py→Puⅲ移碼突變：增加或減少幾個堿基,導(dǎo)致蛋白質(zhì)翻譯錯位。ⅳ缺失和重復(fù)：大片段堿基的缺失或重復(fù)，如E.coli乳糖發(fā)酵調(diào)節(jié)基因lacⅠ中四堿基重復(fù)序列。野生型:5‘-GTCTGGCTGGCTGGC-3’

突變型FS5:5‘-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3’突變型FS2:5‘-GTCTGGCTGGC-3’返回二、誘發(fā)突變（inducedmutaion）

多種理化因素都可以誘導(dǎo)DNA的突變1.誘變機(jī)制

ⅰ堿基類似物eg.5-BU和5-BrdU是胸腺嘧啶(T)的結(jié)構(gòu)類似物，酮式結(jié)構(gòu)易與A配對；烯醇式結(jié)構(gòu)易與G配對。另有2-氨基嘌呤(2-AP,A類似物)、5-氟尿嘧啶、5-氯尿嘧啶等。ⅱ特異性錯配

eg.烷化劑:甲磺酸乙酯(EMS)、亞硝基胍(NG)、芥子氣等。通過改變堿基結(jié)構(gòu)使堿基錯配。如：G-C;當(dāng)G烷基化后可與T配對，導(dǎo)致堿基轉(zhuǎn)換。或者烷化劑使嘌呤脫落，造成轉(zhuǎn)換、顛換、斷裂或其他突變

ⅲ嵌合劑的致突作用eg..吖啶類染料:吖啶橙、吖啶黃素、原黃素等堿基對的類似物，易造成移碼突變。ⅳ輻射誘導(dǎo)效應(yīng)(1)紫外線UV:形成嘧啶二聚體，如T二聚體，①同一條單鏈內(nèi)，影響復(fù)制時與A的配對，使復(fù)制中止；②雙鏈之間，影響雙鏈變性，并影響復(fù)制。重復(fù)、缺失、移碼突變(2)電離輻射：如X-ray、可引起堿基的降解或脫落，A變成H;C變成T，出現(xiàn)轉(zhuǎn)換。物理——物理化學(xué)——生物化學(xué)——大分子損傷ⅴ黃曲霉的作用使鳥嘌呤G脫落，SOS修復(fù)引入A,造成突變。2.堿基替換的遺傳效應(yīng)

(ⅰ)同義突變（samesensemutation）不改變氨基酸的密碼子變化，與密碼子的兼并性有關(guān).如GAU/GAC—Asp.(ⅱ)錯義突變（missensemutation）堿基替換的結(jié)果引起氨基酸序列的改變.(ⅲ)無義突變（nonsensemutation）編碼區(qū)的單堿基突變導(dǎo)致終止密碼子(UAG/UGA/UAA)的形成,使mRNA的翻譯提前終止,形成不完全的肽鏈.如鐮刀型貧血癥：血紅蛋白B鏈(146Aa)，6號氨基酸的替換,導(dǎo)致明顯的表型癥狀。Glu→Val,若Glu→Asp則影響較小。形成原因：1.5-MeC的存在，5-甲基胞嘧啶(MeC)脫氨基后變成T,使G-C部位轉(zhuǎn)變成A-T部位；2.短的重復(fù)序列的存在，容易配對錯位，造成重復(fù)或缺失3.與誘變劑類型有關(guān)，不同誘變劑出現(xiàn)不同的熱點(diǎn)。4.增變基因(mutatorgene)：該基因的突變會使整個基因組的突變頻率增高，eg.A.DNA多聚酶基因，突變后使多聚酶的3’→5’校正功能降低或喪失，使基因組突變頻率增高；

B.dam基因，突變后使堿基的錯配修復(fù)功能降低或喪失，使基因組突變頻率增高。三、誘變與腫瘤

腫瘤的形成與否取決于機(jī)體中癌基因和抑癌基因的平衡，抑癌基因突變會致癌。一些誘變劑可以特異性的誘導(dǎo)抑癌基因突變，導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。eg.黃曲霉素、UV(ultraviolet)等.黃曲霉素可誘導(dǎo)P53基因G→T顛換，導(dǎo)致肝癌的發(fā)生；

UV可誘導(dǎo)P53基因5’-TC-3’發(fā)生C→T顛換，形成“T二聚體”，導(dǎo)致人類鱗狀細(xì)胞皮膚癌的發(fā)生。四、定點(diǎn)誘變定義：利用人工合成的寡核苷酸，在離體的條件下，制造基因中任何部位的位點(diǎn)特異性突變的技術(shù)。反義遺傳學(xué)（reversegenetics）:合成—連接(單鏈M13)—復(fù)制—轉(zhuǎn)化—檢測二切除修復(fù)1.概念:（核苷酸外切修復(fù)、暗修復(fù)）先在損傷的任何一端打開磷酸二酯鍵，然后外切掉一段寡核苷酸；留下的缺口由修復(fù)性合成來填補(bǔ)，再由連接酶將其連接起來。酶作用不需要光的激活，但黑暗不是必要條件。2.特點(diǎn)：消除由UV引起的損傷，也能消除由電離輻射和化學(xué)誘變劑引起的其他損傷。切除的片段可由幾十到上萬bp，分別稱短補(bǔ)丁修復(fù)、長補(bǔ)丁修復(fù)。3.過程：

①內(nèi)切酶的作用在DNA損傷的一端,切開形成一個切口;②外切酶的作用將損傷部位切除;③聚合酶的作用將切口補(bǔ)齊,留下一個切口;④連接酶的作用將DNA連接形成完整的DNA鏈。4.特異性切除修復(fù)

E.coli中明顯的損傷，可在UvrA、UvrB、UvrC的作用下得以修復(fù)，但不明顯的損傷需要特異性修復(fù)。(1)糖基化酶修復(fù)：如果堿基被共價修飾，糖基化酶可作用于C-N糖苷鍵，使堿基釋放，產(chǎn)生無堿基(AP)位點(diǎn),再由AP內(nèi)切酶修復(fù)系統(tǒng)修復(fù)。(2)AP內(nèi)切酶修復(fù)系統(tǒng)修復(fù)：也由內(nèi)切、外切、聚合和連接四種酶活性來完成，以修復(fù)AP位點(diǎn)。

**以上兩種修復(fù)過程都沒有涉及到DNA的重組,屬于無誤差的修復(fù)。三重組修復(fù)1.概念:通過對DNA的復(fù)制和同源鏈的重組，來完成對損傷部位的修復(fù)，又稱復(fù)制后修復(fù)。2.特點(diǎn):①修復(fù)過程伴隨DNA的復(fù)制和重組；②僅修復(fù)新合成的不完整的單鏈，原先的損傷單鏈仍然保留；③部分重組蛋白的精確性差，修復(fù)的出錯率較高。3.重組修復(fù)過程：(1)復(fù)制：以損傷單鏈為模板復(fù)制時，越過損傷部位，對應(yīng)位點(diǎn)留下缺口；未損傷單鏈復(fù)制成完整雙鏈。(2)重組：缺口單鏈與完整同源單鏈重組，缺口轉(zhuǎn)移到完整鏈，使損傷單鏈的互補(bǔ)鏈完整，損傷單鏈仍然保留。(3)再合成：轉(zhuǎn)移后的缺口以新的互補(bǔ)鏈為模板聚合補(bǔ)齊。③在緊急情況下，細(xì)胞通過一定水平的變異來換取細(xì)胞的幸存，有利于細(xì)胞逃生。

4.SOS系統(tǒng)的啟動：通過操縱子(結(jié)構(gòu)基因、啟動子、操縱基因、調(diào)節(jié)基因)來實(shí)現(xiàn)：A.SOS基因：recA基因、UvrA、UvrB、UmuC等，也稱din基因(damageinduciblegene)，為操縱子的結(jié)構(gòu)基因；B.lex基因：阻遏蛋白基因，正常情況下結(jié)合在操縱基因上；C.recA基因：重組蛋白基因，應(yīng)急狀態(tài)下啟動蛋白質(zhì)水解酶活性，水解阻遏蛋白，使din基因高效表達(dá)，從而啟動SOS修復(fù)系統(tǒng)。五電離輻射損傷的修復(fù)

①氫鍵斷裂：DNA分子雙鏈之間1.電離輻射效應(yīng)

*

②共價鍵斷裂：DNA單鏈斷裂、雙鏈斷裂、堿基和糖基損傷③交聯(lián)作用：DNA與DNA、DNA與蛋白質(zhì)之間發(fā)生2.電離輻射的修復(fù)：1、超快修復(fù)(0℃,2min)(E.coli)無O2、單鏈(DNA連接酶)2、快修復(fù)(幾分鐘)其余90％斷裂單鏈(聚合酶Ⅰ)3、慢修復(fù)(37℃,40-60min)剩余單鏈(重組修復(fù)酶系統(tǒng))六修復(fù)缺陷與人類疾病1.著色性干皮病(XP,xerodermapigmentosum)

位于1p的隱性基因控制，干性皮膚伴隨神經(jīng)系統(tǒng)疾病，由切除二聚體能力缺損造成。2.Cockayne

Syndrome(CS)侏儒、視網(wǎng)膜萎縮。由缺損紫外線引起的DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)引起。3.共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張癥4.早老癥二真菌營養(yǎng)缺陷型的檢出菌絲過濾法——麥孢菌營養(yǎng)缺陷型

萌發(fā)菌絲→去除！分生孢子→誘變處理→液體通氣培養(yǎng)→(24h)

未萌發(fā)孢子→培養(yǎng)→萌發(fā)菌絲→去除！→萌發(fā)菌絲→去除！未萌發(fā)孢子→未萌發(fā)孢子→補(bǔ)充營養(yǎng)培養(yǎng)→營養(yǎng)缺陷型

說明：未萌發(fā)孢子——死亡、營養(yǎng)缺陷和少數(shù)野生型

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↗↘三果蠅突變的檢出1.性連鎖基因隱性突變的檢出(ClB法、

Muller-5)

(1)ClB品系：C—交