遺傳學(xué)第十二章課件

第十二章突變和重組的機(jī)理第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)第二節(jié)重組的分子基礎(chǔ)第三節(jié)轉(zhuǎn)座遺傳因子第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)一、基因突變的種類從DNA堿基順序改變來分，突變一般可分為堿基置換突變、移碼突變、整碼突變及染色體錯誤配對和不等交換4種。(一)堿基替(置)換突變

一個(gè)堿基被另一堿基取代而造成的突變稱為堿基替(置)換突變。凡是一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘌呤所取代，或者一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘧啶所取代的置換稱為轉(zhuǎn)換（transition）；一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘧啶所取代或一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘌呤所替代的置換稱為顛換（transversion）。

第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)(四)染色體錯誤配對不等交換

染色體錯誤配對不等交換（mispairedsynapsisandunequalcrossing-over），減數(shù)分裂期間，同源染色體間的同源部分發(fā)生聯(lián)會和交換，如果聯(lián)會時(shí)配對不精確，會發(fā)生不等交換，造成一部分基因缺失和部分基因重復(fù)。二、基因突變的分子效應(yīng)由于堿基置換導(dǎo)致核苷酸順序的改變，對多肽鏈中氨基酸順序的影響，有下列幾種類型：(一)同義突變由于密碼子具有兼并性，因此，單個(gè)堿基置換后使mRNA上改變后的密碼子與改變前所編碼的氨基酸一樣，肽鏈中出現(xiàn)同一氨基酸。同義突變不易檢出。據(jù)估計(jì)，自然界中這樣的突變頻度占相當(dāng)高比例。

第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)DNA：CTA→CTGmRNA：GAU→GACPr

：ASP→ASP第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)(二)錯義突變指DNA分子中的核苷酸置換后改變了mRNA上遺傳密碼，從而導(dǎo)致合成的多肽鏈中一個(gè)氨基酸被另一氨基酸所取代，這種情況稱為錯義突變（missensemutation）。錯義突變結(jié)果產(chǎn)生異常蛋白質(zhì)和酶。但也有不少基因由于錯義突變而產(chǎn)生部分降低活性和異質(zhì)組分的酶，從而不完全抑制了催化反應(yīng)。有些錯義突變不影響蛋白質(zhì)或酶的生物活性，因而不表現(xiàn)出明顯的表型效應(yīng)。(三)無義突變當(dāng)單個(gè)堿基置換導(dǎo)致出現(xiàn)終止密碼子（UAG、UAA、UGA）時(shí)，多肽鏈將提前終止合成，所產(chǎn)生的蛋白質(zhì)（或酶）大都失去活性或喪失正常功能，此種突變稱為無義突變（non-sensemutation）。

第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)DNA：ACC→CCCmRNA：UGG→GGGPr：Trp→Gly色氨酸甘氨酸DNA：ACC→ATCmRNA：UGG→UAGPr：Trp

→終止第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)三、化學(xué)誘變因素及其機(jī)理（一）堿基類似物誘發(fā)突變堿基類似物：一種化合物的分子結(jié)構(gòu)與4種天然化合物的結(jié)構(gòu)類似，在化學(xué)反應(yīng)中取代了天然化合物，引起錯誤配對，從而由一個(gè)堿基對代替另一個(gè)不同的堿基對。常見的堿基類似物有5-溴尿嘧啶（BU）和2-氨基嘌呤（AP）第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)

例如：5-溴尿嘧啶（BU）是胸腺嘧啶（T）的結(jié)構(gòu)類似物引起的堿基替換。

正常情況：A=T，酮式BU=A，烯醇式BU≡G（少見），當(dāng)BU參與DNA復(fù)制時(shí)，BU在酮式與烯醇式之間轉(zhuǎn)換，結(jié)果G≡CA=T。第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)2－氨基嘌呤（2－AP），它是一種腺嘌呤的類似物，它可和胸腺嘧啶配對。當(dāng)2—AP以和胸腺嘧啶配對形式進(jìn)人DNA后，它可再和胞嘧啶配對；從而產(chǎn)生A—T到G－C的轉(zhuǎn)換，或當(dāng)2－AP以和胞嘧啶配對形式進(jìn)人DNA后再和胸腺嘧啶配對后產(chǎn)主G－C到A－T的轉(zhuǎn)換。2-氨基嘌呤第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)（二）DNA修飾物（堿基作用物）誘發(fā)突變DNA修飾物：通過化學(xué)變化改造DNA分子結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。其作用與DNA復(fù)制無關(guān)。三類：亞硝酸、烷化劑、羥胺。1、亞硝酸（HNO2）

是一種很有效的誘變劑，已知可以引起許多生物的突變，如煙草花葉病病毒，T２、T４和E.coli等。第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)AHCCUA2、烷化劑：一類具有一個(gè)或多個(gè)活性烷基的化合物。并不摻入DNA而是通過改變堿基的結(jié)構(gòu)從而引起特異性錯配芥子氣、硫酸二乙酯（DES）、甲基磺酸乙酯（EMS）、乙烯亞胺（EI）、亞硝基胍等。（1）主要是使DNA中的堿基發(fā)生烷化作用。例如EMS能使鳥嘌呤的N位置上帶有乙基，成為7一乙基鳥嘌呤。這種鳥嘌呤不與胞嘧啶配對，而與胸腺嘧啶配對，故能使G一C轉(zhuǎn)換成A—T。（2）烷化劑的另一作用是脫嘌呤。例如烷基在鳥嘌呤N位上活化β－糖苷鍵而引起斷裂，使嘌呤整個(gè)地從DNA鏈上脫下來，產(chǎn)生一個(gè)缺口。復(fù)制時(shí)，在與缺口對應(yīng)的位點(diǎn)上就可能配上任何一個(gè)堿基，從而引起轉(zhuǎn)換或顛換，而且，去嘌呤后的DNA也容易發(fā)生斷裂，引起缺失或其他突變。烷化作用主要發(fā)生在堿基的N1、N3、N7位置上。最容易發(fā)生在G的N7位置上，形成7-烷基鳥嘌呤。7-烷基鳥嘌呤可與胸腺嘧啶配對烷化作用主要發(fā)生在堿基的N1、N3、N7位置上。最容易發(fā)生在G的N7位置上，形成7-烷基鳥嘌呤。7-烷基鳥嘌呤可與胸腺嘧啶配對，從而產(chǎn)生GC→AT的轉(zhuǎn)換。，從而產(chǎn)生GC→AT的轉(zhuǎn)換。第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)GTTG第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)(三)嵌合劑導(dǎo)致突變作用：能夠結(jié)合到DNA分子中，引起DNA分子中遺傳密碼的閱讀順序發(fā)生改變，從而導(dǎo)致突變。

吖啶類化合物氮芥類（ICR）化合物增加（+）或減少（-）一個(gè)或幾個(gè)堿基對移碼突變吖啶類（如原黃素、吖黃素、吖啶黃）分子扁平,能插入DNA相鄰堿基對間，使DNA分子雙鏈歪斜，導(dǎo)致交換時(shí)出現(xiàn)不等交換，產(chǎn)生的重組分子一個(gè)堿基多，一個(gè)堿基少。第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)編碼順序改變與血紅蛋白?。?）堿基替換（鐮形細(xì)胞貧血癥）：患者：HbSHbS能產(chǎn)生血紅蛋白S正常：HbAHbA能產(chǎn)生血紅蛋白AHbAHbs能產(chǎn)生血紅蛋白A與S血紅蛋白A與S所帶電荷不同導(dǎo)致遷移率不同，通過電泳可以區(qū)分開來。第一節(jié)突變的分子基礎(chǔ)第二節(jié)重組的分子基礎(chǔ)重組并不總是相互的（4：4），不能解釋鏈孢酶出現(xiàn)的5：3和6：2的分離比第二節(jié)重組的分子基礎(chǔ)（2）模寫選擇模型------重組是復(fù)制的直接結(jié)果

在復(fù)制過程中，子染色體可以調(diào)換模板，本來是以某一親本染色體為模板，可以轉(zhuǎn)而以另一親本為模板。1、復(fù)制為全保留，違反半保留復(fù)制的原則。2、僅限于二線交換，無三線、四線雙交換。3、配對交換在M期、復(fù)制在S期第二節(jié)重組的分子基礎(chǔ)第二節(jié)重組的分子基礎(chǔ)二、基因轉(zhuǎn)變面包酵母：突變基因pdxp（在培養(yǎng)基中添加吡哆醇才能生長），對酸度敏感。突變基因pdx：吡哆醇需要型突變，對酸度不敏感。+pdxp×pdx+孢子對子囊1234第一對+pdxppdx+++pdx+第二對++pdx++pdxp+pdxp第三對+pdxp++pdx+++第四對Pdx++pdxppdx+pdx+第二節(jié)重組的分子基礎(chǔ)出現(xiàn)的頻率比突變率高第二節(jié)重組的分子基礎(chǔ)基因轉(zhuǎn)變：一個(gè)基因轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)等位基因。轉(zhuǎn)換區(qū)外的基因重組是正常的交互方式。糞生糞殼菌

g-決定子囊孢子的灰色g+決定子囊孢子的黑色

g+×g-

200，000子囊，其中0·06%5：30·05%6：20·008%3：1：1：3或異常的4：4第二節(jié)重組的分子基礎(chǔ)正常分離染色單體轉(zhuǎn)變半染色單體轉(zhuǎn)變第二節(jié)重組的分子基礎(chǔ)第二節(jié)重組的分子基礎(chǔ)染色單體轉(zhuǎn)變：在6：2或2：6子囊中，減數(shù)分裂的4個(gè)產(chǎn)物，有一個(gè)產(chǎn)物發(fā)生基因轉(zhuǎn)變。半染色單體轉(zhuǎn)變：在5：3或3：1：1：3的子囊中，減數(shù)分裂的4個(gè)產(chǎn)物，有一個(gè)或兩個(gè)產(chǎn)物的一半發(fā)生基因轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變可以影響到一個(gè)DNA分子雙鏈，也可以影響到其中一條鏈。減數(shù)后分離：分離發(fā)生在減數(shù)分裂后的有絲分裂中?；蜣D(zhuǎn)變和重組相關(guān)。減數(shù)后分離(post-meioticsegregation)：其異常分離在重組過程中形成的雜合雙鏈DNA分子沒有得到及時(shí)較正，在隨后有絲分裂中隨著DNA復(fù)制和染色單體分裂所致。第二節(jié)重組的分子基礎(chǔ)特征：⑴具高保真性，即轉(zhuǎn)換后的等位基因與轉(zhuǎn)換者完全相同。⑵轉(zhuǎn)換事件往往與鄰位的交換事件相伴而生。交換頻率比轉(zhuǎn)換頻率高好幾倍，且涉及到相同的染色單體。⑶轉(zhuǎn)換會提高相鄰交換的負(fù)干涉系數(shù)。⑷極性化分離。第二節(jié)重組的分子基礎(chǔ)三、遺傳重組的分子基礎(chǔ)------雜種DNA模型（Holliday模型）ABabababABAB第二節(jié)重組的分子基礎(chǔ)ABabABabABab第二節(jié)重組的分子基礎(chǔ)ABabABbaABbaAbaBABab第二節(jié)重組的分子基礎(chǔ)g+或+是ACAGTg-或-是ACATTTGTCATGTAA異源雙鏈DNA區(qū)域?yàn)锳CAGTTGTAA第二節(jié)重組的分子基礎(chǔ)第二節(jié)重組的分子基礎(chǔ)基因轉(zhuǎn)變實(shí)質(zhì):是異源雙鏈DNA錯配的核苷酸對在修復(fù)校正過程中所發(fā)生的一個(gè)基因轉(zhuǎn)變?yōu)樗牡任换虻默F(xiàn)象。第三節(jié)轉(zhuǎn)座遺傳因子

第三節(jié)轉(zhuǎn)座遺傳因子

BarbaraMcClintock美國女遺傳學(xué)家。20世紀(jì)40年代開始研究Ac-Ds，花了20年時(shí)間。終生沒有結(jié)婚。第三節(jié)轉(zhuǎn)座遺傳因子

McClintock認(rèn)為，已知有色基因C（第九染色體上，是顯性）可使籽粒有色，但在C旁有一個(gè)基因叫Ds，它能抑制了基因C的作用，使籽粒無色；當(dāng)Ds從C上移走后，C作用恢復(fù)，出現(xiàn)顏色；Ds從C上移走的早，花斑就大，反之就??；因此花斑的大小是Ds從C上移走的早晚引起的。Ds的移動還受另一個(gè)因子（Ac）的控制，當(dāng)Ac存在時(shí)，Ds可移動，Ac丟失，則Ds不能移動。第三節(jié)轉(zhuǎn)座遺傳因子

第三節(jié)轉(zhuǎn)座遺傳因子

概念轉(zhuǎn)座遺傳因子（transposablegeneticelement）：細(xì)胞中能改變自身位置的一段DNA順序。(一些基因可以從染色體的一個(gè)基因座位轉(zhuǎn)到另一個(gè)基因座位，該特性稱轉(zhuǎn)座，這些基因叫轉(zhuǎn)座子)（trsnsposon)，又叫跳躍基因（jumpinggenes).解離因子（Ds，dissociation）：可使染色體在近旁斷裂的機(jī)會增加，并因此改變鄰近基因的表型效應(yīng)。激活因子（Ac，activator）：可位于基因組中任何其他地方，Ac的存在可以解除Ds對C的抑制作用，使色素基因C得以表達(dá)。第三節(jié)轉(zhuǎn)座遺傳因子一、轉(zhuǎn)座子的分類和結(jié)構(gòu)特征（一）原核生物轉(zhuǎn)座子的類型：1、插入序列（insertionsequences，IS）———最簡單的轉(zhuǎn)座子。①二個(gè)分離的反向末端重復(fù)序列(invertedterminalrepeats,ITR)②一個(gè)轉(zhuǎn)座酶（transposase)編碼基因

IRTransposaseGeneIR2、復(fù)合轉(zhuǎn)座子——Ⅰ類轉(zhuǎn)座子——由IS類轉(zhuǎn)座組件構(gòu)成的復(fù)合體。IRIRTransposaseGene有用基因組成：兩端為IS中間編碼抗生素物質(zhì)3、復(fù)雜轉(zhuǎn)座子——Ⅱ類轉(zhuǎn)座子（TnA家族）

——攜帶轉(zhuǎn)座和耐藥等基因的獨(dú)立體家族。組成：兩端為ITR，而不是IS中間編碼區(qū)含轉(zhuǎn)座酶編碼基因，及抗生素抗性和解離酶等編碼基因。4、轉(zhuǎn)座噬菌體——Ⅲ類轉(zhuǎn)座子（二）真核生物轉(zhuǎn)座子的類型