基因突變 微課

作物生產(chǎn)技術專業(yè)/教學資源庫基因突變野生型:

------從自然界分離到的菌株一般稱野生型菌株（wildtypestrain），簡稱野生型。突變株:

-----野生型經(jīng)突變后形成的帶有新性狀的菌株，稱為突變株（mutant）。一、突變（mutation）突變指細胞內(nèi)遺傳物質(zhì)的分子結構或數(shù)量發(fā)生變化的現(xiàn)象。包括基因突變（又稱點突變）和染色體畸變?；蛲蛔儯╣enemutation）:是指一個基因內(nèi)部遺傳結構或DNA序列的任何改變，涉及一對或少數(shù)幾對堿基的置換、缺失或插入，因其發(fā)生的范圍很小，所以又稱點突變（pointmutation）。染色體畸變（chromosomalaberration）:是指染色體較大范圍內(nèi)結構的變化，如缺失、重復、倒位、易位等以及染色體數(shù)目的變化。二、基因突變的特點（規(guī)律）自發(fā)性菌種衰退的根本原因不對應性突變的性狀與突變的原因無關系稀有性自發(fā)突變幾率低（10-6~10-10）突變率：每一個細胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率。（某一單位群體在每一世代中產(chǎn)生突變株的數(shù)目）獨立性某基因的突變率不受它種基因突變率的影響可誘變性自發(fā)突變的頻率可因誘變劑的影響而提高（10-3~10-6）穩(wěn)定性基因突變后的新性狀是穩(wěn)定的可逆性野生型菌株某一性狀可發(fā)生正向突變，也可發(fā)生反向的回復突變。證明突變的性狀與引起突變的原因間無直接對應關系！如何證明基因突變的非對應性？三個經(jīng)典實驗:1.變量實驗、2.涂布實驗、3.影印實驗三、基因突變自發(fā)性和不對應性的實驗證明1）變量實驗（fluctuationanalysis）SalvadorLuria&MaxDelbruck(1943)對噬菌體T1敏感的E.coli對數(shù)期培養(yǎng)物，稀釋至103/mL,分裝兩試管，各10mL

與甲管分裝的各小管同時保溫24~36h甲管乙管2）Newcombe的涂布實驗（1949）在涂布過的一組中，共長出抗性菌落353個，比未經(jīng)涂布過的（28個菌落）高得多約繁殖了12.3代選用對T1噬菌體敏感的E.coli，以相等數(shù)目涂布于12個平板上3）影印實驗（replicaplating）JoshuaLederbergandEstherLederberg（1952）通過使菌不接觸抗性環(huán)境而檢查其抗性菌落的方法

營養(yǎng)缺陷型抗性突變型條件致死突變型

形態(tài)突變型抗原突變型產(chǎn)量突變型1.

按照突變的表型分類：選擇性突變株（能在選擇性培養(yǎng)基上或其它的選擇性條件下迅速選出或鑒別出）非選擇性突變株四、基因突變的類型2.按照突變所引起的遺傳信息的改變情況可分為三種：同義突變表型不發(fā)生改變（密碼子是簡并的,如CGU變成CGC，但都編碼精氨酸）；錯義突變改變的密碼子編碼的氨基酸改變了；無意義突變終止密碼子（UAA,UAG,UGA）基因突變的機制一、基因突變的分子基礎(一)自發(fā)突變

(二)誘發(fā)突變引起自發(fā)突變的原因主要有以下幾方面：

背景輻射和環(huán)境因素引起；有害代謝產(chǎn)物引起；互變異構效應引起的堿基配對錯誤；

DNA復制過程中堿基配對錯誤；轉(zhuǎn)座因子的作用。通過人為的方法，利用物理、化學或生物因素顯著提高自發(fā)突變頻率的手段。生物體在無人工干預下自然發(fā)生的低頻率突變（10-6-10-9）。它是生物進化的根源。(二)、誘發(fā)突變誘變劑（mutagen）：凡能提高基因突變頻率的因素統(tǒng)稱為誘變劑誘變劑的種類物理誘變劑化學誘變劑生物誘變劑堿基類似物誘變劑；與堿基起化學反應的誘變劑；嵌入誘變劑；

：輻射和熱：轉(zhuǎn)座因子(1)堿基類似物----間接引起置換的誘變劑它們在DNA復制中能摻入DNA分子中，由于其產(chǎn)生異構體的頻率高，因此發(fā)生的錯誤配對可引起堿基的置換。一類與正常堿基結構相似的物質(zhì)，稱為堿基類似物。如：5-BU,8-NG,2-AP等。A-TA-TA-BUA-TG-BUG-CA-BU加入5-BU1.化學誘變劑(2)與堿基起化學反應的誘變劑-----直接引起堿基置換該類誘變劑與堿基起化學反應，改變堿基的結構，導致錯配。亞硝酸：G-CA-T轉(zhuǎn)換互變各種烷化劑：G-CA-T互變羥胺：只引起G-CA-T轉(zhuǎn)換（專一性與C起反應）亞硝酸：對堿基的主要作用是氧化脫胺作用（使氨基變?yōu)橥?，改變配對性質(zhì)，引起堿基轉(zhuǎn)換）。

HNO2

AH（次黃嘌呤）ATGCCUGCATGX（黃嘌呤）不引起突變A-TH-TH-CA-TH-CG-C2.物理誘變劑及其誘變機制紫外線，x-射線，γ–射線，快中子，超聲波等(1)紫外線（UV）紫外線是實驗室中常用的非電離輻射誘變因子，其作用機制主要是能引起：DNA鏈的斷裂、DNA分子雙鏈的交聯(lián)、嘧啶的水合作用相鄰堿基形成嘧啶二聚體（TT，TC,CC）等。

其中最主要的效應是胸腺嘧啶二聚體的形成。胸腺嘧啶二聚體通常出現(xiàn)在同一DNA單鏈上兩個相鄰的胸腺嘧啶之間，也可出現(xiàn)在兩條DNA單鏈之間。兩種情況導致結果不同。X‐射線、γ‐射線、快中子等屬于電離輻射。以X‐射線為例解釋該類誘變劑誘變機理：X‐射線的誘變作用有直接和間接兩種方式：

(1)直接作用是引起DNA雙鏈間氫鍵的斷裂、DNA單鏈的斷裂、不同DNA分子之間的交聯(lián)等。

(2)間接作用是電離輻射能從水或有機分子中產(chǎn)生自由基，這些自由基作用于DNA分子，引起缺失和損傷。自由基對嘧啶的作用更強烈。此外，X射線還可能使細胞中形成一些堿基類似物，突變由這些堿基類似物所誘發(fā)。與紫外線不同的是，電離輻射可通過玻璃和其他物質(zhì)，穿透力強，能達到生殖細胞，因此常用于動植物的誘變育種。(2)X‐射線、γ‐射線、快中子短時間的熱處理也可誘發(fā)突變，熱的作用是使胞嘧啶脫氨基而成為尿嘧啶，從而通過堿基配對錯誤而引起GC→AT的轉(zhuǎn)換；另外，熱也可引起鳥嘌呤‐脫氧核糖鍵的移動，從而在DNA復制時出現(xiàn)包括兩個鳥嘌呤的堿基對，在下一次的DNA復制中該堿基對錯配就會引起GC→CG的顛換。(3)熱(1).轉(zhuǎn)座因子（transposableelement)定義：位于染色體或質(zhì)粒上的一段能改變自身位置的DNA序列。廣泛分布于原核和真核細胞中。又稱“跳躍基因”(2).轉(zhuǎn)座因子的特點1)在轉(zhuǎn)座時，通過轉(zhuǎn)座因子的復制，可將新形成的拷貝以非同源重組的方式轉(zhuǎn)移到染色體的新部位上；

2)都攜帶有編碼轉(zhuǎn)座酶的基因，該酶具有轉(zhuǎn)移位置的功能，是轉(zhuǎn)座所必需的;3)兩端都有正向或反向末端重復序列。

3.生物誘變劑(轉(zhuǎn)座因子)及其誘變機制三、DNA損傷的修復

除了DNA聚合酶進行校正外，還通過幾種不同的機制進行DNA的修復：(1)光復活作用(2)切除修復(3)重組修復(4)SOS修復紫外線誘變時必須在暗室、紅光下進行（1）光復活作用（photoreactivation）可見光可大大降低經(jīng)紫外線照射后微生物死亡率的現(xiàn)象。機理：經(jīng)UV照射后帶有嘧啶二聚體的DNA分子，在黑暗中會和一種光激活酶——光解酶結合，形成酶‐DNA復合物，該復合物暴露在可見光下時，光解酶會因獲得光能而被激活，并使二聚體重新分解成單體，光解酶也從復合物中釋放出來，再結合到其它二聚體上。

這種修復機制不是移去和取代核苷酸，而是胸腺嘧啶二聚體直接被修復，所以是一種無錯誤的修復。（2）切除修復（excisionrepair，又稱暗修復）一種普遍的修復系統(tǒng)。能移去胸腺嘧啶二聚體和修復大多數(shù)引起的DNA扭曲損傷。該修復系統(tǒng)不需要可見光，通過酶切作用移去損傷的堿基（包括損傷位點附近的一些堿基），隨后合成一段正常DNA鏈。

內(nèi)切核酸酶

4種酶參與外切核酸酶

DNA聚合酶