第8章-基因突變與人工創(chuàng)造突變體發(fā)學(xué)生

第8章-基因突變與人工創(chuàng)造突變體發(fā)學(xué)生第一頁(yè)，共107頁(yè)。畸形兒，誰(shuí)之過(guò)？受橙劑后遺癥危害的越南民眾圖片來(lái)自第一頁(yè)第二頁(yè)，共107頁(yè)。第336飛行連一架UH-1D直升機(jī)向湄公河三角洲茂密的叢林地區(qū)噴灑落葉劑。(美國(guó)防部/BrianK.Grigsby,SPC5)圖片來(lái)自：第二頁(yè)第三頁(yè)，共107頁(yè)。8.1基因突變的一般特征8.2基因突變與性狀表現(xiàn)8.3基因突變的鑒定8.4基因突變的分子基礎(chǔ)8.5人工創(chuàng)造突變體第八章基因突變與人工創(chuàng)造突變體第三頁(yè)第四頁(yè)，共107頁(yè)。孟德?tīng)栠z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、園粒×綠子葉、皺粒

黃、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(yè)第五頁(yè)，共107頁(yè)。8.1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(yè)第六頁(yè)，共107頁(yè)?！窕蛲蛔兊母拍罨蛲蛔儯海╣enemutation）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。也稱點(diǎn)突變（pointmutation）廣義的突變包括基因突變和染色體畸變，狹義的突變僅指基因突變。

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(yè)第七頁(yè)，共107頁(yè)。幾個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)（自學(xué)弄清其定義，見(jiàn)注釋）點(diǎn)突變（pointmutation）同義突變（synonymousmutation）錯(cuò)義突變（missensemutation）無(wú)義突變（nonsensemutation）移碼突變（frameshiftmutation）無(wú)效突變（nullmutation）堿基轉(zhuǎn)換（transition）堿基顛換（transversion）堿基插入/缺失（insertionanddeletion,合稱indel）第七頁(yè)第八頁(yè)，共107頁(yè)?！裢蛔兟屎屯蛔冾l率突變率（mutationrate）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)（如一個(gè)生物世代或細(xì)胞世代內(nèi)）某一基因突變發(fā)生的概率。突變頻率（mutationfrequency）：指突變體在一個(gè)世代群體中所占的比例。突變體（mutant）或稱突變型:指帶有突變（或改變的）基因的細(xì)胞或個(gè)體。其對(duì)應(yīng)基因未改變的細(xì)胞或個(gè)體則稱為野生型（wildtype）第八頁(yè)第九頁(yè)，共107頁(yè)?！裢蛔冾l率的估算因生物的生殖方式而不同有性生殖生物：用配子發(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。細(xì)菌和單細(xì)胞生物：用細(xì)胞發(fā)生突變的概率，即用一定數(shù)目細(xì)胞中突變細(xì)胞數(shù)表示。

突變率難以準(zhǔn)確測(cè)定，一般用突變頻率估算突變率。第九頁(yè)第十頁(yè)，共107頁(yè)。高等生物中的自發(fā)突變率一般為10-10-10-5，即在10萬(wàn)到1億個(gè)配子中可能有一個(gè)突變發(fā)生。玉米、果蠅、人：自發(fā)突變率為10-6-10-5，即在10萬(wàn)至100萬(wàn)個(gè)配子中只有一個(gè)發(fā)生突變，可見(jiàn)自然突變的頻率很低。老鼠：自發(fā)突變率10-5-10-4基因自發(fā)突變的稀有性大腸桿菌基因自發(fā)突變率：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第十頁(yè)第十一頁(yè)，共107頁(yè)。基因突變的時(shí)期●時(shí)期在任何時(shí)期都可發(fā)生，即體細(xì)胞和性細(xì)胞都能發(fā)生突變。基因突變通常是獨(dú)立發(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?yàn)樾约?xì)胞在減數(shù)分裂末期對(duì)外界環(huán)境條件具有較大的敏感性。

第十一頁(yè)第十二頁(yè)，共107頁(yè)。

●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(guò)受精過(guò)程傳遞給后代，并立即表現(xiàn)出來(lái)。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(lái)。第十二頁(yè)第十三頁(yè)，共107頁(yè)?！痼w細(xì)胞顯性突變，當(dāng)代表現(xiàn)，同原來(lái)性狀并存，形成鑲合體。突變?cè)皆?，范圍越大，反之越小。果?shù)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(shí)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(guò)芽變選育出來(lái)的，如溫州早桔就是源于溫州密桔的芽變。第十三頁(yè)第十四頁(yè)，共107頁(yè)。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(wú)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(wú)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。第十四頁(yè)第十五頁(yè)，共107頁(yè)。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(gè)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(gè)基因的前6個(gè)在多次試驗(yàn)中都出現(xiàn)過(guò)類似的突變。

第十五頁(yè)第十六頁(yè)，共107頁(yè)?；蛐誀畋硇蜏y(cè)定的配子數(shù)突變數(shù)突變頻率(×10-6)R籽粒色554786273492.0I抑制色素形成26539128106.0Pr紫色647102711.0Su非甜粒42.4Y黃胚乳42.2Sh籽粒飽滿31.2Wx非糯性00.0玉米籽粒7個(gè)基因的自然突變頻率（Stadler，1942）●重演性第十六頁(yè)第十七頁(yè)，共107頁(yè)。野生型wildtype突變型mutant●可逆性正向突變突變率uForwordmutation回復(fù)突變突變率vBackmutation課本p107的提法：正突變率總是高于反突變率，即u>v。對(duì)嗎？正向突變：野生型→突變型，概率=u回復(fù)突變：野生型→突變型→野生型，概率=uv正確說(shuō)法：野生型自發(fā)突變?yōu)槟硞€(gè)突變型的概率>該種突變型回復(fù)為野生型的概率。實(shí)際上u和v之間應(yīng)該差別不大。第十七頁(yè)第十八頁(yè)，共107頁(yè)。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(gè)或3個(gè)以上的基因稱為復(fù)等位基因。如上，A、a1、a2、……an

彼此組成一對(duì)等位基因，它們?nèi)w組成復(fù)等位基因。第十八頁(yè)第十九頁(yè)，共107頁(yè)?！饛?fù)等位基因存在于同一類型的不同個(gè)體里如AA，Aa1，a2a3，aman

……舉例：煙草自交不親和性有15個(gè)復(fù)等位基因：

S1,S2,

……,S15

第十九頁(yè)第二十頁(yè)，共107頁(yè)。復(fù)等位基因例子——人類的ABO血型遺傳

三個(gè)等位基因IA、IB、i

IA、IB對(duì)i為顯性，

IA和IB為共顯性關(guān)系，可各自發(fā)生作用，組成6種基因型和4種表現(xiàn)型

表現(xiàn)型（血型）基因型

AIAIA

，IAi

BIBIB，IBiABIAIB

Oii第二十頁(yè)第二十一頁(yè)，共107頁(yè)。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)第二十一頁(yè)第二十二頁(yè)，共107頁(yè)。

多數(shù)為隱性致死（recessivelethal）

少數(shù)為顯性致死（dominantlethal）○伴性致死（sex-linkedlethal）即致死突變發(fā)生在性染色體上。

第二十二頁(yè)第二十三頁(yè)，共107頁(yè)?！裰行酝蛔僴eutralmutation

控制一些次要性狀基因，即使發(fā)生突變，也不會(huì)影響生物的正常生理活動(dòng)，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(lái)。稱為中性突變，如水稻芒的有無(wú)、籽粒顏色等。第二十三頁(yè)第二十四頁(yè)，共107頁(yè)?！裢蛔兊挠泻τ欣缘南鄬?duì)性突變的有害性是相對(duì)的，在一定條件下可以轉(zhuǎn)化，如矮桿突變體：剛開(kāi)始出現(xiàn)時(shí)在群體中呈劣勢(shì)；但育成品種后在高肥、多風(fēng)條件下種植則具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)昆蟲(chóng)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)刮走而利于生存第二十四頁(yè)第二十五頁(yè)，共107頁(yè)。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(gè)物種或?qū)賰?nèi)具有那些變異類型，就能預(yù)見(jiàn)近緣的其他物種或?qū)僖餐瑯哟嬖谙嗨频淖儺愵愋?。第二十五?yè)第二十六頁(yè)，共107頁(yè)。8.2基因突變與性狀表現(xiàn)第二十六頁(yè)第二十七頁(yè)，共107頁(yè)。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。體細(xì)胞顯性突變，當(dāng)代為嵌合體，要選出純合體，須通過(guò)有性繁殖自交兩代。第二十七頁(yè)第二十八頁(yè)，共107頁(yè)。顯性突變的表現(xiàn)第1代（M1）第2代（M2）第3代（M3）顯性突變發(fā)生自交自交DD1DD:2Dd:1dddd1DD：2Dd:1ddDddd第二十八頁(yè)第二十九頁(yè)，共107頁(yè)?！耠[性突變表現(xiàn)晚純合快，第二代表現(xiàn)，第二代純合并可檢出第1代（M1）第2代（M2）隱性突變發(fā)生自交1DD：2Dd:1ddDdDD隱性突變的表現(xiàn)第二十九頁(yè)第三十頁(yè)，共107頁(yè)。

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?！裢蛔兊谋憩F(xiàn)與植物繁殖方式自花授粉作物，只要自交即可分離出來(lái)。異花授粉作物，要進(jìn)行人工自交或互交，否則長(zhǎng)期保持異質(zhì)。第三十頁(yè)第三十一頁(yè)，共107頁(yè)。二、大突變和微突變的表現(xiàn)●大突變macromutation

突變效應(yīng)表現(xiàn)明顯，容易識(shí)別。質(zhì)量性狀突變大都屬此●微突變micromutation

效應(yīng)表現(xiàn)微小，較難察覺(jué)。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(shí)，也應(yīng)重視微突變。第三十一頁(yè)第三十二頁(yè)，共107頁(yè)。8.3基因突變的鑒定第三十二頁(yè)第三十三頁(yè)，共107頁(yè)。①突變發(fā)生的鑒定

是否真實(shí)的基因突變？是顯性還是隱性突變？突變頻率？

基因發(fā)生某種化學(xué)變化而引起的變異：可遺傳環(huán)境條件導(dǎo)致的變異：不遺傳一、植物基因突變的鑒定第三十三頁(yè)第三十四頁(yè)，共107頁(yè)。例：高稈è矮稈，其原因：①基因突變而引起；②因土壤瘠薄或遭受病蟲(chóng)為害而生長(zhǎng)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。第三十四頁(yè)第三十五頁(yè)，共107頁(yè)。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(yàn)鑒定如：

突變體矮稈株×原始品種(高)

↓

F1高稈

↓自交

F2高稈、矮稈分離說(shuō)明該突變屬于隱性突變第三十五頁(yè)第三十六頁(yè)，共107頁(yè)。③突變率的測(cè)定●花粉直感(胚乳直感）法估算配子的突變率舉例：測(cè)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(wàn)粒中卻出現(xiàn)個(gè)別甜粒（2粒），這說(shuō)明父本的2萬(wàn)?；ǚ壑杏??；ǚ鄣幕蛴蒘u→su，說(shuō)明基因Su的突變率為萬(wàn)分之一?；ǚ壑备校簝蓚€(gè)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。其原因是參與受精的花粉中帶有控制胚乳性狀的顯性基因。第三十六頁(yè)第三十七頁(yè)，共107頁(yè)?！裰仓隃y(cè)定法根據(jù)M2出現(xiàn)的突變體占觀察總個(gè)體數(shù)的比例來(lái)估算。如M2群體中10萬(wàn)個(gè)觀察個(gè)體數(shù)中出現(xiàn)5個(gè)突變體，突變率為0.005%。第三十七頁(yè)第三十八頁(yè)，共107頁(yè)。二、真菌生化突變的鑒定第三十八頁(yè)第三十九頁(yè)，共107頁(yè)。（一）紅色面包霉的生化突變型●幾個(gè)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(yíng)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(yíng)養(yǎng)下才能生長(zhǎng)?！鹨吧突蛟B(yǎng)型（prototroph）第三十九頁(yè)第四十頁(yè)，共107頁(yè)?；九囵B(yǎng)基：野生型可在這種培養(yǎng)基因生長(zhǎng)。水+無(wú)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(zhǎng)?；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(guò)程è每一過(guò)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。第四十頁(yè)第四十一頁(yè)，共107頁(yè)。Beadle紅色面包霉的生化突變型●野生型：基本培養(yǎng)基上可生長(zhǎng)●突變型(a)：基本培養(yǎng)基+精氨酸可生長(zhǎng)●突變型(c)：基本培養(yǎng)基+瓜氨酸(精氨酸)可生長(zhǎng)●突變型(o)：基本培養(yǎng)基+鳥(niǎo)氨酸(精或瓜)可生長(zhǎng)圖中－表示不添加某物質(zhì)，×表示不能生長(zhǎng)，√表示在添加某物質(zhì)的培養(yǎng)基上可生長(zhǎng)第四十一頁(yè)第四十二頁(yè)，共107頁(yè)?！窀鶕?jù)以上實(shí)驗(yàn)，可以推論精氨酸的合成步驟為：前體→鳥(niǎo)氨酸→瓜氨酸→精氨酸→蛋白質(zhì)由此可以看出，從鳥(niǎo)→精的合成至少需要A、C、O三個(gè)基因，其中一個(gè)基因發(fā)生突變，精氨酸是不會(huì)合成的，這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了基因與新陳代謝的關(guān)系。Beadle1941年根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)研究，闡明基因是通過(guò)酶的作用來(lái)控制性狀的，于是提出“一個(gè)基因一個(gè)酶”的假說(shuō)，把基因與性狀兩者聯(lián)系起來(lái)。前體基因O酶I基因C酶II基因A酶III精氨酸→蛋白質(zhì)瓜氨酸鳥(niǎo)氨酸第四十二頁(yè)第四十三頁(yè)，共107頁(yè)。（二）紅色面包霉生化突變的鑒定方法圖片引自KlugandCummings，2002第四十三頁(yè)第四十四頁(yè)，共107頁(yè)。8.4基因突變的分子基礎(chǔ)自發(fā)突變的原因：

A.復(fù)制錯(cuò)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(duì)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)誘變第四十四頁(yè)第四十五頁(yè)，共107頁(yè)。一、突變的分子機(jī)制（一）位點(diǎn)與基因座

位點(diǎn)（site）：指DNA（基因）上的一個(gè)核苷酸對(duì)。一個(gè)基因內(nèi)不同位點(diǎn)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(gè)基因，包括數(shù)百個(gè)～數(shù)千個(gè)核苷酸對(duì)。一個(gè)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。第四十五頁(yè)第四十六頁(yè)，共107頁(yè)。（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…第四十六頁(yè)第四十七頁(yè)，共107頁(yè)。鐮刀型貧血癥與點(diǎn)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(gè)堿基的替換導(dǎo)致了1個(gè)氨基酸的改變，從而導(dǎo)致了鐮刀型貧血癥。第四十七頁(yè)第四十八頁(yè)，共107頁(yè)。第四十八頁(yè)第四十九頁(yè)，共107頁(yè)。THECATSAWTHEDOG?圖片引自KlugandCummings，2002移碼突變第四十九頁(yè)第五十頁(yè)，共107頁(yè)。（三）自發(fā)突變的機(jī)制（1）自發(fā)損傷常見(jiàn)的有脫嘌呤和脫氨基作用。一個(gè)哺乳動(dòng)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(gè)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(guò)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(duì)DNA產(chǎn)生氧化損傷，不僅能對(duì)DNA的前體造成氧化性損傷，從而引起突變，而且會(huì)引發(fā)多種人類疾病。（3）DNA復(fù)制錯(cuò)誤堿基異構(gòu)體轉(zhuǎn)換會(huì)導(dǎo)致DNA復(fù)制錯(cuò)誤，造成堿基替換；復(fù)制滑動(dòng)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(dòng)（replicationslippage）第五十頁(yè)第五十一頁(yè)，共107頁(yè)。堿基嘧啶環(huán)嘌呤環(huán)第五十一頁(yè)第五十二頁(yè)，共107頁(yè)。異構(gòu)體互變會(huì)改變堿基配對(duì)性質(zhì)并導(dǎo)致突變堿基異構(gòu)體互變（Tautomericshifts）酮式標(biāo)準(zhǔn)的堿基配對(duì)氨基式烯醇式異常堿基配對(duì)亞氨基式第五十二頁(yè)第五十三頁(yè)，共107頁(yè)。二、突變的修復(fù)(自學(xué))

1、DNA防護(hù)機(jī)制（1）簡(jiǎn)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?。ㄗ詫W(xué)）第五十三頁(yè)第五十四頁(yè)，共107頁(yè)。想變就變——理化誘變想變什么就變什么——生物學(xué)誘變想在哪變就在哪變——CRISPR-Cas9定點(diǎn)編輯8.5人工創(chuàng)造突變體第五十四頁(yè)第五十五頁(yè)，共107頁(yè)。一、突變體的用途第五十五頁(yè)第五十六頁(yè)，共107頁(yè)。太空輻射育種

突變體的用途——育種Co60

輻射育種

第五十六頁(yè)第五十七頁(yè)，共107頁(yè)。

突變體的用途——遺傳與發(fā)育機(jī)理的揭示例如：THMorgan通過(guò)研究果蠅白眼突變體揭示了性連鎖遺傳規(guī)律CNüsslein-Volhard，EWieschaus,EBLweis等人通過(guò)研究大量果蠅和斑馬魚(yú)胚胎突變體，提出了由間隙基因、成對(duì)基因、節(jié)段極性基因、同形異位（同源異形）基因控制發(fā)育的模式第五十七頁(yè)第五十八頁(yè)，共107頁(yè)。Legsonhead?!Fourwings?!Oh!Tellmewhatisright!WildtypemutantHOXD13mutation第五十八頁(yè)第五十九頁(yè)，共107頁(yè)。果蠅體節(jié)分化a:受精后約10h的果蠅胚第五十九頁(yè)第六十頁(yè)，共107頁(yè)。控制果蠅身體結(jié)構(gòu)建成的基因Maternal-effectgenes(~40genes)Segmentationgenesgapgenespair-rulegenessegmentpolaritygenesSelectorgenesZygoticgenes(50~60genes)第六十頁(yè)第六十一頁(yè)，共107頁(yè)。第六十一頁(yè)第六十二頁(yè)，共107頁(yè)。Howtorealizethebodyplan?a母性效應(yīng)基因控制胚沿著前－后軸向形成物質(zhì)分布梯度b合子間隔基因?qū)⑴咛ゴ址譃?個(gè)大的區(qū)域（大致對(duì)應(yīng)于頭、胸、腹三部分）——打輪廓c合子對(duì)控基因進(jìn)一步將胚胎劃分為大約2節(jié)寬的條帶；所有成對(duì)基因的相互作用決定節(jié)段的邊界——畫(huà)草圖d合子體節(jié)極性基因?qū)⒚總€(gè)節(jié)細(xì)分為前后兩半——描細(xì)節(jié)e同源異型選擇基因決定每個(gè)體節(jié)的特性或命運(yùn)第六十二頁(yè)第六十三頁(yè)，共107頁(yè)。例如：GWBeadle和ELTatum以紅色面包酶為材料，根據(jù)對(duì)生化突變體的研究提出“一個(gè)基因一個(gè)酶”假說(shuō)。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——生化途徑的揭示第六十三頁(yè)第六十四頁(yè)，共107頁(yè)。

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

第六十四頁(yè)第六十五頁(yè)，共107頁(yè)。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(gè)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(duì)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)研究第六十五頁(yè)第六十六頁(yè)，共107頁(yè)。二、人工創(chuàng)造突變體的方法第六十六頁(yè)第六十七頁(yè)，共107頁(yè)。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)第六十七頁(yè)第六十八頁(yè)，共107頁(yè)。（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)子中子第六十八頁(yè)第六十九頁(yè)，共107頁(yè)。電磁波譜的組成及其波長(zhǎng)能量高于可見(jiàn)光的射線對(duì)生物體有害第六十九頁(yè)第七十頁(yè)，共107頁(yè)。(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。

第七十頁(yè)第七十一頁(yè)，共107頁(yè)?！鹜庹丈浼摧椛湓磁c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。

第七十一頁(yè)第七十二頁(yè)，共107頁(yè)。

和射線的穿透力很弱，故只能用“內(nèi)照射”。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，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(jí)電離→次級(jí)電離→基因分子結(jié)構(gòu)改組→基因突變或染色體結(jié)構(gòu)變異第七十二頁(yè)第七十三頁(yè)，共107頁(yè)?！?/p>

輻射劑量及表示方法○定義：?jiǎn)挝毁|(zhì)量被照射的物質(zhì)所吸收的能量數(shù)值，稱為輻射劑量?！?/p>

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?jiǎn)挝皇恰胺e分流量”。即每平方厘米的截面上通過(guò)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(gè)原子核發(fā)生蛻變。第七十三頁(yè)第七十四頁(yè)，共107頁(yè)?；蛲蛔兊念l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?！褫椛鋸?qiáng)度是指單位時(shí)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(shí)間內(nèi)所照射是多還是少，基因突變率總是保持一致。

第七十四頁(yè)第七十五頁(yè)，共107頁(yè)。(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(duì)差錯(cuò)→突變最有效的誘變波長(zhǎng)：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(jià)交聯(lián)→形成胸腺嘧啶二聚體→DNA構(gòu)像改變，抑制復(fù)制→錯(cuò)配第七十五頁(yè)第七十六頁(yè)，共107頁(yè)?！癈hildrenofthenight”陽(yáng)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(yáng)光中會(huì)導(dǎo)致皮膚受損、甚至長(zhǎng)腫瘤（如圖中男孩的鼻子上就有2個(gè)）。如果這種孩子從小就不暴露在陽(yáng)光中，皮膚受損可以減輕（圖中女孩）第七十六頁(yè)第七十七頁(yè)，共107頁(yè)?！窈?jiǎn)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)誘變第七十七頁(yè)第七十八頁(yè)，共107頁(yè)。●化學(xué)誘變的特點(diǎn)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。第七十八頁(yè)第七十九頁(yè)，共107頁(yè)?；瘜W(xué)誘變劑的種類堿基類似物具有配對(duì)兩重性，DNA復(fù)制時(shí)如錯(cuò)誤摻入堿基類似物可造成堿基的轉(zhuǎn)換（basetransition）堿基修飾劑對(duì)堿基某些基團(tuán)進(jìn)行化學(xué)修飾從而改變堿基的配對(duì)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(duì)之間，造成復(fù)制錯(cuò)誤，形成堿基插入/缺失,導(dǎo)致移碼突變第七十九頁(yè)第八十頁(yè)，共107頁(yè)。堿基類似物：baseanalogs

DNA復(fù)制時(shí)錯(cuò)誤摻入到DNA分子中，引起堿基配對(duì)錯(cuò)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(duì)堿基進(jìn)行修飾使其性質(zhì)發(fā)生改變，引起特異性錯(cuò)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(duì)大小相似，可以插入到DNA雙螺旋雙鏈或單鏈的兩個(gè)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)第八十頁(yè)第八十一頁(yè)，共107頁(yè)。堿基類似物具有配對(duì)兩重性，導(dǎo)致堿基轉(zhuǎn)換突變T=A↓5BU=A↓5BU=G↓C=G5-BU酮式5-BU烯醇式酮式與A配對(duì)烯醇式與G配對(duì)5-BU，5-溴尿嘧啶，是T的類似物，但可以和A或G配對(duì)T第八十一頁(yè)第八十二頁(yè)，共107頁(yè)。烷化劑EMS對(duì)堿基的修飾導(dǎo)致其配對(duì)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(duì)堿基進(jìn)行烷基化，改變其配對(duì)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(duì)之間，導(dǎo)致單核苷酸對(duì)的插入/缺失，引起移碼突變。第八十二頁(yè)第八十三頁(yè)，共107頁(yè)。（三）生物學(xué)誘變第八十三頁(yè)第八十四頁(yè)，共107頁(yè)。生物學(xué)誘變T-DNAtaggingTransposontaggingRNAinterference定點(diǎn)突變——CRISPR-Cas9系統(tǒng)第八十四頁(yè)第八十五頁(yè)，共107頁(yè)。T-DNAtaggingT-DNA標(biāo)簽法利用農(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒上的T-DNA作為誘變因子,將其插入植物基因組，造成基因的插入突變（insertionalmutation）突變性狀與T-DNA的共分離關(guān)系的確定插入點(diǎn)旁側(cè)的基因組序列分析以旁側(cè)序列為探針篩選基因組文庫(kù)，獲取全長(zhǎng)基因?；蛑苯訉⑿蛄信c網(wǎng)上公共數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)，獲取相關(guān)信息。第八十五頁(yè)第八十六頁(yè)，共107頁(yè)。GeneAT-DNA基因組文庫(kù)或數(shù)據(jù)庫(kù)中含geneA的克隆GeneAGeneAT-DNA插入突變插入點(diǎn)旁側(cè)序列擴(kuò)增、測(cè)序篩選文庫(kù)或與公共數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行序列比對(duì)GeneA第八十六頁(yè)第八十七頁(yè)，共107頁(yè)。目標(biāo)片段與NCBI公共數(shù)據(jù)庫(kù)的序列比對(duì)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)中同源序列待查目標(biāo)序列同源程度指示網(wǎng)址：第八十七頁(yè)第八十八頁(yè)，共107頁(yè)?；蚪M序列預(yù)測(cè)基因利用ricegaas數(shù)據(jù)庫(kù)搜索水稻預(yù)測(cè)基因網(wǎng)址：此基因放大見(jiàn)下圖第八十八頁(yè)第八十九頁(yè)，共107頁(yè)。上圖第17號(hào)預(yù)測(cè)基因外顯子exon內(nèi)含子intron預(yù)測(cè)基因氨基酸編碼產(chǎn)物的保守區(qū)段第八十九頁(yè)第九十頁(yè)，共107頁(yè)。轉(zhuǎn)座因子——會(huì)跳舞的基因？轉(zhuǎn)座因子定義：指可以在染色體組內(nèi)移動(dòng)的特定DNA片段。發(fā)現(xiàn)：

Emerson（1914）花斑果皮

McClintock轉(zhuǎn)座因子的遺傳基礎(chǔ)Transposontagging轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽法第九十頁(yè)第九十一頁(yè)，共107頁(yè)。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(huì)跳舞”的基因。面對(duì)榮獲貝爾獎(jiǎng)（1983年）這一崇高榮譽(yù)，麥克林托克平靜地說(shuō)：“我覺(jué)得自己獲得這種意外的獎(jiǎng)賞似乎有些過(guò)分。多少年來(lái)，我在對(duì)于玉米遺傳的研究中已獲得很多的歡樂(lè)。我不過(guò)是請(qǐng)求玉米幫助我解決一些特殊的問(wèn)題，并傾聽(tīng)了她那奇妙的回答。”

第九十一頁(yè)第九十二頁(yè)，共107頁(yè)。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(shí)，Ds可發(fā)生轉(zhuǎn)座當(dāng)Ds轉(zhuǎn)座插入基因C時(shí)，造成插入失活，籽粒無(wú)色當(dāng)Ds從基因C切離時(shí)，回復(fù)野生型，表現(xiàn)有色。由于發(fā)生切離的時(shí)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)顏色第九十二頁(yè)第九十三頁(yè)，共107頁(yè)。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(gè)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(shí)才能切除或轉(zhuǎn)座。第九十三頁(yè)第九十四頁(yè)，共107頁(yè)。Transposontagging的步驟將轉(zhuǎn)座成分（transposableelement）導(dǎo)入植物。轉(zhuǎn)座成分的插入可造成基因失活誘導(dǎo)轉(zhuǎn)座子在轉(zhuǎn)化體內(nèi)不斷轉(zhuǎn)座，以形成一個(gè)不斷擴(kuò)大的插入突變?nèi)后w確