遺傳學(xué)第10章 基因突變

突變

mutation

遺傳物質(zhì)中任何可檢測的能遺傳的改變，不包括遺傳重組。

突變可發(fā)生在染色體水平或基因水平。染色體水平的突變即染色體畸變；發(fā)生在基因水平的突變稱為基因突變。1基因突變（genemutation）:

染色體上某一個基因內(nèi)部的遺傳物質(zhì)的變化，包括一對或多對堿基對的替換、增加或缺失。由于DNA堿基對的改變引起的基因突變稱為點突變（pointmutation）。2第十章基因突變基因突變的特點基因突變的分子基礎(chǔ)基因突變的檢出誘發(fā)突變3第一節(jié)基因突變的特性

基因突變的類型

體細(xì)胞突變和生殖細(xì)胞突變基因突變的特性

4一、基因突變（自發(fā)突變）的特性

1、突變的隨機性

基因突變的發(fā)生在時間上，在發(fā)生突變的個體上，在發(fā)生突變的基因上都是隨機的。2、突變的稀有性

在正常的生長條件和環(huán)境中，突變率是極低的，說明了物種的穩(wěn)定性。53、突變的可逆性

回復(fù)突變和正向突變的頻率一般是不同的，回復(fù)突變的頻率更低。正向突變回復(fù)突變Aa64、突變的多方向性

一個基因內(nèi)的不同位點上可發(fā)生突變，從而產(chǎn)生復(fù)等位基因。5、突變的重演性

同種生物的某個基因的突變，可在不同的個體，不同的世代中重復(fù)出現(xiàn)。6、突變的平行性

親緣關(guān)系相近的物種因遺傳基礎(chǔ)比較類似，往往發(fā)生同類型的基因突變。77、突變的有利性和有害性1）有害性

大多數(shù)基因突變是有害的，極端的為致死。2）中性突變

有些突變使蛋白質(zhì)的功能不發(fā)生重大的改變，而不影響生物的正常代謝。3）有利性

少數(shù)基因突變是對生物體的生存有利的。8二、體細(xì)胞突變和生殖細(xì)胞突變

在發(fā)育過程中，若保持分裂的體細(xì)胞突變發(fā)生越早，突變體區(qū)就越大，對表型的影響就越大。如果突變發(fā)生在一個不再分裂的細(xì)胞中，則對表型的影響可能被忽略。2、體細(xì)胞突變1、生殖細(xì)胞突變

如果突變的配子參與受精過程，突變基因就會傳遞到下一代。9

對于動物來說，體細(xì)胞突變一般不會遺傳給下一代，除非體細(xì)胞的突變“轉(zhuǎn)移”到配子。

對于植物來說，體細(xì)胞突變是會遺傳給下一代的。如枝變或芽變。10可能的枝變11第二節(jié)誘發(fā)突變

誘發(fā)突變的重要性物理誘變化學(xué)誘變12一、誘發(fā)突變的重要性誘發(fā)突變研究有什么重要性？Muller因?qū)φT發(fā)突變的研究而獲1946年度諾貝爾獎。13二、物理誘變

也稱為輻射誘變，利用各種射線對生物體進行誘變的方式。1、電離輻射誘變

電離輻射既能引起物質(zhì)內(nèi)原子電離，又能引起電子激發(fā)，可以誘導(dǎo)基因突變與染色體的斷裂。①X-射線：能量很高，穿透力很強；適于外照射。②

-射線：能量更高，穿透力極強；適于外照射。③

-射線、

-射線：穿透力較弱；適于內(nèi)照射。142、非電離輻射誘變

紫外線照射（ultravioletradiation）,最有效波長是254~260nm，穿透力很弱，多用在微生物、生殖細(xì)胞、花粉粒以及培養(yǎng)細(xì)胞的誘變。

15三、化學(xué)誘變

利用化學(xué)誘變劑對生物體進行誘變的方式。

無論是人工誘變還是自發(fā)突變都是隨機的過程。人工誘變只是提高了突變的頻率，并不能改變突變的方向而產(chǎn)生新的突變。16

多數(shù)專家認(rèn)為：80%的癌是環(huán)境因素造成的，而人們的膳食可能與50%的癌癥有關(guān)。目前得到公認(rèn)的容易誘發(fā)癌癥的食物有：

煎炸食品：容易導(dǎo)致肺癌、胃癌等惡性腫瘤。

熏烤食品：可產(chǎn)生具有較強致癌作用的有害物質(zhì)。

腌制食品：都含有亞硝胺，可能引起消化道腫瘤。

食物中污染物質(zhì)增高：如殺蟲劑、添加劑、改良劑。

隔夜蔬菜：含有大量的亞硝酸鹽，使用后可與胃內(nèi)的蛋白質(zhì)分解產(chǎn)物結(jié)合成亞硝胺，易導(dǎo)致胃癌和腸癌。

高脂肪膳食：易誘發(fā)結(jié)腸癌、乳腺癌、宮頸癌等。17第三節(jié)突變的分子基礎(chǔ)

突變的方式

常用誘變劑的誘變機理

DNA的體外定點突變自發(fā)突變的原因基因突變的遺傳學(xué)效應(yīng)18一、突變的方式

1、堿基替換：一個堿基對被另一個堿基 對代替；2、移碼突變：增加或減少一個或幾個堿基對。3、缺失突變：缺失大片段DNA，從十幾個到幾千個堿基不等。19二、常見誘變劑的誘變機理

A?TA?TA?BUA?TG?BUG?CA?BUG?CG?BUG?CG?CA?BUA?TA?BU1、堿基類似物的誘變機理酮式5-BU（主要狀態(tài)），與A配對；烯醇式5-BU（稀有狀態(tài)），與G配對；如：5-溴尿嘧啶（5-BU）20

堿基類似物2-氨基嘌呤（2-AP）的誘變機制與5-BU相似。

治療艾滋病的一種藥物疊氮胸苷（AZT）也是堿基類似物。它作為T的類似物摻入DNA中，是反轉(zhuǎn)錄酶的底物，不是DNA聚合酶的合適底物。AZT的作用是一種選擇性毒物，通過抑制病毒cDNA的合成阻斷新的病毒的合成。21※亞硝酸（HNO2）的誘變作用①腺嘌呤（A）脫氨基次黃嘌呤（H），與胞嘧啶C配對A?TH?CA?TG?CH?CH?T2、改變DNA化學(xué)結(jié)構(gòu)的誘變劑

通過直接地修飾堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)，改變其性質(zhì)而導(dǎo)致誘變，如亞硝酸、羥胺、烷化劑等。22②胞嘧啶（C）脫氨基尿嘧啶（U），與腺嘌呤A配對G?CG?CA?UA?TA?UG?U③鳥嘌呤（G）脫氨基黃嘌呤不能和其他任何堿基配對23※烷化劑的誘變作用主要途徑：

給鳥嘌呤G添加甲基或乙基，作用象腺嘌呤，與T配對，導(dǎo)致配對誤差;G?CGm?CGm?TG?CGm?TA?T氮芥子氣（NM）甲基磺酸乙酯（EMS）亞硝基胍（NG）甲基磺酸甲酯（MMS）烷化劑243、結(jié)合到DNA分子上的化合物

如原黃素、吖啶橙等誘變劑，它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)是扁平的分子。在DNA復(fù)制時插入到DNA兩個相鄰的堿基之間后，新合成的單鏈對應(yīng)位置上將隨機增加一個堿基；如果取代堿基插入到新合成單鏈中的話，新單鏈就缺失一個堿基。起到插入誘變的作用。25

插入誘變劑使DNA序列中的一個或兩個堿基發(fā)生增加或缺失，從而使該處后面的遺傳密碼的閱讀框架發(fā)生改變，并進一步引起轉(zhuǎn)錄和翻譯錯誤的這類突變，稱為移碼突變。

26

用該方法可以研究未知基因的功能，即首先將某基因進行定點突變，然后再導(dǎo)入細(xì)胞，觀察表型有何變化，以探討正?；虻墓δ?。這些實驗方法是從基因序列著手來研究其功能，稱為反向遺傳學(xué)（reversegenetics）。

利用分子克隆技術(shù)在已知的DNA序列中增減或轉(zhuǎn)換核苷酸，特異地產(chǎn)生實驗所設(shè)計的突變的方法。三、DNA的體外定點突變27

正向遺傳學(xué)（forward

genetics），指通過生物個體或細(xì)胞的基因組的自發(fā)突變或人工誘變，去尋找相關(guān)的表型或性狀改變，然后從這些特定性狀變化的個體或細(xì)胞中找到對應(yīng)的突變基因，并揭示其功能。

正向遺傳學(xué)是從表型變化研究基因變化，反向遺傳學(xué)則是從基因變化研究表型變化。28四、自發(fā)突變的原因1、DNA復(fù)制錯誤

摻入錯誤的堿基堿基錯配

天然堿基存在互變異構(gòu)體2、自發(fā)的化學(xué)變化脫嘌呤作用脫氨基作用29

外界環(huán)境的影響，如射線、化學(xué)藥品（如藥物、食品防腐劑、化妝品、農(nóng)藥殘留、染發(fā)劑等），生物自身所產(chǎn)生的誘變物質(zhì)的作用，都是主要的自發(fā)突變產(chǎn)生的直接或間接的原因。3、氧化作用損傷堿基

有活性的氧化劑如過氧化物、過氧化氫等可導(dǎo)致DNA的氧化損傷，導(dǎo)致突變產(chǎn)生。30五、基因突變的遺傳學(xué)效應(yīng)1、堿基替換的遺傳學(xué)效應(yīng)1）同義突變（samesensemutation）

由于密碼子的兼并性，DNA組成的改變不會導(dǎo)致氨基酸的變化，產(chǎn)物仍具有野生型功能，也稱為沉默突變。2）錯義突變（missensemutation）DNA中堿基對的替換，使某一密碼子改變，引起氨基酸序列的改變。一般會表現(xiàn)突變性狀。313）無義突變（nonsensemutation）

由于堿基替換，導(dǎo)致終止密碼子的形成，使翻譯提前終止，形成不完全的肽鏈。一般會表現(xiàn)突變性狀。2、移碼突變的遺傳學(xué)效應(yīng)可能只有一個氨基酸的錯誤；可能從突變位點開始一直錯到最后；可能出現(xiàn)無義突變。

結(jié)果：產(chǎn)生活性降低的產(chǎn)物，或完全失活的產(chǎn)物；或顯示突變性狀，或突變體不能存在（致死效應(yīng)）。32第四節(jié)基因突變的檢出

用于檢出突變的方法必須具備以下條件：使得突變基因可以在表型水平上表現(xiàn)出來；保證稀有的突變事件不會被漏掉；新的隱性突變基因不會被顯性的基因掩蓋。誘發(fā)突變

誘變方案多種突變

要研究的某種突變

選擇方案33性狀的改變是否是基因突變的結(jié)果？不可遺傳的注意選材、分析環(huán)境因素的影響基因重組的結(jié)果染色體結(jié)構(gòu)變異細(xì)胞學(xué)鑒定基因突變雜交分析34一、鏈孢霉?fàn)I養(yǎng)缺陷型的檢出誘變子囊孢子35確定發(fā)生的變異是否是由一個基因控制的?；九囵B(yǎng)基+肌醇基本培養(yǎng)基4?436二、果蠅突變基因的檢出1、果蠅X上隱性突變的檢出利用伴性遺傳和倒位的特點。XXBwaBwaMuller-5品系XYBwaX倒位純合體37XXPBwaBwa（Muller-5）XYX（要檢定的果蠅）♂♀BwaBwaF2BwaBwa♂♀:♀::♂（Muller-5）（雜合體）（Muller-5）BwaBwaF1♀♂X單對交配分析的對象382、果蠅常染色體上基因突變的檢出利用平衡致死系統(tǒng)進行鑒定CyS++倒位雜合體平衡致死系統(tǒng)有倒位39CySCyF2CyCySCyF2♂Cy♀

P（要檢定的果蠅）♂♀Cy

（平衡致死系）SCyF1（翻翅雜合體）♂♀SCy

（平衡致死系）單對交配CyF3（純合致死）CyCyCy（翻翅雜合體）（翻翅雜合體）分析對象40三、人類基因突變的檢出

1、常染色體顯性突變的檢出依據(jù)家系分析和出生調(diào)查一個上瞼下垂的家系412、常染色體隱性突變的檢出難以確定3、伴性基因突變的檢出四、植物中基因突變的檢出

二倍體植物中突變的檢出。42

某種高稈植物誘變處理，在其后代中發(fā)現(xiàn)個別矮稈植株，這種變異體究竟是基因突變的結(jié)果？還