第五章基因突變（genemutation）教學(xué)重點(diǎn)

1、掌握基因突變類型和特點(diǎn)

2、了解的果蠅、鏈孢霉、人的基因突變的檢出

3、掌握基因突變的分子基礎(chǔ)主要內(nèi)容

I.基因突變的概說II.基因突變的性質(zhì)

III.基因突變的檢出IV.基因突變的分子基礎(chǔ)

弗里斯：“突變是不經(jīng)過中間過渡而突然出現(xiàn)的，而且突變一旦產(chǎn)生，便可能一代代遺傳下去?！钡谝还?jié)基因突變的概念與意義一、基因突變的概念（Conceptofgenemutation）基因突變（genemutation）又稱點(diǎn)突變（pointmutation）：基因內(nèi)部發(fā)生可遺傳的化學(xué)性質(zhì)的變化?；虻幕瘜W(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化，可能引起表現(xiàn)型發(fā)生相應(yīng)的變化由于基因突變而表現(xiàn)突變性狀的細(xì)胞或個(gè)體，稱為突變體或突變型（mutant）與突變型相對(duì)的概念是野生型（wildtype）

野生型都是紅眼睛，那它白眼睛說明遺傳物質(zhì)發(fā)生了改變？！

哪怕是表觀遺傳，也是基因修飾造成的自發(fā)突變（spontaneousmutation）與誘發(fā)突變（inducedmutation）自發(fā)突變（堿基序列發(fā)生改變）自然環(huán)境輻射化學(xué)物質(zhì)DNA復(fù)制錯(cuò)誤、修復(fù)差錯(cuò)、座子轉(zhuǎn)座人為利用物理、化學(xué)因素處理誘發(fā)基因突變稱為誘發(fā)突變二、基因突變的意義（Thesignificanceofgeneticmutations）基因突變是生物變異的根本來源基因突變?yōu)樯锏倪M(jìn)化提供了原材料基因突變是新基因產(chǎn)生的途徑基因突變是生物進(jìn)化的根本源泉第二節(jié)基因突變的一般特征一、突變的重演性（Mutationsreproducibility）同一突變可以在生物的不同個(gè)體上多次發(fā)生。同一基因突變?cè)诓煌膫€(gè)體上均可能發(fā)生；不同群體中發(fā)生同一基因突變的頻率相近。突變率（Mutationrate）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)某一基因突變發(fā)生的概率突變頻率（Mutationfrequency）:突變體在一個(gè)世代群體中所占的比例。二、突變的可逆性（Reversibilitymutation）突變的可逆性：基因突變的發(fā)生方向是可逆的。正突變(forwardmutation)：顯性基因A隱性基因a；反突變(reversemutation)：隱性基因a顯性基因A。通常認(rèn)為：野生型基因是正常、有功能基因；而最初基因突變往往是野生型基因突變而喪失功能、發(fā)生功能改變，表現(xiàn)為隱性基因。所以反突變又稱為回復(fù)突變(backmutaiton)。通常用u表示正突變頻率、v表示反突變頻率，則：

正突變u

野生型===========突變型反突變v正突變與反突變發(fā)生的頻率一般都不相同。多數(shù)情況下：正突變率總是高于反突變率。原因在于：正常野生型基因內(nèi)部存在許多可突變部位，其中之一結(jié)構(gòu)改變均會(huì)導(dǎo)致其功能改變；但是一旦突變發(fā)生，要回復(fù)正常野生型功能則只能由原來發(fā)生突變的部位恢復(fù)原狀。由顯性基因產(chǎn)生隱性基因稱為隱性突變（recessivemutation）有隱性基因產(chǎn)生顯性基因稱為顯性突變（dominantmutation）∵野生型基因一般是正常基因，突變會(huì)導(dǎo)致其功能喪失∴正突變通常是隱性突變?nèi)⑼蛔兊亩喾较蛐裕∕ulti-directionalmutation）突變的多方向性：指基因突變可以多方向發(fā)生，即基因內(nèi)部多個(gè)突變部位分別改變后會(huì)產(chǎn)生多種等位基因形式。基因突變的多方向性導(dǎo)致了復(fù)等位基因突變是不定向的,不可能按照已有的等位基因的方式去突變所有的等位基因都是基因突變產(chǎn)生的,所以是基因突變的不定向,導(dǎo)致復(fù)等位基因

5-1煙草屬自交不親和與異交可孕四、突變的有害性和有利性（Harmfulandbeneficialmutations）突變的有害性：大多數(shù)基因的突變，對(duì)生物的生長(zhǎng)與發(fā)育往往是有害的。生物的野生型基因都是正常有功能的；生物細(xì)胞內(nèi)現(xiàn)有的基因是通過長(zhǎng)期自然選擇進(jìn)化而來，并且基因間達(dá)到某種相對(duì)平衡與協(xié)調(diào)狀態(tài)。因此，基因突變可能會(huì)導(dǎo)致：基因間及相關(guān)代謝過程的協(xié)調(diào)關(guān)系被破壞?；蛲蛔兣c表現(xiàn)往往會(huì)導(dǎo)致當(dāng)代生物個(gè)體：性狀變異、個(gè)體發(fā)育異常、生存競(jìng)爭(zhēng)與生殖能力下降，甚至死亡——致死突變。突變的有利性高稈矮稈：有害性：矮稈株在高稈群體中受光不足、發(fā)育不良；有利性：矮稈株在多風(fēng)或高肥地區(qū)有較強(qiáng)抗倒伏性、生長(zhǎng)茁壯。不但無害，而且有利。如抗倒、抗病、早熟等突變。五、突變的平行性（ParallelismMutation）親緣關(guān)系相近物種因遺傳基礎(chǔ)近似，常發(fā)生相似的基因突變。由于突變平行性的存在，可以考慮一個(gè)物種或?qū)偎哂型蛔冾愋停诮壩锓N或?qū)賰?nèi)也可能存在，對(duì)人工誘變有一定的參考意義。例如：小麥有早、晚熟變異類型，屬于禾本科其它物種如大麥、黑麥、燕麥、高粱、玉米、黍、水稻、冰草等同樣存在著這些變異類型。第三節(jié)基因突變與性狀表現(xiàn)（Genemutationandtraits）一、基因突變的性狀變異類型（Expressiontypeofmutants）形態(tài)突變（Morphologicalmutation）指突變體在形態(tài)結(jié)構(gòu)、大小、顏色等可直接觀察到的性狀與正常個(gè)體產(chǎn)生了明顯差別的改變，又稱:可見突變（visiblemutation）生化突變（Biochemicalmutation）指在基因結(jié)構(gòu)水平上產(chǎn)生隨機(jī)變化的原動(dòng)力，突變事件通常是破壞性的，刪除或改變了基因的關(guān)鍵性的功能區(qū)。致死突變（Lethalmutation）

影響細(xì)胞或個(gè)體生活力，導(dǎo)致其死亡的突變稱為致死突變。致死突變可分為顯性致死和隱性致死。條件致死突變（Conditionallethalmutation）

指在某些條件下突變體可以存活，在另外的條件下突變體死亡的突變。最常見的是溫度敏感突變型?？剐酝蛔儯≧esistantmutation）

突變細(xì)胞或者生物體獲得了對(duì)某種特殊抑制劑的抵抗能力。如：抗蟲性、耐藥性、抗病性細(xì)菌耐藥性二、顯性突變和隱性突變的表現(xiàn)隱性突變：顯性基因A隱性基因a。顯性突變：隱性基因a顯性基因A。

顯性突變的表現(xiàn)

dd↓突變第一代（M1）Dd表現(xiàn)↓

第二代（M2）1DD2Dd1dd

有純合體，但不能區(qū)分↓

第三代（M3）檢出純合體

隱性突變的表現(xiàn)

DD↓突變

Dd不表現(xiàn)↓

1DD2Dd1dd

表現(xiàn)、純合

三、體細(xì)胞突變和性細(xì)胞突變的表現(xiàn)基因突變可以發(fā)生在生物個(gè)體發(fā)育的任何時(shí)期對(duì)有性生殖生物而言，也意味著體細(xì)胞(somaticcell)和生殖細(xì)胞(germcell)均可能發(fā)生突變。體細(xì)胞突變

(Somaticmutation)體細(xì)胞發(fā)生的突變性細(xì)胞突變

(Sexualmutation)生殖細(xì)胞發(fā)生的突變四、大突變和微突變大突變

(Macromutation):具有明顯、容易識(shí)別表型變異的基因突變。(如：

豌豆的圓粒和皺粒)微突變

(Micromutation):突變效應(yīng)表現(xiàn)微小，較難察覺的基因突變。(如：數(shù)量性狀基因座，QTL)第四節(jié)基因突變的鑒定一、微生物基因突變的鑒定利用專一代謝物、培養(yǎng)條件或抑制劑差異可以篩選特定突變體，并準(zhǔn)確地鑒定該基因座位的遺傳功能。這種方法稱為選擇培養(yǎng)法（selectiveculture）紅色面包霉生化突變的鑒定

X射線處理分生孢子處理后的分生孢子與野生型交配產(chǎn)生分離的子囊孢子置于完全培養(yǎng)基里生長(zhǎng)產(chǎn)生菌絲和分生孢子基本培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基加維生素加氨基酸基本培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基硫胺素吡醇素泛酸肌醇圖5-3紅色面包酶生化突變的誘發(fā)和鑒定可以推論精氨酸合成步驟為：

o

c

a

前驅(qū)物è鳥氨酸è瓜氨酸è精氨酸è蛋白質(zhì)

∴從鳥氨酸è精氨酸的合成至少需要A、C、O三個(gè)基因二、植物基因突變的鑒定突變真實(shí)性鑒定經(jīng)誘變產(chǎn)生的變異是否屬于真實(shí)的基因突變，是

顯性突變還是隱性突變、突變頻率的高低，都應(yīng)進(jìn)行

鑒定。

∵由基因發(fā)生某種化學(xué)變化而引起的變異是可遺傳，

而由一般環(huán)境條件導(dǎo)致的變異是不遺傳的。

例：高稈

矮稈，其原因：

1.有基因突變而引起；

2.因土壤瘠薄或遭受病蟲為害而生長(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

矮稈

后代為高稈，則不是突變，由環(huán)境引起。

后代仍為矮稈，則是基因突變引起的。

?

突變性質(zhì)鑒定顯性突變和隱性突變的區(qū)分，可利用雜交試驗(yàn)

加以鑒定。如：

突變體矮稈株×原始品種(高)

F1高稈?F2有高稈、也有矮稈說明該突變屬于隱性突變

谷類作物種子誘發(fā)隱性突變鑒定三、動(dòng)物基因突變的鑒定人類基因突變的檢出是非常復(fù)雜的，而且不易鑒定，主要靠家系分析和出生調(diào)查：隱性突變的檢出：常染色體上隱性突變難以檢出因?yàn)橐粋€(gè)隱性性狀的出現(xiàn)很可能由于兩個(gè)雜合體的婚配而不是突變；顯性突變的檢出：顯性突變比較容易檢出；只要遺傳方式規(guī)則，一個(gè)家系中，如出現(xiàn)一個(gè)顯性性狀，父母無，則為一個(gè)新性狀；如果顯性遺傳方式不規(guī)則，如雙親之一攜帶，但未表達(dá)，是否突變難以確定。第五節(jié)基因突變的分子機(jī)制一、基因突變的方式基因在染色體上有固定的位置，稱為座位(1ocus，loci)一個(gè)座位還可以分成許多基本單位，稱為位點(diǎn)(site)堿基替換

(Basesubstitution)缺失突變

(Deletionmutation)插入突變

(Insertionmutation)⑴堿基對(duì)替換轉(zhuǎn)換：嘌呤替換嘌呤AèGGèA

嘧啶替換嘧啶TèCCèT

顛換：嘌呤替換嘧啶CèGTèGTèACèA

嘧啶替換嘌呤GèTGèCAèCAèT（2）堿基對(duì)增減

堿基缺失：ATCGATèATGAT堿基插入：ATCGATèATCGGAT二、DNA修復(fù)與差錯(cuò)錯(cuò)配修復(fù)

(Mismatchrepair)直接修復(fù)

(Directrepair)切除修復(fù)

(Excisionrepair)雙鏈斷裂修復(fù)

(Double-strandbreakrepair)重組修復(fù)

(Recombinationrepair)SOSresponse,傾向差錯(cuò)修復(fù)

(Error-pronerepair)錯(cuò)配修復(fù)DNA合成過程中常發(fā)生堿基配對(duì)錯(cuò)誤識(shí)別錯(cuò)配堿基切除錯(cuò)誤堿基補(bǔ)入正確堿基封閉DNA鏈切口錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)由許多酶組成，包括DNA聚合酶直接修復(fù)不需要DNA聚合酶參與例：胸腺嘧啶二聚體的修復(fù)胸腺嘧啶二聚體的形成a.Lightrepair(光修復(fù))b.Dealkylation(去烷基化)yl-transferase(烷基轉(zhuǎn)移酶)Methyl-tranAlksferase(甲基轉(zhuǎn)移酶）c.Single-strandbreakrepair單鏈斷裂修復(fù)切除修復(fù)or暗修復(fù)(Excisionrepairordarkrepair)堿基切除修復(fù)（Baseexcisionrepair）核苷酸切除修復(fù)（Nucleotideexcisionrepair）

需要一系列的酶參與修復(fù)以后，TT二聚體依然存在，但細(xì)胞卻能勉強(qiáng)完成這一輪復(fù)制在切割和修補(bǔ)過程中，會(huì)發(fā)生這樣那樣的差錯(cuò)，從而大致突變的產(chǎn)生由UV照射引起的突變，并不是二聚體本身引起的，而多是修補(bǔ)過程中的差錯(cuò)引起的重組修復(fù)(recombinationrepair)（又稱復(fù)制后修復(fù)）

含二聚體的DNA仍可復(fù)制，新鏈在二聚體部位留有缺口；

完整的母鏈與有缺口的子鏈重組（交換）

缺口通過DNA聚合酶的作用，以對(duì)側(cè)子鏈為模板將切去的母鏈修補(bǔ)起來；

由DNA連接酶將缺刻(nick)連接起來，完成修復(fù)。

SOS修復(fù)

DNA受到嚴(yán)重?fù)p傷、細(xì)胞處于危急狀態(tài)時(shí)所誘導(dǎo)的一種DNA修復(fù)方式修復(fù)結(jié)果只是能維持基因組的完整性，提高細(xì)胞的生成率，但留下的錯(cuò)誤較多故又稱為錯(cuò)誤傾向修復(fù)，使細(xì)胞有較高的突變率

第六節(jié)基因突變的誘發(fā)

自然條件下各種動(dòng)、植物發(fā)生基因突變頻率不高，可保持生物種性的相對(duì)

穩(wěn)定性。但不利于動(dòng)、植物育種。

穆勒和斯特德勒（1927）用X射線研究人工誘變，證實(shí)人工誘發(fā)基因突變可以大大提高突變率。

一、物理因素物理因素：各種電離輻射與非電離輻射。

基因突變需要相當(dāng)大的能量，輻射是能量來源。

能量較高的輻射如紫外線可以產(chǎn)生熱能，使原子“激發(fā)”(activation)；高能量輻射如X射線、γ射線、α射線、β射線、

中子等除產(chǎn)生熱能、激發(fā)原子，還能使原子“電離”(ionization)，誘使基因發(fā)生突變。

射誘變的作用是隨機(jī)的（無特異性）。

性質(zhì)和條件相同輻射?誘發(fā)不同的變異；

性質(zhì)和條件不同的輻射?誘發(fā)相同的變異。

∴當(dāng)前只能期望通過輻射處理得到隨機(jī)變異。

中子誘變效果好，但經(jīng)中子照射的物體帶有放射性，人體不能直接接觸。

其它還有激光、電子和微波、射線（一般不用，電離程度很大，內(nèi)照射很危險(xiǎn)）等。

輻射誘變：非電離輻射(Non-ionizingradiation)、電離輻射(Ionizingradiation)

非電離射線主要是紫外線

紫外線的誘變作用引起DNA同一條鏈上相鄰的兩個(gè)嘧啶堿共價(jià)聯(lián)結(jié)，形成嘧啶二聚體，其中以胸腺嘧啶二聚體形成的頻率最高。紫外線誘變的最有效的波長(zhǎng)為260nm左右，而這個(gè)波長(zhǎng)正是DNA所吸收的紫外線波長(zhǎng)。二、化學(xué)誘變化學(xué)因素誘變的歷史較晚：1.AuerbachC.和Ro