第十章基因突變和表觀遺傳變異variation……mutation

chromosomalaberrationgenemutationorpointmutation

epigeneticvariation：親代與子代或群體內(nèi)不同個(gè)體間非基因型突變的表型差異。變異：親代與子代或群體內(nèi)不同個(gè)體間基因型或表型的差異突變：基因的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變而導(dǎo)致細(xì)胞或生物體的基因型發(fā)生穩(wěn)定的可遺傳的變化的過程基因突變的類型體細(xì)胞突變（somaticmutation）：是不能遺傳給后代的，但是可以通過無(wú)性途徑傳遞。生殖細(xì)胞突變（germ-linemutation）：若突變的性細(xì)胞參與受精過程，那么突變基因就會(huì)傳給下一代。nullmutation(無(wú)效突變)：完全喪失基因功能的突變。leakymutation(滲漏突變)：指仍能部分表達(dá)(殘余水平）原先活性的突變。spontaneousmutationinducedmutation

根據(jù)DNA發(fā)生改變的情況，有下列突變方式可以改變基因的信息內(nèi)容：

堿基替換

(base-pairsubstitutions)移碼突變

(frameshiftmutation)缺失突變

(deletionmutation)不同類型基因突變產(chǎn)生不同構(gòu)型和活性的蛋白

正向突變(forwardmutation)A→a

回復(fù)突變(reversemutation或backmutation)a→A

抑制因子突變(suppressormutation):intragenic或intracistronicsuppressorextragenic或extracistronicsuppressor

p249

突變的分子基礎(chǔ)自發(fā)突變的分子基礎(chǔ)DNA復(fù)制錯(cuò)誤引起的基因突變自發(fā)化學(xué)改變引起的基因突變(堿基脫嘌呤(depurination)、脫氨基(deamination)轉(zhuǎn)座因子及插入序列引起的基因突變重組錯(cuò)誤

在DNA復(fù)制中由于互變異構(gòu)移位所產(chǎn)生的突變?cè)贒NA復(fù)制中由于堿基的錯(cuò)誤跳格自發(fā)產(chǎn)生堿基的插入和缺失

在DNA復(fù)制中由于堿基的錯(cuò)誤跳格自發(fā)產(chǎn)生堿基的插入和缺失

在DNA復(fù)制中由于堿基的錯(cuò)誤跳格自發(fā)產(chǎn)生堿基的插入和缺失由于DNA復(fù)制中跳格所引起的E.colilacI基因中的4堿基CTGG熱點(diǎn)突變脆性X染色體綜合癥(Fragile-Xsyndrome)ThefragileXsyndromeisageneticdisordercausedbymutationoftheFMR1

geneontheXchromosome.Normally,theFMR1genecontainsbetween6and55repeatsoftheCGG(trinucleotiderepeats)inthe5’UTR.InpeoplewiththefragileXsyndrome,theFMR1allelehasover230repeatsofthiscodon.ExpansionoftheCGGrepeatstosuchadegreeresultsinamethylationofthatportionoftheDNA,effectivelysilencingtheexpressionoftheFMR1protein.ThismethylationoftheFMR1locusinchromosomebandXq27.3isbelievedtoresultinconstrictionoftheXchromosomewhichappears'fragile'underthemicroscopeatthatpoint,aphenomenonthatgavethesyndromeitsname.MutationoftheFMR1geneleadstothetranscriptionalsilencingofthefragileX-mentalretardationprotein,FMRP.Innormalindividuals,FMRPbindsandfacilitatesthetranslationofanumberofessentialneuronal

RNAs.InfragileXpatients,however,theseRNAsarenottranslatedintoproteins.HowisFragile-Xsyndromeinherited?AnalteredgeneontheX-chromosomecausesFragile-Xsyndrome.AgirlwillnormallyhaveaworkinggeneonherotherX-chromosome,whichpartiallymakesupforthealteredgene,sogirlsareusuallylessseverelyaffectedthanboys.ThegeneticchangeinFragile-Xisveryunusual;ittendstochangebetweenparentandchild,sopredictingtheexactriskofhavinganaffectedchildiscomplicated.InheritanceofFragile-Xsyndrome.自發(fā)突變的分子基礎(chǔ)DNA復(fù)制錯(cuò)誤引起的基因突變自發(fā)化學(xué)改變引起的基因突變(堿基脫嘌呤(depurination)、脫氨基(deamination)轉(zhuǎn)座因子及插入序列引起的基因突變重組錯(cuò)誤DNA鏈上脫嘌呤，但磷酸二酯鍵仍保持完整

無(wú)嘌呤位點(diǎn)沒有堿基特異地與之互補(bǔ)，而是隨機(jī)地選擇一個(gè)堿基插入。

胞嘧啶和5-甲基胞嘧啶脫氨基后分別變成尿嘧啶和胸腺嘧啶

自發(fā)突變的分子基礎(chǔ)DNA復(fù)制錯(cuò)誤引起的基因突變自發(fā)化學(xué)改變引起的基因突變(堿基脫嘌呤(depurination)、脫氨基(deamination)轉(zhuǎn)座因子及插入序列引起的基因突變重組錯(cuò)誤

轉(zhuǎn)座子或插入序列引起基因突變的機(jī)制自發(fā)突變的分子基礎(chǔ)DNA復(fù)制錯(cuò)誤引起的基因突變自發(fā)化學(xué)改變引起的基因突變(堿基脫嘌呤(depurination)、脫氨基(deamination)轉(zhuǎn)座因子及插入序列引起的基因突變重組錯(cuò)誤—不等交換

不等交換產(chǎn)生重復(fù)和缺失突變●●●●●●誘發(fā)突變的分子基礎(chǔ)嘧啶電滋波譜

誘發(fā)突變的分子基礎(chǔ)同一條DNA鏈上的兩個(gè)T經(jīng)UV照射后形成二聚體T=T

紫外線照射形成二聚體影響堿基配對(duì)從而引起突變堿基類似物的誘發(fā)突變TCH3疊氮胸苷（AZT）在治療AIDS中的應(yīng)用AZT在病毒RNA→DNA的階段是反轉(zhuǎn)錄酶的底物，但在細(xì)胞中卻不是DNA聚合酶的底物，因而AZT可以用來選擇性殺毒。三種堿基修飾劑的作用插入劑分子插入，堆積在DNA分子中間，此可能導(dǎo)致單個(gè)堿基對(duì)的插入或缺失

插入劑引起移碼突變?cè)谛骆溔〈?個(gè)堿基體外定點(diǎn)突變1985年加拿大的MichaelSmith建立，于1993年獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。通過對(duì)某個(gè)基因進(jìn)行突變來研究其功能即表型的改變的過程，稱為反向遺傳學(xué)（reversegenetics).具體方法：（1）聚核苷酸介導(dǎo)的用單鏈模板定點(diǎn)突變

（2）雙引物法定點(diǎn)突變。（3）人工合成聚核苷酸介導(dǎo)的用單鏈模板所進(jìn)行的定點(diǎn)突變用重疊延伸進(jìn)行基因的定點(diǎn)突變

Ames測(cè)驗(yàn)：美國(guó)B.Ames在20世紀(jì)70年代早期發(fā)展的一種相對(duì)較為便宜和快速的誘變劑檢出方法。其原理是在組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型（his-）的沙門氏菌培養(yǎng)物中加入誘變劑，觀察統(tǒng)計(jì)從his-

回復(fù)到his+的回復(fù)突變率，從而獲得有關(guān)誘變劑的誘變強(qiáng)度信息。突變劑的檢測(cè)Ames測(cè)驗(yàn)檢測(cè)誘變劑的誘變強(qiáng)度信息對(duì)吸煙者的Ames測(cè)驗(yàn)有了突變?cè)趺崔k？生物體對(duì)基因突變防護(hù)與修復(fù)（1）密碼的結(jié)構(gòu)（2）回復(fù)突變（3）抑制因子突變（4）二倍體和多倍體（5）致死和選擇DNA的防護(hù)機(jī)制一.直接修復(fù)（Directrepair）(一)通過DNA聚合酶校正修復(fù)(3’5’外切酶活）(二)光復(fù)活反應(yīng)光解酶（photolyase),由phr基因編碼經(jīng)過解聚作用使突變回復(fù)正常的過程叫做光復(fù)活

或光修復(fù)烷基轉(zhuǎn)移酶和甲基轉(zhuǎn)移酶等也是與直接修復(fù)有關(guān)的酶。基因突變的修復(fù)DNA的光修復(fù)

切除修復(fù)：利用互補(bǔ)鏈的信息進(jìn)行DNA修復(fù)的過程。分為剪切、切除、修補(bǔ)、連接四個(gè)步驟。暗修復(fù)（darkrepair）短-補(bǔ)丁修復(fù)（short-patchrepair）25-30b長(zhǎng)-補(bǔ)丁修復(fù)（long-patchrepair）~1500b

著色性干皮?。╔erodermapigmentosum）是一種切除修復(fù)酶的缺陷二．切除修復(fù)（excision-repair）切除修復(fù)模式圖

ABC核酸內(nèi)切酶的作用過程

三、重組修復(fù)是通過復(fù)制后由分離DNA分子上的同源片段的連接來完成的。（又稱為復(fù)制后修復(fù)）修復(fù)的主要步驟：（1）含嘧啶二聚體結(jié)構(gòu)的DNA復(fù)制，越過嘧啶二聚體，子DNA鏈在損傷部位出現(xiàn)裂隙。（2）復(fù)制后的DNA鏈重組。（3）重組產(chǎn)生一沒有損傷的野生型DNA分子和一帶有兩個(gè)損傷區(qū)域的分子。DNA的重組修復(fù)1-3線2-4線1-3線2-4線基因突變的檢出一、傳統(tǒng)遺傳學(xué)檢出辦法（一）大腸桿菌營(yíng)養(yǎng)缺陷型的檢出微生物突變子的篩選大多采用選擇培養(yǎng)法，選擇培養(yǎng)法的方法很多，應(yīng)根據(jù)具體篩選的突變型的特性而定。例如要篩選營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變子，只要將經(jīng)誘變劑處理后的材料接種在完全培養(yǎng)基上，待長(zhǎng)出菌落后，將每一菌落分別接種到基本培養(yǎng)基上。凡是只能在完全培養(yǎng)基上生長(zhǎng)而不能在基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的菌落，便是營(yíng)養(yǎng)缺陷型，這樣便可進(jìn)一步鑒定屬于何種缺陷.(負(fù)選擇法)又例如篩選抗藥性突變子，便可將誘變處理后的材料接種在含有該藥物的完全培養(yǎng)基上，長(zhǎng)出的菌落可能是抗這一藥物的。(正選擇法)正選擇法：突變株通過選擇平板直接獲得；負(fù)選擇法：突變株不能通過選擇平板直接獲得。通過青霉素富集篩選營(yíng)養(yǎng)缺陷型原理：青霉素阻止胞壁成份合成，對(duì)擴(kuò)增細(xì)胞致死，而缺陷型保留（二）二倍體生物中基因突變的檢出(1)

♀

susu

SuSu♂

Susu

susu玉米非甜粒變甜粒突變的檢出（2）利用突變檢測(cè)品系檢出二倍體中的基因突變果蠅X連鎖隱性致死突變或隱性可見突變的檢出

只有存活

果蠅常染色體突變的檢出平衡致死品系：永遠(yuǎn)以雜合狀態(tài)保存下來、不發(fā)生分離的品系叫做永久雜種，也叫做平衡致死品系。選出雙顯性Cy+

+SXXCy+Cy++S♀♂♂♀單對(duì)交配XCy+Cy+♀♂相互交配Cy+Cy+Cy+致死或致死卷翅卷翅表現(xiàn)新性狀Cy+基因突變的分子遺傳學(xué)檢出方法（一）單鏈構(gòu)象異構(gòu)多態(tài)性

PCR-SSCP是一種基于PCR的單鏈構(gòu)像多態(tài)性（single-strandedconformationpolymorphism）分析技術(shù)，是DNA已知突變的檢測(cè)或未知變異分析中十分常用和實(shí)用的技術(shù)之一，在對(duì)人的遺傳病致病基因突變類型的分析中應(yīng)用尤為廣泛，在臨床分析中較多采用。

（二）用毛細(xì)管電泳技術(shù)檢測(cè)DNA點(diǎn)突變利用毛細(xì)管電泳（CE）技術(shù)可以在20分鐘內(nèi)分析完成幾千個(gè)堿基的DNA片段。CE是20世紀(jì)90年代初發(fā)展起來的新技術(shù)，具有分辨率高、重現(xiàn)性好、靈敏度高、快速和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的特點(diǎn)。目前在PCR基礎(chǔ)上利用CE技術(shù)對(duì)DNA已知點(diǎn)突變及未知點(diǎn)突變的檢測(cè)發(fā)展十分迅速。

尼龍膜（三）等位基因特異寡核苷酸雜交（ASO）ASO是基于PCR具有獲得很純DNA片段樣品的能力和分子雜交的原理而建立的突變檢測(cè)方法。（四）序列分析和DNA芯片技術(shù)

在現(xiàn)有的所有方法中，DNA序列分析是最準(zhǔn)確的突變檢出方法。

DNA芯片技術(shù)是用不同熒光標(biāo)記的突變型和野生型單鏈，分別與列置很小的物理載體上已知的寡聚核苷酸（DNA芯片）雜交。由于列置在DNA芯片上的已知的寡聚核苷酸序列是某個(gè)完整基因交疊銜接的DNA片段,因此可以通過激光共聚焦掃描對(duì)雜交熒光信號(hào)的有無(wú)進(jìn)行檢測(cè)分析，從而找出突變。表觀遺傳變異(epigeneticvariation)同卵雙生的兩人具有完全相同的基因組，在同樣的環(huán)境中長(zhǎng)大后，他們?cè)谛愿瘛⒔】档确矫鏁?huì)有較大的差異，為什么？這說明：在相應(yīng)的基因堿基序列沒有發(fā)生變化的情況下，一些生物體的表型卻發(fā)生了改變。表觀遺傳調(diào)控與雙胞胎

西班牙國(guó)家癌癥中心的FragaMF等通過對(duì)160名3～74歲的雙胞胎進(jìn)行分析，結(jié)果表明，在外界影響下基因組在表達(dá)水平上的不同導(dǎo)致了雙胞胎分道揚(yáng)鑣。他們對(duì)基因組上的2種修飾作用進(jìn)行了檢測(cè)，將雙胞胎的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)DNA的甲基化和組蛋白的乙?；饔每梢宰尰虻谋磉_(dá)增強(qiáng)或者減弱。在小的時(shí)候雙胞胎基因的表達(dá)形式幾乎是一樣的，但是年齡在28歲以上的雙胞胎基因表達(dá)特征就會(huì)出現(xiàn)明顯的不同。雖然這些修飾作用可能只是改變了一點(diǎn)點(diǎn)，但是造成的影響特別是在疾病方面的影響是十分明顯的。表觀遺傳學(xué)是研究表觀遺傳變異的遺傳學(xué)分支學(xué)科。表觀遺傳變異是指，在基因的DNA序列沒有發(fā)生改變的情況下，基因功能發(fā)生了可遺傳的變化，并最終導(dǎo)致了表型的變化。它是不符合孟德爾遺傳規(guī)律。由此我們可以認(rèn)為，基因組含有兩類遺傳信息：一類是傳統(tǒng)意義上的遺傳信息，即DNA序列所提供的遺傳信息；另一類是表觀遺傳學(xué)信息，它提