第四節(jié)真菌類的連鎖與交換第五節(jié)連鎖遺傳規(guī)律的應(yīng)用(一)、果蠅眼色基因W/w的遺傳(二)、人類X染色體性連鎖遺傳----紅綠色盲(三)、限性遺傳(四)、從性遺傳二、性連鎖(sexlinkage)一、性染色體與性別決定第六節(jié)性別決定(sexdetermination)與性連鎖(sexlinkage)第一節(jié)基因突變的概念第二節(jié)基因突變的一般特征第三節(jié)基因突變與性狀表現(xiàn)第四節(jié)基因突變的鑒定第五節(jié)基因突變的分子根底第六節(jié)基因突變的誘發(fā)第七節(jié)轉(zhuǎn)座因子第五章基因突變◆遺傳變異：

基因重組基因突變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)和數(shù)目變異◆摩爾根等1910年發(fā)現(xiàn)果蠅眼色的突變(Ww)，并進行鑒定與分析，從而明確證實基因突變的存在。第一節(jié)基因突變的概念◆基因突變(genemutation)：染色體上某一基因位點內(nèi)部發(fā)生了化學(xué)性質(zhì)(結(jié)構(gòu))的變化，與原來基因形成對性關(guān)系。例如：植物高稈基因D突變?yōu)榘捇騞。經(jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為：基因是一個“點〞，在染色體上具有一定的位置和相互排列關(guān)系。而基因突變就是一個點的改變，是以一個整體進行突變。因此從經(jīng)典遺傳學(xué)水平看，基因突變又稱為“點突變〞(pointmutation)。第一節(jié)基因突變的概念◆基因突變的發(fā)生：自然發(fā)生：自然界的因素；人工誘發(fā)：理化因素，更高突變頻率(EMS)?！艋蛲蛔冃纬傻牟煌任换蚣跋鄬π誀畈町愂侨藗儼l(fā)現(xiàn)該基因(位點)存在的前提；◆是生物進化過程中自然選擇的最根本根底；◆是生物遺傳育種的重要根底。矮稈基因的利用；植物雄性不育基因(細(xì)胞質(zhì)基因突變)的利用。第一節(jié)基因突變的概念◆突變體:由于基因突變而表現(xiàn)突變性狀的細(xì)胞或個體，稱為突變體或突變型(mutant)。顯性突變：突變產(chǎn)生的新基因?qū)υ瓉淼幕虮憩F(xiàn)為顯性。隱性突變：突變產(chǎn)生的新基因?qū)υ瓉淼幕虮憩F(xiàn)為隱性。第一節(jié)基因突變的概念第二節(jié)基因突變的一般特征基因突變表現(xiàn)出以下幾個方面的普遍特征：一、突變的重演性二、突變的可逆性三、突變的多方向性與復(fù)等位基因四、突變的有害性和有利性五、突變的平行性一突變的重演性◆突變的重演性：同一突變可以在生物的不同個體上屢次發(fā)生。同一基因突變在不同的個體上均可能發(fā)生；不同群體中發(fā)生同一基因突變的頻率相近?！敉蛔兟时硎締挝粫r間內(nèi)〔如一個生物世代或細(xì)胞世代內(nèi)〕某一基因突變發(fā)生的概率。★有性生殖生物突變頻率通常是用配子發(fā)生突變的概率表示；★細(xì)菌與單細(xì)胞生物突變頻率用細(xì)胞發(fā)生突變的概率表示。自然突變頻率一般都很低高等生物：1×10-5~1×10-8。低等生物：1×10-4~1×10-10。人：1×10-4～1×10-6。一突變的重演性第二節(jié)基因突變的一般特征一、突變的重演性二、突變的可逆性二突變的可逆性◆基因突變的發(fā)生方向是可逆的。正突變(forwardmutation)：反突變(reversemutation):回復(fù)突變(backmutation)。◆通常用u表示正突變頻率、v表示反突變頻率.

正突變u

野生型===========突變型

反突變v正突變與反突變的頻率◆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?！粼蛟谟冢赫Ｒ吧突騼?nèi)部存在許多可突變部位，任一結(jié)構(gòu)改變均會導(dǎo)致其功能改變；一旦突變發(fā)生，要回復(fù)正常野生型功能那么只能由原來發(fā)生突變的部位恢復(fù)原狀。二突變的可逆性★野生型基因通常是正常、有功能的基因，正突變多為隱性突變，是野生型基因的功能喪失——功能喪失性突變〔loss-of-functionmutation〕?！镆粋€基因突變后產(chǎn)生了新的功能——功能獲得性突變〔gain-of-function mutation〕。無效突變:突變可能導(dǎo)致野生型基因功能完全喪失——無效突變〔nullmutation〕；滲漏突變:也可能只是局部喪失——滲漏突變〔leakymutation〕。二突變的可逆性第二節(jié)基因突變的一般特征一、突變的重演性二、突變的可逆性三、突變的多方向性與復(fù)等位基因三突變的多方向性與復(fù)等位基因◆指基因突變可以多方向發(fā)生，即基因內(nèi)部多個突變部位分別改變后會產(chǎn)生多種等位基因形式。例如：A基因不同部位發(fā)生改變產(chǎn)生突變基因a1、a2、a3等對A均表現(xiàn)為隱性的基因。新基因可能均是無功能的，也可能各具不同功能。三突變的多方向性與復(fù)等位基因◆復(fù)等位基因(multipleallele)：同源染色體相同位點上存在3個或3個以上等位基因。位于同一基因位點上的各個等位基因稱為復(fù)等位基因。在二倍體與異源多倍體中，同一位點只能有一對基因，最多存在兩種等位基因形式；因此復(fù)等位基因的各種形式會存在于生物群體的不同個體中。人類ABO血型的復(fù)等位基因◆人類紅細(xì)胞外表抗原的特異性由3個復(fù)等位基因IA，IB，i決定。IA，IB對i均為顯性；IA，IB間為共顯性。3種基因兩兩組合可能形成6種基因型、4種紅細(xì)胞外表抗原反響類型煙草的自交不親和性基因◆自交不親和性(self-incompatibility)：植物自花授粉不結(jié)實，而株間授粉可能結(jié)實的現(xiàn)象。例：煙草屬有兩個野生種(Nicotianaforgationa與N.alata)這一特性由15個復(fù)等位基因(S1,S2,…,S15)控制，稱為自交不親和基因。原因是具有某一基因的花粉粒不能在具有相同基因的柱頭上萌發(fā)、伸長，因而不能完成受精過程。即：柱頭對具有相同基因的花粉粒具有拮抗作用。野生煙草交配親和性遺傳機理第二節(jié)基因突變的一般特征一、突變的重演性二、突變的可逆性三、突變的多方向性與復(fù)等位基因四、突變的有害性和有利性四突變的有害性和有利性突變的有害性：大多數(shù)基因的突變，對生物的生長與發(fā)育往往是有害的。生物的野生型基因都是正常有功能的；現(xiàn)有的基因是通過長期自然選擇進化而來，并且基因間到達某種相對平衡與協(xié)調(diào)狀態(tài)?；蛲蛔兛赡軙?dǎo)致：基因間及相關(guān)代謝過程的協(xié)調(diào)關(guān)系被破壞。生物個體：性狀變異、個體發(fā)育異常、生存競爭與生殖能力下降，甚至死亡——致死突變。DucklingWithRareGeneMutationBornWith4Legs.

Canitfly?Canitwalk?致死突變◆致死突變：指發(fā)生突變后會導(dǎo)致特定基因型個體死亡的基因突變。大多數(shù)致死突變都為隱性致死(recessivelethal)，只有突變后代中的隱性純合體才表現(xiàn)為致死的效應(yīng)。少數(shù)致死突變表現(xiàn)為顯性致死(dominantlethal)，帶有突變基因的個體都會死亡。人的神經(jīng)膠癥(epiloia)基因。如果致死突變發(fā)生在性染色體上，將產(chǎn)生伴性致死(sexlinkedlethal)。小鼠毛色遺傳的顯性致死突變植物隱性白化突變2突變的有利性◆少數(shù)基因突變不僅對生物的生命活動無害，反而有利于其生存和生長發(fā)育:例如：作物的抗病、早熟突變，雞的多產(chǎn)蛋突變、牛的高泌乳量突變等。這類突變往往是“適應(yīng)〞環(huán)境的突變，可通過自然選擇保存下來。2突變的有利性◆突變的有害與有利性是相對的，在某些情況下，基因突變的有害與有利性可以轉(zhuǎn)化：★對后代群體在特殊環(huán)境中生存而言：作物矮稈突變型在多風(fēng)與高肥環(huán)境下；果蠅殘翅突變型在多風(fēng)海鳥環(huán)境下。★對人類需求與利用而言：作物矮稈突變型的利用；作物雄性不育突變型的利用。3中性突變◆中性突變：指突變型的性狀變異對生物個體生活力與繁殖力沒有明顯的影響，在自然條件下不具有選擇差異的基因突變。生物進化過程中自然環(huán)境對生物的選擇主要依據(jù)生物在競爭條件下生活力與繁殖力的差異。生活力與繁殖力相對較高的類型被保存下來；反之那么淘汰。沒有生活力與繁殖力差異的類型那么是隨機地保存下來——遺傳漂變或隨機遺傳漂變。第二節(jié)基因突變的一般特征一、突變的重演性二、突變的可逆性三、突變的多方向性與復(fù)等位基因四、突變的有害性和有利性五、突變的平行性五突變的平行性◆指親緣關(guān)系相近的物種因為遺傳根底比較接近，往往會發(fā)生相似的基因突變。根據(jù)這一學(xué)說，如果一個物種或更大的生物分類單位中存在某種類型的變異，與其同類的生物中也可以預(yù)期得到這些變異類型。第三節(jié)基因突變與性狀表現(xiàn)一、顯性突變和隱性突變的表現(xiàn)◆一對等位基因同時突變的概率非常低，所以突變發(fā)生當(dāng)代一般都是雜合體，顯性突變與隱性突變的性狀表現(xiàn)不同；◆顯性突變和隱性突變自交后代中檢測到突變型的早晚、獲得純合體的快慢也不同：如果用M表示突變世代，M1、M2

…顯性突變與隱性突變的檢出與純合二體細(xì)胞突變和性細(xì)胞突變的表現(xiàn)◆生物個體發(fā)育的任何時期均可發(fā)生：性細(xì)胞

(突變)

突變配子

后代個體；體細(xì)胞

(突變)

突變體細(xì)胞

組織器官?！粜约?xì)胞的突變頻率比體細(xì)胞高：性母細(xì)胞與性細(xì)胞對環(huán)境因素更為敏感?！趔w細(xì)胞突變：在體細(xì)胞中如果隱性基因發(fā)生顯性突變，當(dāng)代就會表現(xiàn)出來，同原來性狀并存，形成鑲嵌現(xiàn)象或稱嵌合體(chimera)

◆突變時期不同，其表現(xiàn)也不相同芽變選擇。Chimaerapup嵌合體(chimaera)

地瓜第三節(jié)基因突變與性狀表現(xiàn)一、顯性突變和隱性突變的表現(xiàn)二體細(xì)胞突變和性細(xì)胞突變的表現(xiàn)三大突變與微突變的表現(xiàn)三大突變與微突變的表現(xiàn)◆不同基因突變引起的表型變異程度不同：大突變：突變基因的效應(yīng)表現(xiàn)明顯，容易識別。一般是控制質(zhì)量性狀的主效基因的突變。微突變：突變基因的表型變異微小，較難識別。主要是控制數(shù)量性狀的微效基因的突變?！粑⑼蛔兯a(chǎn)生的變異也就是數(shù)量性狀變異，因此應(yīng)采用數(shù)量遺傳的方法進行研究?！粑⑼蛔冎杏欣蛔兟矢?，在育種中也具有非常高的應(yīng)用價值。*基因突變的研究：★突變的產(chǎn)生：如何產(chǎn)生、提高突變率、控制突變方向；★突變的真實性鑒定：是否能穩(wěn)定遺傳；★突變基因的性質(zhì)：顯性/隱性；★突變頻率的測定；第四節(jié)基因突變的鑒定*基因突變的研究：★其它深入研究：基因定位(染色體定位與連鎖分析)；基因克隆、測序(分子水平)；遺傳與表達機制(生理生化)；育種應(yīng)用(雜交育種、轉(zhuǎn)基因)。第四節(jié)基因突變的鑒定一植物基因突變的鑒定

1突變真實性的鑒定◆原始材料與變異體在一致的環(huán)境條件下種植對兩類個體進行性狀考察與比較分析(數(shù)量性狀：方差分析)；◆根據(jù)試驗結(jié)果進行判定：兩類個體間沒有差異不可遺傳變異(環(huán)境變異)；差異仍然存在存在真實差異為突變體?！舴肿铀借b定：蛋白質(zhì)產(chǎn)物的差異分析；

DNA差異分析(如RFLP、RAPD、SSR等分子標(biāo)記分析)。

2突變顯隱性的鑒定1突變真實性的鑒定3突變(誘變)率測定——花粉誘變處理4體細(xì)胞誘變頻率測定——稻、麥類◆發(fā)生顯性突變：突變當(dāng)代M1相應(yīng)器官表現(xiàn)突變性狀?！舭l(fā)生隱性突變：★突變當(dāng)代M1并不表現(xiàn)突變性狀；★其自交后代M2將有局部個體表現(xiàn)突變性狀。往往用M2中突變體比例來表示突變率。第四節(jié)基因突變的鑒定一植物基因突變的鑒定

二微生物基因突變的鑒定二微生物基因突變的鑒定◆Beadle,G.W.(1941)通過紅色面包霉突變研究發(fā)現(xiàn)：基因是通過酶的作用控制性狀表現(xiàn)，提出“一個基因一個酶〞假說?；蛐誀蠲复x反響GeorgeW.Beadle(1903–1989)wasanAmerican

scientistinthefieldofgenetics,andNobelPrizein1958inPhysiologyorMedicine

NobellaureatewhowithEdwardL.Tatum.生化突變及相關(guān)概念◆生化突變：由于誘變因素影響導(dǎo)致生物代謝功能的變異。可以對正常個體與變異個體的生化特性研究以分析基因的作用機制。◆野生型(wildtype)與原養(yǎng)型(prototroph)野生型是指存在于自然界中沒有經(jīng)過基因突變，具有正常生化代謝功能的遺傳類型；生化突變及相關(guān)概念原養(yǎng)型指具有與野生型相同營養(yǎng)需求與表現(xiàn)的遺傳類型，有時特指突變型恢復(fù)為與野生型相同的個體。營養(yǎng)缺陷型(auxotroph)因基因突變喪失了某種生活物質(zhì)合成能力，在根本培養(yǎng)基上不能正常生長，需參加相應(yīng)營養(yǎng)成分的突變型。紅色面包霉的生化突變型◆野生型能在根本培養(yǎng)基上正常生長。水、無機鹽、糖類、微量生物素◆幾種生化突變型：突變型a：精氨酸 (精氨酸合成缺陷型)；突變型c：精氨酸或瓜氨酸(瓜氨酸合成缺陷型)；突變型o：精氨酸、瓜氨酸或鳥氨酸(鳥氨酸合成缺陷型)?！艟彼岷铣赏緩綖椋杭t色面包霉生化突變的鑒定方法紅色面包霉生化突變的誘發(fā)和鑒定根本培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基維生素氨基酸根本培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基肌醇吡醇素泛酸三動物基因突變的鑒定雜合體，鑒定困難半合基因突變〔ClB〕類似微生物的方法〔特異抑制劑篩選抗性變異〕家系分析〔人類〕三動物基因突變的鑒定一個上瞼下垂顯性突變的家系分析

人類基因突變的檢出是比較復(fù)雜的，而且不易鑒定，主要靠家系分析和出生調(diào)查。第三節(jié)基因突變與性狀表現(xiàn)一、顯性突變和隱性突變的表現(xiàn)二、體細(xì)胞突變和性細(xì)胞突變的表現(xiàn)三、大突變與微突變的表現(xiàn)第四節(jié)基因突變的鑒定一、植物基因突變的鑒定

二、微生物基因突變的鑒定三、動物基因突變的鑒定◆性狀表現(xiàn)鑒定：◆分子水平鑒定：蛋白質(zhì)產(chǎn)物的差異分析；

DNA差異分析(如RFLP、RAPD、SSR等分子標(biāo)記分析)。

第五節(jié)基因突變的分子機制一

基因突變的類型◆經(jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為：★基因是染色體上的一個點?！衄F(xiàn)代基因概念認(rèn)為：基因是DNA分子帶有遺傳信息的堿基序列；基因是由眾多堿基對構(gòu)成，此時將一個堿基對稱為基因的一個座位(site)；基因在染色體上的位置那么稱為位點(locus)。突變就是基因內(nèi)不同座位的改變。這種由突變子的改變而引起的突變稱為真正的點突變〔pointmutation)。一個基因內(nèi)不同座位的改變可以形成許多等位基因，從而形成復(fù)等位基因 (multipleallele)

。AC◆根據(jù)表型改變分為：形態(tài)突變；生化突變；致死突變；條件致死突變;抗性突變一、基因突變的類型◆根據(jù)基因結(jié)構(gòu)的改變方式：堿基替換(Basereplacement/substitution);倒位(Baseinversion);插入(baseinsertion);缺失(Basedeletion)堿基替換：DNA分子單鏈〔雙鏈〕中某個堿基〔對〕被另一種堿基〔對〕代替。DNA鏈上一個嘌呤被另一種嘌呤替換，或一個嘧啶被另一種嘧啶替換稱為轉(zhuǎn)換〔transition)。如A-G或T-C；一個嘧啶被一個嘌呤替換，或一個嘌呤被一個嘧啶替換稱為顛換(transversion)。如A-T；A-C；G-T或G-C等。當(dāng)缺失或插入堿基數(shù)不等于3或3的倍數(shù)時，突變效應(yīng)將不限于缺失與插入堿根本身，還會導(dǎo)致下游閱讀框改變——移碼，也稱移碼突變或整批突變。例如，堿基的缺失、插入…GAAGAAGAAGAA…↓…GGAAGAAGAAGAA…第五節(jié)基因突變的分子機制一、基因突變的類型二、DNA修復(fù)與過失二、DNA修復(fù)與過失細(xì)胞具有多重、復(fù)雜的DNA修復(fù)系統(tǒng)，分為錯配修復(fù)、直接修復(fù)、切除修復(fù)、雙鏈斷裂修復(fù)、重組修復(fù)等類型。如果修復(fù)過程既恢復(fù)了DNA分子結(jié)構(gòu)的完整性，也恢復(fù)了其堿基序列，就成功地防止了基因突變發(fā)生。但有些修復(fù)途徑為了盡可能地保證DNA分子結(jié)構(gòu)完整性，并不恢復(fù)堿基序列〔產(chǎn)生了修復(fù)過失〕，實際上導(dǎo)致了基因突變的發(fā)生。1、直接修復(fù)直接將DNA分子中的損傷堿基恢復(fù)正常結(jié)構(gòu)。由于沒有切除堿基，因此不需要DNA聚合酶參與

–光修復(fù)2、切除修復(fù)通過移除DNA分子中損傷局部來進行修復(fù)。與光修復(fù)相比，這類修復(fù)途徑并不依賴于光照，所以也稱暗修復(fù)–堿基切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)替代一個核苷酸片段。例如：切除一小段含胸腺嘧啶二聚體的寡核苷酸鏈，并修補之。

–大腸桿菌UvrABC系統(tǒng)修復(fù)。3、復(fù)制后修復(fù)發(fā)生在DNA復(fù)制失敗，產(chǎn)生缺口之后的修復(fù)，稱為復(fù)制后修復(fù)。由于所用的許多酶與重組相同，過程也與重組相似，也被稱為重組修復(fù)。–大腸桿菌復(fù)制后修復(fù)

4、SOS修復(fù)SOS修復(fù)屬于后復(fù)制修復(fù)體系。SOS反響是DNA受到損傷或DNA復(fù)制受阻時的一種誘導(dǎo)反響。SOS反響發(fā)生時，可造成損傷修復(fù)功能的增強。第五節(jié)基因突變的分子機制一、基因突變的類型二、DNA修復(fù)與過失三、DNA的防護機制三、DNA的防護機制

①密碼簡并性②回復(fù)突變③抑制突變④致死突變⑤多倍體密碼簡并性:密碼的結(jié)構(gòu)可以使突變的時機減少到最小程度。如：終止密碼子有三個：UAA、UAG、UGA。回復(fù)突變:某個座位遺傳密碼的回復(fù)突變可使突變型恢復(fù)成原來的野生型，盡管回復(fù)突變的頻率比正突變頻率低得多。三、DNA的防護機制抑制突變:基因間抑制指控制翻譯機制的抑制者基因，通常是tRNA基因發(fā)生突變，而使原來的突變恢復(fù)成野生型。基因內(nèi)抑制指突變基因另一座位上的突變掩蓋了原來座位的突變(但未恢復(fù)原來的密碼順序)，使突變型恢復(fù)成野生型。致死和選擇:

如果防護機制未起作用，一個突變可能是致死的。二倍體和多倍體:

高等生物的多倍體具有幾套染色體組，每個基因都有幾份，故能比二倍體和低等生物表現(xiàn)強烈的保護作用。一、物理因素誘變(一)電離輻射誘變第六節(jié)基因突變的誘發(fā)◆電離輻射種類：粒子輻射：α射線、β射線(32P、35S)、中子；電磁波輻射：X射線、γ射線(60鈷、137銫)◆輻射劑量的表示方法：★X射線、γ射線：倫琴(R)；★中子：積分流量(n/cm2)〔指單位面積內(nèi)所通過的中子數(shù)〕；★β射線：微居里(μcu/g)?！敉蛔兟逝c輻射劑量：★突變率與輻射總劑量成正比；★突變率與劑量率(輻射強度的影響)無關(guān)。山農(nóng)輻63小麥口味甜美似水果的“宇蕃一號〞番茄(二)非電離輻射誘變

物理誘變的非特異性?！糇贤饩€(UV)的誘變作用：使胸腺嘧啶聯(lián)合成二聚體；

紫外線誘變的最有效的波長為260nm左右，而這個波長正是DNA所吸收的紫外線波長。二化學(xué)因素誘變誘變劑及其種類：烷化劑；堿基類似物；DNA插入劑?！敉榛瘎菏箟A基烷基化、改變堿基形成氫鍵的能力，從而改變堿基配對關(guān)系。烷化劑是目前應(yīng)用最廣泛而有效的誘變劑。最常用的有甲基磺酸乙酯(EMS)，甲基磺酸甲酯(MMS)、亞硝酸胍等。烷化劑(EMS、MMS)↓

烷化作用↓堿基水解缺失↓轉(zhuǎn)換與顛換◆堿基類似物：在復(fù)制過程中取代堿基滲入DNA分子，但形成氫鍵的類型不同，改變堿基配對關(guān)系。二化學(xué)因素誘變?nèi)纾?–溴尿嘧啶(5-BU)；2—氨基嘌呤(2-AP/AP)：5BU與T根本相同以酮式狀態(tài)和腺嘌呤配對：A–5BUk酮式結(jié)構(gòu)常轉(zhuǎn)移成烯醇式與G配對:G–5BUeAP與T配對，有時與C配對◆DNA插入劑

：阻礙堿基合成或破壞DNA分子結(jié)構(gòu)。二化學(xué)因素誘變引發(fā)堿基對增加引發(fā)堿基對減少物理誘變作用是隨機的，是不存在特異性的；某些化學(xué)藥物的誘變作用有特異性。第七節(jié)轉(zhuǎn)座因子

◆轉(zhuǎn)座遺傳因子又叫可移動因子，是指一段特定的DNA序列，它可以在染色體組內(nèi)移動，從一個位點切除，插入到一個新的位點。這種切除和移動，能夠引起基因的突變或染色體重組。一、轉(zhuǎn)座因子的發(fā)現(xiàn)和鑒定

Theawardofthe1983NobelPrizetoherforthediscoveryofmovablegeneticelements.芭芭拉·麥克林托克BarbaraMcClintock(1902-1992)◆McClintock(1956)在玉米上首先發(fā)現(xiàn)。這是遺傳學(xué)開展史上重要的里程碑之一。轉(zhuǎn)座子或插入序列引起基因突變的機制

玉米轉(zhuǎn)座子解離因子〔Ds〕染色體的斷裂控制因子〔Ac〕控制Ds因子轉(zhuǎn)座〔可以轉(zhuǎn)座〕Ds從原來的位點轉(zhuǎn)移