第五章基因突变

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1、第 五 章 基 因 突 变 (Gene Mutation),提醒,10月14日，随堂测验(绪论，第一章，第三章，第四章） 10月16日，交笔记本，主要检查学习笔记和每章复习题完成情况,基因突变的一般特征 突变的性状表现特点及鉴定方法 生化突变的遗传分析 基因突变的方式及诱变机制,本章重点,变异,环境引起的表型变异(不遗传),遗传物质的改变(可遗传),重新分配 (基因重新组合),遗传物质的变异,不同染色体之间的自由组合,同源染色体间的片段交换,结构变异,基因突变 (细胞核中),细胞质变异(细胞核外),染色体畸变,数目变异,变异的分类,可在显微镜下看到,在表型上有所表达,DeVries首先提出“突

2、变”的概念 是指突然发生的可遗传变异。,一. 基 本 概 念,基因突变：基因内部结构发生化学性质的变化，与原来的基因形成对性关系。 正向突变：背离野生型的突变。a+a 反向突变：转向野生型的突变。a a+ 突变体： 由于基因突变而表现突变性状的个体或细胞。 基因突变率：生物体在每一世代中发生突变的机率。 显性突变： 突变后的基因对原等位基因显性。 隐性突变：突变后的基因对原等位基因隐性。,第一节. 基因突变的概念及意义,产生新等位基因与遗传功能差异 没有基因突变，基因将只有一种存在形式，难以揭示生物性状的遗传变异规律 突变基因是生物进化的根本源泉 多态性能增强生物对环境的适应性 遗传育种的重要

3、基础 新品种、新类型的利用与培育,二、基因突变的意义,一、自发突变率低,第二节 基因突变的一般特征,二. 可逆性和重演性,重演性：同一突变可以在同种生物的不同个体间多 次发生。,三. 突变的多方向性 产生复等位基因,a1 a2 a3 ,A,复等位基因,果蝇的眼色,植物自交不亲和性,人的ABO血型,血型 基因型 O i i A IAIA , IAi B IBIB , IBi AB IAIB,四. 有害性和有利性,（程度不同）,亲缘关系相近的物种因其遗传基础相近，会发生相似的基因突变的现象。,五. 突变的平行性,第三节. 基因突变与性状表现,性状变异类型 1、形态突变 （morphological

4、 mutation） 指导致生物体外部形态结构产生肉眼可见的突变,正常,水稻花药变异,生化突变型 (biochemical mutation) 指影响生物的代谢过程，导致特定生化功能改变和丧失的突变,原养型： Ade+、leu+、his+ 营养缺陷型： ade、leu、his,致死突变（lethal mutation） 指导致特定基因型突变体死亡的突变,4、条件致死突变 （condition lethal mutation）,在一定的条件下表现致死效应，在另一种条件下存活的突变。 细菌的温度敏感突变 30存活、42 致死 T4噬菌体温度敏感型 25 时在E.Coli中存活、 42 时不能生长,

5、5、抗性突变 （resistant mutation）,指突变细胞或生物体获得了对某种特殊抑制剂的抵抗能力。,敏感型：Strs 抗药型：Strr,二、显性突变和隐性突变的表现,自交情况下： 显性突变表现早而检出晚 隐性突变表现晚而检出早,三. 体细胞与生殖细胞突变,体细胞突变 早期突变在生长群体中所产生的突变细胞比例大于晚期突变。,2. 生殖细胞突变 发生在最终形成性细胞的组织中 突变可通过受精作用传至下一代,四、大突变和微突变,大突变（macromutation） 具有明显、容易识别表型变异的基因突变 主效基因质量性状 例如：豌豆圆粒、皱粒 微突变（micromutation） 指突变效应表

6、现微小，较难察觉的基因突变 微效基因数量性状 例如：玉米果穗长度,第四节 基因突变的鉴定,一. 细菌营养缺陷型的检出 影印培养法,MM-原养型,MM+lys 赖氨酸缺陷型,MM+leu 亮氨酸缺陷型,MM+arg 精氨酸缺陷型,青霉素法,青霉素阻碍细胞壁合成,原养型可生长,死亡,营养缺陷型不生长,存活,利用补充培养基鉴定,MM培养基,二. 真菌营养缺陷型的检出,分生孢子过滤,子囊孢子分离,诱变完全培养基基本培养基基本培养基+单一成分,一个基因一个酶学说 one gene, one enzyme,G.W.Beadle 和E.L.Tatum对红色面包霉进行生化突变的研究，于1941年提出了“一个基

7、因一个酶”假说，从而把基因与性状联系了起来。,突变型a：必须提供精氨酸才能正常生长。 突变型c：提供精氨酸可以生长， 但不给精氨酸而只提供瓜氨酸也能生长。 突变型o：在有精氨酸或瓜氨酸的条件下能生长， 但只提供鸟氨酸也能正常生长。,基因O 基因 C 基因A 酶 酶 酶 前体 鸟氨酸 瓜氨酸 精氨酸 蛋白质,精氨酸 瓜氨酸 鸟氨酸,a + - - c + + - o + + +,E B D A C,2 3 1 4,三. 果蝇突变的检出,伴性隐性突变的检出 ClB品系法,四. 植物突变体的检出,不分离,性状分离 不分离 不分离 分离,不分离,突变的可遗传性 突变性质的鉴定 突变频率的计算,五. 突

8、变与人类疾病,某家系中的白内障 显性突变 常染色体或X染色体,血友病X连锁隐性突变,Proto-oncogenes,TAG,突变,一、DNA复制错误,碱基错配,滑动,第五节. 基因突变的分子机制,错误配对 AC,错误配对 TG,碱基替换（base substitution）,转换（transition)（同型碱基替代） eg.ATGC 颠换（transversion)（异型碱基替代） eg.ATCG,碱基序列的改变方式,碱基替换 (base substitution) 缺失突变 (deletion mutation) 插入突变 (insertion mutation),二. DNA损伤,1.

9、异常碱基（DNA中除A、C、T、G外的碱基）,2. AP位点 (无嘌呤或无嘧啶位点),3. 缺口 (双链中的一条链丢失一个或多个核苷酸形成的位点),4. 切口 (双链中的一条链骨架的损伤),5. 双链断裂 (双链的两条链的损伤，分子被切开),6. 交联 (DNA链共价连接造成的链内或链间损伤，如碱基二聚体),脱嘌呤 脱氨基 氧化性损伤,氧化性损伤,嘧啶二聚体,三、DNA修复与差错,错配修复（mismatch repair） 直接修复（direct repair） 切除修复（excision repair） 双链断裂修复 复制后修复（postreplication repair） SOS反应与倾

10、向差错修复, 错配修复（mismatch repair）,基本过程（多种酶参与） 1、修复系统识别错配位点 2、切除错误碱基 3、修复合成并封闭DNA链切口,E.Coli复制错误106105 降低突变发生率 修复后降至1011, 直接修复（direct repair）,1、光修复（光裂合酶，photolyase),指直接将DNA分子中的损伤碱基恢复正常结构,2、去烷基化（烷基转移酶，alkyltransferase) （甲基转移酶，methytransferase) 3、单链断裂修复（DNA连接酶等）, 切除修复（excision repair） 又称暗修复（dark repair）,基本过程

11、 检测（识别DNA上的损伤部位） 切除（由DNA修复内切酶在损伤部位一侧或两侧切断损伤链的磷酸二酯键） 聚合（DNA聚合酶以另一条链为模板在切口产生的3OH端接上新的核苷酸） 连接（DNA连接酶封闭磷酸-核糖骨架）,通过移除DNA分子中损伤部分进行修复,碱基切除修复,核苷酸切除修复,E.ColiUvrABC系统修复 （6种酶参与） UvrA2UvrB复合体查找损伤,释放UvrB亚基使DNA吸引并结合UvrC UvrB亚基在损伤处3端45个核苷酸处切断， UvrC 在5端8个核苷酸处切断， UvrD去处1213个核苷酸和UvrC DNA聚合酶填补缺口，并驱出UvrB DNA连接酶封闭缺口,（Uv

12、rD）,DNA双链断裂, 双链断裂修复,异常双链断裂修复 两个非同源末端拼接染色体结构变异 末端核苷酸补齐缺失突变,对细菌是致命的 真核生物引起染色体片段丢失甚至死亡,也称重组修复（RecA）,复制后修复,2.跳过损伤部位复制,1.复制前DNA单链损伤,3.结合亲链互补区,产生新缺口,4.DNA聚合酶与连接酶增补缺口,DNA复制失败产生缺口之后的修复。,子链被修复 损伤仍保留,SOS反应（sos response） DNA单链上产生大量缺口引起的细胞应急反应 RecA表达量上升，诱导合成忠实性低的聚合酶 越过损伤部位进行复制增加DNA结构的完整性 突变的机会增加, SOS反应,倾向差错修复（e

13、rror-pron repair） 差错来自：复制忠实性下降和损伤程度过高,四、生物有害突变的防护机制,密码的简并性 回复突变 抑制突变（suppressor mutation） 基因内抑制： 突变基因内另一个位点再次突变，新基因表现野生型 基因间抑制 与突变基因表达或功能相关的另一基因突变，恢复为野生型 二倍体和多倍体 选择和致死,五. 点突变对多肽链的影响,2. 错义突变 eg.AACGAG（亮氨酸谷氨酸）,5. 移码突变 （改变阅读框架，3n1的缺失或插入）,1. 中性突变 （同义突变、沉默突变） eg.AGGCGG(都编码精氨酸）,3. 无义突变（突变成终止密码）eg.TGC亮氨酸TG

14、A,4. 通读突变 eg. TGA（终止密码）CAG（谷氨酰氨）,6. 非移码插入/缺失 （不改变阅读框架，较短3n的缺失或插入）,第六节. 基因突变的诱发,一. 物理诱变,电离 非电离,诱变因素,电离辐射 离子辐射 紫外线,x射线 射线 a 射线 b 射线 质子 中子,DNA损伤程度和基因突变率与辐射剂量正相关,有效波长260nm 产生嘧啶二聚体,紫外线,碱基类似物 作为DNA成分掺入，引起碱基对的替换。 DNA修饰剂 通过与碱基作用，使其分子结构改变，导致碱基替代。 DNA嵌入剂 插入DNA分子中，复制时产生碱基的插入和缺失,二. 化 学 诱 变, 碱基类似物（base analog）,5

15、溴尿嘧啶（5BU)、2-氨基嘌呤等,5BUA,5BU G,作为DNA成分掺入，引起碱基对的替换。,烷化剂,HN2氮芥,EMS 甲基磺酸乙酯, 碱基修饰剂（base modifier）,直接修饰碱基化学结构改变配对特性,亚硝酸（NA）,CGTA,ATGC,羟氨 （hydroxylamine,HA), DNA嵌入剂（intercalating agent）,原黄素 丫啶橙,碱基插入或缺失,诱变育种,无尾猫,S5，籼粳不育/广亲和基因 克服水稻籼粳亚种间杂种的不育性 对培育新的高产杂交稻和 生殖隔离与进化研究有重要意义,分蘖角度大,早熟,半矮杆,CK,CK,思考：基因突变有哪些特征？ 为什么多数基因突变是有害的？ DNA前突变损伤是否都会导致突 变基因产生？,课后练习: P122,