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1、第三章 基因变异与重组 第一节 突变类型和基因符号 第二节 基因突变的规律 第三节 自发突变的机制 第四节 诱变剂及其作用机理 第五节 突变生成过程,第一节 突变类型及基因符号,定义1：突变是指生物表型突然发生的可遗传的变化。,定义2：突变是指生物生长过程中，由于内因或外因的作用导致染色体DNA结构或数量发生的改变。,突变体：带有突变基因的细胞或个体,突变型：突变体的基因型或表型称为突变型，和其相对的原存在状态称为野生型。,诱发突变的频率要远远高于自发突变频率.,一、突变类型,（一）、按突变发生原因分类,自发突变(spontaneous mutagenesis) ：未经任何人为的处理而自然地发
2、生的突变，称为自发突变。,诱发突变(induced mutagenesis) ：由人们有意识地利用物理或化学手段引起的突变称为诱发突变。,突变可以发生在染色体水平或基因水平，发生在染色体水平的突变称为染色体畸变，发生在基因水平的突变称为基因突变。,（二）、按变化范围分突变类型,1)整倍体(euploidy)：含有完整的染色体组 单倍体：haploid 二倍体：diploid 三倍体：triploid 四倍体：tetraploid,1 染色体畸变（chromosome aberration),染色体数目的变化或染色体结构发生较大片段的异常改变。,(1)染色体数目的变化,单体（二倍减一，monos
3、omic diploid): 2n-1 缺体（二倍减二，nullisomic dilpoid): 2n-2 三体（二倍加一，trisomic diploid): 2n+1 四体（二倍加二，tetrasomic diploid): 2n+2 双二倍加一（double trisomic）: 2n+1+ 1 部分二倍体（merodiploid）：细菌等原核生物中由一整条染色体和外来的一个染色体片 段所构成的不完整二倍,2)非整倍体aneuploidy：含有不完整状态的染色体组，一般是指二倍体中成对染色体成员 的增加或减少。,涉及到DNA分子上较大范围的变化，往往会涉及到多个基因。,(2)染色体结构的
4、变化,染色体结构的改变，多数是染色体或染色单体遭到巨大损伤产生断裂，而断裂 的数目、位置、断裂端连接方式等造成 不同的突变.,包括染色体缺失、重复、倒位和易位等,d-相互易位,a-缺失,b-重复,c-倒位,缺失deficiency ：是染色体片段的丢失。 细胞学效应：缺失环 遗传学效应：这种突变往往是不可逆的损伤，其结果会造成遗传平衡的失衡。,重复repetition ：是染色体片段的二次出现。 细胞学效应：重复环 遗传学效应：这种突变有可能获得具有优良遗传性状的突变体。, 倒位inversion：是指染色体的片段发生了180的位置颠倒 细胞学效应：倒位环 遗传学效应：造成染色体部分节段的位置
5、顺序颠倒，极性相反。,易位translocation ：是指一个染色体的一个片段连接到另一个非同源染色体上。 相互易位reciprocal translocation：两个非同源染色体间相互交换一部分。 相互易位的细胞学效应：十字型图象,点突变point mutation ：单碱基对的置换突变发生在一个基因范围内。 多位点突变：突变超出一个基因范围。,(2) 基因突变（gene mutation）,基因突变是指一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变，包括一对或少数几 对核苷酸的缺失、插入或置换，分为碱基置换和移码突变。,根据染色体局部座位内的变化范围,(2)颠换transversion：D
6、NA链中一个嘌呤（嘧啶）被一个嘧啶（嘌呤）所置换。,1、碱基置换base pair substitution,DNA链上一个碱基对为另一碱基对所取代叫碱基置换,(1)转换transition ：DNA链中一个嘌呤（嘧啶）被另一个嘌呤（嘧啶）所置换。,一般只引起一个基因的表达出现错误。,2、移码突变frameshift mutation,在DNA序列中由于一对或少数几对核苷酸的插入或缺失，而使其后全部遗传密码的阅读框架发生移动，进而引起转录和转译错误的突变叫移码突变。,同义突变（synonymy mutation）和沉默突变（silent mutation）。,（三）按突变是否引起遗传编码特性的
7、改变分类,一类是引起遗传性状改变：,错义突变（missense mutation），无义突变（nonsense mutation）和移码突变,一类不改变遗传性状的突变,移码突变frameshift mutation:在DNA序列中由于一对或少数几对核苷酸的插入或缺失，而使其后全部遗传密码的阅读框架发生移动，进而引起转录和转译错误的突变。,错义突变missense mutation：突变后的密码子代表另一种氨基酸。个别碱基的 改变导致多肽链上某个氨基酸为另一种 氨基酸所取代。 例：GGC突变为AGC ，编码的氨基酸由甘氨酸变成色氨酸。,无义突变nonsense mutation：突变后的密码子代
8、表终止密码。 例：AAG（亮氨酸）突变为UAG（终止密码子）。,沉默突变：表型不发生改变的基因突变。包括同义突变和氨基酸序列发生改变而不影响蛋白质功能的错义突变。,同义突变：突变后的密码子编码的仍是同一种氨基酸。碱基序列发生改变而氨基酸 序列未发生改变的隐蔽突变。 例：ATT突变为ATC，两者都编码异亮氨酸。,同义突变的发生是由于遗传密码的简并性。,同义突变不会导致编码特性的改变，但往往会引起限制酶切割位点的变化，造成 DNA限制片段长度的多态性,Tyr酪氨酸 UAG: 琥珀型(Amber, Am) UAA: 赭石型(Ochre, Och) UGA: 乳石型(Opal, Opal),野生型wi
9、ld type：表现该物种正常表型的生物。 突变型mutant：由于突变导致其正常的表型发生了改变的生物。,（四）、按突变的表型变化效应分类,1. 形态突变型morphological mutant ：引起细胞个体形态和菌落形态发生改变的突变型。是一种可见突变。,2. 生化突变型：引起特定生化功能的丧失而无形态学效应的突变型。包括营养缺陷型、抗性突变型、 糖代谢突变型等。,营养缺陷型auxotrophic mutant：由于代谢过程的缺陷而不能合成某种与合成初级代谢物有关的 基因产物的缺陷型。 抗性突变型resistant mutant：由于基因突变而产生的对某种化学药物、致死物理因子或噬菌体
10、 具有抗性的变异菌株 a)抗药物突变型： 对原本敏感的药物具有一定的耐性。 b)抗噬菌体突变型： 对原本敏感的噬菌体产生抗性。,3. 致死突变型lethal mutant： 由于基因突变造成个体死亡的突变型。 杂合状态的显性致死和纯合状态的隐性致死都导致个体的死亡,4. 条件致死突变型condition lethal mutant： 在某一条件下具有致死效应，而在另一条件下没有致死效应的突变型。如：温度敏感突 变型temperature-sensitive mutant,6. 产量突变型metabolite quantitative mutant : 所产生的代谢产物的产量明显有别于原始菌株的
11、突变株称产量突变型,5. 调节突变型regulatory mutant： 丧失对某一基因或操纵子表达能力调节的突变型。,突变类型,按突变发生原因分,自发突变 诱发突变,按变化范围分,染色体畸变,数目的变化:整倍体/非整倍体,结构的变化:缺失、重复、倒位和易位等,基因突变,碱基置换:转换/颠换,移码突变,点突变/多位点突变,按是否引起表型的改变分,引起遗传性状改变:错义突变/无义突变/移码突变,不改变遗传性状的突变:同义突变/沉默突变,按突变的表型变化效应分,形态突变型 生化突变型:营养缺陷型/抗性:抗药物/噬菌体 致死突变型 条件致死突变型 调节突变型 产量突变型,二 基因符号,基因命名原则1
12、966年M. Demerec等提出,TIG遗传命名指南提出基因的名称由该基因突变后的表现型效应来命名,每一基因座位（locus）用三个斜体小写英文字母表示，它们来自说明这一基因特性的一个或一组英文单词的前三个字母；如lac(lactose), his(histidine)； rps (ribosomal protein small subunit), rim (ribosomal modification) 产生同一突变型表型的不同基因，在三个小写字母后用不同的一个大写斜体字母来表示；如trpA, trpB 同一基因的不同突变位点（mutation site）在基因符号后用阿拉伯数字表示。如t
13、rpA23 突变型的基因符号用基因座符号加上加/减号（“+/-”）或其 他符号(“r/s”)来表示。如leu+，his-; strr 基因表型和产物用相应基因型的正写字母表示，其中第一个字母大写。如lacZ- LacZ-,突变的特征,第二节 基因突变的规律,自发性,随机性,稀有性,独立性,可诱变性,可遗传性,可逆性,(一)突变的特征,说明：E. coli 对噬菌体的抗性是在接触噬菌体之前的细胞分裂过程中自发产生的。,波动实验,1943，Luria 带电粒子有粒子、粒子、质子，不带电粒子有中子、X射线、射线。非电离辐射是指能量比较低，并不能使物质原子或分子产生电离.紫外线、红外线、激光、微波都属
14、于非电离辐射。,(一) 电离辐射,电离辐射：当量子能量达到120eV 以上时, 对物体有电离作用, 能导致机体的严重损伤, 这类辐射称为电离辐射 常用于微生物诱发突变的电离辐射有快中子、X射线和射线等。,电离辐射的作用机制还不能做出圆满解释。存在两种假说，即所谓的直接物理作用假说与间接化学作用(辐射裂解水分子产生自由基而起作用)假说。,电离辐射主要引起DNA上的基因突变和染色体的畸变；,1、电离辐射的作用机制,2、电离辐射的剂量,快中子的剂量通常以拉德（rad）表示,在诱变育种中快中子照射的致死率达到50%-85%比较合适，采用的诱变剂量大约在15-30krad（千拉德）。不同种类菌种最适当剂
15、量范围是不同的。,1rad=100erg/g=0.01J/kg=0.01Gy。,X射线和射线的剂量通常以伦琴(R)来表示,由于X射线和射线穿透能力很强，对细胞致死作用比紫外线和一般的化学诱变剂表现更为强烈，因此，它们不适宜像紫外线那样进行反复多次照射。一般常用的剂量掌握在杀菌率90-99.9为宜，切忌用高剂量进行处理。,1cm3干燥空气征0，1.013105Pa(760mmHx气压下)产生2.08x109离子时所需的能量。,直接对平皿上生长的菌落进行照射，或者用直径6-10mm的打孔器把菌落连琼脂一同取出，置于灭菌平皿内进行照射；也可制成菌悬液，取1-2mL置于试管内并浸入冰水中，从上或侧面或
16、下向进行短时间照射。试管内的菌悬液不宜过多，否则液层太厚，氧气供给不足，诱变效应和重复性都将比较差。处理完毕后，把盛有菌体细胞的试管继续冰浴2-3h。低温可降低或抑制修复酶的活性，防止突变体因修复酶的修复而还原为正常细胞。这一操作除用于射线外，也可用于紫外线和其他化学诱变剂，可以获得同样的效果,3、电离辐射的照射方法,非电离辐射：当量子能量小于 120eV 的不足以引起生物体电离的电磁辐射， 称为非电离辐射 常用于微生物诱发突变的非电离辐射有： (1) 射频辐射。射频辐射称为无线电波, 量子能力很小。按波长和频率, 射频辐射可分成高频电磁场、超高频电磁场和微波 3 个波段。 (2) 红外线辐射。 (3) 紫外线辐射。,（二）非电离辐射,非电离辐射主要导致形成嘧啶二聚体。同一种辐射线对不同微生物的效应不一样，这与每种微生物修复系统的强弱有关。它们引起微生物的变异或死亡与辐射剂量成正比。,1、非电离辐射的作用机制,2、紫外线的作用机制,(1)紫外线的有效光谱 紫外线的光谱范围在40-390nm，能诱发微生物突变的紫外线的有效
