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1、遗传信息遗传信息的改变的改变染色体水平染色体水平DNA水平水平染色体结构变异染色体结构变异染色体数目变异染色体数目变异基因突变基因突变遗传重组遗传重组第四章第四章 遗传信息的改变遗传信息的改变第一节第一节染色体畸变染色体畸变第二节第二节基因突变基因突变第三节第三节突变的抑制与突变的抑制与DNA的修复的修复第四节第四节重组与转座重组与转座 第一节第一节 染色体畸变染色体畸变染色体也会发生变异染色体也会发生变异l 随着遗传学研究的对象越来越多，涉及面越来随着遗传学研究的对象越来越多，涉及面越来越广，偏离规律的异常现象日益增多。越广，偏离规律的异常现象日益增多。l最初，将这些异常现象一律用突变来解释
2、。最初，将这些异常现象一律用突变来解释。l随着细胞学研究逐步深入到遗传学领域，人们才随着细胞学研究逐步深入到遗传学领域，人们才认识到，除了基因突变以外，认识到，除了基因突变以外，染色体的结构和数染色体的结构和数目也会产生变异，从而导致偏离遗传规律的异常目也会产生变异，从而导致偏离遗传规律的异常结果。结果。一、染色体结构变异及其遗传学效应一、染色体结构变异及其遗传学效应缺失缺失(deletion,deficiency)重复重复(duplication,repeat)*以上涉及染色体上基因以上涉及染色体上基因数目数目的改变。的改变。倒位倒位(inversion)易位易位(translocation
3、)*以上涉及染色体上基因以上涉及染色体上基因位置位置的改变。的改变。（一）缺失（一）缺失（deficiency）与假显性）与假显性1.缺失的类型缺失的类型：端部缺失端部缺失(Terminaldeletion)中部缺失中部缺失(Interstitialdeletion)不等交换产生重复和缺失不等交换产生重复和缺失2.缺失的遗缺失的遗传学效应传学效应 缺失环缺失环(Thedeletionloop) 假显性假显性(pseudodominance)：一对等位基因中的一对等位基因中的显性基因缺失，使对应的同源染色体上的隐性基显性基因缺失，使对应的同源染色体上的隐性基因得以表现的遗传现象。因得以表现的遗传
4、现象。果蝇缺刻翅遗传分析及其表型果蝇缺刻翅遗传分析及其表型X染染色色体体缺缺失失玉米胚乳颜色的假显性玉米胚乳颜色的假显性“猫叫综合征猫叫综合征”-5号染色体短臂缺失号染色体短臂缺失全世界的早衰症患者目前约有全世界的早衰症患者目前约有42人人，患者机体新陈代谢，患者机体新陈代谢的的速度速度是常人的八倍。人体细胞每分裂一次，染色体末梢是常人的八倍。人体细胞每分裂一次，染色体末梢就会缩短一些。目前医学界还就会缩短一些。目前医学界还没有找到早衰症的患病原因没有找到早衰症的患病原因。但但专家专家们认为，这种疾病可能是染色体末梢太短引起的。们认为，这种疾病可能是染色体末梢太短引起的。 早衰症早衰症（二）（
5、二）重复与果蝇棒眼突变重复与果蝇棒眼突变1.重复类型重复类型:(染色体多了自己的某一区段染色体多了自己的某一区段)同向串联重复同向串联重复(syntropytandemduplication)反向串联重复反向串联重复(reversetandemrepeat)移位重复（移位重复（displacedduplication)串联重复串联重复非串联重复非串联重复各种重复的杂合体配对结构各种重复的杂合体配对结构CBBCBC2.重复的遗传效应重复的遗传效应例例:果蝇棒眼遗传果蝇棒眼遗传野生型果蝇的每个复眼大约由野生型果蝇的每个复眼大约由780个左右的个左右的红色小眼所组成。红色小眼所组成。剂量效应：剂量效
6、应：细胞内某基因出现的细胞内某基因出现的次数越多，次数越多，表现型效应就越显著表现型效应就越显著果蝇第果蝇第l染色体染色体(X染色体染色体)的的16区区A段段不等交换重复与棒眼变异的关系不等交换重复与棒眼变异的关系780358684525位置效应位置效应：基因所在染色体上的位置不同，：基因所在染色体上的位置不同，其表现型效应也不同。其表现型效应也不同。6845（三）倒位与交换抑制作用（三）倒位与交换抑制作用1.倒位的类型：倒位的类型：臂间倒位臂间倒位（pericentricinversion）：）：倒位的区段包含着丝粒。倒位的区段包含着丝粒。臂内倒位臂内倒位（Paracertricinvers
7、ion）：）：倒位的区段不包含着丝粒。倒位的区段不包含着丝粒。Generationofinversion倒倒位位杂杂合合体体联联会会模模式式图图倒位部分倒转倒位部分倒转180180配对配对, ,未倒位末端不配对未倒位末端不配对倒位部分可能不配对倒位部分可能不配对, ,其余部分配对其余部分配对倒位区段适当大小倒位区段适当大小, ,含倒位片段形成倒位圈含倒位片段形成倒位圈光镜下观察到的果蝇多线染色体倒位圈光镜下观察到的果蝇多线染色体倒位圈电镜下观察到的倒位环电镜下观察到的倒位环2.交换抑制因子交换抑制因子(crossoverrepressor)倒位圈内非姊妹染色单体之间单交换，倒位圈内非姊妹染色单
8、体之间单交换，由由交换后的染色体参与形成的配子不育交换后的染色体参与形成的配子不育(具有缺具有缺失和重复失和重复)，使交换的结果无法在子代中检测，使交换的结果无法在子代中检测出来，好象倒位抑制了交换发生，故称为出来，好象倒位抑制了交换发生，故称为“交换抑制因子交换抑制因子”。ABCDEAEDCB臂间倒位联会臂间倒位联会ABCDE ADCBEfertilesterilefertilesterile臂间倒位臂间倒位圈内单交换形成四种配子圈内单交换形成四种配子ABCDEEBCDA正常可育配子正常可育配子A BCD AE B C D E缺失重复不育缺失重复不育ABCDEEBCDA正常可育配子正常可育配
9、子ABCDEEBCDA正常可育配子正常可育配子EDCBABAEDC臂内倒臂内倒位联会位联会EDCBABAECDfertilesterilefertilesterile臂内倒位圈发生单交换臂内倒位圈发生单交换双着丝粒的双着丝粒的随机断裂随机断裂无着丝粒的丢失无着丝粒的丢失DE臂内倒位形臂内倒位形成的配子成的配子缺失不育缺失不育非交换产物正常可育配子非交换产物正常可育配子丢失丢失3.倒位的遗传学效应倒位的遗传学效应 交换抑制作用交换抑制作用(前面已述前面已述)位置效应位置效应：倒位区段内、外各个基因之间的：倒位区段内、外各个基因之间的物理距离发生改变，其遗传距离一般也改变。物理距离发生改变，其遗传
10、距离一般也改变。降低倒位杂合体上连锁基因的重组率降低倒位杂合体上连锁基因的重组率：产生：产生的交换型配子数明显减少，故重组率降低。的交换型配子数明显减少，故重组率降低。倒位可以形成新种，促进生物进化倒位可以形成新种，促进生物进化。（四）易位与遗传学效应（四）易位与遗传学效应1.易位的类型易位的类型相互易位相互易位（reciprocaltranslocation）是指两条是指两条非同源非同源染色体互相交换染色体片段的易位。染色体互相交换染色体片段的易位。较常见，也研究得较多。较常见，也研究得较多。整臂易位整臂易位（wholearmtranslocation)罗伯逊易位罗伯逊易位（Robertso
11、niantranslocation）也称着丝粒融合，两条也称着丝粒融合，两条近端着丝粒近端着丝粒的非同源染色体在的非同源染色体在着丝粒区发生横向断裂后重新融合而成。着丝粒区发生横向断裂后重新融合而成。非相互易位非相互易位：也称移位：也称移位（shifttranslocation），），是指是指一条染色体的片段一条染色体的片段转移转移到另一非同源染色体上的易位。到另一非同源染色体上的易位。或同一条染色体上的片段发生转移。或同一条染色体上的片段发生转移。相互易位相互易位(reciprocaltranslocation)4q254q2520q1220q12细胞中观察荧光染色的相互易位细胞中观察荧光染
12、色的相互易位122112整臂易位整臂易位(wholearmtranslocation)罗伯逊易位罗伯逊易位(robertsoniantranslocation)移位移位(shifttranslocation)2.相互易位杂合体的联会和分离相互易位杂合体的联会和分离十十字字形形联联会会相间分离相间分离相邻分离相邻分离终变期终变期变为四变为四体链或体链或四体环四体环还可在还可在中期中期形成形成8字形或字形或环形环形分离分离11222121，1221，121，21，2全部可育配子全部可育配子相间分离相间分离1122212，212，211，121，12全部不育配子全部不育配子相邻分离相邻分离11122
13、212，122，121，211，21全部不育配子全部不育配子相邻分离相邻分离23.易位的遗传效应易位的遗传效应相互易位杂合体的相互易位杂合体的半不育现象半不育现象。 相邻分离：产生重复、缺失染色体，配子不育；相邻分离：产生重复、缺失染色体，配子不育；相间分离：染色体具有全部基因，配子可育。相间分离：染色体具有全部基因，配子可育。同倒位杂合体相似，易位杂合体邻近易位接合同倒位杂合体相似，易位杂合体邻近易位接合点的某些基因之间的重组率有所下降。点的某些基因之间的重组率有所下降。易位可使两个正常的连锁群改组为两个新的连易位可使两个正常的连锁群改组为两个新的连锁群，导致变种。锁群，导致变种。易位造成染
14、色体融合，导致染色体数目的变异。易位造成染色体融合，导致染色体数目的变异。如：如：Robertsoniantranslocation易位融合造成染色体数目减少（女易位融合造成染色体数目减少（女4645）易位在进化中的意义易位在进化中的意义易位是新物种起源的重要途径。易位是新物种起源的重要途径。大熊猫的大熊猫的1号染色体可能是熊的号染色体可能是熊的2、3号染色体罗号染色体罗伯逊易位的产物；伯逊易位的产物；2号染色体可能是熊的号染色体可能是熊的1、9号易位；号易位；3号染色体可能是熊的号染色体可能是熊的6、16号易位。号易位。例如：例如：大熊猫大熊猫(22)与熊与熊(37)染色体的比较染色体的比较
15、1231212931636乌鲁木齐市乌鲁木齐市“核变核变”妈妈产下健康男婴妈妈产下健康男婴首例首例“世界首报核型世界首报核型” 2008年年3月月20日，中国医学遗传学国家重点实验室中国工程日，中国医学遗传学国家重点实验室中国工程院院士夏家辉和戴和平教授通过了该染色体异常为院院士夏家辉和戴和平教授通过了该染色体异常为“世界世界首报核型首报核型”的鉴定报告。的鉴定报告。 4号染色体与号染色体与12号染色体平衡易位号染色体平衡易位。第第2例例“世界首报核型世界首报核型” 2008年年4月，孕妇和月，孕妇和4个月胎儿的第个月胎儿的第20号和号和21号号染色体同时染色体同时断裂，进行断裂，进行平衡易位
16、平衡易位后重接。后重接。该孕妇高龄且有个该孕妇高龄且有个10岁的智障畸形女儿岁的智障畸形女儿 ，发现是发现是20号和号和21号染色体号染色体不平衡易位不平衡易位才导致智障畸形的。才导致智障畸形的。 2010年年8月月26日济南发现一例世界首报染色体异常核型日济南发现一例世界首报染色体异常核型 该患者是一名已婚男性，因妻子习惯性流产，进行该患者是一名已婚男性，因妻子习惯性流产，进行染色体检查，其染色体核型为染色体检查，其染色体核型为46，XYt（6；8）（）（q15；q21.1），在医学上称这类患者为染色体），在医学上称这类患者为染色体平衡易位平衡易位携携带者，属于人类异常染色体核型。带者，属于
17、人类异常染色体核型。染色体易位是造成流产的重要原因之一，也是人类染色体易位是造成流产的重要原因之一，也是人类中最多的一类染色体结构畸变，在新生婴儿中的发生中最多的一类染色体结构畸变，在新生婴儿中的发生率为率为1/500-1/1000。在不孕不育人群中，染色体异常携。在不孕不育人群中，染色体异常携带者比例高达带者比例高达5%-15%。染色体异常核型可能是从父母。染色体异常核型可能是从父母遗传过来的，也可能是在配子形成或早期卵裂的过程遗传过来的，也可能是在配子形成或早期卵裂的过程中接触了农药、化学毒物、放射性物质、生物病毒等，中接触了农药、化学毒物、放射性物质、生物病毒等，导致染色体发生畸变。导致
18、染色体发生畸变。 缺失、重复、倒位三者与易位缺失、重复、倒位三者与易位的本质区别的本质区别易位与倒位相似，一般不改变染色体和基因的数易位与倒位相似，一般不改变染色体和基因的数量，只改变其原来的位置。又前三者都是发生在量，只改变其原来的位置。又前三者都是发生在同源同源染色体之间，而易位发生在染色体之间，而易位发生在两对非同源两对非同源染色染色体之间。体之间。二、染色体数目变异二、染色体数目变异几个概念几个概念染色体组染色体组（genome）：）：gene+chromosomegenome是生物配子中所有是生物配子中所有Chr的总称。的总称。体细胞中的染色体一半来自母本一半来自父本，体细胞中的染色
19、体一半来自母本一半来自父本，来自母本的一套染色体称为一个来自母本的一套染色体称为一个genome，来自父，来自父本的也是一个本的也是一个genome。基本染色体组基本染色体组例如例如:小麦属的染色体基数小麦属的染色体基数x7。对于对于2n=14，n=7的小麦种，其染色体组内含的小麦种，其染色体组内含有有7条染色体，条染色体，7条染色体称为一个条染色体称为一个基本染色体组基本染色体组。缺少或增加其中任何一个都会造成遗传不平衡，缺少或增加其中任何一个都会造成遗传不平衡，对生物体的生存不利。对生物体的生存不利。这是基本染色体组的特征。这是基本染色体组的特征。 在小麦属内有许多不同的种，各个种的染色体
20、数在小麦属内有许多不同的种，各个种的染色体数是不同的。如：是不同的。如：一粒小麦一粒小麦，2n=14，n=7二二粒粒小小麦麦、圆圆锥锥小小麦麦、提提莫莫菲菲维维小小麦麦，2n=28，n=14普通小麦，密穗小麦普通小麦，密穗小麦，2n=42，n=21。这三种类型之间染色体数是以这三种类型之间染色体数是以7为基数变化的，为基数变化的，用用x表示。表示。2n=2x=14，2n=4x=28，2n=6x=42染色体的倍性染色体的倍性（Ploidy）（一）整倍体（一）整倍体(euploid)及其遗传特性及其遗传特性例如：例如：2n=2x=14，n=x=14，二倍体，二倍体(diploid)2n=4x=28
21、，n=2x=14，四倍体四倍体(tetraploid)2n=6x=42，n=3x=21，六倍体六倍体(hexaploid)这些种的合子染色体数都是以这些种的合子染色体数都是以7为基础成倍增加为基础成倍增加的，称为的，称为整倍体整倍体。指具有某物种特有的一套或几套整倍数染色体指具有某物种特有的一套或几套整倍数染色体组的细胞或个体。组的细胞或个体。1.单倍体单倍体（haploid）单倍体单倍体由配子发育而成的个体由配子发育而成的个体，其体细胞内，其体细胞内染色体组数是该种生物正常个体体细胞染色体组染色体组数是该种生物正常个体体细胞染色体组数的一半。数的一半。单倍体是不是一倍体由其所属物种决定，若该
22、物种正常个单倍体是不是一倍体由其所属物种决定，若该物种正常个体为二倍体，则其单倍体为一倍体体为二倍体，则其单倍体为一倍体;否则否则,不是一倍体不是一倍体。例如对例如对一粒小麦一粒小麦2n=2x=14，是二倍体，单倍体就，是二倍体，单倍体就是一倍体。是一倍体。普通小麦普通小麦2n=6x=21，是六倍体，单倍体实，是六倍体，单倍体实际上是一个三倍体，即际上是一个三倍体，即n=3x=21。2.多倍体（多倍体（polyploid ）指具有指具有3个或个或3个以上染色体组的细胞或个体。个以上染色体组的细胞或个体。按其来源分为：按其来源分为：同源多倍体同源多倍体和和异源多倍体异源多倍体当所有的基本染色体组
23、都来自同一物种的多倍体称当所有的基本染色体组都来自同一物种的多倍体称为为同源多倍体同源多倍体(autopolyploid)；当所有的基本染色体组来自不同物种的多倍体称为当所有的基本染色体组来自不同物种的多倍体称为异源多倍体异源多倍体(allopolyploid)。 同源多倍体同源多倍体一般是由二倍体的染色体直接加倍的一般是由二倍体的染色体直接加倍的AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA例如生产上利用同源三倍体的不育性，生产无籽例如生产上利用同源三倍体的不育性，生产无籽西瓜（西瓜（22）、无籽葡萄等（）、无籽葡萄等（38）2X4X 2X3X异源多倍体一般是由不同种、属间的杂交种染异源多倍体一
24、般是由不同种、属间的杂交种染色体加倍形成的。色体加倍形成的。AABBABAABBAABBEEABEAABBEE例如：普通小麦例如：普通小麦Triticum aestivum2n6xAABBDD4221祖先种：祖先种：栽培一粒小麦（栽培一粒小麦（T. monococcum）2n2xAA147斯卑尔脱山羊草（斯卑尔脱山羊草（Aegilops speltoides）2n2xBB147方穗山羊草（方穗山羊草（Ae. squarrosa）2n2xDD147又称异倍体，是二倍体染色体组中缺少或额外又称异倍体，是二倍体染色体组中缺少或额外增加一条或几条染色体的细胞或个体。增加一条或几条染色体的细胞或个体。（
25、二）非整倍体（二）非整倍体(aneuploid)(1)单体单体(monosomic)(2)缺体缺体(diaome)(3)三体三体(trisomic)(4)四体四体(tetrasomic)(5)双三体双三体(ditrisomic)染色体染色体数目改变数目改变与人类疾病与人类疾病(1)常染色体的非整倍性改变的疾病常染色体的非整倍性改变的疾病21三体综合征三体综合征先天愚型（唐氏综合征）先天愚型（唐氏综合征）精子、卵子的老化和畸形，是产生先天愚型和先天性精子、卵子的老化和畸形，是产生先天愚型和先天性畸形的重要诱因畸形的重要诱因。(2)性染色体的非整倍性改变的疾病性染色体的非整倍性改变的疾病 克兰费尔
26、特综合征（克兰费尔特综合征（Klinefelterssyndrome）又称为又称为“先天性睾丸发育不全先天性睾丸发育不全”。核型为核型为47，XXY，由于亲代减数分裂时，产生性染色体不分离所致。由于亲代减数分裂时，产生性染色体不分离所致。特纳氏综合征（特纳氏综合征（Turnerssyndrome）又称为又称为“先天性性腺发育不全先天性性腺发育不全”或或“先天性卵巢先天性卵巢发育不全发育不全”等。等。核型为核型为45，XO，由于亲代减数分，由于亲代减数分裂时，产生性染色体不分离所致。裂时，产生性染色体不分离所致。 第二节第二节基因突变基因突变 基因突变基因突变是摩尔根于是摩尔根于1910年年首先
27、肯定的，他在首先肯定的，他在大量的红眼果绳中发现了一只大量的红眼果绳中发现了一只白眼白眼突变突变果绳。果绳。大量研究表明在动、植物以及细菌、病毒中广泛大量研究表明在动、植物以及细菌、病毒中广泛存在基因突变的现象。存在基因突变的现象。基因突变基因突变(genemutation)指染色体上某一基因位指染色体上某一基因位点内部，由于点内部，由于DNA碱基对的置换、增添或缺失而碱基对的置换、增添或缺失而引起的基因化学性质的变化，引起的基因化学性质的变化，称点突变称点突变(pointmutation)。由于基因突变而表现突变性状的细胞或个体，由于基因突变而表现突变性状的细胞或个体，称为称为突变体（突变体
28、（mutant）或突变型）或突变型。与突变型相对。与突变型相对的概念是野生型（的概念是野生型（wildtype）。）。1.形态突变（形态突变（morphologicalmutations）:突变导致形态结构，如形状、大小、色泽等突变导致形态结构，如形状、大小、色泽等的改变。又称为可见突变（的改变。又称为可见突变（visiblemutations）。）。如如:普通绵羊的四肢较长，而突变体安康羊的普通绵羊的四肢较长，而突变体安康羊的四肢很短。四肢很短。普通水稻株高一般在普通水稻株高一般在1.50m以上，矮秆突以上，矮秆突变体变体2080cm。一、基因突变的类型一、基因突变的类型猫眼色的变异猫眼色的
29、变异蜜蜂绿眼突变蜜蜂绿眼突变英国长耳猎犬英国长耳猎犬7个月个月人类的白化症人类的白化症2.生化突变（生化突变（biochemicalmutations）突变主要影响生物新陈代谢过程，导致特定突变主要影响生物新陈代谢过程，导致特定的生化功能的改变或丧失。的生化功能的改变或丧失。例如细菌的营养缺陷型、人类血卟啉病例如细菌的营养缺陷型、人类血卟啉病v 事事实实上上大大多多数数基基因因的的作作用用就就是是决决定定特特定定的的生生化化过过程程，而而生生化化过过程程才才能能决决定定形形态态结构。结构。v在在这这个个意意义义上上说说，几几乎乎所所有有的的基基因因突突变变都是生化突变。都是生化突变。二、突变发
30、生的时期和频率二、突变发生的时期和频率突变率突变率（mutationrate）是指在单位时间内）是指在单位时间内某种突变发生的概率。某种突变发生的概率。三、基因突变的一般特征三、基因突变的一般特征简单易懂（教材简单易懂（教材P88-90自学）自学）从碱基变化不同分为从碱基变化不同分为:（一）碱基对替换（一）碱基对替换转换：嘌呤替换嘌呤转换：嘌呤替换嘌呤AGGA嘧啶替换嘧啶嘧啶替换嘧啶TCCT颠换：嘌呤替换嘧啶颠换：嘌呤替换嘧啶CGTGTACA嘧啶替换嘌呤嘧啶替换嘌呤GTGCACAT（二）（二）碱基对增减（移码突变）碱基对增减（移码突变）碱基缺失：碱基缺失：ATCGATATGAT碱基插入：碱基插
31、入：ATCGATATCGGAT四、突变发生的分子机制四、突变发生的分子机制基因的内部结构发生改变基因的内部结构发生改变DNA碱基对发生增添、缺失或改变。碱基对发生增添、缺失或改变。增添增添缺失缺失转换转换颠换颠换AT（三）基因突变的分子效应（三）基因突变的分子效应（1）同义突变）同义突变(synonymousmutation)（2）错义突变）错义突变(missensemutation)（3）无义突变）无义突变(nonsensemutation)（4）移码突变）移码突变(shiftmutation)（1）同义突变）同义突变(synonymousmutation) 由于密码子具有简并性，个别碱基的
32、替换也有由于密码子具有简并性，个别碱基的替换也有可能不改变密码子的意义，这种突变称为同义可能不改变密码子的意义，这种突变称为同义突变，也称沉默突变（突变，也称沉默突变（silentmutation）。）。UUAUUGCUUCUCCUACUG这这6个密码子都编码亮氨酸（个密码子都编码亮氨酸（leu）（2）错义突变）错义突变(missensemutation) 碱基替换的结果改变了密码子，改变了氨基酸碱基替换的结果改变了密码子，改变了氨基酸如：如：ACGGCG；thr（苏）苏）ala（丙）丙）改变该基因编码的蛋白质的结构、化学性质和改变该基因编码的蛋白质的结构、化学性质和生物活性。生物活性。（3）
33、无义突变）无义突变(nonsensemutation)v 有义密码子变为无义密码子，造成蛋白质合成的提有义密码子变为无义密码子，造成蛋白质合成的提前终止。前终止。DNATACTAAmRNAUACUAA(终止密码子终止密码子)v无义突变对生物体的影响较大，很可能导致死亡。无义突变对生物体的影响较大，很可能导致死亡。v无义突变若发生在阅读框的开始，后果严重，若发无义突变若发生在阅读框的开始，后果严重，若发生在阅读框的后部，影响会小一些。生在阅读框的后部，影响会小一些。（4）移码突变）移码突变(shiftmutation) 缺失或插入一个或两个碱基，会造成整个阅读缺失或插入一个或两个碱基，会造成整个
34、阅读框的改变。自插入或缺失位置向后的所有密码子框的改变。自插入或缺失位置向后的所有密码子都发生了变化。都发生了变化。原模板链原模板链3CTTCTTCTTCTTCTTCTT5mRNA的序列的序列5GAAGAAGAAGAAGAAGAA3氨基酸顺序氨基酸顺序gluglugluglugluglu开始处插入一个开始处插入一个C3CCTTCTTCTTCTTCTTCTT5mRNA的序列为的序列为5GGAAGAAGAAGAAGAAGAA3氨基酸顺序氨基酸顺序glyargargargargarg改变了蛋白质中所有氨基酸的组成改变了蛋白质中所有氨基酸的组成l移码突变也可以造成无义密码子，导致蛋白质合移码突变也可以
35、造成无义密码子，导致蛋白质合成的提前终止。成的提前终止。如原模板如原模板TTCGATCGTCCATCAmRNAAAGCUAGCAGGUAGU插入一个碱基插入一个碱基TTCGACTCGTCCATCA突变后的突变后的mRNAAAGCUGAGCAGGUAGUl非非移码插入或缺失移码插入或缺失v 如果插入或缺失了如果插入或缺失了3个碱基，或者是个碱基，或者是3的倍数，阅的倍数，阅读框不变。读框不变。v多肽链中增加或减少一个或几个氨基酸。多肽链中增加或减少一个或几个氨基酸。v最终产物常常是有活性的，或者有部分活性。最终产物常常是有活性的，或者有部分活性。 （一）自发突变（一）自发突变（spontaneo
36、usmutations）自发突变的基本特征自发突变的基本特征l经典认识是：自发突变随时都可能发生，但自发经典认识是：自发突变随时都可能发生，但自发突变发生的频率是很低的。即突变发生的频率是很低的。即不定向而且随机发生。不定向而且随机发生。l挑战：自发突变在基因组中不是随机分布的，挑战：自发突变在基因组中不是随机分布的，突突变热点变热点普遍存在于基因组中。普遍存在于基因组中。l遗传突变新假说遗传突变新假说“Indel诱变假说诱变假说”五、突变产生的原因五、突变产生的原因1.DNA复制错误复制错误 ATGTCTACAGATGTCTATAG ATGTCTACAGATGTCTACAGATATCTATA
37、GTACAGATGTCTACAGATGTC2.自发损伤自发损伤(1)脱嘌呤脱嘌呤(depurination)(2)脱氨基脱氨基(deamination)(3)氧化作用损伤碱基氧化作用损伤碱基(oxidativelydamagedbases)过氧化物原子团过氧化物原子团(O2-)，(H2O2)，(-OH)等需氧代等需氧代谢的副产物都是有活性的氧化剂，可导致谢的副产物都是有活性的氧化剂，可导致DNA的的氧化损伤氧化损伤G氧化后产生氧化后产生8-氧氧-7,8二氢脱氧鸟嘌呤、二氢脱氧鸟嘌呤、8-氧鸟嘌氧鸟嘌呤呤(8-O-G)或或“GO”，GO可和可和A错配，导致错配，导致GT3.其他可能的机制其他可能
38、的机制由自然界存在的放射性同位素、宇宙射线或由自然界存在的放射性同位素、宇宙射线或环境中的其它天然诱变因素引起；环境中的其它天然诱变因素引起；温度的剧烈变化和极端的温度；温度的剧烈变化和极端的温度；有些基因结构特殊，易发生不被损伤修复系有些基因结构特殊，易发生不被损伤修复系统识别的变化；统识别的变化；自发突变也与重复序列有关（如转座成分致变）。自发突变也与重复序列有关（如转座成分致变）。（二）诱发突变（二）诱发突变（inducedmutations）化学诱变化学诱变1.碱基类似物碱基类似物2.碱基的修饰剂碱基的修饰剂高能辐射或紫外线引起高能辐射或紫外线引起DNA结构或碱基的变化结构或碱基的变化
39、3.碱基损伤碱基损伤1.碱基类似物碱基类似物(1)5-溴溴尿尿嘧嘧啶啶（5-bromouracil,5-BU）和和T很很相相似似，仅仅在在第第5个个碳碳元元子子上上由由Br取取代代了了甲甲基基5-BU，有有酮酮式式、烯烯醇醇式式两两种种异异构构体体，可可分分别别与与A及及G配对结合。配对结合。(2)2-氨基嘌呤氨基嘌呤(2-aminopurine2-AP，2-AP)也也是碱基的类似物，有正常状态和稀有状态两种是碱基的类似物，有正常状态和稀有状态两种异构体，异构体，可分别与可分别与T和和C配对结合配对结合。当。当2-AP掺掺入到入到DNA复制中时，由于其异构体的变换而复制中时，由于其异构体的变换
40、而导致导致A TG C的替换。的替换。2.碱基的修饰剂碱基的修饰剂(1)亚亚硝硝酸酸（introusacid,NA）有有氧氧化化脱脱氨氨作作用用，C和和A脱脱氨氨后后分分别别产产生生U和和次次黄黄嘌嘌呤呤H，产产生生了了转转换换，使使C G转转换换成成A T，A T转换成转换成G C。(2)羟羟胺胺只只特特异异地地和和胞胞嘧嘧啶啶起起反反应应，在在第第4个个C原原子子上上加加-OH，产产生生4-OH-C，此此产产物物可可以以和和A配对配对，使，使C G转换成转换成T A。(3)烷烷化化剂剂如如甲甲基基黄黄酸酸乙乙脂脂（EMS）、氮氮芥芥(NM)、甲甲基基黄黄酸酸甲甲脂脂（MMS）、亚亚硝硝基基
41、胍胍（NG）等等，它它们们的的作用是使碱基烷基化。作用是使碱基烷基化。EMS使使G的的第第6位位烷烷化化，使使T的的第第4位位上上烷烷化化，结结果果产产生生的的O-6-E-G和和O-4-E-T分分别别和和T、G配配对对，导导致致G C对转换成对转换成A T对；对；T A对转换成对转换成C G。(4)嵌入剂嵌入剂原黄素（原黄素（proflavin）吖啶橙（吖啶橙（acridineorange）溴化溴化3,8-二氨基二氨基-5-乙乙基基-6-苯基菲啶翁苯基菲啶翁 （etnidiumbramide）3.碱基损伤碱基损伤(1)紫外线紫外线(UVrays)紫外线诱变的最有效波长为紫外线诱变的最有效波长为
42、260nm，正好是，正好是DNA的吸收峰的吸收峰。主要作用于嘧啶，使得同链上邻近的嘧啶核苷酸之主要作用于嘧啶，使得同链上邻近的嘧啶核苷酸之间形成多价的联合。间形成多价的联合。使使T联合成二聚体。联合成二聚体。C脱氨成脱氨成U；将将H2O加到的嘧啶加到的嘧啶C4、C6位置上成为光产物，位置上成为光产物，削弱削弱C-G之间的氢键，使之间的氢键，使DNA链发生局部分离或变性。链发生局部分离或变性。(2)黄曲霉素黄曲霉素B1(aflatoxinB1,AFB1)AFB1在在鸟嘌呤鸟嘌呤N2位置上形成一个加成复合物，位置上形成一个加成复合物，导致碱基和糖之间的糖苷键断裂，因此释放碱导致碱基和糖之间的糖苷键
43、断裂，因此释放碱基产生无嘌呤位点。基产生无嘌呤位点。SOS系统可以补上系统可以补上腺嘌呤腺嘌呤，使得，使得GA CT第三节第三节突变的抑制与突变的抑制与DNA修复修复一、突变的抑制一、突变的抑制1.密码子的兼并性密码子的兼并性由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为象称为简并简并（degeneracy），对应于同一），对应于同一氨基酸的密码子称为氨基酸的密码子称为同义密码子同义密码子（synonymouscodon）。）。2.基因内突变的抑制（双移码突变）基因内突变的抑制（双移码突变）3.基因间突变的抑制基因间突变的抑制错义抑制二、二、DNA修复（修复（D
44、NARepair）（一）（一）DNA的复制修复的复制修复1.DNA聚合酶的修复聚合酶的修复通过通过DNA聚合酶的聚合酶的35外切酶活性外切酶活性来修复来修复2.错配的修复系统错配的修复系统如果如果DNA聚合酶没有发现错配，就需聚合酶没有发现错配，就需要错配修复系统来完成。要错配修复系统来完成。大肠杆菌中的大肠杆菌中的错配修复系统错配修复系统错误错误3.尿嘧啶糖基酶修复系统尿嘧啶糖基酶修复系统在细胞中有多种类型的在细胞中有多种类型的DNA糖苷酶糖苷酶（DNAglycosylase）并不水解）并不水解磷脂链磷脂链，但可以水解，但可以水解糖苷键糖苷键。如果。如果碱基发生修饰而发生结构改变可由碱基发生
45、修饰而发生结构改变可由DNA糖苷酶水解产生糖苷酶水解产生无嘌呤或无嘧啶位点无嘌呤或无嘧啶位点，两者皆称为，两者皆称为AP位点位点，这些这些AP位位点就可以由点就可以由AP核酸内切酶修复途径完成修复。核酸内切酶修复途径完成修复。大大肠肠杆杆菌菌AP位位点点的的修修复复1.光复活修复光复活修复(photoreactivationrepair)光修复酶光修复酶( (photolyasephotolyase) ) UVUV 光修复过程是通过光修复酶催化将光修复过程是通过光修复酶催化将TTTT二聚体二聚体切开切开而完成的，需而完成的，需300300600nm600nm波长照射激活波长照射激活（二）（二）
46、DNA的损伤修复的损伤修复UvrAUvrBUvrCOHOHP PDNA聚合酶聚合酶OHOHP PDNA连接酶连接酶ATPE.coliE.coli的切的切除修复机制除修复机制2.暗修复暗修复(切除修复切除修复)（excisionrepair）是细胞内最重是细胞内最重要和有效的修要和有效的修复机制。复机制。这是这是DNA的复制过程中的复制过程中所采用的一种有差错的所采用的一种有差错的修复方式。修复方式。例如例如DNA复制后进行，复制后进行，并不切除胸腺二聚体。并不切除胸腺二聚体。3.重组修复系统重组修复系统（Recombinationrepair）4.SOS修复修复(SOSrepairsystem
47、)也属于复制后修复也属于复制后修复(post-replicationrepair)体体系。系。SOS反应是反应是DNA分子受到较大范围损伤或分子受到较大范围损伤或复制受阻时的一种诱导反应。复制受阻时的一种诱导反应。损伤诱导损伤诱导一种特一种特异性较低的新的异性较低的新的DNA聚合酶聚合酶，以及重组酶等的，以及重组酶等的产生。由这些酶继续催化产生。由这些酶继续催化DNA的复制，的复制，但是很但是很容易在损伤区段甚至其他区段产生碱基错配，容易在损伤区段甚至其他区段产生碱基错配，使复制完成后保留许多错误碱基，从而使复制完成后保留许多错误碱基，从而提高突提高突变频率。变频率。第四节第四节重组与转座重组
48、与转座一、一、DNA重组的概念重组的概念DNA重组是维持遗传多样性和生物进重组是维持遗传多样性和生物进化的物质基础。化的物质基础。二、重组的类型二、重组的类型根据不同的机制，可将重组分成根据不同的机制，可将重组分成4类：类：n同源性重组（同源性重组（homologousrecombination）n位点特异性重组（位点特异性重组（site-specificrecombination）n转座重组（转座重组（transpositionrecombination）n异常重组（异常重组（illegitimaterecombination)（一）同源重组（一）同源重组(homologousrecombi
49、nation)大片段同源大片段同源DNA序列之间的交换。序列之间的交换。其主要特点是需要蛋白的介入。其主要特点是需要蛋白的介入。1.同源重组的分子模型同源重组的分子模型Holliday双链侵入模型、单链侵入模型、双链侵入模型、单链侵入模型、双链断裂修复模型等多种。双链断裂修复模型等多种。最常见的同源重组的分子机制为：最常见的同源重组的分子机制为：Holliday双链侵入模型双链侵入模型a联会联会b酶切酶切c/d交换重接交换重接e形成交联桥结构形成交联桥结构f分支迁移分支迁移g形成形成Holliday结构结构h/i分子构型分子构型变化变化jHolliday中间体拆分中间体拆分形形 形形形 形形H
50、olliday双链侵入模型双链侵入模型Holliday双链侵入模型，双链侵入模型，其过程如下：其过程如下：a联会联会同源的非姊妹染色单体间联会同源的非姊妹染色单体间联会b酶切酶切内切酶在内切酶在DNA分子上各切开一条单链分子上各切开一条单链c/d交换重接交换重接e形成交联桥结构形成交联桥结构f分支迁移（分支迁移（Branchmigration）g形成形成Holliday结构结构h/i分子构型变化，分子绕交联桥旋转分子构型变化，分子绕交联桥旋转180度度jHolliday中间体拆分中间体拆分Holliday的异构化的异构化Holliday结构一经生成即可结构一经生成即可不断地处于异构化不断地处于
51、异构化异源双链异源双链DNA(heteroduplexDNA)产生重组体的拆分，产生重组体的拆分，重组结果取决于拆分时重组结果取决于拆分时配对链上的切口位置配对链上的切口位置产生含异源双链产生含异源双链的亲本的亲本DNA分子分子产生重组体产生重组体（二）位点特异性重组：（二）位点特异性重组：（site-specificrecombination）重组发生在特殊位点上，此位点含有短的同源序列，重组发生在特殊位点上，此位点含有短的同源序列，供重组蛋白识别。供重组蛋白识别。特点：特点：发生在特异位点；发生在特异位点；需蛋白的催化；需蛋白的催化；噬菌体噬菌体DNA的整合和切离是典型的位点专一性重的整合
52、和切离是典型的位点专一性重组。组。（三）转座重组（三）转座重组（transpositionrecombination）转座因子转座因子（transposableelements）又叫可移动因子，是指一段特定的又叫可移动因子，是指一段特定的DNA序列，它序列，它可以在染色体组内移动，从染色体的一个基因座可以在染色体组内移动，从染色体的一个基因座位转到另一个基因座位。位转到另一个基因座位。又叫转座子（又叫转座子（trsnsposon)、跳跃基因（、跳跃基因（jumpinggenes)。v Emerson(1914)在研究玉米果皮色素遗传在研究玉米果皮色素遗传时，发现一种特殊的突变类型：时，发现一种
53、特殊的突变类型：花斑果皮花斑果皮，产生宽窄不同，红白相间的花产生宽窄不同，红白相间的花斑斑v花斑条纹不稳定，可以发生多次回复突变，花斑条纹不稳定，可以发生多次回复突变，但不知道原因但不知道原因。转座因子的发现转座因子的发现McClintock在玉米上首先发现了可以移动的遗传因子在玉米上首先发现了可以移动的遗传因子(transposablegeneticelements)1951年，在冷泉港生物学专题讨论会上，麦克林托克递交年，在冷泉港生物学专题讨论会上，麦克林托克递交了自己的学术论文，向科学界同行报告了她的新理论。提出遗了自己的学术论文，向科学界同行报告了她的新理论。提出遗传基因可以转移，能从
54、染色体的一个位置跳到另一个位置，甚传基因可以转移，能从染色体的一个位置跳到另一个位置，甚至从一条染色体跳到另一条染色体上。她把这种能自发转移的至从一条染色体跳到另一条染色体上。她把这种能自发转移的遗传基因称为遗传基因称为“转座因子转座因子”。“转座因子转座因子”除了具有跳动的特性之外，除了具有跳动的特性之外，还具有控制其他基因开闭的作用，还具有控制其他基因开闭的作用，因此因此“转座因子转座因子”又可叫做又可叫做“控制因子控制因子”。它能引起基因突变或染色体重组。它能引起基因突变或染色体重组。1.原核生物的转座因子原核生物的转座因子根据分子结构与遗传特性可以分为两类：根据分子结构与遗传特性可以分
55、为两类：n插入因子插入因子（insertionsequence，IS）n复合转座子（复合转座子（compositiontransposons）（1）插入因子）插入因子（insertionsequence，IS）插入因子是最简单的、不含任何宿主基因、具有转座插入因子是最简单的、不含任何宿主基因、具有转座能力的遗传因子能力的遗传因子 ，是，是细菌细菌染色体或染色体或质粒质粒DNA的正常的正常组成部分。组成部分。长度一般小于长度一般小于6kb，最小的插入序列如最小的插入序列如IS1仅仅768bp。IS因子只含有与转座有关的基因与序列。因子只含有与转座有关的基因与序列。共同特征是共同特征是在其末端都具
56、有一段反向的重复序列在其末端都具有一段反向的重复序列(invertedrepeats,IR)，该序列长度不一。，该序列长度不一。如如IS10左边左边IR序列是序列是17bp、右边是右边是22bp转座子所具有的末端倒转重复能够转座子所具有的末端倒转重复能够在靶位点的两翼产在靶位点的两翼产生正向重复生正向重复，图中靶位点重复，图中靶位点重复5bp。转座子末端的倒转座子末端的倒转重复为转重复为9bp。转座子靶位点两翼的正向重复是因交错切割转座子靶位点两翼的正向重复是因交错切割所产生的突出末端与转座子相连而形成的。所产生的突出末端与转座子相连而形成的。（2）复合转座子）复合转座子（compositio
57、ntransposons）转座子是由几个基因组成的特定的转座子是由几个基因组成的特定的DNA片断，片断，大都带有抗生素抗性基因，所以比较容易鉴别。大都带有抗生素抗性基因，所以比较容易鉴别。根据结构特征可以分为根据结构特征可以分为复合系复合系和和Tnp3系系两类。两类。 复合系复合系是由是由2个同样的个同样的IS因子连接抗生素抗性基因因子连接抗生素抗性基因片断的两侧构成的。片断的两侧构成的。IS因子可以是反向重复因子可以是反向重复的，也可以是正向重复的。的，也可以是正向重复的。IS因子因子+抗生素抗性基因抗生素抗性基因+IS因子因子复合转座子的中心区携带有标记复合转座子的中心区携带有标记(如抗药
58、性如抗药性)，两侧有两侧有IS模序。每个模序。每个IS具有短的末端重具有短的末端重复。复。 Tnp3系转座子系转座子v 结构较复杂，长度约结构较复杂，长度约5000bpv末端有一对末端有一对38bpIR序列，但不含序列，但不含IS因子序列因子序列v每个转座子都带有每个转座子都带有3个基因：个基因：编码编码内酰胺酶的内酰胺酶的氨苄青霉素抗性氨苄青霉素抗性基因基因，(-lactamase)（AmpR）与转座作用有关的基因（与转座作用有关的基因（tnpA和和tnpR）（转座酶基因和编码阻遏物的调节基因）（转座酶基因和编码阻遏物的调节基因） TnA转座子家族成员具有末端重复、转座子家族成员具有末端重复
59、、内部内部res位点以及三个已知基因。位点以及三个已知基因。解离位点解离位点2.真核生物的转座因子真核生物的转座因子v玉米基因组中的转座子玉米基因组中的转座子AcDs系统系统v果蝇基因组中的转座子果蝇基因组中的转座子P因子因子FB因子因子Copia因子因子v啤酒酵母基因组中的转座子啤酒酵母基因组中的转座子3.DNA转座的分类转座的分类通过转座子移动的机通过转座子移动的机制可以将制可以将DNA转座分转座分为三种类型为三种类型:复制性转座复制性转座非复制性转座非复制性转座保守性转座保守性转座(1)复制性转座复制性转座复制性转座产生转座子的一个拷贝，由该拷贝复制性转座产生转座子的一个拷贝，由该拷贝插
60、入到受体位点，供体位点序列不变，插入到受体位点，供体位点序列不变，因此因此供体和受体位点都有一个拷贝的转座子。供体和受体位点都有一个拷贝的转座子。(2)非复制转座非复制转座非复制转座中转座子仅从供体位点向受体位点非复制转座中转座子仅从供体位点向受体位点做物理性移动，从而在供体位点造成链的断裂，做物理性移动，从而在供体位点造成链的断裂，若断裂不被修复，后果将是致命的。若断裂不被修复，后果将是致命的。(3)保守性转座保守性转座保守性转座只是序列的直接移动，没有核苷酸保守性转座只是序列的直接移动，没有核苷酸键的损失，原位点没有链断裂。键的损失，原位点没有链断裂。有些转座子只采用一种方式转座，其它转有
61、些转座子只采用一种方式转座，其它转座子则可利用多种途径转座。例如元件座子则可利用多种途径转座。例如元件IS1和和IS903既可以非复制型方式也可以复制型既可以非复制型方式也可以复制型方式转座。通过研究得知，方式转座。通过研究得知，Mu噬菌体具有噬菌体具有从一般型转换成任意一种途径的能力。从一般型转换成任意一种途径的能力。 转座引起插入突变转座引起插入突变造成插入位点靶造成插入位点靶DNA的少量碱基对重复的少量碱基对重复转座产生新的基因转座产生新的基因转座产生的染色体畸变转座产生的染色体畸变切除效应切除效应4.转座的遗传学效应转座的遗传学效应（四）异常重组（四）异常重组（illegitimate
62、recombination）：无同源序列的两个无同源序列的两个DNA分子之间的交换。即重分子之间的交换。即重组对中很少或没有序列同源性。组对中很少或没有序列同源性。形成重组分子时往往依赖于形成重组分子时往往依赖于DNA的复制而完成的复制而完成重组过程，所以也称为非同源性重组。重组过程，所以也称为非同源性重组。这种类型的重组也不需要这种类型的重组也不需要RecA蛋白的参与。蛋白的参与。类型类型需同源序列需同源序列 需需RecA蛋白蛋白 需序列特异需序列特异性的酶性的酶同源同源+位点特异性位点特异性+转座转座异异常常？DNA重组的类型比较重组的类型比较作业题作业题教材教材P110：第第1、5、8题题Semisterilityresultsfromtranslocationheterozygotes50%ofgametesarisefromalternatesegregationandareviableDNA的一级结构的一级结构脱氧核苷酸链脱氧核苷酸链ATGCATGC
