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1、1第十二章第十二章 突变与修复突变与修复l l第一节第一节 突变与表型突变与表型l l第二节第二节 回复突变和抑制突变回复突变和抑制突变l l第三节第三节 突变的修复突变的修复2本部分重点本部分重点l l突变的表型效应突变的表型效应l l突变体的概念及其形成过程突变体的概念及其形成过程l l抑制突变的种类和机制抑制突变的种类和机制l l光修复、切补修复、重组修复和光修复、切补修复、重组修复和SOS修复修复系统的修复过程与机理系统的修复过程与机理3本部分难点本部分难点l l基因内抑制突变、基因间抑制突变基因内抑制突变、基因间抑制突变l l光修复、切补修复、重组修复和光修复、切补修复、重组修复和S
2、OS修复修复系统的修复过程与机理系统的修复过程与机理4第一节第一节 突变与表型突变与表型 l l碱基置换引起的碱基置换引起的碱基置换引起的碱基置换引起的l l无义突变（引起遗传性状改变）无义突变（引起遗传性状改变）无义突变（引起遗传性状改变）无义突变（引起遗传性状改变）l l错义突变（引起遗传性状改变）错义突变（引起遗传性状改变）错义突变（引起遗传性状改变）错义突变（引起遗传性状改变）l l沉默突变（不引起遗传性状改变）沉默突变（不引起遗传性状改变）沉默突变（不引起遗传性状改变）沉默突变（不引起遗传性状改变）l l同义突变（不引起遗传性状改变）同义突变（不引起遗传性状改变）同义突变（不引起遗传
3、性状改变）同义突变（不引起遗传性状改变）l l移码突变引起的（引起遗传性状改变）移码突变引起的（引起遗传性状改变）移码突变引起的（引起遗传性状改变）移码突变引起的（引起遗传性状改变）l l易位突变引起的（不一定引起遗传性状改变）易位突变引起的（不一定引起遗传性状改变）易位突变引起的（不一定引起遗传性状改变）易位突变引起的（不一定引起遗传性状改变）l l突变的表型效应突变的表型效应突变的表型效应突变的表型效应一、突变的表型效应一、突变的表型效应51、碱基置换引起的突变（图）、碱基置换引起的突变（图）6错义突变错义突变(missense mutation) l l当当DNA分子上密码子中的碱基被置
4、换，新分子上密码子中的碱基被置换，新密码子编写的氨基酸与原来的密码子不相密码子编写的氨基酸与原来的密码子不相同，使多肽链的氨基酸排列顺序发生变化。同，使多肽链的氨基酸排列顺序发生变化。l l错义突变通常在第一或第二个碱基发生变错义突变通常在第一或第二个碱基发生变化时，容易引起氨基酸种类改变。化时，容易引起氨基酸种类改变。7无义突变无义突变(nonsense mutation) l l决定某氨基酸的密码子被终止密码子决定某氨基酸的密码子被终止密码子（UAG）代替，因而）代替，因而mRNA翻译多肽链翻译多肽链过程中出现句号，使翻译工作中途停止，过程中出现句号，使翻译工作中途停止，难以完成一条完整的
5、多肽链的合成，这种难以完成一条完整的多肽链的合成，这种肽链是没有活性的。肽链是没有活性的。 8同义突变同义突变(synonymy mutation)l l指指DNA分子上的遗传密码由于置换而成为分子上的遗传密码由于置换而成为新的密码子，但是这种新密码子构成的氨新的密码子，但是这种新密码子构成的氨基酸与原有密码子所构成的氨基酸相同。基酸与原有密码子所构成的氨基酸相同。l l这是一种无遗传意义的突变。这是一种无遗传意义的突变。这是一种无遗传意义的突变。这是一种无遗传意义的突变。l l这种突变不能引起氨基酸序列的改变。这种突变不能引起氨基酸序列的改变。这种突变不能引起氨基酸序列的改变。这种突变不能引
6、起氨基酸序列的改变。9沉默突变沉默突变(silent mutation)l l碱基置换造成多肽链中一个氨基酸的改变，碱基置换造成多肽链中一个氨基酸的改变，但该氨基酸不能影响多肽链的正常功能，但该氨基酸不能影响多肽链的正常功能，因此不改变微生物的遗传性状。因此不改变微生物的遗传性状。102、移码突变、移码突变 l l移码突变是在移码突变是在DNA分子上的密码子中添加分子上的密码子中添加或丢失一个或几个碱基，其结果造成从改或丢失一个或几个碱基，其结果造成从改变的碱基开始所有其后的密码子碱基都往变的碱基开始所有其后的密码子碱基都往后移动，使密码子杂乱而重新编组，使多后移动，使密码子杂乱而重新编组，使
7、多肽链上的氨基酸序列发生很大的改变，并肽链上的氨基酸序列发生很大的改变，并出现明显的遗传性状变异。出现明显的遗传性状变异。113、突变的表型效应、突变的表型效应 (phenotypic effect) l l突变不一定能产生遗传效应突变不一定能产生遗传效应 l l即使产生了遗传效应，也不一定就能直观即使产生了遗传效应，也不一定就能直观看出看出12 （1）突变不改变表型）突变不改变表型l l同义突变和沉默突变同义突变和沉默突变 l l变异后合成新的氨基酸没有影响多肽的正变异后合成新的氨基酸没有影响多肽的正常功能常功能 13（2）显性突变和隐性突变的表型效应）显性突变和隐性突变的表型效应l l纯合
8、体显性基因突变：纯合体显性基因突变：AA、aal l纯合体隐性基因突变：纯合体隐性基因突变：AA、aal l杂合体显性基因突变：杂合体显性基因突变：Aal l杂合体隐性基因突变：杂合体隐性基因突变：Aa14 （3）突变的表型与环境）突变的表型与环境l l突变后的个体被环境淘汰，如个体死亡突变后的个体被环境淘汰，如个体死亡l l环境条件不适合时表型不体现，如氨基酸环境条件不适合时表型不体现，如氨基酸缺陷型缺陷型15二、突变型的种类二、突变型的种类 l l形态突变型形态突变型 l l生化突变型生化突变型 l l条件致死突变型条件致死突变型 l l致死突变型致死突变型 l l抗性突变型抗性突变型 1
9、61. 形态突变型形态突变型 l l形态突变是一种可见突变，包括：形态突变是一种可见突变，包括：l l菌落菌落菌落菌落形状大小、颜色、表面结构、孢子形状大小、颜色、表面结构、孢子形状大小、颜色、表面结构、孢子形状大小、颜色、表面结构、孢子数量和颜色；数量和颜色；数量和颜色；数量和颜色；l l细胞形态细胞形态细胞形态细胞形态鞭毛、荚膜、菌体形状、大小、鞭毛、荚膜、菌体形状、大小、鞭毛、荚膜、菌体形状、大小、鞭毛、荚膜、菌体形状、大小、孢子形态和大小；孢子形态和大小；孢子形态和大小；孢子形态和大小；l l细胞结构细胞结构细胞结构细胞结构细胞膜透性等；细胞膜透性等；细胞膜透性等；细胞膜透性等；l l
10、噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体噬菌斑形状、大小及清晰度等。噬菌斑形状、大小及清晰度等。噬菌斑形状、大小及清晰度等。噬菌斑形状、大小及清晰度等。172. 条件致死突变型条件致死突变型l l条件致死突变（条件致死突变（条件致死突变（条件致死突变（conditional lethal mutationconditional lethal mutation）是一）是一）是一）是一类遗传学分析最有用的突变型，它们的生命分界类遗传学分析最有用的突变型，它们的生命分界类遗传学分析最有用的突变型，它们的生命分界类遗传学分析最有用的突变型，它们的生命分界线由某种条件决定。这种突变体在允许条件下存线由某种条件决定。这种
11、突变体在允许条件下存线由某种条件决定。这种突变体在允许条件下存线由某种条件决定。这种突变体在允许条件下存活，在限制条件下致死。活，在限制条件下致死。活，在限制条件下致死。活，在限制条件下致死。l l温敏突变型，它们在一定温度下致死，在另一种温度温敏突变型，它们在一定温度下致死，在另一种温度温敏突变型，它们在一定温度下致死，在另一种温度温敏突变型，它们在一定温度下致死，在另一种温度下表现正常的生命活动。下表现正常的生命活动。下表现正常的生命活动。下表现正常的生命活动。l l脱敏突变，又称抑制敏感突变（脱敏突变，又称抑制敏感突变（脱敏突变，又称抑制敏感突变（脱敏突变，又称抑制敏感突变（sensit
12、ivity restricting sensitivity restricting mutationmutation），在抑制基因存在时能生长繁殖，而抑制基），在抑制基因存在时能生长繁殖，而抑制基），在抑制基因存在时能生长繁殖，而抑制基），在抑制基因存在时能生长繁殖，而抑制基因消失时就停止生长繁殖。因消失时就停止生长繁殖。因消失时就停止生长繁殖。因消失时就停止生长繁殖。183. 致死突变型致死突变型l l突变使多肽链完全丧失活性，引起致死，突变使多肽链完全丧失活性，引起致死，尤其是染色体畸变更易造成这种现象。尤其是染色体畸变更易造成这种现象。l l显性致死（杂合状态）显性致死（杂合状态）显性致
13、死（杂合状态）显性致死（杂合状态）l l隐性致死（纯合状态）隐性致死（纯合状态）隐性致死（纯合状态）隐性致死（纯合状态）194. 抗性突变型抗性突变型l l抗性突变（抗性突变（resistance mutation) 最为常见最为常见l l包括包括l l抗药突变抗药突变抗药突变抗药突变l l抗噬菌体突变抗噬菌体突变抗噬菌体突变抗噬菌体突变l l抗高温突变抗高温突变抗高温突变抗高温突变l l抗辐射突变抗辐射突变抗辐射突变抗辐射突变205. 生化突变型生化突变型l l可引起生化代谢的变化的突变称为生化突变可引起生化代谢的变化的突变称为生化突变可引起生化代谢的变化的突变称为生化突变可引起生化代谢的变
14、化的突变称为生化突变(biochemical mutation)(biochemical mutation)。l l最典型的是营养缺陷型，它从野生型基因突变形成。最典型的是营养缺陷型，它从野生型基因突变形成。最典型的是营养缺陷型，它从野生型基因突变形成。最典型的是营养缺陷型，它从野生型基因突变形成。其特点是由于突变而失去合成某种代谢物质的能力，其特点是由于突变而失去合成某种代谢物质的能力，其特点是由于突变而失去合成某种代谢物质的能力，其特点是由于突变而失去合成某种代谢物质的能力，如氨基酸、维生素等，当环境中缺乏这种物质它就如氨基酸、维生素等，当环境中缺乏这种物质它就如氨基酸、维生素等，当环境中
15、缺乏这种物质它就如氨基酸、维生素等，当环境中缺乏这种物质它就不能生长繁殖。反之，只有给它补充了这种物质，不能生长繁殖。反之，只有给它补充了这种物质，不能生长繁殖。反之，只有给它补充了这种物质，不能生长繁殖。反之，只有给它补充了这种物质，才能具有正常的生命活动。才能具有正常的生命活动。才能具有正常的生命活动。才能具有正常的生命活动。l l还有糖类分解发酵突变株、色素形成突变株及有益还有糖类分解发酵突变株、色素形成突变株及有益还有糖类分解发酵突变株、色素形成突变株及有益还有糖类分解发酵突变株、色素形成突变株及有益代谢产物生产能力突变株。代谢产物生产能力突变株。代谢产物生产能力突变株。代谢产物生产能
16、力突变株。 21三三 突变体的形成与表型延迟突变体的形成与表型延迟l l突变体形成的三个步骤：突变体形成的三个步骤：l l诱变剂与诱变剂与诱变剂与诱变剂与DNADNA接触接触接触接触 l l突变发生突变发生突变发生突变发生 l l突变体形成突变体形成突变体形成突变体形成 l l表型延迟表型延迟 221、突变体形成、突变体形成l l(1)诱变剂与诱变剂与DNA接触接触l l(2)突变发生突变发生l l(3)突变体形成突变体形成23(1)诱变剂与诱变剂与DNA接触接触l l诱变剂需经过以下途径才能与诱变剂需经过以下途径才能与DNA接触：接触：l l细胞壁、细胞膜、细胞质、核质体细胞壁、细胞膜、细胞
17、质、核质体24(2)突变发生突变发生l lDNA处于复制状态有利于突变的发生处于复制状态有利于突变的发生25(3)突变体形成突变体形成l l并且不是所有的突变都能形成突变体（突并且不是所有的突变都能形成突变体（突变要经复制才能形成突变体）变要经复制才能形成突变体） l l突变可能被修复突变可能被修复26 2. 表型延迟表型延迟 l l表型延迟（表型延迟（phenotype lag）现象是指微生）现象是指微生物通过自发突变或人工诱变而产生新的基物通过自发突变或人工诱变而产生新的基因型个体所表现出来的遗传特性不能在当因型个体所表现出来的遗传特性不能在当代出现，其表型的出现必须经过代出现，其表型的出
18、现必须经过2代以上代以上的繁殖复制。的繁殖复制。27延迟的原因延迟的原因 ：l l当突变发生在多核细胞中的某一个核当突变发生在多核细胞中的某一个核 l l原有基因产物的影响原有基因产物的影响 28第二节第二节 回复突变和抑制突变回复突变和抑制突变l l正向突变、回复突变和抑制突变正向突变、回复突变和抑制突变 l l基因内抑制突变基因内抑制突变 l l基因间抑制突变基因间抑制突变 l l基因间间接抑制突变基因间间接抑制突变 291. 正向突变、回复突变和抑制突变正向突变、回复突变和抑制突变 l l正向突变正向突变正向突变正向突变(forward mutation)(forward mutatio
19、n)：l l是指改变野生型性状的突变。是指改变野生型性状的突变。是指改变野生型性状的突变。是指改变野生型性状的突变。l l回复突变回复突变回复突变回复突变(back mutation(back mutation或或或或reverse mutation)reverse mutation) ：l l突变体所失去的野生型性状可以通过第二次突变得到恢复，这突变体所失去的野生型性状可以通过第二次突变得到恢复，这突变体所失去的野生型性状可以通过第二次突变得到恢复，这突变体所失去的野生型性状可以通过第二次突变得到恢复，这种第二次突变叫做回复突变。种第二次突变叫做回复突变。种第二次突变叫做回复突变。种第二次突
20、变叫做回复突变。l l抑制突变抑制突变抑制突变抑制突变(suppressor mutation)(suppressor mutation)：l l真正的原位回复突变很少，而大多数是第二位点突变，即原来真正的原位回复突变很少，而大多数是第二位点突变，即原来真正的原位回复突变很少，而大多数是第二位点突变，即原来真正的原位回复突变很少，而大多数是第二位点突变，即原来位点的突变依然存在，而它的表型效应被基因组中第二位点的位点的突变依然存在，而它的表型效应被基因组中第二位点的位点的突变依然存在，而它的表型效应被基因组中第二位点的位点的突变依然存在，而它的表型效应被基因组中第二位点的突变所抑制，因而又称为
21、抑制突变。突变所抑制，因而又称为抑制突变。突变所抑制，因而又称为抑制突变。突变所抑制，因而又称为抑制突变。302. 基因内抑制突变基因内抑制突变(intragenic suppressors) l l发生在正向突变的基因之中。发生在正向突变的基因之中。l l错义突变和移码突变都可被基因内另一位错义突变和移码突变都可被基因内另一位点的突变所抑制。点的突变所抑制。l l有些基因内抑制突变表现为温度敏感型。有些基因内抑制突变表现为温度敏感型。l l移码突变的回复突变几乎全是基因内抑制移码突变的回复突变几乎全是基因内抑制突变。突变。 错义突变的基因内抑制突变错义突变的基因内抑制突变323. 基因间抑制
22、突变基因间抑制突变l l基因间无义抑制突变基因间无义抑制突变 l l基因间错义抑制突变基因间错义抑制突变基因间错义抑制突变基因间错义抑制突变 l l基因间移码抑制突变基因间移码抑制突变 l l温度敏感抑制突变和抑制增强突变温度敏感抑制突变和抑制增强突变温度敏感抑制突变和抑制增强突变温度敏感抑制突变和抑制增强突变 33（1）基因间无义抑制突变）基因间无义抑制突变 l l无义密码子（琥珀密码子无义密码子（琥珀密码子无义密码子（琥珀密码子无义密码子（琥珀密码子UAGUAG）使肽链合成终止。）使肽链合成终止。）使肽链合成终止。）使肽链合成终止。l l突变的突变的突变的突变的tRNAtRNA反密码子与无
23、义密码子互补。反密码子与无义密码子互补。反密码子与无义密码子互补。反密码子与无义密码子互补。l l能抑制正向突变表型的突变了的能抑制正向突变表型的突变了的能抑制正向突变表型的突变了的能抑制正向突变表型的突变了的 tRNAtRNA称为抑制称为抑制称为抑制称为抑制tRNAtRNA (suppressor (suppressor tRNAtRNA) )。l l抑制抑制抑制抑制tRNAtRNA不是细胞对无义突变应答的产物，而是自发不是细胞对无义突变应答的产物，而是自发不是细胞对无义突变应答的产物，而是自发不是细胞对无义突变应答的产物，而是自发突变或诱变的结果。突变或诱变的结果。突变或诱变的结果。突变或
24、诱变的结果。 34抑制抑制tRNA对无义突变的抑制对无义突变的抑制 l l思考：思考：l l突变的突变的突变的突变的tRNAtRNA校正基因是否会影响正常的终止校正基因是否会影响正常的终止校正基因是否会影响正常的终止校正基因是否会影响正常的终止？(1)(1)校正基因识别的终止密码子不一定和正常终止的密码校正基因识别的终止密码子不一定和正常终止的密码校正基因识别的终止密码子不一定和正常终止的密码校正基因识别的终止密码子不一定和正常终止的密码子相同。有时正常终止位点有两个连续的终止密码子，子相同。有时正常终止位点有两个连续的终止密码子，子相同。有时正常终止位点有两个连续的终止密码子，子相同。有时正
25、常终止位点有两个连续的终止密码子，而且结构不同，如而且结构不同，如而且结构不同，如而且结构不同，如UAG-UAAUAG-UAA；(2)(2)释放因子将和抑制基因竞争和终止密码子的结合；释放因子将和抑制基因竞争和终止密码子的结合；释放因子将和抑制基因竞争和终止密码子的结合；释放因子将和抑制基因竞争和终止密码子的结合；(3)(3)抑制基因的效率很低，通常为抑制基因的效率很低，通常为抑制基因的效率很低，通常为抑制基因的效率很低，通常为15%15%，所以常不会抑制，所以常不会抑制，所以常不会抑制，所以常不会抑制正常终止。正常终止。正常终止。正常终止。校正基因一般不会影响正常的终止校正基因一般不会影响正
26、常的终止37（2）基因间错义抑制突变）基因间错义抑制突变 l l如：如：如：如：l l错义突变：错义突变：错义突变：错义突变：GGA(Gly)GGA(Gly)AGA(ArgAGA(Arg) )，蛋白质失活；，蛋白质失活；，蛋白质失活；，蛋白质失活；l lGly-tRNAGly-tRNA的反密码子：的反密码子：的反密码子：的反密码子：CCUCCUUCUUCUl l仍将仍将仍将仍将GlyGly安插在错义突变的密码子安插在错义突变的密码子安插在错义突变的密码子安插在错义突变的密码子AGAAGA处，蛋白质恢复活性；处，蛋白质恢复活性；处，蛋白质恢复活性；处，蛋白质恢复活性；l l如如如如果果果果安安安
27、安插插插插的的的的氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸不不不不是是是是甘甘甘甘氨氨氨氨酸酸酸酸而而而而是是是是其其其其他他他他氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸，只只只只要要要要能能能能恢恢恢恢复或部分恢复蛋白质活性，都表现出错义抑制效应。复或部分恢复蛋白质活性，都表现出错义抑制效应。复或部分恢复蛋白质活性，都表现出错义抑制效应。复或部分恢复蛋白质活性，都表现出错义抑制效应。38（3）基因间移码抑制突变）基因间移码抑制突变l l移码突变也可由移码突变也可由移码突变也可由移码突变也可由tRNA分子结构的改变而被分子结构的改变而被抑制。抑制。l l如如l lE. coliE. coli 的突变的突变的突变的突变tRNA
28、tRNAGlyGly在它的反密码子在它的反密码子在它的反密码子在它的反密码子looploop上增上增上增上增加了一个加了一个加了一个加了一个C C、反密码子成了、反密码子成了、反密码子成了、反密码子成了CCCCCCCC，因而能识别，因而能识别，因而能识别，因而能识别移码突变移码突变移码突变移码突变 GGGG GGGG，从而矫正了由于插人一个碱，从而矫正了由于插人一个碱，从而矫正了由于插人一个碱，从而矫正了由于插人一个碱基造成的移码突变。基造成的移码突变。基造成的移码突变。基造成的移码突变。39（4）温度敏感抑制突变和抑制增强突变）温度敏感抑制突变和抑制增强突变l l琥珀型琥珀型琥珀型琥珀型(a
29、mber)(amber)突变的抑制突变的抑制突变的抑制突变的抑制tRNAtRNA表现出温度敏感性：表现出温度敏感性：表现出温度敏感性：表现出温度敏感性：l l在在在在3030时产生抑制，在时产生抑制，在时产生抑制，在时产生抑制，在4242时不能。时不能。时不能。时不能。l l（即（即（即（即30 30 下正常生长，下正常生长，下正常生长，下正常生长，42 42 下死亡）下死亡）下死亡）下死亡）l l若在较高温度时也能生长，称为抑制增强突变若在较高温度时也能生长，称为抑制增强突变若在较高温度时也能生长，称为抑制增强突变若在较高温度时也能生长，称为抑制增强突变(Sue, (Sue, suppres
30、sor enhancing mutation)suppressor enhancing mutation) l lSueSue突变对非温度敏感的抑制突变同样能增强抑制效应。突变对非温度敏感的抑制突变同样能增强抑制效应。突变对非温度敏感的抑制突变同样能增强抑制效应。突变对非温度敏感的抑制突变同样能增强抑制效应。 l l（即（即（即（即30 30 下正常生长，下正常生长，下正常生长，下正常生长，42 42 下也能正常生长）下也能正常生长）下也能正常生长）下也能正常生长）404. 基因间间接抑制突变基因间间接抑制突变l l直接抑制突变直接抑制突变直接抑制突变直接抑制突变(direct suppres
31、sors)(direct suppressors)l l通过恢复或部分恢复原来基因蛋白产物的功能。通过恢复或部分恢复原来基因蛋白产物的功能。通过恢复或部分恢复原来基因蛋白产物的功能。通过恢复或部分恢复原来基因蛋白产物的功能。l l所有基因内抑制突变的作用都是直接的。所有基因内抑制突变的作用都是直接的。所有基因内抑制突变的作用都是直接的。所有基因内抑制突变的作用都是直接的。l l一些改变翻译性质的基因间抑制突变的作用也是直接的。一些改变翻译性质的基因间抑制突变的作用也是直接的。一些改变翻译性质的基因间抑制突变的作用也是直接的。一些改变翻译性质的基因间抑制突变的作用也是直接的。l l间接抑制突变间
32、接抑制突变间接抑制突变间接抑制突变(indirect suppressors)(indirect suppressors)l l不恢复正向突变基因的蛋白质产物的功能；不恢复正向突变基因的蛋白质产物的功能；不恢复正向突变基因的蛋白质产物的功能；不恢复正向突变基因的蛋白质产物的功能；l l通过改变其他蛋白质的性质或表达水平而补偿原来突变而造成的缺陷，通过改变其他蛋白质的性质或表达水平而补偿原来突变而造成的缺陷，通过改变其他蛋白质的性质或表达水平而补偿原来突变而造成的缺陷，通过改变其他蛋白质的性质或表达水平而补偿原来突变而造成的缺陷，使野生型表型得以恢复。使野生型表型得以恢复。使野生型表型得以恢复。
33、使野生型表型得以恢复。 41基因间间接抑制突变基因间间接抑制突变l l两个基因的多肽产物突变互补；两个基因的多肽产物突变互补；l l反应途径中不同酶活性的此消彼长；反应途径中不同酶活性的此消彼长；l l绕过被阻断的步骤绕过被阻断的步骤;l l有害物质的积累被提高的分解酶的活性或有害物质的积累被提高的分解酶的活性或将其纳入其他生化反应而消除。将其纳入其他生化反应而消除。 42基因间间接抑制突变途径之一基因间间接抑制突变途径之一435. 增变基因和突变热点增变基因和突变热点l l增变基因增变基因增变基因增变基因( (mutatormutator gene) gene)l l与整个基因组的突变频率直
34、接相关的基因，如与整个基因组的突变频率直接相关的基因，如与整个基因组的突变频率直接相关的基因，如与整个基因组的突变频率直接相关的基因，如l lDNADNA聚合酶的各个基因，其聚合酶的各个基因，其聚合酶的各个基因，其聚合酶的各个基因，其3 3 一一一一5 5 校对功能丧失或降低校对功能丧失或降低校对功能丧失或降低校对功能丧失或降低l ldamdam基因和基因和基因和基因和mutmut基因突变，使错配修复系统功能丧失基因突变，使错配修复系统功能丧失基因突变，使错配修复系统功能丧失基因突变，使错配修复系统功能丧失l l突变热点突变热点突变热点突变热点(hot spots of mutation)(h
35、ot spots of mutation)l l某些位点的突变频率高于平均数。原因为：某些位点的突变频率高于平均数。原因为：某些位点的突变频率高于平均数。原因为：某些位点的突变频率高于平均数。原因为：l l55甲基胞嘧啶的存在，或甲基胞嘧啶的存在，或甲基胞嘧啶的存在，或甲基胞嘧啶的存在，或l l在短的连续重复序列处容易发生插入或缺失突变，插入或缺失的正是这一在短的连续重复序列处容易发生插入或缺失突变，插入或缺失的正是这一在短的连续重复序列处容易发生插入或缺失突变，插入或缺失的正是这一在短的连续重复序列处容易发生插入或缺失突变，插入或缺失的正是这一重复序列。重复序列。重复序列。重复序列。l l与
36、所使用的诱变剂有关。与所使用的诱变剂有关。与所使用的诱变剂有关。与所使用的诱变剂有关。44第三节第三节 突变的修复突变的修复vv复制前修复复制前修复qq切补修复切补修复切补修复切补修复（针对任意碱基或嘧啶二聚体）（针对任意碱基或嘧啶二聚体）（针对任意碱基或嘧啶二聚体）（针对任意碱基或嘧啶二聚体）qq光复活光复活光复活光复活（针对嘧啶二聚体）（针对嘧啶二聚体）（针对嘧啶二聚体）（针对嘧啶二聚体）vv复制后修复复制后修复qq重组修复重组修复重组修复重组修复（针对嘧啶二聚体）（针对嘧啶二聚体）（针对嘧啶二聚体）（针对嘧啶二聚体）qqSOSSOS修复修复修复修复（针对嘧啶二聚体）（针对嘧啶二聚体）（针
37、对嘧啶二聚体）（针对嘧啶二聚体）45切补修复切补修复(excision repair) l l是在限制性内切核酸酶、外切核酸酶、是在限制性内切核酸酶、外切核酸酶、DNA聚合酶及连接酶协同作用下进行的。聚合酶及连接酶协同作用下进行的。l l整个修复过程不需要可见光，在黑暗条件整个修复过程不需要可见光，在黑暗条件下就可以修补。因此也称为暗修复。下就可以修补。因此也称为暗修复。46q 切补修复的机理切补修复的机理 碱基切除（碱基切除（Base excision）糖基化酶系统糖基化酶系统（针对任意碱基）（针对任意碱基） 核苷酸切除（核苷酸切除（Nucleotide excision）uvrABC 系统
38、系统（针对嘧啶二聚体）（针对嘧啶二聚体） 错配修复（错配修复（Mismatch repair）mutHLS修复途径修复途径（针对任意碱基）（针对任意碱基）47碱基切除过程碱基切除过程（针对任意碱基）（针对任意碱基）1. 1.糖基化酶识别改变了的糖基化酶识别改变了的糖基化酶识别改变了的糖基化酶识别改变了的碱基，把碱基从碱基，把碱基从碱基，把碱基从碱基，把碱基从N-N-糖苷键糖苷键糖苷键糖苷键处切下来。处切下来。处切下来。处切下来。2. 2.由无嘧啶核酸内切酶在由无嘧啶核酸内切酶在由无嘧啶核酸内切酶在由无嘧啶核酸内切酶在无嘧啶位置上切断磷酸二无嘧啶位置上切断磷酸二无嘧啶位置上切断磷酸二无嘧啶位置上
39、切断磷酸二酯键。酯键。酯键。酯键。3. 3.利用利用利用利用DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶I I切除损切除损切除损切除损伤部位，补上核苷酸。伤部位，补上核苷酸。伤部位，补上核苷酸。伤部位，补上核苷酸。4.DNA4.DNA连接酶连接。连接酶连接。连接酶连接。连接酶连接。48核苷酸切除过程核苷酸切除过程（针对嘧啶二聚体）（针对嘧啶二聚体）（针对嘧啶二聚体）（针对嘧啶二聚体） 1. 1. uvrAuvrA 和和和和uvrBuvrB 的复合物蛋的复合物蛋的复合物蛋的复合物蛋白识别损伤部位。白识别损伤部位。白识别损伤部位。白识别损伤部位。2. 2.发现二聚体后，发现二聚体后，发现二聚体后，发现二聚
40、体后，uvrAuvrA解离解离解离解离 ，uvrCuvrC 加入。加入。加入。加入。3. 3. uvrBuvrB和和和和uvrCuvrC 在损伤部位在损伤部位在损伤部位在损伤部位的两端造成单链缺口。的两端造成单链缺口。的两端造成单链缺口。的两端造成单链缺口。4. 4. 损伤部位的损伤部位的损伤部位的损伤部位的 DNA DNA 被一种被一种被一种被一种helicasehelicase II II（ uvrDuvrD ）移走。）移走。）移走。）移走。5. DNA5. DNA上的缺口由上的缺口由上的缺口由上的缺口由 DNA DNA polymerase I polymerase I 和和和和liga
41、seligase填补。填补。填补。填补。49q 错配修复过程错配修复过程（针对任意碱基）（针对任意碱基）1. 1.母链和子链的识别。母链和子链的识别。母链和子链的识别。母链和子链的识别。DNADNA腺嘌呤甲基化酶使腺嘌呤甲基化酶使腺嘌呤甲基化酶使腺嘌呤甲基化酶使GATCGATC中的中的中的中的A A甲基化，为母链。甲基化，为母链。甲基化，为母链。甲基化，为母链。2. 2. mutHLSmutHLS复合体与错配位点及最近的甲基化的复合体与错配位点及最近的甲基化的复合体与错配位点及最近的甲基化的复合体与错配位点及最近的甲基化的GATCGATC结合。结合。结合。结合。3. 3.在新合成的链上形成两个
42、缺口，错配链被移走。在新合成的链上形成两个缺口，错配链被移走。在新合成的链上形成两个缺口，错配链被移走。在新合成的链上形成两个缺口，错配链被移走。4. DNA4. DNA上的缺口由上的缺口由上的缺口由上的缺口由 DNA polymerase I DNA polymerase I 和和和和ligaseligase填填填填补。补。补。补。50 错配修复过程51qq光复活是指光诱导后使损伤的光复活是指光诱导后使损伤的光复活是指光诱导后使损伤的光复活是指光诱导后使损伤的DNADNA修复。修复。修复。修复。qqThe The repair repair of of ultravioletirradiat
43、ed ultravioletirradiated DNA DNA by by the the cleavage cleavage of of pyrimidinepyrimidine dimersdimers is is catalyzed catalyzed by by the the photolyasephotolyase，an an enzyme enzyme that that requires post-irradiation exposure to visible light.requires post-irradiation exposure to visible light.
44、 qq细菌经紫外线照射后，再放在可见光下，存活率大大提细菌经紫外线照射后，再放在可见光下，存活率大大提细菌经紫外线照射后，再放在可见光下，存活率大大提细菌经紫外线照射后，再放在可见光下，存活率大大提高，并且突变频率降低。高，并且突变频率降低。高，并且突变频率降低。高，并且突变频率降低。qq在许多生物，如酵母菌、原生动物、藻类、动植物中均在许多生物，如酵母菌、原生动物、藻类、动植物中均在许多生物，如酵母菌、原生动物、藻类、动植物中均在许多生物，如酵母菌、原生动物、藻类、动植物中均存在这种修复机制。存在这种修复机制。存在这种修复机制。存在这种修复机制。v光复活光复活( Photoreactivat
45、ion) （针对嘧啶二聚体）（针对嘧啶二聚体）52qqThe The repair repair of of ultravioletirradiated ultravioletirradiated DNA DNA by by the the cleavage cleavage of of pyrimidinepyrimidine dimersdimers is is catalyzed catalyzed by by the the photolyasephotolyase，an an enzyme enzyme that that requires requires post-irradia
46、tion post-irradiation exposure exposure to to visible visible light.light. qq经紫外线照射后的经紫外线照射后的经紫外线照射后的经紫外线照射后的DNADNA的修复是通过光裂合酶的作用而的修复是通过光裂合酶的作用而的修复是通过光裂合酶的作用而的修复是通过光裂合酶的作用而把嘧啶二聚体打开，这种酶所进行的修复需要在可见光把嘧啶二聚体打开，这种酶所进行的修复需要在可见光把嘧啶二聚体打开，这种酶所进行的修复需要在可见光把嘧啶二聚体打开，这种酶所进行的修复需要在可见光的照射下完成。的照射下完成。的照射下完成。的照射下完成。v翻译翻译
47、53v 二聚体的形成二聚体的形成54光光复复活活过过程程1. 1.光裂合酶识别并结合在二聚体部位。光裂合酶识别并结合在二聚体部位。光裂合酶识别并结合在二聚体部位。光裂合酶识别并结合在二聚体部位。2. 2.发色团吸收发色团吸收发色团吸收发色团吸收370nm370nm的可见光，形成的可见光，形成的可见光，形成的可见光，形成FADH-FADH-自由基。自由基。自由基。自由基。 3. FADH-3. FADH-自由基影响二聚体电子分布，二聚体解开。自由基影响二聚体电子分布，二聚体解开。自由基影响二聚体电子分布，二聚体解开。自由基影响二聚体电子分布，二聚体解开。55o o用紫外线照射切补缺陷株用紫外线照
48、射切补缺陷株用紫外线照射切补缺陷株用紫外线照射切补缺陷株uvrA6uvrA6，培养一段时间，培养一段时间，培养一段时间，培养一段时间后提取其后提取其后提取其后提取其DNADNA。发现其单链。发现其单链。发现其单链。发现其单链DNADNA片段比未经照片段比未经照片段比未经照片段比未经照射的射的射的射的DNADNA片段短得多，约等于紫外线诱发的两片段短得多，约等于紫外线诱发的两片段短得多，约等于紫外线诱发的两片段短得多，约等于紫外线诱发的两个二聚体间的距离。在继续培养过程中，这些片个二聚体间的距离。在继续培养过程中，这些片个二聚体间的距离。在继续培养过程中，这些片个二聚体间的距离。在继续培养过程中
49、，这些片段变长，直至达到对照的长度。段变长，直至达到对照的长度。段变长，直至达到对照的长度。段变长，直至达到对照的长度。o o当用同位素标记辨别亲本和新合成的当用同位素标记辨别亲本和新合成的当用同位素标记辨别亲本和新合成的当用同位素标记辨别亲本和新合成的DNADNA时，时，时，时，发现亲本和新合成发现亲本和新合成发现亲本和新合成发现亲本和新合成DNADNA的交换。的交换。的交换。的交换。v 重重 组组 修修 复复（针对嘧啶二聚体）（针对嘧啶二聚体）q重组修复机理的研究561. 1.以带有二聚体的以带有二聚体的以带有二聚体的以带有二聚体的DNADNA为为为为复制的模板，合成带缺复制的模板，合成带
50、缺复制的模板，合成带缺复制的模板，合成带缺口的口的口的口的DNADNA链。链。链。链。2. 2.在重组蛋白的作用下，在重组蛋白的作用下，在重组蛋白的作用下，在重组蛋白的作用下，母链和子链发生重组。母链和子链发生重组。母链和子链发生重组。母链和子链发生重组。3. 3.重组后母链上的缺口由重组后母链上的缺口由重组后母链上的缺口由重组后母链上的缺口由DNA polymerase I DNA polymerase I 和和和和ligaseligase填补。填补。填补。填补。重组修复过程57vSOS修复修复（针对嘧啶二聚体）（针对嘧啶二聚体）qqSOS修复是在修复是在DNA被损伤的范围较大，被损伤的范围
51、较大，复制受到抑制时出现的一种修复功能。复制受到抑制时出现的一种修复功能。是一种倾向差错的修复过程。是一种倾向差错的修复过程。qqSOS修复的发现修复的发现qqSOS修复的机制修复的机制58q SOS修复的发现修复的发现l l5050年年年年代代代代，J. J. WeigleWeigle发发发发现现现现：经经经经紫紫紫紫外外外外线线线线照照照照射射射射后后后后的的的的 噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体感感感感染染染染大大大大肠肠肠肠杆杆杆杆菌菌菌菌后后后后，一一一一部部部部分分分分 噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体被被被被杀杀杀杀死死死死，不不不不能能能能形形形形成成成成噬菌斑，而存活下来的噬菌体中出现了许多
52、突变型。噬菌斑，而存活下来的噬菌体中出现了许多突变型。噬菌斑，而存活下来的噬菌体中出现了许多突变型。噬菌斑，而存活下来的噬菌体中出现了许多突变型。l l把把把把紫紫紫紫外外外外线线线线照照照照射射射射后后后后的的的的 噬噬噬噬菌菌菌菌体体体体感感感感染染染染轻轻轻轻度度度度照照照照射射射射后后后后的的的的大大大大肠肠肠肠杆杆杆杆菌时，噬菌体的存活率明显增加，突变率也随之增加。菌时，噬菌体的存活率明显增加，突变率也随之增加。菌时，噬菌体的存活率明显增加，突变率也随之增加。菌时，噬菌体的存活率明显增加，突变率也随之增加。l l概概概概括括括括为为为为：经经经经紫紫紫紫外外外外线线线线照照照照射射射
53、射后后后后的的的的大大大大肠肠肠肠杆杆杆杆菌菌菌菌更更更更能能能能支支支支持持持持紫紫紫紫外外外外线线线线照射的照射的照射的照射的 噬菌体的生长。噬菌体的生长。噬菌体的生长。噬菌体的生长。l l该该该该现现现现象象象象称称称称为为为为紫紫紫紫外外外外线线线线激激激激活活活活反反反反应应应应（UV UV reactivation reactivation ）或或或或WW激活反应（激活反应（激活反应（激活反应（W reactivation W reactivation ）。）。）。）。59l lSurvival of an ultraviolet-irradiated phage is great
54、er upon infecting a host that has also been irradiated with UV than upon infecting a host that has not been irradiated with UV. The increased survival in the UV irradiated host is due to the induction of the SOS-repair system in the host.60l lSurvival of an ultraviolet-irradiated phage is Survival o
55、f an ultraviolet-irradiated phage is greater upon infecting a host that has also been greater upon infecting a host that has also been irradiated with UV than upon infecting a host that irradiated with UV than upon infecting a host that has not been irradiated with UV. The increased has not been irr
56、adiated with UV. The increased survival in the UV irradiated host is due to the survival in the UV irradiated host is due to the induction of the SOS-repair system in the host.induction of the SOS-repair system in the host.l l与未经紫外线照射的宿主细胞相比，经过紫外线照射的噬与未经紫外线照射的宿主细胞相比，经过紫外线照射的噬与未经紫外线照射的宿主细胞相比，经过紫外线照射的
57、噬与未经紫外线照射的宿主细胞相比，经过紫外线照射的噬菌体在感染也经过紫外线照射的宿主细胞时，其存活率更菌体在感染也经过紫外线照射的宿主细胞时，其存活率更菌体在感染也经过紫外线照射的宿主细胞时，其存活率更菌体在感染也经过紫外线照射的宿主细胞时，其存活率更高。其原因在于（紫外线照射）诱导了宿主细胞中的高。其原因在于（紫外线照射）诱导了宿主细胞中的高。其原因在于（紫外线照射）诱导了宿主细胞中的高。其原因在于（紫外线照射）诱导了宿主细胞中的SOSSOS修复系统。修复系统。修复系统。修复系统。61SOS修复的机制修复的机制1. 1.阻遏阻遏阻遏阻遏：当细胞未受损伤时，：当细胞未受损伤时，：当细胞未受损伤
58、时，：当细胞未受损伤时，LexALexA作为阻遏物使作为阻遏物使作为阻遏物使作为阻遏物使1818个与个与个与个与DNADNA损伤修复损伤修复损伤修复损伤修复有关的基因处于关闭状态。有关的基因处于关闭状态。有关的基因处于关闭状态。有关的基因处于关闭状态。SOS boxSOS box: 5-CTG-10 bases-CAG-3: 5-CTG-10 bases-CAG-32. 2.激活激活激活激活：当细胞受损伤时，形成：当细胞受损伤时，形成：当细胞受损伤时，形成：当细胞受损伤时，形成ssDNAssDNA，RecARecA与与与与ssDNAssDNA形成复合物，激形成复合物，激形成复合物，激形成复合物
59、，激活活活活RecARecA的蛋白酶活性，将的蛋白酶活性，将的蛋白酶活性，将的蛋白酶活性，将LexALexA切开，使与切开，使与切开，使与切开，使与SOSSOS修复有关的基因表达。修复有关的基因表达。修复有关的基因表达。修复有关的基因表达。3. 3.修复修复修复修复：umuCumuC、D D基因产物形成基因产物形成基因产物形成基因产物形成umuDumuD2 2C C复合体，称复合体，称复合体，称复合体，称DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶V V，负，负，负，负责形成新的责形成新的责形成新的责形成新的DNADNA代替损伤部位。该酶无校读活性，是倾向差错的。代替损伤部位。该酶无校读活性，是倾向差
60、错的。代替损伤部位。该酶无校读活性，是倾向差错的。代替损伤部位。该酶无校读活性，是倾向差错的。（紫外线诱变机制之一）（紫外线诱变机制之一）（紫外线诱变机制之一）（紫外线诱变机制之一）4. 4. 关闭关闭关闭关闭：ssDNAssDNA消失，消失，消失，消失， RecARecA丧失蛋白酶活性，合成的丧失蛋白酶活性，合成的丧失蛋白酶活性，合成的丧失蛋白酶活性，合成的LexALexA重新结合，重新结合，重新结合，重新结合，关闭关闭关闭关闭SOSSOS修复。修复。修复。修复。62SOS修复的机制（针对嘧啶二聚体）（针对嘧啶二聚体）63l l修复系统是普遍存在的修复系统是普遍存在的l l修复过程也可能发生差错修复过程也可能发生差错l l促进修复的手段：加入氯霉素等促进修复的手段：加入氯霉素等l l抑制修复的手段：加入咖啡碱、异烟肼等抑制修复的手段：加入咖啡碱、异烟肼等化学物质化学物质 64回答问题回答问题l l比较各种突变修复方法的异同点。比较各种突变修复方法的异同点。
