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1、外源化学物致突变作用外源化学物致突变作用Ames实验遗传遗传(genetic)：1.1.是指生物物种通过各种繁殖方式来保证世代间生命延续的过程。是指生物物种通过各种繁殖方式来保证世代间生命延续的过程。2.2.遗传是保持生物种族特性稳定的根本，该能力源自遗传物质遗传是保持生物种族特性稳定的根本，该能力源自遗传物质DNADNA的特性；的特性；3.3.遗传的稳定是相对的。遗传的稳定是相对的。 金丝猴的后代仍然是金丝猴金丝猴的后代仍然是金丝猴牛的后代仍然是牛牛的后代仍然是牛Ames实验变异变异(variation)： 是指生物亲、子代间，或子代个体之间的差异。是指生物亲、子代间，或子代个体之间的差异。
2、变异引起生物多态性，使生物得以发展和进化。变异引起生物多态性，使生物得以发展和进化。 遗传的稳定性是相对的，变异是绝对的。遗传的稳定性是相对的，变异是绝对的。变异也给人类带来许多负面影响，如遗传性疾病。变异也给人类带来许多负面影响，如遗传性疾病。美洲豹母子美洲豹母子家狗母子家狗母子Ames实验一、基本概念一、基本概念 突变（突变（mutation)mutation)：是指遗传结构本身的变化是指遗传结构本身的变化 及其引起的变异。及其引起的变异。 即生物体的遗传物质发生了即生物体的遗传物质发生了 突然的、根本的、遗传的变化，因为这种变化起突然的、根本的、遗传的变化，因为这种变化起 源于基因和染色
3、体，因此，源于基因和染色体，因此，是可遗传的变异是可遗传的变异。 1901190119011901年年年年 De Vries De Vries De Vries De Vries 首次提出突变这一术语。首次提出突变这一术语。首次提出突变这一术语。首次提出突变这一术语。 Ames实验突变依其发生的方式分为：突变依其发生的方式分为：1.自发突变自发突变 (spontaneous mutation) 2. 诱发突变诱发突变 (induced mutation) Ames实验概念：概念：是由于普遍存在的未知因素作用是由于普遍存在的未知因素作用下，在自然条件下发生的突变。下，在自然条件下发生的突变。 特
4、点：特点：发生过程长、频率很低，与物种发生过程长、频率很低，与物种进化有关。进化有关。自发突变自发突变 (spontaneous mutation) Ames实验诱发突变诱发突变 (induced mutation) 概念：概念：是指人为地造成突变。是由已知的某是指人为地造成突变。是由已知的某种化学、物理和生物因素所引起的突变。种化学、物理和生物因素所引起的突变。 特点：特点：发生过程短、频率高，既可被人类利发生过程短、频率高，既可被人类利用，也可能对人类产生危害。用，也可能对人类产生危害。Ames实验致突变作用致突变作用 (mutagenesis) 广义概念是外来因素，特别是化学因子引起广义
5、概念是外来因素，特别是化学因子引起细胞核中的遗传物质发生改变的能力，而且细胞核中的遗传物质发生改变的能力，而且此种改变可随同细胞分裂过程而传递。此种改变可随同细胞分裂过程而传递。简单简单地说，突变的发生及其过程即为致突变作用地说，突变的发生及其过程即为致突变作用。 Ames实验致突变物致突变物致突变物致突变物(mutagen)(mutagen)：凡能引起生物体遗传物质凡能引起生物体遗传物质凡能引起生物体遗传物质凡能引起生物体遗传物质发生改变的化学物质或任何环境因子，又称诱变发生改变的化学物质或任何环境因子，又称诱变发生改变的化学物质或任何环境因子，又称诱变发生改变的化学物质或任何环境因子，又称
6、诱变剂。剂。剂。剂。 遗传毒物遗传毒物遗传毒物遗传毒物(genotoxic agent)(genotoxic agent)：由于致突变物能由于致突变物能由于致突变物能由于致突变物能损伤遗传物质，因此致突变物又称为遗传毒物。损伤遗传物质，因此致突变物又称为遗传毒物。损伤遗传物质，因此致突变物又称为遗传毒物。损伤遗传物质，因此致突变物又称为遗传毒物。Ames实验化学毒物致突变的类型化学毒物致突变的类型 突突 变变基因突变基因突变基因突变基因突变碱碱基基置置 换换 移移码码突突 变变 染染染染色色色色体体体体结结结结构构构构畸畸畸畸变变变变染染染染色色色色体体体体数数数数目目目目改改改改变变变变 染
7、色体改变染色体改变染色体改变染色体改变 Ames实验基因突变基因突变(gene mutation)定义：定义：指基因中指基因中DNA序列的变化，即序列的变化，即DNA碱基组碱基组 成和排列顺序的改变。因基因突变限制在一成和排列顺序的改变。因基因突变限制在一 特定的部位又称特定的部位又称点突变点突变(point mutation)。类型：类型：两种类型两种类型 碱基置换碱基置换 移码突变移码突变Ames实验 碱基置换碱基置换(base substitution)(base substitution)定义：定义：是某一碱基配对性能改变或脱落所致是某一碱基配对性能改变或脱落所致 的突变。的突变。形式
8、：形式： 转换转换转换转换(transition) (transition) ：即嘌呤到嘌呤或嘧即嘌呤到嘌呤或嘧啶啶 到嘧啶的变化。到嘧啶的变化。 颠换颠换颠换颠换(transvertion)(transvertion)：即嘌呤到嘧啶或即嘌呤到嘧啶或嘧嘧 啶到嘌呤的变化。啶到嘌呤的变化。Ames实验移码突变移码突变(frame shift mutation)定义：定义：指发生一对或几对不等于指发生一对或几对不等于3的倍数的碱基的倍数的碱基减少或增加，以致从受损点开始碱基序列完全减少或增加，以致从受损点开始碱基序列完全改变，形成错误的密码，并转译为不正常的氨改变，形成错误的密码，并转译为不正常的
9、氨基酸。基酸。 原因：原因：原因：原因：由于碱基序列所形成的一系列三联体密码由于碱基序列所形成的一系列三联体密码子相互间并无标点符号，于是从受损位点开始子相互间并无标点符号，于是从受损位点开始密码子的阅读框架完全改变。密码子的阅读框架完全改变。 Ames实验染色体畸变染色体畸变(chromosome aberration)(chromosome aberration)定义：定义：指染色体的结构改变。即由于染色体或指染色体的结构改变。即由于染色体或染色单体断裂，造成染色体或染色单体缺失或染色单体断裂，造成染色体或染色单体缺失或引起各种重排，从而出现染色体结构异常。引起各种重排，从而出现染色体结构
10、异常。 染色单体型畸变染色单体型畸变(chromatid-type aberration) 染色体型畸变染色体型畸变(chromosome aberration) Ames实验染色体畸变染色体畸变(chromosome aberration)(chromosome aberration) 染色体染色体结构改变结构改变的基础是的基础是DNADNA链的断裂链的断裂 断裂剂：凡能引起染色体断裂的物质。断裂剂：凡能引起染色体断裂的物质。 断裂作用：染色体断裂的发生或过程。断裂作用：染色体断裂的发生或过程。 Ames实验 染色体型畸变染色体型畸变是指遗传物质大的改变是指遗传物质大的改变-大损伤，大损伤，
11、一般可在一般可在光学显微镜光学显微镜下细胞学检查发现染色体断下细胞学检查发现染色体断裂及由断裂所致的各种重排。裂及由断裂所致的各种重排。Ames实验染色体畸变类型：染色体畸变类型：染色体畸变染色体畸变裂裂隙隙( (g ga ap p) ) 断断裂裂( (b br re ea ak k) ) 断断片片( (f fr ra ag gm me en nt t) )和和缺缺失失( (d de el le et ti io on n) ) 微微小小体体( (m mi in nu ut te e b bo od dy y) ) 无无着着丝丝点点环环环环状状染染色色体体 双双着着丝丝点点染染色色体体 倒倒位
12、位( (i in nv ve er rs si io on n) ) 易易位位( (t tr ra an ns sl lo oc ca at ti io on n) ) 插插入入( (i in ns se er rt ti io on n) ) 重重复复( (d du up pl li ic ca at ti io on n) ) 辐辐射射体体 Ames实验染色体染色体数目改变数目改变动物正常体细胞染色体数目动物正常体细胞染色体数目2n2n为标准，染色体为标准，染色体数目异常可能表现为数目异常可能表现为单条或多条或成倍性染色单条或多条或成倍性染色体数目的增减。包括：体数目的增减。包括： 非整倍
13、体非整倍体(aneuploid) 多倍体多倍体(polyloid)Ames实验非整倍体非整倍体(aneuploid) 含义：含义：指细胞丢失或增加一条或几条染色体。指细胞丢失或增加一条或几条染色体。 类型：类型：缺体缺体(2n-2)(2n-2)、单体、单体(2n-1)(2n-1)、 三体三体(2n+1)(2n+1)、四体、四体(2n+2)(2n+2) 后果：后果：染色体数目的改变会导致基因平衡的失调，可能染色体数目的改变会导致基因平衡的失调，可能 影响细胞的生存或造成形态及功能上的异常。影响细胞的生存或造成形态及功能上的异常。 例如：例如： 21- 21-三体综合征三体综合征( (Down氏综
14、合征、先天愚型）氏综合征、先天愚型） Ames实验多倍体多倍体(polyloid) 含义：含义：指染色体数目以染色体组为单位的成倍增加。指染色体数目以染色体组为单位的成倍增加。 类型：类型：三倍体三倍体(3n)(3n)、四倍体、四倍体(4n)(4n) 后果：后果：染色体数目的改变会导致基因平衡的失调，可能染色体数目的改变会导致基因平衡的失调，可能 影响细胞的生存或造成形态及功能上的异常。发生于生影响细胞的生存或造成形态及功能上的异常。发生于生 殖细胞的整倍体改变，几乎都是致死性的。殖细胞的整倍体改变，几乎都是致死性的。 例如：例如：在肿瘤细胞及人类自然流产的胎儿细胞中常在肿瘤细胞及人类自然流产
15、的胎儿细胞中常 见三倍体细胞的存在。见三倍体细胞的存在。 Ames实验化学毒物致突变作用的后果化学毒物致突变作用的后果Ames实验 观察化学毒物致突变作用的基本方法观察化学毒物致突变作用的基本方法 -致突变试验致突变试验Ames实验遗传学终点遗传学终点(genetic endpoint)： 在致突变试验中观察到的现象所反映的各种在致突变试验中观察到的现象所反映的各种事件的统称。事件的统称。Ames实验 1. 1. 1. 1.观察效应终点的类型观察效应终点的类型观察效应终点的类型观察效应终点的类型： (1)DNA (1)DNA (1)DNA (1)DNA完整性改变完整性改变完整性改变完整性改变
16、(2)DNA (2)DNA (2)DNA (2)DNA重排或交换重排或交换重排或交换重排或交换 (3)DNA (3)DNA (3)DNA (3)DNA碱基序列改变（基因突变）碱基序列改变（基因突变）碱基序列改变（基因突变）碱基序列改变（基因突变） (4) (4) (4) (4)染色体完整性改变（染色体畸变）染色体完整性改变（染色体畸变）染色体完整性改变（染色体畸变）染色体完整性改变（染色体畸变） (5) (5) (5) (5)染色体分离改变（非整倍体和多倍体）染色体分离改变（非整倍体和多倍体）染色体分离改变（非整倍体和多倍体）染色体分离改变（非整倍体和多倍体）一、观察项目的选择一、观察项目的选
17、择Ames实验常见致突变试验遗传学终点分类常见致突变试验遗传学终点分类 遗传学终点遗传学终点 现现 象象致突变试验致突变试验DNADNA完整性的改变完整性的改变形成加合物形成加合物/ /断裂断裂/ /交联交联细菌细菌DNADNA修复试验修复试验 彗星试验彗星试验DNADNA重排或交换重排或交换DNADNA修复合成、重组修复合成、重组SCESCE试验试验 DNADNA碱基序列改变碱基序列改变基因突变基因突变AmesAmes试验试验染色体完整性改变染色体完整性改变染色体受损断裂等染色体受损断裂等微核试验、微核试验、 染色体畸变分析染色体畸变分析染色体分离改变染色体分离改变整倍体或非整倍体整倍体或非
18、整倍体微核试验、微核试验、 染色体畸变分析染色体畸变分析Ames实验2.成套的观察项目成套的观察项目 致突变试验组合的配套原则：致突变试验组合的配套原则： (1) (1)遗传学终点齐全遗传学终点齐全 (2) (2)体内试验与体外试验配合体内试验与体外试验配合 (3) (3)应包括原核生物和真核生物应包括原核生物和真核生物 (4) (4)应包括生殖细胞和体细胞应包括生殖细胞和体细胞 Ames实验二、常用的致突变试验二、常用的致突变试验 Ames试验试验 微核试验微核试验 染色体畸变分析染色体畸变分析 姐妹染色单体交换试验姐妹染色单体交换试验(SCE) 果蝇伴性隐性致死试验果蝇伴性隐性致死试验 显
19、性致死试验显性致死试验 程序外程序外DNA合成试验合成试验 彗星试验彗星试验 Ames实验 原理：检测受试物诱发原理：检测受试物诱发鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养缺陷型突变株缺陷型突变株(his(his- -) )回复突变成野生型回复突变成野生型(his(his+ +) )的能力。的能力。即组氨酸突变菌即组氨酸突变菌(his(his- -) ) 在不含组氨酸的最低营养平在不含组氨酸的最低营养平皿上不能生长；回复突变成野生型皿上不能生长；回复突变成野生型(his(his+ +) )，可在不含，可在不含组氨酸的最低营养平皿上生长。组氨酸的最低营养平皿上生长。 是应用最广泛的检测是
20、应用最广泛的检测基因突变基因突变的体外试验。的体外试验。 Ames试验试验Ames实验鼠伤寒沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌野生型（野生型（his） 鼠伤寒沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌 突变型（突变型（his） 正向突变正向突变回复突变回复突变受试物受试物试验菌种试验菌种(his(his- -) )S S9 9试验菌种试验菌种(his(his- -) )S S9 9Ames试验原理试验原理Ames实验u标准试验菌株标准试验菌株(配套菌株配套菌株)：有四种：有四种 TA98、TA97 ：检测移码突变检测移码突变 TA100：检测碱基置换突变检测碱基置换突变 TA102：对醛、过氧化物及对醛、过氧化物及DNA交联
21、剂较敏感交联剂较敏感 u这四个试验菌株除了含有这四个试验菌株除了含有hishis- -突变，还有一些附加突突变，还有一些附加突变，以提高敏感性变，以提高敏感性 Ames试验试验Ames实验 结果判断结果判断: 只要在一种试验菌株得到阳性结果，即认为只要在一种试验菌株得到阳性结果，即认为受试物是致突变物受试物是致突变物 仅当四种试验菌株均得到阴性结果，才认为仅当四种试验菌株均得到阴性结果，才认为受试物是非致突变物受试物是非致突变物 Ames试验试验Ames实验不加不加S9 混合液得到阳性结果，说明受试物是混合液得到阳性结果，说明受试物是直接致突变物直接致突变物 加加S9 混合液才得到阳性结果，说
22、明该受试物混合液才得到阳性结果，说明该受试物是间接致突变物是间接致突变物 Ames试验试验Ames实验 Ames试验试验o学生观看录象学生观看录象o一一点点说说明明：由由于于录录象象拍拍摄摄的的时时间间较较早早，所所以以实实验验中中的的试试验验菌菌株株为为过过去去所所推推荐荐的的菌菌株株，而而我我国国目目前前普普遍遍采采用用1983年年由由Maron和和Ames推推 荐荐 的的 组组 合合 菌菌 株株 ， 即即TA199,TA98,TA97, TA102。Ames实验o课堂讨论课堂讨论nAmes试验的原理。试验的原理。n什么叫致突变。什么叫致突变。n常用的致突变试验方法有哪些，其各自的检验常用的致突变试验方法有哪些，其各自的检验终点和优缺点。终点和优缺点。nS9是指什么，作用？是指什么，作用？Ames实验
