遗传物质的改变(二)幻灯片.ppt

遗传物质的改变(二)第1页，共103页，编辑于2022年，星期三第一节基因突变的概说突变（mutation）是指遗传物质内所发生的可遗传的变异。是自然界产生变异的主要来源，是生物进化的源泉。突变类型：基因突变和染色体畸变。基因突变概念：是指基因内部的改变，也就是染色体上一定位点化学结构的改变，故又称点突变（genicorpointmutations）。第2页，共103页，编辑于2022年，星期三基因突变的特点：1.突变率相对稳定：高等动物10-510-8；细菌10-410-10。2.突变的多向性。3.突变的重演性：同种生物中，同一基因突变可以重复地发生，也即同种生物中相同基因的突变可以重复地出现。4.突变的可逆性：基因突变是可逆的。基因突变的可逆性，是区别基因重组和染色体畸变的特点之一，因为畸变的类型一般是不能恢复的。5.突变的有害性与有利性：突变对生物体来说，绝大多数是不利的，但又是必需的，它提供了适应新环境的潜在因素。第3页，共103页，编辑于2022年，星期三从突变的发生上突变可分为：自发突变在自然情况下产生的；诱发突变-人们有意识地应用一些物理、化学因素诱发的。第4页，共103页，编辑于2022年，星期三从突变体的表型特性上，突变可分为：（1）形态突变（2）生化突变（3）致死突变（4）条件致死突变第5页，共103页，编辑于2022年，星期三（1）形态突变：突变主要影响生物的形态结构，导致形状.大小.色泽等的改变.例:安康羊四肢很短。（2）生化突变：突变主要影响生物的代谢过程，导致一个特定的生化功能的改变或丧失。可以对正常个体与变异个体的生化特性研究以分析基因的作用机制。例：链孢霉的营养缺陷类型。第6页，共103页，编辑于2022年，星期三生化突变野生型(wildtype)与原养型(prototroph)野生型是指存在于自然界中没有经过基因突变，具有正常生化代谢功能的遗传类型；原养型指具有与野生型相同营养需求与表现的遗传类型，有时特指突变型恢复为与野生型相同的个体。营养缺陷型(auxotroph)因基因突变丧失了某种生活物质合成能力，在基本培养基上不能正常生长，需加入相应营养成分的突变型。第7页，共103页，编辑于2022年，星期三红色面包霉的生化突变型野生型红色面包霉能在基本培养基上正常生长。几种生化突变型：突变型a：精氨酸(精氨酸合成缺陷型)；突变型c：精氨酸或瓜氨酸(瓜氨酸合成缺陷型)；突变型o：精氨酸、瓜氨酸或鸟氨酸(鸟氨酸合成缺陷型)。研究表明，精氨酸是蛋白质合成的必需氨基酸，而其合成途径为：第8页，共103页，编辑于2022年，星期三（3）致死突变：突变主要影响生活力，发生突变后会导致特定基因型个体死亡的基因突变。大多数致死突变都为隐性致死，突变后代中的隐性纯合体表现为致死的效应。如：小鼠毛色遗传的隐性致死突变；植物隐性白化突变。少数致死突变表现为显性致死，带有突变基因的个体都会死亡。如：人的神经胶症基因。如果致死突变发生在性染色体上，将产生伴性致死现象。第9页，共103页，编辑于2022年，星期三小鼠毛色遗传的隐性致死突变在正常黑色鼠中发现一种黄色突变型，杂合体(黄色)自群交配、杂合体与黑色鼠交配结果如下图所示。研究表明：黄色基因(AY)在毛色上表现为显性，但是同时具有隐性纯合致死效应；AYAY个体胚胎阶段即死亡，所以杂合体自群交配毛色会表现2:1。第10页，共103页，编辑于2022年，星期三植物隐性白化突变与叶绿体形成有关的基因多达50多对，其中不少基因突变(丧失功能)均可能导致叶绿素不能形成，产生白化苗。白化苗不能进行光合作用，子叶或胚乳中养料耗尽时，幼苗就死亡。第11页，共103页，编辑于2022年，星期三在某些条件下能成活，而在另一些条件下致死。例:噬菌体T4的温度敏感突变型在25 时能在E.coli宿主中生存,而在42 时则不能。（4）条件致死突变第12页，共103页，编辑于2022年，星期三突变发生的时期1.生物个体发育的任何时期均可发生：性细胞(突变)突变配子后代个体；体细胞(突变)突变体细胞组织器官2.性细胞的突变频率比体细胞高：性母细胞与性细胞对环境因素更为敏感。3.(等位)基因突变常常是独立发生的：某一基因位点发生并不影响其等位基因，一对等位基因同时发生的概率非常小(突变率的平方)。4.突变时期不同，其表现也不相同：突变可发生在个体发育的任何时期。一般来说，突变发生的时期愈迟，生物体表现突变的部分愈少。例金银眼猫：一个眼睛是黄褐色，另一个眼睛是蓝色。第13页，共103页，编辑于2022年，星期三突变率在正常的生长条件和环境下，突变率往往是很低的。第14页，共103页，编辑于2022年，星期三突变的可逆性突变的重演性：同一突变可以在生物的不同个体上多次发生。同一基因突变在不同的个体上均可能发生；不同群体中发生同一基因突变的频率相近。第15页，共103页，编辑于2022年，星期三n n突变的可逆性：基因突变的发生方向是可逆的。突变的可逆性：基因突变的发生方向是可逆的。u u正突变(forward mutation)：显性基因A隐性基因a；反突变(reverse mutation)：隐性基因a显性基因A。u u通常认为：野生型基因是正常、有功能基因；而最通常认为：野生型基因是正常、有功能基因；而最初基因突变往往是野生型基因突变而丧失功能、发生初基因突变往往是野生型基因突变而丧失功能、发生功能改变，表现为隐性基因。所以反突变又称为回复功能改变，表现为隐性基因。所以反突变又称为回复突变突变(back mutaiton)(back mutaiton)。通常用。通常用u u表示正突变频率、表示正突变频率、v v表表示反突变频率，则：示反突变频率，则：正突变正突变u uA A=a a 反突变v第16页，共103页，编辑于2022年，星期三n n正突变与反突变发生的频率一般都不相同。多数情况下：正突变率总是高于反突变率。n n原因在于：原因在于：u u正常野生型基因内部存在许多可突变部位，其中之一结构改变均会导致其功能改变；u u但是一旦突变发生，要回复正常野生型功能则只能由原来发生突变的部位恢复原状。n n因此，基因突变一般不是由于基因物质的丧失，而主要是组成基因的物质发生了化学性质变化所致。第17页，共103页，编辑于2022年，星期三突变的多方向性与复等位基因突变的多方向性：指基因突变可以多方向发生，即基因内部多个突变部位分别改变后会产生多种等位基因形式。例如：A基因不同部位发生改变产生突变基因a1、a2、a3等对A均表现为隐性的基因。新基因可能均是无功能的，也可能各具不同功能。复等位基因(multipleallele)：由于基因突变多方向性而在同一基因位点上可能具有的多种等位基因形式。在二倍体与异源多倍体中，同一位点只能有一对基因，最多存在两种等位基因形式；因此复等位基因的各种形式会存在于生物群体的不同个体中。第18页，共103页，编辑于2022年，星期三自发突变的原因（1）物理因素：太阳的辐射，自然界的射线，紫外线，电流，高温，超声波，激光等。（2）化学因素：秋水仙碱，芥子油，咖啡碱，甲醛，脱氨剂，烷化剂，亚硝酸等。（3）生物因素：在生物的新陈代谢过程中，排放的生物毒素等。（例：植物种子贮存久了可引起突变率增加；从陈种子可提取出一些诱变物质；番茄种在很干燥的条件下，提高番茄细胞的渗透压，以后从它的F2、F3可以分离出多数突变体。）第19页，共103页，编辑于2022年，星期三三、突变发生的部位2.体细胞突变（体细胞突变（somatic mutation）突变发生在体细胞中。突变发生在体细胞中。能传给后代。能传给后代。1.生殖细胞突变（生殖细胞突变（gametic mutation）突变发生在配子或形成配子的组织中。突变发生在配子或形成配子的组织中。不传给后代。不传给后代。第20页，共103页，编辑于2022年，星期三第二节基因突变的分子机制一、突变的分子基础一、突变的分子基础1.碱基改变（碱基改变（base substitution）（2）颠换（）颠换（transversion）嘌呤变成嘧啶嘌呤变成嘧啶 或或 嘧啶变成嘌呤嘧啶变成嘌呤（A/GC/T）。）。（1）转换（）转换（transition）一种嘌呤变成另一种嘌呤（一种嘌呤变成另一种嘌呤（AG）；）；一种嘧啶变成另一种嘧啶（一种嘧啶变成另一种嘧啶（CT）。）。第21页，共103页，编辑于2022年，星期三2.碱基的插入或丢失（insertion or deletion）引起移码突变（引起移码突变（frameshift mutation）。）。第22页，共103页，编辑于2022年，星期三二、突变的分子机制1.复制错误复制错误是突变的基本来源。是突变的基本来源。1953年，年，Watson和和Crick就提出就提出DNA中的嘌呤和中的嘌呤和嘧啶存在互变异构体，与错误的碱基配对就会嘧啶存在互变异构体，与错误的碱基配对就会导致互变异构变化（导致互变异构变化（tautomeric shift）。）。主要是由于碱基的主要是由于碱基的互变异构体互变异构体（tautomers）形成的碱基错配。）形成的碱基错配。（1）复制错误的原因）复制错误的原因 互变异构的形式互变异构的形式第23页，共103页，编辑于2022年，星期三i）酮式）酮式-烯醇式（烯醇式（keto-enol）互变。）互变。ii）氨基）氨基-亚氨基（亚氨基（amino-imino）互变。）互变。TGCATACG第24页，共103页，编辑于2022年，星期三 互变异构引起的配对错误亚氨基亚氨基形式形式第25页，共103页，编辑于2022年，星期三2.碱基类似物（base analogs）是一类与标准碱基结构相似的碱基衍生物。是一类与标准碱基结构相似的碱基衍生物。（1）5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-bromouracil，5-BU）与与T结构相似。结构相似。第26页，共103页，编辑于2022年，星期三5-BU在烯醇在烯醇式（式（enol form）时能与）时能与G配对。配对。A-TA-BT-AA-TB-GA-BG-C第27页，共103页，编辑于2022年，星期三（2）2-氨基嘌呤（2-amino purine，2AP）是是A的类似物。的类似物。亚氨基时可以与亚氨基时可以与C配对。配对。2AP（amino form）T第28页，共103页，编辑于2022年，星期三2AP（imino form）C用于用于AIDS（acquired immunodeficiency syndrome）病治疗的）病治疗的AZT（azidothymidine，叠氮，叠氮胸苷）就是胸苷）就是T的类似物，而且是反转录酶的底物的类似物，而且是反转录酶的底物（但不是复制酶的合适底物）。（但不是复制酶的合适底物）。第29页，共103页，编辑于2022年，星期三3.烷化剂（alkylating agents）可将烷基团加到核苷酸上。可将烷基团加到核苷酸上。（1）甲基磺酸乙酯（）甲基磺酸乙酯（ethylmethane sulfonate，EMS）能给酮式能给酮式G的第的第6位、位、T的第的第4位上加上甲基。位上加上甲基。G甲基化后与甲基化后与T配对。配对。第30页，共103页，编辑于2022年，星期三4.吖啶染料（acridine dyes）在在DNA链中加入或除去一对碱基，造成移链中加入或除去一对碱基，造成移码突变（码突变（frameshift mutation）。）。（1）二氨基吖啶（）二氨基吖啶（原黄素）（原黄素）（proflavin）扁平分子，能嵌入碱基对之间，引起扁平分子，能嵌入碱基对之间，引起DNA双螺旋扭曲，复制时导致缺失或插双螺旋扭曲，复制时导致缺失或插入。入。C GG CCGGCC GGNCCNGGNC第31页，共103页，编辑于2022年，星期三5.脱嘌呤位点（apurinic site）是指嘌呤环的是指嘌呤环的9位位N与脱氧核糖的与脱氧核糖的1位位C之间之间的糖苷键（的糖苷键（glycosidic bond）断裂形成的位）断裂形成的位点。点。又称又称AP site:丢失一个嘧啶后的位点也称为丢失一个嘧啶后的位点也称为AP site（脱嘧啶（脱嘧啶位点：位点：apyrimidinic site）。）。引起的后果：导致碱基丢失。引起的后果：导致碱基丢失。C GGTCCAGGTCCGGC第32页，共103页，编辑于2022年，星期三6.脱氨基（deamination）（1）亚硝酸的作用（）亚硝酸的作用（nitrous acid，NA）C或或A被脱掉氨基后分别变成被脱掉氨基后分别变成U或或H（hypoxanthine，次黄嘌呤）。，次黄嘌呤）。CUNAAHNAH可与可与C配对。配对。引起的后果：引起转换。引起的后果：引起转换。CGUGUATAATHTHCGC第33页，共103页，编辑于2022年，星期三7.紫外线和高能辐射电磁波（电磁波（electromagnetic spectrum）随着）随着波长变短，能量增加。波长变短，能量增加。第34页，共103页，编辑于2022年，星期三（1）紫外线（ultraviolet，UV）1934年，发现年，发现UV对果蝇卵有诱变作用。到对果蝇卵有诱变作用。到1960年已经搞清楚它的作用机理。年已经搞清楚它的作用机理。UV对对DNA的作用的作用主要是诱导形成嘧啶二聚体（主要是诱导形成嘧啶二聚体（pyrimidine dimers），尤其是），尤其是T-T。二聚体扭曲了二聚体扭曲了DNA构像，导致复制构像，导致复制不能进行。不能进行。第35页，共103页，编辑于2022年，星期三T-Tdimer第36页，共103页，编辑于2022年，星期三T-T dimer第37页，共103页，编辑于2022年，星期三（2）离子辐射（ionizing radiation）1920年，年，Hermann J.Muller和和Lewis J.Stadler发现比紫外线波长更短的发现比紫外线波长更短的X-rays、gamma rays、以及、以及cosmic rays这些离子辐射这些离子辐射有诱变作用。有诱变作用。X-ray的诱变作用的机理的诱变作用的机理产生自由基（产生自由基（free radicals）；）；打断磷酸二酯键，导致染色体断裂。打断磷酸二酯键，导致染色体断裂。第38页，共103页，编辑于2022年，星期三X-rays与X连锁隐性致死突变第39页，共103页，编辑于2022年，星期三第三节 突变的后果一、沉默突变（一、沉默突变（silent mutation）突变对基因组的功能并无影响。突变对基因组的功能并无影响。1.基因间区或非编码区突变。基因间区或非编码区突变。2.同义突变同义突变突变后的密码仍然编码同一个氨基酸。突变后的密码仍然编码同一个氨基酸。二、错义突变二、错义突变突变后的密码编码另一个氨基酸。突变后的密码编码另一个氨基酸。如果发生在活性部位，对蛋白质的功能如果发生在活性部位，对蛋白质的功能有重大影响。有重大影响。第40页，共103页，编辑于2022年，星期三三、终止突变编码氨基酸的密码突变成终止密码。导致编码氨基酸的密码突变成终止密码。导致肽链合成提前终止，产生残缺蛋白。肽链合成提前终止，产生残缺蛋白。四、通读（四、通读（read through）终止密码突变成某个氨基酸的密码。终止密码突变成某个氨基酸的密码。第41页，共103页，编辑于2022年，星期三第四节 突变的检出：Ames test突变可以通过多种生物系统检查。如果蝇、鼠、培突变可以通过多种生物系统检查。如果蝇、鼠、培养的哺乳动物细胞等。但最常用的是养的哺乳动物细胞等。但最常用的是Ames test。一、一、Ames test 的原理的原理是是Bruce Ames1970年建立的。年建立的。化学诱变剂（化学诱变剂（mutagens）能引起）能引起DNA突变突变（碱基替换、移码突变等）。使细菌的表型（碱基替换、移码突变等）。使细菌的表型发生改变。发生改变。1.诱变（诱变（mutagenesis）第42页，共103页，编辑于2022年，星期三营养缺陷型营养缺陷型野生型野生型恢复突变恢复突变突变突变（1）直接诱变（）直接诱变（direct mutagenesis）化学试剂（如化学试剂（如EMS）或射线直接引起碱基改）或射线直接引起碱基改变或变或DNA断裂。断裂。诱变剂诱变剂DNA表型改变表型改变第43页，共103页，编辑于2022年，星期三诱变剂诱变剂代谢产物代谢产物化学试剂化学试剂DNA表型改变表型改变代谢产物代谢产物失去诱变能力失去诱变能力大多数化学试剂经过（肝脏）代谢作用后大多数化学试剂经过（肝脏）代谢作用后丧失诱变作用或获得诱变能力。丧失诱变作用或获得诱变能力。（2）间接诱变（间接诱变（indirect mutagenesis）第44页，共103页，编辑于2022年，星期三二、菌株（strains）沙门氏菌（沙门氏菌（Salmonella typhimurium）的组氨酸）的组氨酸营养缺陷型（营养缺陷型（his-）。）。一个一个his-菌株是碱基替换突变，可以通过替菌株是碱基替换突变，可以通过替换突变恢复成野生型。换突变恢复成野生型。另外三个另外三个his-菌株是不同的移码突变，可以通菌株是不同的移码突变，可以通过移码突变恢复成野生型。过移码突变恢复成野生型。三、结果观察三、结果观察his-只能在含有组氨酸的只能在含有组氨酸的基本培养基基本培养基或或完全培完全培养基养基中生长。如果恢复突变成野生型，就可以在中生长。如果恢复突变成野生型，就可以在基本培养基基本培养基中生长。中生长。第45页，共103页，编辑于2022年，星期三四、实验方法1.注射大鼠注射大鼠给雄性大鼠腹腔注射芳香族化合物（如多给雄性大鼠腹腔注射芳香族化合物（如多氯联苯）诱导肝酶活性。氯联苯）诱导肝酶活性。2.制备肝酶（制备肝酶（S9）4天后杀鼠取肝，捣碎离心，保留上清液天后杀鼠取肝，捣碎离心，保留上清液（S9）。）。3.待测物激活待测物激活待测的化学试剂与待测的化学试剂与S9混合。混合。为什么？第46页，共103页，编辑于2022年，星期三4.突变菌株培养突变菌株培养与与S9混合后的化学试剂再与混合后的化学试剂再与his-菌株一起菌株一起在在基本培养基平板基本培养基平板培养。培养。5.结果判定结果判定如果长出菌落，说明发生了恢复突变。表如果长出菌落，说明发生了恢复突变。表明所测的化学试剂有诱变性。明所测的化学试剂有诱变性。除除Ames test外，姐妹染色单体交换（外，姐妹染色单体交换（sister-chromatid exchange,SCE）、微核）、微核（micronucleus）等也是常用的诱变剂筛选）等也是常用的诱变剂筛选（screening）方法。）方法。第47页，共103页，编辑于2022年，星期三Ames test第48页，共103页，编辑于2022年，星期三Auxotroph：营养缺陷型营养缺陷型对照的意义！第49页，共103页，编辑于2022年，星期三二、果蝇突变的检出（一）果蝇伴性隐性致死（或非致死）的检出 ClB方法（P457）ClBClB品系品系（一条X染色体上为ClB，另一条正常）C：在X染色体上有一个大的倒位（inversion），代表Crossove suppressor,使它不能和另一同源染色体之间发生交换。L：是一个lethal recessive X-Linked gene B：Bar eye 显性棒眼基因第50页，共103页，编辑于2022年，星期三ClB方法是让经过不同处理后受检的雄果蝇和ClB雌果蝇交配，F12：1，其中的半数雌蝇带ClB染色体，它的另一条X染色体则来自父本，可能带有隐性突变基因而不表现。新的隐性致死基因（l）一般也不会是l的等位基因，故这些雌蝇仍可存活。第51页，共103页，编辑于2022年，星期三第52页，共103页，编辑于2022年，星期三一、果蝇性连锁突变的检出（1）鉴别果蝇X染色体上基因的隐性突变 Muller-5技术：检出果蝇X染色体上的隐性突变特别是致死突变，这与ClB原理一样。Muller-5品系的X染色体上：B（Bar 棒眼）Wa（apricot 杏色眼）Sc(Scute,小盾片少刚毛）倒位：可抑制Mullers的X染色体 第53页，共103页，编辑于2022年，星期三一、果蝇性连锁突变的检出实验时，把野外采集的，或经诱变处理的雄蝇，与Muller-5雌蝇交配，得到子一代后，做单对交配，看子二代的分离情况。如有致死突变，F2中没有野生型雄蝇，如有隐性的可见突变，则除Muller-5雄蝇外，出现具有可见突变的雄蝇。第54页，共103页，编辑于2022年，星期三图第55页，共103页，编辑于2022年，星期三F2：（1）若无隐性致死基因，则F2为：1：1：1：1（2）若有隐性致死基因，则F2中无野生型。（3）若有隐性可见突变，则F2雄蝇可看到突变体。第56页，共103页，编辑于2022年，星期三（2）果蝇常染色体上突变的检出 果蝇常染色体上的致死突变也可以被检出，但要经过三代。例如：要检出果蝇第二染色体上的突变基因 可利用平衡致死系统一条第二染色体上 显性基因Cy（curly,翻翅）纯合致死，还有一个大倒位另一条第二染色体上 显性基因S（star,星状眼）纯合致死 Cy +Cy+S +S Cy +S 该平衡致死系统，同时又是倒位杂合体。检出过程如下：第57页，共103页，编辑于2022年，星期三P1331图第58页，共103页，编辑于2022年，星期三在子三代时：在子三代时：（1 1）如如最最初初第第2 2染染色色体体上上不不带带致致死死基基因因，则则有有1/31/3左左右右的的野生型野生型（2 2）如如最最初初第第2 2染染色色体体含含有有致致死死基基因因，则则只只有有翻翻翅翅果果蝇蝇（3）如最初第）如最初第2染色体上会有隐性可见突变，则除翻翅染色体上会有隐性可见突变，则除翻翅果蝇外，还有果蝇外，还有1/3左右的突变型。左右的突变型。（4）如最初第）如最初第2染色体上含有半致死突变，则野生染色体上含有半致死突变，则野生型很少。型很少。第59页，共103页，编辑于2022年，星期三二、链孢霉营养缺陷型突变的检出二、链孢霉营养缺陷型突变的检出1 1、菌丝过滤法（可将野生型与突变型分离）、菌丝过滤法（可将野生型与突变型分离）链链孢孢霉霉不不受受青青霉霉素素的的影影响响，但但是是可可以以用用菌菌丝丝过过滤滤法法把把野野生生型型和和突突变变型型分分离离。野野生生型型的的孢孢子子能能在在基基本本培培养养基基中中萌萌发发并并长长成成菌菌丝丝，而而缺缺陷陷型型则则一一般般不不萌萌发发或或不不能能长长成成菌菌丝丝。这这些些萌萌发发的的分分生生孢孢子子就就可可以以用用棉棉花花过过滤滤去去掉掉，未未萌萌发发的的分分生生孢孢子子继继续续留留在在液体培养基中。液体培养基中。第60页，共103页，编辑于2022年，星期三二、链孢霉营养缺陷型突变的检出二、链孢霉营养缺陷型突变的检出2、营养缺陷型突变的检出与鉴定、营养缺陷型突变的检出与鉴定1945年，美国遗传学家年，美国遗传学家Beadle和生物化学家和生物化学家Tatium研究出研究出检测链孢霉营养缺陷型突变的方法。检测链孢霉营养缺陷型突变的方法。基本根据：野生型菌株能合成一系列化合物基本根据：野生型菌株能合成一系列化合物-基本培养基上基本培养基上生长；缺陷型菌株生长；缺陷型菌株 不能在基本培养基上生长不能在基本培养基上生长;能在完全培养能在完全培养基上生长基上生长;能在基本培养基它所不能合成的物质能在基本培养基它所不能合成的物质-生长。生长。（图）（图）第61页，共103页，编辑于2022年，星期三第62页，共103页，编辑于2022年，星期三二、链孢霉营养缺陷型突变的检出二、链孢霉营养缺陷型突变的检出 这这样样依依次次分分析析下下去去，就就可可知知道道是是哪哪种种AAAA或或哪哪种种维维生生素素不不能能合合成成。为为了了进进一一步步确确定定发发生生的的变变异异是是由由那那一一个个基基因因控控制制的的，还还要要将将经经过过上上述述方方法法检检出出的的突突变变型型，跟跟不不同同交交配配型型的的野野生生型型交交配配。看看产产生生的的子子囊囊孢孢子子的的发发育育，表表现现出出来来什什么么样样的的分分离离现现象象，如如果果表表现现为为1 1：1 1的的分分离离，即即4 4个个是是野野生生型型，4 4个个是是突突变变型型，那那就就表明是一个基因突变。表明是一个基因突变。第63页，共103页，编辑于2022年，星期三第64页，共103页，编辑于2022年，星期三四、人的突变的检出四、人的突变的检出1 1、家系分析（、家系分析（pedigree analysispedigree analysis）和出生调查）和出生调查 常染色体隐性突变难以检出。常染色体隐性突变难以检出。很很可可能能是是由由于于两两个个杂杂合合个个体体的的婚婚配配，而而不不是是由由于于隐隐性性突变。显性突变的起源比较容易检出。突变。显性突变的起源比较容易检出。在在人人类类方方面面，突突变变率率的的估估计计方方法法之之一一是是根根据据家家系系中中有有显显性性性性状状的的患患儿儿的的出出现现。在在这这些些家家系系中中，祖祖先先各各代代是是没没有有这这些些性性状状的的；如如双双亲亲一一方方也也有有同同一一遗遗传传病病，则这名患儿应除去不计。则这名患儿应除去不计。第65页，共103页，编辑于2022年，星期三四、人的突变的检出四、人的突变的检出例例如如：软软骨骨发发育育不不全全（achondroplasiaachondroplasia）由由常常染染色色体体显显性性基基因因引引起起，患患者者四四肢肢粗粗短短。Mrch Mrch(1941)(1941)调调查查，在在9407594075活活产产儿儿中中，发发现现1010例例为为本本病病患患者者，其其中中2 2例例的的一一方方亲亲本本也也是是本本病病患患者者，所所以以应应该该除除去去不不计计，其其余余8 8例例的的双双亲亲正正常常，可可以以认认为为是是新新突突变变的的结结果果。则则每每个个基基因因的的突突变变率率是是（10102 2）/2 2（94072940722 2）4.2104.210-5-5第66页，共103页，编辑于2022年，星期三四、人的突变的检出四、人的突变的检出下面是一个上眼睑下垂的家系，先证者的父母表型正常，说明是新产生的突变。第67页，共103页，编辑于2022年，星期三四、人的突变的检出四、人的突变的检出2 2目目前前用用的的较较多多的的检检出出人人类类突突变变的的另另一一方方法法，是是筛筛选选各各种种蛋蛋白质或酶的微小变异：白质或酶的微小变异：例如：镰型细胞贫血症患者基因型例如：镰型细胞贫血症患者基因型HbHbs s Hb Hbs s 血红蛋白（血红蛋白（S S）(S S S S)正常为正常为 HbA HbA HbA HbA 血红蛋白（血红蛋白（A A）（）（A A A A)杂合体杂合体 Hbs HbA Hbs HbA 具两种血红蛋白的具两种血红蛋白的A A和和S(S(A A S S)A A与与S S两种血红蛋白电泳的迁移率不同，通过电泳可以分辩两种血红蛋白电泳的迁移率不同，通过电泳可以分辩第68页，共103页，编辑于2022年，星期三四、人的突变的检出四、人的突变的检出第69页，共103页，编辑于2022年，星期三四、人的突变的检出四、人的突变的检出现已知现已知HbsHbs是是 6Gluval 6Gluval该该方方法法的的局局限限是是并并不不是是所所有有氨氨基基酸酸的的代代换换都都能能引引起起蛋蛋白白质质分分子子电电荷荷的的变变化化，因因此此，不是所有氨基酸的改变都能用电泳检出。不是所有氨基酸的改变都能用电泳检出。分分子子水水平平：RFLP RFLP、AFLP AFLP 等等、基基因因组组序序列列分析等。分析等。第70页，共103页，编辑于2022年，星期三第五节 突变的修复（repair）原核生物和真核生物在进化中都发展了各种修复系统原核生物和真核生物在进化中都发展了各种修复系统（repair systems）来修复）来修复DNA损伤。损伤。一、直接修复一、直接修复1.DNA polymerase修复修复DNA pol都有都有35外切酶活性，对复制过外切酶活性，对复制过程中的错误碱基掺入进行校正程中的错误碱基掺入进行校正（proofreading）。）。动画演示动画演示DNA修复修复第71页，共103页，编辑于2022年，星期三2.光修复（photoreactivation repair）是对是对UV诱发的诱发的T-T二聚体。修复发生在二聚体。修复发生在320-370nm的蓝光中。的蓝光中。1949年年Albert Kelner发现的。发现的。（1）修复酶：）修复酶：光复活酶（光复活酶（photoreactivation enzyme,PRE）（2）修复机理）修复机理PRE被光子激活，直接切断被光子激活，直接切断T-T之间的交联键。之间的交联键。第72页，共103页，编辑于2022年，星期三（3）修复过程UV第73页，共103页，编辑于2022年，星期三第74页，共103页，编辑于2022年，星期三二、切除修复（excision repair）1964年年R.R.Boyce、P.Howard-Flander小组小组和和R.Setlow、W.Carrier小组分别发现一种小组分别发现一种不依赖光的修复不依赖光的修复暗修复。暗修复。1.核苷酸切除修复（核苷酸切除修复（nucleotide excision repair，NER）（1）识别损伤处）识别损伤处修复修复T-T dimer导致的结构变形。导致的结构变形。内切酶内切酶uvrABC识别。识别。uvr：Ultraviolet repair第75页，共103页，编辑于2022年，星期三uvrABC由三个亚基组成由三个亚基组成UvrAUvrCUvrBuvrAB识别嘧啶二聚体或其他大的损伤。识别嘧啶二聚体或其他大的损伤。然后然后uvrA脱离。脱离。T-TAAT-TAAuvrAuvrB第76页，共103页，编辑于2022年，星期三uvrC与与uvrB结合，并在损伤点两侧（结合，并在损伤点两侧（5端端7nt、3端端3-4nt）切断单链。）切断单链。T-TAAuvrCuvrB（2）切割（3）释放单链片断）释放单链片断uvrD是一种解旋酶，把切开的部位解螺是一种解旋酶，把切开的部位解螺旋，释放出单链片断（约旋，释放出单链片断（约12nt）。）。T-TuvrDAA53第77页，共103页，编辑于2022年，星期三（4）修补DNA polymerase 填补缺口。填补缺口。AAPol（5）连接）连接DNA ligase连接成完整的链。连接成完整的链。AAligase TT第78页，共103页，编辑于2022年，星期三NER第79页，共103页，编辑于2022年，星期三第80页，共103页，编辑于2022年，星期三动画演示T-T二聚体的切除修复二聚体的切除修复第81页，共103页，编辑于2022年，星期三2.碱基切除修复（base excision repair,BER）修复单个核苷酸受伤位点。修复单个核苷酸受伤位点。这些小的损伤位点不能被这些小的损伤位点不能被uvrABC系统识别。系统识别。（1）AP 内切酶（内切酶（AP endonuclease）修复系）修复系统统 AP AP位点（位点（AP site）:自发丢失或被切掉了嘌呤或嘧啶自发丢失或被切掉了嘌呤或嘧啶碱基碱基的位点。的位点。（apurine/apyrimidine）第82页，共103页，编辑于2022年，星期三 AP 内切酶:识别识别DNA单链上的单链上的AP位点（失去了碱基），并位点（失去了碱基），并能在此处切断能在此处切断DNA单链。单链。DNA糖基酶（糖基酶（DNA glycosylases）识别识别DNA链上的错配碱基，并切除碱基，链上的错配碱基，并切除碱基，产生一个产生一个AP位点。位点。有多种有多种DNA糖基酶分别切除糖基酶分别切除U、H等的碱基。等的碱基。第83页，共103页，编辑于2022年，星期三 修复过程i）糖基酶识别错配位点，）糖基酶识别错配位点，并制造并制造AP位点。位点。ii）AP内切酶切除戊糖。内切酶切除戊糖。iii）DNA 聚合酶修补缺口。聚合酶修补缺口。iv）DNA 连接酶连接缺口。连接酶连接缺口。第84页，共103页，编辑于2022年，星期三第85页，共103页，编辑于2022年，星期三（2）GO系统修复修复G由于氧化作用而产生的由于氧化作用而产生的8-O-G（GO）。）。GO：8-氧氧-7,8二氢脱氧鸟嘌呤。二氢脱氧鸟嘌呤。在复制的时候与在复制的时候与A配对，使配对，使C-GA-T。第86页，共103页，编辑于2022年，星期三使细胞中的使细胞中的8-O-GTP 转变为转变为8-O-GMP，而不，而不能再成为能再成为DNA合成的原料。合成的原料。8-O-GTP8-O-GMPmutT mutT糖基酶 可以切除可以切除GO-A配对中的配对中的A，使，使GO与与C配对。配对。C-GC-GOGO-AC-GGO-GO-CmutY mutY糖基酶糖基酶第87页，共103页，编辑于2022年，星期三CGCGOCGAGOGOCGO氧化损伤氧化损伤复制复制MutY切除切除A修复修复第88页，共103页，编辑于2022年，星期三可以切除可以切除GO-C配对中的配对中的GO，使，使C与与G配配对。对。C-GC-GOC-C-GmutM mutM糖基酶 第89页，共103页，编辑于2022年，星期三CGCGO氧化损伤氧化损伤CCGMutM切除切除GO修复修复第90页，共103页，编辑于2022年，星期三GO系统修复方式第91页，共103页，编辑于2022年，星期三三、复制后修复（post-replication repair）Miroslav Radman首先在切除修复缺陷型菌株首先在切除修复缺陷型菌株中发现的。中发现的。1.重组修复（重组修复（recombination repair）当当DNA复制的模板链上有结构变形（如嘧啶复制的模板链上有结构变形（如嘧啶二聚体），此位点就不能充当模板。二聚体），此位点就不能充当模板。DNA复复制酶只能跳过去，留下一个缺口。制酶只能跳过去，留下一个缺口。（1）损伤）损伤主要是修复主要是修复uvr系统未彻底清除的系统未彻底清除的T-T dimer。第92页，共103页，编辑于2022年，星期三跳过T-T dimer复制第93页，共103页，编辑于2022年，星期三（2）修复过程 复制酶跳过，复制酶跳过，新链新链中留下缺口。中留下缺口。在在Rec A蛋白的介导下，新链与蛋白的介导下，新链与另一条模另一条模板链板链发生发生重组重组交换，填补缺口。交换，填补缺口。由于单链交换而在另一条模板链上造成的由于单链交换而在另一条模板链上造成的缺口可通过缺口可通过DNA polymerase的修复作用修的修复作用修复。复。在在Rec A蛋白介导下的同源重组。蛋白介导下的同源重组。第94页，共103页，编辑于2022年，星期三第95页，共103页，编辑于2022年，星期三第96页，共103页，编辑于2022年，星期三2.SOS修复（SOS repair）又称为差错倾向修复（又称为差错倾向修复（error prone repair）。）。特点：特点：DNA复制时遇到损伤位点复制时遇到损伤位点并不停下或跳过并不停下或跳过，而是继续向前复制，但并不保证碱基配对的准而是继续向前复制，但并不保证碱基配对的准确性。确性。是一种但求保命的应急行为。是一种但求保命的应急行为。修复过程复杂，涉及修复过程复杂，涉及lexA、recA、uvr等等20多种多种基因产物。基因产物。第97页，共103页，编辑于2022年，星期三第98页，共103页，编辑于2022年，星期三3.错配修复（mismatch repair）（1）修复系统至