遗传物质的改变 (2)讲稿.ppt

关于遗传物质的改变关于遗传物质的改变(2)生物技术教研室1第一页，讲稿共四十四页哦第一节第一节 基因突变概说基因突变概说w基因突变基因突变（genemutation）：是指一个基因内部可以遗传的结构改变，是基因分子内部在某种条件作用下所发生的一个或几个核苷酸的改变，导致结构蛋白或酶的改变，从而影响有机体的大小、品质、颜色、结构和生长率等性状的改变。w基因突变一般在染色体结构上是看不到的，所以又称点突点突变变（pointmutation）。实际上点突变与染色体畸变的界限并不明确，特别是微细的畸变更是如此。第二页，讲稿共四十四页哦一、基因突变的类型一、基因突变的类型w根据诱发的原因，基因突变可分为以下两个类型：w1.自发突变自发突变（spontaneousmutation），所谓的自发突变，是指在没有人工特设的诱发条件下，由于外界环境的自然作用或生物体内生理或生化变化而诱发的突变。根据这个定义，我们知道所谓的自发突变并不是没原因的突变，而是指人工特设诱变因素以外的其它因素引起的突变。w2.诱发诱变诱发诱变：这是指由人工特设诱发因素而引起的突变。第三页，讲稿共四十四页哦根据突变引起的表型特征，可将突变分为：根据突变引起的表型特征，可将突变分为：w形态突变形态突变（morphologicalmutation），是泛指能造成外形改变的突变。w例：普通绵羊的四肢有一定的长度，但安康羊（Ancon sheep）的四肢很短，这类突变可在外观上看到，称为可见突变（visible mutations）第四页，讲稿共四十四页哦根据突变引起的表型特征，可将突变分为：根据突变引起的表型特征，可将突变分为：w致死突变致死突变（lethalmutation）：是指能造成个体死亡的突变，致死突变型又可分为全致死突变型（以上死亡），亚致死突变（50%90%死亡）；半致死突变（10%50%死亡）和弱致死突变（10%以下死亡）。显性致死：杂合态即有致死。隐性致死：纯合态才有致死 镰刀形贫血症、植物白化基因等第五页，讲稿共四十四页哦根据突变引起的表型特征，可将突变分为：根据突变引起的表型特征，可将突变分为：w3条件致死突变条件致死突变（conditionallethalmutation)：指在一定条件下表现致死效应，而在其它条件下可以存活的突变。w例如：w噬菌体T4的温度敏感突变型在25时能在E.coli宿主中正常生长，形成噬菌斑，但在42时就不能这样。w4生化突变生化突变（biochemicalmutation)：指没有形态效应，但导致某种特定生化功能改变的突变。例：链孢霉的氨基酸突变型某种氨基酸才能生长第六页，讲稿共四十四页哦二、基因突变的一般特征二、基因突变的一般特征w基因突变表现出以下几个方面的普遍特征：基因突变表现出以下几个方面的普遍特征：w(一一)、突变的重演性和可逆性、突变的重演性和可逆性w(二二)、突变的多方向性与复等位基因、突变的多方向性与复等位基因w(三三)、突变的有害性和有利性、突变的有害性和有利性w(四四)、突变的平行性、突变的平行性第七页，讲稿共四十四页哦突变频率突变频率：w突变频率是指生物体在每一世代中（单细胞突变频率是指生物体在每一世代中（单细胞生物以每一细胞）发生突变的频率，也就是生物以每一细胞）发生突变的频率，也就是一定时间内突变可能发生的次数。突变频率一定时间内突变可能发生的次数。突变频率一般是很低的，不同的生物，不同的基因其一般是很低的，不同的生物，不同的基因其突变率相差较大。如果在人工诱变条件下，突变率相差较大。如果在人工诱变条件下，突变频率可以大大提高，有时可达几千倍。突变频率可以大大提高，有时可达几千倍。第八页，讲稿共四十四页哦突变发生的时期和部位突变发生的时期和部位：w从理论上讲，突变可以发生在生物个体发育从理论上讲，突变可以发生在生物个体发育的任何时期，在体细胞或性细胞中都可发生，的任何时期，在体细胞或性细胞中都可发生，但性细胞发生的频率要比体细胞高些。但性细胞发生的频率要比体细胞高些。第九页，讲稿共四十四页哦第十页，讲稿共四十四页哦突变的多方向性：突变的多方向性：w基因的突变可以向多个方向进行，一个基因可以突变为a1、a2、a3an等而构成所谓的复等位基因（multiplealleles）。这些复等位基因可以从野生型基因突变产生，也可以从其它任何一个突变基因突变产生。第十一页，讲稿共四十四页哦突变的重演性：突变的重演性：w指同种生物的同一基因突变为相同的表型，可以在不同个体间重复出现。例如果蝇的白眼突变就曾发生过几次。第十二页，讲稿共四十四页哦突变的可逆性：突变的可逆性：w即可发生回复突变，显性基因可以突变为隐性基因，而隐性基因也可以突变为显性基因，前者称为正向突变（forwardmutation）。后者称为反问突变或回复突变（backmutation）。正向突变和反向突变的发生频率是不一样的。在多数情况下，正向突变率总是高于反向突变率。这是因为一个野生型基因内部的许多位点都可能发生改变而导致基因突变。但是一个基因内部却只有那个被改变了的结构恢复原状，才可发生回复突变。w需要指出的是，由于缺失而引起的突变不能发生回复突变。第十三页，讲稿共四十四页哦突变的有害性与有利性：突变的有害性与有利性：w多数事例表明，突变大多数是有害的。这是因为生物经长期的自然选择，产生了与外界环境相同协调的关系，这种关系一旦因突变而改变便可能干扰内部的生理生化过程，所以大部分突变对生物体是不利的。w少数的突变能促进和加强某些生命活力，所以是有利的突变。例如作物抗病性，微生物的抗药性等，这些突变为生物进化提供了最有利的条件。w抗药性突变与药物：微生物产生抗药性突变与药物的存在与否没有关系。药物的存在只是起筛选作用。第十四页，讲稿共四十四页哦第二节第二节 突突 变变 的的 检检 出出 和和 应应 用用一、果蝇性连锁突变的检出一、果蝇性连锁突变的检出二、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三、三、大肠杆菌营养缺陷型的检出大肠杆菌营养缺陷型的检出四、人的突变的检出四、人的突变的检出第十五页，讲稿共四十四页哦一、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 ClB方法 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 显性棒眼基因第十六页，讲稿共四十四页哦一、果蝇性连锁突变的检出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。第十七页，讲稿共四十四页哦第十八页，讲稿共四十四页哦一、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 第十九页，讲稿共四十四页哦一、果蝇性连锁突变的检出w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。第二十页，讲稿共四十四页哦图第二十一页，讲稿共四十四页哦（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：第二十二页，讲稿共四十四页哦P1331图第二十三页，讲稿共四十四页哦在子三代时：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）如最初第）如最初第2 2染色体含有致死基因，则只有翻翅果蝇染色体含有致死基因，则只有翻翅果蝇w（3）如最初第）如最初第2染色体上会有隐性可见突变，则除翻染色体上会有隐性可见突变，则除翻翅果蝇外，还有翅果蝇外，还有1/3左右的突变型。左右的突变型。w（4）如最初第）如最初第2染色体上含有半致死突变，则野生型染色体上含有半致死突变，则野生型很少。很少。第二十四页，讲稿共四十四页哦二、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。第二十五页，讲稿共四十四页哦二、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w2、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w1945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研究研究出检测链孢霉营养缺陷型突变的方法。出检测链孢霉营养缺陷型突变的方法。w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-基本培养基本培养基上生长；缺陷型菌株基上生长；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;能在能在完全培养基上生长完全培养基上生长;能在基本培养基它所不能合成的物能在基本培养基它所不能合成的物质质-生长。（图）生长。（图）第二十六页，讲稿共四十四页哦第二十七页，讲稿共四十四页哦二、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个个是是突突变型，那就表明是一个基因突变。变型，那就表明是一个基因突变。第二十八页，讲稿共四十四页哦第二十九页，讲稿共四十四页哦三、三、大肠杆菌营养缺陷型的检出大肠杆菌营养缺陷型的检出1 1、影印接种法（影印培养法、影印接种法（影印培养法 Replica-plating Replica-plating technique technique）E.coli E.coli 诱诱变变剂剂 E.coliE.coli稀稀释释 完完全全培培养养基基Master Master plate plate（主主平平皿）皿）基本培养基上（基本培养基上（Replica plateReplica plate）w对照对照Master plate 和和 Replica plate 相应位置所长菌落情况，在相应位置所长菌落情况，在Replica plate上相应位置不长，而在上相应位置不长，而在Master plate 相应位置所长相应位置所长的菌落即为营养缺陷突变。（图）的菌落即为营养缺陷突变。（图）w在复制平板上（基本培养平板上）添加适当的物质，便能鉴别特定类型在复制平板上（基本培养平板上）添加适当的物质，便能鉴别特定类型的营养缺陷型。的营养缺陷型。第三十页，讲稿共四十四页哦第三十一页，讲稿共四十四页哦三、三、大肠杆菌营养缺陷型的检出大肠杆菌营养缺陷型的检出2 2、青霉素法、青霉素法这这种种方方法法只只适适用用于于细细菌菌，当当把把经经诱诱变变处处理理的的大大肠肠杆杆菌菌（含含突突变变型型和和野生型）培养在含有青霉素的基本培养基中时。野生型）培养在含有青霉素的基本培养基中时。野野生生型型 E.coliE.coli可可生生长长繁繁殖殖，蛋蛋白白质质等等物物质质进进行行合合成成，但但由由于于青青霉霉素素作作用，细胞壁不再增大，导致细胞破裂而死亡。用，细胞壁不再增大，导致细胞破裂而死亡。营营养养缺缺陷陷型型 E.coliE.coli不不能能生生长长，而而避避免免了了青青霉霉素素的的致致死死作作用用，得得以以保保存存（处处于于休休止止状状态态）将将青青霉霉素素除除去去，补补加加其其他他营营养养，如如氨氨基基酸酸等等，如如果果有有菌落生长，就说明这些菌落是氨基酸缺陷型。菌落生长，就说明这些菌落是氨基酸缺陷型。第三十二页，讲稿共四十四页哦四、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突变。显性突变的起源比较容易检出。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，则则这这名名患患儿儿应应除除去去不计。不计。第三十三页，讲稿共四十四页哦四、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是（率是（10102 2）/2 2（94072940722 2）4.2104.210-5-5第三十四页，讲稿共四十四页哦四、人的突变的检出四、人的突变的检出w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。第三十五页，讲稿共四十四页哦四、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白质或酶的微小变异：质或酶的微小变异：例例如如：镰镰型型细细胞胞贫贫血血症症患患者者基基因因型型HbHbs s HbHbs s 血血红红蛋蛋白白（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三十六页，讲稿共四十四页哦四、人的突变的检出四、人的突变的检出第三十七页，讲稿共四十四页哦四、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，不不是所有氨基酸的改变都能用电泳检出。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分析等。析等。第三十八页，讲稿共四十四页哦第三节第三节 基因突变的诱发基因突变的诱发一、物理因素诱变(一)电离辐射诱变(二)非电离辐射诱变二、化学因素诱变三、诱发突变的应用第三十九页，讲稿共四十四页哦(一一)电离辐射诱变电离辐射诱变w1.种类：粒子辐射：射线、射线(32P、35S)、中子(60钴、137铯)；电磁波辐射：X射线、射线。w2.方法：外照射：中子、X射线、射线；内照射：射线、射线。w3.原理：基因的化学物质(DNA)发生电离作用。原发电离与次级电离。碱基对、碱基结构破坏、改变基因突变；磷酸二酯键断裂、染色体断裂重接染色体结构变异。第四十页，讲稿共四十四页哦(一一)电离辐射诱变电离辐射诱变4.电离辐射诱变的作用规律w辐射剂量的表示方法：X射线、射线：伦琴(R)；中子：积分流量(n/cm2)；射线：微居里(cu/g)。w突变率与辐射剂量：突变率与辐射总剂量成正比；突变率与剂量率(辐射强度的影响)无关。第四十一页，讲稿共四十四页哦(二二)非电离辐射诱变非电离辐射诱变w主要是紫外线(380-15nm)：w紫外线的作用机制：激发作用穿透能力与处理方法最有效波长260nm(嘌呤、嘧啶的共轭环)间接诱变作用w物理诱变的非专性：对DNA分子及其核苷酸残基无选择性，所以没有专化性和特异性。第四十二页，讲稿共四十四页哦二、化学因素诱变二、化学因素诱变1.诱变剂及其种类与作用机制：烷化剂：使碱基烷基化、改变碱基形成氢键的能力，从而改变碱基配对关系；碱基类似物：在复制过程中取代碱基渗入DNA分子，但形成氢键的类型不同，改变碱基配对关系；抗生素：阻碍碱基合成或破坏DNA分子结构。2.作用特点：具有一定的碱基特异性。第四十三页，讲稿共四十四页哦感谢大家观看第四十四页，讲稿共四十四页哦