医学遗传学第七章基因突变.ppt

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1、第七章第七章 基因突变基因突变 第一节第一节 基因突变的概说基因突变的概说 第二节第二节 基因突变与性状表现基因突变与性状表现 第三节第三节 基因突变的分子基础基因突变的分子基础 第四节第四节 生物体的修复机制生物体的修复机制 第五节第五节 基因突变的检出基因突变的检出1 1第一节第一节 基因突变的概说基因突变的概说 一、基因突变率一、基因突变率 二、体细胞突变与生殖细胞突变二、体细胞突变与生殖细胞突变 三、基因突变的时期三、基因突变的时期 四、突变的类型四、突变的类型 五、突变的特征五、突变的特征2 2一、基因突变率一、基因突变率 突变的概念突变的概念 基因突基因突变（gene mutati

2、ongene mutation）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。基因突变一般在染色体结构上是看不到的，所以又称点突变（pointmutation）。第一节 基因突变的概说一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变三、基因突变的时期四、突变的类型五、突变的特征3 34 4 突变体（突变体（mutantmutant）或称突变型）或称突变型。由于基因突由于基因突变而表而表现突突变性状的性状的细胞或个胞或个体。体。突

3、变率（突变率（mutation rate）的估算）的估算 突突变率的估算因生物生殖方式而不同：率的估算因生物生殖方式而不同：有性生殖的生物。有性生殖的生物。是用每一配子是用每一配子发生突生突变的概率，的概率，即用一定数目配子中的突即用一定数目配子中的突变配子数表示。配子数表示。第一节 基因突变的概说一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变三、基因突变的时期四、突变的类型五、突变的特征5 5n n举例：玉米子粒例：玉米子粒7 7个基因的自然突个基因的自然突变率，彼此各不相同（表率，彼此各不相同（表7-17-1）n n 高等植物中基因突高等植物中基因突变率率为110110-5 5-110110-

4、8-8，即在十万至一，即在十万至一亿个配子个配子中只有一个中只有一个发生突生突变，可，可见自然突自然突变的的频率很低。率很低。第一节 基因突变的概说一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变三、基因突变的时期四、突变的类型五、突变的特征6 6n n 表表 玉米子粒玉米子粒7个基因的自然突变率个基因的自然突变率n n基基基基 因因因因 表现的性状表现的性状表现的性状表现的性状 测定配子数测定配子数测定配子数测定配子数 观察到的观察到的观察到的观察到的 每百万个配每百万个配每百万个配每百万个配子子子子n n 突变数突变数突变数突变数 中平均突变中平均突变中平均突变中平均突变率率率率n n R R

5、子子子子 粒粒粒粒 色色色色 n n I I 抑制色素的形成抑制色素的形成抑制色素的形成抑制色素的形成 n n Pr Pr 紫紫紫紫 色色色色 n n Su Su 非非非非 甜甜甜甜 粒粒粒粒 n n Y Y 黄黄黄黄 胚胚胚胚 乳乳乳乳 n n Sh Sh 饱饱饱饱 满满满满 粒粒粒粒 n n Wx Wx 非非非非 糯糯糯糯 性性性性 1,503,744 0 0 1,503,744 0 07 7 无性繁殖的无性繁殖的细菌。用每一菌。用每一细胞世代胞世代中每一中每一细菌菌发生突生突变的概率，即用一定数的概率，即用一定数目的目的细菌在分裂一次菌在分裂一次过程中程中发生突生突变的次的次数表示。数表

6、示。举例：大例：大肠杆菌杆菌 链霉素抗性基因霉素抗性基因strstrR R为410410-10-10 乳糖乳糖发酵基因酵基因laclac-为210210-7-7 细菌一般基因突菌一般基因突变率率为110110-4-4-110110-10-10，变异幅度很大。异幅度很大。第一节 基因突变的概说一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变三、基因突变的时期四、突变的类型五、突变的特征8 8n n二、二、体细胞突变与生殖细胞突变体细胞突变与生殖细胞突变体细胞突变与生殖细胞突变体细胞突变与生殖细胞突变n n1 1、体细胞突变、体细胞突变、体细胞突变、体细胞突变n n 克隆克隆克隆克隆（clone)clo

7、ne)：一个祖先细胞由无性繁殖而：一个祖先细胞由无性繁殖而：一个祖先细胞由无性繁殖而：一个祖先细胞由无性繁殖而产生的相同细胞群体。产生的相同细胞群体。产生的相同细胞群体。产生的相同细胞群体。n n体细胞突变常形成一个体细胞突变常形成一个体细胞突变常形成一个体细胞突变常形成一个“突变体区突变体区突变体区突变体区”，体细胞，体细胞，体细胞，体细胞突变发生愈早，突变发生愈早，突变发生愈早，突变发生愈早，“突变体区突变体区突变体区突变体区”愈大。愈大。愈大。愈大。n n体细胞突变不能遗传给后代，可通过有性途径体细胞突变不能遗传给后代，可通过有性途径体细胞突变不能遗传给后代，可通过有性途径体细胞突变不能

8、遗传给后代，可通过有性途径传递。传递。传递。传递。n n2 2、生殖细胞突变、生殖细胞突变、生殖细胞突变、生殖细胞突变n n发生在种系中，可通过参与受精而传给下一代。发生在种系中，可通过参与受精而传给下一代。发生在种系中，可通过参与受精而传给下一代。发生在种系中，可通过参与受精而传给下一代。9 9二、基因突变的时期二、基因突变的时期 时期时期 在任何在任何时期都可期都可发生，即体生，即体细胞和胞和性性细胞都能胞都能发生突生突变。基因突。基因突变通常是通常是独立独立发生的。生的。体细胞和性细胞突变频率体细胞和性细胞突变频率 性性细胞的突胞的突变频率比体率比体细胞高，胞高，这是因是因为性性细胞在减

9、数分裂末期胞在减数分裂末期对外界外界环境条件具有巨大的敏感性。境条件具有巨大的敏感性。第一节 基因突变的概说一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变三、基因突变的时期四、突变的类型五、突变的特征1010 性细胞和体细胞突变的传递与表现性细胞和体细胞突变的传递与表现 性性细胞胞 如果是显性突变如果是显性突变aaAa，可通过，可通过受精过程传递给后代，并立即表现出来。受精过程传递给后代，并立即表现出来。如果是隐性突变如果是隐性突变AAAa，当代不，当代不表现，只有等到第二代突变基因处于纯表现，只有等到第二代突变基因处于纯合状态才能表现出来。合状态才能表现出来。第一节 基因突变的概说一、基因突变率

10、二、体细胞突变与生殖细胞突变三、基因突变的时期四、突变的类型五、突变的特征1111体细胞体细胞 显性突性突变，当代表，当代表现，同原来性状，同原来性状并存，形成并存，形成镶合体。突合体。突变越早，范越早，范围越大，反之越小。果越大，反之越小。果树上上许多多“芽芽变”就是体就是体细胞突胞突变引起的，一旦引起的，一旦发现要及要及时扦插、嫁接或插、嫁接或组培加以繁殖保培加以繁殖保留。留。“芽芽变”在育种上很重要，有不在育种上很重要，有不少新品种是通少新品种是通过芽芽变选育出来的，如育出来的，如温州早桔就是源于温州密桔的芽温州早桔就是源于温州密桔的芽变。第一节 基因突变的概说一、基因突变率二、体细胞突

11、变与生殖细胞突变三、基因突变的时期四、突变的类型五、突变的特征1212表表7-1 玉米子粒玉米子粒7个基因的自然突变率个基因的自然突变率基基基基 因因因因 表现的性状表现的性状表现的性状表现的性状 测定配子数测定配子数测定配子数测定配子数 观察到的观察到的观察到的观察到的 每百万个配子每百万个配子每百万个配子每百万个配子 突变数突变数突变数突变数 中平均突变率中平均突变率中平均突变率中平均突变率 R R 子子子子 粒粒粒粒 色色色色 I I 抑制色素的形成抑制色素的形成抑制色素的形成抑制色素的形成 Pr Pr 紫紫紫紫 色色色色 Su Su 非非非非 甜甜甜甜 粒粒粒粒 Y Y 黄黄黄黄 胚胚

12、胚胚 乳乳乳乳 Sh Sh 饱饱饱饱 满满满满 粒粒粒粒 Wx Wx 非非非非 糯糯糯糯 性性性性 1,503,744 0 0 1,503,744 0 01313基因突变的时期与表现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。体细胞突变的保留与芽变选择。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：1414高等生物基因突变时期与性状表现突变时期突变时期显性突变

13、显性突变隐性突变隐性突变(或下位性突变或下位性突变)高高等等生生物物性细胞性细胞突变当代表现突变性突变当代表现突变性状。状。突变当代不表现突变性突变当代不表现突变性状，其自交后代才可能状，其自交后代才可能表现突变性状。表现突变性状。体细胞体细胞突变当代表现为嵌合突变当代表现为嵌合体，镶嵌范围取决于体，镶嵌范围取决于突变发生的早晚。突变发生的早晚。突变当代不表现突变性突变当代不表现突变性状，往往不能被发现、状，往往不能被发现、保留。保留。低低等等生生物物(单单倍倍体体)有性生殖有性生殖 表现突变性状表现突变性状表现突变性状表现突变性状无性生殖无性生殖 表现突变性状表现突变性状表现突变性状表现突变

14、性状1515n n四、突变的类型n n1、根据突变的分子机理，突变可分为以下三种：转换（transition）：指分子中的嘌呤为另一种嘌呤或嘧啶为另一种嘧啶所取代而引起的突变。颠换（transversion），指DNA分子中的嘌呤被嘧啶取代或嘧啶被嘌呤取代所引起的突变。移码突变（frameshiftmutation）：指分子中插入或缺失一个或少数几个核苷酸，使整个阅读框改变而引起的突变。1616n n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：形态突变（形态突变（morphologicalmutationmorphologicalmutation），或称可见），

15、或称可见突变突变，是泛指能造成外形改变的突变。，是泛指能造成外形改变的突变。致死突变（致死突变（lethalmutationlethalmutation）：是指能造成个体死）：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（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（以上死亡），亚致死突变（50%90%50%90%死亡）；死亡）；半致死突变（半致死突变（10%50%10%50%死亡）和弱致死突变（死亡）和弱致死突变（10%10%以下死亡）。以下死亡）。3 3条件致死突变（条件致死突变（conditionallethalmutation)conditionalle

16、thalmutation)：指在：指在一定条件下表现致死效应，而在其它条件下可以存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。活的突变。4 4生生化化突突变变（biochemicalbiochemicalmutation)mutation)：指指没没有有形形态态效效应，但导致某种特定生化功能改变的突变。应，但导致某种特定生化功能改变的突变。1717n n与突变有关的几个概念与突变有关的几个概念 同义突变（同义突变（samesenseorsynonymoussamesenseorsynonymousmutationmutation）：指虽然基因已发生突变，但仍编码同）：指虽然基因已发生

17、突变，但仍编码同一种氨基酸，这是因为密码子有简并性。一种氨基酸，这是因为密码子有简并性。无义突变（无义突变（nonsensemutationnonsensemutation）：是指由于突）：是指由于突变而使其某一编码子突变为终止密码子变而使其某一编码子突变为终止密码子（UGA,UAGUGA,UAG，UGGUGG）。）。错义突变（错义突变（mis-sensemutationmis-sensemutation）：又称歧义突）：又称歧义突变，是指由于突变而导致多肽链上氨基酸的改变，变，是指由于突变而导致多肽链上氨基酸的改变，大多数的突变属于此类。大多数的突变属于此类。延延长长突突变变（elongat

18、ionelongationmutationmutation）：这这是是一一类类刚刚好好与与无无义义突突变变相相反反的的突突变变，是是由由于于终终止止密密码码子子突突变为编码子，使肽链延长。变为编码子，使肽链延长。1818回复突变（backorreversemutation）：是指由突变型四复为野生型的突变。抑制基因突变（suppressormutation）：是指一个基因的突变表型可因另一基因的突变而发生改变，后一个基因就称为抑制基因。极性突变（polarityorpolarmutation）：指操纵子中靠近操纵基因的结构基因发生突变（无义突变），除了影响它自身外，还将影响下游基因听编码的蛋白

19、质的量，这种现象称为极性效应，这种突变就称为极性突变。1919五、五、基因突变的一般特征基因突变的一般特征 1、突变的重演性和可逆性、突变的重演性和可逆性 2、突变的多方向性和复等位基因、突变的多方向性和复等位基因 3、突变的有害性和有利性、突变的有害性和有利性 4、突变的平行性、突变的平行性 5、突变的稀有性、突变的稀有性第一节 基因突变的概说一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变三、基因突变的时期四、突变的类型五、突变的特征20201、突变的重演性和可逆性、突变的重演性和可逆性 重演性重演性 同一突变可以在同种生物的不同个同一突变可以在同种生物的不同个体间多次发生，称突变的重演性体间多

20、次发生，称突变的重演性。表。表7-1列举玉米子粒的列举玉米子粒的7个基因的前个基因的前6个在多个在多次试验中都出现过类似的突变。次试验中都出现过类似的突变。第一节 基因突变的概说一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变三、基因突变的时期四、突变的类型五、突变的特征2121可逆性可逆性 显性基因显性基因A可以突变为隐性基因可以突变为隐性基因a，反之亦可。通常把反之亦可。通常把Aa称为正突变，称为正突变，aA为反突变。（为反突变。（通常用u表示正突变频率、v表示反突变频率），则：正突变uA=a反突变v第一节 基因突变的概说一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变三、基因突变的时期四、突变的类型

21、五、突变的特征2222 正反突正反突变的的频率不一，一般正率不一，一般正 反反,即即UVUV，原因野生型内基因座都可能，原因野生型内基因座都可能发生突生突变，但回复只有已改，但回复只有已改变的基因再的基因再返回。返回。第一节 基因突变的概说一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变三、基因突变的时期四、突变的类型五、突变的特征23232、突变的多方向性和复等位基因、突变的多方向性和复等位基因 多方向性多方向性 Aa1，Aa1，Aa2，Aan 复等位基因复等位基因 定义：位于同一基因座位上的各定义：位于同一基因座位上的各个等位基因。个等位基因。2424 如上，如上，A、a1、a2、an彼此组成彼

22、此组成一对等位基因，它们全体组成复等位一对等位基因，它们全体组成复等位基因。基因。复等位基因存在于同一类型的不复等位基因存在于同一类型的不同个体里同个体里 如如AA，Aa1，a2 a3，aman 举例举例 玉米自交不亲和性有玉米自交不亲和性有25个复等位个复等位基因，基因，S1 S2 S15 2525人类的人类的人类的人类的ABOABO血型遗传血型遗传血型遗传血型遗传 三个等位基因三个等位基因三个等位基因三个等位基因I IA A、I IB B、i i I IA A、I IB B对对对对i i为显性，为显性，为显性，为显性，I IA A和和和和I IB B无显性隐性关系，可各无显性隐性关系，可各

23、无显性隐性关系，可各无显性隐性关系，可各自发生作用，组成自发生作用，组成自发生作用，组成自发生作用，组成6 6种基因型和种基因型和种基因型和种基因型和4 4种表现型种表现型种表现型种表现型 表现型（血型）表现型（血型）表现型（血型）表现型（血型）基因型基因型基因型基因型 A I A IA AI IA A ，I IA A B I B IB B I IB B，I IB B AB I AB IA A I IB B O ii O ii2626 P OO血型血型 ABO血型血型 ii ii IA IB ii 配子配子 i i 配子配子IA IB i F1 ii O血型血型 IAi IBi A型型 B血型

24、血型2727人类ABO血型的复等位基因人类红细胞表面抗原的特异性由3个复等位基因IA，IB，i决定。其中IA，IB对i均为显性；IA，IB间为共显性。3种基因两两组合可能形成6种基因型、4种红细胞表面抗原反应类型，如下表所示(其中用IO表示i)：28283、突变的有害性和有利性、突变的有害性和有利性 有害性有害性 大多数是有害的大多数是有害的 致死突变致死突变 例：例：植物的白化突变植物的白化突变 绿株绿株WW 绿株绿株Ww 1WW:2Ww:1ww 3绿苗绿苗:1白苗白苗(死亡死亡)2929 多数为隐性致死（多数为隐性致死（recessive lethal），也有），也有少数显性致死（少数显性

25、致死（dorminant lethal）。）。伴性致死伴性致死（sexlinked lethal）即致死突变发生在性染色体上。即致死突变发生在性染色体上。致死突变一般不利，但也有利，如用于检致死突变一般不利，但也有利，如用于检测基因突变和控制测基因突变和控制个体的平衡致死品系。个体的平衡致死品系。3030n n中性突变中性突变n n 控制一些次要性状基因，即使发生突变，控制一些次要性状基因，即使发生突变，也不会影响生物的正常生理活动，因而仍能也不会影响生物的正常生理活动，因而仍能保持其正常的生活力和繁殖力，为自然选择保持其正常的生活力和繁殖力，为自然选择保留下来。称之，如水稻芒的有无等。保留下

26、来。称之，如水稻芒的有无等。3131 突变的有害有利性的相对性突变的有害有利性的相对性 突变有害性是相对的，在一定条件下可以突变有害性是相对的，在一定条件下可以转化，如矮杆雄性不育，对人或其他条件却有转化，如矮杆雄性不育，对人或其他条件却有利，如落粒性、对生物有利，但对人不利。利，如落粒性、对生物有利，但对人不利。3232n n4 4、突变的平行性、突变的平行性、突变的平行性、突变的平行性n n 定定定定义义n n 亲缘亲缘关系相近的物种因关系相近的物种因关系相近的物种因关系相近的物种因遗传遗传基基基基础础比比比比较较近似，往近似，往近似，往近似，往发发生相似的基因突生相似的基因突生相似的基因

27、突生相似的基因突变变，称，称，称，称突突突突变变的平行性的平行性的平行性的平行性。n n与瓦与瓦与瓦与瓦维维洛夫提出洛夫提出洛夫提出洛夫提出“遗传变遗传变异的同型系异的同型系异的同型系异的同型系”说说一致。一致。一致。一致。n n 意意意意义义n n 根据以上学根据以上学根据以上学根据以上学说说，当了解到一个物种或属内具有那，当了解到一个物种或属内具有那，当了解到一个物种或属内具有那，当了解到一个物种或属内具有那些些些些变变异异异异类类型，就能型，就能型，就能型，就能预见预见近近近近缘缘的其他物种或属也同的其他物种或属也同的其他物种或属也同的其他物种或属也同样样存在相似的存在相似的存在相似的存

28、在相似的变变异异异异类类型。型。型。型。3333表表表表7-2 7-2 禾本科部分物种的品种（族）子粒性的变异禾本科部分物种的品种（族）子粒性的变异禾本科部分物种的品种（族）子粒性的变异禾本科部分物种的品种（族）子粒性的变异 遗传变异的性状遗传变异的性状遗传变异的性状遗传变异的性状 黑黑黑黑 小小小小 大大大大 燕燕燕燕 黍黍黍黍 高高高高 玉玉玉玉 水水水水 冰冰冰冰 麦麦麦麦 麦麦麦麦 麦麦麦麦 麦麦麦麦 梁梁梁梁 米米米米 稻稻稻稻 草草草草 白色白色白色白色 +红色红色红色红色 +颜色颜色颜色颜色 绿色绿色绿色绿色(灰绿色灰绿色灰绿色灰绿色)+)+黑色黑色黑色黑色 +紫色紫色紫色紫色

29、+圆形圆形圆形圆形 +形状形状形状形状 长形长形长形长形 +玻璃质玻璃质玻璃质玻璃质 +品质品质品质品质 粉粉粉粉 质质质质 +蜡蜡蜡蜡 质质质质 +3434n n5、突变的稀有性n n正常情况下突变率很低：n n高等生物中的自发突变率：n n1105 5 n n 110 110 1010 n n细菌中的自发突变率n n1104 4 n n 410 410 1010 3535第二节第二节 基因突变与性状表现基因突变与性状表现一、显性突变和隐性突变的表现一、显性突变和隐性突变的表现二、大突变和微突变的表现二、大突变和微突变的表现3636一、显性突变和隐性突变的表现一、显性突变和隐性突变的表现 显

30、性突变显性突变 表表现早早纯合慢，当代（第一代）就能表合慢，当代（第一代）就能表现，第二代能第二代能纯合，而合，而检出出纯合突合突变体体则需到第三需到第三代，如代，如图。体体细胞胞显性突性突变，当代以嵌合体表，当代以嵌合体表现，要，要选出出纯合体，合体，须通通过有性繁殖自交两代。有性繁殖自交两代。3737n n显性突变的表现显性突变的表现n n dd ddn n第第1 1代（代（M M1 1）Dd Ddn n第第2 2代（代（M M2 2）1DD 1DD：2Dd:1dd2Dd:1ddn n第第3 3代（代（M M3 3）DD 1DD:2Dd:1dd dd DD 1DD:2Dd:1dd ddn

31、n自交自交自交自交突变发生突变发生3838 隐性突变隐性突变 表现得晚纯合快，第二代表现，第二代纯合，表现得晚纯合快，第二代表现，第二代纯合，检出在第二代。检出在第二代。体细胞体细胞 隐性突变，当代不表现，要使其表现只隐性突变，当代不表现，要使其表现只需有性繁殖自交一代。需有性繁殖自交一代。突变的表现与植物繁殖方式突变的表现与植物繁殖方式 自花授粉作物，只要自交即可分离出来，自花授粉作物，只要自交即可分离出来，异花授粉作物，要进行人工自交或互交异花授粉作物，要进行人工自交或互交，否则长，否则长期保持异质。期保持异质。3939n n隐性突变的表现隐性突变的表现n n DD DDn n第第1 1代

32、（代（M M1 1）Dd Ddn n第第2 2代（代（M M2 2）1DD 1DD：2Dd:1dd2Dd:1dd自交自交突变发生突变发生4040n n二、大突变和微突变的表现二、大突变和微突变的表现n n 大突变大突变n n 突变效应表现明显，容易识别。质突变效应表现明显，容易识别。质量性状的突变大都属之。量性状的突变大都属之。4141微突变微突变 效应表现微小，较难察觉。数量性状的突效应表现微小，较难察觉。数量性状的突变属之。变属之。微突变可以积累微突变可以积累大的变化大的变化 微突变中出现的有利突变微突变中出现的有利突变大突变。所以大突变。所以微突变对育种有利。微突变对育种有利。4242n

33、 n第三节第三节 基因突变的分子基础基因突变的分子基础n n一、自发突变一、自发突变n n 二、诱发突变二、诱发突变n n 三、诱发突变与人类癌症三、诱发突变与人类癌症4343n n一、自发突变一、自发突变n n在自然状况旧产生的突变n n（一）在DNA复制中造成错误n n1、错义突变指指DNADNA分子中碱基的替换，使蛋白分子中碱基的替换，使蛋白质分子中某一种氨基酸转换为另一种氨基酸的突变类型。质分子中某一种氨基酸转换为另一种氨基酸的突变类型。n n碱基替换有两种类型：碱基替换有两种类型：n n转换：一个嘧啶碱取代另一个嘧啶碱，或一个嘌呤碱：一个嘧啶碱取代另一个嘧啶碱，或一个嘌呤碱取代另一个

34、嘌呤碱，这种置换方式称为转换。取代另一个嘌呤碱，这种置换方式称为转换。n n颠换：一个嘧啶碱取代另一个嘌呤碱，或一个嘌呤碱：一个嘧啶碱取代另一个嘌呤碱，或一个嘌呤碱取代另一个嘧啶碱，这种置换方式称为颠换。取代另一个嘧啶碱，这种置换方式称为颠换。n n例如人的正常血红蛋白（例如人的正常血红蛋白（HbHbA A）变成廉形红细胞贫血）变成廉形红细胞贫血（HbHbS S）以及地中海贫血（）以及地中海贫血（HbHbC C），到人的血红蛋白的），到人的血红蛋白的 链的第六位氨基酸一个碱基改变引起的基因突变。链的第六位氨基酸一个碱基改变引起的基因突变。44444545n n2 2、移码突变、移码突变、移码突

35、变、移码突变n n移码突变移码突变移码突变移码突变在在DNADNA链中插入或缺失一个或几链中插入或缺失一个或几个碱基引起阅读框改变，造成氨基酸改变或终个碱基引起阅读框改变，造成氨基酸改变或终止密码子位置改变，这种突变成为移码突变。止密码子位置改变，这种突变成为移码突变。n n现在知道低等生物大肠杆菌、噬菌体现在知道低等生物大肠杆菌、噬菌体Mu-1Mu-1、转座子就有插入转座子就有插入DNADNA碱基序列之间引起移码突碱基序列之间引起移码突变。变。n n3 3、缺失和重复、缺失和重复n n大片段的缺失和重复（超过几个碱基对），大片段的缺失和重复（超过几个碱基对），如的如的lacIlacI基因中基

36、因中4 4个碱基序列在野生型中重复了个碱基序列在野生型中重复了3 3次次46464747n n（二）、自发损伤n n自然产生的对DNA的损伤引起的基因突变。n n（1）脱嘌呤：碱基和脱氧核糖间的糖苷键受损，引起一个嘌呤从DNA上脱落。n n（2）脱氨基：胞嘧啶脱氨基后变为尿嘧啶，形成G-C对变为A-T对。n n（3）氧化性损伤碱基：活泼氧化物对DNA本身的氧化损伤，也能引起突变。4848n nHHn nAHCCn nTTn nAGn nTC4949自发突变的原因自发突变的原因自发突变的原因自发突变的原因(一一)DNA)DNA复制错误复制错误n n(二二)自发的化学变化自发的化学变化n n 1.

37、1.脱嘌呤脱嘌呤脱嘌呤脱嘌呤（depurinationdepurination）n n 2.2.脱氨脱氨脱氨脱氨（基）（基）(deamination)(deamination)作用作用n n 3.3.氧化作用损伤碱基氧化作用损伤碱基氧化作用损伤碱基氧化作用损伤碱基（oxidativelyoxidativelyn ndamagedbasesdamagedbases）DNA复制错误“脱氨基5050二、诱发突变二、诱发突变（一）物理因素诱变（一）物理因素诱变 只限于各种电离辐射和非电离辐射只限于各种电离辐射和非电离辐射 1.电离辐射诱变电离辐射诱变 包括包括 射线、射线、射线和中子等粒子辐射，射线和

38、中子等粒子辐射，还包括还包括r射线和射线和 射线等电磁波辐射。中子的诱射线等电磁波辐射。中子的诱变效果最好。根据辐射（照射）的方法，可变效果最好。根据辐射（照射）的方法，可分为分为“内内”和和“外外”照射。照射。5151 外照射外照射 即辐射源与接受照射的物体之间要保持一即辐射源与接受照射的物体之间要保持一定的距离，让射线从物体之外透入物体之内，定的距离，让射线从物体之外透入物体之内，在体内诱发基因突变。在体内诱发基因突变。射线、射线、r射线和中子都射线和中子都适用于适用于“外照射外照射”。内照射内照射 即用浸泡或注射的方法，使其渗入生物体即用浸泡或注射的方法，使其渗入生物体内，在体内放出内，

39、在体内放出 射线进行诱变。射线进行诱变。5252 和和 射线的穿透力很弱，故只能用射线的穿透力很弱，故只能用“内照射内照射”。实际应用时，一般不用实际应用时，一般不用 射线，只用射线，只用 射线。射线。射线常用辐射源是射线常用辐射源是P32和和S35，尤以，尤以P32使用较多使用较多 电离辐射致变的机理电离辐射致变的机理 照射照射原发电离原发电离次级电离次级电离 基因分子结构改组基因分子结构改组基因突变基因突变 辐射剂量及表示方法辐射剂量及表示方法 定义：定义：单位质量被照射的物质所吸收的能单位质量被照射的物质所吸收的能量数值，称为辐射剂量。量数值，称为辐射剂量。5353 射线和射线和r射线：

40、用射线：用“伦琴伦琴”（r）表示，即）表示，即在在1克空气中吸收克空气中吸收83尔格（尔格（erg）辐射的能量。）辐射的能量。中子：单位是中子：单位是“积分流量积分流量”。即每平方厘。即每平方厘米的截面上通过的中子数（米的截面上通过的中子数（n/cm2）。）。射线：用射线：用“微居里微居里”表示。具体是每克表示。具体是每克物质吸收多少物质吸收多少“微居里微居里”（cu）的放射性同）的放射性同位素。位素。微居里是放射强度单位，表示每秒钟有微居里是放射强度单位，表示每秒钟有3-7104个原子核发生蜕度。个原子核发生蜕度。5454 基因突变的频率与辐射剂量成正比，即剂量增基因突变的频率与辐射剂量成正

41、比，即剂量增基因突变的频率与辐射剂量成正比，即剂量增基因突变的频率与辐射剂量成正比，即剂量增加一倍，突变频率增加一倍，但突变率不受辐射强度加一倍，突变频率增加一倍，但突变率不受辐射强度加一倍，突变频率增加一倍，但突变率不受辐射强度加一倍，突变频率增加一倍，但突变率不受辐射强度的影响。的影响。的影响。的影响。辐射强度是指单位时间内照射的剂量数，即剂量率，辐射强度是指单位时间内照射的剂量数，即剂量率，辐射强度是指单位时间内照射的剂量数，即剂量率，辐射强度是指单位时间内照射的剂量数，即剂量率，倘若照射剂量不变，不管单位时间内所照射是多还是倘若照射剂量不变，不管单位时间内所照射是多还是倘若照射剂量不变

42、，不管单位时间内所照射是多还是倘若照射剂量不变，不管单位时间内所照射是多还是少，基因突变率总是保持一致。少，基因突变率总是保持一致。少，基因突变率总是保持一致。少，基因突变率总是保持一致。原理：原理：原理：原理：物理激发产生自由基和自由原子物理激发产生自由基和自由原子物理激发产生自由基和自由原子物理激发产生自由基和自由原子造成核酸和蛋白质分子损伤造成核酸和蛋白质分子损伤造成核酸和蛋白质分子损伤造成核酸和蛋白质分子损伤DNADNA或染色体变化或染色体变化或染色体变化或染色体变化 5555 2.非电离辐射诱变非电离辐射诱变 种类：种类：UV 作用机理作用机理作用机理作用机理 激发作用激发作用激发作

43、用激发作用离折离折离折离折配对差错配对差错配对差错配对差错突变突变突变突变 主要是在相邻的两个碱基之间产生光生成物主要是在相邻的两个碱基之间产生光生成物主要是在相邻的两个碱基之间产生光生成物主要是在相邻的两个碱基之间产生光生成物嘧啶二聚体，如胸腺嘧啶二聚体，从而嘧啶二聚体，如胸腺嘧啶二聚体，从而嘧啶二聚体，如胸腺嘧啶二聚体，从而嘧啶二聚体，如胸腺嘧啶二聚体，从而影响影响影响影响DNADNA的复制。的复制。的复制。的复制。适用适用适用适用 微生物、配子微生物、配子微生物、配子微生物、配子 5656（二）化学因素诱变（二）化学因素诱变 简史简史 1941年年Auerbach和和Robson第一次发

44、现芥第一次发现芥子气可以诱发基因突变。子气可以诱发基因突变。1943年年Oehlkers第第一次发现氨基甲酸乙酯一次发现氨基甲酸乙酯(NH2COO2H5）可以诱）可以诱发染色体结构的变异发染色体结构的变异 化诱的特点化诱的特点 某些化学药物的诱变作用是有特异性的，即一某些化学药物的诱变作用是有特异性的，即一某些化学药物的诱变作用是有特异性的，即一某些化学药物的诱变作用是有特异性的，即一定性质的药物能够诱发一定类型的变异。定性质的药物能够诱发一定类型的变异。定性质的药物能够诱发一定类型的变异。定性质的药物能够诱发一定类型的变异。5757化诱物质的种类与作用机理化诱物质的种类与作用机理 烷化剂：甲

45、基磺酸乙酯烷化剂：甲基磺酸乙酯EMS，CH3SO4（OC2H5）、硫酸二乙酯、硫酸二乙酯DES，SO2(OC2H5)2、乙烯亚胺（乙烯亚胺（EI）等。它们都有含有一个或多个）等。它们都有含有一个或多个不稳定的烷基（不稳定的烷基（C2H5），这些烷基能移到电子），这些烷基能移到电子密度较高的其他分子中去，密度较高的其他分子中去，这种通过烷基置换这种通过烷基置换其它分子的氢原子的作用，叫做烷化作用。其它分子的氢原子的作用，叫做烷化作用。烷烷化剂就是通过这种烷化作用而改变基因的分子化剂就是通过这种烷化作用而改变基因的分子结构，从而造成基因突变。结构，从而造成基因突变。5858如如如如甲基黄酸乙脂甲基

46、黄酸乙脂甲基黄酸乙脂甲基黄酸乙脂（EMSEMS）,氮芥氮芥氮芥氮芥(NM),(NM),甲基黄酸甲脂甲基黄酸甲脂甲基黄酸甲脂甲基黄酸甲脂（MMSMMS）,亚硝基胍亚硝基胍亚硝基胍亚硝基胍（NGNG）等，它们的作用是使碱基）等，它们的作用是使碱基）等，它们的作用是使碱基）等，它们的作用是使碱基烷基化，烷基化，烷基化，烷基化，EMSEMS使使使使GG的第的第的第的第6 6位烷化，使位烷化，使位烷化，使位烷化，使T T的第的第的第的第4 4位上烷化，位上烷化，位上烷化，位上烷化，结果产生的结果产生的结果产生的结果产生的O-6-E-GO-6-E-G和和和和 O-4-E-T O-4-E-T分别和分别和分别

47、和分别和T T、GG配对，配对，配对，配对，导致导致导致导致GG C C对转换成对转换成对转换成对转换成A A T T对；对；对；对；T T A A对转换成对转换成对转换成对转换成C C GG5959 碱基类似物：碱基类似物：5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（Bu）、）、5-溴脱氧溴脱氧尿核苷（尿核苷（BudR）、）、2-氨基嘌呤（氨基嘌呤（Ap）等。前二）等。前二者是胸腺嘧啶（者是胸腺嘧啶（T）的类似物，后）的类似物，后 一种是腺嘌呤一种是腺嘌呤（A）的类似物。）的类似物。其作用机理是它们的分子结构与基因分子的其作用机理是它们的分子结构与基因分子的碱基相似，它们在不妨碍基因复制的情况下作碱基相似，它们

48、在不妨碍基因复制的情况下作为组成基因的成分参入到基因分子中去。由于为组成基因的成分参入到基因分子中去。由于它们与碱基不同，它们会在复制时发生偶然配它们与碱基不同，它们会在复制时发生偶然配对上的差错，从而导致基因突变。对上的差错，从而导致基因突变。6060如：如：5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶和和T很相似，仅在第很相似，仅在第5个碳元个碳元子上由子上由Br取代了甲基取代了甲基 5-BU有，有，酮式，烯醇式两种异构体，可分别与两种异构体，可分别与A及及G配对结合配对结合6161 抗生素：重氨丝氨酸、丝裂霉素抗生素：重氨丝氨酸、丝裂霉素抗生素：重氨丝氨酸、丝裂霉素抗生素：重氨丝氨酸、丝裂霉素C C，它们具有，

49、它们具有，它们具有，它们具有破坏基因分子结构的能力，因而造成染色体的断裂。破坏基因分子结构的能力，因而造成染色体的断裂。破坏基因分子结构的能力，因而造成染色体的断裂。破坏基因分子结构的能力，因而造成染色体的断裂。目前少用。目前少用。目前少用。目前少用。诱变方式诱变方式妨碍妨碍DNADNA某一成分的合成某一成分的合成DNADNA结构变化。如结构变化。如5-5-氨基尿氨基尿嘧啶（妨碍嘧啶的合成）嘧啶（妨碍嘧啶的合成）如如6-6-巯基嘌呤（妨碍嘌呤合成）巯基嘌呤（妨碍嘌呤合成）碱基类似物替换碱基类似物替换DNADNA分分子中的不同碱基子中的不同碱基碱基对改变。碱基对改变。碱基类似物：碱基类似物：5-

50、5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5BU5BU）替换替换直接改变直接改变DNADNA某些特定的结构某些特定的结构烷化剂：烷基烷化剂：烷基与碱基结合与碱基结合改变氢键的结合能力改变氢键的结合能力T-T-烷基鸟嘌呤烷基鸟嘌呤TGTTGT（腺腺嘧啶）（腺腺嘧啶）ATAT（GC-ATGC-AT的替换）的替换）6262（三）（三）生化突变生化突变1 1、红色面包霉的生化突变型、红色面包霉的生化突变型、红色面包霉的生化突变型、红色面包霉的生化突变型 Beadle Beadle红色面包霉的红色面包霉的红色面包霉的红色面包霉的生化突变型生化突变型生化突变型生化突变型 野生型：基本培养基野生型：基本培养基野生型：基本培养