基因突变的鉴定

基因突变的鉴定 (2010-07-05 17:37:50) 转载 标签： 杂谈 一 植物形态突变的鉴定 经人工诱发或自然发生的变异是否属于真实的基因突变，是显性突变还是隐性 突变，突变频率的高低等，都应进行鉴定。 1 真实遗传变异的鉴定 变异有可遗传的变异，有不可遗传的变异。基因本身发生化学性质的变化而 引起的变异是可以遗传的，因环境条件而导致的表现型变异是不遗传的。所以， 在诱变处理材料的后代中一旦发现与原始亲本不同的变异体，首先要鉴定它是 否真实遗传。例如，在农作物诱变育种过程中，某种高杆植物经理化因素处理 后，在其后代中发现个别矮杆植株，这种变异究竟是基因突变引起的呢？还是 由环境条件引起的呢？二者如何鉴别呢？ 把变异体与原来的亲本种植在土壤条件和栽培条件均匀一致的环境下，若变 异体与原始亲本的表现大体相似，即原来的变异消失了，说明它不是遗传的变 异；反之，若变异体与原始亲本不同，仍然表现为矮杆，说明它是基因突变的 结果。 2 如何鉴别显性突变和隐性突变 利用杂交试验的方法，可以区分显性突变还是隐性突变。以上例而言，让矮 杆突变体植株与原始亲本杂交，若 F1 表现高杆，F2 中既有高杆，也有矮杆植 株，说明矮杆突变是隐性突变。若是显性突变情况又如何呢？F1 表现为矮杆， F2 中矮杆：高杆为 3：1。 3 利用花粉直感现象估算配子的突变率 为了测定玉米子粒非甜籽变为甜粒（Susu）的基因突变频率，以甜粒玉米 纯合体作母本，用经诱变处理过的非甜粒纯合体的花粉授粉。 susuSuSu 在正常情况下，非甜（Su）对甜(su)为显性，授粉后的果穗应该完全是非甜 粒种子，假如在果穗上发现甜粒种子，就可以认为是 Su 花粉经诱发处理以后发 生了 Susu 突变，并可计算出突变频率。 2 4 如何鉴别禾谷类作物的体细胞突变 稻麦等禾谷类作物有分蘖存在，经诱变处理的种子长成的植株其体细胞突变 往往只存在于个别分蘖上，因而只影响单个的穗子。假如是显性突变，很容易 在 M1 代发现，M1 按单穗分别收获，将 M1 中表现突变性状的穗子单独种植，M2 如发生分离，还必须种植 M3 代，才能确定显性植株是纯合体还是杂合体。若是 隐性突变，也必须分株、分穗收获，下一代按穗种植，即每一个 M1 穗上的子粒 种成一行（M2），突变体在 M2 代同时表现、纯合。一般地说，鉴别工作在 M2 代即可通过。当然进一步的遗传研究是另一回事。 以大麦为例，说明隐性突变的鉴别过程。假定有一大麦植株有一个分蘖发生 了隐性突变（A-a），其它分蘖保持原来的基因型（AA），但在 M1 代却没有表 型特征，M1 代成熟时按单穗分别收获，以便穗行播种。在 M2 代中，带有突变 基因的那个穗行大约有四分之一的植株表现为突变性状（aa），其余的穗行都 表现正常。隐性突变的鉴别到此就可以了。假如要做进一步的验证，可以将 M2 代按株收获，种成 M3 代株系。来自于 M1 代突变穗的那些 M3 中，将有 2/4 的株 行又分离出 1/4 的突变体，说明它们在 M2 是 Aa 杂合体；1/4 的株行完全表现 为突变性状，它们在 M2 代就是 aa 纯合体，也有 1/4 的株系全部为正常性状， 它们在 M2 代是 AA 纯合体。来自 M1 代非突变穗的那些株行当然表现为原来的性 状。 二 微生物中生化突变的鉴定 以 x-ray 或 uv 照射红色面包霉的分生孢子，可以诱发突变。让诱变过的分 生孢子与相对交配型的野生型分生孢子融合（交配），产生分离的子囊孢子。 从子囊中取出子囊孢子，分别培养在完全培养基上。突变型和野生型都能在完 全培养基上生长和发育。从完全培养基上生长起来的菌丝体又形成分生孢子。 取出一部分分生孢子培养在基本培养基上，观察他们的生长状况，若生长正常， 表示没有发生突变，如果不能生长，表明可能发生了突变。到底发生了什么突 变呢？还要继续分析。把突变型的分生孢子从完全培养基中取出来，分别培养 在加入不同氨基酸或不同维生素的培养基中。若突变型在加入了某种 aa 的基本 培养基中不能生长，说明这一突变与此 aa 无关，若突变型在加了某种 aa 的基 本培养基中能正常生长，说明该突变型是合成该种 aa 的基因发生了突变，失去 了合成这种 aa 的能力，在基本培养基（不含有这种 aa）中不能生长，若加入 该种 aa，突变体就能生长。若该突变体在含有赖氨酸（lys）的基本培养基中 能够生长，就将其命名为 lys 营养缺陷型，或赖氨酸依赖型（lys-），对应的 野生型用 lys+表示之。 三 果蝇中突变基因的检测 Morgan 等人在小小的果蝇中发现了几百种突变型，并用于遗传学研究。但是定 量地检测新突变，还有赖于 Morgan 的学生 Muller 所发展的几种独创性技术。 现介绍用 Muller-5 技术检出果蝇 x-chr.上的隐性突变，特别是致死突变的步 骤。Muller-5 品系，是人工创造的一个果蝇品系。它的 X-chr.上带一个棒眼基 3 因 B，一个杏色眼 wa 和一个倒位区段。倒位区段的存在可以抑制杂合体的交换 重组。 用经诱变处理的雄蝇，与 Muller-5 品系雄蝇杂交，得到子一代后再做单对交配， 看 F2 代的分离情况。如有致死突变，子二代中没有野生型雄蝇，如有隐性的形 态突变，则除 Muller-5 雄蝇外，还可出现具有突变性状的雄蝇。 这个技术的缺点： 1 只能检出完全致死的隐性基因。 2 有时 Y 染色体上有些正常作用的基因可能降低 X 染色体上的致死效应，给 结果带来误差。 这个技术的优点： 1 子二代中有野生型还是没有野生型可以客观地决定。 图，用 Muller-5 技术检测 X 连锁隐性致死突变和隐性可见突变 P. Muller-5 雌蝇，X 染色体纯合，B.wa 及倒位区段均纯合。 F1.F1蝇与 F1蝇做单对交配。雄蝇不发生交换，只产生两种配子，雌蝇中 由于有倒位区段存在，也不发生交换，只产生两种配子。 F2 如果可测定的雄蝇带来的 X 染色体上没有隐性致死突变，F2 将出现 1：1：1：1 的比例。若 X 染色体上发生了隐性致死突变，F2 将没有野生型蝇， ：=2：1，每一个单对交配的 F2 群体代表了一个 X 连锁的隐性致死突变。 若 X 染色体上发生了隐性的形态突变，野生型蝇便成为突变型蝇。 2 致死基因 e 存在于子二代杂合体蝇中，供进一步研究使用，而不会马上 丢失。 3 可研究致死基因（e）在杂合体中的作用。 4 同样的方法可以检测隐性可见突变。 利用平衡致死系统，还可以检测常染色体上的突变基因。 有一果蝇品系，一条第 2 染色体上有一显性基因 C(curly,翻翅)，该基因纯合 致死，同时还有一个大的倒位区段。另一条第 2 染色体上有另一个显性基因 S(star,星状眼)，也是纯合致死的。 这就是平衡致死系统，这个系统同时又是倒位杂合体。 4 将待检测的雄蝇与平衡致死的蝇单对交配，在子一代中选取翻翅雄蝇，再与 平衡致死系统的蝇，分别饲养。在子二代中选取翻翅个体相互交配。在子三 代中： 1 如待测第 2 染色体上不带有致死基因，则有 1/3 左右的野生型。 图检测 D.melanogaster 第 2 染色体的隐性致死突变。 在 F1 选翻翅蝇（cy/+），与平衡致死系统的蝇单对交配，得到很多 F2 个 体。F2 中选翻翅个体（cy/+），这些个体都带有要检测的同一条第 2 染色体。 它们相互交配就相当于两个杂合体自交 cy+cy+。若第 2 染色体上没有发生隐 性致死突变。F3 中将出现 1/3 野生型纯合体（+/+）。2/3 翻翅杂合体（cy+）。 若第二染色体上发生了隐性致死突变，F3 中只有翻翅杂合体（cy+）。 若最初的第 2 染色体上带有致死基因，则只有翻翅果蝇。若最初的第 2 染 色体上带有隐性可见突变，则应有 1/3 左右的突变型，2/3 左右翻翅果蝇。 若第二染色体上含有半致死基因，则野生型很少。小结：从 Mendel 开始，要 知道一个基因的存在，通常要依靠这个座位上的不同等位基因所产生的不同表 现。有了相对性状的差异才能观察性状的遗传方式。如果基因没有等位上的差 异，就不能用 Mendel 遗传试验方法检查出来，只有等位基因的差异存在时，我 们才能够据此推论有某一特定基因存在。所以，基因突变为人类研究生物性状 的遗传提供了材料。换句话说，只要通过变异才能研究遗传。通过对突变基因 的研究，综合分析大量资料，又可以阐明基因的功能及其作用。 例如，在红色面包霉中，有一个突变型（a），给它提供精氨酸（Arg）才能正 常生长，否则就不能合成蛋白质。这说明它丧失了合成 Arg 的能力。 另一个突变型（c）在有 Arg 的培养基中能够生长，但不给 Arg 而只给瓜氨酸也 能生长，这说明它能利用瓜氨酸合成精氨酸。 第三个突变型（o）在有瓜氨酸或精氨酸的培养基上能够生长，但不给这两种物 质而只给鸟氨酸也能生长。这说明它能利用鸟氨酸最终合成精氨酸。 根据对上述几个突变型的研究，可以推论精氨酸的合成步骤与基因的关系： 从鸟氨酸到精氨酸的合成至少需要 A、C、O 三个基因，其中任何一个发生突变， 就不能合成精氨酸，突变型（a）不能合成精氨酸不是体内不存在前体物瓜氨酸 而是没有基因 A 。突变型（c）不能合成瓜氨酸是因为没有基因 C，只要给它提 供瓜氨酸，它就能合成精氨酸，说明它含有基因 A。突变型（o）不能合成鸟氨 酸是因为没有基因 O，只要为它提供鸟氨酸，它就能合成瓜氨酸和精氨酸，说 明它含有基因 C 和 A。根据对生化突变的研究，说明基因是通过酶的作用来控 制性状的。1941 年，Beadle 提出了“一个基因一个酶”的假说。该一假说把基 因与性状