《突变和重组机》PPT课件.ppt

第十章 突变和重组机理,10.1 突变的分子基础,10.1.1 碱基类似物的诱发突变,碱基替换(base substitution)：一个碱基对被另一碱基对 替换。包括转换(transtion)和颠换(transversion)。,移码突变(frameshift mutation)：增加或减少一个或几 个碱基对。,Base analogues 可以在DNA复制中代替某种碱基，引 起配对错误，从而由一种碱基对代替另一种碱基对。,5-溴尿嘧啶(5-bromouracil,BU)是胸腺嘧啶的结构类似物。,A,T,A,T,A,BU,G,BU,A,T,A,BU,G,C,G,C,G,BU,A,BU,A,BU,G,C,G,C,A,T,2-氨基嘌呤(2-aminopurine)可取代腺嘌呤与T配对,A,T,AP,T,A,T,A,T,AP,C,G,C,AP,T,叠氮胸苷(AZT, azidothymidine)：T的类似物,是用于治疗爱滋病(acquired immunodeficiency syndrome) 的一种药物。,HIV-1,人的细胞,反转录,RNA,cDNA,整合入宿主DNA,新病毒,AZT在病毒RNADNA的阶段是反转录酶的底物，但 在细胞中却不是DNA聚合酶的合适底物。这样AZT的 作用是一种选择性的毒物，可以抑制病毒cDNA的产物 ，阻断新的病毒的合成。,10.1.2 改变DNA化学结构的诱变剂,亚硝酸(nitrous acid,HNO2)：具有氧化脱氨作用。,A,H,HNO2,C,U,HNO2,G,HNO2,X,C,G,NA,U,A,A,T,A,T,NA,H,C,C,G,发生碱基转换,烷化剂,烷化剂是目前应用最广泛而有效的诱变剂。最常用的有 甲基磺酸乙酯(EMS)、甲基磺酸甲酯(MMS)、亚硝酸胍等。 它们都带有一个或多个活泼的烷基，这些烷基能够移到 其他电子密度较高的分子中去，是碱基许多位置上增加 了烷基，从而多方面改变氢键的结合能力。,烷化作用主要发生在碱基的N1、N3、N7位置上。最容易发生 在G的N7位置上，形成7-烷基鸟嘌呤。 7-烷基鸟嘌呤可与胸 腺嘧啶配对，从而产生GCAT的转换。,烷化作用可使DNA的碱基容易受到水解而从DNA上裂解下来， 造成碱基的缺失。从而引起碱基的转换与颠换及移码突变。,结合到DNA分子上的化合物（插入突变剂）,(Intercalating mutagents),包括原黄素(proflavin)、acridine orange等。 它们通过插入到DNA双螺旋双链或单链的两个相 邻的碱基之间，起到插入诱变的作用，这种突变 往往是移码突变。,Acridine类诱发突变的一个重要特征是，acridine 化合物所诱发的突变型能用acridine来使之回复， 但不能有碱基类似物使之回复,TACGA ATCGGGTATT,ATGCT TAGCCCATAA,TACGA ATCGGGTATT,ATGCT TAGCCCATAA,C G,染料分 子嵌入,复制,插入一个碱基对,移码突变,辐射的诱变作用,紫外线（ultraviolet light，UV）：能使DNA产生两种 光生成物环丁烷嘧啶光二聚体和6-4光生成物。,胸腺嘧啶二聚体通常发生在同一DNA链上两个相临 的胸腺嘧啶之间，也可发生在不同单链之间，这种 二聚体是很稳定的。,阻碍单链分开，影响复制,复制,在胸腺嘧啶对应处随意渗入碱基， 引起突变。,黄曲霉素B1(aflatoxin B1,AFB1),在鸟嘌呤N-7位置上形成一个加成复合物进而产生 无嘌呤位点。它要求SOS系统参与，SOS越过这些 无嘌呤位点并在其对应处选择性插入腺嘌呤。,A C G T A,T G C A T,AFB1,A C T A,T G C A T,复制,A C G T A,T G C A T,A C T A,T G A A T,复制,A C T T A,T G A A T,基因突变与氨基酸顺序,同义突变(same sense mutation)：密码子发生改变， 但所编码的氨基酸不变。 错义突变(missense mutation)：DNA中碱基对替换， 使mRNA的某一密码子改变，由它所编码的氨基酸 不同。很多错义突变造成蛋白质的部分或完全失活， 从而表现出突变性状。 无义突变(nonsense mutation)：碱基替换改变了 mRNA上的一个密码子，成为3个密码子UAG， UAA和UGA中的一个时，就出现无义突变。,突变热点(hot spots of mutation) 和增变基因(mutator genes),突变位点在基因内的分布并不是随机的，某些位点 上突变型很多，其突变率大大高于平均数。这些位 点就称为突变位点。,形成突变位点的最主要原因是5-甲基胞嘧啶(MeC)的 存在。,MeC,诱变剂,氧化脱氨,T,短的重复序列也容易形成突变热点。因为这些地方 容易发生插入或缺失，这是由于DNA复制时发生模 板链与新生链之间碱基配对的滑动造成的。,增变基因(mutator genes)：基因组中某些基因的 突变可使整个基因组的突变率明显上升，这类基因 称为增变基因。,增变基因主要有两类：DNA多聚酶的各个基因和 Dam基因。,10.2 重组的分子基础,10.2.1 非相互重组(non-reciprocal recombination),特点：1. 重组的产物不互补，遗传信息不对称交流。 2. 等位基因严重偏离孟德尔比率。,基因转换(gene conversion),Neurospora 的 杂交子囊类型, ,子囊类型,分裂类型, , , , , , ,MI MI MII MII MII MII,非交换型,交换型,Neurospora 中 pdxp pdx 杂交，其中个子囊的结果,孢子对,第一对 第二对 第三对 第四对,子囊, , pdxp pdx pdx pdx pdxp pdxp pdxp pdx pdx pdxp pdx pdx ,pdx,pdxp,pdx,pdxp,pdx,pdx,pdx,pdxp,pdxp,pdx,pdxp,基因转变：在减数分裂过程中，一个等位基因转变为 另一等位基因的现象。,特征： 具高保真性，即转换后的等位基因 与转换者完全相同。 转换事件往往与邻位的交换事件相 伴而生。交换频率比转换频率高好 几倍，且涉及到相同的染色单体。 转换会提高相邻交换的负干涉系数。 极性化分离。,减数后分离(post-meiotic segregation)：其异常分离在重组过 程中形成的杂合双链DNA分子没有得到及时较正，在随后 有丝分裂中随着DNA复制和染色单体分裂所致。,Olive等对粪生粪壳菌 (soxdoria fimicola)的研究：,gA ga, , , , ,如果染色体中每一条双 链都是纯合互补，则减 数分裂产生的 4 个子囊 孢子再经一次有丝分裂 产生的 8 个孢子不论是 否发生重组都应当是相 同的基因型成对排列。 因此异常分离一定是有 异源上链的存在。这种 异常分离是有丝分裂的 产物，故称为减数后 分离。,遗传重组的机制,5.3.1 交叉型学说(chiasmatype theory),1909年由Janssens 提出,5.3.2 模板选择假说(copy choice hypothesis),1955年由Lederberg提出,特点：不主张交换是断裂、再接过程,交换是断裂、 再接的过程,噬菌体DNA,A品系,+ +,c mi,B品系,复感染,轻培养,13C 和 15N 重标记,12C 和 14N 轻标记,裂解，密度 梯度离心,c +,c mi+个体必定 是通过两个标 记基因之间发 生交换而产生 的。由于mi+位于标记轻链 的末端所以重组后代的染色体大部分是是重标记。,Holliday 模型(hybrid DNA model),Robin Holliday于1964年提出了重组的杂合DNA模型,A B,a b,A B,a b,A B,a b,A B,a b,A B,a b,A,B,a,b,A,B,a,b,A,B,a,b,A,B,a,b,A,B,A,B,a,b,a,b,A,b,a,B,横切,纵切,A g+,A g+,a g,a g,44 正常分离,未重组，无 异源双链,A g+,a g,a g,a g+,A g+,A g,A g+,a