基因突变和损伤修复(2)

1、关于基因突变与损伤修复 (2)第一张，PPT共六十一页，创作于2022年6月第一节 基因突变概说基因突变（gene mutation）:基因的核苷酸顺序或数目发生改变。点突变（point mutation）：仅涉及DNA分子中单个碱基的改变。是新基因的唯一来源，是生物进化的原始材料。突变体(mutant)：具有突变表型的细胞或个体。概念染色体结构变异染色体数目变异染色体畸变点突变基因突变(狭义)突变(广义)第二张，PPT共六十一页，创作于2022年6月类型 根据突变的表型: 形态突变：突变影响生物的形态结构。导致形状、大小、色泽等的改变，这类突变在外观上可以看到，又称为可见突变。 生化突变：突

2、变影响生物的代谢过程，导致一个特定生化功能的改变或丧失。 致死突变：突变主要影响生物个体的生活力。分为显性致死和隐性致死。 条件致死突变：在一定条件下致死，而在另一些条件下成活的突变。基因总是执行一种特定的生化过程，故可以说几乎所有基因突变都是生化突变。第三张，PPT共六十一页，创作于2022年6月形态突变（morphological mutations）突变导致形态结构，如形状、大小、色泽等的改变。 普通绵羊的四肢较长，而突变体安康羊的四肢很短。 普通水稻株高一般在1.50m以上，矮秆突变体2080cm。又称为可见突变（visible mutations）第四张，PPT共六十一页，创作于20

3、22年6月第五张，PPT共六十一页，创作于2022年6月苹果第六张，PPT共六十一页，创作于2022年6月人类的白化症第七张，PPT共六十一页，创作于2022年6月生化突变（biochemical mutations） 突变主要影响生物新陈代谢过程，导致特定的生化功能的改变或丧失。 如细菌的营养缺陷型 第八张，PPT共六十一页，创作于2022年6月致死突变（合子致死）举例第九张，PPT共六十一页，创作于2022年6月 根据遗传信息的改变: 1）同义突变（same sense mutation） :碱基序列的改变没有引起产物氨基酸序列的改变,与密码子的简并性有关。即碱基取代后产生的新密码可能仍然

4、编码原来的氨基酸。模板 TTTmRNA AAAaa 赖氨酸 赖氨酸 TTCAAG第十张，PPT共六十一页，创作于2022年6月 由于密码子具有简并性，个别碱基的替换也有可能不改变密码子的意义，这种突变称为沉默突变。UUAUUGCUUCUCCUACUG 这6个密码子都编码亮氨酸（leu）第十一张，PPT共六十一页，创作于2022年6月2）无义突变（nonsense mutation） :某个碱基的改变使编码某种氨基酸的密码子变成了终止密码子，使蛋白质合成提前终止，因而蛋白质产物一般是没有活性的。第十二张，PPT共六十一页，创作于2022年6月 有义密码子变为无义密码子，造成蛋白质合成的提前终止。

5、 mRNA UACUAA (终止密码子) 这种突变又称为无义突变。 无义突变对生物体的影响较大，很可能导致死亡。 无义突变若发生在阅读框的开始，后果严重，若发生在阅读框的后部，影响会小一些。第十三张，PPT共六十一页，创作于2022年6月3）错义突变(missense mutation)： 碱基序列的改变引起了产物氨基酸序列的改变。 有些错义突变严重影响蛋白质活性甚至完全无活性，从而影响了表现型。如果该基因是必须基因，则称为致死突变。 有些错义突变的产物仍有部分活性，使表型介于野生型与突变型之间的中间类型，称为渗漏突变。 有些错义突变不影响或基本上不影响蛋白质的活性，不表现明显的性状变化，称为

6、中性突变。第十四张，PPT共六十一页，创作于2022年6月第十五张，PPT共六十一页，创作于2022年6月 移码突变移码突变（frameshift mutation）：指一对或少数几对相邻碱基的增加或减少，导致这一位置以后的一系列密码发生移位错误的突变。遗传效应若读码框间插入或缺失的碱基对数是3的整数倍，则所表达的多肽链就插入或丢失了某一个或几个氨基酸。若插入或缺失的是12个碱基对，则会使插入/缺失位点之后的密码错位，导致多肽链中氨基酸序列的大幅度改变。如果同时发生插入和缺失的双重突变，且插入和缺失的碱基数目相等，则二者可以相互抑制突变产生的遗传效应，即第二次移码突变能校正第一次移码突变打乱的

7、密码顺序。第十六张，PPT共六十一页，创作于2022年6月原模板链 3CTT CTT CTT CTT CTT CTT5mRNA的序列 5GAA GAA GAA GAA GAA GAA3氨基酸顺序 glu glu glu glu glu glu开始处插入一个C 3CCT TCT TCT TCT TCT TCT T5mRNA的序列为 5GGA AGA AGA AGA AGA AGA A3氨基酸顺序 gly arg arg arg arg arg 改变了蛋白质中所有氨基酸的组成 第十七张，PPT共六十一页，创作于2022年6月移码突变也可以造成无义密码子，导致蛋白质合成的提前终止如原模板 TTC G

8、AT CGT CCA TCAmRNA AAG CUA GCA GGU AGU插入一个碱基 TTC GAC TCG TCC ATC A突变后的mRNA AAG CUG AGC AGG UAG U第十八张，PPT共六十一页，创作于2022年6月 根据突变发生的原因:1)自发突变（spontaneous mutation）：在自然情况下发生的突变。2)诱发突变（induced mutation）：人们有意识地利用物理、化学诱变因素引起的突变 。第十九张，PPT共六十一页，创作于2022年6月基因突变的频率及时期基因突变的频率（突变率，mutation rate）： 突变体占观察个体总数的比率 ，或一

9、定数目的配子中，突变配子所占的比例，称为突变率。在自然条件下，基因突变的频率非常低，高等生物为10-510-8，细菌中为10-410-10。在一定条件下，各种生物、各种基因其自发突变率是相对稳定的，但不同生物、不同基因的突变率有很大差异 。诱发突变率因诱发因素和诱发物种的不同而变化很大。第二十张，PPT共六十一页，创作于2022年6月第二十一张，PPT共六十一页，创作于2022年6月生物类型突变时期显性突变（aA）隐性突变（Aa）高等生物性细胞突变当代表现突变性状。突变当代不表现突变性状，其自交后代才可能表现突变性状。体细胞突变当代表现为嵌合体，镶嵌范围取决于突变发生的早晚，与原性状并存。突变

10、当代不表现突变性状，往往不能被发现、保留或稀释。低等生物(单倍体)有性生殖表现突变性状表现突变性状无性生殖表现突变性状表现突变性状基因突变时期与性状表现第二十二张，PPT共六十一页，创作于2022年6月第二十三张，PPT共六十一页，创作于2022年6月随机性：可发生在体细胞和生殖细胞中。 生殖细胞的突变频率高于体细胞。体细胞突变在显性或纯合状态才能表现，出现嵌合体。稀有性 ：突变率是很低的。 高等动植物10-510-8，细菌10-410-10，反应了物种的基因的相对稳定性。基因突变的一般特征第二十四张，PPT共六十一页，创作于2022年6月重演性：相同的基因突变可以在同种生物的不同个体间重复发

11、生，这种现象称为重演性。 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。基因突变的平行性：亲缘关系相近的物种因遗传基础较近似而发生相似的基因突变的现象。 根据这一特性，当了解到一个物种或属内具有哪些突变类型，即可预见近缘的其它物种或属也同样存在相似的变异类型，对人工诱变有一定的参考意义。第二十五张，PPT共六十一页，创作于2022年6月可逆性A. 野生型基因 突变型。 B. 回复突变率一般低于正突变率。C. 真正的回复突变很少发生。D. 回复突变的有无是区别基因突变与染色体缺失或重复的标志。 正突变回复突变第二十六张，PPT共六十一页，创作于2022年6月正突变

12、率u,回复突变率v.大多数情况下，uv。野生型基因内部每一个突变子都可能发生改变而导致基因突变突变了的那个位点恢复原状才能使该基因回复为野生型。大肠杆菌中 his+ his- 210-6 his- his+ 410-8。 第二十七张，PPT共六十一页，创作于2022年6月突变的多方向性和复等位基因 同一基因可突变为多个等位基因。突变的基因可以再突变。这一系列的等位基因就叫做复等位基因。这是由于同一座位内的不同位点上的结构发生变化产生的。Aa1a2a3Aa第二十八张，PPT共六十一页，创作于2022年6月突变的有害性和有利性。 一般，有害突变多，有利突变少。对生存有利的突变：如抗逆性，抗药性、植

13、物矮秆突变(抗倒伏)、果蝇残翅突变(抗飓风)、鸡的卷羽(抗高热)等。对人类有利的突变：如雄鼠不育突变；作物成熟子粒不落突变；家畜肌肉多骨头少等。中性突变(neutral mutation)指突变型的性状变异对生物个体生活力与繁殖力没有明显的影响，在自然条件下不具有选择差异的基因突变。第二十九张，PPT共六十一页，创作于2022年6月突变的有害性有利性是相对的 在一定的条件下，突变的效应可以转化 高杆作物群体中出现矮杆的突变体. 有的突变对生物本身有害，却对人类有利 玉米、水稻、高粱等作物的雄性不育性，是人们利用杂种优势的好材料。 有些突变对生物本身有利，却对人类不利。 谷类作物的落粒性.第三十

14、张，PPT共六十一页，创作于2022年6月第三十一张，PPT共六十一页，创作于2022年6月 例： 5-BU是胸腺嘧啶(T)的结构类似物，酮式结构易与A配对，烯醇式结构易与G配对。一、 碱基类似物 第二节 点突变的诱变机制ATA5-BU(酮式)G5-BU (烯醇式)GC TA AT A5-BU(酮式)GC G5-BU (烯醇式)A5-BU(酮式)AT CG GC第三十二张，PPT共六十一页，创作于2022年6月 2-AP（2-氨基嘌呤）是腺嘌呤的类似物，既可与T配对，也可与C配对。AT 2-APT2-APCGCGC2-APC 2-APT AT第三十三张，PPT共六十一页，创作于2022年6月（

15、1）烷化剂: 甲磺酸乙酯(EMS)、亚硝基胍(NG)等。通过改变碱基结构使碱基错配。当G烷基化后可与T配对，导致碱基转换。 GCAT。 或：烷化剂使嘌呤脱落，造成转换、颠换；DNA链的断裂或交联。二、 碱基改变第三十四张，PPT共六十一页，创作于2022年6月（2）嵌入剂 例： 吖啶橙、吖啶黄素、原黄素等碱基对的类似物，易造成移码突变。第三十五张，PPT共六十一页，创作于2022年6月（1）紫外线： 产生环丁烷嘧啶二聚体和6-4光产物。 双链间形成，阻碍DNA的复制。同一链上相邻T间形成，阻碍碱基的正常配对和腺嘌呤的正常掺入，使复制在这个点上停止或错误进行，产生碱基顺序改变了的新链。三、 碱基

16、损伤 （2）黄曲霉(B1)的作用 使鸟嘌呤G脱落，SOS修复引入A, 造成GCAT。第三十六张，PPT共六十一页，创作于2022年6月四、 基因的定点突变1）寡核苷酸诱导的基因定点突变 将某基因克隆到载体上人工合成含有突变位点的一对引物（突变位点位于引物中心附近，两端有足够的序列足以互补配对）PCR扩增Dpn酶切将突变DNA转入受体筛选重组子。GmATCCTmAG第三十七张，PPT共六十一页，创作于2022年6月2）双引物法 将某基因克隆到载体上人工合成一对互补的含有突变碱基的引物在基因的上游和下游各设计一个引物，分别与突变位置处的一个引物进行PCR扩增两个PCR产物混合延伸后就可获得有特定位

17、点突变的基因。第三十八张，PPT共六十一页，创作于2022年6月 第三节 自发突变的机制一、 DNA复制错误(errors of DNA replication) a 转换 b 颠换 A T G C第三十九张，PPT共六十一页，创作于2022年6月C 移码突变：增加或减少一个或几个碱基对的突变，引起密码编组的移动。d 缺失和重复突变e 插入突变 （转座子）第四十张，PPT共六十一页，创作于2022年6月二、自发损伤 a 脱嘌呤：碱基和脱氧核糖间的糖苷键受到破坏，从而引起一个鸟嘌呤或腺嘌呤从DNA分子上脱落下来。 b 脱氨基：如胞嘧啶脱氨基后变成尿嘧啶。UA, 结果GCAT。三、 氧化损伤： O

18、2-，OH-，H2O2可对DNA造成损伤。第四十一张，PPT共六十一页，创作于2022年6月第四节 动态突变 在基因的编码区、3或5非编码区、启动子区、内含子区出现的三核苷酸重复，及其他长短不等的小卫星、微卫星序列的重复拷贝数，在减数分裂或体细胞有丝分裂过程中发生扩增而造成遗传物质的不稳定。亦称为基因组的不稳定性，可造成基因功能丧失或获得异常改变的产物。第四十二张，PPT共六十一页，创作于2022年6月第五节 DNA损伤修复机制DNA的防护机制 密码子的简并性回复突变抑制突变致死选择多倍体第四十三张，PPT共六十一页，创作于2022年6月DNA损伤的修复 DNA损伤是经常发生的 细胞具有多重、

19、复杂的DNA损伤修复系统。 许多损伤类型具有多种修复途径 一个修复途径可以修复多种损伤类型第四十四张，PPT共六十一页，创作于2022年6月一、光复活(photoreactivation)（原核）.概念：可见光存在的条件下，在光复活酶作用下将UV引起嘧啶二聚体分解为单体的过程。.过程 光复活酶与T=T结合形成复合物; 复合物吸收可见光切断T=T之间的C-C共价键,使二聚体变成单体; 光复活酶从DNA链解离。第四十五张，PPT共六十一页，创作于2022年6月胸腺嘧啶二聚体的形成第四十六张，PPT共六十一页，创作于2022年6月胸腺嘧啶二聚体的光修复光复活酶在黑暗中识别二聚体在蓝色光条件下，有一种

20、光激活酶可以将TT二聚体切开，使DNA结构恢复正常。光修复就是直接修复 第四十七张，PPT共六十一页，创作于2022年6月二、 切除修复（核苷酸外切修复、暗修复）（excision-repair） 在DNA内切酶、DNA聚合酶、外切酶、DNA连接酶等共同作用下，不依赖于光，将DNA受损部位部分切除，并以其中一条链为模板，合成修复。 消除由UV引起的损伤，也能消除由电离辐射和化学诱变剂引起的其他损伤。切除的片段可由几十到上万bp，分别称短补丁修复、长补丁修复。第四十八张，PPT共六十一页，创作于2022年6月切除修复（暗修复）原核生物切除12bases真核生物切除28bases第四十九张，PPT

21、共六十一页，创作于2022年6月三、错配修复系统（mismatch repair system）修复杂种DNA错配碱基及基因转变。四、 重组修复 (1)复制：以损伤单链为模板复制时，越过损伤部位，对应位点留下缺口；未损伤单链复制成完整双链。 (2)重组：缺口单链与完整同源单链重组，缺口转移到完整链，使损伤单链的互补链完整，损伤单链仍然保留。 (3)再合成：转移后的缺口以新的互补链为模板聚合补齐。第五十张，PPT共六十一页，创作于2022年6月 含二聚体的DNA仍可复制，新链在二聚体部位留有缺口； 完整的母链与有缺口的子链重组（交换） 缺口通过DNA聚合酶的作用，以对侧子链为模板将切去的母链修补

22、起来； 由DNA连接酶将缺刻(nick)连接起来，完成修复。第五十一张，PPT共六十一页，创作于2022年6月五、 SOS修复（Error prone repair，一种急救性的修复） DNA受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种DNA修复方式。 修复结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多。 故又称为错误倾向修复，使细胞有较高的突变率。 第五十二张，PPT共六十一页，创作于2022年6月第六节 基因突变的检测一、病毒和细菌基因突变的检测 利用寄主范围、生长速度、噬菌斑大小、形态等性状可检测病毒突变。 通过在培养基中添加抗生素或噬菌体即可筛选细菌抗性突变体。细菌营养缺陷型的检测：利用在完全培养基上能正