基因突变课件

第八章基因突变

Chapter8GeneMutation

基因突变（genemutation）：是指一个基因内部可以遗传的结构改变，又称点突变（pointmutation）。

具有某种突变表型的细胞或个体称为突变体（mutant）。根据突变引起的表型特征，可分为：Classificationbyphenotypeofmutations1.形态突变（morphologicalmutation）指能造成生物体外形改变的突变。又称可见突变(visiblemutation)。如形状(shape)、大小(size)、色泽(color)等。2.致死突变（lethalmutation）指能造成个体死亡的突变。根据致死能力可分为：

全致死突变型（90％以上死亡）

亚致死突变（50%~90%％死亡）

半致死突变（10%~50%死亡）

弱致死突变（10%以下死亡）根据致死基因的性质分为

显性致死和隐性致死根据致死基因作用的时期分为

配子期致死合子期致死胚胎期致死3.条件致死突变（conditionallethalmutation)指在一定条件(restrictiveconditions)下表现致死效应，而在其它条件(permissiveconditions)下可以存活的突变。5.丧失功能突变（Loss-of-functionmutations）

完全丧失基因功能的突变——无效突变（nullmutation）

部分丧失基因功能的突变——渗漏突变（leakymutation）根据突变发生的部位，可分为:1.体细胞突变(Somaticmutations)

突变发生在体细胞，不能遗传。2.生殖细胞突变(Gametic

mutations)

突变发生在配子细胞或配子生成组织。Somaticmutationsarenottransmittedtoprogeny,butgerminalmutationsmaybetransmittedtosomeorallprogeny根据突变基因的性质，可分为:1．大突变：控制质量性状基因的突变２．微突变：控制数量性状基因的突变

二、基因突变的一般特征

Characteristicsofmutations1.随机性(randomicity)

突变发生的时期(time)、部位(position)和方向(direction)是随机的。有些区域比另一些区域更容易突变它们被称为突变的热点(hotspots)。二核苷酸5-CmG-3是一个突变热点,其中5-甲基胞嘧啶常常自发脱氨基而变成5-TG-3。

如：软骨发育不全由常染色体显性基因控制，在94075个活产儿中，有10为本病患者，其中2例双亲之一患病，其余8例双亲正常，则该基因的突变率为：

(10－2)／2(94075－2)＝4.210-5

无性生殖的生物：突变率用每一细胞世代中每一细菌发生突变的概率表示。即：细菌一次分裂过程中的突变次数／细菌总数。3.

可逆性(reversibility)基因突变是可逆的。根据基因突变的效应可分为正向突变、回复突变和抑制突变。正向突变(forwardmutation)：个体由正常(野生型)表型改变为突变表型的突变。

在多数情况下，正向突变率总是高于回突变率。如：his+his-，但由缺失而引起的突变不能回复。2×10-64×10-8

抑制突变(suppressivemutation)：某一座位上突变产生的表型效应被另一座位上的突变所抑制，使突变体又恢复为正常表型。××突变型突变型m-m+m+m+m-su+

野生型野生型野生型野生型全部野生型若干突变型m-su+m-su-m+su+

真正的回复突变抑制因子突变5.重演性同一突变可以在同种生物的不同个体间多次发生6.有害性和有利性

大多数基因的突变，对生物的生长和发育往往是有害的。有些基因仅控制一些次要性状，即使发生突变，也不会影响生物的正常生理活动，这类突变称为中性突变。

少数突变不仅对生物的生命活动无害，反而对它本身有利，例如抗病性，优质，早熟性等→有利突变7.平行性

亲缘关系相近的物种因遗传基础比较近似，往往发生相似的基因突变。这种现象称为突变的平行性。根据一个物种或属内具有的变异类型，就能预见到近缘的其他物种或属也同样存在相似的变异类型。三、突变子的检出Detectionofmutations

1.E.coli突变的检出(DetectioninBacteria)

合成代谢功能突变型(营养缺陷型)E.coli突变型分解代谢功能突变型抗性突变型(显性突变)影印培养法检出营养缺陷突变型

野生型分生孢子完全培养基培养基本培养基培养补充培养基培养鉴定X射线或紫外线2.真菌营养缺陷型的检出(DetectioninFungi)Induction,isolation,andcharacterizationofanutritionalauxotrophicmutationinNeurospora

3.果蝇突变的检出

（1）性连锁突变的检出

ClB法：

Ｃ—Ｘ染色体上一个大的倒位；ｌ—隐性致死突变；Ｂ—显性棒眼基因。XXＣｌＢ♀♂♂♀单对交配？♀♂

待测雄蝇ＣｌＢ

ＣｌＢ

野生

ＣｌＢ

突变死亡野生致死♀:♂=2:1全♀(2)Muller-5methodXXＢwa

Ｂwa♂♀单对交配♀

待测♂蝇突变野生或致死ＢwaMuller-5♀蝇ＢwaＢwa

Ｂwa

ＢwaＢ：棒眼

wa：杏色眼♂（2）果蝇常染色体突变的检出

——利用平衡致死品系

Cy——翘翅基因Ｓ——星状眼基因

C——大倒位位于第二染色体上，均有纯合致死作用。+S+SCy+Cy+×+SCy+CCCCy++SXXCy+Cy++S♀♂♂♀单对交配XCy+Cy+♀♂Cy+Cy+

Cy+Cy+死亡

翘翅待测雄蝇

突变野生或致死4.二倍体生物突变的检出

显性突变：二倍体生物的显性突变检出比较容易，但一般要经两次自交，到第三代才可获得纯合体。

隐性突变：不易表现，但一经表现便可稳定遗传。

ddDDDdDdDDDdddDDDdddDDDDDddddd

显性突变隐性突变

F1F2F3

最早建立玉米突变检测体系的是LewisStadlercc×CC♀♂

无突变，胚乳基因型应为ccC(有色)

有突变，胚乳基因型应为ccc(无色)Stadler'smethodfordetectinggerminalmutationsisnowcalledthespecific-locus

test.

5.人类基因突变的检出

——家系分析法(pedigreeanalysis)Pedigreeshowingthattheinitialoccurrenceofanautosomaldominantmutationforcataract(白内障)oftheeyePedigreeshowingthattheneurofibromatosis(纤维神经瘤)mutationmusthavebeeninthegermlineofIII-8orIII-9.MutationtoX-linkedrecessivehemophilia(血友病).

四、基因突变及其分子机制(一)突变的分子基础frameshiftmutationdeletionmutation

basesubstitutiontransitionstransversionstransitionsandtransversions（二）碱基替换与氨基酸顺序根据碱基替换后氨基酸顺序是否发生改变可分为:１.同义突变(samesensemutation)

改变后的密码子仍编码同一种氨基酸的突变，这是因为密码子有简并性。２.错义突变(missensemutation)

又称歧义突变，指由于碱基替换使一种氨基酸的密码子改变成为另外一种氨基酸的密码子的突变，大多数的突变属于此类。

不影响蛋白正常功能的错义突变称为中性突变（neutralmutation）

同义突变和中性突变都不影响蛋白质功能，称为沉默突变（silentmutation）３.无义突变(nonsensemutation)

指由于碱基替换而使其某一编码子突变为终止密码子（UGA,UAG,UGG）。４.延长突变(elongationmutation)

指由于碱基替换使终止密码子突变为编码子，肽链延长。与无义突变刚好相反。如：人的镰形细胞贫血症即由碱基替换引起。６７８正常碱基序列…GAAGAAAAA…正常氨基酸序列

(HbA)谷谷赖

HbS

GUA(缬)HbSiriragAAA(赖)HbLuheCAA(谷胺)

正常红细胞镰刀形细胞正常血红蛋白的链由141aa组成，HbConstantSpring的链由172aa组成，原因就是UAA

CAA。

DNA复制错误自发化学损伤

转座因子自然环境脱嘌呤(depurination)脱氨基(deamination)氧化损伤碱基(oxidativelydamagedbases)(三)自发突变的分子机制

Molecularbasisofspontaneousmutations原因1.DNA复制错误(ErrorsinDNAreplication)碱基互变异构作用TT★A

AT★GCGTATATATA变构T酮式状态T★烯醇式状态碱基互变异构作用CC★G

GC★ATACGCGCGCG变构C氨基状态C★亚氨基状态2.自发的化学损伤(Spontaneouslesions)(1)脱嘌呤作用(Depurination)

(2)脱氨基作用(deamination)(3)氧化损伤(Oxidativelydamagedbases)

过氧化物原子团(O2-)、(H2O2)、(-OH)等需氧代谢的副产物都是有活性的氧化剂，它们可导致DNA的氧化损伤，T氧化后产生T－乙二醇，G氧化后产生8-氧-7,8二氢脱氧鸟嘌呤、8-氧鸟嘌呤(8-O-G)或“GO”，GO可和A错配，导致GC→TA。3．其他因素转座因子、环境因素、不等交换(四)诱发突变的分子机制Molecularbasisof

inducedmutations

1.物理诱变因素及其诱变机理

(1)非电离辐射——紫外线(Ultraviolet)作用：形成嘧啶二聚体，主要是Ｔ＝Ｔ，它使DNA分子扭曲，影响正常的复制和转录，严重时可致死。也可能使ＤＮＡ复制差错而诱发突变。(2)电离辐射(Ionizingradiation)主要有X射线、射线、射线、射线等。直接作用：电离作用，引起ＤＮＡ骨架的

断裂，从而造成染色体畸变。间接作用：改变环境

H2O[OH]+[H]TypeofradiationPercentageofmaleXchromosomesbearingrecessivelethalmutationsafteradoseof1000roentgens

*Visiblelight(spontaneous)0.15Xrays(25Mev)1.70rays,rays2.90Neutrons1.90rays0.84*

RelativeEfficienciesofVariousTypesofRadiationinProducingMutationsinDrosophilaTheroentgen(r)isaunitofradiationenergy.

遗传效应：①在一定范围内，基因突变率和染色体断裂

的频率与辐射剂量成正比。②辐射有累积效应。突变率只与辐射剂量有关，而与照射的方式无关。2.化学诱变

(１)碱基类似物(Baseanalogs)

①5-溴尿嘧啶（5-bromouracil,5-BU）

5-BU有酮式(常见)、烯醇式(少见)两种异构体，酮式和T相似，烯醇式和C相似。

ATGC的频率高于GCAT②２-氨基嘌呤(2-aminopurine,2-AP)

2-AP也有正常状态和稀有状态两种异构体，可分别与T和C配对结合。导致A∶TG∶C(2)碱基的修饰剂(Base-modifyingagents)①亚硝酸（introusacid,

NA）：氧化脱氨作用A和C脱氨后分别产生次黄嘌呤H和UG脱氨基产生黄嘌呤（x），不能与任何碱基配对，具致死效应。②羟胺(hydroxylamine)在胞嘧啶第4个C原子上加-OH，产生4-OH-C，可以和A配对，使C∶G转换成T∶A③烷化剂(alkylatingagents)

如甲基黄酸乙脂(EMS)、氮芥(NM)、甲基黄酸甲脂(MMS)、亚硝基胍(NG)等，其作用是使碱基烷化，EMS使G的第6位烷化，使T的第4位上烷化，导致G∶C对转换成A∶T对；T∶A对转换成C∶G(3)DNA插入剂(Intercalatingagents)

——引起移码突变(frameshiftmutation)

有原黄素（proflavin）、吖啶橙（acridineorange）、溴化乙啶（etnidiumbramide）等。五．基因突变的修复(一)直接修复（Directrepair）1.通过DNA聚合酶校正修复2.光复活（photoreactivation）或光修复（lightrepair）

UV

可见光下培养，成活率高细菌暗处培养，成活率低原因：细胞中的光复活酶经可见光激活，可修复UV照射形成的嘧啶二聚体。(二)切除修复（excisionrepair）暗复活（darkreactivation）1.一般切除修复(Generalexcisionrepair)

具体过程是：(1)由核酸内切酶在ＤＮＡ损伤部位造成单链断裂，(2)在核酸外切酶的作用下切除二聚体及周围的少数几个核苷酸，(3)在DNApolI或Ⅱ的作用下修补缺口，(4)由连接酶连接成一个完整的ＤＮＡ双链。2.特殊切除修复途径(Specificexcisionpathways)

(1)

AP核酸内切酶修复途径

APendonucleaserepairpathway

AP位点:无嘌呤（apurinic）和无嘧啶（apyrimidinic）位点RepairofAPsites.

1.APendonucleasesrecognizeAPsitesandcutthephosphodiesterbond.2.AstretchofDNAisremovedbyanexonuclease,3.TheresultinggapisfilledbyDNApolymeraseIandDNAligase.123(2)糖基酶修复途径

DNAglycosylaserepairpathway(base-excisionrepair).

糖基化酶修复C脱氨基产生的U和A脱氨基产生的H.ActionofDNAglycosylases.GlycosylasesremovealteredbasesandleaveanAPsite.TheAPsiteissubsequentlyexcisedbytheAPendonucleases(3)GO系统(GOsystem)

修复G氧化损伤产生的GO修复复制聚合酶修复聚合酶3.DNA损伤修复的缺陷

Repairdefectsinhuman

DNA损伤修复的缺陷将带来严重的后果。导致细胞的突变，甚至死亡。如人的着色性干皮病(xerodermapigmentosum,XP)是一种切除修复酶的缺陷，为常染色体隐性遗传病（AR）。该病是因为与DNA损伤修复相关的基因突变引起的，90%的病人在20岁之前就已经发生了皮肤癌。(三)复制后修复(Postreplicationrepair)1.错配修复（mismatchrepair）(1)识别错配的碱基对；(2)准确区别错配的一对碱基哪一个是错的，哪一个是对的；(3)切除错误的碱基，并进行修复合成Modelformismatchrepair