化学诱变剂课件

第二节DNA突变DNA突变（mutation）：指DNA分子结构变异一突变类型：

1.转换（transition）：两种嘌呤（嘧啶）互换2.颠换（transvertion）：嘌呤(嘧啶)与嘧啶（嘌呤）互换点突变：只有一个碱基被取代。结果只造成所编码蛋白质中一个氨基酸的变异。3.插入（insertion）：一个或多个碱基插入DNA序列中。非3的整数倍时，产生移码突变。4.缺失（deletion）：一个或多个碱基缺失造成的突变。也可产生移码突变。第二节DNA突变DNA突变（mutation）：指DN1二诱变剂作用：自然突变：自然条件下产生的突变。突变率很低。诱变：采用物理或化学因子导致的突变。诱变剂（mutagen）：致诱变的理化因子。（1）物理诱变剂：紫外线：形成胸腺嘧啶二聚体，TT、CT和CCX-射线、-射线:高能射线直接引发突变电离辐射产生自由基，间接导致突变二诱变剂作用：自然突变：自然条件下产生的突变。突变率很低2（2）化学诱变剂：碱基类似物：酮式：与A配对5-溴尿嘧啶(BU)等烯醇式：与G配对

碱基修饰剂：亚硝酸：使碱基脱氨。AI，与A、C、U配对氮芥：烷化剂，形成链内（间）G二聚体，GG亚硝基胍：烷化剂，可控制突变位点。

嵌入染料：溴乙啶（EB）；吖啶橙等扁平分子，可插入碱基对之间，导致移码突变（2）化学诱变剂：碱基类似物：3第三节DNA的损伤修复一错配修复（mismatchrepair）：

DNA复制发生错配时，错配修复系统启动，通过识别复制起点（oriC）处GATC序列是否被甲基化而找出新链，将新链水解后重新合成。二直接修复（directrepair）：

光复活修复紫外线照射引起的胸腺嘧啶二聚体或、

等。TTCTCC第三节DNA的损伤修复一错配修复（mismatch4

光复活（photoreactiverepair）：~400nm可见光光复活（photoreactiverepair）：~5碱基切除修复核苷酸切除修复三切除修复：

在一系列酶作用下，DNA中损伤部分切除，并以完整链为模板，合成切除部分的修复方式。无碱基的“AP”位点碱基切除修复核苷酸切除修复三切除修复：在一系列酶作用下6四重组修复：从同源DNA母链上将相应序列重组交换到子链的缺口处，再弥补母链空缺的修复方式。重组修复结果，损伤并未切除，随传代而“稀释”了。四重组修复：从同源DNA母链上将相应序列重组交换到子链的7五应急反应（SOS）和易错修复：应急反应（SOSrespones）：细胞DNA受到损伤或复制系统受抑制的紧急情况下，为求得生存而出现的包括诱导DNA损伤修复、诱变效应、细胞分裂抑制等多种反应。由SOS反应诱导的DNA损伤修复系统：（1）避免差错系统：光复活、切除修复和重组修复等，修复时不引入差错。（2）错误倾向修复；产生缺乏校对功能的DNA聚合酶IV和V（polIV和polV）。五应急反应（SOS）和易错修复：应急反应（SOSres8SOS反应的机制靶基因未诱导的细胞lexA基因被LexA

蛋白部分阻遏recA基因被LexA

蛋白部分阻遏（40个不同的位点被阻遏）LexA(阻遏物)

RecA(辅蛋白酶)靶基因表达lexA靶基因表达但产物被分解recA大量表达RecA促使LexA自身分解诱导的细胞单链DNAATPSOS反应的机制靶基因未诱导的细胞lexA基因被LexA9遗传重组（geneticrecombination):DNA分子内或分子之间以各种不同方式和机制发生遗传信息的重新组合。也称为基因重排（generearrangement)。重组体DNA（recombinantDNA）重组现象存在广泛，真核生物重组一般发生在减数分裂时重组类型：同源重组、特异位点重组和转座重组等作用：迅速增加生物群体遗传多样性突变和遗传重组是自然选择的前提条件第四节DNA的遗传重组遗传重组（geneticrecombination):10同源重组：一般性重组，由两条同源DNA，通过配对、断链、再连接过程，而产生片段交换的过程。（一）Holliday模型：1964年提出一同源重组（homologousrecombination)

Holliday中间体片段重组体拼接重组体异源双链区两侧为不同亲本DNA同源重组：一般性重组，由两条同源DNA，通过配对、一同源11MeselsonM和RaddingC修正模型：DNA双链断裂启动重组，也启动了减数分裂同源重组是最基本的重组方式，参与基因加工、整合、转化等参与复制、重组、重组修复三个相关过程的许多酶和辅因子是共同的MeselsonM和RaddingC修正模型：DN12（二）重组有关的酶：RecBCD蛋白:与断裂DNA末端结合，水解其中一条链，识别chi位点（GCTGGTGG），并在其3’侧4~6nt处切割产生3’-OH末端DNA单链。是依赖ATP的核酸外切酶、解螺旋酶和被ATP增强的内切酶。RecA蛋白：解螺旋酶；重组酶；ATP酶促进单链同化（促使单链与同源双链分子交换，5’3’）诱发SOS反应RuvA：识别Holliday联结体的交叉点RuvB：解螺旋酶，在RuvA帮助下结合在交叉点上，形成

RuvAB复合体，推动分支移动。RuvC：核酸内切酶，特异识别Holliday联结体，识别不对称四核苷酸ATTG（切开热点）（二）重组有关的酶：RecBCD蛋白:13（三）同源重组的过程RecBCDRuvARuvB3’-OHRecARuvARuvBRuvC（三）同源重组的过程RecBCDRuvA3’-OHRec14二特异位点重组

(site-specificrecombonant)

特异位点重组：在重组酶的识别和作用下，在DNA特定的短序列（20~200bp）内发生的重组。发生：某些基因表达的调节、发育过程中DNA程序性重排、病毒或质粒复制过程中的整合或切除等（一）特异位点重组类型：重组的结果取决于重组位点的方向和位置：(1)重组位点若同向、位于同一DNA分子上切除

二特异位点重组(site-specificreco15（2）重组位点同向、位于不同DNA分子上整合例如：-噬菌体的整合与切除-噬菌体DNA细菌DNAOBBPOPPOBBPO整合酶+整合因子切除（2）重组位点同向、位于不同DNA分子上整合例如：-16例如：鼠伤寒沙门氏杆菌鞭毛蛋白基因H片段(hix)的倒位（3）重组位点反向、位于同一DNA分子上倒位

Hin倒位酶H2鞭毛蛋白阻遏蛋白H1鞭毛蛋白hixhixPPhinH2rH1PH1鞭毛相变例如：鼠伤寒沙门氏杆菌鞭毛蛋白基因H片段(hix)的倒位（317（二）免疫球蛋白基因重排与DNA多样性：免疫球蛋白（抗体，Ig)分子结构:轻链（L链）：、重链（H链）：、、、、抗体：IgG、IgM、IgA、IgD、IgE轻链和重链都由可变区（V区）和恒定区（C）区组成由3个独立的基因家族分别编码免疫球蛋白重链基因（位于人14号染色体）和

（2号染色体）、（22号染色体）两个轻链。VC（二）免疫球蛋白基因重排与DNA多样性：免疫球蛋白（抗体182免疫球蛋白基因结构：轻链基因片段：L(前导)、V(可变)、J(连接)、C(恒定)重链基因片段：L、V、D(多样性)、J、C链基因：5’3’L1V

1LnV

nJ

(1~5)C

n=~250

链基因：5’3’L1V

1LnV

nJ

1n=~300C1J

4C4重链基因：5’L1VH1LnVHnJH1~6n=~300DH1~203’C基因群2免疫球蛋白基因结构：轻链基因片段：L(前导)、V(193免疫球蛋白基因重排机制：骨髓干细胞B淋巴细胞

可变区重排顺序：重链V-D-J重排链V-J重排(链重排)等位基因排斥(allelicexclusion),同型性排斥(isotypicexclusion)重组信号序列（recombinationsignalsequence,RSS）可变区基因重排分化抗原刺激，分化恒定区基因重排12/23规则C基因群5’L1VH1LnVHnJH1~6n=~300DH1~203’浆细胞抗体…CACAGTG-12/23–ACAAAAACC……GTGTCAC-12/23–TGTTTTTGG…识别位点切开位点3免疫球蛋白基因重排机制：骨髓干细胞20

5’3’OH5’3’OHRSSRSSDJ5’3’DJ不精确连接N区N核苷酸整合酶识别RSS并交错切开7核苷酸回文区亲核攻击亲核攻击随机切开切割P核苷酸补齐3’5’5’3’5’3’OH5’3’OHRSSRSSDJ5’3’DJ不精确214免疫球蛋白基因重排与DNA多样性V区和C区不同基因片段的各种排列组合是形成抗体多态性的根本原因——重组种系理论（利根川进，1987年获得Nobel生理学/医学）。(1)抗体基因重排导致的变化频率：＞1012重链V-D-J重排的变化频率：300(VH基因)20(DH)4(JH)N区因素连接不精确因素=2.4107轻链重排多样性程度：5103人类CH基因簇含有10个基因：

C、C、C3、C1、C4、C1、C2、C4、C、C2(2)RNA水平上的剪切方式导致的多样性(3)体细胞突变导致多样性：重排使可变区突变频率大为提高4免疫球蛋白基因重排与DNA多样性V区和C区不同基因22三转座重组(transpositionnal

recombination)

DNA转座（transposition)：由可移动因子介导的遗传物质重排现象。依赖于DNA复制。1940s由McClintock发现，1983年Nobel生理学/医学奖。转座子（transposon，Tn）：存在于染色体DNA上可自主复制和移动的基因单位。转座的遗传学效应：（1）转座引起插入突变。插在操纵子处，还产生极性突变（2）产生新基因：带入抗药性基因等（3）染色体畸变：两个转座位置相近时，导致缺失、倒位（4）引起生物进化三转座重组(transpositionnal

23（一）细菌中的转座子：

1

插入序列（insertionalsequence,IS)：末端具有倒置重复序列的小DNA片段（~1kb），除了转座所需要的基因外不携带任何标记基因。是最简单的转座子。2转座子：除了转座所需要的基因外还携带其它标记基因

组合型转座子(compositetransposon)：IS—标记基因—IS

复合型转座子(complextransposon)：无IS序列，体积大(＞5000bp)。例如：TnA家族1234-……-43214321-……-1234左倒置重复38bp右倒置重复38bp转座酶res

解离酶-内酰胺酶

tnpAtnpRampR（一）细菌中的转座子：1插入序列（insertio24TACGT-1234--4321-ATGCA-4321--12343转座过程及机制：1）插入：所有转座共同特征是在靶序列两侧形成4~15bp的同向重复序列。ATTAC靶序列GCAGT转座子1234--43214321--1234ATGCA-TACGT重组酶TACGT-1234-252）复制转座和非复制转座转座子靶序列中间体复制转座非复制转座共整合体新转座子

转座子

原转座子

2）复制转座和非复制转座转座子靶序列中间体复制转座非复制转26（二）

真核生物中的转座子：与细菌类似，一般以非复制方式转座，通常只移动到邻近位置

1玉米中的转座子：自主性因子：编码转座酶，可自主发生转座。非自主性因子：不能自主转座，只有同家族自主性因子存在时，才具备转座功能。（1）Ac-Ds体系（active-dissociationsystem)：

Ac：激活因子，为自主性因子。4.5kb，11bp末端重复，8bp靶序列正向重复。

Ds：与Ac同源，但不同程度缺失中间序列，不具有自主转座功能。无Ds，玉米紫色玉米颜色与转座：

Ds在无Ac时不转座，但可使邻近的色素基因C断裂或抑制。玉米无色。Ac使Ds转座离开C后，玉米花斑（二）真核生物中的转座子：与细菌类似，一般以非复制方式转27(2)Spm(suppressor-promoter-mutator)/En家族：自主因子：Spm和En，只有约10bp差异。Spm为8.3bp,13bp末端重复，3bp靶序列正向重复非自主因子为dSpm，Spm的缺陷型。转座效果取决于插入部位：若插入基因内部：可被转录，自身编码抑制蛋白表达，

可结合与靶部位，抑制转录。若插入基因附近：不被转录，自身携带的增强子(enhancer)可促进靶基因转录活性。(2)Spm(suppressor-promoter-m282果蝇转座子：P转座子（Pelement）与杂种不育（hybriddysgenesis）非复制方式转座，引起P位点染色体断裂靶序列处产生8bp(GGCCAGAC)正向重复序列内含子3在体细胞中可被特异蛋白结合而不被切除,P转座子产物为转座阻遏蛋白（66kDa)。在性细胞无特异蛋白，切除内含子3后的P转座子蛋白产物是转座酶（87kDa)。但是P系细胞质中含有P因子转座阻遏蛋白杂种不育：31bp31bp反向重复序列反向重复序列内含子1内含子2内含子3不育P+MM+PP+P可育可育细胞质因子2果蝇转座子：31bp31bp反向重复序列反向重复序列内含29第二节DNA突变DNA突变（mutation）：指DNA分子结构变异一突变类型：

1.转换（transition）：两种嘌呤（嘧啶）互换2.颠换（transvertion）：嘌呤(嘧啶)与嘧啶（嘌呤）互换点突变：只有一个碱基被取代。结果只造成所编码蛋白质中一个氨基酸的变异。3.插入（insertion）：一个或多个碱基插入DNA序列中。非3的整数倍时，产生移码突变。4.缺失（deletion）：一个或多个碱基缺失造成的突变。也可产生移码突变。第二节DNA突变DNA突变（mutation）：指DN30二诱变剂作用：自然突变：自然条件下产生的突变。突变率很低。诱变：采用物理或化学因子导致的突变。诱变剂（mutagen）：致诱变的理化因子。（1）物理诱变剂：紫外线：形成胸腺嘧啶二聚体，TT、CT和CCX-射线、-射线:高能射线直接引发突变电离辐射产生自由基，间接导致突变二诱变剂作用：自然突变：自然条件下产生的突变。突变率很低31（2）化学诱变剂：碱基类似物：酮式：与A配对5-溴尿嘧啶(BU)等烯醇式：与G配对

碱基修饰剂：亚硝酸：使碱基脱氨。AI，与A、C、U配对氮芥：烷化剂，形成链内（间）G二聚体，GG亚硝基胍：烷化剂，可控制突变位点。

嵌入染料：溴乙啶（EB）；吖啶橙等扁平分子，可插入碱基对之间，导致移码突变（2）化学诱变剂：碱基类似物：32第三节DNA的损伤修复一错配修复（mismatchrepair）：

DNA复制发生错配时，错配修复系统启动，通过识别复制起点（oriC）处GATC序列是否被甲基化而找出新链，将新链水解后重新合成。二直接修复（directrepair）：

光复活修复紫外线照射引起的胸腺嘧啶二聚体或、

等。TTCTCC第三节DNA的损伤修复一错配修复（mismatch33

光复活（photoreactiverepair）：~400nm可见光光复活（photoreactiverepair）：~34碱基切除修复核苷酸切除修复三切除修复：

在一系列酶作用下，DNA中损伤部分切除，并以完整链为模板，合成切除部分的修复方式。无碱基的“AP”位点碱基切除修复核苷酸切除修复三切除修复：在一系列酶作用下35四重组修复：从同源DNA母链上将相应序列重组交换到子链的缺口处，再弥补母链空缺的修复方式。重组修复结果，损伤并未切除，随传代而“稀释”了。四重组修复：从同源DNA母链上将相应序列重组交换到子链的36五应急反应（SOS）和易错修复：应急反应（SOSrespones）：细胞DNA受到损伤或复制系统受抑制的紧急情况下，为求得生存而出现的包括诱导DNA损伤修复、诱变效应、细胞分裂抑制等多种反应。由SOS反应诱导的DNA损伤修复系统：（1）避免差错系统：光复活、切除修复和重组修复等，修复时不引入差错。（2）错误倾向修复；产生缺乏校对功能的DNA聚合酶IV和V（polIV和polV）。五应急反应（SOS）和易错修复：应急反应（SOSres37SOS反应的机制靶基因未诱导的细胞lexA基因被LexA

蛋白部分阻遏recA基因被LexA

蛋白部分阻遏（40个不同的位点被阻遏）LexA(阻遏物)

RecA(辅蛋白酶)靶基因表达lexA靶基因表达但产物被分解recA大量表达RecA促使LexA自身分解诱导的细胞单链DNAATPSOS反应的机制靶基因未诱导的细胞lexA基因被LexA38遗传重组（geneticrecombination):DNA分子内或分子之间以各种不同方式和机制发生遗传信息的重新组合。也称为基因重排（generearrangement)。重组体DNA（recombinantDNA）重组现象存在广泛，真核生物重组一般发生在减数分裂时重组类型：同源重组、特异位点重组和转座重组等作用：迅速增加生物群体遗传多样性突变和遗传重组是自然选择的前提条件第四节DNA的遗传重组遗传重组（geneticrecombination):39同源重组：一般性重组，由两条同源DNA，通过配对、断链、再连接过程，而产生片段交换的过程。（一）Holliday模型：1964年提出一同源重组（homologousrecombination)

Holliday中间体片段重组体拼接重组体异源双链区两侧为不同亲本DNA同源重组：一般性重组，由两条同源DNA，通过配对、一同源40MeselsonM和RaddingC修正模型：DNA双链断裂启动重组，也启动了减数分裂同源重组是最基本的重组方式，参与基因加工、整合、转化等参与复制、重组、重组修复三个相关过程的许多酶和辅因子是共同的MeselsonM和RaddingC修正模型：DN41（二）重组有关的酶：RecBCD蛋白:与断裂DNA末端结合，水解其中一条链，识别chi位点（GCTGGTGG），并在其3’侧4~6nt处切割产生3’-OH末端DNA单链。是依赖ATP的核酸外切酶、解螺旋酶和被ATP增强的内切酶。RecA蛋白：解螺旋酶；重组酶；ATP酶促进单链同化（促使单链与同源双链分子交换，5’3’）诱发SOS反应RuvA：识别Holliday联结体的交叉点RuvB：解螺旋酶，在RuvA帮助下结合在交叉点上，形成

RuvAB复合体，推动分支移动。RuvC：核酸内切酶，特异识别Holliday联结体，识别不对称四核苷酸ATTG（切开热点）（二）重组有关的酶：RecBCD蛋白:42（三）同源重组的过程RecBCDRuvARuvB3’-OHRecARuvARuvBRuvC（三）同源重组的过程RecBCDRuvA3’-OHRec43二特异位点重组

(site-specificrecombonant)

特异位点重组：在重组酶的识别和作用下，在DNA特定的短序列（20~200bp）内发生的重组。发生：某些基因表达的调节、发育过程中DNA程序性重排、病毒或质粒复制过程中的整合或切除等（一）特异位点重组类型：重组的结果取决于重组位点的方向和位置：(1)重组位点若同向、位于同一DNA分子上切除

二特异位点重组(site-specificreco44（2）重组位点同向、位于不同DNA分子上整合例如：-噬菌体的整合与切除-噬菌体DNA细菌DNAOBBPOPPOBBPO整合酶+整合因子切除（2）重组位点同向、位于不同DNA分子上整合例如：-45例如：鼠伤寒沙门氏杆菌鞭毛蛋白基因H片段(hix)的倒位（3）重组位点反向、位于同一DNA分子上倒位

Hin倒位酶H2鞭毛蛋白阻遏蛋白H1鞭毛蛋白hixhixPPhinH2rH1PH1鞭毛相变例如：鼠伤寒沙门氏杆菌鞭毛蛋白基因H片段(hix)的倒位（346（二）免疫球蛋白基因重排与DNA多样性：免疫球蛋白（抗体，Ig)分子结构:轻链（L链）：、重链（H链）：、、、、抗体：IgG、IgM、IgA、IgD、IgE轻链和重链都由可变区（V区）和恒定区（C）区组成由3个独立的基因家族分别编码免疫球蛋白重链基因（位于人14号染色体）和

（2号染色体）、（22号染色体）两个轻链。VC（二）免疫球蛋白基因重排与DNA多样性：免疫球蛋白（抗体472免疫球蛋白基因结构：轻链基因片段：L(前导)、V(可变)、J(连接)、C(恒定)重链基因片段：L、V、D(多样性)、J、C链基因：5’3’L1V

1LnV

nJ

(1~5)C

n=~250

链基因：5’3’L1V

1LnV

nJ

1n=~300C1J

4C4重链基因：5’L1VH1LnVHnJH1~6n=~300DH1~203’C基因群2免疫球蛋白基因结构：轻链基因片段：L(前导)、V(483免疫球蛋白基因重排机制：骨髓干细胞B淋巴细胞

可变区重排顺序：重链V-D-J重排链V-J重排(链重排)等位基因排斥(allelicexclusion),同型性排斥(isotypicexclusion)重组信号序列（recombinationsignalsequence,RSS）可变区基因重排分化抗原刺激，分化恒定区基因重排12/23规则C基因群5’L1VH1LnVHnJH1~6n=~300DH1~203’浆细胞抗体…CACAGTG-12/23–ACAAAAACC……GTGTCAC-12/23–TGTTTTTGG…识别位点切开位点3免疫球蛋白基因重排机制：骨髓干细胞49

5’3’OH5’3’OHRSSRSSDJ5’3’DJ不精确连接N区N核苷酸整合酶识别RSS并交错切开7核苷酸回文区亲核攻击亲核攻击随机切开切割P核苷酸补齐3’5’5’3’5’3’OH5’3’OHRSSRSSDJ5’3’DJ不精确504免疫球蛋白基因重排与DNA多样性V区和C区不同基因片段的各种排列组合是形成抗体多态性的根本原因——重组种系理论（利根川进，1987年获得Nobel生理学/医学）。(1)抗体基因重排导致的变化频率：＞1012重链V-D-J重排的变化频率：300(VH基因)20(DH)4(JH)N区因素连接不精确因素=2.4107轻链重排多样性程度：5103人类CH基因簇含有10个基因：

C、C、C3、C1、C4、C1、C2、C4、C、C2(2)RNA水平上的剪切方式导致的多样性(3)体细胞突变导致多样性：重排使可变区突变频率大为提高4免疫球蛋白基因重排与DNA多样性V区和C区不同基因51三转座重组(transpositionnal

recombination)

DNA转座（transposition)：由可移动因子介导的遗传物质重排现象。依赖于DNA复制。1940s由McClintock发现，1983年Nobel生理学/医学奖。转座子（transposon，Tn）：存在于染色体DNA上可自主复制和移动的基因单位。转座的遗传学效应：（1）转座引起插入突变。插在操纵子处，还产生极性突变（2）产生新基因：带入抗药性基因等（3）染色体畸变：两个转座位置相近时，导致缺失、倒位（4）引起生物进化三转座重组(transpositionnal

52（一）细菌中的转座子：

1

插入序列（insertionalsequence,IS)：末端具有倒置重复序列的小DNA片段（~1kb），除了转座所需要的基因外不携带任何标记基因。是最简单的转座子。2转座子：除了转座所需要的基因外还携带其它标记基因

组合型转座子(compositetransposon)：IS—标记基因—IS

复合型转座子(complextransposon)：无IS序列，体积大(＞5000bp)。例如：TnA家族1234-……-43214321-……-1234左倒置重复38bp右倒置重复38bp转座酶res

解离酶-内酰胺酶

tnpAtnpRampR（一）细菌中的转座子：1插入序列（insertio53TACGT-1234-