第九章遗传变异-基因突变

第九章

遗传变异第三节基因突变白化变异

苏格兰折耳猫又称弯耳猫、短耳猫、叠耳猫、塌耳猫等。这种猫并非刻意培育出来的，而是基因突变基因突变：某一基因内部所发生的从一种等位形式改变为另一等位形式的变化，又叫点突变

1.基因突变的类型和特征1）基因突变的类型根据突变引起的表型特征和生理生化特征分为以下几类：形态突变型：造成生物体外形发生改变的突变又叫可见突变，如：形态、大小、色泽的改变致死突变：造成个体死亡或生活力明显下降的突变

显性致死：杂合状态时就有致死作用隐性致死：纯合状态下才有致死作用小鼠(Musmusculus)毛色遗传的隐性致死突变条件致死突变：在一定条件下表现致死效应，其他条件下可以存活的突变例如：

T4噬菌体的温度敏感突变型在25℃时能在E.coli宿主中正常生长，形成噬菌斑，但在42℃时就不能这样。

生化突变：突变影响生物的代谢过程，导致特定生化功能改变或丧失，如营养缺陷型例：链孢霉的氨基酸突变型＋某种氨基酸才能生长失去功能突变：由于突变、消除或改变了基因的功能区，干扰了野生型对某种表型的活性功能

无效突变：完全丧失基因功能的突变渗漏突变：保留一些基因功能的突变获得功能的突变2）突变的一般特征突变的稀有性突变率：一定数目配子中突变数目所占的比例

or一定数目的细菌在分裂一次过程中发生突变的次数

细菌噬菌体的突变率10-8～10-10，高等生物10-5～10-8突变的随机性：突变可以发生在个体发育的任何时期体细胞突变和生殖细胞突变体细胞(突变)突变体细胞组织器官性细胞(突变)突变配子后代个体；花色体细胞突变不同颜色的牵牛花柑桔体细胞突变马铃薯薯块颜色变异苹果体细胞突变突变的多方向性:突变可以向多个方向发生

构成复等位基因突变的可逆性

正向突变：离开野生型等位基因的变化如：A+A或a+a

回复突变：回复到野生型的变化

抑制突变：某一座位上突变产生的表性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基因的有利性与有害性有利：作物抗病性微生物的抗药性1)大肠杆菌营养缺陷型的检出

完全培养基或补充培养基（存活）

基本培养基（死亡）完全培养基10-8~10-6合成缺陷型药物处理基本培养基2.基因突变的检测大肠杆菌营养缺陷型的检出影印接种法（影印培养法Replica-platingtechnique）

E.coli诱变剂E.coli稀释→完全培养基Masterplate（主平皿）→基本培养基上（Replicaplate）

2)真菌营养缺陷型的检出菌丝过滤法（可将野生型与突变型分离）诱变处理分生孢子菌丝分生孢子液体培养基通气培养未萌发的分生孢子棉花过滤除去菌丝缺陷性孢子、死孢子确定营养缺陷性

各种补充培养基培养需长时间萌发的野生型孢子死孢子已突变的孢子通气培养过滤除去菌丝3）二倍体生物突变的检出根据后代性状的分离情况进行检出4）果蝇突变的检出A性连锁基因隐性突变的检出

(ClB法、Muller-5)

Muller-5法：

Muller-5品系:X染色体上有B(棒眼)Wa(杏眼)

倒位：可抑制X染色体的交换。

检出步骤:

图Ⅰ.

将待测的♂果蝇与纯合Muller♀果蝇杂交.Ⅱ.

将F1♀♂单对自交,Ⅲ.

观察分析F2①F2♂:♀=1:1Muller♂和野生型♂待测雄果蝇无可见突变③

F2♂:♀=2:1，只有Muller♂②在F2♂中有突变型。待测雄果蝇有隐性可见突变

待测雄果蝇发生隐性致死突变

B常染色体突变——平衡致死系(Cy和S)果蝇2号染色体显性翘翅基因Cy（隐性致死）显性星状眼基因S（隐性致死）

观察分析F3：

a.如待测的2号染色体上无突变发生

F3中除有卷翅(或星状眼)外，还有1/3野生型

b.如有隐性突变发生

F3中除卷翅（或星状眼）外，还有1/3突变类型。c.

F3只有一种类型，卷翅（或星状眼）检出特点：只能检出常染色体，且与平衡致死系同号染色体上的基因突变。如果有隐性致死突变发生5）人类基因突变的检出

常染色体突变：借助蛋白质电泳技术，

DNA分子标记等性染色体突变：可根据性状表现检出

人的突变的检出家系分析（pedigreeanalysis）和出生调查

人的突变的检出下面是一个上眼睑下垂的家系，先证者的父母表型正常，说明是新产生的突变。人的突变的检出目前用的较多的检出人类突变的另一方法，是筛选各种蛋白质或酶的微小变异：例如：镰型细胞贫血症患者基因型HbsHbs

血红蛋白（S）(SS)

正常为HbAHbA血红蛋白（A）（AA)

杂合体HbsHbA具两种血红蛋白的A和S(AS)A与S两种血红蛋白电泳的迁移率不同，通过电泳可以分辩人的突变的检出人的突变的检出分子水平：RFLP、AFLP等、基因组序列分析等。3.基因突变的分子机制

自发突变：自然状况下产生的突变基因突变

诱发突变：由诱变剂引起的突变1)基因突变的方式产生原因：复制错误、DNA损伤和转座作用等。根据突变发生在DNA结构或序列的变化可分为：

⑴碱基替换：一种碱基被另一种碱基替换转换：嘌呤→嘌呤；或者嘧啶→嘧啶颠换：嘌呤→嘧啶;或者嘧啶→嘌呤

⑵

移码突变：增加或减少几个碱基,导致蛋白质翻译错位。

⑶

缺失和重复：大片段碱基的缺失或重复，如E.coli乳糖发酵调节基因lacⅠ

中四碱基重复序列

根据碱基替换后氨基酸顺序是否发生改变可分为：⑴同义突变（samesensemutation）不改变氨基酸的密码子变化，与密码子的兼并性有关.如GAU/GAC—Asp.⑵错义突变（missensemutation）碱基替换的结果引起氨基酸序列的改变.⑶无义突变（nonsensemutation）编码区的单碱基突变导致终止密码子(UAG、UGA、UAA)

的形成,使mRNA的翻译提前终止,形成不完全的肽链.

⑷延长突变：碱基替换使终止密码变为编码某种氨基酸的密码子的突变

如镰刀型贫血症：血红蛋白B链(146Aa)，6号氨基酸的替换,导致明显的表型症状。Glu→Val,若Glu→Asp则影响较小。2)自发突变的分子机制造成DNA错误复制的原因：

a、碱基的互变异构作用

b、DNA复制过程中模板链或子链环出，造成子链的碱基缺失或增加，引起移码突变

自发化学损伤：自然产生的对DNA的损伤⑴

脱嘌呤由于碱基和脱氧核糖间的糖苷键受到破坏,从而引起一鸟嘌呤或腺嘌呤从DNA分子上脱落下来.⑵

脱氨基作用

C脱氨基变成U;A脱氨基变成H,H和G配对造成转换AA­T→→→H-T→→→H-C→→→H-C↘→A-T↘→G-CBG­C→→→G-U→→→A-U→→→A-U↘→G-C↘→A-T图:脱氨基造成的碱基转换⑶

氧化损伤:

活泼氧化物如：超氧基（O2-），氢氧基（OH-）和过氧化氢（H2O2），对DNA造成损伤

G氧化成为GO，GO与A错配导致GCTA3）诱发突变的分子机制（inducedmutaion）

由各种诱变剂（物理的、化学的）诱发的突变电离辐射原理：基因的化学物质(DNA)发生电离作用。碱基对、碱基结构破坏、改变基因突变；磷酸二酯键断裂、染色体断裂重接染色体结构变异。电离辐射的作用：直接作用：DNA或染色体被射线作用产生电离或激发引起变异间接作用：细胞内物质吸收能量产生氧自由基，破坏DNA结构遗传效应：低剂量生长正常高剂量生长异常或死亡离子辐射可以使慢性髓细胞白血病发生率增高，在广岛和长畸原子弹爆炸后幸存者、接受脊椎放疗的强直性脊椎炎患者和接受放疗的宫颈癌患者中慢性髓细胞白血病发病率与其他人群相比明显增高。

美国前陆军上校阿萨夫·杜拉科维克医生语出惊人地宣称，海湾战争综合症的真正祸源是美军所发射的大量贫铀弹，“数万名”美英海湾战争军人正因贫铀弹辐射而面临死亡的危险！

贫铀一旦进入人体，就会导致癌症、不可逆的肾损伤、免疫系统紊乱、影响生殖功能，甚至还有研究人员称，贫铀会从基因上改变细胞，后果可想而知。孙渤先生为烟台大学外国语学院外贸英语教学部主任，副教授。他曾于1989年7月至1990年8月在中国驻科威特使馆任商务随员，1991年3月，他又返回科威特参加重建被毁中国使馆工作，是首批海湾战争结束前重返科威特的6名中国外交官之一。他频繁出入战场，并遭遇军火库爆炸和武装拘压等偶发事件，在恶劣、艰苦的工作环境中受到美军投下的贫铀弹核辐射侵害，在海湾地区工作时就巳患上怪病，后来被确诊为海湾战争综合症。他是我国官方公开承认的第一例海湾战争综合症患者，伤残等级为一等公残。据医学检测表明，孙渤同志遭受了核辐射，

染色体严重变异，身体的免疫系统、神经系统、内分泌系统、呼吸系统、生殖系统等方面均遭到了严重破坏。而最大的问题是受辐射影响，他已失去生育能力。

非电离辐射紫外线的致突变作用紫外线使ＤＮＡ形成嘧啶二聚体，如T二聚体

B化学诱发（inducedmutaion）

主要的诱变剂：碱基类似物

eg.5-BU和5-BrdU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。另有2-氨基嘌呤(2-AP,A类似物)、

5-氟尿嘧啶、

5-氯尿嘧啶等。芥子气进入体内后可以与体内DNA、RNA和某些蛋白质起烃化反应，使得细胞的代谢和功能发生障碍，产生变性、炎症和坏死。

酮式与A配对，烯醇式与G配对改变DNA结构的化合物：亚硝酸、羟胺和烷化剂

亚硝酸：使腺嘌呤（A）变成次黄嘌呤(H)、胞嘧啶（C）变成尿嘧啶（U）H的配对特性象G，容易和C配对成H-C；U的配对特性象T，和A配对成A-U。在下一次DNA复制时完成AT→GC，GC→AT的转换。返回

羟胺：能使胞嘧啶（C）先变成羟氨基胞嘧啶，再经互变异构反应变成能与腺嘌呤配对的羟氨基胞嘧啶，导致

GC对变成了AT对，从而诱发了基因突变。

烷化剂：使嘌呤脱落，造成转换、颠换、断裂或其他突变

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。

能和DNA起化学反应并能改变碱基氢键特性的物质：烷化剂、亚硝酸和羟胺等烷化剂(EMS、MMS)↓烷化作用↓碱基水解缺失↓转换与颠换返回

结合到DNA分子上的化合物：

吖啶类染料:吖啶橙、