基因突变与人工创造突变体

基因突变与人工创造突变体第一页，共一百一十一页，2022年，8月28日不同皮色的老鼠各种白化动物第二页，共一百一十一页，2022年，8月28日11.1基因突变的一般特征11.2基因突变与性状表现11.3基因突变的鉴定11.4动态突变11.5基因突变的分子基础11.6人工创造突变体第十一章基因突变与人工创造突变体第三页，共一百一十一页，2022年，8月28日孟德尔遗传以及连锁遗传中论述的可遗传变异均是由于基因重组的结果，不是基因本身发生了质的变化。如：黄子叶、园粒×绿子叶、皱粒↓黄、园，黄、皱，绿、园，绿、皱本章讨论染色体上基因发生改变。第四页，共一百一十一页，2022年，8月28日11.1基因突变的一般特征基因突变的概念自发突变的随机性和不定向性基因突变的可逆性和重演性基因突变的多方向性和复等位基因基因突变的有害性和有利性基因突变的平行性第五页，共一百一十一页，2022年，8月28日●突变的概念基因突变：（genemutation）是指基因的核苷酸序列（包括编码序列及其调控序列）发生了改变。DeVries首先提出“突变”一词1910年MorganTH首先在果蝇中发现基因突变1927年MullerHJ首次用X射线诱发了基因突变第六页，共一百一十一页，2022年，8月28日○突变体（mutant）或称突变型。带有突变（或改变的）基因的细胞或个体。●突变率（mutationrate）的估算突变率的估算因生物生殖方式而不同：○有性生殖的生物：用每一配子发生突变的概率，即用一定数目配子中的突变配子数表示。

第七页，共一百一十一页，2022年，8月28日高等生物中的自发突变率一般为10-10-10-5，即在10万到1亿个配子中可能有一个突变发生。玉米、果蝇、人：自发突变率为10-6-10-5，即在十万至一百万个配子中只有一个发生突变，可见自然突变的频率很低。老鼠：自发突变率10-5-10-4第八页，共一百一十一页，2022年，8月28日○无性繁殖的细菌。用每一细胞世代中每一细菌发生突变的概率，即用一定数目的细菌在分裂一次过程中发生突变的次数表示。举例：大肠杆菌链霉素抗性基因strR为4×10-10乳糖发酵基因lac-为2×10-7病毒与细菌基因平均自发突变率为10-8第九页，共一百一十一页，2022年，8月28日基因突变的时期

●时期在任何时期都可发生，即体细胞和性细胞都能发生突变。基因突变通常是独立发生的。

●体细胞和性细胞突变频率性细胞的突变频率比体细胞高，这是因为性细胞在减数分裂末期对外界环境条件具有较大的敏感性。

第十页，共一百一十一页，2022年，8月28日

●性细胞和体细胞突变的传递与表现

○性细胞如果是显性突变aa→Aa，可通过受精过程传递给后代，并立即表现出来。如果是隐性突变AA→Aa，当代不表现，只有等到第二代突变基因处于纯合状态才能表现出来。

第十一页，共一百一十一页，2022年，8月28日○体细胞显性突变，当代表现，同原来性状并存，形成嵌合体。突变越早，范围越大，反之越小。果树上许多“芽变”就是体细胞突变引起的，一旦发现要及时扦插、嫁接或组培加以繁殖保留。“芽变”在育种上很重要，有不少新品种是通过芽变选育出来的，如温州早桔就是源于温州密桔的芽变。第十二页，共一百一十一页，2022年，8月28日一、基因突变具有随机性和不定向性自发突变自发突变（spontaneousmutation）是在无人工干预条件下，自然发生的基因突变。自发突变具有不定向而且是随机发生的特征。突变是不定向的，随机的，只有选择才是定向的，群体中某基因的定向改变是由特定的选择因素的作用造成的，并非生物体的定向变异的结果。例如，细菌的抗性突变与所接触的抗生素药物或噬菌体无关，药物或噬菌体只是以一种自发突变体的选择因子在起作用。第十三页，共一百一十一页，2022年，8月28日二、突变的重演性和可逆性

●重演性同一突变可以在同种生物的不同个体间多次发生，称突变的重演性。下表列举玉米子粒的7个基因的前6个在多次试验中都出现过类似的突变。

第十四页，共一百一十一页，2022年，8月28日第十五页，共一百一十一页，2022年，8月28日野生型wildtype突变型mutant●可逆性正向突变Forwordmutation回复突变Backmutation第十六页，共一百一十一页，2022年，8月28日正反突变的频率不一，一般正向>回复,这是因为一个正常野生型的基因内部许多位点上的分子结构，都可能发生改变而导致基因突变；但是一个突变基因内部却只有那个被改变了的结构恢复原状，才是真正意义上的回复突变。第十七页，共一百一十一页，2022年，8月28日三、突变的多方向性和复等位基因●多方向性

A→a，A→a1，A→a2，……●复等位基因multiplealleles○定义：位于同一基因座位上的3个或3个以上的基因称为复等位基因。第十八页，共一百一十一页，2022年，8月28日如上，A、a1、a2、……an彼此组成一对等位基因，它们全体组成复等位基因。○复等位基因存在于同一类型的不同个体里如AA，Aa1，a2a3，aman

……举例：烟草自交不亲和性有15个复等位基因，S1S2……S15

第十九页，共一百一十一页，2022年，8月28日四、突变的有害性和有利性

●有害性○大多数是有害的○致死突变lethalmutation例：植物的白化突变绿株WW↓绿株Ww↓1WW:2Ww:1ww3绿苗:1白苗(死亡)第二十页，共一百一十一页，2022年，8月28日多数为隐性致死（recessivelethal），也有少数显性致死（dominantlethal）。○伴性致死（sex-linkedlethal）即致死突变发生在性染色体上。

第二十一页，共一百一十一页，2022年，8月28日●中性突变neutralmutation

控制一些次要性状基因，即使发生突变，也不会影响生物的正常生理活动，因而仍能保持其正常的生活力和繁殖力，为自然选择保留下来。称为中性突变，如水稻芒的有无、籽粒颜色等。第二十二页，共一百一十一页，2022年，8月28日●突变的有害有利性的相对性突变的有害性是相对的，在一定条件下可以转化，如矮杆突变体：刚开始出现时在群体中呈劣势；但育成品种后在高肥、多风条件下种植则具有竞争优势昆虫残翅突变体：一般条件下有害突变；在多风海岛却可避免被飓风刮走而利于生存第二十三页，共一百一十一页，2022年，8月28日五、突变的平行性

●定义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，称突变的平行性。●意义当了解到一个物种或属内具有那些变异类型，就能预见近缘的其他物种或属也同样存在相似的变异类型。第二十四页，共一百一十一页，2022年，8月28日11.2基因突变与性状表现第二十五页，共一百一十一页，2022年，8月28日一、显性突变和隐性突变的表现●显性突变表现早纯合慢，当代（第一代）就能表现，第二代能纯合，而检出纯合突变体则需到第三代，如图。第二十六页，共一百一十一页，2022年，8月28日

显性突变的表现

dd第1代（M1）Dd第2代（M2）1DD：2Dd:1dd第3代（M3）

DD1DD:2Dd:1dddd自交自交突变发生第二十七页，共一百一十一页，2022年，8月28日

体细胞显性突变，当代以嵌合体表现，要选出纯合体，须通过有性繁殖自交两代。第二十八页，共一百一十一页，2022年，8月28日

●隐性突变表现得晚纯合快，第二代表现，第二代纯合，检出在第二代。第二十九页，共一百一十一页，2022年，8月28日隐性突变的表现DD第1代（M1）Dd第2代（M2）1DD：2Dd:1dd自交突变发生第三十页，共一百一十一页，2022年，8月28日

体细胞隐性突变，当代不表现，要使其表现只需有性繁殖自交一代。

●突变的表现与植物繁殖方式自花授粉作物，只要自交即可分离出来，异花授粉作物，要进行人工自交或互交，否则长期保持异质。第三十一页，共一百一十一页，2022年，8月28日二、大突变和微突变的表现●大突变

突变效应表现明显，容易识别。质量性状的突变大都属之。第三十二页，共一百一十一页，2022年，8月28日●微突变

效应表现微小，较难察觉。数量性状的突变属之。微突变可以积累→大的变化微突变中出现的有利突变>大突变。所以在育种工作中要特别注意微突变的分析和选择，在注意大突变的同时，也应重视微突变。第三十三页，共一百一十一页，2022年，8月28日11.3基因突变的鉴定第三十四页，共一百一十一页，2022年，8月28日①突变发生的鉴定经诱变产生的变异是否属于真实的基因突变，是显性突变还是隐性突变、突变频率的高低，都应进行鉴定。

由基因发生某种化学变化而引起的变异是可遗传，而由一般环境条件导致的变异是不遗传的。一、植物基因突变的鉴定第三十五页，共一百一十一页，2022年，8月28日例：高秆è矮秆，其原因：①．有基因突变而引起；②．因土壤瘠薄或遭受病虫为害而生长不良等。

鉴定方法：可将变异体与原始亲本在同一栽培条件下比较。高秆è矮秆è后代为高秆，则不是突变，由环境引起；自交后代仍为矮秆，则是基因突变引起的。第三十六页，共一百一十一页，2022年，8月28日②显隐性的鉴定显性突变和隐性突变的区分，可利用杂交试验加以鉴定。如：

突变体矮秆株×原始品种(高)

↓

F1高秆

↓自交

F2有高秆、也有矮秆，说明该突变属于隐性突变第三十七页，共一百一十一页，2022年，8月28日③突变率的测定●花粉直感(胚乳直感）法估算配子的突变率举例：测定玉米籽粒由Su→su的突变率。利用甜粒玉米susu为母本、诱变处理的非甜玉米SuSu为父本进行杂交，理论上F1果穗上都应为非甜，但2万粒中却出现个别甜粒（2粒），这说明父本的2万粒花粉中有2粒花粉的基因由Su→su，说明基因Su的突变率为万分之一。

花粉直感：两个相异的植株杂交，当代所结籽粒即表现父本性状的现象第三十八页，共一百一十一页，2022年，8月28日●植株测定法根据M2出现的突变体占观察总个体数的比例来估算。如M2群体中10万个观察个体数中出现5个突变体，突变率为十万分之五。第三十九页，共一百一十一页，2022年，8月28日二、真菌生化突变的鉴定第四十页，共一百一十一页，2022年，8月28日（一）红色面包霉的生化突变型●几个基本概念○生化突变：由于诱变因素的影响导致生物代谢功能的变异。○营养缺陷型（auxotroph）：诱变导致生物丧失了合成某种生活物质的能力，需在特定的营养下才能生长。○野生型或原养型（prototroph）第四十一页，共一百一十一页，2022年，8月28日基本培养基：野生型可在这种培养基因生长。水+无机盐(硫酸盐、硝酸盐等)+糖类(葡萄糖或蔗糖)+微量生物素(VB的一种)。完全培养基：各种突变型可以在这种培养基生长。基本培养基+多种氨基酸+多种维生素红色面包霉的突变型：

红色面包霉è合成其生活所需物质è一系列生化过程è每一过程由一定的基因所控制。只要综合分析大量的生化突变资料è可阐明有关基因的功能及其作用的程序。第四十二页，共一百一十一页，2022年，8月28日1.Beadle红色面包霉的生化突变型●野生型：基本培养基●突变型(a)：基本培养基+精氨酸●突变型(c)：基本培养基+瓜氨酸(精氨酸)●突变型(o)：基本培养基+鸟氨酸(精或瓜)2.推理●红色面包霉在合成它生活所需物质时，要经过一系列的生化过程，而每一个系列化过程又由一定的基因所控制。图中－表示不添加某物质，×表示不能生长，√表示在添加某物质的培养基上可生长第四十三页，共一百一十一页，2022年，8月28日●根据以上实验，可以推论精氨酸的合成步骤为：前体→鸟氨酸→瓜氨酸→精氨酸→蛋白质由此可以看出，从鸟→精的合成至少需要A、C、O三个基因，其中一个基因发生突变，精氨酸是不会合成的，这个实验证明了基因与新陈代谢的关系。Beadle1941年根据这个实验研究，阐明基因是通过酶的作用来控制性状的，于是提出“一个基因一个酶”的假说，把基因与性状两者联系起来。前体→鸟氨酸→瓜氨酸→精氨酸→蛋白质基因O酶I基因C酶II基因A酶III第四十四页，共一百一十一页，2022年，8月28日（二）红色面包霉生化突变的鉴定方法图片引自KlugandCummings，2002第四十五页，共一百一十一页，2022年，8月28日三、果蝇突变体的鉴定果蝇X染色体上隐性突变的检出——ClB法——并连X染色体法（自学）果蝇常染色体突变的检出——平衡致死法第四十六页，共一百一十一页，2022年，8月28日ClB法：Crossoversuppressor-lethal-BartechniqueClB果蝇：倒位杂合的雌果蝇一条X染色体正常，另一条X染色体是倒位染色体ClBC:起抑制交换作用的倒位区段，可阻止ClB染色体和待测定染色体之间的交换l：该倒位区段内的一个隐性致死基因，纯合隐性致死B：倒位区段外的一个16区A段的重复区段，其表型是显性棒眼果蝇X染色体上隐性突变的检出——ClB法第四十七页，共一百一十一页，2022年，8月28日ClB法测定X染色体上的隐性突变辐射处理雄果蝇××X-X-ClBClBX+X+♂♂♀♀♂X-X-ClBClBClBX-致死♂♀♂X-X-ClBClBClBX-致死♀选择F1的棒眼雌果蝇与正常雄果蝇单对杂交第四十八页，共一百一十一页，2022年，8月28日先用不同剂量的X射线处理野生型雄蝇，因为精子只带一条X染色体，如果这条X染色体受到辐射影响，整个配子就受到影响。然后和带有ClB／＋＋＋杂合的雌蝇交配，在其F1中会产生2雌：1雄，这1／3的雄蝇只能是野生型，而在雌蝇中，却有两种，一种带有ClB，另一种是野生型。此后，将带有ClB的F1雌蝇挑选出来以备测交。因为这样的雌蝇中的一条X染色体是来自未被照射的母本的ClB，另一条必定来自照射过的父本。如果这条X染色体产生了一个新的致死突变基因l’，而这个l’基因一般不可能正好与ClB的致死基因l具有等位性，何况它们如果是等位基因的话，卵子受精后就成为纯合子而死亡。将这些准备测交的雌蝇一对一地与F1正常的雌雄交配。在下一代中，如果没有雄蝇出现，则表明发生了新的隐性致死突变，否则后代的性别比例应为2雌：1雄。检查每一个单对杂交的结果，一方面可以得到隐性突变，特别是致死突变是否发生的信息，另一方面可以计算某一剂量的X射线在X染色体上造成致死突变的概率。果蝇X染色体上隐性突变的检出——ClB法第四十九页，共一百一十一页，2022年，8月28日果蝇2号染色体的平衡致死系同源染色体的一个成员：有一个Cy卷翅基因，对正常翅是显性，但在致死作用上是隐性的，即CyCy纯合致死。而且存在一个大片段的倒位，Cy在倒位区段内，可以抑制重组发生。同源染色体的另一成员：有一个S基因，星状眼，对正常眼是显性，SS纯合致死。该平衡致死系只能以双杂合体存在。品系内个体间相互交配后，只出现一种与亲代完全一样的后代，表型是卷翅、星状眼。果蝇常染色体突变的检出——平衡致死法＋SCy＋＋SCy＋＋S＋SCy＋Cy＋＋SCy＋＋SCy＋＋SCy＋Cy＋＋S致死致死第五十页，共一百一十一页，2022年，8月28日利用这样的永久杂种检测第2染色体上的突变基因时，先将该品系的雌蝇和待测的雄蝇杂交，在F1挑选卷翅雄体再与该品系的雌体作单对交配，分别饲养。在F2选取卷翅的雌雄个体相互交配。到F3可出现以下情况：①如被检测的第2染色体不带有致死突变，则有1／3左右的野生型出现②如被检测的第2染色体带有致死突变，则F3全部是卷翅果蝇。③如发生可见的隐性突变，还有1／3左右的突变型（正常翅）果蝇常染色体突变的检出——平衡致死法第五十一页，共一百一十一页，2022年，8月28日动态突变及其机制动态突变与人类疾病11.4动态突变（dynamicmutation）第五十二页，共一百一十一页，2022年，8月28日动态突变及其机制动态突变（dynamicmutation）是在基因的编码区、3′或5′UTR、启动子区、内含子区出现三核苷酸重复，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的有丝分裂过程中发生扩增而造成遗传物质的不稳定状态。三核苷酸重复，如(CAG)n、(CCG)n、(CTG)n、(CGG)n等的重复数（n）不断增加使拷贝数改变后的基因的可突变性（mutability）不同于拷贝数改变前的基因。这类特殊的突变可造成基因功能丧失或获得异常改变的产物，从而导致人类的多种疾病。可能原因：重复序列诱发的复制滑动(replicationslippage)，即模板链及其拷贝发生位置的相对移动，即滑动错配，其结果使部分模板被重复复制或被遗漏，造成新的多聚核苷酸拥有或多或少的重复单位。第五十三页，共一百一十一页，2022年，8月28日动态突变与人类疾病与动态突变有关的人类疾病具有下列特征：①除了都具有三核苷酸重复数目的异常增加外，致病基因序列之间没有同源性。例如，(CAG)n扩增引起的导致的脊髓小脑共济失调，各个基因都具有(CAG)n的拷贝扩增外，序列之间无同源性，提示其内在功能各不相同；②即使都是由(CAG)n扩增引起的疾病，但病变仅选择性地累及特定的细胞；③遗传早现现象，在同一家系中，随着致病基因在后续世代中的传递，后代个体的发病年龄会越来越早，病情愈来愈严重。除了三核苷酸重复外，某些基因内的其他类型的多核苷酸重复的拷贝扩增也引起遗传病，例如SCA10基因第9内含子中的(ATTCT)n当n为10～22时，并不引发SCA10疾病，而上述5核苷酸重复次数达4000余次时，SCA10发病。第五十四页，共一百一十一页，2022年，8月28日动态突变与人类疾病动态突变致病机制的假说（自学）第五十五页，共一百一十一页，2022年，8月28日11.5基因突变的分子基础自发突变的原因：A.复制错误B.碱基的异构体互变效应C.转座因子的插入D.自发的化学变化：脱嘌呤、脱氨基、生物体内活性氧化剂对DNA的氧化损伤诱变因素：A.化学诱变B.物理诱变C.生物学诱变第五十六页，共一百一十一页，2022年，8月28日一、突变的分子机制（一）位点与基因座

位点（site）：DNA（基因）上一个核苷酸对，一个基因内不同位点的改变可以形成许多等位基因（复等位基因）。

基因座（locus）：指一个基因，包括数百个～数千个核苷酸对。一个基因座上的复等位基因是基因内部不同碱基改变的结果。第五十七页，共一百一十一页，2022年，8月28日（二）突变的方式（1）分子结构的改变

碱基替换：如AAA（赖）→GAA（谷）。包括：转换:transition,嘌呤与嘌呤或嘧啶与嘧啶之间的转换颠换:transversion,嘌呤转换为嘧啶或嘧啶转换为嘌呤（2）移码frameshift碱基缺失移码：如AAA（赖）CAC（组）→AAC（天）AC…碱基插入移码：如AAA(赖)→AAC（天冬酰胺）A…第五十八页，共一百一十一页，2022年，8月28日镰刀型贫血症与点突变正常红细胞基因型HbAHbA镰刀型红细胞基因型HbSHbS人的血红蛋白由2条α链和2条β链组成。镰刀型贫血症患者的β链第6位的Glutamicacid变成了Valine。谷氨酸的密码子为GAA或GAG，而缬氨酸的密码子为GUU、GUC、GUA、GUG。中间1个碱基的替换导致了1个氨基酸的改变，从而导致了镰刀型贫血症。第五十九页，共一百一十一页，2022年，8月28日第六十页，共一百一十一页，2022年，8月28日THECATSAWTHEDOG?图片引自KlugandCummings，2002移码突变第六十一页，共一百一十一页，2022年，8月28日（三）自发突变的机制（1）自发损伤常见的有脱嘌呤和脱氨基作用。一个哺乳动物细胞在37℃培养20h的细胞复制周期中，DNA自发地脱落大约10000个嘌呤碱基。（2）碱基的氧化损伤活性氧化物，如超氧自由基(O2－)、过氧化氢(H2O2)和羟自由基(OH－)都被认为是正常有氧代谢的副产物，这些副产物对DNA产生氧化损伤，不仅能对DNA的前体造成氧化性损伤，从而引起突变，而且会引发多种人类疾病。（3）DNA复制错误碱基异构体转换会导致DNA复制错误，造成碱基替换；复制滑动可导致碱基插入、缺失，造成移码突变。（4）其他可能的机制自然界存在的辐射；温度急剧变化导致DNA复制酶的保真性降低；重复序列引起的复制滑动（replicationslippage）第六十二页，共一百一十一页，2022年，8月28日碱基嘧啶环嘌呤环第六十三页，共一百一十一页，2022年，8月28日异构体互变会改变碱基配对性质并导致突变碱基异构体互变（Tautomericshifts）酮式烯醇式标准的碱基配对异常碱基配对氨基式亚氨基式第六十四页，共一百一十一页，2022年，8月28日二、突变的修复(自学)1、DNA防护机制（1）简并密码子（2）回复突变（3）抑制（4）致死和选择（5）多倍性2、DNA的修复（1）光修复（2）暗修复（3）重组修复（4）SOS修复未雨绸缪坏了就修?（自学）第六十五页，共一百一十一页，2022年，8月28日想变就变——理化诱变想变什么就变什么？！——生物学诱变11.6人工创造突变体第六十六页，共一百一十一页，2022年，8月28日一、突变体的用途第六十七页，共一百一十一页，2022年，8月28日太空辐射育种

突变体的用途——育种Co60辐射育种

:8080第六十八页，共一百一十一页，2022年，8月28日突变体的用途——遗传与发育机理的揭示例如：THMorgan通过研究果蝇白眼突变体揭示了性连锁遗传规律CNüsslein-Volhard等人通过研究大量果蝇和斑马鱼胚胎突变体，提出了由间隙基因、成对基因、节段极性基因、同形异位（同源异形）基因控制发育的模式第六十九页，共一百一十一页，2022年，8月28日例如：GWBeadle和ELTatum以红色面包酶为材料，根据对生化突变体的研究提出“一个基因一个酶”假说。认为生物体内发生的每一步代谢反应，都是由一种特殊的酶负责控制的，而这种酶又是某一特定基因的合成产物。突变体的用途——生化途径的揭示第七十页，共一百一十一页，2022年，8月28日

突变体的用途——遗传疾病的研究沙皇尼古拉二世之子：血友病

维多利亚女王：血友病突变基因携带者

第七十一页，共一百一十一页，2022年，8月28日正向遗传学策略（forwardgeneticsstrategy）克隆已知突变表型或功能的基因，再分析其序列，即由功能→序列。只能分析单个的或少数的基因，所获得的信息是零散而片面的逆向遗传学策略（reversegeneticsstrategy）从大规模的已知DNA序列出发，对基因组的基因进行功能敲除（knock-out）或激活(knock-on),获得大量突变体，并系统地分析其功能。即由大规模序列

→功能。所获得的信息是系统的、完整的突变体的用途——基因功能分析与功能基因组学研究第七十二页，共一百一十一页，2022年，8月28日二、人工创造突变体的方法第七十三页，共一百一十一页，2022年，8月28日获得突变体的途径最终可归结为：破坏基因结构改变基因表达诱变方法：物理诱变（physicalmutagenesis）化学诱变(chemicalmutagenesis)生物学诱变(biologicalmutagenesis)第七十四页，共一百一十一页，2022年，8月28日（一）物理诱变物理诱变因素电离诱变因素非电离诱变因素电磁辐射粒子辐射紫外线X射线γ射线带电粒子不带电粒子α射线β射线质子中子第七十五页，共一百一十一页，2022年，8月28日电磁波谱的组成及其波长能量高于可见光的射线对生物体有害第七十六页，共一百一十一页，2022年，8月28日1.电离辐射诱变●包括射线、射线和中子等粒子辐射，还包括γ射线和X射线等电磁波辐射。中子的诱变效果最好。根据辐射（照射）的方法，可分为“内”和“外”照射。

第七十七页，共一百一十一页，2022年，8月28日○外照射即辐射源与接受照射的物体之间要保持一定的距离，让射线从物体之外透入物体之内，在体内诱发基因突变。X射线、γ射线和中子都适用于“外照射”。○内照射即用浸泡或注射的方法，使其渗入生物体内，在体内放出射线进行诱变。

第七十八页，共一百一十一页，2022年，8月28日和射线的穿透力很弱，故只能用“内照射”。实际应用时，一般不用射线，只用射线。射线常用辐射源是P32和S35，尤以P32使用较多●电离辐射诱变的机理照射→初级电离→次级电离→基因分子结构改组→基因突变第七十九页，共一百一十一页，2022年，8月28日●辐射剂量及表示方法○定义：单位质量被照射的物质所吸收的能量数值，称为辐射剂量。

○X射线和γ射线：用“伦琴”（r）表示，即在1克空气中吸收83×10-7焦耳（J）辐射的能量。○中子：单位是“积分流量”。即每平方厘米的截面上通过的中子数（n/cm2）。

○射线：用“微居里”表示。具体是每克物质吸收多少“微居里”（cu）的放射性同位素。微居里是放射强度单位，表示每秒钟有3.7×104个原子核发生蜕变。第八十页，共一百一十一页，2022年，8月28日基因突变的频率与辐射剂量成正比，即剂量增加一倍，突变频率增加一倍，但突变率不受辐射强度的影响。●辐射强度是指单位时间内照射的剂量数，即剂量率，倘若照射剂量不变，不管单位时间内所照射是多还是少，基因突变率总是保持一致。

第八十一页，共一百一十一页，2022年，8月28日

2.非电离辐射诱变

●种类：UV●作用机理激发作用→DNA结构改变→配对差错→突变最有效的诱变波长：260nm●适用UV能量较低、穿透力较弱，适于微生物、生殖细胞的诱变UV照射→DNA上的胸腺嘧啶环共价交联→形成胸腺嘧啶二聚体→DNA构像改变，抑制复制→错配第八十二页，共一百一十一页，2022年，8月28日“Childrenofthenight”阳光中的UV可导致DNA形成thyminedimer（胸腺嘧啶二聚体），正常人含有NER修复系统，可以切除修复受影响的DNA。但干皮病患者丧失了NER功能，所以暴露于阳光中会导致皮肤受损、甚至长肿瘤（如图中男孩的鼻子上就有2个）。如果这种孩子从小就不暴露在阳光中，皮肤受损可以减轻（图中女孩）第八十三页，共一百一十一页，2022年，8月28日●简史1941年Auerbach和Robson第一次发现芥子气（mustardgas,一种烷化剂）可以诱发基因突变。1943年Oehlkers第一次发现氨基甲酸乙酯(NH2COO2H5）可以诱发染色体结构的变异。

（二）化学诱变第八十四页，共一百一十一页，2022年，8月28日●化学诱变的特点某些化学药物的诱变作用是有特异性的，即一定性质的药物能够诱发一定类型的变异。第八十五页，共一百一十一页，2022年，8月28日化学诱变剂的种类碱基类似物具有配对两重性，DNA复制时如错误掺入碱基类似物可造成碱基的转换（basetransition）碱基修饰剂对碱基某些基团进行化学修饰从而改变碱基的配对性质，造成碱基的转换或颠换(transversion)DNA嵌入剂可嵌入DNA的碱基对之间，造成复制错误，形成碱基插入/缺失,导致移码突变第八十六页，共一百一十一页，2022年，8月28日碱基类似物：baseanalogs

DNA复制时错误掺入到DNA分子中，引起碱基配对错误，造成碱基替换5－溴尿嘧啶（5-BU,5-bromouracil）2－氨基嘌呤（2-AP,2-aminopurine）碱基修饰剂：

对碱基进行修饰使其性质发生改变，引起特异性错配，造成碱基替换

亚硝酸（HNO2）：使碱基脱氨羟胺（HA）：使碱基的氨基氮羟基化甲基磺酸乙酯（EMS，烷化剂）：使碱基烷基化嵌合剂：吖啶类染料。含有吖啶环，是一种平面分子，分子大小与碱基对大小相似，可以插入到DNA双螺旋双链或单链的两个相邻碱基之间，造成碱基插入或缺失，引起移码突变。某些抗菌素、叠氮化合物也有诱变效应第八十七页，共一百一十一页，2022年，8月28日碱基类似物具有配对两重性，导致碱基转换突变T=A↓5BU=A↓5BU=G↓C=G酮式烯醇式酮式烯醇式5-BU，5-溴尿嘧啶，是T的类似物，但可以和A或G配对第八十八页，共一百一十一页，2022年，8月28日烷化剂EMS对碱基的修饰导致其配对性质改变DNA修饰烷化剂是极强的化学诱变剂。如乙基甲磺酸（EMS）和亚硝基胍（NTG），可对碱基进行烷基化，改变其配对性质，造成碱基替换。DNA嵌入剂，如原黄素素(proflavin),吖啶橙(acridine)等扁平分子可以嵌入DNA的碱基对之间，导致单核苷酸对的插入/缺失，引起移码突变。第八十九页，共一百一十一页，2022年，8月28日（三）生物学诱变第九十页，共一百一十一页，2022年，8月28日转座因子——会跳舞的基因？1、定义：指可以在染色体组内移动的特定DNA片段。2、发现：Emerson（1914）花斑果皮McClintock转座因子的遗传基础第九十一页，共一百一十一页，2022年，8月28日巴巴拉·麦克林托克BarbaraMcClintock（1902-1992）是20世纪具有传奇般经历的女科学家，她在玉米中发现了“会跳舞”的基因。面对荣获贝尔奖（1983年）这一崇高荣誉，麦克林托克平静地说：“我觉得自己获得这种意外的奖赏似乎有些过分。多少年来，我在对于玉米遗传的研究中已获得很多的欢乐。我不过是请求玉米帮助我解决一些特殊的问题，并倾听了她那奇妙的回答。”

第九十二页，共一百一十一页，2022年，8月28日Ac－Ds转座系统造成玉米籽粒颜色的改变引自KlugandCummings，2002CDsAcInsertionalmutationAcCAcDs当Ac存在时，Ds可发生转座当Ds转座插入基因C时，造成插入失活，籽粒无色当Ds从基因C切离时，回复野生型，表现有色。由于发生切离的时间不同、发生切离的细胞有限，所以籽粒颜色表现为少量色斑C为显性基因，使玉米籽粒呈现颜色第九十三页，共一百一十一页，2022年，8月28日转座因子的结构特性（一）原核生物的转座因子它们的一个共同特征是，在它们的末端都具有一段反向的重复序列(IR)。

1．插入因子（insertionsequence,IS）

第九十四页，共一百一十一页，2022年，8月28日2．转座子(transposons)

Tnp3系转座子末端有一对38bp的IR序列，每个转座子都带有3个基因:一个是编码对氨苄青霉素抗性的β–内酰胺酶(β–lactamase)基因，其它二个是编码与转座作用有关的基因，TnpA和TnpR。第九十五页，共一百一十一页，2022年，8月28日（二）真核生物的转座因子194bp缺失11bp末端颠倒重复区加405bp无关序列第九十六页，共一百一十一页，2022年，8月28日Ac因子：activator，是自主成分，具备自身切除和转座的能力。带有2个与转座有关的基因Ds因子：dissociation,非自主成分，只有在同一自主成分Ac存在时才能切除或转座。自主成分对非自主成分的互补效应是反式的，非自主成分大概起源于丢失了自主转座功能的成分，如各种Ds均来源于Ac。转座子的末端序列是转座酶的识别位点，保守性很强。如，Ac-Ds系统两端均为11bp的颠倒重复序列。第九十七页，共一百一十一页，2022年，8月28日生物学诱变定点突变T-DNAtaggingTransposontaggingRNAinterference第九十八页，共一百一十一页，2022年，8月28日定点突变基因的定点突变（sitespecificmutagenesisofgene）是指按照人们的意愿对基因的编码区和表达调控区（包括启动子区）定向进行缺失、插入或碱基替换等过程。基因的定点突变改变了自然状态下诱发突变表现的随机性，根据所要突变的已知基因序列，对其保守的功能结构域，调控区进行定点突变，从而改变基因的结构和表达状况。第九十九页，共一百一十一页，2022年，8月28日定点突变的方法双引物法将克隆到任一质粒上某基因的特定位点，设计两个互补的含有突变碱基的引物，该引物应有足够的长度，以保证与该突变位点对应的质粒DNA