基因突变 微课

作物生产技术专业/教学资源库基因突变野生型:

------从自然界分离到的菌株一般称野生型菌株（wildtypestrain），简称野生型。突变株:

-----野生型经突变后形成的带有新性状的菌株，称为突变株（mutant）。一、突变（mutation）突变指细胞内遗传物质的分子结构或数量发生变化的现象。包括基因突变（又称点突变）和染色体畸变。基因突变（genemutation）:是指一个基因内部遗传结构或DNA序列的任何改变，涉及一对或少数几对碱基的置换、缺失或插入，因其发生的范围很小，所以又称点突变（pointmutation）。染色体畸变（chromosomalaberration）:是指染色体较大范围内结构的变化，如缺失、重复、倒位、易位等以及染色体数目的变化。二、基因突变的特点（规律）自发性菌种衰退的根本原因不对应性突变的性状与突变的原因无关系稀有性自发突变几率低（10-6~10-10）突变率：每一个细胞在每一世代中发生某一性状突变的几率。（某一单位群体在每一世代中产生突变株的数目）独立性某基因的突变率不受它种基因突变率的影响可诱变性自发突变的频率可因诱变剂的影响而提高（10-3~10-6）稳定性基因突变后的新性状是稳定的可逆性野生型菌株某一性状可发生正向突变，也可发生反向的回复突变。证明突变的性状与引起突变的原因间无直接对应关系！如何证明基因突变的非对应性？三个经典实验:1.变量实验、2.涂布实验、3.影印实验三、基因突变自发性和不对应性的实验证明1）变量实验（fluctuationanalysis）SalvadorLuria&MaxDelbruck(1943)对噬菌体T1敏感的E.coli对数期培养物，稀释至103/mL,分装两试管，各10mL

与甲管分装的各小管同时保温24~36h甲管乙管2）Newcombe的涂布实验（1949）在涂布过的一组中，共长出抗性菌落353个，比未经涂布过的（28个菌落）高得多约繁殖了12.3代选用对T1噬菌体敏感的E.coli，以相等数目涂布于12个平板上3）影印实验（replicaplating）JoshuaLederbergandEstherLederberg（1952）通过使菌不接触抗性环境而检查其抗性菌落的方法

营养缺陷型抗性突变型条件致死突变型

形态突变型抗原突变型产量突变型1.

按照突变的表型分类：选择性突变株（能在选择性培养基上或其它的选择性条件下迅速选出或鉴别出）非选择性突变株四、基因突变的类型2.按照突变所引起的遗传信息的改变情况可分为三种：同义突变表型不发生改变（密码子是简并的,如CGU变成CGC，但都编码精氨酸）；错义突变改变的密码子编码的氨基酸改变了；无意义突变终止密码子（UAA,UAG,UGA）基因突变的机制一、基因突变的分子基础(一)自发突变

(二)诱发突变引起自发突变的原因主要有以下几方面：

背景辐射和环境因素引起；有害代谢产物引起；互变异构效应引起的碱基配对错误；

DNA复制过程中碱基配对错误；转座因子的作用。通过人为的方法，利用物理、化学或生物因素显著提高自发突变频率的手段。生物体在无人工干预下自然发生的低频率突变（10-6-10-9）。它是生物进化的根源。(二)、诱发突变诱变剂（mutagen）：凡能提高基因突变频率的因素统称为诱变剂诱变剂的种类物理诱变剂化学诱变剂生物诱变剂碱基类似物诱变剂；与碱基起化学反应的诱变剂；嵌入诱变剂；

：辐射和热：转座因子(1)碱基类似物----间接引起置换的诱变剂它们在DNA复制中能掺入DNA分子中，由于其产生异构体的频率高，因此发生的错误配对可引起碱基的置换。一类与正常碱基结构相似的物质，称为碱基类似物。如：5-BU,8-NG,2-AP等。A-TA-TA-BUA-TG-BUG-CA-BU加入5-BU1.化学诱变剂(2)与碱基起化学反应的诱变剂-----直接引起碱基置换该类诱变剂与碱基起化学反应，改变碱基的结构，导致错配。亚硝酸：G-CA-T转换互变各种烷化剂：G-CA-T互变羟胺：只引起G-CA-T转换（专一性与C起反应）亚硝酸：对碱基的主要作用是氧化脱胺作用（使氨基变为酮基，改变配对性质，引起碱基转换）。

HNO2

AH（次黄嘌呤）ATGCCUGCATGX（黄嘌呤）不引起突变A-TH-TH-CA-TH-CG-C2.物理诱变剂及其诱变机制紫外线，x-射线，γ–射线，快中子，超声波等(1)紫外线（UV）紫外线是实验室中常用的非电离辐射诱变因子，其作用机制主要是能引起：DNA链的断裂、DNA分子双链的交联、嘧啶的水合作用相邻碱基形成嘧啶二聚体（TT，TC,CC）等。

其中最主要的效应是胸腺嘧啶二聚体的形成。胸腺嘧啶二聚体通常出现在同一DNA单链上两个相邻的胸腺嘧啶之间，也可出现在两条DNA单链之间。两种情况导致结果不同。X‐射线、γ‐射线、快中子等属于电离辐射。以X‐射线为例解释该类诱变剂诱变机理：X‐射线的诱变作用有直接和间接两种方式：

(1)直接作用是引起DNA双链间氢键的断裂、DNA单链的断裂、不同DNA分子之间的交联等。

(2)间接作用是电离辐射能从水或有机分子中产生自由基，这些自由基作用于DNA分子，引起缺失和损伤。自由基对嘧啶的作用更强烈。此外，X射线还可能使细胞中形成一些碱基类似物，突变由这些碱基类似物所诱发。与紫外线不同的是，电离辐射可通过玻璃和其他物质，穿透力强，能达到生殖细胞，因此常用于动植物的诱变育种。(2)X‐射线、γ‐射线、快中子短时间的热处理也可诱发突变，热的作用是使胞嘧啶脱氨基而成为尿嘧啶，从而通过碱基配对错误而引起GC→AT的转换；另外，热也可引起鸟嘌呤‐脱氧核糖键的移动，从而在DNA复制时出现包括两个鸟嘌呤的碱基对，在下一次的DNA复制中该碱基对错配就会引起GC→CG的颠换。(3)热(1).转座因子（transposableelement)定义：位于染色体或质粒上的一段能改变自身位置的DNA序列。广泛分布于原核和真核细胞中。又称“跳跃基因”(2).转座因子的特点1)在转座时，通过转座因子的复制，可将新形成的拷贝以非同源重组的方式转移到染色体的新部位上；

2)都携带有编码转座酶的基因，该酶具有转移位置的功能，是转座所必需的;3)两端都有正向或反向末端重复序列。

3.生物诱变剂(转座因子)及其诱变机制三、DNA损伤的修复

除了DNA聚合酶进行校正外，还通过几种不同的机制进行DNA的修复：(1)光复活作用(2)切除修复(3)重组修复(4)SOS修复紫外线诱变时必须在暗室、红光下进行（1）光复活作用（photoreactivation）可见光可大大降低经紫外线照射后微生物死亡率的现象。机理：经UV照射后带有嘧啶二聚体的DNA分子，在黑暗中会和一种光激活酶——光解酶结合，形成酶‐DNA复合物，该复合物暴露在可见光下时，光解酶会因获得光能而被激活，并使二聚体重新分解成单体，光解酶也从复合物中释放出来，再结合到其它二聚体上。

这种修复机制不是移去和取代核苷酸，而是胸腺嘧啶二聚体直接被修复，所以是一种无错误的修复。（2）切除修复（excisionrepair，又称暗修复）一种普遍的修复系统。能移去胸腺嘧啶二聚体和修复大多数引起的DNA扭曲损伤。该修复系统不需要可见光，通过酶切作用移去损伤的碱基（包括损伤位点附近的一些碱基），随后合成一段正常DNA链。

内切核酸酶

4种酶参与外切核酸酶

DNA聚合酶