基因突变和损伤的修复

基因突变和损伤的修复第一页，共六十七页，编辑于2023年，星期五基因突变的类型和符号常用的几个突变株突变发生的机理(自发突变，诱发突变)保证遗传稳定的机制(损伤DNA的修复)第二页，共六十七页，编辑于2023年，星期五第一节基因突变的类型和符号一、基因的符号

nodA（nodule结瘤基因Ａ）;nifA（nitrogenfixation固氮基因Ａ）;

trpA,trpB（tryptophan色氨酸）;

trpA23,trpA46

（同一基因的不同突变位点）;第三页，共六十七页，编辑于2023年，星期五leu-,strr;(营养缺陷，抗性)lacZ-

;(表型符号为正体LacZ);Δ(lac,pro);（缺失）trpA::Tn5

;（插入）E.coliJM109;

E.coliDH5α;

（菌株）E.coliJM109Δ(lac,proAB)trpA::Tn5

第四页，共六十七页，编辑于2023年，星期五二、基因突变的类型按照突变体表型特征不同分类：１、形态突变型，例如第五页，共六十七页，编辑于2023年，星期五２、营养缺陷型Ade-

３、抗性突变型Strr

４、致死突变型

5、条件致死突变型

6、产量突变型第六页，共六十七页，编辑于2023年，星期五按照突变所引起的遗传信息的改变分类：１、错义突变同一位置上的氨基酸改变

GAA(E)→AAA(K)

２、同义突变同一位置上的氨基酸不变

GAA(E)→GAG(E)３、无义突变碱基突变后形成终止密码子

GAA(E)→UAA(stop)第七页，共六十七页，编辑于2023年，星期五第八页，共六十七页，编辑于2023年，星期五１、碱基置换转换PyPy

PuPu

颠换PyPu转换比颠换更常见按照遗传物质的结构改变分类：第九页，共六十七页，编辑于2023年，星期五２、移码突变（编码区）ATCGAATTCGGGTATTTAATCGAATTCGGGTATTTACGAATCCGAATTCGGGTATTTAATCCGGAATTCGGGTATTTAATCCGAGAATTCGGGTATTTA第十页，共六十七页，编辑于2023年，星期五３、DNA片段插入和缺失

DNA大片段的缺失或重复，在放线菌中缺失范围从几个基因到几十个基因。第十一页，共六十七页，编辑于2023年，星期五第二节常用的几个突变株营养缺陷突变株温度敏感突变株抗性突变株第十二页，共六十七页，编辑于2023年，星期五例：供体E.coli(HfrStrs)受体E.coli(F-Thr-Leu-Thi-Strr)在含有链霉素和硫胺素的基本培养基只能分离到苏氨酸和亮氨酸的重组子第十三页，共六十七页，编辑于2023年，星期五第三节突变发生的机理

(自发突变，诱发突变)

第十四页，共六十七页，编辑于2023年，星期五１、自发突变

·碱基异构式引起DNA复制过程的错误

a)碱基异构式

C(氨基)C(亚氨基)

A(氨基)A(亚氨基)

G(酮式)G(烯醇式)

G(酮式)

G(烯醇式)

T(酮式)

T(烯醇式-2’)orT(烯醇式-4’)

1,65,6第十五页，共六十七页，编辑于2023年，星期五第十六页，共六十七页，编辑于2023年，星期五OH第十七页，共六十七页，编辑于2023年，星期五第十八页，共六十七页，编辑于2023年，星期五b)碱基异构式引起DNA复制的错配

第十九页，共六十七页，编辑于2023年，星期五A(a)

T(k)

G(k)C(a)

正确配对

错误配对

G(k)T(e)

A(a)

C(i)

A(i)

C(a)

G(e)

T(k)

第二十页，共六十七页，编辑于2023年，星期五A(a)

T(k)

C(i)

A(a)

C(i)

C(a)G(k)例如：环出效应转座子第二十一页，共六十七页，编辑于2023年，星期五环出效应第二十二页，共六十七页，编辑于2023年，星期五２、诱发突变

2-1物理诱变a)电离辐射诱变；

Co60(χ)(γ)ray

Cs137(χ)(γ)ray

H3(α)ray

P32,,S35(β)ray

卫星搭载诱变；

高真空，强辐射，微重力

(χ)(γ)ray穿透性

（外照射处理）

(α)(β)ray非穿透性

（内标记处理）

dNTP电荷及结构改变

第二十三页，共六十七页，编辑于2023年，星期五电离辐射引起DNA损伤的机理第二十四页，共六十七页，编辑于2023年，星期五b)非电离辐射—UltraVioletlight(U.V)---pyrimidinedimer(TTdimer)isgeneratedbycovalentlinks

betweenadjacentTT

∧第二十五页，共六十七页，编辑于2023年，星期五2-2生物技术定点诱变

第二十六页，共六十七页，编辑于2023年，星期五PCR原理解链退火延伸第二十七页，共六十七页，编辑于2023年，星期五基因的定点诱变

oligo-dNt介导的定点诱变

合成与目标基因某区段互补并含突变位点的oligo-dNt

第二十八页，共六十七页，编辑于2023年，星期五突变oligo-dNt引物介导的PCR诱变目标基因克隆到质粒中分为两管

每管加入2个特定引物一个与基因内某一区段互补（2，4）一个含突变碱基并与欲突变位点互补（1，3）

PCR产物混合变性、复性转化E.coli第二十九页，共六十七页，编辑于2023年，星期五PfuDNApolymerasefromPyrococusfuriosus(火球菌属)

具有3’→5’exonuclease活性，校正复制时碱基的错配复制高保真，聚合长度1.5-2.0kb

两引物5’端连接其中引物1中含欲突变的碱基

Pfu-PCR直接诱变法第三十页，共六十七页，编辑于2023年，星期五引物2合成的新生链不会使引物1靶序列发生替代

未被引物2扩增的DNA，含有未突变的酶切位点，经酶解后成线状，转化E.coli不能稳定存在

改进型引物的PCR诱变

目标基因克隆到M13载体提取单链DNA为模板

设计两引物分别与模板不同区段互补

引物1与目标基因互补，含一突变碱基，并5’端磷酸化

引物2含一酶切位点，并造成酶切位点突变

12第三十一页，共六十七页，编辑于2023年，星期五两通用引物（commonP1&commonP2）

设计两突变引物（mut.P1&mut.P2）

第一次两种PCR产物混合，变性，复性

其中一对双链分子不能进行第二次PCR

另一对双链分子的PCR产物为诱变基因

引物重叠延伸的PCR诱变

cP1

mP1mP2cP2第三十二页，共六十七页，编辑于2023年，星期五基于PCR的随机诱变目标基因克隆于含两酶切位点（REA,B）的质粒载体REA,B酶切克隆子，exonucleaseIII酶解目标基因3’断口的单链Klenow片段dNTP一种碱基类似物（诱变剂）在聚合DNA过程中随机造成诱变第三十三页，共六十七页，编辑于2023年，星期五

DNAshuffling技术的基因诱变Mutants.

Digestionligation

transformationselection第三十四页，共六十七页，编辑于2023年，星期五2-3化学诱变a)干扰碱基合成的化学诱变剂6-Mercaltopurine5-AminoUracil5-氨基尿嘧啶(5-AU)和6-氮嘌呤(6-NP)

第三十五页，共六十七页，编辑于2023年，星期五b)碱基类似物导致的碱基错配(5-BrU)BrBr第三十六页，共六十七页，编辑于2023年，星期五5-BrU(k)

5-BrU(e)ReplicationBrU(k)BrU(e)ATGC复制错误A/TG/C掺入错误G/C

A/T第三十七页，共六十七页，编辑于2023年，星期五A(a)T(k)5-BrU(k)G(k)5-BrU(e)C(a)mispairingmispairingT(k)A(a)5-BrU(k)G(k)C(e)5-BrU(e)A(a)G(k)G(k)A(a)复制错误掺入错误5-BrU(k)5-BrU(e)第三十八页，共六十七页，编辑于2023年，星期五5-BrU(k)

5-BrU(e)ReplicationBrU(k)BrU(e)GC复制错误A/T

G/C掺入错误G/C

A/TInDNABrU(k)>BrU(e)(normal)(isoform)BrU(k)

BrU(e)难易AGGATCCT>第三十九页，共六十七页，编辑于2023年，星期五HNO2(NitrousacidNA)

ACGHypoxanghineCUracilAXanthineCdeamination

HNO2

碱基修饰引起的化学突变第四十页，共六十七页，编辑于2023年，星期五羟胺的致突变作用NH2OH(HydroxylamineHA羟胺)C(羟化)A(a)OHNH羟化胞嘧啶

GCAT第四十一页，共六十七页，编辑于2023年，星期五d)烷化剂EMS(Ethylmethanesulfanate)CH3—S—O--CH2CH3OOMMSCH3—S—O--CH3OOSM(SulfurMustardsgas硫芥子气)HSCH2CH2ClCH2CH2Cl第四十二页，共六十七页，编辑于2023年，星期五甲基化第四十三页，共六十七页，编辑于2023年，星期五诱变效应；使碱基多处发生烷化，导致DNA结构变异敏感位点H2NOOOCTN3,C4-NN3,C4-OAGN1,N3,C6-N,N7,C8N1,C2-N,N3,C6-O,N7,C8H2NONHH第四十四页，共六十七页，编辑于2023年，星期五

Apurination(de-pu)脱嘌呤作用CH3CH2GMPCH3CH2-OC6-O-烷基嘌呤=TC4-O-烷基胸腺嘧啶=GG

GCH2CH2—S--CH2CH2H烷化碱基电离异构式错配多功能烷化剂DNA分子交联畸变GXTO7-烷基鸟嘌呤第四十五页，共六十七页，编辑于2023年，星期五e)嵌合剂和移码突变AO(AcridineOrange)扁平分子EB(EthidiumBromide)-ATTTTTCG--TAAAAAGC--ATTTCG--TAAAGC-TAOT-ATEBTTTTCG--TA分子插入异相退火AOEB-ATTTCG--TAAAGC--ATX’TTTTCG--TAXAAAAGC-----AAAAA-----AAAAATTTTT------TTTTT----AAAAA--TTTTT--AAAAA--TTTTT-RE---AAAAA------TTTTT------AAAAAA------TTTTTT---+重组XAAAAGC-TA第四十六页，共六十七页，编辑于2023年，星期五第四节保证遗传稳定的机制（损伤DNA的修复）第四十七页，共六十七页，编辑于2023年，星期五复制过程中的错配修复DNA的损伤修复基因的回复突变密码的简并致死突变多倍体……复制过程中的错配修复机制(ξ=10-11)DNAmismatch+-----A------------C---DNApol(ξ=10-8)经第二次校正ξ=10-11MRSMismatchRepairSystem注：polI具有3'--5'的核酸外切酶活性（瞬时，广义上的校对和修复功能）第四十八页，共六十七页，编辑于2023年，星期五1、DNA的复制修复

1-1MismatchrepairsystemDNApolymeraseligaseMCE(mismatchcorrectenzyme)3subunitsmutH,L,Sdamgenem6A甲基化酶Scanning新生链中错配碱基识别新生链中非m6A的GATC序列酶切含错配碱基的新生DNA区段第四十九页，共六十七页，编辑于2023年，星期五MCEscanningDNA中的GATC(palindromicseq.)

为m6A甲基化敏感位点平均每2kb左右有一GATCseq.3’-------C----------CTAG----------CTAG----5’

5’-----------T----------GATC----------GATC----3’

3’-------------------------------------------------------

5’少梯度多（m6A）新生链第五十页，共六十七页，编辑于2023年，星期五MCEscanningendonucleasePolymeraseligaseGATCGATCCTAGCTAGTCGATCGATCCTAGCTAGTGATCGATCCTAGCTAGTA第五十一页，共六十七页，编辑于2023年，星期五1-２(尿嘧啶-)N-糖苷酶系统---TAGC------ATCG------TAGC------ATG---U---TAGC---ung-aseGTUAU---TAGC------ATG---Apurinase(内切酶)---TAGC------ADNApolligaseTCG---第五十二页，共六十七页，编辑于2023年，星期五第五十三页，共六十七页，编辑于2023年，星期五光复活酶471aa2、DNA的损伤修复2-1光复活----TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA----可见光激活第五十四页，共六十七页，编辑于2023年，星期五2-2切除修复BeforeReplicationError-freeUvrA,B,CgeneEndonucleasesExonucleaseDNApolLigase切除修复步骤：识别DNA链中的损伤部位损伤部分被切离修复第五十五页，共六十七页，编辑于2023年，星期五第五十六页，共六十七页，编辑于2023年，星期五第五十七页，共六十七页，编辑于2023年，星期五动画第五十八页，共六十七页，编辑于2023年，星期五E.coli

存活%U.V计量w.t.uvrA+recA+recA+

uvra-recA-

uvrA-recA.gene

以某种方式参与DNA损伤修复2-3重组修复第五十九页，共六十七页，编辑于2023年，星期五

重组修复

(strandtransferrepair)Afterreplicationrepair

RecA,DNApolymeraeligasegenesbeneeded第六十页，共六十七页，编辑于2023年，星期五2-4

SOS修复JeanWeagleE.coliE.coliE.coliλ8010100mut.100%50%10%

E.coli中噬菌体损伤的DNA被修复AU.V.诱导了E.coli

的SOS修复(A&B)SOS修复高频率的突变(Error-prone)ABC第六十一页，共六十七页，编辑于2023年，星期五DNAdamaged300XsignalRecAcleavesLexA

SOSUmnCmuta