2基因突变与修复机制课件

2基因突变与修复机制课件12基因突变与修复机制课件2第二章

基因突变与DNA的损伤修复科学的遗传观是动态和进化的遗传，而有活力的突变是可遗传的突变，是生物进化的源泉和动力。孟德尔遗传和连锁遗传中的可遗传变异均是基因重组的结果，不是基因本身发生了质的变化。本章将讨论染色体上组成基因的DNA序列和脱氧核苷酸分子结构发生的改变。第二章科学的遗传观是动态和进化的遗传，而有活力的突变是3重要性分析：本部分是遗传变异的重要内容，基因突变与生物进化、人类健康和农业良种选育关系密切。参考文献：DanielL.Hartl《Genetics:AnalysisofGenesandGenomes》Chapter7MolecularmechanismsofmutationandDNArepair重点掌握：基因突变的概念和类型、基因突变的一般特点、诱变的因素及突变的分子机理、DNA的损伤修复和突变的检出。基因突变的检出是难点，检测方法因生物的不同而有显著差异，但共同点就是设计合适的实验让突变基因表达。重要性分析：参考文献：重点掌握：4第一节、基因突变与多态的关系什么是基因突变(genemutation)呢？基因突变和多态有什么关系呢？Therearemanyofthenormaldifferencesbetweenpeoplesuchaseyecolor,haircolor,andbloodtype.这些性状呈明显的多态性：眼色：黑色、蓝色、褐色发色：黑色、黄色、白色血型：A、B、AB、O这些多态性的性状是等位基因控制，由基因突变产生第一节、基因突变与多态的关系什么是基因突变(genemu5依据定义，群体中存在一个正常（野生）的等位基因，而突变可以产生一个少有的不正常的变异体（相对野生性状）。Thisimpliesthereisanormalallelethatisprevalentinthepopulationandthatthemutationchangesthistoarareandabnormalvariant.任何导致基因序列改变的变异叫基因突变。AmutationisdefinedasanychangeinaDNAsequenceawayfromnormal.多态是指群体中普遍存在的一种DNA序列变异。ApolymorphismisaDNAsequencevariationthatiscommoninthepopulation.依据定义，群体中存在一个正常（野生）的等位基因，而突变可以产62基因突变与修复机制课件72基因突变与修复机制课件82基因突变与修复机制课件9把因基因突变而表现突变性状的细胞或个体，称为突变体（mutant），或称突变型。把因基因突变而表现突变性状的细胞或个体，称为突变体（muta10二、基因突变的随机性random1、生物个体发育的任何时期中均可发生突变，即体细胞突变和性细胞突变。性细胞突变：突变率高且是可遗传的；体细胞突变：通常会丢失，如果要保留需经无性繁殖传递给后代。例如植物的“芽变”，可经扦插、压条、嫁接或组织培养后保留。芽变可以选育优良品种，如温州早桔。二、基因突变的随机性random性细胞突变：突变率高且是可11体细胞突变（somaticmutation，Acquiredmutation

），危害个体；生殖细胞突变（germ-linemutation；hereditarymutations），危害群体。体细胞突变（somaticmutation，Acquire12金银眼猫我哪里发生了突变？是体细胞还是生殖细胞突变？是发育早期还是晚期突变？金银眼猫我哪里发生了突变？132．基因突变通常独立发生：某一基因位点的一个等位基因发生突变时，不影响另一个等位基因，即等位基因中两个基因不会同时发生突变。2．基因突变通常独立发生：142基因突变与修复机制课件15三、基因突变的稀有性rarity据估计，一般高等动植物基因突变率是10-5～10-8。细菌和噬菌体等微生物的突变率比高等动植物的要高一些。同一种生物的不同基因，突变率也不相同。例如，玉米的抑制色素形成的基因的突变率为1.06×10-4，而黄色胚乳基因的突变率为2.2×10-6.三、基因突变的稀有性rarity据估计，一般高等动植物基因16四、基因突变的重演性和可逆性reversibility1.重演性：同一生物不同个体间可以多次发生同样的突变。如表中玉米籽粒7个基因中前6个，在多次试验中都出现过类似的突变，且其突变率也极为相似。四、基因突变的重演性和可逆性reversibility如表172.可逆性：象许多生化反应过程一样是可逆的。正突变（forwardmutation）：使野生型基因失活的突变。回复突变（backmutation）：通过重建原来的DNA序列或在基因其它部位获得补偿性突变。也叫反突变（reversemutation)。显性基因A通过正突变形成的隐性基因a又可经过反突变又形成显性基因A。例如：2.可逆性：象许多生化反应过程一样是可逆的。显性基因A通过正18（1）真正回复（truereversion)：是使表型恢复到野生型的突变（多发生在碱基替换）。（2）抑制基因突变（suppressormutation）：发生在其它位置的另一次的突变正好补偿了第一次突变的效应，使其恢复到野生型表型。基因内抑制突变：如一个基因编码序列发生碱基的改变导致表型的变化可由同一基因另一位置上发生的碱基突变而恢复正常。（1）真正回复（truereversion)：是使表型恢复19例如大肠杆菌的色氨酸合成酶A亚基的突变抑制效应突变型A46：其A亚基210位氨基酸编码子发生碱基替换，由GGA→GAA导致甘氨酸为谷氨酸所替代,从而使它失去了正常的酶活性；突变型A446：在这一替代不改变的情况下，A亚基的第174位氨基酸编码序列发生碱基替换，由UAC→UGC，使酪氨酸为半胱氨酸所替代，这一改变导致酶活性的恢复。例如大肠杆菌的色氨酸合成酶A亚基的突变抑制效应突变型A46：20基因间抑制基因突变：一个基因突变被另一基因突变抑制。例如通过“翻译校正的基因间抑制”UAC编码酪氨酸,其tRNA反密码子是AUG。当UAC突变为UAG后翻译停止。如果其tRNA基因发生突变导致其反密码子由AUG变为AUC，则可以识别UAG，可是它的3′端上仍可携带酪氨酸从而使无义突变密码子位置上照常出现酪氨酸而使翻译正常进行。基因间抑制基因突变：一个基因突变被另一基因突变抑制。例如通过21为什么回复突变频率远比正向突变低？提示：首先，对一个基因而言正向突变的突变方向是随意的，是多方向的，而回复突变是通过再一次突变变回之前的基因型，也就是只有一个突变方向；其次，发生碱基缺失的不易回复；再次，有些突变是致死突变，因而无法回复。所以频率很低。为什么回复突变频率远比正向突变低？提示：首先，对一个基因而言22五、突变的多方向性multi-direction1．基因突变的方向不定，可多方向发生：如A突变为a1、a2、a3、…对A来说他们都是等位关系，但其之间性状表现可能各不相同。如何验证等位关系呢？遗传试验证明它们的等位性：AA×a1a1F2呈3∶1或1∶2∶1a1a1×a2a2F2呈3∶1或1∶2∶1果蝇的部分眼色复等位基因及白眼基因起源

五、突变的多方向性multi-direction如A突变为232．复等位基因(multi-allele)：指位于同一基因位点上各个等位基因的总体。

复等位基因并不存在于同一个体中(同源多倍体除外)，而是存在于同一生物群内。复等位基因的出现，增加生物多样性，提高生物的适应性，提供育种工作更丰富的资源，使人们在分子水平上进一步了解基因内部结构。2．复等位基因(multi-allele)：复等位基因的出现243．复等位基因广泛存在于生物界：（1）植物自交不亲和性：指自花授粉不结实，而不同基因型株间授粉可结实的现象。自花不亲和性表现为花粉在柱头上不能萌发和延伸，在卵细胞与花粉中基因间有拮抗作用，即具有某一基因的花粉不能在具有同一基因的柱头上萌发。栽培的普通烟草为自花授粉植物，但烟草属中有两个野生种表现为自交不亲和性，已发现有15个自交不亲和的复等位基因S1、S2、……、S15控制自花授粉不结实性。3．复等位基因广泛存在于生物界：（1）植物自交不亲和性：指自252基因突变与修复机制课件26(2)人类血型：由三个复等位基因IA、IB和i决定，其中IA、IB对i基因均为显性，IA与IB间无显隐性关系(二者同时存在，表现各自的作用)。这三个复等位基因可组成6种基因型和4种表现型：(2)人类血型：由三个复等位基因IA、IB和i决定，其中I27六、基因突变的有害性和有利性disadvantageandadvantage1．突变的有害性多数突变对生物是有害的（为什么？）：基因突变会打破或削弱长期自然选择进化形成的平衡关系，进而打乱代谢关系，引起程度不同的有害后果。致死突变（对个体有害，对群体有利）：即导致个体死亡的突变(这类突变无法回复）。玉米白化苗隐性致死隐性致死基因（recessivelethalalleles）只在隐性纯合时才能使个体死亡。显性致死基因（dominantlethalalleles）在杂合体状态时可导致个体死亡。六、基因突变的有害性和有利性1．突变的有害性致死突变（对个体282、中性突变控制次要性状的基因发生突变，不影响该生物的正常生理活动，因而仍保持其正常的生活力和繁殖力，被自然选择保留下来。例如：水稻有芒、无芒；小麦红皮、白皮。3、有利突变不但无害，而且有利。如抗倒、抗病、早熟等突变。4、突变有害的相对性相对环境：如高秆、矮秆。矮秆株在高秆群体中受光不足；有利性：矮秆株在多风或高肥地区有较强抗倒伏性。相对于人类需要：谷类落粒性对生物有利、对人类无益；植物雄性不育，对生物不利，但方便人类制备杂交种。2、中性突变3、有利突变29七、突变的平行性亲缘关系相近物种因遗传基础近似，常发生相似的基因突变。由于突变平行性的存在，可以考虑一个物种或属所具有突变类型，在近缘物种或属内也可能存在，对人工诱变有一定的参考意义。例如：小麦有早、晚熟变异类型，属于禾本科其它物种如大麦、黑麦、燕麦、高粱、玉米、黍、水稻、冰草等同样存在着这些变异类型。七、突变的平行性亲缘关系相近物种因遗传基础近似，常发生相似的301、根据突变源于不同细胞类型1）体细胞突变2）生殖细胞突变第三节基因突变的类型2、根据突变表型1)形态突变（morphologicalmutation）：突变的个体发生形态可见的变化，也叫可见突变2)生化突变（biochemicalmutation）:突变个体原有特定的生化功能发生改变或丧失，在形态上不一定有可见的变化，但通过生化方法可以检测到。1、根据突变源于不同细胞类型第三节基因突变的类型2、根据突313)致死突变（lethalmutation）:突变造成个体死亡。致死突变若是隐性基因决定的，那么双倍体生物能够以杂合子的形式存活下来，一旦纯合，则死亡。

4)条件致死突变（conditionallethalmutation）突变的个体在某些条件下可以生存，但条件改变后死亡。如温敏突变型中有些酶蛋白（DNA聚合酶，氨基酸活化酶等）肽链中的几个氨基酸被更换，从而降低了原有的抗热性。3)致死突变（lethalmutation）:突变造成个体323、从影响基因的显隐性上显性突变（dominantmutation）造成显性表型的突变，表现早纯合慢，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。隐性突变（recessivemutation）造成隐性表型的突变，表现晚、纯合快，第二代表现，第二代纯合，检出在第二代。3、从影响基因的显隐性上隐性突变（recessivemut334、根据功能是否改变功能丢失突变（loss-of-functionmutation）突变事件通常是删除或改变了基因的关键功能区，使生物体对某种表型的功能丧失后产生的突变。功能获得突变（gain-of-functionmutation）突变事件引起的遗传变化有可能使生物体获得某种新的功能。5、根据突变的方向：正向突变和回复突变6、根据起源自发突变spontaneousmutations：指在无人工干预的条件下，自然发生的突变。诱发突变inducedmutation：指在人工干预的条件下发生的突变。4、根据功能是否改变功能丢失突变（loss-of-func347、DNA序列的改变-点突变点突变：狭义上指只有一个碱基对发生改变，广义点突变包括碱基替换（basesubstitution）和碱基的增加及缺失(insertionanddeletion,indel)。碱基替换(basesubstitution)：一对碱基替换另一对碱基所造成的突变。包括：转换(transition)：同类碱基之间的替换；颠换(transversion)：不同类碱基之间的替换。碱基的增加及缺失(insertionanddeletion,indel)通常称插入/缺失，指的是一个或多个碱基对被插入或从DNA中删除，有时也可以同时发生。7、DNA序列的改变-点突变点突变：狭义上指只有一个碱基对发352基因突变与修复机制课件36错义突变(Missensemutation)

多肽链中相应位点发生的氨基酸的取代影响蛋白质的功能。（1）突变发生在基因编码区根据点突变影响基因功能可以将突变分为：错义突变(Missensemutation)多肽链中相应37渗漏突变(Leakymutation)仅导致蛋白功能下降的错义突变；保守性错义突变（Conservativemutation)也叫中性突变（neutralmutation）多肽链中相应位点发生氨基酸取代并不影响蛋白质的功能;非保守性错义突变导致蛋白功能和结构严重改变的错义突变（不同化学性质氨基酸的替换）。错义突变又可以分为：渗漏突变(Leakymutation)错义突变又可以分为：38移码突变（frameshiftmutation）：由于插入或缺失单个或几个（不是3个）碱基，从而造成编码序列的移码。通常导致蛋白产物功能丧失。无效突变（nullmutation)：

由于大片段插入、缺失或重排而导致基因产物完全无效。移码突变（frameshiftmutation）：由于插入39无义突变：一个氨基酸密码子突变为翻译终止密码子，导致产生不完整多肽或无法完成翻译。无义突变：40（2）突变发生在非编码区在DNA水平上如在启动子、内含子、终止子等，可影响RNA聚合酶以及相关转录因子的结合位点；在RNA水平上则影响核糖体的结合、外显子拼接等同义突变（Synonymousmutation)DNA上密码子改变但蛋白质中相应位点上是相同的氨基酸，即沉默突变（silentmutation）。（2）突变发生在非编码区同义突变（Synonymousmu418、正向遗传学和反向遗传学正向遗传学是指通过生物或细胞的自发突变或人工诱变，寻找特定的性状改变，然后发现对应的突变基因，并揭示其功能。简单地说从表型变化研究基因的变化。反向遗传学：首先是改变某个特定的基因，然后再去寻找相关的表型变化，例如基因编辑技术或转基因研究。简单地说是从基因变化研究表型变化。8、正向遗传学和反向遗传学反向遗传学：首先是改变某个特定的基42图位克隆（map-basedcloning）--经典正向遗传学鉴定基因的方法首先野生型与突变型杂交获得分离群体；其次利用遗传连锁分析通过构建高密度的遗传连锁图将相关性状（基因）定位到具体染色体上，找到与目的基因紧密连锁的性状或分子标记（序列已知）；再次通过菌落杂交技术获得含有目的基因的大片段DNA克隆；最后，对该克隆测序，获得候选基因，并并通过功能互补实验阐明基因功能。图位克隆（map-basedcloning）--经典正向遗43Map-basedCloningsummaryUsegenetictechniquestofindmarkerneargeneGeneMarkerFindcosegregatingmarker基于物理图发现更近的标记Gene/MarkerDiscoveroverlappingclones(orcontig)thatcontainsthemarkerGene/MarkerFindcondidateORFsoncontig/clone测序Gene/MarkerProveoneORFisthegenebytransformationormutantanalysisMutant+ORF=Wildtype?Yes?ORF=Gene遗传图物理图MarkerMap-basedCloningsummaryUseg44功能互补实验（Functionalcomplementation）是确定基因功能的重要方法。首先得到某个性状的突变体，然后用候选基因在突变体中过量表达，如果突变性状得到恢复，说明突变性状与该候选基因有关，从而明确基因功能。如果没有恢复，说明候选基因可能与该性状无关，可以再实验其它基因。Mutant+ORF=Wildtype?Yes?ORF=Gene功能互补实验（Functionalcomplementat45第四节突变发生的机制一、自发突变的机制1、DNA复制错误自然条件下各种生物发生基因突变频率不高，可保持生物遗传的相对稳定性，但不利于生物的育种工作。第四节突变发生的机制一、自发突变的机制1、DNA复制错误自462基因突变与修复机制课件472、自发的化学变化A、脱嘌呤2、自发的化学变化A、脱嘌呤48B、脱氨基

导致GCATB、脱氨基

导致GCAT49C、DNAoxidationItistheprocessofoxidativedamageonDeoxyribonucleicAcid.Reactiveoxygenspecies(ROS)areanunavoidableby-productofaerobicmetabolismandcausebothbasedamageandstrandbreaks.C、DNAoxidation50Itoccursmostreadilyatguanineresiduesduetothehighoxidationpotentialofthisbaserelativetocytosine,thymine,andadenine.Itiswidelybelievedtobelinkedtocertaindiseaseandcancers.碱基位点8-OH-dG可和A错配导致GC→AT。Itoccursmostreadilyatguan513、互变异构化一个分子向它的同分异构体的变化。DNA中的4种碱基各自的异构体间都可以自发地相互变化(例如烯醇式与酮式碱基间的互变)，这种变化就会使碱基配对间的氢键改变，可使胸腺嘧啶能配上鸟嘌呤，腺嘌呤能配上胞嘧啶等.如果这些错配发生在DNA复制时，就会造成子代DNA序列与亲代DNA之间出现碱基替换。3、互变异构化一个分子向它的同分异构体的变化。52AT(酮式)GT(烯醇式)AT(酮式)GT(烯醇式)53二、诱发突变穆勒和斯特德勒（1927）用X射线研究人工诱变，证实人工诱发基因突变可以大大提高突变率。变异的类型与利用二、诱发突变穆勒和斯特德勒（1927）用X射线研究人工诱变，541、物理因素诱变:物理因素：各种电离、非电离辐射。电离辐射如X射线、γ射线、α射线、β射线、中子等除产生热能、激发原子，还能使原子“电离”，诱使基因发生突变。非电离辐射如紫外线，可以产生热能，使原子“激发”(activation)辐射诱变的作用是随机的（无特异性）1、物理因素诱变:物理因素：各种电离、非电离辐射。非电离辐射55紫外线诱发临近胸腺嘧啶形成胸苷二聚体二聚体导致DNA双螺旋发生弯曲和纽结，直接影响DNA的复制和转录中碱基的配对紫外线诱发临近胸腺嘧啶形成胸苷二聚体二聚体导致DNA双螺旋发56综合效应诱变在太空中进行空间诱变是一项有效的人工诱变技术。太空中大量存在着各种物理射线可诱发突变，其它如失重、超净、无地球磁场影响以及卫星发射和返回时剧烈震动等因素也是产生诱变的重要原因。上述诱变因素的共同作用也会影响诱变效果。目前国外主要侧重研究突变体生理生化和诱变机理，国内主要研究形态学和新品种的选育。我国已在水稻、辣椒等作物中选育出新品种，获得不少优良突变体（品种）。综合效应诱变在太空中进行空间诱变是一项有效的人工诱变技术。572、化学因素诱变:化学因素诱变的历史较晚：>Auerbach和Robson(1941)第一次发现芥子气可诱发基因突变；>Oehlkers(1943)第一次发现氨基甲酸乙酯（NH2COOC2H5）可诱发染色体结构变异。>化学药物的诱变作用与电离辐射不同，某些化学药物的诱变作用具有一定的特异性。一定性质的药物可以诱发特定类型变异。利用化学药物进行定向诱变。2、化学因素诱变:化学因素诱变的历史较晚：58A、例如5－BU结构与胸腺嘧啶十分相近，酮式结构与烯醇式结构的变化导致在DNA复制时A：T转换为G：C。B、2-氨基嘌呤(2-AP)也是碱基的类似物，当2-AP掺入到DNA复制中时，由于其异构体的变换而导致A∶T变成G∶C(1)碱基类似物A、例如5－BU结构与胸腺嘧啶十分相近，酮式结构与烯醇式结构59（2）碱基的修饰剂A、亚硝酸（introusacid,NA）有氧化脱氨作用，可使C和A脱氨后分别产生U和次黄嘌呤H（和C配对），产生了转换，使C∶G转换成A∶T，A∶T转换成G∶C（2）碱基的修饰剂60B、羟胺只特异地和胞嘧啶起反应，在第4个C原子上加-OH，产生4-OH-C，此产物可以和A配对，使C∶G转换成T∶AB、羟胺只特异地和胞嘧啶起反应，在第4个C原子上加-OH，产61C、烷化剂对DNA的损伤烷化剂是一类亲电子的化合物，含有活性烷基，例如甲基磺酸乙酯（EMS）、硫酸二乙酯（DES）、氮芥（EM）等。烷化剂的作用可使DNA发生各种类型的损伤。烷化剂的作用主要是通过烷化作用改变基因的分子结构，从而造成基因突变。烷化作用：通过烷基置换其它分子上的氢原子的作用。C、烷化剂对DNA的损伤烷化剂的作用主要是通过烷化作用改变62甲基磺酸乙酯EMS硫酸二乙酯DES

氮芥2003年

8月齐齐哈尔“8·4中毒事件”，经我国防化专家确认是侵华日军遗弃的芥子气毒剂(化学式为：C4H8Cl2S)所致。

Cl—CH2—CH2—S—CH2—CH2—Cl芥子气甲基磺酸乙酯EMS硫酸二乙酯DES

63a.烷基化改变配对关系。如鸟嘌呤被烷化后改与胸腺嘧啶配对，结果会使G：C转变成A：T。a.烷基化改变配对关系。如鸟嘌呤被烷化后改与胸腺嘧啶配对，结64b.烷基化造成碱基脱落。烷化鸟嘌呤的碱基容易脱落形成DNA上无碱基的位点，复制时可以插入任何核苷酸，造成序列的改变。b.烷基化造成碱基脱落。烷化鸟嘌呤的碱基容易脱落形成DNA上65c.断链DNA链的磷酸二酯键上的氧也容易被烷化，结果形成不稳定的磷酸三酯键，易在糖与磷酸间发生水解，使DNA链断裂。d.交联烷化剂有两类，一类是单功能基烷化剂（甲基甲烷碘酸），只能使一个位点烷基化；另一类是双功能基烷化剂，如氮芥，一些抗癌药物如环磷酰胺，某些致癌物如二乙基亚硝胺，其两个功能基可同时使两处烷基化，结果就能造成DNA链内及链间的交联，影响复制、转录等过程。c.断链d.交联66（3）DNA嵌入剂（3）DNA嵌入剂67UUUAAACCC……增加一个AAUUUAAACCC…..UUUAACCC….丫啶类染料是造成移码突变的一种诱变剂。移码突变对遗传信息的影响很大。减少一个AUUUAAACCC……增加一个AAUUUAAACC683、基因的定点突变用人工合成引入在DNA序列上某一点或某几点上碱基顺序改变的突变。（1）寡核苷酸诱导的基因定点突变合成用同位素标记的寡核苷酸用于筛选突变体3、基因的定点突变用人工合成引入在DNA序列上某一点或某几点692基因突变与修复机制课件70（2）双引物技术进行基因的定点突变（2）双引物技术进行基因的定点突变714、Hotspotsofmutation突变热点的成因：1)

在CG二核苷酸对上C常发生甲基化，形成5-甲基胞嘧啶（MeC），MeC脱氨可以形成T，一般不被修复，所以在DNA复制中就造成了G:C转换为A:T。2)一些单或寡核苷酸重复序列也容易发生基因突变，形成突变热点。CertainDNAsequencesarecalledmutationalhotspotsbecauseoftheyaremorelikelytoundergomutationthanothers.4、Hotspotsofmutation突变热点的成因72三、表观遗传变异以上的变异均涉及了遗传物质DNA序列的改变。差异的基因表达模式GeneticallyidenticalcellsorindividualsDifferentepigeneticmodificationsleadingtodifferentexpressionpatternsdifferentphenotype三、表观遗传变异以上的变异均涉及了遗传物质DNA序列的改变73表观遗传变异(Epigeneticvariation)基因组中某些调控因子虽然不改变基因序列，但是可以调控其它基因功能的可遗传的变异类型。分子机制主要包括DNA甲基化；RNA干扰；组蛋白修饰与染色质改型。表观基因组学(epigenomics)是在基因组水平上研究表观遗传变异的科学。表观遗传学（Epigenetics)是研究非DNA突变引起的可遗传表型变异的科学。(notdependentontheDNAsequenceitself,butratheronfactorsthatregulateDNAactivity).表观遗传变异(Epigeneticvariation74Literally,epigeneticsmeansabove,orontopof,genetics.UsuallythismeansinformationcodedbeyondtheDNAsequence,suchasincovalentmodificationstotheDNAormodificationstothechromatinstructure.TranscriptionEpigeneticSilencingXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXInfemalemammals,onecopyoftheXchromosomeineachcellisepigeneticallyinactivated.Afemalecatthatisheterozygousfortheorangegeneshowsblackandorangepatches,correspondingtowhichXchromosomeisactive.Literally,epigeneticsmeansa75EpigeneticprogramminginplantshelpscontroldevelopmentaltransitionsEmbryonicdevelopmentVegetativedevelopmentReproductivedevelopmentVegetativetoreproductivetransitionEmbryonictovegetativetransitionEpigeneticprogramminginplan761、Epigeneticcovalentmodification，include:CytosinemethylationofDNA，Histonemodifications1）DNAmethylationanddemethylationcytosine5-methylcytosineMethyltransferaseDNAcanbecovalentlymodifiedbycytosinemethylation.EpigeneticsilencingofgenesandtransposonsbyDNAmethylationDNA甲基化趋向于关闭基因表达，而去甲基化使基因过度表达，甚至引起癌症的发生，如促肿瘤生长因子IGF2基因过度表达引发大肠癌。1、Epigeneticcovalentmodifica772）Histonemodificationaffectschromatinstructure组蛋白的N末端氨基酸残基可发生甲基化、乙酰化和磷酸化等共价修饰；组蛋白可逆的乙酰化修饰可以改变染色质的状态，从而动态的调控组蛋白和非组蛋白与DNA双链的亲和性而调控基因的表达。

K:Lys;S:Ser2）Histonemodificationaffect782.RNAi(RNAinterference，RNAi)1)WhataresmallRNAs（siRNAs

）?SmallRNAsareapoolof21to24ntRNAsthatgenerallyfunctioningenesilencingSmallRNAscontributetopost-transcriptionalgenesilencingbyaffectingmRNAstabilityortranslation（有/无切割位点）SmallRNAscontributetotranscriptionalgenesilencingthroughepigeneticmodificationstochromatin（核内反馈）AAAAARNAPolHistonemodification,DNAmethylation2.RNAi(RNAinterference，RNAi)79RNA干扰：细胞内的小RNA使特定的mRNA发生特异性降解或翻译受阻的现象。这是一种转录后基因沉默机制(post-transcriptionalgenesilencing,PTGS)。2）小RNA的来源：外源合成的双链RNA;转基因转录（正义链需要RNApolIV/反义链直接和靶mRNA结合成双链）;病毒RNA(需要RNApolIV);内源的小RNA编码基因（需要RNApolIV)RNA干扰：803）干扰的一般机制首先转录或加入的RNA双链小分子被Dicer酶切割为siRNAs；其次siRNA双链结合一个核酶复合物形成RNA诱导沉默复合物（RNA-inducedsilencingcomplex,RISC）最后激活的RISC通过碱基配对定位到同源mRNA转录本上，并在距离siRNA3’端12个碱基的位置切割mRNA。帽子蛋白3）干扰的一般机制其次siRNA双链结合一个核酶复合物形成R81Dicer酶是RNaseIII家族中特异识别双链RNA的一员，以ATP依赖的方式逐步切割各种方式引入的双链RNA，每个片段的3’端都有2个碱基突出；每个RISC都包含一个siRNA和一个不同于Dicer的RNA酶；激活RISC需要一个ATP依赖的将小分子RNA解双链的过程，切割的确切机制尚不明了。通过转基因整合基因组的永久干扰模式Dicer酶是RNaseIII家族中特异识别双链RNA的一员824）RNAi的应用前景

研究基因功能的新工具：RNAi可以Knockdown基因研究信号传导通路的新途径:缺失突变技术与RNAi技术的结合可以研究复杂的信号传导途径中不同基因的上下游关系开展基因治疗的新策略:肿瘤多是多基因互作的结果，利用同一基因家族的多个基因具有同源性很高的保守序列这一特性,针对性地设计和注射一种dsRNA即可以产生多个基因同时剔除的表现。4）RNAi的应用前景研究基因功能的新工具：RNAi可以K831、用四倍体西瓜作母本、二倍体作父本，则三倍体西瓜无籽；用二倍体西瓜作母本、四倍体作父本，即进行反交，三倍体西瓜有籽。2、公驴和母马交配，子代称“马骡”，公马和母驴交配，生下的叫“驴骡”，马骡个大，具有驴的负重和抵抗能力，有马的灵活性和奔跑能力，是非常好的役畜，但不生育。驴骡个小，一般不如马骡好，但有时能生育。析因：1、细胞质遗传（下章讲述）；2基因组印记四、基因组印记（Genomicimprinting）正反交的差异引起的思考？1、用四倍体西瓜作母本、二倍体作父本，则三倍体西瓜无籽；用二84Thezygotereceivestwocopiesofeachgene,onefromthemother’sgenomeandonefromthefather’s.Atmostloci,bothcopiesareactive.Someloci,imprintedloci,showa“parentoforigineffect”.Expressionoftheselociiscontrolledbyepigeneticfactors.GenomicimprintingThezygotereceivestwocopies85母本被印记，后代表现父本性状父本被印记，后代表现母本性状基因组印记是指来自双亲的等位基因在通过精子和卵子传递给子代的过程中发生了不同的修饰，使源于父母本的等位基因在子代有不同的表达特性。包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化、非编码RNA的作用等。母本被印记，后代表现父本性状父本被印记，后代表现母本性状基因86突变与印记的关系突变与印记的关系87GenomicimprintingisanepigeneticphenomenonIthasbeenestimatedthatthereare~200imprintedgenesinthemammaliangenome,and~50havebeenidentifiedinhumanandmouseautosomes(常染色体)todate.目前发现的印记基因80%成簇存在，受同一个位点调节。父本的基因对胚胎的贡献是加速发育，而母本的基因则是限制胚胎发育速度，亲代通过印记基因在子代个体中表现出遗传优势。但是，被打上父母印记的基因在生殖细胞形成时，印记会被抹去，重新打上自己的印记。Genomicimprintingisanepige88Genomicimprinting

playsanimportantroleintheregulationoffetal(胎儿）growthanddevelopmentinmammals.Manycancersarealsoattributabletothelossofimprintingofgenesthatareinvolvedingrowthandcell-cycleregulationingivencells,includingWilms’tumourofthekidney.Wilm'sisthemostcommontumourofthekidneyandthemostcommonintra-abdominaltumourinchildren.Theexactcauseisunknown.Genomicimprintingplaysanim89第五节突变和人类疾病1900年，人类平均寿命36岁；2002年，70岁。析因：战争；营养不良；疾病。大部分人类疾病是遗传和环境共同作用的结果。而基因突变是疾病发生的重要原因。人类基因组测序后认定在20500各基因中（07，PNAS）约4000与人类疾病有关，约1000个确认。研究焦点：无编码RNA和无转录的DNA第五节突变和人类疾病1900年，人类平均寿命36岁；2090肿瘤是细胞异常增殖所形成的细胞群。肿瘤形成后可在原位继续生长，也可转移进入其它组织器官（恶性肿瘤）。双生子调查、系谱分析、遗传流行病学和染色体分析都已证实肿瘤的发生具有明显的遗传基础，它们有的呈单基因遗传；有的呈多基因遗传；有的与染色体畸变有关，有的构成了遗传综合征的一部分；肿瘤的发生与环境因素有很大关联。(一）肿瘤（癌）遗传学肿瘤是细胞异常增殖所形成的细胞群。肿瘤形成后可在原位继续生长911、单基因遗传的肿瘤

视网膜母细胞瘤家系（A：AD遗传家系；B：散发性病例家系是基因突变的结果）1、单基因遗传的肿瘤视网膜母细胞瘤家系922、多基因遗传的肿瘤多是一些常见的恶性肿瘤，是遗传和环境因素共同作用的。如乳腺癌、胃癌、肺癌、前列腺癌、子宫颈癌等，患者一级亲属的患病率都显著高于群体患病率。例如：吸烟为肺癌的主要诱因，但肺癌也与遗传因素有关，如AHH与肺癌易感性相关。2、多基因遗传的肿瘤多是一些常见的恶性肿瘤，是遗传和环境因素933、染色体畸变与肿瘤在肿瘤细胞内常见到结构异常的染色休如果一种异常的染色体较多地出现在某种肿瘤的细胞内，就称为标志染色体（markerchromosome）。例如：慢性粒细胞性白血病（CML）中的费城染色体（Philadelphiachromosome）3、染色体畸变与肿瘤在肿瘤细胞内常见到结构异常的染色休如果一94ThedisappearingBarrbodyinbreastandovariancancers.PageauGJetal.NatRevCancer.2007,7(8):628-33.InteresthasrecentlyreawakenedinwhetherlossoftheheterochromaticXchromosome(Barrbody)isprevalent（普遍的）incertainbreastandovariancancers,andnewinsightsintothemechanismsinvolvedhaveemerged.Wesuggestthatheterochromaticinstabilityisacommonbutlargelyunexploredmechanism,leadingtowidespreadgenomicmisregulationandtheevolutionofsomecancers.

4、活化的巴氏小体激活了癌基因？ThedisappearingBarrbodyin955、某些遗传性缺陷或疾病具有易患肿瘤的倾向性例如：WernerSyndrome成年后就会急剧老化，表现出在许多癌症Bloomsyndrome多见于东欧犹太人的后裔。患者身材矮小，对日光敏感，故面部常有微血管扩张性红斑。早年发生的癌症（如白血病、林巴瘤）。5、某些遗传性缺陷或疾病具有易患肿瘤的倾向性例如：Werne96（二）、癌基因（oncogene）能够使细胞发生癌变的基因。他们原是正常细胞中细胞生长发育所必需的基因。一旦这些基因在表达的时间、部位、数量及表达产物结构等方面发生了异常，就可以导致细胞无限增殖并出现恶性转化。包括原癌基因和抑癌基因。1、原癌基因是一类控制细胞正常生长与发育的基因生长因子类：如sis癌基因的产物是血小板生长因子（PDGF）β链，可促进间质细胞的有丝分裂；（二）、癌基因（oncogene）能够使细胞发生癌变的基因。972、原癌基因的突变与肿瘤发生点突变，例如：膀胱癌细胞系的ras癌基因第12位密码子GGC突变为GTC，使甘氨酸变为缬氨酸；Ph染色体易位可能是引起癌变的原因；基因扩增:如在40％的神经母细胞瘤细胞中，N-myc原癌基因被扩增了200倍以上；病毒诱导与启动子插入:原癌基因附近一旦被插入一个强大的启动子，也可被激活。核内转录因子类：调节核内某些基因复制和转录，促进细胞的增殖。例如，myc癌基因的产物与DNA结合后可引起DNA的复制。2、原癌基因的突变与肿瘤发生核内转录因子类：调节核内某些基因983、肿瘤抑制基因（recessiveoncogene）是一类存在于正常细胞中调控细胞生长和分化的基因。1）RB1基因：

正常的Rb1蛋白对于细胞从G0/G1期进入S期有抑制作用，一旦突变就可以使细胞持续增殖，并可能由此恶变。突变纯合的

Rb1导致视网膜母细胞瘤及部分骨肉瘤、乳腺癌和小细胞肺癌等。2）p53基因:正常的该蛋白有阻碍细胞进入细胞周期的作用，异常的p53蛋白表达丧失其生长抑制功能，从而导致细胞增生和恶变，其突变与近50％种类的癌发生有关。3、肿瘤抑制基因（recessiveoncogene）是一99（三）、肿瘤的多步骤发生和癌基因组解剖学计划1、肿瘤的多步骤发生（三）、肿瘤的多步骤发生和癌基因组解剖学计划1、肿瘤的多步骤1002、癌基因组解剖学计划癌基因组解剖学计划（cancergenomeanatomyproject，CGAP）CGAP网址：httP:///ncicgapCGAP的目标

全面透彻地理解癌症的分子生物学机理，并以此为基础确定与癌症相关的所有基因以及这些基因的改变。其最终目的是提供一种建立在患者和相关疾病分子特征基础之上的治疗方法。2、癌基因组解剖学计划癌基因组解剖学计划（cancerge101Abstinence,A：节欲;

Befaithful,B:忠诚；Condom，C:安全套3.HowtodefendusagainstAIDS?现状：青年学生感染速度每年递增30%原因：激素分泌，性传播，缺乏信仰；赶时尚：同性性行为；网上性行为；吸毒冲动：自控力差，随意性行为包括嫖娼预防：ABC原则，坚持AB，扼守原则C.Abstinence,A：节欲;

3.Howtode102一、DNA修复对生命的重要性第六节DNA的修复机制1）DNA存储着生物体赖以生存和繁衍的遗传信息；2）内外因素经常导致DNA分子结构致命的改变：与RNA及蛋白质不同，一般在一个原核细胞中只有一份DNA，在真核二倍体细胞中相同的DNA也只有一对，如果DNA的损伤或遗传信息的改变不能更正，对体细胞就可能影响其功能或生存，对生殖细胞则可能影响到后代；因此需要修复机制的存在。一、DNA修复对生命的重要性第六节DNA的修复机制1）DN1033)不完全的修复是生物进化的基础突变是绝对的，遗传是相对的；多数突变是被修复回原样的，少数突变因不被修复成原样而经自然选择而遗传下来。二、DNA的防护机制1、密码子简并性使突变的机会减少；2、回复突变，尽管频率低；3、基因间抑制和基因内抑制效应；4、致死突变降低了突变的频率；5、多倍体化的生物具有几套染色体组，每个基因都有几份，故能比二倍体和低等生物表现强烈的保护作用。3)不完全的修复是生物进化的基础二、DNA的防护机制1、密码104二、DNArepairMechanisms（一）直接修复（Directrepair）：在损伤部位就地修复1.复制时通过DNA聚合酶校正修复DNA聚合酶具有3’－5’和5’－3’外切活性；2.光修复（lightrepair）光裂解酶（photolyase),即光复活酶，是一种高度专一性的直接修复酶,仅作用于紫外线引起的DNA嘧啶二聚体。二、DNArepairMechanisms（一）直接修复105（1）该酶通常与DNA松散结合，并沿DNA链滑动；（2）遇到嘧啶二聚体后与之特异结合，无可见光时，该酶无活性；（3）在有光的情况下，该酶被激活，打开嘧啶二聚体的共价键。（1）该酶通常与DNA松散结合，并沿DNA链滑动；106（二）切除修复（excisionrepair）1、一般切除修复（暗修复，darkrepair）1）短补丁修复（short-patchrepair）组成型修复，随时修复十几到1kb损伤，且正确率高。2）长补丁修复（long-patchrepair）诱导型修复，可被严重的DNA损伤所诱导，修复范围在1.5kb以上，可能出现缺失等突变。（二）切除修复（excisionrepair）1、一般切除107暗修复：取代损伤部位的切除过程与光无关。切除修复不仅能除去嘧啶二聚体，还可以除去DNA上其它的损伤。一般认为是先补后切：分为识别、单切、合成、切除、连接几个阶段。暗修复：取代损伤部位的切除过程与光无关。切除修复不仅能除去嘧108损伤：突变的碱基错配或改变DNA结构剪切：内切酶在损伤碱基位点两侧剪切切除：外切酶除去切口间的DNA合成：DNApol合成取代DNA连接酶封闭缺口也有人认为：先切后补：如E.coli中的切除修复系统损伤：突变的碱基错配或改变DNA结构剪切：内切酶在损伤碱基位109着色性干皮病（Xerodermapigmentosum）常染色体隐性遗传病。由于切除修复酶的缺陷，无法对UV造成的皮肤中大量的DNA损伤进行有效修复。本病特征：初期表现为皮肤病症状；患者皮肤光敏，不能接受紫外线，否则诱发皮肤癌；11～20岁死亡。XP由7个基因控制，6个已克隆。欧莱雅集团皮肤专家培养出易癌变的人类皮肤，将有助于皮肤癌的防治。着色性干皮病（Xerodermapigmentosum）欧1102、特殊切除修复：AP核酸内切酶修复（1）、原因A、因自发的碱基修饰而发生结构的改变可由DNA糖苷酶水解修饰部位的糖苷键从而产生AP位点，包括无嘌呤（apurinic）和无嘧啶（apyrimidinic）位点B、DNA链可自发的脱鸟嘌呤C、诱变造成大量的碱基损伤2、特殊切除修复：AP核酸内切酶修复A、因自发的碱基修饰而发111（2）、修复过程（2）、修复过程112（三）错配修复（mismatchrepair）1、定义：可能是在DNA重组过程中，对于杂种DNA的错配碱基的修复和由此产生的基因转换发挥一定作用的修复机制。2、修复过程（1）识别错配碱基对；（2）对错配的一对碱基区别哪一个是错的，哪一个是对的；（3）切除错误的碱基，并进行修复合成。（三）错配修复（mismatchrepair）1、定义：可113

识别对错：GATC有甲基化的为对错配酶与未甲基化的GATC和新链错配处结合识别错配错配修复酶切除包括错配碱基的部分新链聚合修补并连接关键点：对模板认定正确：完全修复；错误，产生突变识别对错：GATC有甲基化的为对错配酶与未甲基化的GAT114（四）重组修复（recombination-repain）是一种稀释性的复制后修复机制。当复制进行到损伤部位时，做短时间停顿后，越过损伤，以一种未知的机制在其下游继续复制，这样新合成的一条子链有缺口，另一条正常完成复制，如何解决子链的缺口问题呢？（四）重组修复（recombination-repain）是115机制①复制：DNA复制到损伤部位（如嘧啶二聚体）时，子代DNA链中对应的部位出现缺口；②重组：完整的母链与有缺口的子链重组；③再合成：母链中的缺口通过DNA多聚酶合成弥补，由连接酶使断口联结。重组修复并没从DNA中除去嘧啶二聚体。机制116（五）SOS修复（差错倾向修复，Errorpronerepair）SOS反应是DNA受到严重损伤或脱氧核糖核酸的复制受阻时的一种诱导反应。在E.coliDNA合成过程中，这种反应由recA-lexA系统调控。SOS反应发生时，正常的发育基因关闭，损伤修复功能相关如uvrA~D、ssb、recA、recN和ruv基因表达，从而增强修复能力。修复结果只能维持基因组的完整性，提高细胞的生存率，但留下错误较多，是冒大量基因突变风险的“保命”措施。（五）SOS修复（差错倾向修复，Errorpronere117JeamWeigle等发现UV照射的λ噬菌体侵染细菌（λ进入细菌后要复制，问题就在复制酶上）细菌(用UV照射过)－λ存活率高细菌(UV未照射过)－λ存活率低为什么呢？前者产生不严格配对的酶，后者是原来的严格配对的酶JeamWeigle等发现UV照射的λ噬菌体侵染细菌细菌1183、机制（1）通过式修复当DNA上的损伤无法通过其它修复系统完成时，可诱导产生一种新的DNA聚合酶，在复制时，该酶的碱基插入错误校正系统活性低，对损伤部位新合成DNA的碱基配对不严格检查，就可以通过损伤部位。3、机制（1）通过式修复119内切酶、外切酶SOS修复酶内切酶、外切酶SOS修复酶有错误碱基插入基因突变保留（2）切除式修复当DNA双链均有损伤且相近时，机体先对其中一个损伤进行切除式修复，如果切口过大，涉及另一条链的错误时，SOS修复酶会不严格配对，造成碱基错误；对另一条链修复时，会保留该基因突变。内切酶、外切酶SOS修复酶内切酶、外切酶SOS修复酶有错误碱120第七节基因突变的检出一、生化突变体（生物代谢功能变异）的鉴定1、E.coli营养缺陷型的检出1941年比德尔(Beadle)开始用红色面包霉为材料进行生化突变研究,发现基因通过酶的作用来控制性状,提出“一个基因一个酶”的假说。把基因与性状两者联系起来。第七节基因突变的检出一、生化突变体（生物代谢功能变异）的鉴121

ABCCDEEFGGHA1＋－－－B2－＋－－D3－－＋－F4－－－＋H5＋－－＋A6＋＋－－C7－＋＋－E8－－＋＋G现有8种E.coli菌株，分属于不同的单一营养依赖突变型，如何检测它们分别是哪一种营养缺陷？

添加菌株结果ABC1222、链孢霉营养缺陷型的检出1）用诱变剂处理野生型链孢霉的分生孢子2）处理过的分生孢子与野生