基因突变与损伤修复

第十六章基因突变本章学时数：3学时本章重点：1、突变及其特征、突变率

2、诱变

3、突变的检出1精选ppt基因突变定义：指一个基因变化成它的等位基因，是染色体上一个座位内的遗传物质的变化。也称点突变(pointmutation)。正向突变forwardmutation回复突变backmutation自发突变：在自然情况下发生诱发突变：人为地用物理化学方法诱发2精选ppt基因突变生殖细胞突变：可以遗传Germinalmutation体细胞突变：不能遗传Somaticmutation3精选ppt突变的表型类型可见突变〔形态突变〕引起形态等外观可见的改变致死突变突变影响个体的生活力，导致个体死亡条件突变在一定条件下，突变性状表达或死亡生化突变影响代谢过程，导致特定生化功能的改变或丧失抗性突变产生某种抗性4精选ppt功能突变失去功能突变无效突变渗漏突变获得功能突变5精选ppt基因突变的特点可逆性Aa正向突变aA回复突变，比正向突变率低有真正的回复突变和抑制回复突变多向性：突变是不定向的，产生复等位基因有害性稀少性：突变率通常很低，10-5～10-10随机性6精选ppt突变率定义：一个世代在一定时期内，一个细胞发生突变的概率。显性突变率=突变个体数/二倍的群体总数隐性突变率=突变个体数/群体总数自发突变率一般比较低，在10-4以下高等生物比微生物的突变率高，这与世代时间有关7精选ppt自发突变Spontaneousmutation在自然状态下发生产生原因DNA复制错误和自发损伤宇宙射线转座因子理化因素8精选ppt自发突变----DNA复制错误碱基替换basesubtitution转换transitions颠换transversions移码突变frameshiftmutation缺失和重复9精选ppt碱基替换10精选ppt互变异构体引起替换11精选ppt自发突变----自发损伤脱嘌呤depurination脱氨基deamination氧化性损伤碱基oxidativelydamagedbases12精选ppt脱氨基13精选ppt脱氨基14精选ppt氧化损伤过氧化物原子团〔O2-〕〔H2O2〕，〔-OH〕等需氧代谢的副产物都是有活性的氧化剂，它们可导致DNA的氧化损伤，T氧化后产生T－乙二醇，G氧化后产生8-氧-7,8二氢脱氧鸟嘌呤、8-氧鸟嘌呤(8-O-G)或“GO〞，GO可和A错配，导致G→T。15精选ppt人工诱变物理因素：高能射线，如紫外线、电离辐射等化学因素：

诱变剂，如叠氮钠、亚硝酸钠等可以改变碱基对的结构或顺序导致遗传信息的改变16精选ppt诱变剂的诱变机制取代：取代DNA分子中的一个碱基改变：改变一个碱基使之发生错配破坏：破坏一个碱基使之不能与其他碱基配对17精选ppt碱基类似物5-溴尿嘧啶〔5-bromouracil,5-BU〕2-氨基嘌呤〔2-aminopurine2-AP〕迭氮胸苷〔AZT,azidothymidine〕18精选ppt5-溴尿嘧啶5-溴尿嘧啶和T很相似，仅在第5个碳元子上由Br取代了甲基5-BU，有酮式，烯醇式两种异构体，可分别与A及G配对结合19精选ppt2-氨基嘌呤2-氨基嘌呤(2-AP)也是碱基的类似物，有正常状态和稀有状态两种异构体，可分别与T和C配对结合。当2-AP掺入到DNA复制中时，由于其异构体的变换而导致A∶TG∶C20精选ppt碱基的修饰剂〔特异性错配〕亚硝酸〔introusacid,NA〕羟胺烷化剂，它们的作用是使碱基烷基化DNA插入剂〔嵌合剂〕原黄素〔proflavin〕吖啶橙〔acridineorange〕溴化3,8-二氨基-5-乙基-6-苯基菲啶鎓21精选ppt亚硝酸亚硝酸〔introusacid,NA〕有氧化脱氨作用，可使G第2个碳原子上的氨脱去，产生黄嘌呤〔xanthine,x〕，次黄嘌呤(H)仍和C配对，故不产生转换突变。但C和A脱氨后分别产生U和次黄嘌呤H，产生了转换，使C∶G转换成A∶T，A∶T转换成G∶C22精选ppt羟胺羟胺只特异地和胞嘧啶起反响，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∶A23精选ppt烷化剂烷化剂如甲基磺酸乙脂〔EMS〕,氮芥(NM),甲基磺酸甲脂〔MMS〕,亚硝基胍〔NG〕等，它们的作用是使碱基烷基化。EMS使G的第6位烷化，使T的第4位上烷化，结果产生的O-6-E-G和O-4-E-T分别和T、G配对，导致G∶C对转换成A∶T对；T∶A对转换成C∶G24精选ppt烷化剂烷化作用脱嘌呤作用25精选ppt嵌合剂原黄素等吖啶类染料26精选ppt紫外线作用机制紫外线的波长在260-270nm时与DNA吸收峰相近，使相邻的嘧啶核苷酸形成嘧啶二聚体，影响DNA的复制和转录。遗传学效应穿透性不强，不如电离辐射有效引起各种形式的替换，以及缺失、重复和移码27精选ppt紫外线28精选ppt电离辐射作用机制直接作用：能量直接作用于染色体和DNA间接作用：电离化引起细胞内化学变化导致异常遗传学效应辐射效应具有累加性诱发基因突变和染色体畸变，突变率与剂量成正比29精选ppt电离辐射过程物理学阶段物理化学阶段生物化学阶段遗传损伤30精选ppt化学诱变剂种类多为致癌剂，如秋水仙素、芥子气、黄曲霉素B1等特点操作方便，可以大大提高诱变率常集中在染色体上的某一区域，使突变具一定的定向作用31精选ppt黄曲霉素B1在鸟嘌呤的N-7上形成一个加成复合物，继而产生无嘌呤位点需要SOS系统参与引起G-C颠换为T-A32精选ppt体外定点突变1985年加拿大的MichaelSmith建立，于1993年获得了诺贝尔化学奖。具体方法有三种：〔1〕寡聚核苷酸介导的用单链模板定点突变；〔2〕双引物法定点突变；〔3〕用掺入U的单链为模板进行聚核苷酸介导的体外定点突变。33精选ppt体外定点突变

site-directedmutagenesis34精选ppt寡核苷酸定点突变步骤人工合成靶碱基及其附近序列的寡核苷酸与M13DNA克隆的互补单链杂交，在Klenow酶作用下合成完整的互补链连接酶连接，导入大肠杆菌中，得到稳定的突变克隆将突变基因导入原来的细胞基因组中，在生理条件下研究和检测突变的效应。35精选ppt反向遗传学reversegenetics经典遗传学突变表型突变基因型反向遗传学〔反求遗传学〕DNA突变表型效应改变36精选ppt增变基因Mutatorgenes基因组中某些基因的突变可以使整个基因组的突变率明显上升，这些基因就是增变基因DNA聚合酶的各个基因。

dam基因，与错配修复等修复系统有关的基因。37精选ppt突变热点hotspotsofmutationsDNA的不同局部有着不同的突变率突变位点在基因内的分布不随机5-甲基胞嘧啶短重复序列与诱变剂性质有关38精选ppt生物体的修复机制光复活photoreactivation切除修复excisionrepair重组修复recombinationalrepairSOS修复39精选ppt光复活专一地针对紫外线引起的DNA损伤而形成的嘧啶二聚体在损伤部位就地修复的途径。在300－600纳米的可见光，由光复活酶催化二聚体分解为单体普遍存在，但主要是原核生物中的修复方式。40精选ppt切除修复也叫暗修复在几种酶的协同作用下，将损伤的DNA局部切除，缺口由修复性合成来填补，再由连接酶连接成完整的链。短补丁修复：占多数，切除约20个核苷酸长补丁修复：约1500个核苷酸41精选ppt切除修复42精选ppt特异切除修复途径DNA糖基化酶修复途径〔碱基切除修复〕DNA糖基化酶切开N-糖苷键，产生无嘌呤无嘧啶位点〔AP位点〕，由AP内切酶修复系统修复AP内切酶修复系统对于嘌呤或嘧啶脱落后的AP位点，由内切酶切开磷酸二酯键，启动由外切酶、DNA聚合酶I和DNA连接酶作用的切除修复过程。43精选ppt重组修复又称复制后修复在复制时越过损伤部位，留下的缺口由重组进行填补。损伤并没有被真正修复，只是在复制中被稀释。容易产生过失，引起突变44精选pptSOS修复系统DNA分子损伤较大而复制受到抑制时出现的修复作用，是旁路修复系统。细胞受到危急状态时的修复方式，允许DNA复制越过二聚体而进行，因而引起错配，导致突变。45精选pptSOS修复系统46精选pptSOS修复系统复制到损伤部位时，经过短暂的抑制，产生一种新的DNA聚合酶，能催化损伤部位的DNA的修复合成，但识别碱基的精确度低。在新链中，二聚体相对的位置上可以出现任何碱基，其他位置上也可以出现错配。47精选pptSOS修复中的recA基因和lexA基因48精选ppt电离辐射损伤的修复超快修复：可能由DNA连接酶单独完成快修复：需要DNA多聚酶I的参与慢修复：需要重组修复的酶系统参与49精选pptDNA损伤修复与基因突变、癌的发生以及衰老等密切相关50精选ppt突变与癌黄曲霉素〔AFB1〕引起肝癌；紫外线诱导皮肤癌抑癌基因〔p53基因〕突变会致癌南非人群中肝癌病人中，p53基因被AFB1诱导特异性的GT颠换人类鳞状细胞皮肤癌也多有p53基因的突变，在嘧啶二聚体出产生CT转换51精选ppt修复缺陷与疾病DNA修复系统缺陷而引起的遗传病，还有较高的致癌率着色性干皮病(xerodermapigmentosum,XP)常染色体隐性基因，位于1q，光敏感遗传疾病。对光敏感，暴露皮肤易发生色素沉着、萎缩、角化过度和癌变。患者易患皮肤癌，如基内幕胞瘤和鳞状上皮细胞癌。Cockayne综合征(cockaynesundrome,CS)表现为侏儒、视网膜萎缩、耳聋和对日光敏感等共济失调毛细血管扩张症早衰症52精选ppt突变的应用诱变提高突变率，结合选育，可以培育出优良品种在农作物、微生物上广泛应用。53精选ppt突变的检出大肠杆菌突变型的检出链孢霉〔真菌〕突变的检出果蝇突变的检出伴性隐性突变常染色体突变植物突变的检出54精选ppt大肠杆菌突变型的检出野生型和根本培养基营养缺陷型和完全培养基抗性突变和选择培养基55精选ppt大肠杆菌营养缺陷型的检出缺陷型的浓缩青霉素法缺陷性的检出影印接种法点种法56精选ppt青霉素法原理：青霉素的作用是抑制细菌细胞壁的合成，只能杀死正在生长繁殖中的细菌，而不能杀死休止状态的细菌。在含青霉素的根本培养基中，大局部野生型细菌死亡；而缺陷型不能生长，不受青霉素的影响得到浓缩。57精选ppt影印培养58精选ppt点种法诱变后培养在完全培养基上，缺陷型和野生型都能生长点种于含单一营养物质的根本培养基上如果在所有平板上都能生长，是野生型；只在其中一个平板上生长的，就是所加营养物质的缺陷型59精选ppt真菌营养缺陷型的检出缺