第八章突变和重组机理

第八章突变和重组机理

染色体的变化 环境因素温度、光基因的改变营养等基因（遗传）重组遗传因素染色体畸变变异基因突变自由组合连锁互换突变一词是荷兰的德佛里斯第一次提出的。广义的突变包括染色体畸变和基因突变。狭义的突变仅指基因突变。

第八章突变和重组机理 第一节基因突变概说第二节基因突变的机理第三节重组的分子基础第四节 DNA损伤的修复

第一节基因突变概说 P269 一、基因突变的类型二、基因突变的特点三、基因突变的检出

第一节基因突变概说一、基因突变的类型 　基因突变是摩尔根于1910年首先肯定的现象  在大量红眼果蝇中发现了一只白眼突变果蝇  杂交实验证明它是性染色体上一个基因突变造成的. 　　动、植物以及细菌、病毒中广泛存在基因突变的现象。 

第一节基因突变概说一、基因突变的类型 基因突变(gene mutation)：指染色体上某基因内部分子结构发生改变。 ◆基因通过突变由原来一种存在状态变为另外一种新的存在状态，即变为它的等位基因，可能引起表现型发生相应的变化。 ★例如：植物高秆基因D 矮秆基因d 果蝇红眼基因W 白眼基因w ◆基因突变是新基因的唯一来源，是生物进化原材料的主要源泉。

第一节基因突变概说一、基因突变的类型 • 突变体：由于基因突变而表现突变性状的细胞或个体，称为突变体（mutant）或突变型。 • 与突变型相对的概念是野生型（wild type）。 • 正向突变(forward mutation)：偏离野生型性状的突变。 • 反向突变(back mutation)：由偏离的性状回复为野生型性状的突变。

第一节基因突变概说一、基因突变的类型 （一）根据突变的起源分 1、自发突变：由外界环境条件自然作用或生物体内的生理生化变化发生的突变。 2、诱发突变：在特设的诱变因素（物理、化学、生物等）诱发下发生的突变。

（二）根据突变体的表型特征分 1、形态突变（可见突变）：突变主要影响生物的形态结构，导致形态、大小、色泽等的改变,又称可见突变。第一节基因突变概说一、基因突变的类型正常绵羊（左）和短腿安康羊（右）彩色棉

白化蝙蝠 种子皮色变异

不同肤色的蛇 不同肤色的鱼

孔雀翅膀羽色的变化 长耳犬

荷花莲蓬头的变异

大麦玉米株高突变

第一节基因突变概说一、基因突变的类型 2、生化突变：突变主要影响生物的代谢过程，导致一个特定的生化功能的改变或丧失。最常见的是微生物的各种营养缺陷型,如链孢霉的Lys-、aa-等。熟期突变

第一节基因突变概说一、基因突变的类型 3、致死突变：突变主要导致生活力的改变（影响生活力）导致个体死亡。致死突变分二类：显性致死和隐性致死。显性致死：致死基因杂合态即有致死效应。隐性致死：致死基因纯合态时才有致死效应。常见致死作用时期:配子期、胚胎期、幼龄期或成年期。 4、条件致死突变：突变体在某些条件下是成活的，而在另一些条件下是致死的。例如：T4噬菌体的温度敏感突变型，25℃时能在大肠杆菌宿主中正常生长，形成噬菌斑，但是在42℃时是致死的。

第一节基因突变概说二、基因突变的特点 （一）突变的随机性（突变发生的时期和部位）突变可以发生在生物个体发育的任何时期、任何部位。性细胞(突变)突变配子后代个体；体细胞(突变)突变体细胞组织器官。 ◆性细胞的突变频率比体细胞高： ★性母细胞与性细胞在减数分裂末期对环境因素更为敏感。 ★体细胞突变的保留与芽变选择。 ◆(等位)基因突变常常是独立发生的： ★在体细胞中如果隐性基因发生显性突变，当代就会表现出来，同原来性状并存，形成镶嵌现象或称嵌合体(chimaera)。 ◆嵌合体嵌合范围的大小取决于突变发生时期的早晚。

第一节基因突变概说二、基因突变的特点 基因突变时期与性状表现

牛舌草白色突变

（二）突变的稀有性（突变的频率） 突变率 = 第一节基因突变概说二、基因突变的特点突变率：指生物体（微生物指每一个细胞）在每一世代中，每一基因组或每一细胞发生突变的概率。 ◆有性生殖的生物:用突变型配子数占总的配子数目的比例表示。 ◆无性繁殖的生物:一次分裂过程中一定数目的细胞发生突变的次数。 ◆在人类方面，突变率的估计方法之一，是根据家系中有显性性状的患儿的出现比例计算。 ★一般高等生物自发突变率10-5～10-8，细菌10-4～10-10。 ◆易变基因:比一般基因容易突变的基因。如玉米、牵牛花、大丽花和紫茉莉等植物的胚乳、叶片和花瓣等部分常表现出不同颜色的花斑。患儿是杂合体（显性病），1个个体（合子）中只有1个突变配子。

（三）突变的可逆性 正常的野生型显性基因A可以突变为隐性基因a，反之亦可。如果把A→a称为正突变，a→A为回复突变（反突变）。正突变和回复突变的频率一般是不同的，常常是正突变频率比回复突变的频率高。因此在自然界中所出现的突变多数为隐性突变。通常用u表示正突变频率、v表示反突变频率，则：根据回复突变的出现，常常可以把基因突变跟较大的突变效应（缺失、易位等）区分开。 u v A a u > v 例如：E.coli his+ his- 2×10-6 4×10-8 第一节基因突变概说二、基因突变的特点

（四）突变的多方向性 基因突变的方向不定，可多方向发生。一个基因可以突变为一个以上的等位基因。如A→a1， A→a2，…… A→an。位于同源染色体相同位点上多个等位基因的总体叫复等位基因。 A a a1 A a2 a3 第一节基因突变概说二、基因突变的特点

第一节基因突变概说二、基因突变的特点 果蝇颜色的复等位基因

第一节基因突变概说二、基因突变的特点 （五）突变的独立性一个基因的突变，并不影响其等位基因以及附近的其它基因也发生突变的现象。（六）突变的平行性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。根据以上学说，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。如：禾本科植物籽粒性状变异、矮秆突变。

第一节基因突变概说二、基因突变的特点 禾本科植物籽粒性状变异

水稻大麦向日葵株高变异玉米

（七）突变的重演性（重复性） 相同的基因突变，可以在同种生物不同个体、不同世代中重复出现。例如：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。第一节基因突变概说二、基因突变的特点

第一节基因突变概说二、基因突变的特点 （八）突变的有害和有利性 1、突变的有害性：大多数突变是有害的、极端的类型是致死突变。多数为隐性致死，也有少数显性致死。例如植物、动物的白化突变。某一基因发生突变  长期自然选择进化形成的平衡关系就会被打破或削弱 进而打乱代谢关系 引起程度不同的有害后果 一般表现为生育反常或导致死亡。

玉米白化突变

第一节基因突变概说二、基因突变的特点 2、突变的有利性：少数的基因突变不仅对生物体无害，而且对生存有利。如：作物的抗病性、抗伏性、早熟性；微生物的抗药性；人类的抗病性。 3、中性突变：某些突变不影响生物的正常代谢过程，即不好不坏，这类突变称为中性突变。如：水稻、小麦芒的有无，小麦颖壳的颜色、人的单眼皮和双眼皮、六指等等。小麦耐盐突变大麦的抗性突变小麦芒的有无

第一节基因突变概说二、基因突变的特点 4、有害与有利的相对性：突变有害性是相对的，在一定条件下可以转化。例如： ◆果蝇的长翅→残翅。正常情况下，影响飞翔，寻找食物，表现为有害。但是在多风的岛上，长翅果蝇易被刮入海中，残翅反而有利。 ◆作物高杆→矮杆，矮秆株在高秆群体中受光不足、发育不良；但在多风或高肥地区，矮秆株抗倒性较强、生长茁壮。 ◆无芒小麦也许无力抵抗动物的啃食。大麦

第一节基因突变概说三、基因突变的鉴定 不同的生物，基因突变的检测方法也不同。（一）植物突变的鉴定（二）果蝇突变的检出（三）链孢霉突变的筛选（四）人类突变的检出

第一节基因突变概说三、基因突变的鉴定 （一）植物突变的鉴定：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、是单基因突变还是多基因突变，都应进行鉴定。 1、突变的真实性：例：高秆 矮秆，其原因：①．有基因突变而引起；②．环境：因土壤瘠薄或病虫为害而生长不良等。

 第一节基因突变概说三、基因突变的鉴定鉴定方法：可将变异体与原始亲本在同一栽培条件下比较。高秆 矮秆 后代为高秆，则不是突变，由环境引起。　　　　后代仍为矮秆，则是基因突变引起的。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。

第一节基因突变概说三、基因突变的鉴定 2、是显性突变还是隐性突变？突变体和原亲本杂交，看F1代的表现。突变体矮秆株×原始品种（高） ↓ F1高秆 ↓  F2有高秆、也有矮秆，　　说明该突变属于隐性突变。 3、是单基因突变还是多个基因突变？测交 1：1 自交 3：1

（二）果蝇突变的检出 1、果蝇的X-连锁基因突变的测定：Muller-5技术。可以检测出X染色体上的隐性突变，特别是致死突变。第一节基因突变概说三、基因突变的鉴定 Muller-5品系的果蝇: X染色体上有显性棒眼基因B和隐性杏色眼基因w a，还有一些倒位，可以抑制 Muller-5的X染色体与野生型X染色体的重组。实验时，将野外采集的或经诱变处理的雄果蝇与Muller-5雌蝇交配，得F1代，用F1代做单对交配，看F2代分离情况。（1）如果有隐性突变，F2 1：1：1：1。可见突变体雄蝇。（2）如果有致死突变，F2 ♀：♂= 2：1，没有野生型雄蝇。

B B B B Wa Wa Wa Wa B B B B Wa Wa Wa Wa ♀  ♂ 第一节基因突变概说三、基因突变的鉴定待测定的野生型  X X P ♂ ♀ Y X F1 单对交配 F2 野生型或突变型雄蝇，有致死突奕则无 Muller-5 雌蝇杂合体雌蝇 Muller-5雄蝇

选用相应的带有倒位的平衡致死品系与突变的雄果蝇杂交，是果蝇常染色体上基因突变检测常用的方法。选用相应的带有倒位的平衡致死品系与突变的雄果蝇杂交，是果蝇常染色体上基因突变检测常用的方法。平衡致死系(永久杂种)：同源染色体的两个成员各带一个座位不同的隐性致死基因，任何一个出现纯合，都是致死的，只有两个基因都为杂合状态的个体才能够保留下来。这种永远以杂种状态保存下来的、不发生分离的品系称为平衡致死系。第一节基因突变概说三、基因突变的检出 2、果蝇常染色体上基因突变检测：

+ S + S + S + S ♀ + Cy + Cy + + S Cy ♂ + Cy + Cy 第一节基因突变概说三、基因突变的检出例如，果蝇一条2号染色体上带有显性翻翅基因Cy，该基因纯合致死，同时还有一个大的倒位区段，Cy在倒位段内，以抑制重组的发生；另一条2号染色体上有显性星状眼基因S，也是纯合致死。

S S + + ♀：平衡致死系待测♂ × + + Cy Cy 选翻翅雄体和平衡致死系雌体单对交配。 ♀ ♂ × F1 + + + Cy Cy Cy 选翻翅的雌、雄个体相互交配。 ♀ ♂ × F2 Cy Cy + + F3 Cy + Cy + 翻翅杂合野生型或突变型纯合致死翻翅杂合第一节基因突变概说三、基因突变的鉴定 (1)如果待测染色体上无致死基因和隐性突变，则F3代有33%左右的野生型。 (2)如果待测染色体上有致死基因，则F3代只有翻翅。 (3)如果待测染色体上有隐性突变，则F3代除翻翅外，还有33%突变型。

野生型分生孢子→处理→与野生型交配→子囊果→子囊孢子分离野生型分生孢子→处理→与野生型交配→子囊果→子囊孢子分离 →置于完全培养基中单个培养→产生菌丝和分生孢子第一节基因突变概说三、基因突变的鉴定（三）链孢霉突变的筛选基本培养基生长→未突变发生突变←不生长基本培养基 + X（补充培养基) 检出突变型确定突变基因的对数（一对基因控制还是两对基因控制）

1.纯合野生型 2.X射线或紫外线照射处理 3.照射过的分生孢子与野生型交配 4.含有成熟子囊的子囊果 5.子囊孢子 6.子囊孢子在完全培养基中单个培养 7.基本培养基8.基本培养基加维生素 9.基本培养基加氨基酸 10.基本培养基 11.完全培养基 12.基本培养基加硫胺素 13.基本培养基加吡醇素 14.基本培养基加泛酸 15.基本培养基加肌醇

第一节基因突变概说三、基因突变的鉴定 　可以推论精氨酸合成步骤为： ∴ 从鸟氨酸精氨酸的合成至少需要A、C、O三个基因

P 野生型 × 突变型（泛酸） F1 子囊果→子囊 1 2 3 4 5 6 7 8 基本培养基基本培养基生长不生长 1 2 3 4 5 6 78 第一节基因突变概说三、基因突变的鉴定确定突变链孢霉突变基因的对数，用检出的突变型与不同交配型的野生型链孢霉交配，观察由此产生的子囊孢子的发育情况，表现怎样的分离现象。如果是1：1的分离比，即4个野生型4个突变型，就说明是一个基因的突变。（单个培养） 1：1分离比

（四）人类突变的检出 第一节基因突变概说三、基因突变的鉴定家系分析人类突变检出蛋白质或酶电泳技术其他方法出生调查常染色体：一般情况下，常染色体隐性突变难以检出。因为常染色体上隐性性状的出现，很可能是两个杂合体婚配的结果，而非基因突变所产生。显性突变比较容易检出，如果具有显性性状的个体，其父母正常，则可能基因突变造成的。性染色体：男人X连锁隐性突变的起源，有时可从家系中分析检出，男人只有一条X染色体。

第一节基因突变概说三、基因突变的鉴定 一个上睑下垂的家系，表示显性遗传。第一个患者的父母正常，表明是一个新的突变

第二节基因突变的机理* 三、生物诱变因素及其机理一、物理诱变因素及其机理二、化学诱变因素及其机理四、基因突变的意义

第二节 基因突变的机理一、物理诱变因素及其机理基因突变需要相当大的能量，辐射是能量来源。　　能量低的辐射如可见光只产生热量；能量较高的辐射如紫外线除产生热能外，还能使原子“激发”；能量很高的辐射如X射线、γ射线、α射线、β射线，中子等除产生热能和使原子激发外，还能使原子“电离”(ionization)，诱使基因发生突变。辐射诱变的作用是随机的（无特异性）。　　性质和条件相同辐射  诱发不同的变异；　　性质和条件不同的辐射  诱发相同的变异。　∴当前只能期望通过辐射处理得到随机变异。

第二节 基因突变的机理一、物理诱变因素及其机理（一）射线的电离辐射诱变射线穿透力辐射源应用时间照射方法 X 较强 X光机早（1927年）外照射 γ强 60Co、137Cs较早外照射  弱 32P、35S、14C、65Zn较迟内照射中子弱核反应堆或加速器最近外照射如钋-铍中子源中子是不带电的粒子，中子诱变效果好，但经中子照射的物体带有放射性，人体不能直接接触。实际应用：一般不用射线(电离程度很大，内照射很危险)，用射线。  射线常用辐射源是32P和35S，尤以32 P使用较多。

第二节 基因突变的机理一、物理诱变因素及其机理 • ◆ 外照射：辐射源与接受照射的物体间保持一定距离，让射线从物体 • 之外透入体内  诱发基因突变。 • ◆ 内照射：一般采用浸泡或注射法  使辐射源渗入生物体内  • 在体内放出射线（如β）进行诱变。 ◆ 射线波长越长，能量越小，诱变强度越弱，穿透的深度越浅。 ◆ 辐射剂量的表示方法： ★X射线、γ射线：伦琴(R)； ★ 中子：积分流量(n/cm2)； ★β射线：微居里(μcu/g)。

第 八 章 突 变 和 重 组 机 理