第十章基因突变

红眼果蝇 白眼果蝇第十章基因突变

第一节基因突变概述 一、基因突变概念和类型（一）基因突变概念荷兰D.Vries栽培月见草；1910年摩尔根发现白眼果蝇，1927年穆勒用X射线诱导基因突变基因突变（gene mutation）：是指一个基因内部可以遗传的结构改变，是基因分子内部在某种条件作用下所发生的一个或几个核苷酸的改变，导致结构蛋白或酶的改变，从而影响有机体的大小、品质、颜色、结构和生长率等性状的改变。基因突变一般在染色体结构上是看不到的，所以又称点突变（point mutation）。实际上点突变与染色体畸变的界限并不明确，特别是微细的畸变更是如此。

（二）突变的类型 1、诱发的原因：自发突变诱发诱变 2、依表型变化形态突变（morphological mutation），是泛指能造成外形改变的突变。例：普通绵羊的四肢有一定的长度，但安康羊（Ancon sheep）的四肢很短，致死突变（lethal mutation）：是指能造成个体死亡的突变，致死突变型又可分为全致死突变型（９０％以上死亡），亚致死突变（50%~90%％死亡）；半致死突变（10%~50%死亡）和弱致死突变（10%以下死亡）。

条件致死突变（conditional lethal mutation)：指在一定条件下表现致死效应，而在其它条件下可以存活的突变。 • 例如：噬菌体T4的温度敏感突变型在25℃时能在E.coli宿主中正常生长，形成噬菌斑，但在42℃时就不能这样。生化突变（biochemical mutation)：指没有形态效应，但导致某种特定生化功能改变的突变。例：链孢霉的氨基酸突变型＋某种氨基酸才能生长二、基因突变的一般特征 1、突变的稀有性 2、突变的重演性和可逆性 3、突变的平行性 4、突变的多方向性与复等位基因 5、突变的有害性和有利性

（一）突变的稀有性： 突变频率：指生物体在每一世代中（单细胞生物以每一细胞）发生突变的频率。突变率＝突变个体数/调查个体数×倍数自然突变频率很低，细菌10-4～10-10，高等生物10-5～10-8，不同的生物，不同的基因其突变率相差较大。玉米籽粒颜色 5×10-4；糯性150万配子无突变；白化病、色盲2×10-5，受体内在生理生化状态，及外界环境条件影响，人工诱变，频率提高。菊花体细胞突变

（二）突变的重演性： 指同种生物的同一基因突变为相同的表型，可以在不同个体间重复出现。例如果蝇的白眼突变。（三）突变的可逆性：即可发生回复突变，显性基因Ａ可以突变为隐性基因ａ，而隐性基因ａ也可以突变为显性基因Ａ，前者称为正向突变，后者称为回复突变。正向突变和回复突变的发生频率是不一样的，在多数情况下，正向突变率总是高于反向突变率。这是因为一个野生型基因内部的许多位点都可能发生改变而导致基因突变。但是一个基因内部却只有那个被改变了的结构恢复原状，才可发生回复突变。需要指出的是，由于缺失而引起的突变不能发生回复突变。

（四）突变的平行性： 亲缘关系相近的物种由于遗传物质相近，而发生相似的基因突变，如桃、李、杏、梅都有早熟、矮枝、重瓣花等突变型。（五）突变的多方向性：基因的突变可以向多个方向进行，一个基因Ａ可以突变为a1、a2、a3……an等而构成所谓的复等位基因（multiple alleles）。这些复等位基因可以从野生型基因突变产生，也可以从其它任何一个突变基因突变产生。

（六）突变的有害性与有利性 突变大多数是有害的。这是因为生物经长期的自然选择，产生了与外界环境相同协调的关系，这种关系一旦因突变而改变便可能干扰内部的生理生化过程，所以大部分突变对生物体是不利的。 • 少数的突变能促进和加强某些生命活力，所以是有利的突变。例如作物抗病性，微生物的抗药性等，这些突变为生物进化提供了最有利的条件。（七）突变发生的时期和部位：从理论上讲，突变可以发生在生物个体发育的任何时期，在体细胞或性细胞中都可发生，但性细胞发生的频率要比体细胞高些。大丽菊、果树芽变——无锡水蜜桃、黄岩蜜橘，阿苏儿半边种，金银眼猫等

第二节基因突变的表现和检出 一、基因突变的表现（一）显性突变突变基因在杂合体状态表现出突变性状。配子发生显性突变经受精传给后代表现突变性状。体细胞突变在当代表现镶嵌现象（半边种、金银眼猫、羽毛斑点）。（二）隐性突变突变杂合体不表现突变性状，不易发现。二、基因突变的检出（一）果蝇性染色体基因突变的检出——CIB测定法 C—X上较大的倒位区段，可阻止两X染色体交换，I—隐性致死基因，B—为标记基因棒眼。

观察F2表型 若无雄果蝇，则待测果蝇发生隐性致死突变若有雄果蝇，雌雄比为2：1，将雄果蝇与处理前比较性状改变，检出隐性突变。

（二）果蝇常染色体基因突变的检出——平衡致死系（二）果蝇常染色体基因突变的检出——平衡致死系观察F3表型：（1） 2/3翻翅，1/3野生，未发生可见突变；（2）如只有翻翅，发生隐性致死突变；（3）2/3翻翅，1/3突变型，发生隐性突变。

第三节突变的分子基础 多数基因突变←单个碱基对改变←碱基替换、移码突变

一、碱基替换 碱基种类改变，（一）类型转换（transition）：嘌呤与嘌呤之间，嘧啶与嘧啶之间的替换。4种颠换(trasversion)：嘌呤和嘧啶之间的替换。8种（二）碱基替换突变的内源机制 1、脱氨作用 5－甲基胞嘧啶（5mc）脱氨后转变成T,DNA修复不完善，G:C→A:T 2、DNA复制过程中出现差错复制精确性取决复制过程的保真性和错误修复系统的有效性。 3、滑移错配复制模板链上的碱基滑动脱出配对位置，发生过渡型错排，复制时导致碱基错误渗入，多发生在同一种碱基连续排列。 4、其它因素作用化学诱变剂和物理诱变剂等

二、移码突变（frameshitt mutation） • 基因编码序列中发生核甘酸增加或减少，使处于突变发生位置下游的密码子组成发生改变，导致肽链延长或缩短，改变肽链性质。这种由于某种原因造成编码框的移动叫移码突变。（由于某种原因增加或减少一个或几个碱基造成编码框的移动）。移码突变多容易造成无义突变。三、基因突变与氨基酸顺序同义突变：碱基发生变化后，编码的氨基酸没发生变化。产生兼并密码错义突变：碱基发生变化后，编码的氨基酸发生了变化。无义突变：碱基发生变化后，导致了蛋白质合成终止。产生终止密码抑制突变：由于tRNA基因突变引起了反密码子的改变，有时却“以错就错”地转译出某种氨基酸，表现出抑制突变的效应。

第四节诱变因素及其作用机理 多种物理和化学因素对活细胞内遗传物质的诱变作用比自发突变频率高出好多，因此将这些能诱发突变的理化条件称为诱变因素或诱变剂。一、化学诱变因素生活中上百种化学物质（农药、染料、洗涤剂、色素）引起基因突变。

（一）碱基类似物 是一类分子结构与DNA分子中碱基结构相似的化学物质，对正在复制DNA起作用。DNA复制时被误认为碱基而结合到DNA中，造成碱基替换。如5—尿嘧啶（BU）是T类似物，酮式结构与A配对，烯醇式结构与G配对，转换。（二）改变DNA结构的化学试剂 1、亚硝酸碱基氧化脱氨，使A变成 I（次黄嘌呤），可与C 配对，A:T→G:C；也可使C变成U，造成G:C→A:T；还可使G脱氨变成黄嘌呤，不能与任何碱基配对，细胞致死。

2、羟胺（HA）对C作用，加－OH，成为羟胺基C，与A配对，G:G→A:T.2、羟胺（HA）对C作用，加－OH，成为羟胺基C，与A配对，G:G→A:T. • 3、烷化剂（1）转移烷基作用 G烷基化与A配对，G:G→A:T. • （2）脱嘌呤作用，替换或移码 • （3）DNA分子结构变形，分子链内外铰链，DNA分子变形 • 4、结合到DNA分子上的化合物 • 丫啶类分子大而平滑可插入邻近的碱基对间，引起移码突变。 • 二、物理诱变因素 • （一）电离辐射能量大，穿透力强、引起物质电离 • 粒子辐射：α射线、β射线(32P、35S)、中子(60钴、137铯)； • 电磁波辐射：X射线、γ射线。

1、引起染色体断裂，产生染色体畸变 磷酸二酯键断裂、染色体断裂重接染色体结构变异。 2、诱发基因突变碱基对、碱基结构破坏、改变基因突变； • 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)。 • 突变率与辐射总剂量成正比，且有累积效应； • 突变率与剂量率(辐射强度的影响)无关，但总剂量相同时，强度不同效应不同，低——正常，高——致死。

各种类型南瓜果实 不同颜色的牵牛花（二）非电离辐射诱变主要是紫外线(380-15nm)：最有效波长270nm(嘌呤、嘧啶的共轭环) 氢键断裂、DNA链的断裂胞嘧啶的水合作用嘧啶二聚体 • 物理诱变的非专性：对DNA分子及其核苷酸残基无选择性，所以没有专化性和特异性。三、诱发突变的应用 • 1. 提高基因突变率；2. 获得更丰富的突变类型；3. 改良生物的个别性状。

四、DNA损伤的修复 (一) 光复活——在损伤部位就地修复在暗处，光复活酶能认出紫外线照射所形成的嘧啶二聚体，并和它结合，形成酶和DNA的复活物，照以可见光时，酶利用可见光提供的能量，使二聚体解开成为单体。（二）暗复活（切除修复）——取代损伤部位把含二聚体的DNA片断切除，用新的核甘酸链进行修补，又叫切除修补。（三）重组修复——越过损伤部位 1、复制：损伤的DNA仍可进行复制，当复制到损伤的部位时，子代DNA链中与损伤部位相对应的部位出现缺口，新合成的子链比未损伤的DNA链短一些。 2、重组：完整的母链与有缺口的子链重组，缺口由母链来的核苷酸片段弥补。 3、再合成：重组后，母链中的缺口通过DNA多聚酶的作用，合成核苷酸片段，然后由连接酶使新片段与旧链联结，重组修复完成。

重组修复

第十章 基因突变