苏大分子生物学第十一章.ppt

基 因 突 变 n第一节 基因突变的基本概念 n第二节 基因突变的分类 n第三节 随机突变 n第四节 DNA的定位诱变及点突变技 术 第一节 基因突变的基本概念 n基因突变（gene mutation）是基因组DNA分子在结 构上发生碱基对组成或排列顺序的改变（通常它只 涉及基因中部分序列的变化），并引起个体表型的 改变, 而使生物体发生遗传性变异。（基因突变技术 ） n在自然界中生物体由于受到某种突变剂的作用，偶 然会由于基因复制的错误而发生突变，这种突变称 为自发突变（spontaneous mutation）。 n自发突变的频率较低，基因的每个核苷酸突变率平 均为 10-910-10。相反如果在人为条件下，使用某 种突变剂处理生物体而产生的突变称为诱发突变（ induced mutation）。诱发突变频率高得多（千倍以 上），而且现在可在离体条件下，使细胞发生定向 诱发突变，称为定向突变。 有生殖细胞突变和体细 胞突变。 第二节 基因突变的分类 n一、点突变 n二、碱基插入突变 n三、碱基缺失突变 碱基替代（点突变），碱基插入或缺失 结果，从对三联体密码的影响及遗传信息的 改变来看，又有下述几种不同的情况发生： 同义突变（Synonymous niutation） 错义突变（ncissense mutation） 无义突 变（nonsense mutation） 第三节 随机突变 n一、限制性内切酶法 n二、接头插入法 n三、系列缺失法 如图11-3（a）方法一 （b）方法二 n四、核苷酸随机取代法 第四节 DNA的定位诱变及点突变技术 n一、区域随机诱变 n二、基因的点突变技术 n三、点突变技术的应用 一、点突变 点突变又可分为单点突变（Single point mutation）和多点突变（multiple mutation）。 单点突变是指只有一个碱基对发生改变，而多 点突变是指有两个或两个以上碱基对发生改变 。点突变可以是碱基替换（base substitution ）, 碱基插入（base insertion）和基因缺失（ base deletion）但点突变这个术语常常是指碱 基替代。碱基替代又可分为两类, 一类叫转换 （transition），即嘌呤被另一嘌呤取代或嘧啶 被另一嘧啶取代后而发生的变化（如图8-1）。 另一类叫颠换（transversion）即嘌呤被嘧啶或 嘧啶被嘌呤取代后而发生的变化。点突变的重 要特点之一是它具有很高的回复突变率。如图 11-1。 二、碱基插入突变 n碱基插入突变是指基因组DNA链中插入1 个或几个碱基对, 这种突变可以引起其后 DNA序列的读框发生改变, 故又称为移框 突变（frameshift mutation）。移框突变 的结果不但改变了表达产物的氨基酸组成 ，而且会出现新的终止密码子，而使蛋白 质合成过早终止。 转座子或IS的插入常会 造成基因失活。 三、碱基缺失突变 n基因缺失突变是指基因组DNA链中缺失1 个或数个甚至小片断的碱基对。这种突变 也可引起其后DNA序列的读框发生改变。 如图11-2 同义突变 n同义突变是指碱基被替代后, 没有改变产 物氨基酸序列, 这是与密码子的简并性相 关, 如CTT、CTC、CTA、CTG的第3位碱 基互相替代后其编码表达的产物均为亮氨 酸, CTT、CTC、CTA、CTG的第3位碱基 互相替代后, 其编码表达的产物均为脯氨 酸,因此这种突变不产生突变效应。 错义突变 n错义突变是指碱基序列的改变引起了产物 氨基酸的序列改变。有些错义突变严重影 响到蛋白质活性甚至完全失去活性，从而 影响了表型。如果该基因是必需基因，则 该突变为致死突变。 无义突变 无义突变是指某个碱基的改变可使某种氨 基酸的密码子突变为终止密码子。如赖氨酸的 密码子AAG突变为终止密码子TAG, 酪氨酸的 TAC突变为TAA或TAG终止密码子。若无义突 变的终止密码子使肽链合成过早终止, 因而蛋白 质产物一般没有活性,若是发生在基因DNA的 3末端处, 它所表达产生的多肽常有一定活性 或有部分活性, 这种突变又称为渗漏变型（ leaky mutation）。 随机突变 随机突变是指目的基因发生突变的部位是 随机的, 如PCR克隆基因时, 往往产生不确定序 列的突变。在Tag酶的作用下, 有时在遇到模板 中的A-T对时, 倾向于掺入G-C对, 而使基因序列 发生改变。随机突变常用于鉴定克隆的DNA中 特定功能在基因序列中所处的位置及其与周围 序列的关系。如果对所克隆的DNA特定序列所 编码的产物及其功能知之甚少，可采用随机突 变法进行研究，以确定功能区域有助于缩小研 究范围。 DNA的定位诱变技术 定位诱变技术就是指按照设计要 求，在体外将基因特定区域的碱基进行 突变，这样就有可能在缺乏表型选择时 进行遗传分析，以便于研究基因结构与 功能的关系和基因表达调控的过程。其 诱变技术有两种类型，即区域随机诱变 和点突变。 一、区域随机诱变 区域随机诱变是在含有靶位点的一段DNA 序列上引入随机碱基序列而发生基因突变 。 切割分离基因片段后用诱变剂处理，在重 新接到载体上进行表达 将靶基因加工成单链区，用单链DNA诱变 剂处理（使C变U），用聚合酶双链化和 复制时，使原先的G/C发生A/T转换 二、基因的点突变技术 点突变的技术有很多种，常见的有寡核苷 酸介导的点突变技术和PCR定点突变技术。 n寡核苷酸介导的定点突变技术 n1.寡核苷酸引物诱变技术 n2.盒式诱变 如图8-7 n PCR点突变技术 n1.引物PCR定点诱变法如图8-8 n2.重组PCR定点诱变法如图8-9 基因突变技术 n基因突变技术：用酶学和化学方法来切割或合 成DNA，同时将突变碱基或序列导入克隆化的 基因中，重组后回到生物体，引起生物功能的 改变。 限制性内切酶法 n在基因内部若有酶切点， 如EcoR酶切 后，尾修平或补平后，分别可减少/增加4 个碱基。 加dNTP和DNA聚合酶补平， 5GAATT CTTAA （增加 4bp） 5G CTTAA S酶切除粘端修平 5G （减少4bp ） C 接头插入法 n于平端加入含酶切点的寡核苷酸片段，如 在转座子中插入，研究是否影响基因跳跃 功能。 核苷酸随机取代法 用诱变剂，如亚硫酸钠可使基因中的C变 U，使G/C转换成A/T，硫酸二甲酯破坏碱 基环，不能形成碱基对。 PCR：非理想条件下，使PCR产物中的基 因序列随机突变。 寡核苷酸引物诱变技术 寡核苷酸引物诱变技术：用含突变碱基的 引物启动M13复制子代链，转染大肠杆 菌后，子代基因有50%发生突变，通过 筛选、鉴定、回收可观察突变基因的表型 改变效应。如图11-4 寡核苷酸引物诱变技术的改进方法 n（1）KunKel定点诱变法：如图11-5 n（2）硫代磷酸的核苷酸诱变法：如图11-6 点突变技术的应用 n1. 在分子生物学和基因工程中的应用 n（1）探明未知序列的结构和功能的关系，如启动子诱 变筛选，真核的TATA盒保守序列确定 n（2）载体构建：调控元件，强启动子，多接头 n（3）研究基因调控序列：如AUG前加入ACC序列最佳 n2. 在蛋白质工程中的应用 n（1）提高活性和稳定性，如IFN-ser17（cys变ser） n（