基因突变和表观遗传变异.ppt

9基因突变和表观遗传变异 表观遗传变异 9 1基因突变的类型 3 突变的性质 稀有性 10 4 10 9 可逆性 突变的多方向性与复等位基因 体细胞突变与生殖细胞突变 2 突变的类型 形态 生化 失去功能的 无效 渗漏 获得功能的 致死 条件致死 突变的多方向性与复等位基因 中性突变 neutralmutation 多肽链中相应位点发生的氨基酸的取代并不影响蛋白质的功能 沉默突变 silentmutation 蛋白质中相应位点发生了相同氨基酸的取代 即同义突变 移码突变 frameshiftmutation 回复突变 reversemutation 一类是正向突变 forwardmutation 突变方向是从野生型向突变型 另一种是回复突变 其突变方向是从突变型向野生型抑制突变 suppressormutation 突变的作用还可以通过其它位点的突变 AB 而得到补偿或校正 9 2基因突变的分子基础 9 2 1 自发突变的分子基础突变率 mutationrate 指在单位时间内某种突变发生的概率 9 2 1 1DNA复制错误9 2 1 2自发的化学变化1 脱嘌呤 depurination 作用2 脱氨 基 deamination 作用3 氧化作用损伤碱基 oxidativelydamagedbases 4 转座子和插入序列引起的突变 DNA结构与复制 3 5 核酸外切酶活性 校对功能 DNA复制中的保真机制 碱基的互变异构可造成复制差错 碱基的互变异构可造成复制差错 DNA复制中碱基互变异构引起的突变 DNA复制中碱基互变异构引起的突变 DNA复制中碱基环出 跳格造成移码突变 DNA复制中碱基环出 跳格造成缺失与重复 9 2 1 2自发的化学变化1 脱嘌呤作用 2 脱氨基作用 C U 脱氨基作用 5mC T 突变热点 3 氧化作用损伤碱基 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 9 2 1 3转座子和插入序列引起的基因突变 9 2 1 4不等交换产生重复和缺失突变 9 2 2诱发突变的分子基础 9 2 2 1放射线的诱发突变紫外线 X 射线 射线 宇宙射线9 2 2 2化学物质的诱发突变1 碱基类似物 1 5 溴尿嘧啶 5 bromouracil 5 BU 2 氨基嘌呤 2 aminopurine2 AP 3 迭氮胸苷 AZT azidothymidine 2 碱基的修饰剂 1 亚硝酸 introusacid NA 2 羟胺 3 烷化剂 它们的作用是使碱基烷基化3 DNA插入剂原黄素 proflavin 吖啶橙 acridineorange 溴化3 8 二氨基 5 乙基 6 苯基菲啶鎓 etnidiumbramide ICR的复合物等 9 2 2 1放射线诱发的突变 电离辐射 X 射线 诱发染色体畸变和基因突变 碱基降解 脱氨 射线波长 能量 诱变效应的关系UV照射造成嘧啶二聚体 切除 碱基随机插入 突变 9 2 2 2化学物质诱变1 碱基类似物 1 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 碱基类似物 5 BU 的掺入 转换 碱基类似物 2 AP 的掺入 转换 碱基类似物 2 AP 的掺入 转换 2 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 C 2 碱基的修饰剂 1 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 C 亚硝酸 introusacid NA 有氧化脱氨作用 可使G 黄嘌呤 X 仍和C配对 故不产生突变 但C脱氨 U 使C G转换成A T A脱氨 次黄嘌呤H 使A T转换成G C 碱基修饰剂的诱变作用 1 亚硝酸 2 羟胺 3 MMS EMS 2 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 A 3 烷化剂如甲基黄酸乙脂 EMS 氮芥 NM 甲基黄酸甲脂 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 G 烷化剂如甲基黄酸乙脂 EMS 氮芥 NM 甲基黄酸甲脂 MMS 亚硝基胍 NG 等 使G O 6 M G T配对 导致G C对转换成A T 使T O 4 M T G配对 导致T A对转换成C G 3 DNA插入剂导致碱基增减 嵌合剂的插入 移码突变 9 3体外定点诱变 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 寡核苷酸介导的单链模板定点突变 2 双引物法定点突变 3 用掺入U的单链为模板进行寡核苷酸介导的体外定点突变 寡核苷酸介导的单链模板定点突变 基于PCR的体外定点突变 基于PCR的体外定点突变 9 4突变剂的检测 用Ames法检测诱变剂 突变和人类疾病 一 自发突变和人类的疾病一 重复序列异常所引起的遗传病线粒体的脑脊髓病 mitochondlrialencephalomyopathies 是线粒体重复顺序之间产生缺失所致 脆性X染色体综合征X 连锁脊髓和延髓肌娄缩 也称Kennedy s症强直性肌营养不良 Myotonicdystrophy 二 诱发突变和人类的肿瘤 9 5基因突变的生物学防护与修复 9 5 1DNA的防护机制1 密码的简并性 相似性2 回复突变3 抑制突变 基因间抑制与基因内抑制 4 二倍体和多倍体5 致死与选择 9 5 2DNA的修复机制 一 直接修复 Directrepair 一 通过DNA聚合酶校正 3 5 外切 修复 二 光复活反应光复活 photoreactivation 或光修复 lightrepair 光裂合酶 photolyase 由phr基因编码烷基转移酶 Alkyltransferases 如对m6G UV损伤的光修复 光复活 PR酶 光能UV Py Py特异低等生物的主要修复方式 一 一般切除修复切除修复 excision repair 暗修复 darkrepair 切 补 切 封短 补丁修复 short patchrepair 20nt 组成型长 补丁修复 long patchrepair 1500nt 诱导型着色性干皮病 Xerodermapigmentosum 是一种切除修复酶的缺陷 二 切除修复 excision repair 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 Uvr系统在修复各阶段中的作用 UvrAB识别损伤 UvrBC在DNA上切一缺口 UvrD使被标记区解旋 着色性干皮病 Xerodermapigmentosum 是一种切除修复酶的缺陷 二 特殊切除修复途径 1 AP核酸内切酶修复途径AP位点 无嘌呤 apurinic 和无嘧啶 apyrimidinic 位点 2 糖基酶修复途径 重组修复 recombination repair 在E coli中的提取 retrival 系统 9 6基因突变的检出 9 6 1传统遗传学检出法9 6 2分子遗传学检出法 9 6 1传统遗传学检出法 1 微生物突变的检出抗性筛选 positiveselectioneg penpenr营养缺陷型筛选 negativeselectioneg penicillinenrichmentmethod青霉素阻止细胞壁成分的合成 对扩增细胞致死 MM pen CM MM 2 果蝇突变的检出 1 果蝇伴性隐性致死 非致死突变的检出利用Muller 5品系检出X隐性突变 2 常染色体基因突变的检出 平衡致死系的利用 1 果蝇伴性隐性致死 非致死突变的检出利用Muller 5品系检出X隐性突变 2 常染色体基因突变的检出 平衡致死系的利用 3 植物突变的检出 L Stadler玉米子粒胚乳颜色突变检出CC cc Cccc 无色 存在突变拟南芥及其突变检出 9 6 2分子遗传学检出法 9 6 2 1单链构像异构多态性 PCR SSCP PCR SSCPPCR RFLP 9 6 2 2用毛细管电泳技术检测点突变 毛细管 强电场 离子表面积 外形差异 高散热 高通量 9 6 2 3等位基因特异寡核苷酸杂交 利用碱基对差异 杂交强度差异检测 9 6 2 4序列分析与DNA芯片检测 SequencingSequencingistheprocedureofchoiceforSNPdiscovery Themostcommonformsofsequencingarebasedonprimerextensionusingeithera dye primersandunlabeledterminatorsorb unlabeledprimersanddye terminators Theproductsofthereactionarethenseparatedusingelectrophoresisusingeithercapillaryelectrophoresisorslabgels DNA序列分析 1 Sanger双脱氧链末端终止法 酶促DNA序列测定法 Maxam Gilbert化学降解法碱基特异修饰 特异断裂 DNA序列分析 2 DNA芯片 微阵列技术 Enzyme ddATP dCTP dGTP dTTP MassArray 2 FigureII SameDNA differentpeople monozygotictwinssharethesamegenome butadifferentepigenome ThedistinctpatternofDNAmethylationandhistonemodificationscanexplaindifferentphenotypesandindividualsusceptibilitytodisease ProcNatlAcadSciUSA102 10604 10609 2005 9 7表观遗传变异 在DNA序列未改变的情况下 基因表达的可遗传变化称表观遗传修饰 epigeneticmodification 或表观遗传变异 epigeneticvariation 表观