第七章 遗传物质的改变.doc

第七章 遗传物质的改变 基因突变 基因突变（gene mutation）:是指DNA分子上的一个到几个碱基的增减、排列顺序的改变等。 突变体（mutant）带有突变基因的细胞或个体第一节 基因突变概述l 自发突变（spontaneous mutations）：由外界环境因素的自然作用或生物体内在的生理生化过程的改变而引起的突变。l 诱发突变（induced mutations）：由人们利用各种理化因素或其他条件处理引起的突变。一、 基因突变的分类 1、形态突变（morphological mutation）:突变体的效应在表型上明显可见。又称可见突变（visible mutation） 2、生化突变（biochemical mutantion）:突变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。 3、致死突变（lethal mutation）:影响生物体的生活力，导致个体死亡的一类突变。 分为显性致死突变和隐性致死突变。 4、条件致死突变（conditional lethal mutation）:在某些条件下能成活，而在某些条件下是致死。二、 基因突变的一般特征 1、突变发生的时间和部位问题l 突变发生的时间：理论上，突变可以发生在生物个体发育的任何时期。 随着个体发育的进行，突变发生越迟，则影响越小二、 基因突变的一般特征 1、突变发生的时间和部位问题l 突变发生的部位：突变可以发生在生物个体的任何组织和器官。 生殖细胞突变（germinal mutation） 突变发生在种系（germ line）,如果性细胞参与受精过程，那么突变基因传递给下一代 体细胞突变(somatic mutation) 体细胞突变一般是不能传递给后代的二、 基因突变的一般特征 2、突变的频率（突变率） 突变率（mutation rate）：是指在一个世代中或其他规定的单位时间中，在特定的条件下一个细胞发生某一突变的概率。年龄温度对基因突变率的影响 l 温度：0-25范围内，每增加 10，突变率提示2倍以上。l 年龄：金鱼草，正常突变率为1%储存6-9年后，突变率 1.6-5.3%储存12年后，突变率14.2%人类基因突变的估算方法 l 有一种遗传病：软骨发育不全，是由于常染色体显性基因引起，调查发现，在94075活产儿中发现有10例这种病情患者，其中2例的双亲之一也是本病的患者，其他病例双亲均正常。3、突变的多方向性 由于突变的方向首先受到构成基因本身的化学物质的制约，因而他只能在一定范围内发生，这就是所谓突变多方向性的相对性4、突变的可逆性 l 正突变（ forward mutation）：A a（u）l 回复突变(back mutation)：a A（v）4、突变的可逆性 l 真回复突变：突变出现在同一点上，恢复原来野生型的碱基顺序l 假回复突变：突变出现在另一位点上。4、突变的有害性和有利性 l 大多数基因的突变对生物的生长和发育是有害的 如致死突变l 部分突变不影响生物体的正常生理活动 如中性突变(neutral mutation)l 极少数突变对生物体的生命活动有利， 如微生物的抗药性，植物的抗倒伏性等l 突变的有害性是相对的，在一定的条件下突变的效应可以转化l 部分突变性状对生物体本身有利，而对人类有害，反之亦然。第二节 基因突变的表现及检出一、突变的表现 大突变：控制质量性状的基因突变 微突变：控制数量性状的基因突变实验表明：在为突变中出现有利突变的概率要高于大突变第二节 基因突变的表现及检出二、突变的检出1、作物突变基因的检出显性突变：通过三代检出隐性突变：通过二代检出第二节 基因突变的表现及检出2、果蝇突变型的检出（1）果蝇性连锁突变的测定CLB法：鉴别果蝇 X - 染色体上基因的隐性突变C： X - 染色体上的一个大倒位 l： X - 染色体上的一个隐性致死基因B：X - 染色体上的一个显性棒眼基因第二节 基因突变的表现及检出2、果蝇突变型的检出（1）果蝇性连锁突变的测定CLB法：鉴别果蝇 X - 染色体上基因的隐性突变第二节 基因突变的表现及检出二、突变的检出2、果蝇突变型的检出（1）果蝇性连锁突变的测定Muller - 5 法第二节 基因突变的表现及检出二、突变的检出2、果蝇突变型的检出（1）果蝇性连锁突变的测定Muller - 5 法第二节 基因突变的表现及检出二、突变的检出2、果蝇突变型的检出（2）果蝇常染色体突变的测定平衡致死品系的利用第二节 基因突变的表现及检出二、突变的检出3、人类突变型的检出（1）利用家系分析和出生调查第二节 基因突变的表现及检出二、突变的检出3、人类突变型的检出（1）利用家系分析和出生调查（2）通过凝胶电泳进行分析4、微生物突变体的检出（1）抗性突变株的检出（2）温度敏感突变株的检出（3）营养缺陷型突变株的富集青霉素浓缩法第二节 基因突变的表现及检出二、突变的检出4、微生物突变体的检出第三节 诱发突变诱发突变的两个明显特点： 突变的有害性 突变的随机性一、辐射诱变直接作用：损伤DNA的骨架，造成断裂间接作用：通过细胞照射后产生过氧化氢和游离基的继发反应，导致诱变（一）电离辐射1、诱变机理（一）电离辐射1、诱变机理自发突变率：10-6左右辐射诱变率：10-3左右2、遗传效应（1）辐射剂量与突变频率在一定范围内成正比（一）电离辐射四个辐射剂量： 致死剂量：经照射后生物体全部死亡的剂量 半致死剂量：经照射后成活率为50%的剂量 临界剂量：成活率为60%的剂量 允许剂量：成活率大于60%的剂量人细胞体外培养：允许剂量：50-100R 100R 放射病 400R 急性死亡（一）电离辐射1、诱变机理2、遗传效应（2）辐射效应有累积效应高强度急性照射导致的突变率等同于低强度慢照射MF(2000R 10min) = MF(1000R 20min)当照射剂量相同时：连续照射等同于间隔分次照射（二）非电离辐射诱变（紫外线诱变） 紫外线是一种电磁波，能量很小，只能产生激发作用。l 紫外线引起的DNA损伤 DNA分子损伤最早就是从研究紫外线的效应开始的。当DNA受到最易被其吸收波长（260nm）的紫外线照射时，主要是使同一条DNA链上相邻的嘧啶以共价键连成二聚体，相邻的两个T、或两个C、或C与T间都可以环丁基环（cyclobutane ring）连成二聚体，其中最容易形成的是TT二聚体.。二、化学诱变 特点：突变率较低，对基因的损伤小，而且有利突变类型较多，有些化学药物的诱变作用有特异性，能够诱发一定类型的突变。1、碱基类似物2、拟辐射化合物 1、碱基类似物： 结构类似DNA分子中的某些碱基，它们插入生物体DNA分子中，代替正常碱基。当DNA复制时，发生错误配对，导致碱基排列次序的变异2、拟辐射化合物： 这类化合物能使染色体断裂，产生移码突变，作用类似于辐射作用三、突变热点和增变基因 三、突变热点和增变基因形成突变热点的最主要原因是5-甲基胞嘧啶的存在增变基因（mutator genes）:是指基因组中某些基因的突变可使整个基因组的突变率明显上升，这些基因称为增变基因这类基因有两类： DNA多聚酶基因：校对作用 dam基因 ：错配修复 第四节 突变的分子基础碱基替换（base substitution）：是指一对碱基由另一对碱基代替，如A-T碱基对由G-C所替换。移码突变(frameshift mutation)：是指增加或减少一个或几个碱基对，使碱基顺序发生改变。 第四节 突变的分子基础一、碱基替换（base substitution） 转换（transition）：DNA分子中，一个嘌呤被另一个嘌呤，或者一个嘧啶被另一个嘧啶替换。 颠换（transversion）：DNA分子中，一个嘌呤被嘧啶代替，或者嘧啶被嘌呤代替。一、碱基替换（base substitution）1、碱基类似物（如5-Bu、2-Ap等）一、碱基替换（base substitution）1、碱基类似物（如5-Bu、2-Ap等）一、碱基替换（base substitution）1、碱基类似物（如5-Bu、2-Ap等）一、碱基替换（base substitution）1、碱基类似物（如5-Bu、2-Ap等）一、碱基替换（base substitution）2、改变DNA分子结构的诱变剂（如亚硝酸NA、烷化剂等）一、碱基替换（base substitution）2、改变DNA分子结构的诱变剂（如亚硝酸NA、烷化剂等）一、碱基替换（base substitution）2、改变DNA分子结构的诱变剂（如亚硝酸NA、烷化剂等）二、移码突变（frameshift mutation）二、移码突变（frameshift mutation） 如丫啶类二、移码突变（frameshift mutation）二、移码突变（frameshift mutation）二、移码突变（frameshift mutation）二、移码突变（frameshift mutation）三、基因突变与氨基酸顺序（一）碱基突变与氨基酸顺序1、同义突变（same-sense or synonymous mutation）： 是指碱基发生替换后碱基顺序发生改变，密码子因此而发生改变，但合成的多肽链氨基酸顺序没有改变三、基因突变与氨基酸顺序2、错义突变（mis-sense mutation） 是指碱基发生替换后，使氨基酸顺序发生改变，造成蛋白质部分或全部失活，从而表现出突变性状。三、基因突变与氨基酸顺序2、错义突变（mis-sense mutation）三、基因突变与氨基酸顺序3、无义突变（non-sense mutation）是指碱基突变后产生无义密码从而产生没有活性的多肽片段4、抑制突变 是指由于tRNA结构的变异在转译水平上发生的，当发生错义或无义突变后，由于反密码子的改变，使得改变了的遗传信息将错就错的转译出来。三、基因突变与氨基酸顺序4、抑制突变三、基因突变与氨基酸顺序(二)移码突变和氨基酸顺序三、基因突变与氨基酸顺序(二)移码突变和氨基酸顺序 第五节 重组的分子基础一、有关基因重组的两个分子模型1、断裂愈合模型2、复制选择模型 第五节 重组的分子基础二、基因转换 基因转换(gene conversion):是指在染色体重组过程中偶尔出现的一个基因转变为它的等位基因的不规则交互现象。 第五节 重组的分子基础二、基因转换 基因转换(gene conversion):是指在染色体重组过程中偶尔出现的一个基因转变为它的等位基因的不规则交互现象。 第五节 重组的分子基础二、基因转换 基因转换(gene conversion):是指在染色体重组过程中偶尔出现的一个基因转变为它的等位基因的不规则交互现象。 染色单体转换（chromatid conversion）：是指一条染色单体发生基因转换，及基因转换影响DNA双链中的二条链。（6：2） 半染色单体转换（half-chromatid conversion）：是指一条染色单体的一半发生基因转换，及基因转换影响DNA双链中的一条链。 碱数后分离(post-meiotic segregation)：是指由于半染色单体转换而使得子囊孢子的分离发生在减数分裂后的有丝分裂中。（ 5：3 3：1：1：3） 第五节 重组的分子基础三、重组的分子基础 杂种DNA分子模型：每一条染色单体是一条DNA双链，一对同源染色体有四条DNA双链，在每条DNA双链上有固定断裂点，它是核酸内切酶的作用位点，在减数分裂前期，两条同源DNA分子配对联会，核酸内切酶发生作用，在断裂点上，把两个非姐妹DNA分子（极性相同）的一条链切断，被切断的链从固定断裂点脱开，螺旋局部放松，然后借助连接酶的作用，断链以交替方式相互连接，这条断链与那条断链互换位置后形成两个杂种DNA分子。 第五节 重组的分子基础三、重组的分子基础 杂种DNA分子模型： 第五节 重组的分子基础三、重组的分子基础 杂种DNA分子模型： 第五节 重组的分子基础三、重组的分子基础 杂种DNA分子模型： 第五节 重组的分子基础三、重组的分子基础 杂种DNA分子模型： 三、重组的分子基础 杂种DNA分子模型： 第二节 重组的分子基础三、重组的分子基础 杂种DNA分子模型： 第五节 重组的分子基础 杂种DNA分子模型l 关于基因转换发生的时间：l 交换（或重组）在减数分裂过程中发生l 基因转换是在有丝分裂过程中经修复校正而发生 第五节 重组的分子基础 杂种DNA分子模型l 在杂种DNA分子中，l 当断裂和愈合发生在同样二条链上时，标记基因未发生重组，表现2：2分离，因此是亲组合。l 当断裂和愈合发生在另外两条单链上时，标记基因发生重组，表现1；1：1：1，因此是重组合。l 不管亲组合、还是重组合，这两种杂种DNA分子中都有异型双链（杂种双链），因此在有丝分裂过程中发生修复、校正，从而表现正常4：4、异常6：2、5：3、3：1；1；3的分离比。 第五节 重组的分子基础 杂种DNA分子模型 第六节 DNA的损伤和修复一、紫外照射对DNA的损伤和修复 第六节 DNA的损伤和修复一、紫外照射对DNA的损伤和修复三种修复系统： 光复活 切除修复 重组修复 第六节 DNA的损伤和修复一、紫外照射对DNA的损伤和修复 第六节 DNA的损伤和修复一、紫外照射对DNA的损伤和修复 第六节 DNA的损伤和修复一、紫外照射对DNA的损伤和修复 第六节 DNA的损伤和修复二、SOS修复（诱导修复、应急反应） SOS修复：是指细胞DNA受到较大损伤或复制系统受到抑制的紧急情况下，为求生存而出现的应急修复作用。 SOS修复是由RecA蛋白和LexA阻遏物相互作用引起的，而这两个蛋白分别由基因recA、lexA控制。在正常细胞中，SOS系统是关闭的 第六节 DNA的损伤和修复一、紫外照射对DNA的损伤和修复SOS修复 第六节 DNA的损伤和修复一、紫外照射对DNA的损伤和修复SOS 第七节 转座因子 转座因子（transposal element）:是指细胞中能改变自身位置的一段DNA顺序。 transposal element is a DNA sequence able to insert itself at a new location in the genome (without any sequence relationship with the target locus).一、原核生物中的转座因子根据分子结构和遗传性质分为三类： 插入序列（insertion sequence IS） 转座子（transposon） 转座噬菌体（transposition phage） 第七节 转座因子一、原核生物中的转座因子1、插入序列（insertion sequence IS） 这类转座因子上除了带有和他转座作用有关的基因以外，不带有任何其他基因，因此无任何表型效应。各种 IS 的两端多是几个到几十个核苷酸长度的颠倒重复序列（或称反向重复序列 IR） 如果某一质粒含有IS，那么这样的质粒经过变性后再复性，则在电镜下可见茎环结构 第七节 转座因子一、原核生物中的转座因子2、转座子（transposon Tn） 这类转座因子上除了带有和他转座作用有关的基因以外，还带有抗药基因和其他基因，因此 Tn 的转座能赋予宿主获得有关特性，两端也有相同的序列，也可形成茎环结构。 第七节 转座因子一、原核生物中的转座因子3、转座噬菌体 如E.coli的温和噬菌体Mu-1,Mu 能通过转座而插入到宿主染色体的几乎任何一个部位，在它的末端处也有类似的 IS 序列。 Mu一方面具有温和噬菌体的特征，另一方面又具有转座因子的特性，它的转座率比一般的转座子要高。 第七节 转座因子 一、原核生物中的转座因子 3、转座噬菌体 Figure 15.11 Mu transposition passes through three stable stages. MuA transposase forms a tetramer that synapses the ends of phage Mu. Transposase subunits act in trans to nick each end of the DNA; then a second trans action joins the nicked ends to the target DNA 第七节 转座因子二、真核生物中的转座因子1、酵母菌的转座因子（Transposon yeast Ty） 第七节 转座因子二、真核生物中的转座因子2、果蝇的转座因子（P elements ） Figure 15.28 The P element has four exons. The first three are spliced together in somatic expression; all four are spliced together in germline expression 第七节 转座因子二、真核生物中的转座因子2、果蝇的转座因子（P elements ）P因子和细菌的转座因子有许多相似之处：l 两端也有IRl 不同果蝇品系中P因子位置不同，数目也不同l 插入后在两端出现 8bp的顺向重复序列 第七节 转座因子二、真核生物中的转座因子2、果蝇的转座因子（P elements ） 第七节 转座因子二、真核生物中的转座因子3、玉米的转座因子 玉米第九号染色体上有一个解离因子（Ds） Ds的存在可使染色体在Ds附近断裂的机会大大增加，并因此改变基因的表型效应 Ds基因的存在抑制了相邻座位上的色素基因C的表现，玉米籽粒表现为无色，当Ds 基因转