第三章-基因突变PPT课件

第三章基因突变,突变：指生物体表型突然发生的可遗传的变化。染色体畸变细胞学上可以看到染色体的变化基因突变由于体内外各种因素改变了某基因特定的DNA序列、碱基组成和排列顺序，导致蛋白质结构发生改变，导致表型不同，即基因突变。突变体：发生了突变的微生物细胞或菌株表型：基因突变形成新的基因型在一定的条件下表现出来的个体性状。,第一节基因突变的分子机制,一、诱发突变及其机制,（一）点突变,指单个碱基的改变。在基因一级结构的某个位点上，一种碱基被另一种碱基取代。分为,碱基置换,移码突变,转换,颠换,缺失,插入,1.碱基置换（substitution)：转换DNA链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或一个嘧啶被另一个嘧啶所置换。颠换一个嘌呤被一个嘧啶或一个嘧啶被一个嘌呤所置换。,由碱基对置换而引起的密码子突变和多肽链合成又分为（即遗传性状改变）：同义突变：指某个碱基的变化，密码子发生改变,但所编码的氨基酸不变。,错义突变：指碱基序列的改变，相应的密码子改变，编码另一种氨基酸。,无义突变：指某个碱基的改变，使代表某种氨基酸的密码子变为蛋白合成的终止密码子（UAA，UAG，UGA）。,2.移码突变(frame-shiftmutation),指诱变剂使DNA分子中的一个或少数几个核苷酸的增添（插失）或缺失，从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和转移错误的一类突变。由移码突变所产生的突变株，称为移码突变株。,分子中缺失或增加少数几个碱基对,造成突变点以后全部遗传密码转录与转译发生错误,增添一个碱基,缺少一个碱基,（二）染色体畸变,某些理化因子，如X射线等的辐射剂、烷化剂、亚硝酸等，除了能引起点突变外，还会引起DNA的大损伤染色体畸变。,染色体结构上的缺失、重复、插入、易位和倒位,染色体数目变化,非整倍化变化整倍化变化,1.染色体结构变化,1）缺失（deletion）,产生缺失的原因：1)染色体损伤后产生断裂（末端缺失）或非重建性愈合（中间缺失）会直接产生缺失或形成环状染色体，经断裂融合桥而产生缺失和重复2)染色体纽结3)不等交换：（unequalcrossingover）4)转座因子可以引起染色体的缺失和倒位,缺失的遗传效应1)致死或出现异常猫叫综合征:是Lejeune等在1963年首先报导了三例，患儿的哭声似猫叫，故得名。它是由于5号染色体短臂缺失（5P-）所致,因而又称5P-综合征，发病率约为1/5万，女性多于男性，并有生长和智能发育不全。2)拟显性:缺失部分如果包括某些显性基因，相应的隐性等位基因就得以表现。,.,16,低等生物对缺失的忍受性,有些低等生物，如细菌和噬菌体，对缺失的忍受性相当坚强。在基因工程上，用噬菌体作克隆基因的载体，切除了其本身的相当一部分DNA，甚至是大部分DNA，而代之以外源DNA。,2）重复,2.重复类型,b.重复的产生原因1.断裂-融合桥的形成：2.染色体纽结：3.不等交换：4.非同源性重组5.易位的产物6.转座效应,.,19,重复的遗传学效应,重复导致基因组的演化基因剂量的改变引起剂量效应位置变化引起位置效应,.,20,重复是生物进化的源泉之一,总体上说，重复对生物体是有害的，但其危害程度小于缺失。重复导致基因在chr上的相对位置改变。重复区域及其附近基因间的重组率降低。重复使染色体含量增加，为积累变异提供了材料。,.,21,3）倒位（inversion）,chr断裂之后，某一区段或某些区段的正常基因顺序颠倒之后又重接起来的过程，称为染色体的倒位。倒位了的chr称为倒位chr。倒位的类型很多。简单倒位复杂倒位,.,22,倒位的类型与形成,.,23,倒位可以作为重组抑制因子,倒位能抑制重组，称为交换抑制因子（crossoversupressor）实际上是抑制重组，而不是抑制交换！,.,24,4）易位的概念,两个非同源chr之间区段的转移或互换。易位是染色体间的结构变异，,.,25,易位的类型与形成,.,26,易位的分类,简单易位（simpletranslocation）相互易位（reciprocaltranslocation复杂易位（complextranslocation）涉及三对非同源染色体的易位。交互易位是最常见的类型简单易位、复杂易位与相互易位相比，是很少见的。,.,27,易位的遗传学效应,致死效应：在形成易位的过程中，处于断裂点附近的DNA会受到不同程度的损伤，使某些基因伤失功能。产生新的连锁群杂合体的半不孕性杂合体降低有关连锁基因的重组率引致基因的位置效应,.,28,易位与进化,易位与生物进化的关系较其他染色体结构变异更为密切。易位可以改变基因间的连锁关系易位可以改变染色体的形态易位可以改染色体的数目这些都可能导致变种和新种的形成。易位也可以杂合体的形式传递。易位与植物进化的关系则更为密切。,.,29,发生于近端着丝粒染色体之间的特殊易位方式。,断点位于着丝粒附近，两条染色体的长臂粘接成一条较大的衍生染色体，短臂粘接成一条小染色体（往往丢失）。,罗伯逊易位(Robertsontranslocation),2.染色体数目的改变,1）.整倍体（enpeoid）一倍体(monoploidnumber(x)单倍体(haploid)二倍体（diploid）三倍体（triploid）四倍体（tetraploie）多倍体（ployploid)同源多倍体（autopolyploid异源多倍体（allopolyploids）,烟草2倍体，4倍体和8倍体叶片表皮细胞的比较,2倍体和4倍体葡萄的比较,2）非整倍体二倍体又可称为双体（disomy）（2n）缺体（nullisomy)2n-2，又称为零体单体（monosomy）2n-1,）三体（trisomy），2n+1）（1）21-三体即Down氏综合征;（2）18-三体，即Edward综合征;（3）13-三体，即Patau综合征;双三体（doubletrisomy）,2n+1+1,二.自发突变机制,自发突变：是指在没有人工参与的情况下生物体自然发生的突变背景辐射和环境因素的影响：由于一些原因不详的低剂量诱变因素的长期总和诱变效应。如各种短波辐射或高温诱变效应，以及自然界中普遍存在的一些低浓度的诱变物质（在微环境中有时也可能是高浓度）的作用等。,微生物自身有害代谢产物的诱变效应：过氧化氢对Neurospora（脉孢霉）有诱变作用，在许多微生物的陈旧培养物中易出现自发突变株，可能也是同样的原因。氨基的互变异构效应：T和G会以酮式或烯醇式两种互变异构的状态出现，而C和A则会以氨基式或亚氨基式两种互变异构的状态出现。环出效应：在DNA的复制过程中，某一单链上偶然产生一个小环，则会因其上的基因越过复制而发生遗传缺失。,第二节基因突变的种类基因突变的类型是多种多样的，按突变体表型不同，可分为以下几种类型：（1）形态突变型。（2）条件致死突变型。（3）营养缺陷突变型。（4）抗性突变型。（5）抗原突变型。（6）其他突变型。,1、形态突变型菌落形态变化：大小、颜色、表面结构；孢子数量、颜色；噬菌体的噬菌斑形状、大小及清晰度。菌体形态变化：鞭毛、荚膜、菌体形状、大小、孢子形态和大小细胞结构变化：细胞膜通透性等。,2、生化突变型营养突变型：由于突变而失去合成某种代谢物质的能力，如氨基酸、维生素等，当环境中缺乏这种物质就不能生长。糖类分解发酵突变株色素形成突变株有益代谢产物产生突变株,3、条件致死突变型生命分界线由某种条件决定，是遗传学最有用的突变型，如温度突变型。4、致死突变型：各种突变都可能使多肽链完全丧失活性，引起致死，尤其是染色体畸变，包括显性致死和隐性致死。5、抗性突变型是相当数量的细菌群体生活在含有一定浓度的抗性因子环境中，其中敏感菌将大量死亡，仅有极少数的细菌能够存活，继续生长繁殖，这就是抗性突变体。包括抗药突变型、抗高温突变型及抗辐射突变型。（波动实验和影印实验）,第三节突变体的形成过程,一.突变体的形成过程1、诱变剂和DNA接触之前化学诱变剂处理微生物细胞时，先和细胞充分接触，通过扩散作用诱变物质穿过细胞壁、细胞质，才能到达核质体，与DNA接触。此过程与诱变剂扩散速度快与慢、诱变效应和杀伤力强与弱，与细胞壁的结构组成及成分以及细胞的生理状态有关。,2、突变发生过程诱变剂与DNA接触后，能否发生突变与下列因素有关：与菌体的生长时期有关；与某些营养条件和细胞生理状态有关，如诱导物的添加；与诱变剂有关；受到多种酶的作用。,DNA诱变结果：正突变：DNA分子突变在复制过程中排除或克服修复系统的作用而成为突变体。负突变：经修复系统修补后恢复原有的DNA分子结构，不能形成突变体。损伤类型很多，研究最多的是紫外线作用。紫外线的主要作用是使同链DNA的相邻嘧啶间形成共价结合的胸腺嘧啶二聚体。,二、突变的修复,光复活酶,1光复活,胸腺嘧啶二聚体的形成,光修复在蓝光条件下，有一种光激活酶可以将TT二聚体切开，使DNA结构恢复正常。紫外线灭菌必须在黑暗中进行此方法专一,2.切除修复（暗修复）原核生物切除12bases真核生物切除28bases,3.重组修复(recombinationrepair)（又称复制后修复）,需要一系列的酶参与;修复以后，TT二聚体依然存在，但细胞却能勉强完成这一轮复制；在切割和修补过程中，会发生这样那样的差错，从而大致突变的产生；由UV照射引起的突变，并不是二聚体本身引起的，而多是修补过程中的差错引起的,含二聚体的DNA仍可复制，新链在二聚体部位留有缺口；完整的母链与有缺口的子链重组（交换）缺口通过DNA聚合酶的作用，以对侧子链为模板将切去的母链修补起来；由DNA连接酶将缺刻(nick)连接起来，完成修复。,4SOS修复系统,差错倾向修复（Errorpronerepair）JeamWeigle等发现UV感染细菌(用UV照射过)存活率高噬菌体细菌(UV未照射过)存活率低UV-复活（UV-reactivation），也称W-复活SOS反应（SOSresponse）,SOS修复,DNA受到严重损伤、细胞处于危急状态时所诱导的一种DNA修复方式结果只是能维持基因组的完整性，提高细胞的生成率，但留下的错误较多故又称为错误倾向修复，使细胞有较高的突变率,包括：溶原性细菌释放噬菌体；DNA损伤的修复效应和诱变效应；细胞分裂的抑制。诱导的修复系统：避免差错的修复系统倾向差错的修复系统SOS诱导产生DNA聚合酶和V，不具有3核酸外切酶校正功能，在DNA链的损伤部位即使出现不配对碱基，复制仍能继续前进，且允许错配,可增加存活的机会。,SOS修复,三、突变体的表型效应,1、突变不改变遗传性状由于遗传密码的简并，产生同义突变，是一种没有遗传效应的突变。有时碱基替换结果被终止密码取代，以及变异后合成新的氨基酸没有影响多肽的正常功能等都是一些无效的变异，因次不能改变微生物的遗传性状和表型。,2、显性突变和隐性突变的表型效应在纯合体中无论是显性基因或是隐性基因