《突变和重组机理》PPT课件.pptVIP

第十二章突变和重组机理,一、突变的分子基础二、重组的分子基础三、转座遗传因子四、DNA损伤的修复,一突变种类,1.由引起突变原因分类自发突变(自然突变)：凡在自然条件下，通过生物体内部生理生化异常而发生的变异诱发突变：凡通过物理、化学因素，人工诱发的突变叫诱发突变，具目的性.,第一节突变的分子基础,2.据基因突变表现特征分类,形态突变(可见突变)：生物体外形可见的突变。致死突变：产生突变后，使生物体不能成活。致死突变有显性致死和隐性致死之分，显性致死不能在后代中传递；隐性致死能。条件致死突变：产生突变的生物，在一定条件下能生存，不具备这种条件就死亡，即改变生物体适应性的突变。生化突变：指生物体的形态未发生改变，而代谢和生化过程发生了变化。,3.据突变对基因结构改变的影响分类,碱基替换突变：由一对碱基的替换而造成的突变.DNA分子链中，如一个嘌呤被另一个嘌呤取代，或一个嘧啶取代另一个嘧啶，为转换。DNA分子链中，一个嘌呤为一个嘧啶取代，或一个嘧啶代替一个嘌呤，为颠换。移码突变：由于DNA分子中一对或少数几对邻接的非3的倍数核苷酸的增加或减少，而造成这一位置以后的一系列编码发生移位错误的突变，称移码突变。,二、化学诱变剂的诱变机制(一)、碱基类似物碱基类似物：如5溴尿嘧啶(5BU)、5溴去氧尿核苷(5BudR)、2氨基嘌呤(2AP);诱变原理:化学药物分子结构与DNA碱基相似，在不妨碍基因复制的情况下能渗入到基因分子中，替换DNA分子中的不同碱基，在DNA复制时引起碱基配对差错，最终导致碱基对的替换，引起突变。,这类诱变物质有5-溴尿嘧啶、5-溴去氧尿核苷、2-氨基嘌呤等由于5-溴尿嘧啶的分子结构和胸腺嘧啶类似，常常以酮式状态和腺嘌呤配对。由于溴原子对碱基的电子分布有明显的影响，使其正常的酮式结构转移成互变异构体烯醇式结构。5-溴尿嘧啶烯醇式结构具有胞嘧啶的氢键特性，容易和鸟嘌呤配对。,(二)、改变DNA化学结构的诱变剂,凡是能和DNA起化学反应并能改变碱基氢键特性的物质，叫做DNA诱变剂。如亚硝酸、烷化剂、羟胺等,亚硝酸,烷化剂:如:甲基磺酸乙酯EMS,CH3SO2(OC2H5)硫酸二乙酯DES,SO2(OC2H5)2烷化剂的诱变作用主要是通过烷化作用改变基因的分子结构,从而造成基因突变。,可以使DNA的碱基容易受到水解而从DNA链上裂解下来，造成碱基的缺失，进而引起碱基的转换与颠换,颠换是指嘌呤被嘧啶或嘧啶被嘌呤替换的现象。转换是指嘌呤被嘌呤嘧啶或嘧啶被嘧啶替换的现象。,羟胺是一种还原剂，能作用在胞嘧啶上，使胞嘧啶上氨基变为醇基，醇基胞嘧啶不能再与鸟嘌呤配对，而是改同腺嘌呤配对，在DNA分子复制时，能将GC变为AT，从而引起突变。,（三）、结合到DNA分子上的化合物某些诱变剂，吖啶类化合物如二氨基吖啶，可嵌入DNA双链中心的碱基之间，引起某一核苷酸的缺失或插入。,三、基因突变与氨基酸顺序（据突变对遗传信息改变方式的影响分类）,错义突变：一对碱基的改变，使某一aa密码子变为另一密码子的突变，称错义突变。即非简并密码子之间的碱基替换,同义突变,一对碱基的改变，使某一aa密码子发生改变，但由于密码简并性，转译出来的aa并没改变，此突变为同义突变。即简并密码子之间的替换。由于它无表型变化，故遗传学上不易被发现。如转换颠换GCAGCGGCCA替GG被C替代CGUCGCCGG精氨酸精氨酸精氨酸,无义突变一对碱基改变，使某一aa密码子变成一个终止密码的突变无义突变可由碱基置换产生。ATGATTUACUAA酪aa停止,无义突变,移码突变产生无义突变,基因重组的可能机理：（1）断裂愈合模型：（2）模写选择模型：,第二节重组的分子基础,第三节转座遗传因子,一些基因可以从染色体的一个基因座位转到另一个基因座位（又叫转座子，跳跃基因，叫它转座因子）。,一、转座因子的发现和鉴定,Emerson(1914)在研究玉米果皮色素遗传时，发现一种特殊的突变类型：花斑果皮，产生宽窄不同，红白相间的花斑花斑条纹不稳定，可以发生多次回复突变，但不知道原因。,20世纪40年代初，McClintock开始研究玉米植株和糊粉层色素产生的遗传基础，她发现，色素的变化与一系列染色体重组有关。她观察到，染色体的断裂或解离(dissociation)有一个特定的位点，命名为Ds。但Ds不能自行断裂，受一个激活因子Ac(activator)所控制。Ac可以象普通基因一样遗传。但有时可以离开原来的座位，移动到同一染色体的另一个位置上，也可以移动到不同染色体上。,、原核生物的转座因子,根据分子结构与遗传特性可以分为三类。1插入因子（IS）：具有转座能力的简单遗传因子。长度一般小于2kb，最小的插入序列如IS1仅768bp。IS因子只含有与转座有关的基因与序列。共同特征是在其末端都具有一段反向的重复序列(invertedrepeats,IR)，其长度不一。如IS10左边IR序列是17bp、右边是22bp,二、转座因子的结构特性,2转座子,IS因子+抗菌素抗性基因+IS因子IS因子可以是反向重复构型或同向重复构型。,Tnp3系转座子,结构较复杂，长度约5000bp末端有一对38bpIR序列，但不含IS因子序列每个转座子都带有3个基因：对氨苄青霉素抗性的内酰胺酶(-lactamase)基因，与转座作用有关的基因（TnpA和TnpR）,3.Mu噬菌体(Mu),E.coli的温和噬菌体，溶源化后能起到转座子的作用和转座子一样，Mu噬菌体也含有与转座有关的基因和反向重复序列Mu能够整合进寄主染色体，催化一系列染色体重排,、真核生物的转座因子：,玉米籽粒色斑的产生果蝇复眼颜色的变异啤酒酵母接合的转换等都与转座因子在染色体上的转座有关,AcDs系统,Ac:4563bp两个编码序列，三个非编码区，1个TIR（末端倒位重复），长11bp自主性转座子，末端的TIR是转座酶的识别位点Ds：600-2000bp,非自主性转座子，它的转位必须由Ac驱动，是自主性转座子的内部缺失或重排引起的变异类型。Ds的TIR同Ac一样。,Ds与Ac的关系,转座子的应用,紫外线可以使胸腺嘧啶联会成二聚体。高能射线或紫外线可以使DNA结构或碱基发生变化。,第四节DNA损伤的修复,生物对外界诱发因素的作用具有一定的防扩能力并能对诱发DNA的改变进行修复。对DNA修复研究比较清楚的是紫外线照射细菌后产生切割-修复功能。,1、光修复由于紫外线的作用，DNA分子形成胸腺嘧啶二聚体，在DNA螺旋形成一个巨大的凸起或扭曲，好象一个“赘瘤”，这个赘瘤被一种特殊的巡回酶(例如光激活酶)所辨认，在有兰色光波的条件下，二聚体被切开，DNA恢复正常。（低等生物中）,光修复酶(photolyase),UV,波长300600nm的可见光,光复活酶,修复,是细胞内最重要和有效的修复机制，主要由DNA-pol和连接酶完成。,2暗修复（切除修复）,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。,3重组修复,4SOS修复（错误倾向修复）,当DNA损伤广泛难以继续复制时，由此而诱发出一系列复杂的反应。在E.c