基因突变与人工创造突变体

1、会计学1基因突变与人工创造突变体基因突变与人工创造突变体第1页/共119页不同皮色的老鼠各种白化动物第1页/共119页第2页/共119页第十一章 基因突变与人工创造突变体第2页/共119页第3页/共119页孟德尔遗传以及连锁遗传中论述的可遗传变异均是由于基因重组的结果，不是基因本身发生了质的变化。如：黄子叶、园粒 绿子叶、皱粒 黄、园，黄、皱，绿、园，绿、皱本章讨论染色体上基因发生改变。第3页/共119页第4页/共119页第4页/共119页第5页/共119页第5页/共119页第6页/共119页第6页/共119页第7页/共119页高等生物中的自发突变率一般为10-10-10-5，即在10万到1亿

2、个配子中可能有一个突变发生。玉米、果蝇、人：自发突变率为10-6-10-5，即在十万至一百万个配子中只有一个发生突变，可见自然突变的频率很低。老鼠：自发突变率10-5-10-4第7页/共119页第8页/共119页第8页/共119页第9页/共119页第9页/共119页第10页/共119页第10页/共119页第11页/共119页第11页/共119页第12页/共119页第12页/共119页第13页/共119页第13页/共119页第14页/共119页第14页/共119页第15页/共119页可逆性正向突变Forword mutation回复突变Back mutation第15页/共119页第16页/共1

3、19页第16页/共119页第17页/共119页第17页/共119页第18页/共119页第18页/共119页第19页/共119页第19页/共119页第20页/共119页第20页/共119页第21页/共119页第21页/共119页第22页/共119页第22页/共119页第23页/共119页第23页/共119页第24页/共119页11.2 基因突变与性状表现第24页/共119页第25页/共119页第25页/共119页第26页/共119页自交自交突变发生第26页/共119页第27页/共119页第27页/共119页第28页/共119页 隐性突变 表现得晚纯合快，第二代表现，第二代纯合，检出在第二代。第2

4、8页/共119页第29页/共119页自交突变发生第29页/共119页第30页/共119页第30页/共119页第31页/共119页第31页/共119页第32页/共119页第32页/共119页第33页/共119页11.3 基因突变的鉴定第33页/共119页第34页/共119页一、植物基因突变的鉴定第34页/共119页第35页/共119页第35页/共119页第36页/共119页第36页/共119页第37页/共119页花粉直感：两个相异的植株杂交，当代所结籽粒即表现 父本性状的现象第37页/共119页第38页/共119页第38页/共119页第39页/共119页二、 真菌生化突变的鉴定第39页/共119

5、页第40页/共119页第40页/共119页第41页/共119页第41页/共119页第42页/共119页第42页/共119页第43页/共119页前体 鸟氨酸 瓜氨酸 精氨酸 蛋白质基因O酶I基因C酶II基因A酶III第43页/共119页第44页/共119页第44页/共119页第45页/共119页三、 果蝇突变体的鉴定 果蝇X染色体上隐性突变的检出 ClB法 并连X染色体法（自学） 果蝇常染色体突变的检出平衡致死法第45页/共119页第46页/共119页果蝇X染色体上隐性突变的检出ClB法第46页/共119页第47页/共119页选择F1的棒眼雌果蝇与正常雄果蝇单对杂交第47页/共119页第48页/

6、共119页 先用不同剂量的X射线处理野生型雄蝇，因为精子只带一条X染色体，如果这条X染色体受到辐射影响，整个配子就受到影响。然后和带有ClB 杂合的雌蝇交配，在其F1 中会产生2雌：1雄，这1 3的雄蝇只能是野生型，而在雌蝇中，却有两种，一种带有ClB，另一种是野生型。此后，将带有ClB的F1 雌蝇挑选出来以备测交。因为这样的雌蝇中的一条X染色体是来自未被照射的母本的ClB，另一条必定来自照射过的父本。如果这条X染色体产生了一个新的致死突变基因l，而这个l基因一般不可能正好与ClB的致死基因l具有等位性，何况它们如果是等位基因的话，卵子受精后就成为纯合子而死亡。将这些准备测交的雌蝇一对一地与F

7、1 正常的雌雄交配。在下一代中，如果没有雄蝇出现，则表明发生了新的隐性致死突变，否则后代的性别比例应为2雌：1雄。检查每一个单对杂交的结果，一方面可以得到隐性突变，特别是致死突变是否发生的信息，另一方面可以计算某一剂量的X射线在X染色体上造成致死突变的概率。果蝇X染色体上隐性突变的检出ClB法第48页/共119页第49页/共119页果蝇常染色体突变的检出平衡致死法 SCy SCy S SCy Cy SCy SCy SCy Cy S致死致死第49页/共119页第50页/共119页（正常翅）果蝇常染色体突变的检出平衡致死法第50页/共119页第51页/共119页动态突变及其机制动态突变与人类疾病1

8、1.4 动态突变（dynamic mutation）第51页/共119页第52页/共119页动态突变及其机制动态突变（ dynamic mutation）是在基因的编码区、3或5UTR、启动子区、内含子区出现三核苷酸重复，及其他长短不等的小卫星、微卫星序列的重复拷贝数，在减数分裂或体细胞的有丝分裂过程中发生扩增而造成遗传物质的不稳定状态。三核苷酸重复，如(CAG)n、(CCG)n、(CTG)n、(CGG)n等的重复数（ n）不断增加使拷贝数改变后的基因的可突变性（mutability）不同于拷贝数改变前的基因。这类特殊的突变可造成基因功能丧失或获得异常改变的产物，从而导致人类的多种疾病。可能原

9、因： 重复序列诱发的复制滑动(replication slippage)，即模板链及其拷贝发生位置的相对移动，即滑动错配，其结果使部分模板被重复复制或被遗漏，造成新的多聚核苷酸拥有或多或少的重复单位。第52页/共119页第53页/共119页动态突变与人类疾病与动态突变有关的人类疾病具有下列特征： 除了都具有三核苷酸重复数目的异常增加外，致病基因序列之间没有同源性。例如，(CAG) n扩增引起的导致的脊髓小脑共济失调，各个基因都具有(CAG)n 的拷贝扩增外，序列之间无同源性，提示其内在功能各不相同； 即使都是由(CAG)n 扩增引起的疾病，但病变仅选择性地累及特定的细胞； 遗传早现现象，在同一

10、家系中，随着致病基因在后续世代中的传递，后代个体的发病年龄会越来越早，病情愈来愈严重。除了三核苷酸重复外，某些基因内的其他类型的多核苷酸重复的拷贝扩增也引起遗传病，例如SCA 10基因第9内含子中的(ATTCT)n当n为10 22时，并不引发SCA10疾病，而上述5核苷酸重复次数达4000余次时，SCA10发病。第53页/共119页第54页/共119页动态突变与人类疾病动态突变致病机制的假说（自学）第54页/共119页第55页/共119页11.5 基因突变的分子基础自发突变的原因： A. 复制错误 B. 碱基的异构体互变效应 C. 转座因子的插入 D.自发的化学变化：脱嘌呤、脱氨基、生物体内活

11、性 氧化剂对DNA的氧化损伤诱变因素： A. 化学诱变 B. 物理诱变 C. 生物学诱变第55页/共119页第56页/共119页第56页/共119页第57页/共119页第57页/共119页第58页/共119页镰刀型贫血症与点突变 正常红细胞基因型HbAHbA镰刀型红细胞基因型HbSHbS人的血红蛋白由2条链和2条链组成。镰刀型贫血症患者的链第6位的Glutamic acid 变成了Valine。谷氨酸的密码子为GAA 或GAG，而缬氨酸的密码子为GUU、GUC、GUA、GUG。中间1个碱基的替换导致了1个氨基酸的改变，从而导致了镰刀型贫血症。第58页/共119页第59页/共119页第59页/共

12、119页第60页/共119页图片引自Klug and Cummings，2002移码突变第60页/共119页第61页/共119页第61页/共119页第62页/共119页碱 基嘧啶环嘌呤环第62页/共119页第63页/共119页异构体互变会改变碱基配对性质并导致突变碱基异构体互变（Tautomeric shifts）酮式烯醇式标准的碱基配对异常碱基配对氨基式亚氨基式第63页/共119页第64页/共119页2、DNA的修复 （1） 光修复 （2） 暗修复 （3） 重组修复 （4） SOS修复未雨绸缪 坏了就修?（自学）第64页/共119页第65页/共119页11.6 人工创造突变体第65页/共11

13、9页第66页/共119页第66页/共119页第67页/共119页太空辐射育种 突变体的用途育种Co60 辐射育种 http:/:8080第67页/共119页第68页/共119页 突变体的用途遗传与发育机理的揭示例如：TH Morgan 通过研究果蝇白眼突变体揭示了性连锁遗传规律C Nsslein-Volhard 等人通过研究大量果蝇和斑马鱼胚胎突变体，提出了由间隙基因、成对基因、节段极性基因、同形异位（同源异形）基因控制发育的模式第68页/共119页第69页/共119页 突变体的用途生化途径的揭示第69页/共119页第70页/共119页 突变体的用途遗传疾病的研究沙皇尼古拉二世之子：血友病 维

14、多利亚女王：血友病突变基因携带者 第70页/共119页第71页/共119页 突变体的用途基因功能分析与功能基因组学研究第71页/共119页第72页/共119页第72页/共119页第73页/共119页第73页/共119页第74页/共119页电离诱变因素非电离诱变因素电磁辐射粒子辐射紫外线X射线 射线带电粒子 不带电粒子射线 射线 质子 中子第74页/共119页第75页/共119页能量高于可见光的射线对生物体有害第75页/共119页第76页/共119页第76页/共119页第77页/共119页第77页/共119页第78页/共119页第78页/共119页第79页/共119页第79页/共119页第80页

15、/共119页第80页/共119页第81页/共119页UV照射 DNA上的胸腺嘧啶环共价交联形成胸腺嘧啶二聚体DNA构像改变，抑制复制错配第81页/共119页第82页/共119页阳光中的UV可导致DNA形成thymine dimer（胸腺嘧啶二聚体），正常人含有NER修复系统，可以切除修复受影响的DNA。但干皮病患者丧失了NER功能，所以暴露于阳光中会导致皮肤受损、甚至长肿瘤（如图中男孩的鼻子上就有2个）。如果这种孩子从小就不暴露在阳光中，皮肤受损可以减轻（图中女孩）第82页/共119页第83页/共119页（二）化学诱变第83页/共119页第84页/共119页第84页/共119页第85页/共11

16、9页第85页/共119页第86页/共119页第86页/共119页第87页/共119页碱基类似物具有配对两重性，导致碱基转换突变T=A5BU=A5BU=GC=G酮式烯醇式酮式烯醇式5-BU，5-溴尿嘧啶，是T的类似物，但可以和A或G配对第87页/共119页第88页/共119页烷化剂EMS对碱基的修饰导致其配对性质改变DNA修饰烷化剂是极强的化学诱变剂。如乙基甲磺酸（EMS）和亚硝基胍（NTG），可对碱基进行烷基化，改变其配对性质，造成碱基替换。DNA嵌入剂，如原黄素素(proflavin), 吖啶橙(acridine) 等扁平分子可以嵌入DNA的碱基对之间，导致单核苷酸对的插入/缺失，引起移码突

17、变。第88页/共119页第89页/共119页第89页/共119页第90页/共119页第90页/共119页第91页/共119页第91页/共119页第92页/共119页第92页/共119页第93页/共119页它们的一个共同特征是，在它们的末端都具有一段反向的重复序列(IR)。 1插入因子（insertion sequence, IS） 第93页/共119页第94页/共119页2转座子(transposons) Tnp3系转座子末端有一对38bp的IR序列，每个转座子都带有3个基因:一个是编码对氨苄青霉素抗性的内酰胺酶(lactamase)基因，其它二个是编码与转座作用有关的基因，TnpA和TnpR

18、。 第94页/共119页第95页/共119页194bp缺失11bp末端颠倒重复区加405bp无关序列第95页/共119页第96页/共119页保守性很强。如，Ac-Ds系统两端均为11bp的颠倒重复序列。第96页/共119页第97页/共119页第97页/共119页第98页/共119页第98页/共119页第99页/共119页将克隆到任一质粒上某基因的特定位点，设计两个互补的含有突变碱基的引物，该引物应有足够的长度，以保证与该突变位点对应的质粒DNA 配对，在基因的上游和下游各设计一个引物，分别与突变位置处的一个引物进行PCR扩增，两个PCR扩增产物混合，延伸后就可获得有特定位点突变的基因，为了保证PCR延伸过程中尽量不出现错误碱基的掺入，应采用高保真的Pfu Taq 酶进行PCR反应。突变点MP1、P2是中间位置带有突变碱基的引物，P3、P4是