遗传物质的改变基因突变课件

第十章基因突变(genemutation)(p49)染色体上某一基因位点内部发生了化学性质(结构)的变化。又称点突变pointmutation是新基因的唯一来源，是生物进化的原始材料。

1第十章基因突变(genemutation)(p49)染第一节基因突变概说一、显性突变与隐性突变二、突变体的表型特性三、突变发生的时期四、突变率五、基因突变的一般特征六、大突变与微突变的表现2第一节基因突变概说一、显性突变与隐性突变2突变体

由于基因突变而表现突变性状的细胞或个体，称为突变体（mutant）或突变型。与突变型相对的概念是野生型（wildtype）3突变体由于基因突变而表现突变性状的细胞或个体，称为突变体（一、显性突变与隐性突变基因突变表现世代的早晚和选出纯合株速度的快慢，因显隐性而有所不同。在自交的情况下：白化变异dD突变性状表现早(M1)、纯合迟(M3才能决定)；∵显性有杂合。D

d突变性状表现迟(M2)、纯合早(M2)。4一、显性突变与隐性突变基因突变表现世代的早晚和选出纯合株速度人类的白化症5人类的白化症5二、突变体的表型特征（P48）1形态突变（morphologicalmutations）

:主要影响生物的形态结构的改变。不同翅形的果蝇不同肤色的蛇6二、突变体的表型特征（P48）1形态突变（morpholog不同皮色的老鼠不同眼色的果蝇孔雀翅膀羽色的变化7不同皮色的老鼠不同眼色的果蝇孔雀翅膀羽色的变化72、生化突变（biochemicalmutations）

：

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。如细菌的营养缺陷型82、生化突变（biochemicalmutations）3、致死突变（lethalmutation）

：突变后会导致特定基因型个体死亡的基因突变。

人神经胶症突变基因----皮肤畸形生长、严重智力缺陷、多发性肿瘤，具有这个杂合基因的人在年轻时死亡---显性致死突变人的“异染白痴脑病”由aa基因控制（隐性纯合致死）。病症：发病初期可以活动，后期成为植物人，直至死亡。何时发病不知，可以一直到成年结婚后发病。至1999年全世界仅发现200例，我国有18例。93、致死突变（lethalmutation）：人神经胶症4、条件致死突变：在某些条件下是能成活的，而在另一些条件下是致死的。如噬菌体的温度敏感性突变。104、条件致死突变：在某些条件下是能成活的，而在另一些条件下是5、中性突变（neutralmutation）

：控制一些次要性状基因即使发生突变

，不会影响生物的正常生理活动，仍能保持其正常的生活力和繁殖力被自然选择保留下来的突变。例如：水稻有芒无芒水稻希望无芒。小麦红皮白皮南方希望红粒。115、中性突变（neutralmutation）：例如：三、突变发生的时期生物个体发育的任何时期中均可发生突变。突变后的体细胞常竞争不过正常细胞，会受到抑制或最终消失。性细胞的突变率高于体细胞：12三、突变发生的时期生物个体发育的任何时期中均可发生突变。12花色体细胞突变不同颜色的牵牛花13花色体细胞突变不同颜色的牵牛花13柑桔体细胞突变苹果体细胞突变马铃薯薯块颜色变异14柑桔体细胞突变苹果体细胞突变马铃薯薯块颜色变异14四、突变率1、突变频率：突变个体数占总个体数的比数。自然条件下，基因的突变是稀有事件，突变率很低。2、突变率的估算和表示方式：因生物生殖方式而不同。3、不同生物和不同基因突变率有很大差别。15四、突变率1、突变频率：突变个体数占总个体数的比数。15用一定数目配子的突变型配子比例来表示，由于高等生物在进化过程中能保持相对稳定性，故突变率较低、突变范围也较小。1×10-6~1×10-8，即100万至1亿个配子中有一个发生突变，①．高等生物：16用一定数目配子的突变型配子比例来表示，由于高等生物在进化

胚乳(花粉)直感：估算配子的突变率

例：玉米非甜Su甜粒suPsusu×SuSu

↓对父本进行射线处理F1大部分为Susu，极少数为susu

如果10万粒种子中有5粒为甜粒，则

突变率=5/100000=1/20000

17

胚乳(花粉)直感：估算配子的突变率17用一定数目的细菌在分裂一次过程中发生突变的次数来表示。如细菌突变率为1×10-4~1×10-10，即1/1万至1/1亿。②．低等生物：③人类：突变率的估计方法之一是：根据家系中显性性状的患儿的出现。在这些家系中，祖先各代是没有这些性状的；如双亲一方也有同一遗传病，则这名患儿应除去不计。软骨发育不全（achondroplasia）：由常染色体显性基因引起，患者四肢粗短。基因的突变率是：（10-2）／2（94075-2）=4.2×10-518用一定数目的细菌在分裂一次过程中发生突变的次数来表示。②．低五、基因突变的一般特征1、突变的重演性和可逆性突变的重演性：同一突变在生物不同个体上多次发生。

同一基因突变在不同的个体上均可能发生，不同群体中发生同一基因突变的频率相近。突变是可逆的:基因内突变结构的恢复。正突变（forwardmutation）与反突变（backmutation）：正突变与反突变发生的频率一般都不相同。多数情况下：正突变率总是高于反突变率。自然突变多为隐性突变，而隐性突变多为有害突变。19五、基因突变的一般特征1、突变的重演性和可逆性19真正的恢复突变是指基因内突变结构的恢复。但有时，由于抑制因子突变也会导致恢复性表型：20真正的恢复突变是指基因内突变结构的恢复。但有时，由于抑制因子2、基因突变的多方向性与复等位基因突变的多方向性：指基因突变可以多方向发生，即基因内部多个突变部位分别改变后会产生多种等位基因形式。212、基因突变的多方向性与复等位基因突变的多方向性：指基因突变烟草：自花授粉不能结实由一组15个复等位基因控制（S1、S2、、、S15）

22烟草：自花授粉不能结实由一组15个复等位基因控制（S1、S23、突变的有害性和有利性突变的有害性：大多数基因的突变，对生物的生长与发育往往是有害的。突变的有利性:不但无害，而且有利。突变有害性的相对性：人类需要和生物本身突变利弊的不一致性：233、突变的有害性和有利性突变的有害性：大多数基因的突变，对生4、突变的平行性亲缘关系相近的物种因为遗传基础比较接近，往往会发生相似的基因突变。244、突变的平行性亲缘关系相近的物种因为遗传基础比较接近，往往六、大突变与微突变的表现大突变：突变基因的效应表现明显，容易识别。

例：豌豆籽粒园皱、玉米籽粒非糯糯

微突变：突变基因的表型变异微小，较难识别。

多为控制数量性状基因的突变。

例：玉米果穗的长短、小麦籽粒的大小。

试验表明，在微突变中出现的有利突变率

>大突变。∴育种工作中要特别注意微突变的分析和选择，在注意大突变时，也应注意微突变。25六、大突变与微突变的表现大突变：突变基因的效应表现明第二节基因突变的鉴定突变的检测系统的基本条件是：一个突变基因可以在表型水平上表现出来,保证稀有的突变事件不会被遗漏；一个新的隐性突变基因不被显性的野生型基因所掩盖。26第二节基因突变的鉴定26一、果蝇突变的检出1、Muller－5技术对果蝇X染色体上隐性突变的检出：27一、果蝇突变的检出1、Muller－5技术对果蝇X染色体上隐2、利用平衡致死系检出常染色体上的突变基因282、利用平衡致死系检出常染色体上的突变基因28二、链孢霉突变的检出(红色面包霉的生化突变型)1、突变的诱发：2、突变的鉴定：（1）.突变的真实性：基本培养基上培养。（2).突变的类型：氨基酸？维生素？（3).进一步鉴定具体类型：硫胺素(VB1)、吡醇素(VB6)、泛酸、肌醇。29二、链孢霉突变的检出(红色面包霉的生化突变型)1、突变的诱发红色面包霉生长突变的诱发和鉴定基本培养基完全培养基加维生素加氨基酸基本培养基完全培养基硫胺素吡醇素泛酸肌醇30红色面包霉生长突变的诱发和鉴定基本培养基完全培养基加维生素加可以推论精氨酸合成步骤为：

o

c

a前驱物è鸟氨酸è瓜氨酸è精氨酸è蛋白质

∴从鸟氨酸è精氨酸的合成至少需要A、C、O三个基因31可以推论精氨酸合成步骤为：31三、人的突变的检出32三、人的突变的检出32第三节基因突变的诱发一、物理因素诱变1、电离辐射诱变种类：粒子辐射：α射线、β射线(32P、35S)、中子(60钴、137铯)；电磁波辐射：X射线、γ射线。方法：外照射：中子、X射线、γ射线；内照射：α射线、β射线。原理：基因的化学物质(DNA)发生电离作用。原发电离与次级电离--碱基对、碱基结构破坏、重接--染色体结构变异。改变--基因突变；磷酸二酯键断裂、染色体断裂33第三节基因突变的诱发一、物理因素诱变33诱发育种中常用射线

中子诱变效果好，但经中子照射后的物体带有放射性，人体不能直接接触。其它还有激光、电子和微波等。

射线穿透力辐射源应用时间照射方法Xγβ中子较强强弱弱X光机60Co、137Cs32P、35S、14C、65Zn核反应堆或加速器如钋－铍路子源早1927较早较迟最近外照射外照射内照射（浸泡或注射）外照射34诱发育种中常用射线中子诱变效果好，但经中子照射后的物体带4、电离辐射诱变的作用规律突变率与辐射剂量：突变率与辐射总剂量成正比；辐射效应是累积的。辐射剂量的表示方法：X射线、γ射线：伦琴(R)。354、电离辐射诱变的作用规律352、非电离辐射诱变主要是紫外线：穿透能力与处理方法

紫外线的作用机制：激发作用间接诱变作用物理诱变的非专性：对DNA分子及其核苷酸残基无选择性，所以没有专化性和特异性可言。362、非电离辐射诱变主要是紫外线：36二、化学因素诱变1、诱变剂及其种类与作用机制：烷化剂：使碱基烷基化、改变碱基形成氢键的能力，从而改变碱基配对关系；碱基类似物：在复制过程中取代碱基渗入DNA分子，但形成氢键的类型不同，改变碱基配对关系；抗生素：阻碍碱基合成或破坏DNA分子结构。2、作用特点：具有一定的碱基特异性。37二、化学因素诱变1、诱变剂及其种类与作用机制：37三、综合效应诱变：在太空中进行的空间诱变是一项有效的人工诱变技术。

太空中存在着各种物理射线可诱发突变，其它诸如失重真空、超净、无地球磁场影响以及卫星发射和返回时的剧烈震动等因素也是产生诱变的重要原因。上述诱变因素的共同作用也会影响诱变效果。38三、综合效应诱变：38太空生物学研究不断深入。目前国外主要侧重研究突变体的生理生化和诱变机理，国内主要研究形态学和新品种的选育。我国从80年代后期开始进行空间生物学和生物诱变效应研究，已在水稻、青椒等作物中选育出新品种，同时获得了不少优良突变体。39太空生物学研究不断深入。目前国外主要侧重研究突变体的生四、诱发突变的应用1、提高基因突变率；2、获得更丰富的突变类型；3、改良生物的个别性状。40四、诱发突变的应用1、提高基因突变率；40五.诱发突变与人类的癌症黄曲霉素（AFB）引起肝癌，紫外线（UV）照射会导致皮肤癌。肿瘤抑制基因是一种编码抑制肿瘤形成的蛋白质基因。如果发生突变则会致癌。对南非和东亚肝癌病人的P53基因的分析发现，AFB特异性诱导G－T颠换，引起P53发生突变，而在同一地区的肺癌、肠癌和乳腺癌的病人中未发现此现象。41五.诱发突变与人类的癌症黄曲霉素（AFB）引起肝癌，紫外现代生活环境使人可能接触各种各样药品、化妆品、食物防腐剂、杀虫剂、工业用试剂、污染物等，其中很多化合物已被证明具有致癌性质。研究表明在175种已知的致癌剂中，有157种是诱变剂。这些物质是通过诱导体细胞突变而致癌的。例如食物防腐剂AF-2。食物熏蒸剂二溴乙烯、抗血吸虫药物、多种染发添加剂以及工业化合物氯乙烯等都具致癌性。因而要靠科学治理环境，保护环境就是保护人类自身。42现代生活环境使人可能接触各种各样药品、化妆品、食物防腐剂第四节突变的分子基础基因突变是由于DNA分子中核苷酸顺序的改变,随而基因作用改变,最后导致个体表型的改变。一、突变的两种方式

1．碱基替代：某一位点的一个碱基对被其他碱基对取代（basesubstitution）。碱基替换包括两种类型。(1)转换（transition）：是同型碱基之间的替换,即一种嘌呤被另一种嘌呤替换。或一种嘧啶被另一种嘧啶替换。(2)颠换（transversion）：嘌呤和嘧啶之间的替换。即嘌呤为嘧啶代替,嘧啶为嘌呤代替。2．移码突变：DNA分子中增加或减少一个或几个碱基对,引起密码编组的移动（frameshiftmutation）。43第四节突变的分子基础基因突变是由于DNA分子中核苷酸顺1．碱基类似物：是在化学结构上与DNA的碱基很相似的物质（baseanalogues）,在DNA复制时,“冒充”碱基掺入到DNA链中去而引起误配。图示：5-溴尿嘧啶（BU）是胸腺嘧啶（T）的结构类似物。1.ppt当细菌在BU中培养时,T被BU取代,与A配对。（与A配对）多（与G配对）少造成AT→GC（多）GC→AT（少）（转换）其他化合物5-氯（氟）尿嘧啶2-氨基嘌呤二、突变产生的机理

441．碱基类似物：是在化学结构上与DNA的碱基很相似的物质（b在细胞中，以酮式、烯醇式存在45在细胞中，以酮式、烯醇式存在45HNO2主要作用是氧化脱氨，Ｃ经氧化脱氨后变为U；Ａ变为次黄嘌呤（Ｈ）；Ｇ变为黄嘌呤（Ｘ）。图示图:脱氨基造成的碱基转换2．亚硝酸（HNO2）的氧化脱氨作用。46HNO2主要作用是氧化脱氨，Ｃ经氧化脱氨后变为U；Ａ变为具有一个或多个活性烷基的化合物（alkylatingagents）作用：(1)使DNA中的碱基发生烷化作用。如添加甲基或乙基,产生配对误差。如甲基磺酸乙酯（EMS）图示3．烷化剂的作用47具有一个或多个活性烷基的化合物（alkylatingag(2)使嘌呤烷化，烷化嘌呤脱掉，造成脱嘌呤作用（depurination）DNA链的缺口,影响DNA复制或造成缺失,引起移码突变。如烷基在鸟嘌呤N位上活化β糖苷键而引起断裂,使鸟嘌呤脱掉,可发生DNA断裂、缺失、转换或颠换。(3)同一DNA分子或不同DNA分子间形成交键（cross-linkage）,使一个或多个核苷酸丢失或切除。48(2)使嘌呤烷化，烷化嘌呤脱掉，造成脱嘌呤作用（depuri麻黄素,吖啶橙等为三环扁平的分子,大小与碱基对的大小差不多,能与DNA结合,嵌入DNA的碱基对之间,使相邻的两个碱基对的距离拉长,使DNA双链歪斜,导致DNA交换时出现参差,结果导致不等交换,产生移码突变。吖啶类诱发的突变的一个重要特征是：吖啶类化合物所诱发的突变能用吖啶类来回复,但不能用碱基替换来回复。假使在一个碱基插入点的附近以后又丢失了同样数目的碱基,突变效应往往可以被抑制。但这不是真正的回复突变,而是抑制突变。如果两个位点中还包括终止密码,就不能回复。4．吖啶类化合物49麻黄素,吖啶橙等为三环扁平的分子,大小与碱基对的大小差不50505151三、基因突变的遗传学效应不论是碱基替换,还是移码突变,都有可能使由那个基因决定的多肽的氨基酸顺序发生改变,或造成多肽合成终止而不产生完整的肽链。但由于遗传密码具有简并性,所以有些碱基因替换也不一定会造成氨基酸顺序的改变。1．同义突变（samesensemutation）：碱基替代的结果为同义密码子,碱基顺序改变而氨基酸顺序未变。没有突变效应产生,这显然与密码的简并性有关。

52三、基因突变的遗传学效应不论是碱基替换,还是移码突变,2．无义突变（nonsensemutation）。是指某一碱基的改变使mRNA的密码子变成终止密码,使多肽合成中断,形成不完全的肽链,丧失生物活性。如DNAATG→ATTmRNAUACUAA酪氨酸终止如人类β珠蛋白有146氨基酸,HbMcKess-Rock只有144个。原因：145位UAU变为UAA。终止密码突变：终止密码的一个碱基被取代,突变后的密码子能编码某一氨基酸。如Hbα链有141个氨基酸。HbConstantSpring的α链142位的UAA变为CAA,终止密码变为氨酰胺,肽链一直延长到173位另一终止密码子。532．无义突变（nonsensemutation）。是指某一3．错义突变（missensemutation）。碱基替换的结果引起氨基酸序列的改变。有的影响到蛋白质的活性和功能。甚至丧失全部活性。从而影响表型。也有引起蛋白质活性和功能不同程度的丧失。一般性质相似的氨基酸对蛋白质的功能影响较小,而不同性质的氨基酸相互替换则可能强烈地影响蛋白质的功能。第二要看替换的氨基酸在肽链中的位置,是否处于活性部位,是否影响立体构形。

543．错义突变（missensemutation）。54据研究,人类血红蛋白的突变多数是由于碱基替换引起的。a．HbA正常人血红蛋白β链N端的第6位氨基酸是谷氨酸。HbS镰型细胞贫血症,第6位→缬氨酸。HbC,轻度贫血症,第6位→赖氨酸。表12-1．血红蛋白β链N端的8个氨基酸及其碱基替换。b．β链63位氨基酸正常是组氨酸,被酪氨酸取代→HbMS铁血红蛋白症。被精氨酸取代→不稳定的血红蛋白症（HbZ）。55据研究,人类血红蛋白的突变多数是由于碱基替换引起的。554．移码突变(shiftmutation)

例如HbWayne是138位UCC失去一个C,使α链的合成不在原来应该终止的地方停止,一直到146位合成精氨酸后才终止,从而使α链延长。564．移码突变(shiftmutation)56

生物在长期的进化中,不仅演化出能纠正偶然的复制错误的系统,而且还存在着能修复由环境因素和体内化学物质造成的DNA分子损伤的系统。如果按原样修复,不会引起突变,偶然出现差错,引起突变。因此,突变往往是DNA损伤与修复这两个过程共同作用的结果。

第五节DNA损伤的修复57生物在长期的进化中,不仅演化出能纠正偶然的复制错误的系1．紫外线主要作用在DNA上,因为波长260nm的紫外线照射,杀菌率和诱变率最高,而这个波长正是DNA的吸收峰。2．紫外线照射对DNA的一个损伤作用是形成嘧啶二聚体,即在相邻的两个嘧啶之间形成化学键,使两个碱基平面扭转,引起双螺旋构型的局部变化,同时氢键盘结合力也显著减弱。3．嘧啶二聚体中,最常见的是TT也有CC和CT4．含有二聚体的DNA单链,不能做为复制的模板,新合成链在二聚体的对面两旁留下缺口。

一、紫外线照射对DNA的损伤

581．紫外线主要作用在DNA上,因为波长260nm的紫外线照1．光复活（photoreaetivation）就地修复（1）用紫外线照射细菌,并在黑暗中培养。杀菌数与剂量成正比,如接触可见光（310~440nm）,存活率大大提高。并能降低突变率,这是由于光复活酶（PR酶）催化嘧啶二聚体分解成为单体。(2)过程：a．光复活酶识别变型的地方,并和它结合,形成酶-DNA复合物。b．吸收可见光,获得能量。c．切断二聚体的两个C-C键。d．DNA回复正常构型，酶释放。(3)光复活酶已在许多生物体中发现（细菌、真菌、马类、人类、哺乳类）。但这主要是低等生物的一种修复方式。二、DNA损伤的修复

591．光复活（photoreaetivation）就地修复二60602、切除修复（excisionrepair）。暗修复（不需光而已）取代损伤部位(1)一种特定的核酸内切酶识别胸腺嘧啶二聚体的位置在二聚体附近将一条链切断,造成缺口。(2)DNA多聚酶以未受伤的互补DNA链为模板,合成新的DNA片段,弥补DNA的缺口。(3)专一的核酸外切酶切除含有二聚体的一段多核苷酸链。(4)连接酶把缺口封闭,DNA回复原状。

612、切除修复（excisionrepair）。暗修复（不需人的色素性干皮症是由常染色体隐性基因决定的。患者对阳光中的紫外线极度敏感。皮肤癌的发病率大大增加。该病的病人是因为与DNA损伤修复相关的基因突变引起的，

90%的病人在20岁之前就已经发生了皮肤癌。这是由于皮肤成纤维细胞在DNA损伤之后,缺乏修复能力所致。

62人的色素性干皮症是由常染色体隐性基因决定的。患者对阳光中的紫3．重组修复（recombinationrepair）重组修复必须在DNA复制的情况下进行。因为DNA的重组和修复关系密切,所以DNA分子的损伤很有可能通过DNA分子间的重组来修复。这就是所谓重组修复。(1)复制(2)重组(3)再合成：这种重组修复并没有从亲代ＤＮＡ中除去二聚体，在以后的复制中还必须经过重组修复的过程。但是随着复制的继续，损伤的ＤＮＡ链将在群体中逐步“稀释”。633．重组修复（recombinationrepair）64.ＳＯＳ修复系统（自学）这是一种倾向于基因突变的修复过程，如果将经UV照射的λ噬菌体感染经UV轻度照射的E.coli可以看到噬菌体的存活数和突变型都比感染不经UV照射的E.coli为高。这一事实说明经UV轻度照射的E.coli细胞中出现一种对于噬菌体DNA损伤修复的功能，可是在修复的过程中却带来了基因突变。这是一种带来差错的修复，认为是细菌对外界环境的应急反应，故称ＳＯＳ修复系统。SOS修复系统也作用于细菌本身的DNA。644.ＳＯＳ修复系统（自学）64三、电离辐射损伤的修复（自学）

电离辐射所引起的DNA损伤更复杂，射线可通过直接或间接的作用，使DNA分子发生氢键断裂，DNA单链断裂、双链断裂、碱基和糖基损伤，DNA与DNA、DNA与蛋白质之间发生交联等，其中DNA链的断裂最常见。关于电离辐射损伤的修复机制所知很少，Smith和Kaplan认为大肠杆菌经X射线照射后所引起的损伤，可能有3种修复方式：

65三、电离辐射损伤的修复（自学）65①超快修复。在无氧条件下进行的单链修复，0℃时只需2min可完成，可能由DNA连接酶单独完成。②快修复。细菌经X射线照射后，室温放置几分钟，把超快修复后剩下的断裂单链的90％修复。这种修复作用需要DNA多聚酶I的参与，缺乏该酶的突变型受X射线照射后发现较多的断裂单链。③慢修复。细菌经照射后在37℃培养40～60min，能把快修复剩下的单链断裂全部修复起来，这种修复需要重组修复酶系统参与，因为缺乏重组能力的突变型对X射线的敏感性明显增加。66①超快修复。在无氧条件下进行的单链修复，0℃时只需2min可结语

突变是变异的源泉，为生物的进化过程提供了物质基础，地球上的生物就有了绚丽多彩的多样化。突变本身对生物体的影响是多方面的。随着分子生物学的迅猛发展，突变和重组的奥秘将在分子水平上得以不断的揭示。67结语突变是变异的源泉，为生物的进化过本章要点基因突变概说基因突变的检出基因突变的诱发突变的分子基础DNA损伤的修复难点基因突变的检出68本章要点基因突变概说难点基因突变的检出68第十章基因突变(genemutation)(p49)染色体上某一基因位点内部发生了化学性质(结构)的变化。又称点突变pointmutation是新基因的唯一来源，是生物进化的原始材料。

69第十章基因突变(genemutation)(p49)染第一节基因突变概说一、显性突变与隐性突变二、突变体的表型特性三、突变发生的时期四、突变率五、基因突变的一般特征六、大突变与微突变的表现70第一节基因突变概说一、显性突变与隐性突变2突变体

由于基因突变而表现突变性状的细胞或个体，称为突变体（mutant）或突变型。与突变型相对的概念是野生型（wildtype）71突变体由于基因突变而表现突变性状的细胞或个体，称为突变体（一、显性突变与隐性突变基因突变表现世代的早晚和选出纯合株速度的快慢，因显隐性而有所不同。在自交的情况下：白化变异dD突变性状表现早(M1)、纯合迟(M3才能决定)；∵显性有杂合。D

d突变性状表现迟(M2)、纯合早(M2)。72一、显性突变与隐性突变基因突变表现世代的早晚和选出纯合株速度人类的白化症73人类的白化症5二、突变体的表型特征（P48）1形态突变（morphologicalmutations）

:主要影响生物的形态结构的改变。不同翅形的果蝇不同肤色的蛇74二、突变体的表型特征（P48）1形态突变（morpholog不同皮色的老鼠不同眼色的果蝇孔雀翅膀羽色的变化75不同皮色的老鼠不同眼色的果蝇孔雀翅膀羽色的变化72、生化突变（biochemicalmutations）

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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。如细菌的营养缺陷型762、生化突变（biochemicalmutations）3、致死突变（lethalmutation）

：突变后会导致特定基因型个体死亡的基因突变。

人神经胶症突变基因----皮肤畸形生长、严重智力缺陷、多发性肿瘤，具有这个杂合基因的人在年轻时死亡---显性致死突变人的“异染白痴脑病”由aa基因控制（隐性纯合致死）。病症：发病初期可以活动，后期成为植物人，直至死亡。何时发病不知，可以一直到成年结婚后发病。至1999年全世界仅发现200例，我国有18例。773、致死突变（lethalmutation）：人神经胶症4、条件致死突变：在某些条件下是能成活的，而在另一些条件下是致死的。如噬菌体的温度敏感性突变。784、条件致死突变：在某些条件下是能成活的，而在另一些条件下是5、中性突变（neutralmutation）

：控制一些次要性状基因即使发生突变

，不会影响生物的正常生理活动，仍能保持其正常的生活力和繁殖力被自然选择保留下来的突变。例如：水稻有芒无芒水稻希望无芒。小麦红皮白皮南方希望红粒。795、中性突变（neutralmutation）：例如：三、突变发生的时期生物个体发育的任何时期中均可发生突变。突变后的体细胞常竞争不过正常细胞，会受到抑制或最终消失。性细胞的突变率高于体细胞：80三、突变发生的时期生物个体发育的任何时期中均可发生突变。12花色体细胞突变不同颜色的牵牛花81花色体细胞突变不同颜色的牵牛花13柑桔体细胞突变苹果体细胞突变马铃薯薯块颜色变异82柑桔体细胞突变苹果体细胞突变马铃薯薯块颜色变异14四、突变率1、突变频率：突变个体数占总个体数的比数。自然条件下，基因的突变是稀有事件，突变率很低。2、突变率的估算和表示方式：因生物生殖方式而不同。3、不同生物和不同基因突变率有很大差别。83四、突变率1、突变频率：突变个体数占总个体数的比数。15用一定数目配子的突变型配子比例来表示，由于高等生物在进化过程中能保持相对稳定性，故突变率较低、突变范围也较小。1×10-6~1×10-8，即100万至1亿个配子中有一个发生突变，①．高等生物：84用一定数目配子的突变型配子比例来表示，由于高等生物在进化

胚乳(花粉)直感：估算配子的突变率

例：玉米非甜Su甜粒suPsusu×SuSu

↓对父本进行射线处理F1大部分为Susu，极少数为susu

如果10万粒种子中有5粒为甜粒，则

突变率=5/100000=1/20000

85

胚乳(花粉)直感：估算配子的突变率17用一定数目的细菌在分裂一次过程中发生突变的次数来表示。如细菌突变率为1×10-4~1×10-10，即1/1万至1/1亿。②．低等生物：③人类：突变率的估计方法之一是：根据家系中显性性状的患儿的出现。在这些家系中，祖先各代是没有这些性状的；如双亲一方也有同一遗传病，则这名患儿应除去不计。软骨发育不全（achondroplasia）：由常染色体显性基因引起，患者四肢粗短。基因的突变率是：（10-2）／2（94075-2）=4.2×10-586用一定数目的细菌在分裂一次过程中发生突变的次数来表示。②．低五、基因突变的一般特征1、突变的重演性和可逆性突变的重演性：同一突变在生物不同个体上多次发生。

同一基因突变在不同的个体上均可能发生，不同群体中发生同一基因突变的频率相近。突变是可逆的:基因内突变结构的恢复。正突变（forwardmutation）与反突变（backmutation）：正突变与反突变发生的频率一般都不相同。多数情况下：正突变率总是高于反突变率。自然突变多为隐性突变，而隐性突变多为有害突变。87五、基因突变的一般特征1、突变的重演性和可逆性19真正的恢复突变是指基因内突变结构的恢复。但有时，由于抑制因子突变也会导致恢复性表型：88真正的恢复突变是指基因内突变结构的恢复。但有时，由于抑制因子2、基因突变的多方向性与复等位基因突变的多方向性：指基因突变可以多方向发生，即基因内部多个突变部位分别改变后会产生多种等位基因形式。892、基因突变的多方向性与复等位基因突变的多方向性：指基因突变烟草：自花授粉不能结实由一组15个复等位基因控制（S1、S2、、、S15）

90烟草：自花授粉不能结实由一组15个复等位基因控制（S1、S23、突变的有害性和有利性突变的有害性：大多数基因的突变，对生物的生长与发育往往是有害的。突变的有利性:不但无害，而且有利。突变有害性的相对性：人类需要和生物本身突变利弊的不一致性：913、突变的有害性和有利性突变的有害性：大多数基因的突变，对生4、突变的平行性亲缘关系相近的物种因为遗传基础比较接近，往往会发生相似的基因突变。924、突变的平行性亲缘关系相近的物种因为遗传基础比较接近，往往六、大突变与微突变的表现大突变：突变基因的效应表现明显，容易识别。

例：豌豆籽粒园皱、玉米籽粒非糯糯

微突变：突变基因的表型变异微小，较难识别。

多为控制数量性状基因的突变。

例：玉米果穗的长短、小麦籽粒的大小。

试验表明，在微突变中出现的有利突变率

>大突变。∴育种工作中要特别注意微突变的分析和选择，在注意大突变时，也应注意微突变。93六、大突变与微突变的表现大突变：突变基因的效应表现明第二节基因突变的鉴定突变的检测系统的基本条件是：一个突变基因可以在表型水平上表现出来,保证稀有的突变事件不会被遗漏；一个新的隐性突变基因不被显性的野生型基因所掩盖。94第二节基因突变的鉴定26一、果蝇突变的检出1、Muller－5技术对果蝇X染色体上隐性突变的检出：95一、果蝇突变的检出1、Muller－5技术对果蝇X染色体上隐2、利用平衡致死系检出常染色体上的突变基因962、利用平衡致死系检出常染色体上的突变基因28二、链孢霉突变的检出(红色面包霉的生化突变型)1、突变的诱发：2、突变的鉴定：（1）.突变的真实性：基本培养基上培养。（2).突变的类型：氨基酸？维生素？（3).进一步鉴定具体类型：硫胺素(VB1)、吡醇素(VB6)、泛酸、肌醇。97二、链孢霉突变的检出(红色面包霉的生化突变型)1、突变的诱发红色面包霉生长突变的诱发和鉴定基本培养基完全培养基加维生素加氨基酸基本培养基完全培养基硫胺素吡醇素泛酸肌醇98红色面包霉生长突变的诱发和鉴定基本培养基完全培养基加维生素加可以推论精氨酸合成步骤为：

o

c

a前驱物è鸟氨酸è瓜氨酸è精氨酸è蛋白质

∴从鸟氨酸è精氨酸的合成至少需要A、C、O三个基因99可以推论精氨酸合成步骤为：31三、人的突变的检出100三、人的突变的检出32第三节基因突变的诱发一、物理因素诱变1、电离辐射诱变种类：粒子辐射：α射线、β射线(32P、35S)、中子(60钴、137铯)；电磁波辐射：X射线、γ射线。方法：外照射：中子、X射线、γ射线；内照射：α射线、β射线。原理：基因的化学物质(DNA)发生电离作用。原发电离与次级电离--碱基对、碱基结构破坏、重接--染色体结构变异。改变--基因突变；磷酸二酯键断裂、染色体断裂101第三节基因突变的诱发一、物理因素诱变33诱发育种中常用射线

中子诱变效果好，但经中子照射后的物体带有放射性，人体不能直接接触。其它还有激光、电子和微波等。

射线穿透力辐射源应用时间照射方法Xγβ中子较强强弱弱X光机60Co、137Cs32P、35S、14C、65Zn核反应堆或加速器如钋－铍路子源早1927较早较迟最近外照射外照射内照射（浸泡或注射）外照射102诱发育种中常用射线中子诱变效果好，但经中子照射后的物体带4、电离辐射诱变的作用规律突变率与辐射剂量：突变率与辐射总剂量成正比；辐射效应是累积的。辐射剂量的表示方法：X射线、γ射线：伦琴(R)。1034、电离辐射诱变的作用规律352、非电离辐射诱变主要是紫外线：穿透能力与处理方法

紫外线的作用机制：激发作用间接诱变作用物理诱变的非专性：对DNA分子及其核苷酸残基无选择性，所以没有专化性和特异性可言。1042、非电离辐射诱变主要是紫外线：36二、化学因素诱变1、诱变剂及其种类与作用机制：烷化剂：使碱基烷基化、改变碱基形成氢键的能力，从而改变碱基配对关系；碱基类似物：在复制过程中取代碱基渗入DNA分子，但形成氢键的类型不同，改变碱基配对关系；抗生素：阻碍碱基合成或破坏DNA分子结构。2、作用特点：具有一定的碱基特异性。105二、化学因素诱变1、诱变剂及其种类与作用机制：37三、综合效应诱变：在太空中进行的空间诱变是一项有效的人工诱变技术。

太空中存在着各种物理射线可诱发突变，其它诸如失重真空、超净、无地球磁场影响以及卫星发射和返回时的剧烈震动等因素也是产生诱变的重要原因。上述诱变因素的共同作用也会影响诱变效果。106三、综合效应诱变：38太空生物学研究不断深入。目前国外主要侧重研究突变体的生理生化和诱变机理，国内主要研究形态学和新品种的选育。我国从80年代后期开始进行空间生物学和生物诱变效应研究，已在水稻、青椒等作物中选育出新品种，同时获得了不少优良突变体。107太空生物学研究不断深入。目前国外主要侧重研究突变体的生四、诱发突变的应用1、提高基因突变率；2、获得更丰富的突变类型；3、改良生物的个别性状。108四、诱发突变的应用1、提高基因突变率；40五.诱发突变与人类的癌症黄曲霉素（AFB）引起肝癌，紫外线（UV）照射会导致皮肤癌。肿瘤抑制基因是一种编码抑制肿瘤形成的蛋白质基因。如果发生突变则会致癌。对南非和东亚肝癌病人的P53基因的分析发现，AFB特异性诱导G－T颠换，引起P53发生突变，而在同一地区的肺癌、肠癌和乳腺癌的病人中未发现此现象。109五.诱发突变与人类的癌症黄曲霉素（AFB）引起肝癌，紫外现代生活环境使人可能接触各种各样药品、化妆品、食物防腐剂、杀虫剂、工业用试剂、污染物等，其中很多化合物已被证明具有致癌性质。研究表明在175种已知的致癌剂中，有157种是诱变剂。这些物质是通过诱导体细胞突变而致癌的。例如食物防腐剂AF-2。食物熏蒸剂二溴乙烯、抗血吸虫药物、多种染发添加剂以及工业化合物氯乙烯等都具致癌性。因而要靠科学治理环境，保护环境就是保护人类自身。110现代生活环境使人可能接触各种各样药品、化妆品、食物防腐剂第四节突变的分子基础基因突变是由于DNA分子中核苷酸顺序的改变,随而基因作用改变,最后导致个体表型的改变。一、突变的两种方式

1．碱基替代：某一位点的一个碱基对被其他碱基对取代（basesubstitution）。碱基替换包括两种类型。(1)转换（transition）：是同型碱基之间的替换,即一种嘌呤被另一种嘌呤替换。或一种嘧啶被另一种嘧啶替换。(2)颠换（transversion）：嘌呤和嘧啶之间的替换。即嘌呤为嘧啶代替,嘧啶为嘌呤代替。2．移码突变：DNA分子中增加或减少一个或几个碱基对,引起密码编组的移动（frameshiftmutation）。111第四节突变的分子基础基因突变是由于DNA分子中核苷酸顺1．碱基类似物：是在化学结构上与DNA的碱基很相似的物质（baseanalogues）,在DNA复制时,“冒充”碱基掺入到DNA链中去而引起误配。图示：5-溴尿嘧啶（BU）是胸腺嘧啶（T）的结构类似物。1.ppt当细菌在BU中培养时,T被BU取代,与A配对。（与A配对）多（与G配对）少造成AT→GC（多）GC→AT（少）（转换）其他化合物5-氯（氟）尿嘧啶2-氨基嘌呤二、突变产生的机理

1121．碱基类似物：是在化学结构上与DNA的碱基很相似的物质（b在细胞中，以酮式、烯醇式存在113在细胞中，以酮式、烯醇式存在45HNO2主要作用是氧化脱氨，Ｃ经氧化脱氨后变为U；Ａ变为次黄嘌呤（Ｈ）；Ｇ变为黄嘌呤（Ｘ）。图示图:脱氨基造成的碱基转换2．亚硝酸（HNO2）的氧化脱氨作用。114HNO2主要作用是氧化脱氨，Ｃ经氧化脱氨后变为U；Ａ变为具有一个或多个活性烷基的化合物（alkylatingagents）作用：(1)使DNA中的碱基发生烷化作用。如添加甲基或乙基,产生配对误差。如甲基磺酸乙酯（EMS）图示3．烷化剂的作用115具有一个或多个活性烷基的化合物（alkylatingag(2)使嘌呤烷化，烷化嘌呤脱掉，造成脱嘌呤作用（depurination）DNA链的缺口,影响DNA复制或造成缺失,引起移码突变。如烷基在鸟嘌呤N位上活化β糖苷键而引起断裂,使鸟嘌呤脱掉,可发生DNA断裂、缺失、转换或颠换。(3)同一DNA分子或不同DNA分子间形成交键（cross-linkage）,使一个或多个核苷酸丢失或切除。116(2)使嘌呤烷化，烷化嘌呤脱掉，造成脱嘌呤作用（depuri麻黄素,吖啶橙等为三环扁平的分子,大小与碱基对的大小差不多,能与DNA结合,嵌入DNA的碱基对之间,使相邻的两个碱基对的距离拉长,使DNA双链歪斜,导致DNA交换时出现参差,结果导致不等交换,产生移码突变。吖啶类诱发的突变的一个重要特征是：吖啶类化合物所诱发的突变能用吖啶类来回复,但不能用碱基替换来回复。假使在一个碱基插入点的附近以后又丢失了同样数目的碱基,突变效应往往可以被抑制。但这不是真正的回复突变,而是抑制突变。如果两个位点中还包括终止密码,就不能回复。4．吖啶类化合物117麻黄素,吖啶橙等为三环扁平的分子,大小与碱基对的大小差不1185011951三、基因突变的遗传学效应不论是碱基替换,还是移码突变,都有可能使由那个基因决定的多肽的氨基酸顺序发生改变,或造成多肽合成终止而不产生完整的肽链。但由于遗传密码具有简并性,所以有些碱基因替换也不一定会造成氨基酸顺序的改变。1．同义突变（samesensemutation）：碱基替代的结果为同义密码子,碱基顺序改变而氨基酸顺序未变。没有突变效应产生,这显然与密码的简并性有关。

120三、基因突变的遗传学效应不论是碱基替换,还是移码突变,2．无义突变（nonsensemutation）。是指某一碱基的改变使mRNA的密码子变成终止密码,使多肽合成中断,形成不完全的肽链,丧失生物活性。如DNAATG→ATTmRNAUACUAA酪氨酸终止如人类β珠蛋白有146氨基酸,HbMcKess-Rock只有144个。原因：145位UAU变为UAA。终止密码突变：终止密码的一个碱基被取代,突变后的密码子能编码某一氨基酸。如Hbα链有141个氨基酸。HbConstantSpring的α链142位的UAA变为CAA,终止密码变为氨酰胺,肽链一直延长到173位另一终止密码子。1212．无义突变（nonsensemutation）。是指某一3．错义突变（missensemutation）。碱基替换的结果引起氨基酸序列的改变。有的影响到蛋白质的活性和功能。甚至丧失全部活性。从而影响表型。也有引起蛋白质活性和功能不同程度的丧失。一般性质相似的氨基酸对蛋白质的功能影响较小,而不同性质的氨基酸相互替换则可能强烈地影响蛋白质的功能。第二要看替换的氨基酸在肽链中的位置,是否处于活性部位,是否影响立体构形。

1223．错义突变（missensemutation）。54据研究,人类血红蛋白的突变多数是由于碱基替换引起的。a．HbA正常人血红蛋白β链N端的第6位氨基酸是谷氨酸。HbS镰型细胞贫血症,第6位→缬氨酸。HbC,轻度贫血症,第6位→赖氨酸。表12-1．血红蛋白β链N端的8个氨基酸及其碱基替换。b．β链63位氨基酸正常是组氨酸,被酪氨酸取代→HbMS铁血红蛋白症。被精氨酸取代→不稳定的血红蛋白症（HbZ）。123据研究,人类血红蛋白的突变多数是由于碱基替换引起的。554．移码突变(shiftmutation)

例如HbWayne是138位UCC失去一个C,使α链的合成不在原来应该终止的地方停止,一直到146位合成精氨酸后才终止,从而使α链延长。1244．移码突变(shiftmutation)56

生物在长期的进化中,不仅演化出能纠正偶然的复制错误的系统,而且还存在着能修复由环境因素和体内化学物质造成的DNA分子损伤的系统。如果按原样修复,不会引起突变,偶然出现差错,引起突变。因此,突变往往是DNA损伤与修复这两个过程共同作用的结果。

第五节DNA损伤的修复125生物在长期的进化中,不仅演化出能纠正偶然的复制错误的系1．紫外线主要作用在DNA上,因为波长260nm的紫外线照射,杀菌率和诱变率最高,而这个波长正是DNA的吸收峰。2．紫外线照射对DNA的一个损伤作用是形成嘧啶二聚体,即在相邻的两个嘧啶之间形成化学键,使两个碱基平面扭转,引起双螺旋构型的