遗传学下第九章遗传物质的改变一染色体畸变

第九章遗传物质的改变（一）畸遗传质的改，称作变（mutaion）突可以分为大类：（）数目改变和结的改变这些改一般可显微镜看；（2）突变或突变（gnicpointmutatons）较明显变，称异畸变（chroosomalariatiosoraberration）。第一节结构的改因为一个上排列着很多，所以不仅数目的变异可以引起遗传信息的建性愈合（nonrestitutionunion）。依据断裂的数目和位置，断裂端是否连接，以及连接的方式，可以产生各种变异，主要的有下列四种（9－1）： 间相互交 研究畸变的几种好材料每种生物的每个细胞都有一定数目的，各个染色例如玉米的就是研究畸变的好材料。玉米的10条在形态上可以互相区别（3－2）。特别是在减数的粗线期，那时是细长的染色丝，两条同源染色丝紧密地配（knob）的存在与否，和染色丝上较浓的染色粒（chromomere）的分布等（图9—见了或重复出现，或者它们的原有排列顺序改变了，就是畸变的明确。虫唾腺细胞中，核特别大，其中的比减数时的和其它体细胞的要图9-3是黑腹果蝇（Drosophilamelanogaster）的唾腺。图9－4是普通染色体与唾腺的对照模式，这模式说明唾腺是怎样形成的。唾腺上有明显体是处于间期或前期状态。由于唾腺细胞内的连续，后形成的染色丝并不相互分开，而是纵向地密集在一起，所以唾腺是多线（polytenechromo-some）。多线中每一染色丝是一条跟蛋白质结合在一起的DNA双链，据说在两条横来，比其它体细胞还是低得多。因为同源的唾腺总是紧密地结合在一起，象在减数的粗线期一样，所以两条同源间有差别时，很容易看出来。由于这些原因，唾腺也是研究畸缺失当的一个片段不见了，其中所含的也随之丧失了。如果同源中一条有缺失，而另一条是正常的，那末在同源相互配对时，因为一条的结构（9－5）。缺失影响的生。如果缺失的部分太大，那通常是不能生活的。一般缺失除了显性C以外，其它对色素形成所需要的都存在，那末型Ccc的糊粉层是有色的。假使带有显性C的那个的端部有了缺失，那末在有丝过，经过“断裂·融合·桥的循环”（breakage-fusion-bridgecycle），显性C所在的那个片段可能从某些细胞中，结果糊粉层是花斑，那就是说，一个籽粒的糊粉层上，有色组织和无色组织掺杂在一起。图9－6说明这样的花斑是怎样的。因为一个显性的缺失，致使原来不应显现出来的一个隐性等位的效应显现了出来，所以这种Notch（缺刻翅）处于隐性致死，而有显性的表型效应。Notch或者牵涉到包括3C7在内的唾腺的较长一段的缺失，或者仅限于3C7这一特定区域的缺失，但都使小眼不齐（facet，fa）出现拟显性现象，所以fa一定是在3C7这一横纹之中（见图9－7）。现一系列症状，包括两眼距离较远，耳位低下，智力迟钝，生差等，患儿多在生命早期。患儿最明显特征是哭声轻，音调高，很像猫叫，所以称为猫叫综合征（“cri-du-重复除了正常的组（chromosomecomplement）以外，多了一些部分，这种额外的部分叫做重复片段。重复可以发生在同一上的邻近位置，也可在同一的其它地方，甚至也可在其它上。如果一条有重复的片段，而另一是正常的，那末在粗线期或唾腺上也出现一个弧状的结构，不过这重复了一个片段，这额外片段上的也随之重复了。重复的遗传学效应比缺失来得缓和，但重复太大，也会影响的生，甚而引起的。9－6·融合·桥的循环可以产生缺失，同时也会引起重复。如果重复的片段包括糊粉层色素C，那末一个核内显性的数目就可有各种变化，或是一个、两个，或是三个、四个，甚而一些。当数目有这样一系列变化的时候，胚乳花斑上的色泽强度往往也出现从浅到深的顺序变化，暗示泽的深浅可能跟显性的数目有对应关系。鉴于在正常糊粉层中，有一个显性C，颜色最浅，有两个显性C，颜色深些，而有三个显性C颜色最深，就为我们色泽B（Bar，棒眼）的主要表型效应是使复眼中的小眼数减少，所以复眼呈棒状，而不是正常的卵圆形。从唾腺来看，知道棒眼果蝇的X上至少有4个明显的横纹重复了。这种重复可能是由不等交换（unequalcrossover）产生的。纯合的棒眼雌蝇（B／B）1/1600（BB，doublebar）。检查这种的唾腺，发现有4个明显横纹的区域又重复了一次，计有三份。可见这个区域的重复，有累加作用，重复次数增加，复眼中的小眼数减少（9－8）。质，有可能执行新的功能。这将在第十五章的“新怎样的”一节中详细说明。易位一条的一段搭到一条非同源上去，叫做易位。如果两条非同源染色体互相交换片断，叫做相互易位（reciprocaltranslocation）。设一条的直线分化顺序是ABCDE，另一条的直线分化顺序是LMNO，则相互易位的结果，可以出现有两条新顺序的O和LMDE（图9-9）。相互易位的两个片段可以是的相似，可以从一个细胞世代传到另一细胞世代。在易位杂合体中，在粗线期时，由于同源部分的紧密配对，出现了富有特征性的十字形图像。以后随着过程的进行，8（9－10）。在花粉母细胞中，大约有50％的图形呈圆形，50％84从图9－10可以看到，如果相互易位的两对形成一个大圆圈，那末不论那两个邻近的分到同一极去，都使所形成的细胞造成重复和缺失。所以邻近分离体。然而交互分离（alternatesegregation）时，易位和非易位进入不同配子中，所以这种分离的结果是，非同源上的间的自由组合受到严重抑制，出现例如雄蝇对第2和第3的易位（2—3）是杂合体，而在非易位的第2和第3染色体上分别带有bw（browneye，褐眼）和e（ebonybody，黑檀体）。当易位杂合体失和重复，所以不能存活（9-11）。上面已谈到过，一个易位杂合体在形成配子时，一部分细胞中的有缺失和重体，除有正常7和正常9外，还有相互易位后形成的一个衍生7和一个衍生9（图9－12），是一个7／9易位携带者。这的遗传物质没有什么缺失carrier）。但是易位以杂合态存在，影响减数时的正常分离，所以平衡易位携带者除产生平衡配子外，还产生不平衡配子（9-13）。平衡配子与正常配子结和有缺失的。带有重复的是9号部分三体，遗传物质不平衡，出现染色体病（chromosomaldisease），患者具有多重畸形，智力严重迟钝；而带有缺失的是第9部分单体，未被发现，可能早期。图9－14是第9部分三体患者以夫妇一方为平衡易位携带者时，应进行产前诊断，检查的组成，以防止有病因为是在上的，如果一个片段搭到另一非同源上，那末这个片段上的就要改变它们的连锁关系，跟另一非同源上的相互连锁了。我们倒位一个片段断裂了，倒转180°，重新又搭上去，这个现象叫做倒位。例如一条的直线顺序是ABCDE，断裂成三个片段，A，BC，DE。以后BC这一段倒转180°，又跟A和DE连接起来，于是就出现了有新顺序的，ACBDE，这个就是一个对于倒位的情况，可以是纯合体，也可以是杂合体，此外一个也可以对原来的标准顺序是纯合体（图9－15）。倒位纯合体一般是完全正常的，并不影响的生。如果在时间的过，倒位纯合体的比例不断上升，那末很可能倒过来，把它称倒位杂合体（inversionheterozygote）在减数时，两个有关的不能以直环（inversionloop）。一个倒位杂合体的粗线期或唾腺上可以清楚地看到这种倒位环（9－16、17）。然而并不是每一个倒位杂合体都形成倒位环，有时单是倒的一个片段倒转了，位于这个片段上的也随着倒转了，于是这些在连锁群中的顺序改变了，这些跟连锁群中其它的交换值也改变了。9-18子一般也没有生（图9－19）。以前认为果蝇中存在着一种交换抑制因子（C，crossingoverrepressor），其实因子例如果蝇有一倒位品系，CⅢB，在第3上有一倒位，但外观上是野生型；另有一纯合突变品系，第3正常，突变是st（scarlet，猩），sr（stripe，两品系杂交，子一代杂合体雌蝇回交纯合突变品系，如图9－20所示。在e—ro区域以及ro—ca区域没有单交换出现，表明倒位包括这个区域。倒位附近的sr—e间，单交换数降低很多，由预期的8％降低到0.15％，说明倒位可能部分地伸展到这个区域。离开倒位稍远，在st－sr间，交换值降低，由预期的18％减到9.6％，然而还是很高，说明这个区域清楚地在倒位区以外。只发现有两个不寻常的型，都可用倒位区内的双交换来说 带有致死的品系本来是不容易保存的。一般品系都以纯合品系的形式保存下来，／w，每只雄体都是w／Y；每产生一代新时，几乎不需要加以逐只观察，可以完全移入新的饲养瓶。但致死就不是这样，它不能以纯合状态保存，因为纯合是致死例如果蝇中第3上的D（dichaete，展翅），是个显性，但也是隐性致死。要培养这个品系，只能把D／+♀×D／2／3D／+，1/3+/+（本当是1∶2∶1，但1/4D／D）。在保存这个品系时，必须把每代逐个观察，把+／+淘汰，只让D／+留种。如果不这样选择，则培养瓶中必然进行着自然选D／+♀×D75％。所以如果不把+／+人工淘汰，则饲养瓶中D／+比数必然每代降低，几代之后饲养瓶中就只有+／+，而没有D／+，也就是说，D这个“遗失”了，再也找不回来，无法再对它进行研究（例如要把D在连锁图上定位，在唾腺图上定位，研究它的致死中这个尤其严重。摩尔根的学生Muller想出一个巧妙的办法，就是用另一致死来“平衡”，不过这第二个致死，必须与第一个致死不发生交换重组才行。例如可用Gl（Glued，粘胶眼）来“平衡”。Gl也是第3上的显性，但纯合致死。把D与Gl交配，挑选后代中既表现D又表现Gl的雌雄传代，后代全是D+／+Gl，而不会有分离（9-21）。其实并不是真正不分离，不过分离出来的纯合全致死而已（图9－21）。这种永远以杂合状态保存下来，不发生分离的品系，叫做永久杂种（permanenthybrid），也就叫做平衡致死品系（balancedlethalsystem）。++，则后代中就会出现++／++；几代之后就会把D和Gl这两个都淘汰掉。 臂）有个倒位，在ⅡR（第2右臂）也有个倒位，几乎把整个第2的交换全部抑制。而Cy的纯合是致死的，因此第2上任何致死1都可用Cy来平衡（图9-要满足第二个条件，通常要有一个“交换抑制因子”，使两个非等位的致死不致由于交换而集中在一个上。结构变异的发生机理要结构变异，首要发生断。发生的能力而原来游离端端粒omee）一般是有重组力的。据上原则，上发一个或个以上裂后，可成各种结变异，上面已细说明根据断裂发生的时间，结构畸变可分为两大类型，即型和染色单体型。 尚 ，可导 anthracene）可以增加断裂的频率，但同时添加抗氧化剂antioxidant（如维生素C，维生素E，酸钠Na2SeO3等）时，可降低断裂的频率，这样看来，抗氧化剂有保护不使断裂的作用。因为断裂与作用及衰老有关，所以科学工作者结构改变在育种上的应用结构改变已被用到生产上。例如养蚕业中，丝质量。所以一个办法，单是选出雄蚕来饲养，这是蚕丝界所欢迎的。黄色，蚕蛾眼色纯白。第3白卵（w3）位于同一的6.9座位上，纯合体的卵在越冬括w2座位，或者包括w3座位，并使这有缺失的第10易位到W上，再经过系统选育，使生逐渐提高，以适应饲养的要求，终于育成了A，B两个系统：如将A系统雌蛾与B系统雄蛾交配，所产的蚕卵中，黑色的全为雄性，淡黄褐色的全为雌性（9－23）。然后通过电子光学自动选别机选出黑卵，进行孵育和饲养。比较黑BA第二节数目的改起变化，数目也会起变化。数目变异的分类各种生物的数目恒定，稻（Oryzasativa）有24个，配成12对，形成的正常配子都含有12个。遗传学上把一个配子的染色体数，称为组（genome，这术语也指一配子带有的全部，所以在不同场合也译是细胞核中含有一个完整组的，就叫做单倍体（haploid），如蜜蜂（Apismellifera）的雄蜂，n=16；含有两个组的叫做二倍体（diploid），如人（Homosapiens）2n=46；有三个组的叫做三倍体（triploid），如三倍体西瓜，3n=33，依此类推。这类数的变化是以组为单位的增减，所以称作倍数性改变，超过两个组的，通称多倍体（polyploid）。另一类数的变化是细胞核内的数2n-1（monosomic），2n-2单倍体只含有一个组，所以只存在单套的。单倍体可以是正常的或异常在进化过它们的减数过程已有了变化，实际上是把第一次减数省略了，所以情况就不是这样。在第一次中期时，它们的是单价体，没有可以配对的同源染色体，从而被随机地分向两极，形成的配子是高度不育的。因为每一分到这一极或那一极的机会都是1／2，从而所有都分到一极的机会是（1／2）”，这儿n等于单倍数。如玉米n=10，单倍体植株只有（1／2）10=1／1024的机会才可产生一个n=10倍体，这二倍体的一切都是纯合的，自交的后代不会分离。通常利用近交的方法来培种重要作物——大麦开发出另一有用技术。当二倍体大麦（Hordeumvulgare）用二倍体野生近缘种H．bulbosum授粉时，虽然也发生，但在随后体细胞时，可能由于不同物种的间的遗传不亲和性，H．bulbosum的率先从合子细胞中被排除，结果同源多倍体已经，而细胞质不分割，可形成同源多倍同源四倍体中，同样的4条 每个花粉母细胞中几乎全是双价体，数四价体，所以形成的配子也是大都可育的。四倍体的分离比较复杂。对一对来讲，二倍体只有一种杂合体，即Aa，四倍AAAa（三显体，triplex），AAaa（二显体，duplex），Aaaa（单显体，simplex）。假定四条同源在第一次后期时，两两分离，组合随9-有3个相同的组。同源三倍体育性很低，问题同样牵涉到减数时的配对和分离。3条同源染色体在第一次前期时，或组成一个双价体和一个单价体，或组成一个三价体。在后期2一条进入另一极。所以如用a1，a2和a3代表3条同源，那末分离方式不外下列3结果得到平衡配子（2n或n）的机会只有（1／2）n-1，而绝大多数配子的数不育的。例如同源三倍体的香蕉（Musanana）（3n=33），黄花菜（Hemerocallisfulva）（3n=33），水仙（Narcissustazetta）（3n=30）等，都没有，只能依靠营多倍体植株比起两倍体来，因为数增多，所以细胞的体积要大些。多倍体植株异源多倍体两个不相同的种杂交，它们的杂种再经过加倍，就形成了异源多倍一个有名的例子就是萝卜甘蓝，萝卜（Raphanussativa，2n=18）和甘蓝（Brassicaoleracea，2n=18）2n=18（9-25）。这两个亲本属于十字花科中不同的属，是比较远缘的，萝卜的和甘蓝的之间没有对应性，F1杂种在第一次减数时，形成18个单价体（18I）。后期时单价体的分离完全随机，非常不规则，因F1所产生的配子几乎全部不育。但这杂种偶尔结了少数几粒，发芽后，有一个植株长得株形很大，根像甘蓝，叶像萝卜，而且是可育的。检查它的，知道是2n=36。如果把萝卜的9条写作R，甘蓝的9条写作B，那末F1杂种可写作RB，而可育的F2显然就是由F1的加倍而成，可写作RRBB。F2-在减数时，R与R配对，BB18（18Ⅱ），18色体，其中9条是R，9条是B，所以是可育的。像这样的四倍体，它的来自两个不aestivum）、陆地棉（Gossypiumhirsutum）、海岛棉（G．barbadense）、胜利油菜（Brassicanapus）、烟草（Nicotianatabacum）等都是异源多倍体。要证明某一个现有 小麦属（Triticum）中，一粒小麦（T．mono-coccum）的数是14，二粒小麦（T．aestivum）的数是42，所以很可分别把它们看作二倍体、四倍体和六倍体。种）杂交，然后观察杂种减数中配对情况。例如为了分析普通小麦的组，在小麦属内几个有关种间进行杂交，结果见表9-3。从杂交结果看来，拟二粒小麦配子的14条中，有7条与一粒小麦配子中7条染色体对应，另外7条不对应。如果把这对应的7条合称为一个组，用A表小麦杂交的结果看来，普通小麦的42条中有14条是AA，另外14条BB，还有14条AA，BB。从普通小麦和小麦属其它几个种跟一个野生二倍体种——滔氏麦草（T．tauschii）杂交结果看来，普通小麦中剩下的这14条就是滔氏麦草的组。一般把这个组称为D，因此普通小麦的组是AABBDD（图9-26）（T．speltoides）杂交，F1（AB）高度不育，但加倍后，成为异源四倍体，育性恢在动物中，马蛔虫（Parascarisequorum）有2n=2的和4n=4的。这可能是动物中有倍数关系的唯一实例。在涡虫中，也有过报告说，一个属内的几个种的呈倍数关系，但还没有一致的看法。据说有44个的金仓鼠（Mesocricetusauratus）是异源四倍体，它是由普通仓鼠（Cricetuscricetus）（2n=22）与花背仓鼠（Cricetulusbarabensis）（2n=22）的杂种经过加倍后形成的，但同样，有待于实验的证明。要得到多倍体，可用高温、低温、离心、超声波、嫁接和切断等物理方10％是四倍体，把这些枝条切下来，插枝，就般从0.01—1.0％，将萌芽阶段的浸在其中，处理一定时间后，取出洗净，然后播秋水仙素的作用主要是抑制细胞时纺锤体的形成，结果仍留在一个细胞内，所以数就加倍了。如这种细胞维持原状，继续，就形成多倍性的组织，如C一般将食用二倍体西瓜（Citrullusvulgaris，2n=22）在幼苗期用秋水仙素处理，可作为父本，在四倍体的植株上就结出三倍体的（3n=33）。三倍体种下去后长出三壳，象有一样，所以这种杂交方案不能采用。小麦能否与黑麦杂交，是由小麦的可杂交决定的，与黑麦品种无关。这些含有可杂交的小麦品种就称为“桥梁品种”。桥梁品种间的杂交一代和它们的后代都很容易可广泛利用小麦资源来与黑麦杂交，有效地解决了属间杂交不易成功的。利用小麦品种间杂种第一代或第二代做母本，与黑麦进行杂交。普通小麦有21对染色体，它的雌配子有21个，包括三个组（A，B，D）；黑麦有7对，它的雄配子有7个，是一个组（R）。小麦的雌配子与黑麦的雄配子结合，所产生的子一代有28个，包括四个组（ABDR）。因为这四个组来自不同属的种，的结构和功能已有很大的分化，它们之间的同源性已经很少，所以在减数时不能形成二价体，子一代不育。当加倍后，杂种的28个成为28对， 基数都是7，加倍后小黑9-27）程度的结实率低和饱满度不高等共同缺点。但经过几年的连续选择，已成功地培育成小黑麦产量高，抗逆性和抗病性强，耐瘠耐寒，面，蛋白质含量高，发酵性能30—40％20％左非整倍体以上所讲的数目变异是成套数目的改变，改变后的数目还是整二倍体缺一条是单体（2n—1）。大多数动植物的单体都不能生活，甚而象玉米套的影响还要大，说明遗传物质平衡的重要性。但在多倍体植物中，获得单体比较容易。例如小麦是异源六倍体，2n=422121单体自交可得缺体（2n—2），2121单体和缺体，可把定位在上。例如小麦中发现一个新的隐性突变体。可以把它21F1显现出来，就知道这突变是在缺体中没有的那对上。得到。例如曼陀罗（Daturastramonium）的三倍体植株用二倍体植株的花粉杂交，在所结的少量中，大约有53％的子裔是三体。这样三体植物的果形变异很大，可以分成12类，而曼陀罗的单倍数也正好是12，这表明每一条增加的在形态上都有不同的作用。大多数其它植物中，不同的三体不易从外形上互相区分，不过这个增加的往往使花粉和部份不育，这是所有三体植株的共同特性。动物中也有非整倍体的例子。在黑腹果蝇中，X（第一）和Y多一个或少一个会影响力已面介绍过；V形（第2和第3）多一个或殖的，所以可以用它们来进行遗传学研究（9-28）。如把果蝇的无眼（ey／ey，复眼小或无）与正常交配，子一代为野生型，子二代分离为野生型3∶无眼1（9-29）。但如将无眼（ey／ey）与第4单体的正常（＋）杂交，则子一代分离11（9-30）。野生型1∶无眼1是单体生物的子一代分离比。从上面的实验中，知道ey呈现单体的分离比，同时知道一个亲体的第4是单数（2n—1），所以这就证明，ey是在第4上511∶1同样证明了，ey是在第4上的。人类的非整倍体在人类的所有中，已知性数目的改变可以引起畸形，前述的Klinefelter综合症（XXY），XYY和Turner综合症（X0）等，就是这方面的例子。此外还有很多表明，在22对常中，个别的数目和形态变化，（incidence）650裂，掌纹和特殊，常为通贯手。发育迟缓，智力低下。平均很短，大约到10岁时已有1／3患者。这病的病因以前一直不知道，有人怀疑可能与畸变有关，使遗传的平衡破坏，但由于细胞学技术的限制，未能找到直接。直至1956年Tjio（蒋有兴）等确立了人类正常数为46后不久，Lejeune等（1959）分析患者的组织培养材料时，才无可辩驳地证明，患者多一个小小的近端着丝粒——第21号，所以这种患者的体细胞数是2n+1=47个，是21三体（trisomy21），记作47，XX或综合症。Patau综合症是13号三体，记作47，XX或XY，+13，发生率约为1／5，000。患者有小头、兔唇和（或）腭裂，性心脏病，严重智力迟钝等。Patau患者常在生后3个月内，虽然也有少数活到5岁的。Edwards综合症是由于18号三体，47，XXXY，＋18。患者头小而长，大囟门，鼻梁窄而长，小嘴，腭狭窄，耳低位，短颈等，出现的畸形几乎遍及所有系统。这综合症的发生率大约是1／10，000，患者平均为6个月，但有些可以活到十几岁。近年来由于显带技术的应用，人类数异常的种类继续有所增加，这儿就不再介绍了。第五章中有关不分开现象的一节。但不分开现象也可出现在合子形成以后。如出现在期或以后，就有可能形成由不同型细胞所组成的，也就是形成嵌合体织和女性组织。其中有一型嵌合体是X0／XYY，这型嵌合体可以用XY合子中Y的不分开来说明（图9-33）。这种的表型（phenotypic）如何，要看有关组织的范围大小和所处位置而定。其它性嵌合体的可有不同的解释。如嵌合体X0／XX可能是由于女性合子中有一X丢失；又如三重嵌合体XY／X0/XYY的可能是由于不分开现象出现较迟，结果除正常的XY细胞外，个别细胞中Y同趋一极，形组成为XYY和X0的两个子细胞，从而一个中有3个细胞系，成为三重嵌合体。三体在配制一代杂种中的应用大麦（Hordeumsativum）是高度自交的植物，但用适有。后代分离出两种植株，其中大部分植株的发育不全，不散发花粉，是雄性不育的，在＋1这品系的某一对上有紧密连锁的两个，一个是雄性不育（ms），使植株不能产生花粉，另一个是黄色（r），控制种皮颜色。这两的显性是能形成正常花粉的Ms和控制茶褐色种皮的R，带有这两显性的断片通过易位搭到另一断片上，形成了一个额外，成为2n＋1的三体，如图9-34左上方所示那样。这图中，与标记无关的6对省略。三体植物在减数时，形成7个双价体（7同源各自分向两极，而额外随机分配，或分向这一极，或分向另一极，所以三体植株可以产生两种不同配子。其中一种配子仅有一套正常，其中一上有ms和r（n=7），另一种配子除含有一套正常，其中一上有ms和r外，还含有一过剩的易位，上有Ms和R（n=8）。卵细胞中这两种配子比例大概是7∶3，都可，但花粉中有过剩的配子不能授粉。结果自花授粉后所结的中，约有70％是有黄色种皮的雄性不育（msr／msr），余下的30％是有茶褐色种皮的花粉正常的自（msr／msr／MsR），跟亲本完全一样（图9－34）。因 大麦中利用“三体”技术，配制一代杂种，是相当成功的。据，一代杂种大麦已Tjio（1956）Lejeune（1959）的工作是人类细胞遗传学上的两块9上决定糊粉层颜色的是杂合的，缺失的带有产生色素的显性C，而正常的带有无色隐性等位c，已知含有缺失的花粉不能成活。如以这样cc10％的有色籽粒画出果蝇唾腺核中两条同源的配对图，一条的顺序是· 另一条的顺序是· 。（注：在1和2之间的点“·”表示着丝粒）。那一 注：“2n＋1＋1”是指在12对中，某一对多一个，另一对又多一个，而不是有一个三倍体，它的数是3n=33。假定减数时，或形成三价体，其中又如假定只有平衡的配子是有功能的，且假定过程是随机的，问得到不平衡合子（unbalancedzygotes）的机会是多少？有一种四倍体植物，它的两个植株的型是（a）AAAa（b）Aaaa。假定（1）A两个21三体的结婚，在他们的子代中，患愚型（Down氏综合症）的个体占比例多少？（假定2n＋2的是致死的。）平衡易位杂合体（7／7p+，9／9p-）形成生殖细胞，在粗线期时，其有关-14t（13q；把有关画出来有关在第一次减数时配对的图象如何 第十章遗传物质的改变（二）突所谓突变，就是一 。突变 第一节突变概关系。例角家畜中出现无角品种，禾谷类作物中出现矮秆植株，有芒小麦中出现无芒突变在自然情况下产生的，称为自然突变或自发突变（spont-aneousmutation）突变后出现的表型改变是多种多样的。根据突变对表型的最明显效形态突变（morphologicalmutations）突变主要影响生物的形态结构，导致形状、大小、色泽等的改变。例如普通绵羊的四肢有一定的长度，但安康羊（Anconsheep）的四肢很短，因为这类突变可在外观上看到，所以又称可见突变（visiblemuta-生化突变（biochemicalmutations）突变主要影响生物的代谢过程，导致一个致死突变（lethalmutations）突变主要影响生，导致。致死突变植株。当然，有时致死突变不一定伴有可见的表型改变。致死的作用也有变化。型上属于致死的，有全部的，有一部分或大致死（sethals，使50—90％）和低活性（subvitals，使50—10％死条件致死突变（conditionallethalmutation）在某些条件下是能成活的，而在另一些条件下是致死的。例如噬菌体T4的温度敏感突变型在25℃时能在E.coli宿主中42℃时就不能这样。上面这样的分类，只是为了叙述的方便，事实上相互之间是有交叉的。因为的作用是执行一种特定的生化过程，所以可以说，几乎所有的突变都是生化突变。突变发生的时期突变可在发育的任何时期发生。如某一动物的中某一个配子发生突变，则与这个配子结合而产生的就是这突变的杂合体。如这突变是显性，则子代中这一即表现为突变型。如动物的卵在进行第一次核时，一这个突变是显性，则的一半显示不同的性状，就出现所谓嵌合体（mosaic）。一般地说，在发育过，突变发生的时期越迟，则生物体表现突变的部分越少。例如果实跟其他枝条不同，这叫做枝变或芽变（budsport）。芽变往往自发地产生，没有明显的。例如根据研究，温洲早桔有许多品系来自温洲密桔（citrusreticulata）的芽变。一突变率X连锁隐性致死的突变率约为0．1色体的长短跟第2相似，突变率也差不多。果蝇的第4是点状，突变1％，或每一百个配子中有一个配子带有新产生的致死。如果我们把产生半致死或低效应的为数的突变率也包括在内，那末果蝇中产生有害效应的的总突变率约为5％，或20个配子中有1个。这5％的数值自然包括很多上座位的突变，所以每一座位上的突变率应该低得10-5突变率也随的不同，而数值各异。例如在玉米中，蜡质WX的突变率测不到，而无色糊粉层rr的突变率可高到每十万个配子中有49个突变（表10-1）。据Mφrch（1941）的一个，在94，075活产儿中，发现10例为本病患者，其中2例Neel根据多方面的资料，估计了人的9个不同的突变率，发现人类的突变率大致上跟果蝇的突变率相似，都位于10-5的范围（表10-1）。率的降低或许跟生活史的缩短有关。象细菌这样单细胞生物中，突变率是以细胞为基突变的可逆性突变是可逆的。A可以突变为a，a又可突变成原来的状态，AA→a（forwrdmutaio），则a→Abackmutation（is）（histidnerequremen，his）2×06×10-8突变一样；（2）抑制因子突变（suppressormu-tation），突变发生在另一座位上，但是突变的多方向性与复等位一个可以向不同的方向发生突变，换句话说，它可以突变为一个以上的等位。例如A可以突变为等位a1或a2、a3……等。因而，在这个座位上，一个的型可以是AA，也可以是Aa1，Aa2，a1a2，……等任何一个座位上可以有两个以上的状态存在，叫做复等位，这面已介绍过。例如在小鼠中，影响毛色的复等位有A+（鼠色），Ay（黄色），a（黑色），……等多个。在家蚕中，影响幼虫皮斑的复等位有P（白蚕），+p（普通斑），Ps（黑缟）等16个，而且这数目可能会增加。因为有复等位的存在，所以一个的突变可以是多又可回复突变为野生型，或突变为W座位上的其他等位，如杏色眼（Wa），浅黄眼（Wbf）等。这说明突变的多方向性（图10－2）。但每一的突变方向，也不是漫的。例如小鼠的毛色（A）的突变，一般191020温度的变化是另一种诱变因素。例人认为温度是黄鹌菜（Crepis）自发突变的重要因素。虽然突变率随温度升高而增加，用过高的温度（例如40℃）或过低温度（0℃）处理，也可增加突变率，但总的看来，温度在自发突变中的重要性还比 草的突变率大约是1％（包括所有的 14.3％。（2）从陈中可提取一些诱变物质。例如从烟草的陈中压出油来，用这种油处理同一烟草品种的新鲜。从这样长出来的幼苗，突变种类跟自发突变相似，F2F3可以分离出多数突变体。因所产生的表型改变。有了不同等位所产生的表型改变，才使我们能够观察性状的遗传方式。如果某一座位的所有等位在表型效应上是相似的，那么这样的在作用上能产生新的表型效应的不同等位。Muller我们现在介绍如何用Muller-5技术来检出果蝇X上的隐性突变，特别是致死Muller-5品系的X上带有B（Bar，棒眼）和wa（apri-cot，杏色眼），此外还有一些倒位，可以抑制Muller-5的X与野生型X的重组 后，做单对交配，看子二代的分离情况。致死突变，子二代中没有野生型雄蝇，Muller-5（10-3）。只能检出完全致死（100％致死）的隐性，而且这种致死作用要发生在成蛹除了检验X连锁隐性突变以外，也可检出常上的变突。例如要检出果蝇的一条第2上有一显性Cy（curly，翻翅），这是纯合致死的，同时还有一 链孢霉中，营养突变的筛选（screening）Beadle（1945）最初提出来的。这方法的根据是这样的：野生型菌株能合成一系列化合物，所长，但能生长在完全培养基上所谓完全培养基是在基本培养基上再添加酵母和麦芽抽提X了突变（10－5）。它没有发生突变。为了进一步确定发生的变异是由一个控制的，还要做这样的工作。把经过上述方出什么样的分离现象，如表现为1：1的分离，即4个是野生型，4个是突变型，那就表明是一个的突变（10－6）。（pedigreeysis）和出生。一般地说，常隐性突变难以检出，因为一个隐显性突变性状，而他（或她）的父母是正常的，这就表明是一个新的突变（10－7）。如果显性性状的遗传方式不规则，例如双亲之一可能带有这个，但没有表达出来，这样显性性状的又难以确定。因为X只有一个，所以X连锁隐性突变的，有时可从家系分析中检出。如果一个女人对一个新突变的是杂合体，半数男孩将带有这个性状。然而X连锁性状的检出，也可发生误差，因为我们难以确定，杂合体女性所带有的突变是新产生的呢，还是从祖先传递下来的。所以人类中突变的检出，最可靠的还是限于显性最近检人类突的另一方法，筛各种蛋白或酶的小变异使蛋白（electrcfield）electrphoesis）6（glcose-6-phosphateehydrognase）在1927年，Muller用X射线处理果蝇，证明可以诱发突变，显著地提高突变率。差不多同一时期，Stadler用X射线和γ射线处理大麦和玉米，也得到相似的结证能辐射（high-energyradiation）和相当数目的化学品，不仅对直接接触到的人造成，而且对他们的后代也有潜在的。Xα射线、β射线、γ射线、以及中子、质r（roentgen，伦琴）表示。1r1cm3的标准状态的干燥空气产生一静电单位（esu）r类不同，照射和处理时间而有多少差异。现在选择有代表性的几种生物，来看一看每r诱发突变的种类跟自发突变很相类似，这不仅在引起突变和畸变这两大类1×10-1以上，所以辐射诱变在增加突变率上有很大作用。体的结构：（1）直接的，通过能量的量子（quantaenergy），好象色体在时产生异常。一般中细胞比不细胞对辐射敏感。用γ射线来治疗肿瘤也是同样的理由，迅速中的肿瘤细胞比不的周围细胞敏感得多。第一，电离辐射可诱发突变和断裂，它们的频率跟辐射剂量成正比。例如用2，000r的剂量处理果蝇，大约产生6％的X连锁隐性致死突变，而剂量为4，000r12％，等等（10－8）。在相当大的一个剂量范围内，都存在着X因为在一个上诱发了一个以上的致死突变。用Muller-5技术测定的，是带有一个或一个以上的隐性致死突变的X频率，而不是测定隐性致死突变的实际频率。而且第二，辐射效应是累积的。处理果蝇，诱发的突变数跟接受的照射量成正比，而中，这样确切的关系并不存在。例如处理小鼠细胞时，慢性照射产生的突变率比同剂个细胞发生突变的概率就增加。因为在自然群体（naturalpopulations）中出现的大多数紫外线照射（ultravioletradiation）也可诱发突变，但不及电离辐射270nm（1na-nometer=1millimicron，mμ），这波长相当于核酸的吸收峰。紫外线也是电磁辐射，跟X射线一样；但性很弱，这跟X射线不一膜。这样低的性很难保证实验群体中每一细胞都接受同样的辐射量，所以紫外线很少实验，发现芥子气可以诱发突变。他们的发现不是完全偶然的，因为已知芥子气跟X又发现，芥子气和氮芥子气也可引起断裂。化学诱变的发现开拓了人工诱变的新途径。化学诱变剂（che-micalmutagens）的应随着科学实验的进展，化学诱变剂的不断延长。各种化学品，其中很多是剂（carcinogens），可以诱发突变。在这些化合物中，有的是广泛地用于工业加工过，而另一些普遍地用作杀虫剂，杀菌剂和食物添加剂（10－3），所以迫切需要鉴定可以诱变的化学品，并采取防护措施。有些化学诱变剂是高度的，例如氮芥子气，所以可色体上各种不同座位，而且同一座位上的又可突变成各种不同的等位。但是看来某些化学诱变剂在这方面已有了一定程度的突破。例如生物硷可以诱发断裂DNA结果造成畸变，而且断裂的地方有比较地集中于的某些地区的趋势。但在这物理因素和化学因素可以诱发突变，使突变率大大提高，这样变品种的个别不良性状。例如用γ射线处理籼稻干，选出成熟提高15天的新品种，而丰变了的酶系，在光合过消耗有机碳很少，被称为“非光呼吸作物”。光呼吸虽为植物低）50％。诸如此类的例子是很多 应用电离辐射，得到几个Z上具有隐性致死的品系，从中选出Z左臂上带有隐性致死11或带有12的两个杂合体。这两品系虽各有致死一个，但不降低生。11与12的座位靠近，重组值很低。另外又由辐射诱变，得到ZW易位（Z：Wtranslocation）的雌蚕，Z的一个片段易位到W，这易位片段上带有与11和12相对应的正常等位 +11和+12（图10－9）。把ZW易位的雌蚕与一条Z上带有致死11（或12）的雄蚕交配，得到的杂种中，雌蚕具有从母本来的ZW易位和从父本来的带有11（或12的Z。这雌蚕由于有ZW易位，除了一个正常Z外，还有一个由于易位而获得的Z片段，所以Z部分重复，但它们仍是可育的。Z部分重复的杂种雌蚕再与一条Z染色体上带有致死12（或11）的雄蚕杂交，所得的杂合体中，雄蚕的两条性（ZZ）分别具有11和12致死。这样就得到了平衡致死系：雌蚕带有ZW易位和一个标记有11（或12）的正常Z，而雄蚕是致死11和12的杂合体。这平衡系能真实遗传（图雌蚕的W上没有11或12的等位显性+11或+12，所以雌蚕全部。根据实验，可能仍有少数雌蚕，那是由于父本雄蚕（11+／+12）的两致死间发生重组，形成不具有致死的雄配子（++），如这种雄配子与带有W的雌配子结合，就有可能出生有生的雌蚕（图10－10）。ZW但鉴于平衡致死系雌蚕有较大片段的重复，不可避免地会影响其生，所以还应继续选育，增加雌蚕强健度。不过不论怎样，Strunnikov：突变，自发突变，诱发突变，可见突变，生化突变，致死突变，回Muller-5Muller-5F1后，一定要做单对交配（pairmating）F2的分离情况。为什么一定要做单对交配？ ZW

4000rX12％发生了性连锁隐性致死突（a）1000r；（b）2000r；（c）5000r；（d）6000r在长崎和广岛后，最初的一个遗传学研究是受到过辐射的个23／2现在有一实验，对果蝇的进行照射，在每100个存活的子代中，发现易位的数目根据y=kD2，计算剂量D=0.5kr（=500r）时的k值，然后利用这个k值计算D=1kr和D=2kr时的y值。把这些预期值与用y=kD3／2所得的数值相比较。你得出什么在以上几章中，已说明了在上，也讨论了与性状之间的关系。现在将进一步说明的化学本质是什么，是怎样来控制性状的。DNA（要了解的化学本质是什么，首先要考虑所在的的化学成分。的DNA，两类蛋白质：组蛋白（histones）和非组蛋白（non-histones）RNADNA体的大部分。非组蛋白的比率有变化，RNA（11－1）。用，但多数证明，的主要特性由DNA决定，或者说遗传信息在DNA中。DNA是遗传物质的间接间接很多，主要有下列各点叶绿体等有它们自己的DNA，但这些结构能自体，有它们自己的遗传连续性。同一种生物，不论大小，不论身体的那一种组织，在一定条件下，每个细胞核的DNA含量基本上是相同的，而的DNA含量正好是体细胞的一半（表11-1）。蛋白同一种生物的各种细胞中，DNA量上不恒定，在质上也不恒定。例如在某些鱼类中，它们的的蛋白质一般都是组蛋DNA是遗传物质的直接如果DNA确是遗传物质，那末能不能把DNA和蛋白质分DNADNA（RNA）。噬菌体的噬菌体的分子组成比较简单。噬菌体T2约有60％的蛋白质和40％的DNA，蛋白质构成它的外壳，而DNA藏在它的头部中。当一个噬菌体大肠杆菌时，它的尾部吸附在菌体上。细菌被后，它不再繁殖，在菌体内形成大量的噬菌体，那末噬菌体细菌时，进入菌体的是蛋白质，还是DNA呢？也就是说，在噬菌体的T2的蛋白质组分中，因为构成蛋白质的氨基酸中，甲硫氨酸和半胱氨酸是DNADNAT2中磷含量的99％HersheyChase（1952）35S32PDNA。35S32P35S32P因为两种同位素同时存在时，不易把它们区分开来。然后标记了的细菌用T2噬菌体去感35S，32P。实验的第二步，用标记了的噬菌体去未标记的细菌，然后测定宿主细胞的同位素标记。用35S标记的噬菌体时，宿主细胞内很少有同位素标记；而大多数的35S标记的噬菌体蛋白质附着在宿主细胞的外面——在噬菌体的外壳中。用32P标记的噬菌体时，在蛋白质外壳中很少有放射性同位素，而大多数的放射性标记在宿主细胞内（11－2）。所以在时进入细菌的主要是DNA，而大多数蛋白质在细菌的外面。这样看来，噬DNA，释放的是跟原来一样的噬菌体，可见在噬菌体的生活史中，DNADNA烟草花叶病的重建对的研究逐渐深入以后，发现好多含有RNA和蛋白质，却没有DNA。应用RNA进行重建实验，证明在只有RNA，而不具有DNA的中，RNA这实验是用烟草花叶病（tobaccomosaic Conrat，1956）。TMV是一种RNA，它有一圆筒状的蛋白质外壳，由很多相同的蛋白质亚基组成；内中有一单链RNA分子，沿着内壁在蛋白质亚基间盘旋着（图11－3）。约含有6％的RNA和94％的蛋白质。那末在这种RNA中，遗传信息在RNA上，还是在把TMV在水和苯酚中震荡，把的RNA和蛋白质分开，分别去烟草。单是的蛋白质，不能使烟草；单是的RNA，可以使烟草，RNA进入叶子细胞，进行繁殖，产生正常的后裔。单是RNA的效率很差，可能因为RNA露，在过容易被酶所降解。用RNA酶处理RNA，就完全失去力。TMV异来加以区别。例两株系，它们的外壳蛋白就不同：S株系（standardstrain）的HR（HolmesRibGrassstrain）氨基酸。Fraenkel－ConratSHR株系的RNA，然后把它们结合起来，形成杂种（图11－4，5）。这些杂种，有着S株系的外壳，可被抗S株系的抗体所失活，但不受对HR株系的抗体所影响。当杂种用来烟草时，病斑总是跟RNA授体的病斑一样，从病斑分离的可被对HR株系的抗体所失活。所以显而易见，第二代颗粒具有HR株系的RNA和HR株系的蛋白质外壳。把HR株系的蛋白质和S株系的RNA结合起来，形成杂种。把重建的来感此外，小儿麻痹症的RNA，脑炎的RNA，都可单独地引起。所以我们可以这样说，在不含DNA，而只含有RNA的中，和形成新颗粒所必需的遗传信息RNA（3）球菌的转化DNA是遗传物质的主要来自球菌（Diplococcus oniae，或简写为p （strains），但只有光滑型（S）菌株能引起疾病。这些菌株在每一细胞外面有多糖长成粗糙型（R）菌落。Griffith（1928）发现，用热杀死的S型细菌和活的无毒的R型细菌注射到小鼠中，不仅很多小鼠因败血症而，而且从它们的心脏血液中找到活的S型细菌（图11－6）。活的R型细菌，或死的S型细菌分别注射时，都不引起败血症。这说明，用热杀死的S型细菌把某些R型细菌转化为S型细菌，S型细菌有一种物质或转化因素（transformingprinciple）RAvery和他的同事经过10年工作，在离体条件下完成了转化过程，而不是在中。DNASR混和，悬浮在合成培养液中。他们发现，DNADNAR细菌转变为SDNADNADNA（DNase）DNA响。所以从一种型的细胞来的DNA掺入到另一不同型的细胞中，可引起稳定的遗传变异；DNA我们现在毫不迟疑地接受这个，认为DNA是遗传物质。但是在Avery等的实验刚的时候（1944），人们还是以怀疑的眼光看待这个实验的。虽然已证明，DNA酶破坏DNA因素。随后科学工作者继续纯化DNA，证明蛋白质不可能是转化因素。直到1949年，蛋白质杂质已降低到仅仅是0.02％，得到的高度纯化的DNA不仅仍可引起转化，而且DNA纯度家蚕等取得成功的（11－2）。这些转化实验看上去很像定向诱变，也就是用特定处DNADNA缘故。Fox-Allen（1964）在双球菌中，Bodmer-Ganesen（1964）在枯草杆菌中，用DNA这样，转化是一个直接，证明性状本身是不遗传的。在本实验中，多糖类是不遗DNA（RNA）。DNADNA吗？它的方式是怎样的，它能符合遗传物质的恒定性的要求吗？DNARNA（nucleicacids）DNA高等动植物体内，绝大部分的DNA在细胞核内的上，它是构成的主要成DNARNA胞质中都有，核内则地集合在核仁上，少量在上。细菌也含有DNA和RNA。多数细菌（噬菌体）只有DNA，植物大多数是RNA，少数是DNA，动物有些含有RNA，DNA。来构成的（图11－7）。因为碱基通常有4种，所以核苷酸也有4种，它们的名称是腺嘌呤脱氧核苷酸、胞嘧啶脱氧核苷酸、鸟嘌呤脱氧核苷酸和胸腺嘧啶脱氧核苷酸。DNA4（11－8），所以也叫做多核苷酸bond）3′5′碳原子相联结（图11-8）DNA（polarity）。如果分子从53′位置。由于这伸中的多核苷酸链（polynucleotidechain）上。XDNADNA或若干原子团（groupsofatoms）的位置。这个技术极为复杂，计算点子的分散角度的程序也极为繁重。所得的数据表明，DNAChargaff（1949—1951）DNA，得到几个实验法则：（a）T+C量（嘧啶核苷酸总数）A＋G（嘌呤核苷酸总数）；（b）AT，CGA＋TC+GWatsonCrickDNA第一，DNA（doublehelix）形式（图parallel）。碱基的排列位置跟主线成直角，向DNA分子的突出。一条链上的碱基总是跟另一条链的同一水平上的碱基配对，每对碱基由弱氢键（weakhydrogenbond）联结起来。（11－11）DNA对（pairsofbases）H23ATGCAT合在一起，位置有余。而且有两个氢键的碱基（A或T）正常不能和有三个氢键的碱基（CG）A只能与TCGA，则另一个链TTACGGC。所以DNA这正是Chargaff所观察到的。应该注意到，对DNA分子中碱基顺序没有限制，所以A＋TG＋CChargaff700，DNA3×106-12DNA大致上有4千—40亿个核苷酸对。一个DNA分子是很细很细的纤丝，从地球到那样的长度，还没有半克重，所以显而易见，DNA双链DNA的不同构型两条DNA链反向平行，一条是5′→3′，另一条是→5′，两条互补链相互缠绕，形成双螺旋（doublehelix）。这种双螺旋构型可有几种形3B－DNAWatson－CrickDNADNAB－DNA10.4（nucleotidepairs），10.4（base脱水状态时，DNA常以A型方式存在。中DNA分子可能很少以A型方式存在，但在活体中DNA—RNA异源双链（heteroduplexes，即DNA链的碱基与RNA链的碱基互补配对）RNA—RNADNA的变性和复性将双链DNA在中性盐溶液中加热，DNA分子的共价键不受影响，而（renaturation）或退火（annealing）DNA0.18mol／L0.018mol／L100℃10DNA10DNA100℃DNADNA50％成为单链时，所需温度称为解链温度（meltingtemperature），TmDNA，AT2，GC3GC，DNA用来单链DNA，进行多核苷酸链间的分子杂交，测定异源双链的同源性（homology，也就是碱基序列间的相似性）GCDNADNA的如果遗传信息是在DNA分子的碱基顺序上，那末这个顺序在细胞时必须保持不变，所以一个DNA分子时，产生的两个子分子必须互相一样，而且也跟亲分的氢键断裂，两条核苷酸链的旋绕松开，碱基来。用譬喻来说，DNADNAconservativereplication）（daughterDNAmolecules）（polymerase），DNAKornberg44E.ColiDNAMg2+，此外再投入从细胞中抽提出来的DNA作为合成的引物（primer）和模板（temte），最后合DNA（11－13），DNA（11－4）。换句话DNA4DNADNA，DNADNADNADNA：（a）作为合成反应的起始点，即作为引物。三磷酸脱氧核苷通过磷酸二酯键（phosphodiesterbond），3′-OHDNADNA（b）DNA3′－OHDNA（11－14）关于半保留性的实验Meselson和Stahl（1958）用实验方法证明，DNA复生长过，重同位素进入含氮碱基，然后掺入新合成的DNA链中。在15N中经过多次细胞DNA15N（14N）的培养基中，经过一次或二次细胞，抽取细菌样本，从每一样本中提取DNA，进行氯CsClCsCl-离子分散在整个溶液中。CsClCsCl的续的浓度梯度；溶液的密度在离心管底部最大，而在离心管顶部最小。如果DNACsClDNACsClDNA15N带，位置较低，可以称为重带（heavyband）14NDNA带，位置较高，可以称为轻带（lightband）。MeselsonStahl（11－15），15N14N一代，从这些细胞抽取的DNA形成一条带，位置在重带与轻带之间。如果是半保留DNA15N14N14NDNA高等生物中的DNA也曾在有些植物中研究过。在这些实验中观察单位不是DNA分子，而是含有DNA的（Taylor，1958）。决定氚在中的位置。胞中，而且存在的数目表明的次数。行放射自显影，观察第一次和第二次，结果如图11－16所示。第一次中期，两条染色单体都均匀地标记上了；而标记后第二次中期，可以看到一个中，有这些结果可以这样说明：在间期的G1期时，未，每一是一条DNA双键，进入S期后，DNA双链在3H-胸腺嘧啶核苷存在下，所以经G期而进入标记后第一次期（M期）时两条染色单体都被标记上了。第二次（S期）是在没有胸腺嘧啶核苷的培养基中进行，所以到标记后第二次期（M期）时只有一条染色单体是被标记的。从而这个实验在水平上表明了DNA双链的是半保留的。22（bromodeoxyuridine，BrdU）的培养液中经过两次，然后用Giemsa染色，结果就出现所谓色差（harlequinchromosomes）。因为在BrdU中所合成的DNA链很明DNA的是半保留的（图11－17，并请参照图11－16）。由放射自显影看DNA大肠杆菌的是环状的双链DNA。Cairns（1963年）用放射性同位素标记大肠杆菌，他发现两个圆形的链在时分开，每一链分别，这种就出现Y形叉（replicationfork）。细菌细胞在含3H-胸腺嘧啶核苷的培养基中生长，DNA时，放射性同位素掺入DNA热培养基中经过不同时间的培养和不同次数的后，从细菌细胞抽取DNA，漂浮到膜11－1811－19的眼球数仅限于一个。可见DNA的从一点开始，随着叉（replicationfork）同时向两侧移动，眼球部分渐渐扩大，最后成为两个环状分子，完毕。噬菌体和质粒的DNA大都以这种方式；但也有从起始点发动后，仅向一方进行的。（replicon）。子必然存在有的起始点（originofreplication），与有关的蛋白质，如DNA聚合酶等就在这儿起作用，使开始。一旦开始，即进行到底；几个起始点（图11-20）。根据放射自显影推断，起始点与起始点之间的距离随生物种类而异，大致在10—250μ之间。这个长度含有3×104-8×105碱基对，相当于E．coli染色1—20％。高等生物的是多子（multi-replicon），原核生物的是单子，两者是不同的。因此，尽管每个叉的移动速度以细菌为快，但全体的速度还是高等生物方面快。又的速度随细胞种类和生理状态而异，但这不是由于复制叉移动速率（即速率）不同，是由从那个起始点开始决定的。DNA聚合酶DNA的特点是以DNA自体作为模板，但在DNA聚合反应中还需要DNAKornbergDNA2DNAE．coliDNADNA10DNA400DNA3DNAα，β和γDNADNA链的伸长构成DNA的两条核苷酸链是逆向平行的，从而叉向两侧推进5′→3′，3′→5′。可是已知的DNA聚合酶只能以5′→3′方向合成DNA，为了解决这个，提出了不连续复制（discontinuousreplication）DNADNADNA冈崎片段（Okazakifragment）。图11－21是DNA过程的模式图。随着叉的移动，分开的两条DNA链分别合成一条新的互补链。在起始点的一侧，DNA合成的方向与叉移动的方向相同，但在另一侧，DNA合成的方向与叉移动的相反。这时先形成由若干核苷酸而成的RNA引物（RNAprimer）RNADNADNA成。E．coli100200RNARNA是称作引物酶（primase）RNADNADNA5RNA已被除去。在这阶段中，DNA5′→3′方向降解多核苷酸链的核酸外切酶活性（exonucleaseacti-vity），另DNARNADNA（ligase）的作用，DNADNARNADNARNADNA还有许多蛋白质参与。DNA双螺旋必须在过旋转，因为两条链是相互缠绕的。这是由一类称为拓扑异构酶（topoisomerases）DNA种构型变为另一种构型（11－22）。例如拓扑异构酶Ⅱ或促旋酶（gyrase）可以促使松DNA（relaxedDNA）DNA（supercoiledDNA）。超螺旋的形成，出现很大的DNADNA（helicase）的参与。此外，DNA的还与其它一些蛋白质有关。通过上述这些蛋白质的协同作用，DNA过程的概括DNA的过程是DNA双链解开，每一条链作为新链合成的DNA图11－21中，下方一条链的是3′→5′。在这链的起点右侧，在DNA聚合酶的参与下，新链连续合成，方向为5′→3′。在叉前沿由于拓扑异构酶的作用，形成超（helicase）等的参与，使亲代双螺旋松开。松开后露出的单链部分由单链结合蛋白（single-strandedbindingprotein）的协助，保持DNADNA5′→3′方向合成的。所以只有在模板链的新区段松开后，新链片段才可开始合成。合成时先要有引物酶（primase）DNARNA为引物。RNADNADNADNADNADNADNARNARNA（ligase）的催化下，使不DNA（11－23）。最后两条新合成的链连同各自的模板链，形DNADNA上面我们证明了DNA是遗传物质，接着又说明了DNA的结构和，现在我们要讨论蛋白质和性状的关系，DNA如何控制蛋白质的合成，以及与DNA等。我们看到的性状是千变万化的，可是经过仔细分析，都跟蛋白质有关。运载蛋白质血红蛋白是脊椎动物血液中的一种蛋白质，它很容易与分子氧结作为结构单位的蛋白质细胞器（膜，核，，线粒体、叶绿体等）是由较例如的脑下垂体前叶产生一种激素——促激素（gonadotropichormone，或GSH），刺激的间质细胞，促进睾酮（testosterone）的分泌，使持续地形成。但在XXY，因为靶的————对促激素的反应减弱，或不起反应所以在这样的中，尿中促激素的排泄量就上升了。抗体在脊椎动物中，一种外来蛋白质，多糖或核酸进入血流，带到淋和并与之结合，身体运用这个系统作为一种防御机制，来防止细菌，等的侵入。因为一个动物从出生以后，不断接触来自微生物等的外来大分子，所以血液中不同患无γ-球蛋白血症（agglobulinemia）的婴儿，血浆中基本上没有γ-球蛋白，不能形成某些抗体，所以在出生半年后，当来的抗体时，对细菌的侵染很敏感，例如在人中，有一种X连锁隐性遗传病——女性化综合症（testicularfeminizationsyndrome），患者的性 是XY，有 素。但由于患者靶组织细胞中的胞液受体（cytosolreceptor）异常，对雄激素部分地或全然不敏感，导致雄激素的作用发生，影响成熟和发生，所以有女性体态，而无能力。遗传性状，例如常隐性遗传的性干皮症（xeroderma-pigmentosum），患者有日DNADNA（DNArepairenzyme），DNA20种，有一个共通的结构：是碳原子，一旁是氨基（N端，N-terminalend），另一旁的羧基（C端，C-terminalend），但是连接碳原子上的基团（R）可以很不相同（图11－2520氨基酸从N端到C端规则地连接起来，构成多肽。构成蛋白质的多肽，有的较短，只1020004质中的顺序就决定了它的立体结构和其它的化学和物理性质。20功能。DNA分子以自己为模板，半保留性地，由一个分子成为两个相同的分子，这是自体催化，已在上一节讲过。DNA的另能是控制蛋白质的合成；就是根据它所的DNADNARNA。因为在真核类中，DNA3H（Amoebaproteus）RNARNA是一个直接证明RNA在核中合成，在合成后大多数RNA分子进入蛋白质合成的地方—所以概括地说，DNA控制蛋白质合成的程序是这样的：以DNA为模板，合成RNA，RNA合成后转移到细胞质中，在那儿控制蛋白质的合成。也就是说，DNARNA，然后再转译为蛋白质（11－28）。RNARNADNA，它的碱基可以有任何顺序，也可以各种次数重复（11－29）RNA录方式类似于DNA的，也以DNA为模板，按碱基互补的原则合成的。RNADNARNA，DNARNA，这过程称为转录（transcrip-tion）RNARNADNARNA（messengerRNA）或mRNADNARNA（DNA-dependentRNApolymerase）E．coli（holoenzyme）包括6个多肽，其中5个多肽（a2ββ’ω）构成酶（coreenzyme），第6个多肽称为（promoter），RNARNAσ因子被释放，RNA伸由酶催化。RNA转录到终止区（terminator），合成停止。起动区和终止区确定了factor）的蛋白质是不可缺少的（11－30）。转录不是沿DNA分子全长进行的，是以包括一个或几个的DNA区段为单位进行合成的。合成时作为模板的仅是DNA双链中的一条。这是容易，如果某一区段的DNA如此。而各种实验也证明，在一个时候RNA只从某一DNA单链的某一区段转录，尽管在整DNADNA跟DNA合成一样，由RNA聚合酶催化的RNA合成也是从5′到3′进行。这时作为模板的DNA链与由此合成的RNA链方向是相反的。换句话说，转录时对DNA链是从3′到5′读取的。RNA聚合酶沿DNA双链移动时，DNA双链打开（图11－31），在RNA聚合酶的作用下，游离的三磷酸核苷（ribonucleosidetriphos-phate）的碱基跟DNA的模板链上的露出的碱基配对，随后在排列着的邻近核糖核苷酸间形成3′∶5′磷酸二酯键，这样核糖核 接起来（图11－32）。RNARNARNARNAmRNARNA1％，它的分子特性有很多地方尚待阐明。在原核生物中，它比较不稳定，在完成蛋白质合成的任务后，不久就；但在高等生物的细胞中，mRNAmRNA在细菌中，mRNARNARNA（primaryRNAtranscript）要经过复杂的加工，才从核内转移到在mRNA的5′端加上一个7-甲基鸟苷（7-methylgua-nosine）作为帽子。这鸟这帽子。mRNA的加帽可以促进mRNA对核糖体的结合，从而可以延长mRNA的。（A）（polyA）。这条多聚（A）尾巴对mRNA的稳定性有一定作用，而且可能对mRNA进mRNA52—3（methylation）。据mRNA除的多余核苷酸是从内间隔顺序（interveningsequence）或内显子（intron）转录的；留下来将在细胞质中编码蛋白质合成的区段称为编码顺序（codingsequence）或外显子（exonextron）。mRNA程存，最后才成为成mRNA。遗传我们已经讲过，DNA控制蛋白质的合成，要通过mRNA。mRNA是从DNA的一mRNADNADNADNARNA因为模板DNA的核苷核顺序与mRNA的核苷酸顺序是互补的，所以DNA所的遗传mRNARNA420（11－5），RNA20的排列次序，从而决定蛋白质的专一性呢？要解决这一，只好假定每一种氨基酸不是提出了20种氨基酸的（表11－6）。三个碱基作为一个子（codon），决定一个氨基酸，但4个碱基的各种可能组合数有43=64个，对20个氨基酸是太多了，所以对一种氨基酸的子不一定只是一种。例上的子，如天冬氨酸和天冬酰胺各有两种子，而精氨酸和亮氨酸各有6种子，对一种氨基酸有两种以上的子的情况，叫做兼并（degeneracy）。此外像UAA，可是我们还没有谈到mRNA上的遗传从什么地方起读。现在知道，转译时从AUG或GUG起读，所以这子充当多肽（从氨基端开始）的起始信号（startsignal）。但是表11－6中，AUG是甲硫氨酸的子，GUG是缬氨酸的子，那又是怎么一回事呢？从细菌的实验知道，位于mRNA顺序起点的AUG和GUG都代表甲酰甲硫氨酸。在合成多肽时， mRNAAUGGUGmRNAAUGGUGmRNAAUGGUG遗传在生界中几是普遍用的。把子的血红白的mRNA加到从肠杆来的酶和它必要素中，果得到兔子的红白。又如子（shpepapilloma ）有合成氨酸酶，这注射到中，以引起氨酸酶的合成，说有可用来治由于缺精氨酸的精氨酸血（hyperagininema）。这些实验其它一实验，说明遗的遍。RNARNA（ribosomalRNA）rRNA。rRNA（ribosome）的主要成分，蛋白质合成实际上是在核糖体上进行的。rRNARNA82—83％。rRNA核糖体。在核糖体中，rRNA37％，其余部分是蛋白质。在电镜下观察，核糖体呈微小的20nm。每一核糖体由大小两亚基组成。原核类核糖体的大亚基有一个5SrRNA23SrRNA3416SrRNA215.8S，5S28S3rRNA18SrRNA11－33rRNAmRNADNAE．coli23S，16S和5SrRNA是紧密连锁的（E．coli是一个环状DNA分子，其上的自然都是连锁的，所谓紧密连锁，实际上是指毗邻在一起的）。真核类的rRNA也是如此，5SrRNA是单独的以外，也是簇聚在一起的。当转录时，先生成很长的rRNA前体，以后经过酶切，除去中间的间隔序列，才形成相应的rRNA。至于真核类的5SrRNA是分布在好几个上，转录后不需加工，就可成为具有最后结构和功能的5SrRNA分子。在原核类和真核类中，编码rRNA前体的都是多拷贝的。在E．coli中有5—10份，在真核类中，rRNA以串联重复的形式大量的存在于核仁组织中心（nucleolarorganizer）。rRNAAU，CG－33）mRNA53′。核糖体运行mRNA肽完成，核糖体解离，进入下一次的循环（11－34）。mRNAmRNA5′→3mRNAmRNAmRNAmRNA（polyribosomesor——20mRNARNA。RNA（transferRNA）tRNARNA（solubleRNA）sRNA。tRNA在那儿找到自己的位置。这样tRNA就能按照mRNA上的子，把各种氨基酸排列起来。tRNA73—904S，在大肠杆菌中约构成总RNA17—18％。tRNA4（A、U、CG）DNAtRNADNAtRNA（ribonucleases，RNases）tRNA以后再经特定酶的作用，把某些碱基变换为稀有碱基，最后产生成tRNA。G—CtRNAtRNAtRNA60tRNA40tRNA4（或臂）（11－35），反子环环中有3个碱基形成反子（anticod-on）。在核糖体上进行蛋白质合成时，反子与mRNA上相应的三联体——子对合。在苯丙氨酸tRNA（tRNAPhe）中，苯丙氨酸的子是5′UUC3′（5′端是子的第一位，3′端是第三位），而tRNAPhe的反子是3′AAG5′，说明它们符合于核酸结构中的配对关系，而RNA氨基酸臂所有tRNA3′端都以CCA—OH结尾。这群核苷酸不是由模板DNA转3A能与识别特定氨酰基-tRNA（aminoacyl-tRNAsynthetase）有关。某些tRNA还有一额外环（extraloop），含有2—13个不配对碱基，位于 子与反子的对合方式tRNA有很多种类，各有不同的反子，它们具有能与特定氨基酸结合的能力。由于tRNA的反子按一定规则与mRNA子相对合，从而反子是3′AGU5′，Ⅲ型的反子是3′UCG5′，因此前者与5′UCA3′对合，后过tRNA的媒介，完全不同的子可以编码同一氨基酸。还有，如我们细看遗传表（表11－6）就会发现，子的第三位碱基不及前面两个碱基重要。例如丝氨酸的tRNAI型的反子是3′AGU5′，不仅与子UCA对合，而且也与UCU，UCC和UCG对合，Ⅲ型的反子是3′UCG5′，除与子AGC对合外，也与AGU对合，这样通过2种tRNA作媒介，可以把6种不同的子都转译为丝氨酸，使tRNA种类得以减少，不一定要像密码子数目一样多。Crick（wobblehypothesis）。他认为反子5′端的碱基并不一定总是跟子3′端（第3位）碱基是互补的，也就是说可以摆动的（11－7）。氨基酰-tRNA蛋白质合成时，tRNAtRNAtRNA（aminoacyl-tRNA）。例tRNA（tRNAPhe）必须跟一个苯丙氨酸分子结合，形成苯丙氨酰-tRNA（