基因组进化的分子基础突变

XiaofangXieCollegeofLifeScienceFujianAgricultureandForestryUniversity

基因与进化基因组进化的分子基础—突变现在是1页\一共有34页\编辑于星期五生物进化基因组进化获得新功能生命过程的优化(调控途径)新基因新蛋白

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是2页\一共有34页\编辑于星期五

基因组进化的分子基础DNA序列组成的改变DNA突变重组自发外因诱导序列组成的改变序列倍增/缺失获得外源序列

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是3页\一共有34页\编辑于星期五基因组进化的关键过程MUTATION&RECOMBINATION现在是4页\一共有34页\编辑于星期五VARIATION(变异)

RECOMBINATION(基因重组)染色体间－减数分裂中染色体的自由组合染色体内－染色体的重排(rearrangement)转基因－体外重组

MUTATION(突变)基因突变染色体畸变（aberration）

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是5页\一共有34页\编辑于星期五P373MUTATION&RECOMBINATIONPHENOTYPE

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是6页\一共有34页\编辑于星期五MUTATION(deficiencyinDNArepair)

POINTMUTATION(点突变)INSERTION(插入)DELETION(缺失)ERROROFDNAREPLICATION2.MUTAGENS(诱变剂)

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是7页\一共有34页\编辑于星期五QUESTIONSHOWMUTATIONHAPPENED?WHATEFFECTSONGENOME&ORGANISM?WHETHERMUTANTRATIOCOULDBEPROMOTEUNDERCERTAINSITUATION?HOWMUTATIONBEREPAIR?

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是8页\一共有34页\编辑于星期五突变的起因SPONTANEOUS突变错误逃避了在DNA复制叉上合成新的多聚核苷酸的DNA聚合酶的校正P374AOK½NO重复复制CAGTF1F2OKNO

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是9页\一共有34页\编辑于星期五突变的起因-22.诱变性突变诱变物与亲代DNA反应，造成其结构的改变，影响了核苷酸的碱基配对的能力。F0代--F1代F2代P374图BgchangedmutantfullmutantgcgcgcMUTAGENS现在是10页\一共有34页\编辑于星期五FRAME-SHIFT(读码框移位)

异常复制可造成合成的多聚核苷酸中插入少量的多余核苷酸和/或模板中部分核苷酸未被拷贝(INSERTION&DELETION)。编码区FRAME-SHIFT非编码区

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是11页\一共有34页\编辑于星期五REPLICATIONSLIPPAGE（复制滑移）定义：模板链与拷贝链发生相对移动结果：模板重复复制或遗漏新链多/少部分序列发生部位：多发生在有短重复序列时，如微卫星序列故微卫星序列多变原因：诱发复制滑移复制滑移常在已存在的等位基因群体中产生新的长度不同的变异体。异常例：三核苷酸重复序列扩增疾病tri-nucleotiderepeatexpansiondisease造成重复序列延长—蛋白功能异常

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是12页\一共有34页\编辑于星期五复制滑移

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是13页\一共有34页\编辑于星期五复制滑移与人类遗传疾病

可能与近年发现的人类三核苷酸重复序列扩增疾病(trinucleotiderepeatexpansiondisease)有关(Ashley＆Warrenl995)。(1)三核苷酸重复序列延长，造成多聚肽链长度增加，影响蛋白质功能。(2)一些与智力缺陷有关的疾病是由于基因前导区的三核苷酸扩增，产生了染色体容易断裂的脆性位点(fragilesite)(Sutherlandetal,1998)。（3）扩增波及启动子区、内含子或下游非翻译区，从而影响RNA加工、转录效率等。

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COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是15页\一共有34页\编辑于星期五三联体扩增的原因：

插入的长度较通常的复制滑移(如微卫星序列中所见到的复制滑移)大很多，一旦扩增达到一定长度，在以后的复制中似乎就更易继续扩增，从而使后代的病情进一步加重。特点：发生扩增的三核苷酸序列数量有限，所有这些序列富含GC，有可能形成稳定的二级结构，在此基础上提出一种可能，即扩增与DNA中发卡环的形成有关。

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是16页\一共有34页\编辑于星期五实验证据：

当酵母的RAD27基因失活后，三联体扩增概率大大提高。酵母中的RAD27是哺乳动物编码FENl的同源基因，FEN1是与冈崎片段加工有关的蛋白。

这可能表明三核苷酸重复序列扩增是由后随链的合成异常造成的。

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是17页\一共有34页\编辑于星期五诱变型变异

诱变物一种导致突变的化学或物理因素。诱变方式：碱基类似物复制叉上新生DNA合成时被误认为底物利用直接与DNA反应造成DNA结构改变DNA复制时模板链错误复制间接作用于DNA使细胞合成直接诱变物

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是18页\一共有34页\编辑于星期五化学诱变物1.碱基类似物（BASEANALOGS）与标准碱基类似的嘌呤或嘧啶碱基在细胞合成核苷酸时作为底物掺入（5’-溴尿嘧啶5-bU=胸腺嘧啶）；2.脱氨剂（DE-AMINATINGAGENTS）自发的DNA碱基脱氨作用+化学物质（亚硝胺）3.烷化剂（ALKYLATINGAGENTS）同上，也造成点突变4．嵌入剂（INTERCALATINGAGENTS）与插入突变有关（ETHIDIUMBROMIDE）嵌入剂是扁平分子，可滑入双螺旋碱基对之间，轻微解开螺旋，使相邻碱基对间距扩大

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是19页\一共有34页\编辑于星期五化学诱变物-25.260nm紫外线诱发相邻嘧啶碱基的二聚化/体。缺失突变6.电离辐射可造成点、插入、缺失突变或阻碍基因组复制的DNA损伤。7.热诱导使核苷酸中连接碱基与糖组分的BETA-N糖苷腱水解断裂，常发生于嘌呤造成AP(无嘌呤/无嘧啶)或无碱基位点，并可造成双链DNA的缺口。

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是20页\一共有34页\编辑于星期五WHATEFFECTSONGENOMES？1.同义突变(SYNONYMOUSMUTATION)2.非同义突变(NON-SYNONYMOUSMUTATION)3.无义突变(NON-SENSEMUTATION)4.通读突变(READ-THROUGH)→(function-down)5.移码突变(FRAMESHIFTMUTATION)(happened@insertion/deletionun-triple)

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是21页\一共有34页\编辑于星期五SYNONYMOUSMIS-SENSEREAD-THROUGH现在是22页\一共有34页\编辑于星期五DELETIONMUTATION现在是23页\一共有34页\编辑于星期五P387图

发生在编码区以外的突变对基因组的影响point,insertion,deletionmutationtype/sitechangeofRNAwhichmayinvolvedinDNA-proteinreaction…现在是24页\一共有34页\编辑于星期五突变对多细胞生物的影响1.SOMATICCELLSOSO,ORTUMORGERMCELLBIGPROBLEM功能丧失突变(LOSS-OF-FUNCTIONMUTATION)(多隐性)功能获得性突变(GAIN-OF-FUNCTIONMUTATION)(多显性)延迟突变(DELAYED-ONSETMUTATION)非外显突变(NON-PENETRANCE)(非外显)

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是25页\一共有34页\编辑于星期五HYPERMUTATION高频突变&PROGRAMMEDMUTATION程序性突变在外界环境变化时，细胞增加基因组中突变的发生率，以求继续复制DNA活命例：大肠杆菌（E.coli）免疫球蛋白多样性（重链/轻链的可变区）现在是26页\一共有34页\编辑于星期五现在是27页\一共有34页\编辑于星期五高频突变与程序性突变产生的分子机理：

高突变率似乎是由通常校正复制错误的错配修复系统的异常活动造成的。在基因组的所有其他位置，错配修复系统通过在子链中寻找错配并替换核苷酸以修正复制错误，因为该子链是刚刚合成的，因而含有错误位点。但在V基因片段，该修复系统改变母链中的核苷酸，因此是稳定而不是校正了突变(Cascalhoetal,1998),其机制尚不清楚。

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是28页\一共有34页\编辑于星期五

1988年的一篇报道(Cairnsetal,1988)指出大肠杆菌能将突变限定于某些基因，在细菌所处环境条件下这些基因的突变是有益的。该实验使用了一个大肠杆菌菌株，其乳糖操纵子有一个移码突变，使利用乳糖的蛋白失活。将细菌涂布在以乳糖为唯一碳源的培养基上，只有乳糖操纵子上发生第二次突变，重塑正确阅读框而使乳糖酶得以合成时，细胞才能生长和分裂。该种效应的突变似乎比所预期的要频繁得多，且其发生率比这些大肠杆菌细胞基因组的其他部分要高。

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是29页\一共有34页\编辑于星期五高频突变与程序性突变的生物学意义：

这些实验表明细菌能够根据所面对的选择压力来设计其突变。即：环境能直接影响生物表型，而并非是达尔文所假定的随机过程。现已发现这种定向突变并非局限于特定基因,在整个基因组都有类似的现象(Bridgesetal,1997)，基于基因扩增而非选择性突变的模型也正在试验中(Anderssonetal,1998)。

COLLEGEOFLIFESCIENCE现在是30页\一共有34页\编辑于星期五DNAREPAIR1.碱基切除修复(BASEEXCISIONREPAIR)去除受损核苷酸的碱基，在AP点周围切除多聚核苷酸，并借DNA聚合酶重新合成2.核苷酸切除修复(NUCLEOTIDEEXCISIONREPAIR)同上，用于更严重的DNA受损区3.错配修复(MISMATCHREPAIR)切除异常核苷酸的DNA单链区，再修复其缺口4.损伤修复(LESIONSYN