遗传学基因突变

1第八章基因突变生物进化2突变染色体畸变基因突变基因重组本章纲要基因突变的含义和特征突变的表现和检出基因突变的分子机制基因突变的修复31基因突变的含义和特征突变(mutation)

：由德弗里斯(DeVriesH.）在1901～1903年提出的。他在月见草中发现多种可遗传的变异，因这些变异是不连续的，好象是突然发生，故叫“突变”。后来的研究表明他所说的突变是属于染色体数目的变异。41.1基因突变的概念DeVriesH.月见草5基因突变：由Morgan（1910）提出，他在果蝇中发现了白眼雄性果蝇，又实验证明白眼是性连锁基因突变（点突变,pointmutation）。果蝇（Drosophila

）MorganT.H.6突变(mutation)：包括基因突变和染色体畸变基因突变(genemutation)：是指由于基因内部某一位点的结构发生改变，使其由原来的存在状态而变为另一种新的存在状态，即变为它的等位基因。突变体(mutant)：携带有突变基因或染色体的细胞或个体1.2基因突变的一般特征1.2.1突变的随机性7突变的无目的性和不确定性（不定向性）突变可发生在个体发育的任何时期发生配子期或合子期、胚胎期、幼龄期和成熟期的体细胞中。

生殖细胞突变

(germinalmutation)

体细胞突变

(somaticmutation)

1.2.2突变的稀有性8

在自然界条件下基因的突变率很低，每代每个基因的突变率，果蝇10-4～10-5，人类10-4～10-5，细菌10-5～10-7。有性生殖生物：常以突变型配子占总配子数的百分比来表示突变率。原核生物：则用一定数量的细胞在分裂一次过程中发生突变细胞的次数表示。通常，多细胞真核生物的突变率高于单细胞原核生物。突变率（mutationrate）：是指在一个世代中或其他规定的单位时间内，在特定条件下，一个细胞发生某一突变的概率。各种生物的某些座位的自发突变率9生物性状频率噬菌体T2溶菌抑制，r→r+1×10－8细菌乳糖发酵，lac-→lac+2×10－7玉米皱缩种子，SH→sh1×10－6小鼠白化，c+→c1×10－5人血友病A，h+→h3×10－51.2.3突变的可逆性10野生型突变型正向突变回复突变一般来说，回复突变率<<正向突变率回复突变包括三种可能：1）核苷酸完全回复，和野生基因型一模一样；

2）密码简并水平，还是编码相同氨基酸；

3）突变后编码的氨基酸性质和原来的大致相同，不改变原有理化性质。抑制突变:某一座位上突变产生的表型效应被另一座位上的突变所抑制，

使突变体又恢复成正常表型的现象。

又可分为“基因内抑制”和“基因间抑制”11回复突变m-m-m+×m-突变型野生型野生型回复部分突变型子代（重组子）s+s-s+s+1.2.4突变的重演性

指同种生物中相同基因突变可以在不同个体、不同的世代重复出现。例如实验室里饲养的果蝇中，白眼突变体多次出现；人类视网膜母细胞瘤基因在人群中时有发生，患者都是由Rb基因突变所致。121.2.5突变的多向性13

wa杏色

wb黄

w

白眼wbf

浅黄W+

红眼复等位基因：位于同一基因位点上,具有3个或3个以上不同形式的等位基因，如人类的ABO血型系统1.2.6突变的有害与有利性多数基因突变对生物体的生长发育有害，一般表现为生活力和可育性的下降以及寿命的缩短。14白化病镰刀型细胞贫血症正常红细胞镰刀型红细胞基因突变的利弊性是相对有的突变对生物本身有害，却对人类有利

例如玉米、水稻、高粱等作物的雄性不育性，是人们利用杂种优势的好材料。15有些突变对生物本身有利，却对人类不利。

例如谷类作物的落粒性。有些突变不影响个体的生活力或生殖力,称为中性突变。如小麦粒色的改变。2.基因突变的类型2.1根据基因的显、隐性特点分类16

显性突变(dominantmutation)，突变基因在F1杂合体(Aa)中表现出突变性状，为显性突变。

隐性突变(recessivemutation)，突变基因在F1杂合体中不表现出突变性状，在F2代群体中分离出突变表型的个体(aa)，则叫隐性突变。2.2根据基因突变的来源分类自发突变或自然突变(spontaneousmutation)：在自然条件下发生的突变。突变频率很低。17诱发突变(inducedmutation)：人工运用物理、化学或生物方法诱发的突变，突变频率大大提高。物理方法：x、α、β、γ等射线和紫外线；化学方法：碱基类似物、烷化剂和吖啶类染料；生物学方法：T-DNA插入、转座子。2.3基于突变被辨认的方法分类18可见突变/形态突变（visible/morphologicalmutation)生化突变

(biochemicalmutation)致死突变

(lethalmutation)条件致死突变

(conditionallethalmutation)可见突变/形态突变：19

指突变体在形态结构、大小、颜色等可直接观察到的性状改变。如果蝇的残翅、白眼均为可见突变。

WTMutantWTMutant生化突变: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。如细菌营养缺陷型、人类的苯丙酮尿症等。20苯丙酮尿症：是一种常见的氨基酸代谢病，由于苯丙氨酸代谢途径中的关键酶基因突变，使得苯丙氨酸不能转变成为酪氨酸，生成大量的苯丙酮酸，随尿排出，儿童患者可出现先天性痴呆。致死突变严重影响细胞或个体生活力，导致其死亡的突变。又分为显性致死突变和隐性致死突变。21思考题:为什么致死突变一般为隐性？

因为隐性致死基因可以在杂合体中保留下来，而带有显性致死基因的突变体一般不能存活，除非是条件致死突变。例如植物中的白化基因A，由于不能形成叶绿素而死。条件致死突变

指在某些条件下突变体可以存活，在另外的条件下突变体死亡的突变。22T4噬菌体温度敏感突变型：在大肠杆菌中，25℃正常生活，产生噬菌斑；42℃致死，不产生噬菌斑。3.基因突变的检出

基因突变的性状有些是形态上可直接观察，有些则分子水平而直接观测不到的。因此，需要根据各物种的遗传特点、增殖方式、基因突变的性质来设计检测突变的方案。23二倍体高等生物的突变检出3.1大肠杆菌营养缺陷型的检出大肠杆菌（E.coli）的基因组是一条环形DNA，属于单倍体，基因突变易于检测。分为三种，合成代谢功能突变、抗性突变型和分解代谢功能突变。24影印培养法检出营养缺陷型突变基本培养基各种补充培养基因3.2真菌营养缺陷型的检出脉孢霉（粗糙链孢霉）营养缺陷型的检出253.3果蝇突变的检出26BBwaX染色体：棒眼B和杏色Wa，位于倒位环内，交换被抑制Muller-5品系棒眼♀xxwa杏色+/++/BB/B棒眼表型27×♀♂PMuller-5雌蝇待检野生型雄蝇BBWaWaF1♀♂BBWaWa×F2BBBBWaWaWaWaMuller-5Muller-5XYXX单对交配1.野生型2.隐性可见突变3.隐性致死杂合体Muller-5雄蝇3.3.1Muller-5技术检出X染色体的隐性突变28讨论题1、Muller-5技术为什么要使X染色体上含有两个显性的基因？2、Muller-5技术为什么要用抑制交换的X染色体来检测X染色体上的突变？3、可否将Muller-5品系的果蝇换成野生型？3.3.2果蝇第2常染色体上隐性突变的检出29平衡致死系：Cy+Cy+Cy+Cy+Cy++S+S+S+S+S×致死致死翻翅星眼Cy-显性翻翅，纯合致死，位于倒位内，染色交换被抑制S-显性星眼，纯合致死；30×××♂♂♂♀♀PF1F2F3致死翻翅杂合体1.若无突变，1/3野生型2.若可见突变，1/3突变型3.若致死突变，全为翻翅杂合Cy++SCy+Cy++S♀Cy+Cy+Cy+Cy+Cy+Cy+单对交配平衡致死系待检野生型雄蝇平衡致死系翻翅杂合体等位基因？1：2:14基因突变的分子机制4.1突变的分子基础

碱基替换

(basesubstitution)移码突变

(frameshiftmutation)缺失突变

(deletionmutation)4.2自发突变的分子机制4.3诱发突变的分子机制314.1突变的分子基础32转换：DNA分子中一个嘌呤被另一个嘌呤替代或一个嘧啶被另一个嘧啶所替代。AG或TC颠换：DNA分子中一个嘌呤被嘧啶替代或一个嘧啶被嘌呤所替代。AT，AC，GT，GC

一种碱基被另一种碱基替换。有两种形式：转换

(transition)和颠换

(transversion)。碱基替换33同义突变：改变后的密码子编码同一个氨基酸错义突变：改变后的密码子编码另一个氨基酸无义突变：改变后的密码子成为终止子UAA,UAG或UGA

野生型mRNA氨基酸序列碱基替换引发的遗传效应：移码突变34在阅读框内增加或减少一个或几个碱基（不是3的倍数）的改变。分为“插入突变”和“删除突变”。1个或2个碱基对的插入或缺失，造成插入或缺失位点之后整个密码子组合及顺序的改变。

3个或3的倍数个碱基对的插入或缺失，不影响其后的密码子顺序。缺失突变缺失了一个大的DNA片段，缺失的片段范围可以从十几至几千个碱基。35中性突变（neutralmutation):不影响蛋白质正常功能的错义突变。无声突变(silentmutation):不影响蛋白质正常功能的突变，包括中性突变和同义突变。4.2自发突变的分子机制36DNA复制过程中的错误，碱基互变异构、移码DNA自发的化学损伤，包括脱嘌吟、脱氧基和碱基的氧化损伤。转座子(transponsor)

插入遗传重组中的错误4.3诱发突变的分子机制辐射诱变

紫外线：引起DNA同一条链上的相邻的两个嘧啶碱基共价结合，形成嘧啶二聚体。T=T

电离辐射：引起染色体断裂、产生缺失、诱导基因突变37

化学诱变38

(1)碱基类似物：渗入到新合成的子链中，引起碱基的转换5-溴尿嘧啶(5-BU)：与T相似2-氨基嘌呤(2-AP)：与嘌呤碱基相似

(2)碱基修饰剂：对碱基进行化学修饰，引起转换亚硝酸、羟胺烷化剂(芥子气、甲基磺酸甲酯(MMS)和甲基磺酸乙酯(EMS)

(3)DNA插入剂：诱发移码突变吖啶类染料（吖啶橙、原黄素和黄素）5基因突变的修复机制395.1直接修复—光复活(photoreactivation)5.2切除修复(excisionr