2023年2月5日第七章遺傳物質的改變－基因突變

基因突變（genemutation）:是指DNA分子上的一個到幾個堿基的增減、排列順序的改變等。

突變體（mutant）帶有突變基因的細胞或個體第一節基因突變概述

自發突變（spontaneousmutations）：由外界環境因素的自然作用或生物體內在的生理生化過程的改變而引起的突變。

誘發突變（inducedmutations）：由人們利用各種理化因素或其他條件處理引起的突變。蘇州科技學院生物系葉亞新一、基因突變的分類

1、形態突變（morphologicalmutation）:突變體的效應在表型上明顯可見。又稱可見突變（visiblemutation）

2、生化突變（biochemicalmutantion）:突變影響生物的代謝過程，導致一個特定的生化功能的改變或喪失。

3、致死突變（lethalmutation）:影響生物體的生活力，導致個體死亡的一類突變。分為顯性致死突變和隱性致死突變。

4、條件致死突變（conditionallethalmutation）:在某些條件下能成活，而在某些條件下是致死。蘇州科技學院生物系葉亞新二、基因突變的一般特征1、突變發生的時間和部位問題突變發生的時間：理論上，突變可以發生在生物個體發育的任何時期。隨著個體發育的進行，突變發生越遲，則影響越小突變突變體配子嵌合體受精卵蘇州科技學院生物系葉亞新二、基因突變的一般特征1、突變發生的時間和部位問題突變發生的部位：突變可以發生在生物個體的任何組織和器官。生殖細胞突變（germinalmutation）

突變發生在種系（germline）,如果性細胞參與受精過程，那么突變基因傳遞給下一代體細胞突變(somaticmutation)

體細胞突變一般是不能傳遞給后代的蘇州科技學院生物系葉亞新二、基因突變的一般特征2、突變的頻率（突變率）

突變率（mutationrate）：是指在一個世代中或其他規定的單位時間中，在特定的條件下一個細胞發生某一突變的概率。蘇州科技學院生物系葉亞新年齡溫度對基因突變率的影響溫度：0℃-25℃范圍內，每增加10℃，突變率提示2倍以上。年齡：金魚草，正常突變率為1%儲存6-9年后，突變率1.6-5.3%儲存12年后，突變率14.2%蘇州科技學院生物系葉亞新人類基因突變的估算方法有一種遺傳?。很浌前l育不全，是由于常染色體顯性基因引起，調查發現，在94075活產兒中發現有10例這種病情患者，其中2例的雙親之一也是本病的患者，其他病例雙親均正常。4.25x10-5每個基因突變率=患者配子數總配子數=10-2（94075-2）*2=AD方式遺傳：基因突變率=（總數-由遺傳引起人數）x2患者數

-由遺傳引起人數蘇州科技學院生物系葉亞新3、突變的多方向性

由于突變的方向首先受到構成基因本身的化學物質的制約，因而他只能在一定范圍內發生，這就是所謂突變多方向性的相對性Aa1二個等位點Aa1a1三個等位點Aa2a1a3四個等位點蘇州科技學院生物系葉亞新4、突變的可逆性正突變（forwardmutation）：A→a（u）回復突變(backmutation)：a→A（v）his+his-2X10-64X10-8蘇州科技學院生物系葉亞新4、突變的可逆性真回復突變：突變出現在同一點上，恢復原來野生型的堿基順序假回復突變：突變出現在另一位點上。蘇州科技學院生物系葉亞新4、突變的有害性和有利性大多數基因的突變對生物的生長和發育是有害的如致死突變部分突變不影響生物體的正常生理活動如中性突變(neutralmutation)極少數突變對生物體的生命活動有利，如微生物的抗藥性，植物的抗倒伏性等突變的有害性是相對的，在一定的條件下突變的效應可以轉化部分突變性狀對生物體本身有利，而對人類有害，反之亦然。蘇州科技學院生物系葉亞新第二節基因突變的表現及檢出一、突變的表現大突變：控制質量性狀的基因突變微突變：控制數量性狀的基因突變實驗表明：在為突變中出現有利突變的概率要高于大突變蘇州科技學院生物系葉亞新第二節基因突變的表現及檢出二、突變的檢出1、作物突變基因的檢出顯性突變：通過三代檢出隱性突變：通過二代檢出蘇州科技學院生物系葉亞新第二節基因突變的表現及檢出2、果蠅突變型的檢出（1）果蠅性連鎖突變的測定CLB法：鑒別果蠅X-染色體上基因的隱性突變C：X-染色體上的一個大倒位

l：X-染色體上的一個隱性致死基因B：X-染色體上的一個顯性棒眼基因ClBClBClBClBXXClBClB蘇州科技學院生物系葉亞新第二節基因突變的表現及檢出2、果蠅突變型的檢出（1）果蠅性連鎖突變的測定CLB法：鑒別果蠅X-染色體上基因的隱性突變蘇州科技學院生物系葉亞新第二節基因突變的表現及檢出二、突變的檢出2、果蠅突變型的檢出（1）果蠅性連鎖突變的測定Muller-5法蘇州科技學院生物系葉亞新第二節基因突變的表現及檢出二、突變的檢出2、果蠅突變型的檢出（1）果蠅性連鎖突變的測定Muller-5法蘇州科技學院生物系葉亞新第二節基因突變的表現及檢出二、突變的檢出2、果蠅突變型的檢出（2）果蠅常染色體突變的測定平衡致死品系的利用蘇州科技學院生物系葉亞新第二節基因突變的表現及檢出二、突變的檢出3、人類突變型的檢出（1）利用家系分析和出生調查蘇州科技學院生物系葉亞新蘇州科技學院生物系葉亞新第二節基因突變的表現及檢出二、突變的檢出3、人類突變型的檢出（1）利用家系分析和出生調查（2）通過凝膠電泳進行分析4、微生物突變體的檢出（1）抗性突變株的檢出（2）溫度敏感突變株的檢出（3）營養缺陷型突變株的富集青霉素濃縮法蘇州科技學院生物系葉亞新蘇州科技學院生物系葉亞新蘇州科技學院生物系葉亞新第二節基因突變的表現及檢出二、突變的檢出4、微生物突變體的檢出三種突變性的篩選與檢測原則蘇州科技學院生物系葉亞新第三節誘發突變誘發突變的兩個明顯特點：突變的有害性突變的隨機性一、輻射誘變直接作用：損傷DNA的骨架，造成斷裂間接作用：通過細胞照射后產生過氧化氫和游離基的繼發反應，導致誘變蘇州科技學院生物系葉亞新（一）電離輻射1、誘變機理①鹼基變化主要是由OH-自由基引起，包括DNA鏈上的鹼基氧化修飾、過氧化物的形成、鹼基環的破壞和脫落等。一般嘧啶比嘌呤更敏感。②脫氧核糖變化

脫氧核糖上的每個碳原子和羥基上的氫都能與OH-反應，導致脫氧核糖分解，最后會引起DNA鏈斷裂。③DNA鏈斷裂這是電離輻射引起的嚴重損傷事件，斷鏈數隨照射劑量而增加。④交聯包括DNA鏈交聯和DNA-蛋白質交聯蘇州科技學院生物系葉亞新（一）電離輻射1、誘變機理自發突變率：10-6左右輻射誘變率：10-3左右2、遺傳效應（1）輻射劑量與突變頻率在一定范圍內成正比蘇州科技學院生物系葉亞新蘇州科技學院生物系葉亞新（一）電離輻射四個輻射劑量：致死劑量：經照射后生物體全部死亡的劑量半致死劑量：經照射后成活率為50%的劑量臨界劑量：成活率為60%的劑量允許劑量：成活率大于60%的劑量人細胞體外培養：允許劑量：50---100R>100R放射病>400R急性死亡蘇州科技學院生物系葉亞新（一）電離輻射1、誘變機理2、遺傳效應（2）輻射效應有累積效應高強度急性照射導致的突變率等同于低強度慢照射MF(2000R10min)=MF(1000R20min)當照射劑量相同時：連續照射等同于間隔分次照射蘇州科技學院生物系葉亞新（二）非電離輻射誘變（紫外線誘變）

紫外線是一種電磁波，能量很小，只能產生激發作用。紫外線引起的DNA損傷

DNA分子損傷最早就是從研究紫外線的效應開始的。當DNA受到最易被其吸收波長（～260nm）的紫外線照射時，主要是使同一條DNA鏈上相鄰的嘧啶以共價鍵連成二聚體，相鄰的兩個T、或兩個C、或C與T間都可以環丁基環（cyclobutanering）連成二聚體，其中最容易形成的是TT二聚體.。蘇州科技學院生物系葉亞新二、化學誘變

特點：突變率較低，對基因的損傷小，而且有利突變類型較多，有些化學藥物的誘變作用有特異性，能夠誘發一定類型的突變。1、堿基類似物2、擬輻射化合物

蘇州科技學院生物系葉亞新1、堿基類似物：

結構類似DNA分子中的某些堿基，它們插入生物體DNA分子中，代替正常堿基。當DNA復制時，發生錯誤配對，導致堿基排列次序的變異2、擬輻射化合物：

這類化合物能使染色體斷裂，產生移碼突變，作用類似于輻射作用蘇州科技學院生物系葉亞新三、突變熱點和增變基因

Hotspotisasiteatwhichthefrequencyofmutation(orrecombination)isverymuchincreased.蘇州科技學院生物系葉亞新三、突變熱點和增變基因形成突變熱點的最主要原因是5-甲基胞嘧啶的存在增變基因（mutatorgenes）:是指基因組中某些基因的突變可使整個基因組的突變率明顯上升，這些基因稱為增變基因這類基因有兩類：DNA多聚酶基因：校對作用dam基因：錯配修復蘇州科技學院生物系葉亞新

第四節突變的分子基礎堿基替換（basesubstitution）：是指一對堿基由另一對堿基代替，如A-T堿基對由G-C所替換。移碼突變(frameshiftmutation)：是指增加或減少一個或幾個堿基對，使堿基順序發生改變。蘇州科技學院生物系葉亞新

第四節突變的分子基礎一、堿基替換（basesubstitution）

轉換（transition）：DNA分子中，一個嘌呤被另一個嘌呤，或者一個嘧啶被另一個嘧啶替換。

顛換（transversion）：DNA分子中，一個嘌呤被嘧啶代替，或者嘧啶被嘌呤代替。蘇州科技學院生物系葉亞新一、堿基替換（basesubstitution）1、堿基類似物（如5-Bu、2-Ap等）蘇州科技學院生物系葉亞新一、堿基替換（basesubstitution）1、堿基類似物（如5-Bu、2-Ap等）蘇州科技學院生物系葉亞新一、堿基替換（basesubstitution）1、堿基類似物（如5-Bu、2-Ap等）蘇州科技學院生物系葉亞新一、堿基替換（basesubstitution）1、堿基類似物（如5-Bu、2-Ap等）蘇州科技學院生物系葉亞新一、堿基替換（basesubstitution）2、改變DNA分子結構的誘變劑（如亞硝酸NA、烷化劑等）亞硝酸對DNA的主要作用是氧化脫氨基作用蘇州科技學院生物系葉亞新一、堿基替換（basesubstitution）2、改變DNA分子結構的誘變劑（如亞硝酸NA、烷化劑等）蘇州科技學院生物系葉亞新一、堿基替換（basesubstitution）2、改變DNA分子結構的誘變劑（如亞硝酸NA、烷化劑等）蘇州科技學院生物系葉亞新二、移碼突變（frameshiftmutation）蘇州科技學院生物系葉亞新二、移碼突變（frameshiftmutation）如丫啶類蘇州科技學院生物系葉亞新二、移碼突變（frameshiftmutation）蘇州科技學院生物系葉亞新二、移碼突變（frameshiftmutation）蘇州科技學院生物系葉亞新二、移碼突變（frameshiftmutation）蘇州科技學院生物系葉亞新二、移碼突變（frameshiftmutation）蘇州科技學院生物系葉亞新三、基因突變與氨基酸順序（一）堿基突變與氨基酸順序1、同義突變（same-senseorsynonymousmutation）：

是指堿基發生替換后堿基順序發生改變，密碼子因此而發生改變，但合成的多肽鏈氨基酸順序沒有改變蘇州科技學院生物系葉亞新三、基因突變與氨基酸順序2、錯義突變（mis-sensemutation）

是指堿基發生替換后，使氨基酸順序發生改變，造成蛋白質部分或全部失活，從而表現出突變性狀。蘇州科技學院生物系葉亞新三、基因突變與氨基酸順序2、錯義突變（mis-sensemutation）蘇州科技學院生物系葉亞新三、基因突變與氨基酸順序3、無義突變（non-sensemutation）是指堿基突變后產生無義密碼從而產生沒有活性的多肽片段4、抑制突變

是指由于tRNA結構的變異在轉譯水平上發生的，當發生錯義或無義突變后，由于反密碼子的改變，使得改變了的遺傳信息將錯就錯的轉譯出來。蘇州科技學院生物系葉亞新三、基因突變與氨基酸順序4、抑制突變AUGAUC蘇州科技學院生物系葉亞新三、基因突變與氨基酸順序(二)移碼突變和氨基酸順序蘇州科技學院生物系葉亞新三、基因突變與氨基酸順序(二)移碼突變和氨基酸順序蘇州科技學院生物系葉亞新

第五節重組的分子基礎一、有關基因重組的兩個分子模型1、斷裂愈合模型2、復制選擇模型蘇州科技學院生物系葉亞新

第五節重組的分子基礎二、基因轉換

基因轉換(geneconversion):是指在染色體重組過程中偶爾出現的一個基因轉變為它的等位基因的不規則交互現象。蘇州科技學院生物系葉亞新蘇州科技學院生物系葉亞新蘇州科技學院生物系葉亞新蘇州科技學院生物系葉亞新

第五節重組的分子基礎二、基因轉換

基因轉換(geneconversion):是指在染色體重組過程中偶爾出現的一個基因轉變為它的等位基因的不規則交互現象。蘇州科技學院生物系葉亞新

第五節重組的分子基礎二、基因轉換

基因轉換(geneconversion):是指在染色體重組過程中偶爾出現的一個基因轉變為它的等位基因的不規則交互現象。

染色單體轉換（chromatidconversion）：是指一條染色單體發生基因轉換，及基因轉換影響DNA雙鏈中的二條鏈。（6：2）

半染色單體轉換（half-chromatidconversion）：是指一條染色單體的一半發生基因轉換，及基因轉換影響DNA雙鏈中的一條鏈。

堿數后分離(post-meioticsegregation)：是指由于半染色單體轉換而使得子囊孢子的分離發生在減數分裂后的有絲分裂中。（5：3

3：1：1：3）蘇州科技學院生物系葉亞新

第五節重組的分子基礎三、重組的分子基礎

雜種DNA分子模型：每一條染色單體是一條DNA雙鏈，一對同源染色體有四條DNA雙鏈，在每條DNA雙鏈上有固定斷裂點，它是核酸內切酶的作用位點，在減數分裂前期，兩條同源DNA分子配對聯會，核酸內切酶發生作用，在斷裂點上，把兩個非姐妹DNA分子（極性相同）的一條鏈切斷，被切斷的鏈從固定斷裂點脫開，螺旋局部放松，然后借助連接酶的作用，斷鏈以交替方式相互連接，這條斷鏈與那條斷鏈互換位置后形成兩個雜種DNA分子。蘇州科技學院生物系葉亞新

第五節重組的分子基礎三、重組的分子基礎

雜種DNA分子模型：蘇州科技學院生物系葉亞新

第五節重組的分子基礎三、重組的分子基礎

雜種DNA分子模型：蘇州科技學院生物系葉亞新

第五節重組的分子基礎三、重組的分子基礎

雜種DNA分子模型：A、a為標記基因GCGACTATGCGACTATGCGACTAT雜種DNA分子AAaaAAaa親組合重組合蘇州科技學院生物系葉亞新

第五節重組的分子基礎三、重組的分子基礎

雜種DNA分子模型：蘇州科技學院生物系葉亞新

三、重組的分子基礎

雜種DNA分子模型：蘇州科技學院生物系葉亞新

第二節重組的分子基礎三、重組的分子基礎

雜種DNA分子模型：蘇州科技學院生物系葉亞新

第五節重組的分子基礎

雜種DNA分子模型關于基因轉換發生的時間：交換（或重組）在減數分裂過程中發生基因轉換是在有絲分裂過程中經修復校正而發生蘇州科技學院生物系葉亞新

第五節重組的分子基礎

雜種DNA分子模型在雜種DNA分子中，當斷裂和愈合發生在同樣二條鏈上時，標記基因未發生重組，表現2：2分離，因此是親組合。當斷裂和愈合發生在另外兩條單鏈上時，標記基因發生重組，表現1；1：1：1，因此是重組合。不管親組合、還是重組合，這兩種雜種DNA分子中都有異型雙鏈（雜種雙鏈），因此在有絲分裂過程中發生修復、校正，從而表現正常4：4、異常6：2、5：3、3：1；1；3的分離比。蘇州科技學院生物系葉亞新

第五節重組的分子基礎

雜種DNA分子模型蘇州科技學院生物系葉亞新

第六節DNA的損傷和修復一、紫外照射對DNA的損傷和修復蘇州科技學院生物系葉亞新

第六節DNA的損傷和修復一、紫外照射對DNA的損傷和修復三種修復系統：光復活切除修復重組修復暗修復蘇州科技學院生物系葉亞新

第六節DNA的損傷和修復一、紫外照射對DNA的損傷和修復蘇州科技學院生物系葉亞新

第六節DNA的損傷和修復一、紫外照射對DNA的損傷和修復蘇州科技學院生物系葉亞新

第六節DNA的損傷和修復一、紫外照射對DNA的損傷和修復蘇州科技學院生物系葉亞新

第六節DNA的損傷和修復二、SOS修復（誘導修復、應急反應）

SOS修復：是指細胞DNA受到較大損傷或復制系統受到抑制的緊急情況下，為求生存而出現的應急修復作用。

SOS修復是由RecA蛋白和LexA阻遏物相互作用引起的，而這兩個蛋白分別由基因recA、lexA控制。在正常細胞中，SOS系統是關閉的蘇州科技學院生物系葉亞新

第六節DNA的損傷和修復一、紫外照射對DNA的損傷和修復SOS修復蘇州科技學院生物系葉亞新

第六節DNA的損傷和修復一、紫外照射對DNA的損傷和修復SOS蘇州科技學院生物系葉亞新

第七節轉座因子

轉座因子（transposalelement）:是指細胞中能改變自身位置的一段DNA順序。

transposalelementisaDNAsequenceabletoinsertitselfatanewlocationinthegenome(withoutanysequencerelationshipwiththetargetlocus).一、原核生物中的轉座因子根據分子結構和遺傳性質分為三類：插入序列（insertionsequenceIS）轉座子（transposon）轉座噬菌體（transpositionphage）蘇州科技學院生物系葉亞新

第七節轉座因子一、原核生物中的轉座因子1、插入序列（insertionsequenceIS）這類轉座因子上除了帶有和他轉座作用有關的基因以外，不帶有任何其他基因，因此無任何表型效應。各種IS的兩端多是幾個到幾十個核苷酸長度的顛倒重復序列（或稱反向重復序列IR）蘇州科技學院生物系葉亞新TheinsertionofatransposonintoanewsiteisillustratedinFigure.ItconsistsofmakingstaggeredbreaksinthetargetDNA,joiningthetransposontotheprotrudingsingle-strandedends,andfillinginthegaps.ThegenerationandfillingofthestaggeredendsexplaintheoccurrenceofthedirectrepeatsoftargetDNAatthesiteofinsertion.Thestaggerbetweenthecutsonthetwostrandsdeterminesthelengthofthedirectrepeats;sothetargetrepeatcharacteristicofeachtransposonreflectsthegeometryoftheenzymeinvolvedincuttingtargetDNA蘇州科技學院生物系葉亞新TransposonshaveinvertedterminalrepeatsandgeneratedirectrepeatsofflankingDNAatthetargetsite.Inthisexample,thetargetisa5bpsequence.Theendsofthetransposonconsistofinvertedrepeatsof9bp,wherethenumbers1through9indicateasequenceofbasepairs.

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如果某一質粒含有IS，那么這樣的質粒經過變性后再復性，則在電鏡下可見莖環結構蘇州科技學院生物系葉亞新

第七節轉座因子一、原核生物中的轉座因子2、轉座子（transposonTn）這類轉座因子上除了帶有和他轉座作用有關的基因以外，還帶有抗藥基因和其他基因，因此Tn的轉座能賦予宿主獲得有關特性，兩端也有相同的序列，也可形成莖環結構。蘇州科技學院生物系葉亞新蘇州科技學院生物系葉亞新蘇州科技學院生物系葉亞新Figure:Acompositetransposonhasacentralregioncarryingmarkers(suchasdrugresistance)flankedbyISmodules.Themoduleshaveshortinvertedterminalrepeats.Ifthemodulesthemselvesareininvertedorientation蘇州科技學院生物系葉亞新Figure:TwoIS10modulescreateacompositetransposonthatcanmobilizeanyregionofDNAthatliesbetweenthem.WhenTn10ispartofasmallcircularmolecule,theIS10repeatscantransposeeithersideofthecircle.蘇州科技學院生物系葉亞新蘇州科技學院生物系葉亞新

第七節轉座因子一、原核生物中的轉座因子3、轉座噬菌體

如E.coli的溫和噬菌體Mu-1,Mu能通過轉座而插入到宿主染色體的幾乎任何一個部位，在它的末端處也有類似的IS序列。

Mu一方面具有溫和噬菌體的特征，另一方面又具有轉座因子的特性，它的轉座率比一般的轉座子要高。

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第七節轉座因子一、原核生物中的轉座因子3、轉座噬菌體Figure15.11Mutranspositionpassesthroughthreestablestages.MuAtransposaseformsatetramerthatsynapsestheendsofphageMu.TransposasesubunitsactintranstonickeachendoftheDNA;thenasecondtransactionjoinsthenickedendstothetargetDNA

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第七節轉座因子二、真核生物中的轉座因子1、酵母菌的轉座因子（TransposonyeastTy）

250bp250bpTy1的結構蘇州科技學院生物系葉亞新

第七節轉座因子二、真核生物中的轉座因子2、果蠅的轉座因子（Pelements

）Figure15.28ThePelementhasfourexons.Thefirstthreearesplicedtogetherinsomaticexpression;allfouraresplicedtogetheringermlineexpression

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第七節轉座因子二、真核生物中的轉座因子2、果蠅的轉座因子（Pelements

）P因子和細菌的轉座因子有許多相似之處：兩端也有IR不同果蠅品系中P因子位置不同，數目也不同插入后在兩端出現8bp的順向重復序列蘇州科技學院生物系葉亞新

第七節轉座因子二、真核生物中的轉座因子2、果蠅的轉座因子（Pelements

）

Figure15.6Nonreplicativetranspositionallowsatransposontomoveasaphysicalentityfromadonortoarecipientsite.Thisleavesabreakatthedonorsite,whichislethalunlessitcanberepaired.蘇州科技學院生物系葉亞新

第七節轉座因子二、真核生物中的轉座因子3、玉米的轉座因子

玉米第九號染色體上有一個解離因子（Ds）Ds的存在可使染色體在Ds附近斷裂的機會大大增加，并因此改變基因的表型效應

Ds基因的存在抑制了相鄰座位上的色素基因C的表現，玉米籽粒表現為無色，當Ds基因轉座到染色體的其他位置時，抑制作用解除，玉米籽粒表現有色

激活因子Ac位于不同的染色體上，Ac因子越少，則由Ds引起的染色體發生斷裂得越早，玉米籽粒的色斑越大，反之也然。

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第七節轉座因子二、真核生物中的轉座因子3、玉米的轉座因子

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第七節轉座因子二、真核生物中的轉座因子3、玉米的轉座因子Figure15.22Abreakatacontrollingelementcauseslossofanacentricfragment;ifthefragmentcarriesthedominantmarkersofaheterozygote,itslosschangesthephenotype.Theeffectsofthedominantmarkers,CI,Bz,Wx,canbevisualizedbythecolorofthecellsorbyappropriatestaining.蘇州科技學