《突變和重組機(jī)》PPT課件.ppt

第十章 突變和重組機(jī)理,10.1 突變的分子基礎(chǔ),10.1.1 堿基類似物的誘發(fā)突變,堿基替換(base substitution)：一個(gè)堿基對(duì)被另一堿基對(duì) 替換。包括轉(zhuǎn)換(transtion)和顛換(transversion)。,移碼突變(frameshift mutation)：增加或減少一個(gè)或幾 個(gè)堿基對(duì)。,Base analogues 可以在DNA復(fù)制中代替某種堿基，引 起配對(duì)錯(cuò)誤，從而由一種堿基對(duì)代替另一種堿基對(duì)。,5-溴尿嘧啶(5-bromouracil,BU)是胸腺嘧啶的結(jié)構(gòu)類似物。,A,T,A,T,A,BU,G,BU,A,T,A,BU,G,C,G,C,G,BU,A,BU,A,BU,G,C,G,C,A,T,2-氨基嘌呤(2-aminopurine)可取代腺嘌呤與T配對(duì),A,T,AP,T,A,T,A,T,AP,C,G,C,AP,T,疊氮胸苷(AZT, azidothymidine)：T的類似物,是用于治療愛滋病(acquired immunodeficiency syndrome) 的一種藥物。,HIV-1,人的細(xì)胞,反轉(zhuǎn)錄,RNA,cDNA,整合入宿主DNA,新病毒,AZT在病毒RNADNA的階段是反轉(zhuǎn)錄酶的底物，但 在細(xì)胞中卻不是DNA聚合酶的合適底物。這樣AZT的 作用是一種選擇性的毒物，可以抑制病毒cDNA的產(chǎn)物 ，阻斷新的病毒的合成。,10.1.2 改變DNA化學(xué)結(jié)構(gòu)的誘變劑,亞硝酸(nitrous acid,HNO2)：具有氧化脫氨作用。,A,H,HNO2,C,U,HNO2,G,HNO2,X,C,G,NA,U,A,A,T,A,T,NA,H,C,C,G,發(fā)生堿基轉(zhuǎn)換,烷化劑,烷化劑是目前應(yīng)用最廣泛而有效的誘變劑。最常用的有 甲基磺酸乙酯(EMS)、甲基磺酸甲酯(MMS)、亞硝酸胍等。 它們都帶有一個(gè)或多個(gè)活潑的烷基，這些烷基能夠移到 其他電子密度較高的分子中去，是堿基許多位置上增加 了烷基，從而多方面改變氫鍵的結(jié)合能力。,烷化作用主要發(fā)生在堿基的N1、N3、N7位置上。最容易發(fā)生 在G的N7位置上，形成7-烷基鳥嘌呤。 7-烷基鳥嘌呤可與胸 腺嘧啶配對(duì)，從而產(chǎn)生GCAT的轉(zhuǎn)換。,烷化作用可使DNA的堿基容易受到水解而從DNA上裂解下來(lái)， 造成堿基的缺失。從而引起堿基的轉(zhuǎn)換與顛換及移碼突變。,結(jié)合到DNA分子上的化合物（插入突變劑）,(Intercalating mutagents),包括原黃素(proflavin)、acridine orange等。 它們通過(guò)插入到DNA雙螺旋雙鏈或單鏈的兩個(gè)相 鄰的堿基之間，起到插入誘變的作用，這種突變 往往是移碼突變。,Acridine類誘發(fā)突變的一個(gè)重要特征是，acridine 化合物所誘發(fā)的突變型能用acridine來(lái)使之回復(fù)， 但不能有堿基類似物使之回復(fù),TACGA ATCGGGTATT,ATGCT TAGCCCATAA,TACGA ATCGGGTATT,ATGCT TAGCCCATAA,C G,染料分 子嵌入,復(fù)制,插入一個(gè)堿基對(duì),移碼突變,輻射的誘變作用,紫外線（ultraviolet light，UV）：能使DNA產(chǎn)生兩種 光生成物環(huán)丁烷嘧啶光二聚體和6-4光生成物。,胸腺嘧啶二聚體通常發(fā)生在同一DNA鏈上兩個(gè)相臨 的胸腺嘧啶之間，也可發(fā)生在不同單鏈之間，這種 二聚體是很穩(wěn)定的。,阻礙單鏈分開，影響復(fù)制,復(fù)制,在胸腺嘧啶對(duì)應(yīng)處隨意滲入堿基， 引起突變。,黃曲霉素B1(aflatoxin B1,AFB1),在鳥嘌呤N-7位置上形成一個(gè)加成復(fù)合物進(jìn)而產(chǎn)生 無(wú)嘌呤位點(diǎn)。它要求SOS系統(tǒng)參與，SOS越過(guò)這些 無(wú)嘌呤位點(diǎn)并在其對(duì)應(yīng)處選擇性插入腺嘌呤。,A C G T A,T G C A T,AFB1,A C T A,T G C A T,復(fù)制,A C G T A,T G C A T,A C T A,T G A A T,復(fù)制,A C T T A,T G A A T,基因突變與氨基酸順序,同義突變(same sense mutation)：密碼子發(fā)生改變， 但所編碼的氨基酸不變。 錯(cuò)義突變(missense mutation)：DNA中堿基對(duì)替換， 使mRNA的某一密碼子改變，由它所編碼的氨基酸 不同。很多錯(cuò)義突變?cè)斐傻鞍踪|(zhì)的部分或完全失活， 從而表現(xiàn)出突變性狀。 無(wú)義突變(nonsense mutation)：堿基替換改變了 mRNA上的一個(gè)密碼子，成為3個(gè)密碼子UAG， UAA和UGA中的一個(gè)時(shí)，就出現(xiàn)無(wú)義突變。,突變熱點(diǎn)(hot spots of mutation) 和增變基因(mutator genes),突變位點(diǎn)在基因內(nèi)的分布并不是隨機(jī)的，某些位點(diǎn) 上突變型很多，其突變率大大高于平均數(shù)。這些位 點(diǎn)就稱為突變位點(diǎn)。,形成突變位點(diǎn)的最主要原因是5-甲基胞嘧啶(MeC)的 存在。,MeC,誘變劑,氧化脫氨,T,短的重復(fù)序列也容易形成突變熱點(diǎn)。因?yàn)檫@些地方 容易發(fā)生插入或缺失，這是由于DNA復(fù)制時(shí)發(fā)生模 板鏈與新生鏈之間堿基配對(duì)的滑動(dòng)造成的。,增變基因(mutator genes)：基因組中某些基因的 突變可使整個(gè)基因組的突變率明顯上升，這類基因 稱為增變基因。,增變基因主要有兩類：DNA多聚酶的各個(gè)基因和 Dam基因。,10.2 重組的分子基礎(chǔ),10.2.1 非相互重組(non-reciprocal recombination),特點(diǎn)：1. 重組的產(chǎn)物不互補(bǔ)，遺傳信息不對(duì)稱交流。 2. 等位基因嚴(yán)重偏離孟德爾比率。,基因轉(zhuǎn)換(gene conversion),Neurospora 的 雜交子囊類型, ,子囊類型,分裂類型, , , , , , ,MI MI MII MII MII MII,非交換型,交換型,Neurospora 中 pdxp pdx 雜交，其中個(gè)子囊的結(jié)果,孢子對(duì),第一對(duì) 第二對(duì) 第三對(duì) 第四對(duì),子囊, , pdxp pdx pdx pdx pdxp pdxp pdxp pdx pdx pdxp pdx pdx ,pdx,pdxp,pdx,pdxp,pdx,pdx,pdx,pdxp,pdxp,pdx,pdxp,基因轉(zhuǎn)變：在減數(shù)分裂過(guò)程中，一個(gè)等位基因轉(zhuǎn)變?yōu)?另一等位基因的現(xiàn)象。,特征： 具高保真性，即轉(zhuǎn)換后的等位基因 與轉(zhuǎn)換者完全相同。 轉(zhuǎn)換事件往往與鄰位的交換事件相 伴而生。交換頻率比轉(zhuǎn)換頻率高好 幾倍，且涉及到相同的染色單體。 轉(zhuǎn)換會(huì)提高相鄰交換的負(fù)干涉系數(shù)。 極性化分離。,減數(shù)后分離(post-meiotic segregation)：其異常分離在重組過(guò) 程中形成的雜合雙鏈DNA分子沒有得到及時(shí)較正，在隨后 有絲分裂中隨著DNA復(fù)制和染色單體分裂所致。,Olive等對(duì)糞生糞殼菌 (soxdoria fimicola)的研究：,gA ga, , , , ,如果染色體中每一條雙 鏈都是純合互補(bǔ)，則減 數(shù)分裂產(chǎn)生的 4 個(gè)子囊 孢子再經(jīng)一次有絲分裂 產(chǎn)生的 8 個(gè)孢子不論是 否發(fā)生重組都應(yīng)當(dāng)是相 同的基因型成對(duì)排列。 因此異常分離一定是有 異源上鏈的存在。這種 異常分離是有絲分裂的 產(chǎn)物，故稱為減數(shù)后 分離。,遺傳重組的機(jī)制,5.3.1 交叉型學(xué)說(shuō)(chiasmatype theory),1909年由Janssens 提出,5.3.2 模板選擇假說(shuō)(copy choice hypothesis),1955年由Lederberg提出,特點(diǎn)：不主張交換是斷裂、再接過(guò)程,交換是斷裂、 再接的過(guò)程,噬菌體DNA,A品系,+ +,c mi,B品系,復(fù)感染,輕培養(yǎng),13C 和 15N 重標(biāo)記,12C 和 14N 輕標(biāo)記,裂解，密度 梯度離心,c +,c mi+個(gè)體必定 是通過(guò)兩個(gè)標(biāo) 記基因之間發(fā) 生交換而產(chǎn)生 的。由于mi+位于標(biāo)記輕鏈 的末端所以重組后代的染色體大部分是是重標(biāo)記。,Holliday 模型(hybrid DNA model),Robin Holliday于1964年提出了重組的雜合DNA模型,A B,a b,A B,a b,A B,a b,A B,a b,A B,a b,A,B,a,b,A,B,a,b,A,B,a,b,A,B,a,b,A,B,A,B,a,b,a,b,A,b,a,B,橫切,縱切,A g+,A g+,a g,a g,44 正常分離,未重組，無(wú) 異源雙鏈,A g+,a g,a g,a g+,A g+,A g,A g+,a