基因突變1PPT課件

1、第十一章 基因突變 突變：遺傳物質(zhì)的可遺傳改變 染色體畸變：染色體水平 基因突變： DNA水平第1頁/共45頁第一節(jié) 基因突變的概說一、基因突變的概念 突變：染色體上一個基因內(nèi)部化學結(jié)構(gòu)的改變，一個基因變成它的等位基因。 范圍：廣泛的生物界 自發(fā)：家兔白化、貂的藍皮毛、絲羽雞 人工：Muller、Sradler等（X射線照射果蠅、玉米）二、基因突變發(fā)生的時期和部位三、突變頻率第2頁/共45頁二、基因突變發(fā)生的時期和部位1. 生物個體發(fā)育的任何時期均可發(fā)生：性細胞(突變)突變配子后代個體；體細胞(突變)突變體細胞組織器官。2. 性細胞的突變頻率比體細胞高：性母細胞與性細胞對環(huán)境因素更為敏感。3.

2、 (等位)基因突變常常獨立發(fā)生：某一基因位點發(fā)生并不影響其等位基因，一對等位基因同時發(fā)生的概率非常小(突變率的平方)。4. 突變時期不同，其表現(xiàn)也不相同：第3頁/共45頁高等生物基因突變時期與性狀表現(xiàn)突變時期顯性突變隱性突變(或下位性突變)高等生物性細胞突變當代表現(xiàn)突變性狀。突變當代不表現(xiàn)突變性狀，其自交后代才可能表現(xiàn)突變性狀。體細胞突變當代表現(xiàn)為嵌合體，鑲嵌范圍取決于突變發(fā)生的早晚。突變當代不表現(xiàn)突變性狀，往往不能被發(fā)現(xiàn)、保留。低等生物(單倍體)有性生殖 表現(xiàn)突變性狀表現(xiàn)突變性狀無性生殖 表現(xiàn)突變性狀表現(xiàn)突變性狀第4頁/共45頁三、突變頻率 突變率(mutation mate)指生物在一個世

3、代中在特定條件下發(fā)生某一突變的概率。也就是突變體占該世代個體的比例。 有性生殖生物：用突變配子占總配子比例(配子發(fā)生突變的概率)表示； (單細胞)無性繁殖生物：每一世代中細胞發(fā)生突變的頻率。第5頁/共45頁自然突變頻率自然條件下基因突變率一般較低，并隨生物種類、基因而異： 不同生物種類的基因突變率： 高等植物：110-5-110-8; 低等生物，如細菌：110-4-110-10; 人：110-4-110-6. 同一物種的不同基因的天然突變率也明顯不同：第6頁/共45頁第7頁/共45頁第二節(jié) 基因突變的分子基礎(chǔ)一、自發(fā)突變(spontaneous mutation) 1.DNA復制錯誤(erro

4、rs of DNA replication) DNA堿基有互變異構(gòu)體，造成DNA復制過程中的DNA錯配。 轉(zhuǎn)換：Purine Pu;或者 Pyrimidine Py 顛換：Pu Py; 或者PyPu 移碼突變：增加或減少幾個堿基,導致蛋白質(zhì)翻譯錯位。 缺失和重復：大片段堿基的缺失或重復，如E.coli乳糖發(fā)酵調(diào)節(jié)基因lac中四堿基重復序列。 野生型: 5-GTCTGGCTGGCTGGC-3 突變型FS5: 5-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3 突變型FS2: 5-GTCTGGCTGGC-3第8頁/共45頁第9頁/共45頁2.DNA損傷（lesions） 脫嘌呤 由于堿基和脫氧核糖間的

5、糖苷鍵受到破壞,從而引起一個鳥嘌呤或腺嘌呤從DNA分子上脫落下來. 脫氨基 C脫氨基變成U;A脫氨基變成H,造成轉(zhuǎn)換A AT H-T H-C H-C A-T G-CB GC G-U A-UA-U G-C A-T 氧化損傷: O2- OH- H2O2， 對DNA造成損傷第10頁/共45頁二、誘發(fā)突變（induced mutaion） 1.誘變機制 堿基類似物 eg. 5-BU 和5-BrdU是胸腺嘧啶(T)的結(jié)構(gòu)類似物，酮式結(jié)構(gòu)易與A配對；烯醇式結(jié)構(gòu)易與G配對。另有2-氨基嘌呤(2-AP, A類似物)、5- 氟尿嘧啶、5-氯尿嘧啶等。 特異性錯配 eg.烷化劑: 甲磺酸乙酯(EMS)、亞硝基胍(

6、 NG)、芥子氣等。通過改變堿基結(jié)構(gòu)使堿基錯配。 如：G-C; 當G烷基化后可與T配對，導致堿基轉(zhuǎn)換。烷化劑使嘌呤脫落，造成轉(zhuǎn)換、顛換、斷裂或其他突變 第11頁/共45頁 嵌合劑的致突作用 eg. .吖啶類染料: 吖啶橙、吖啶黃素、原黃素等堿基對的類似物，易造成移碼突變。 輻射誘導效應 (1)紫外線UV:形成嘧啶二聚體，如T二聚體，同一條單鏈內(nèi)，影響復制時與A的配對，中止復制；雙鏈之間，影響雙鏈變性，并影響復制。 (2)電離輻射：如X-ray、可引起堿基的降解或脫落，A變成H;C變成T，出現(xiàn)轉(zhuǎn)換。黃曲霉的作用 ：使鳥嘌呤G脫落，SOS修復引入A, 造成突變。第12頁/共45頁2.堿基替換的遺傳

7、效應 () 同義突變（samesense mutation）不改變氨基酸的密碼子變化，與密碼子的兼并性有關(guān). 如GAU/GACAsp. () 錯義突變（missense mutation） 堿基替換的結(jié)果引起氨基酸序列的改變. () 無義突變（nonsense mutation）編碼區(qū)的單堿基突變導致終止密碼子(UAG/UGA/UAA)的形成, 使 mRNA的翻譯提前終止, 形成不完全的肽鏈. 如鐮刀型貧血癥：血紅蛋白B鏈(146Aa)，6號氨基酸的替換, 導致明顯的表型癥狀。GluVal, 若Glu Asp則影響較小。第13頁/共45頁3.移碼突變及其產(chǎn)生 在基因的外顯子中插入或缺失1, 2

8、或4個核苷酸,使閱讀信息發(fā)生錯位,從而使翻譯的蛋白質(zhì)序列與原來完全不同. eg. E.coli中乳糖發(fā)酵的調(diào)節(jié)基因(lac): 野生型: 5-GTCTGGCTGGCTGGC-3 移碼突變: 5-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3 移碼突變 : 5-GTCTGGCTGGC-34.突變熱點和增變基因 基因中 某些位點比其它位點突變率高，稱突變熱點。 Eg. 分析T4-Phage r 基因1500個突變體： r A (1800bp)有200個位點； r B (850bp)有108個位點 。第14頁/共45頁 形成原因：1. 5-MeC的存在，5-甲基胞嘧啶(MeC)脫氨基后變成T, 使G-C

9、部位轉(zhuǎn)變成A-T部位；2. 短的重復序列的存在，容易配對錯位，造成重復或缺失3. 與誘變劑類型有關(guān)，不同誘變劑出現(xiàn)不同的熱點。4. 增變基因(mutator gene)：該基因的突變會使整個基因組的突變頻率增高，eg. A. DNA多聚酶基因，突變后使多聚酶的3 5校正功能降低或喪失，使基因組突變頻率增高； B. dam基因，突變后使堿基的錯配修復功能降低或喪失，使基因組突變頻率增高。第15頁/共45頁三、誘變與腫瘤 腫瘤的形成與否取決于機體中癌基因和抑癌基因的平衡，抑癌基因突變會致癌。一些誘變劑可以特異性的誘導抑癌基因突變，導致腫瘤發(fā)生。 eg. 黃曲霉素可誘導P53基因G T顛換，導致肝癌

10、的發(fā)生；UV可誘導P53基因5 -TC-3發(fā)生C T顛換，形成“T二聚體”，導致人類鱗狀細胞皮膚癌的發(fā)生。四、定點誘變 定義：利用人工合成的寡核苷酸，在離體的條件下，制造基因中任何部位的位點特異性突變的技術(shù)。 第16頁/共45頁第三節(jié)生物體對突變的修復機制一 光復活(photoreactivation) 1. 概念：在可見光存在的條件下，在光復活酶作用下將UV引起嘧啶二聚體分解為單體的過程。 2. 條件：可見光(300600nm)、PR酶、嘧啶二聚體 3. 作用過程： 光復活酶與T=T結(jié)合形成復合物; 復合物吸收可見光切斷T=T之間的C-C共價鍵,使二聚體變成單體; 光復酶從DNA鏈解離. *

11、光復活是原核生物中的一種主要修復形式。第17頁/共45頁二 切除修復1.概念:（核苷酸外切修復、暗修復）先在損傷的任何一端打開磷酸二酯鍵，然后外切掉一段寡核苷酸；留下的缺口由修復性合成來填補，再由連接酶將其連接起來。酶作用不需要光的激活，但黑暗不是必要條件。2.特點：消除由UV引起的損傷，也能消除由電離輻射和化學誘變劑引起的其他損傷。切除的片段可由幾十到上萬bp，分別稱短補丁修復、長補丁修復。3.過程： 內(nèi)切酶的作用在DNA損傷的一端,切開形成一個切口; 外切酶的作用將損傷部位切除; 聚合酶的作用將切口補齊,留下一個切口; 連接酶的作用將DNA連接形成完整的DNA鏈。第18頁/共45頁4.特異

12、性切除修復 E.coli 中明顯的損傷，可在UvrA、 UvrB、 UvrC的作用下得以修復，但不明顯的損傷需要特異性修復。 (1)糖基化酶修復：如果堿基被共價修飾，糖基化酶可作用于C-N糖苷鍵，使堿基釋放，產(chǎn)生無堿基(AP)位點, 再由AP內(nèi)切酶修復系統(tǒng)修復。 (2)AP內(nèi)切酶修復系統(tǒng)修復：也由內(nèi)切、外切、聚合和連接四種酶活性來完成，以修復AP位點。 *以上兩種修復過程都沒有涉及到DNA的重組,屬于無誤差的修復。第19頁/共45頁 三 重組修復1.概念: 通過對DNA的復制和同源鏈的重組，來完成對損傷部位的修復，又稱復制后修復。2.特點: 修復過程伴隨DNA的復制和重組； 僅修復新合成的不完

13、整的單鏈，原先的損傷單鏈仍然保留； 部分重組蛋白的精確性差，修復的出錯率較高。3.重組修復過程： (1)復制：以損傷單鏈為模板復制時，越過損傷部位，對應位點留下缺口；未損傷單鏈復制成完整雙鏈。 (2)重組：缺口單鏈與完整同源單鏈重組，缺口轉(zhuǎn)移到完整鏈，使損傷單鏈的互補鏈完整，損傷單鏈仍然保留。 (3)再合成：轉(zhuǎn)移后的缺口以新互補鏈為模板聚合補齊。 第20頁/共45頁四 SOS修復1. 概念：是在DNA分子受損傷的范圍較大而且復制受到抑制時出現(xiàn)的一種應急修復作用。2. 過程 當DNA損傷較大時(如產(chǎn)生很多的T=T)，正常的DNA多聚酶復制到損傷位點時，其活性受到抑制； 短暫抑制后產(chǎn)生一種新的DN

14、A多聚酶，催化損傷部位DNA的復制，由于新的DNA多聚酶的修復校正功能較低，新合成的堿基錯配頻率較高，易引起突變。3.特點： 修復系統(tǒng)需要在DNA分子受損傷的范圍較大而且復制受到抑制時才能夠啟動。 修復系統(tǒng)對錯配堿基的修復校正功能低下，從而增加突變的頻率。第21頁/共45頁在緊急情況下，細胞通過一定水平的變異來換取細胞的幸存，有利于細胞逃生。 4.SOS系統(tǒng)的啟動： 通過操縱子(結(jié)構(gòu)基因、啟動子、操縱基因、調(diào)節(jié)基因)來實現(xiàn)： A. SOS基因：recA基因、UvrA、UvrB、UmuC等，也稱din基因 (damage inducible gene)，為操縱子的結(jié)構(gòu)基因； B. lex基因：阻

15、遏蛋白基因，正常情況下結(jié)合在操縱基因上； C. recA基因：重組蛋白基因，應急狀態(tài)下啟動蛋白質(zhì)水解酶活性，水解阻遏蛋白，使din基因高效表達，從而啟動SOS修復系統(tǒng)。第22頁/共45頁五 電離輻射損傷的修復 氫鍵斷裂：DNA雙鏈之間1.電離輻射效應 共價鍵斷裂：DNA單鏈斷裂、 雙鏈斷裂、堿基和糖基損傷 交聯(lián)作用：DNA與DNA、DNA 與蛋白質(zhì)之間發(fā)生2.電離輻射的修復： 1、超快修復(0, 2min) (E. coli) 無O2、單鏈 (DNA連接酶) 2、快修復(幾分鐘) 其余90斷裂單鏈 (聚合酶) 3、慢修復(37 ,40-60min) 剩余單鏈 (重組修復酶系統(tǒng))第23頁/共45

16、頁六 修復缺陷與人類疾病1. 著色性干皮病 (XP, xeroderma pigmentosum) 位于1p的隱性基因控制，干性皮膚伴隨神經(jīng)系統(tǒng)疾病，由切除二聚體能力缺損造成。2. 侏儒、視網(wǎng)膜萎縮。 由缺損紫外線引起的DNA損傷修復系統(tǒng)引起。3. 共濟失調(diào)毛細血管擴張癥 4. 早老癥第24頁/共45頁一、細菌培養(yǎng)缺陷型的檢出 完全培養(yǎng)基或補充培養(yǎng)基（存活） 基本培養(yǎng)基（死亡）完全培養(yǎng)基10-810-6合成缺陷型藥物處理基本培養(yǎng)基第四節(jié)、基因突變的檢測第25頁/共45頁化合物的分組編碼組別化合物的代號ABCDEF12345677891011812121314159131616171810141

17、7191920111518202121AFEBCD第26頁/共45頁二、鏈孢霉營養(yǎng)缺陷型的檢出第27頁/共45頁三、 果蠅突變的檢出1.性連鎖基因隱性突變的檢出(ClB法、 Muller- 5) (1) ClB品系：C交換抑制因子；l隱性致死突變；B棒眼步驟：A. 待測果蠅與雜合（ClB/+）果蠅雜交； B. F1 ClB 與F1 （野生型）單對雜交，目的是檢查某一特定X染色體上的突變； C. 觀察分析： 有X隱性致死突變，F(xiàn)2 無雄蠅(:ClB和l死亡); 隱性非致死突變， F2預期 :=2:1，突變性狀只在F2雄蠅表現(xiàn)，F(xiàn)1ClB中不表現(xiàn)； 無X隱性突變，在F2 僅表現(xiàn)簡單的 :=2:1。

18、第28頁/共45頁 (2) Muller-5法： A. Muller-5品系:B(棒眼)-Wa(杏眼)-sc(小盾片少剛毛)并具重復倒位。 B. 檢出步驟 : . 將待測的果蠅與純合Muller果蠅雜交. . 將F1 自交, 目的是檢查某一特定X染色體上的突變. . 觀察分析F2： 如果無X隱性致死突變預期F2 : =1:1 表型比為簡單的1:1:1:1; 如果有X隱性致死突變預期F2 : =2:1 表型比1:1:1; 如果有隱性非致死突變 在F2 中可見突變。第29頁/共45頁2. 常染色體突變平衡致死系(Cy和S) 將待測的果蠅與平衡致死系(Cy, S)果蠅雜交，F(xiàn)1二種表型； F1中的一種類型與平衡致死系做單對雜交，F(xiàn)2出現(xiàn)三種表型(任一性狀隱性致死)； 將F2中除平衡致死系以外的一種類型自交得F3 觀察分析F3： a.如果有隱性致死突變，則F3只有一種類型，卷翅（或星狀眼） b.如無突變，則F3中除有卷翅（或星狀眼）外，