遺傳物質的改變基因突變課件

1、第十一章 基因突變學習要點： 1.基因突變的相關概念 2.基因突變的分子基礎 3.突變的修復機制 4.突變的檢測 5.突變的遺傳學效應第十一章 基因突變 突變：遺傳物質的可遺傳改變 染色體畸變：染色體水平 基因突變： DNA水平第一節(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部化學結構的改變，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

2、(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. (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，其表現也不相同：高等生物基因突變時期與性狀表現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突變性狀。突變當代不表現突變性狀，其自交后代才可能表現突變性狀。體細胞突變當代表現為嵌合體，鑲嵌范圍取決于突變發(fā)生的早晚。突變當代不表現突變性狀，往往不能被發(fā)現、保留。低等生物(單倍體)有性生殖表現突變性狀表現突變性狀無性生殖表現突變性狀表現突變性

3、狀三、突變頻率突變率(mutation mate)指生物在一個世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。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：第二節(jié) 基因突變的分子基礎一、自發(fā)突變(spontaneous mutation) 1.DNA復制錯誤(err

4、ors of DNA replication) DNA堿基有互變異構體，造成DNA復制過程中的DNA錯配。 轉換：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返回2.DNA損傷（lesions） 脫嘌呤 由于堿基和脫氧核糖間的糖苷鍵受到破壞,從而引起一

5、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)的結構類似物，酮式結構易與A配對；烯醇式結構易與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( NG)、芥子氣等。通過改變堿基結構使堿基錯

6、配。 如：G-C; 當G烷基化后可與T配對，導致堿基轉換。烷化劑使嘌呤脫落，造成轉換、顛換、斷裂或其他突變 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，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，出現轉換。黃曲霉的作用 ：使鳥嘌呤G脫落，SOS修復引入A, 造成突變。2.堿基替換的遺傳效應 () 同義突變（samesense mutation）不改變氨基酸的密碼子變

7、化，與密碼子的兼并性有關. 如GAU/GACAsp. () 錯義突變（missense mutation） 堿基替換的結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。3.移碼突變及其產生 在基因的外顯子中插入或缺失1, 2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序列與原來完全不同. eg. E.coli中乳糖

8、發(fā)酵的調節(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 。 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部位轉變成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，不同誘變劑出現不同

9、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。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

10、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。 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. *光復活是原核生物中的一種主要修復形式。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

11、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。4.特異性切除修復 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

12、苷鍵，使堿基釋放，產生無堿基(AP)位點, 再由AP內切酶修復系統(tǒng)修復。 (2)AP內切酶修復系統(tǒng)修復：也由內切、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。 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

13、口單鏈與完整同源單鏈重組，缺口轉移到完整鏈，使損傷單鏈的互補鏈完整，損傷單鏈仍然保留。 (3)再合成：轉移后的缺口以新互補鏈為模板聚合補齊。 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的一種應急修復作用。2. 過程 當DNA損傷較大時(如產生很多的T=T)，正常的DNA多聚酶復制到損傷位點時，其活性受到抑制； 短暫抑制后產生一種新的DNA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

14、功能低下，從而增加突變的頻率。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(結構基因、啟動子、操縱基因、調節(jié)基因)來實現： A. SOS基因：recA基因、UvrA、UvrB、UmuC等，也稱din基因 (damage inducible gene)，為操縱子的結構基因； B. lex基因：阻遏蛋白基因，正常情況下結合在操縱基因上； 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)。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

15、：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))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，干性皮膚伴隨神經系統(tǒng)疾病，由切除二聚體能力缺損造成。2. 侏儒、視網膜萎縮。 由缺損紫外線引起的DNA損傷修復系統(tǒng)引起。3. 共濟失調毛細血管擴張癥 4.

16、早老癥一、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)、基因突變的檢測化合物的分組編碼組別化合物的代號ABCDEF123456778910118121213141591316161718101417191920111518202121AFEBCD二、鏈孢霉營養(yǎng)缺陷型的檢出三、 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

17、，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，F2 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，F1ClB中不表現； 無X隱性突變，在F2 僅表現簡單的 :=2:1。 (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

18、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。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，F1二種表型； F1中的一種類型與平衡致死系做單對雜交，F2出現三種表型(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，還有野生型 c.如有隱性非致死突變，則F3中除卷翅（或星狀眼）外，還有突變類型。 檢出特點：只能檢出常染色體，且與平衡致死系同號染色體上的基因突變。

19、禾谷類突變的檢出 種子處理 1個分蘗的幼芽或穗原始體 只影響1穗或其少數籽粒 四 植物突變的檢出大麥誘發(fā)隱性突變后代遺傳動態(tài)示意圖返回返回返回返回返回返回返回返回Step Step 類似L純合B返回返回返回贈送精美圖標1、字體安裝與設置如果您對PPT模板中的字體風格不滿意，可進行批量替換，一次性更改各頁面字體。在“開始”選項卡中，點擊“替換”按鈕右側箭頭，選擇“替換字體”。（如下圖）在圖“替換”下拉列表中選擇要更改字體。（如下圖）在“替換為”下拉列表中選擇替換字體。點擊“替換”按鈕，完成。472、替換模板中的圖片模板中的圖片展示頁面，您可以根據需要替換這些圖片，下面介紹兩種替換方法。方法一：更改圖片選中模版中的圖片（有些圖片與其他對象進行了組合，選擇時一定要選中圖片 本身，而不是組合）。單擊鼠標右鍵，選擇“更改圖片”，選擇要替換