遺傳學(xué) 第11章 基因突變

第十章遺傳物質(zhì)的改變（二）

基因突變第一節(jié)基因突變概說第二節(jié)突變的檢出第三節(jié)誘發(fā)突變第一節(jié)基因突變概說突變體的表型特性突變發(fā)生的時期突變率突變的可逆性突變的多方向性與復(fù)等位基因自發(fā)突變的原因突變（mutation）是指遺傳物質(zhì)內(nèi)所發(fā)生的可遺傳的變異。是自然界產(chǎn)生變異的主要來源，是生物進化的源泉。突變類型：基因突變和染色體畸變?；蛲蛔?Genemutation)：一個基因內(nèi)DNA序列結(jié)構(gòu)的改變，包括一對或少數(shù)幾對堿基的缺失、插入或置換等。這種突變是一種遺傳物質(zhì)的可遺傳的改變，通常從一個等位基因變?yōu)榱硪粋€新的等位基因。點突變（pointmutations）：影響基因中(DNA中)的單個堿基對的那些基因突變。Involveonlyoneorafewnucleotides.突變的類型1、根據(jù)突變的起源：------自發(fā)突變（spontaneousmutaions）是在自然狀況下產(chǎn)生的突變。------誘發(fā)突變（inducedmutations）誘變劑（mutagen）處理導(dǎo)致。人們有意識地應(yīng)用一些物理、化學(xué)因素誘發(fā)的?！駜烧咧g并沒有性質(zhì)上的差別；●突變→DNA改變→蛋白質(zhì)序列和功能改變，引起各種各樣的表型效應(yīng)。獲得突變型是遺傳學(xué)研究的重要前提。

基因突變的特點1.突變率相對穩(wěn)定：高等動物10-5~10-8；細菌10-4~10-102.突變的多向性：突變可以向多個方向發(fā)生3.突變的重演性：同種生物中，同一基因突變可以重復(fù)地發(fā)生，也即同種生物中相同基因的突變可以重復(fù)地出現(xiàn)。4.突變的可逆性：

基因突變是可逆的?；蛲蛔兊目赡嫘裕菂^(qū)別基因重組和染色體畸變的特點之一，因為畸變的類型一般是不能恢復(fù)的。5.突變的有害性與有利性：突變對生物體來說，絕大多數(shù)是不利的，但又是必需的，它提供了適應(yīng)新環(huán)境的潛在因素。突變的稀有性：突變率不高突變的可逆性

突變的多方向性突變的平行性

：親緣關(guān)系相近物種常出現(xiàn)相似突變突變的重演性突變的有害性和有利性突變體的表型特性P48（1）形態(tài)突變（2）生化突變（3）致死突變（4）條件致死突變突變體的表型特性

（1）形態(tài)突變（morphologicalmutation）：突變主要影響生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致形狀、大小、色澤等的改變.例:安康羊四肢很短。例：普通綿羊的四肢有一定的長度，但安康羊（Anconsheep）的四肢很短，這類突變可在外觀上看到，稱為可見突變（visiblemutations）1791年，美國新英格蘭的農(nóng)民SethWright在自家的羊群里發(fā)現(xiàn)了安康羊的公羊；其特點是：短腿長背，不能跳過籬笆，有助于管理；第二年，Wright利用這只羊與一些母羊交配，逐漸培育出短腿羊的新品種。達爾文在《物種起源》一書中最先記載了安康羊突變體的表型特性

（2）生化突變（biochemicalmutations）：突變主要影響生物的代謝過程，導(dǎo)致一個特定的生化功能的改變或喪失。可以對正常個體與變異個體的生化特性研究以分析基因的作用機制?！窭烘滄呙沟陌被嵬蛔冃停撤N氨基酸才能生長生化突變野生型(wildtype)與原養(yǎng)型(prototroph)野生型是指存在于自然界中沒有經(jīng)過基因突變，具有正常生化代謝功能的遺傳類型；原養(yǎng)型指具有與野生型相同營養(yǎng)需求與表現(xiàn)的遺傳類型，有時特指突變型恢復(fù)為與野生型相同的個體。營養(yǎng)缺陷型(auxotroph)因基因突變喪失了某種生活物質(zhì)合成能力，在基本培養(yǎng)基上不能正常生長，需加入相應(yīng)營養(yǎng)成分的突變型。紅色面包霉的生化突變型野生型紅色面包霉能在基本培養(yǎng)基上正常生長。幾種生化突變型：突變型a：精氨酸(精氨酸合成缺陷型)；突變型c：精氨酸或瓜氨酸 (瓜氨酸合成缺陷型)；突變型o：精氨酸、瓜氨酸或鳥氨酸(鳥氨酸合成缺陷型)。研究表明，精氨酸是蛋白質(zhì)合成的必需氨基酸，而其合成途徑為：（3）致死突變（lethalmutation）:

突變主要影響生活力，發(fā)生突變后會導(dǎo)

致特定基因型個體死亡的基因突變，可

發(fā)生在不同時期。顯性致死：雜合態(tài)即有致死。大多數(shù)致死突變都為隱性致死，突變后代中的隱性純合體表現(xiàn)為致死的效應(yīng)。如：小鼠毛色遺傳的隱性致死突變；植物隱性白化突變；鐮刀形貧血癥；植物白化基因等。少數(shù)致死突變表現(xiàn)為顯性致死，帶有突變基因的個體都會死亡。如：人的神經(jīng)膠癥基因。如果致死突變發(fā)生在性染色體上，將產(chǎn)生伴性致死現(xiàn)象。突變體的表型特性

在某些條件下能成活，而在另一些條件下致死。例:噬菌體T4的溫度敏感突變型在25℃時能在E.coli宿主中生存,而在42℃時則不能。（4）條件致死突變（conditionallethalmutation）突變體的表型特性

突變發(fā)生的時期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.(等位)基因突變常常是獨立發(fā)生的：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)。突變發(fā)生的時期4.突變時期不同，其表現(xiàn)也不相同：突變可發(fā)生在個體發(fā)育的任何時期。一般來說，突變發(fā)生的時期愈遲，生物體表現(xiàn)突變的部分愈少。例如：金銀眼貓，一個眼睛是黃褐色，另一個眼睛是藍色。

嵌合體(mosaic)：如果突變基因是顯性的，則個體的一半顯示不同的性狀。枝變（芽變,budsport）：在植株中，一個芽在發(fā)育極早期發(fā)生突變，芽長成枝后，所生的葉、花、果實與其他枝條不同。突變的稀有性突變率（mutationrate）：一個世代或一段時間內(nèi)發(fā)生突變的個體占總個體數(shù)目的比例。在正常的生長條件和環(huán)境下，突變率往往是很低的?！窀叩壬餅?0－5～10－10，●細菌中為1×10－4～4×10－10。突變的可逆性：基因突變的發(fā)生方向是可逆的。正突變(forwardmutation)：野生型→突變;顯性基因A隱性基因a反突變(回復(fù)突變;reversemutation)：突變型→野生型隱性基因a顯性基因A突變的可逆性通常認為：野生型基因是正常、有功能基因；而最初基因突變往往是野生型基因突變而喪失功能、發(fā)生功能改變，表現(xiàn)為隱性基因。所以反突變又稱為回復(fù)突變(backmutaiton)。通常用u表示正突變頻率、v表示反突變頻率，則：

正突變uA===========a反突變v突變的可逆性E.colihis＋his－2×10－64×10－8突變的可逆性是區(qū)別基因的點突變和染色體缺失或重復(fù)的重要標志。

正突變與反突變發(fā)生的頻率一般都不相同。多數(shù)情況下：正突變率總是高于反突變率。原因在于：正常野生型基因內(nèi)部存在許多可突變部位，其中之一結(jié)構(gòu)改變均會導(dǎo)致其功能改變；但是一旦突變發(fā)生，要回復(fù)正常野生型功能則只能由原來發(fā)生突變的部位恢復(fù)原狀。因此，基因突變一般不是由于基因物質(zhì)的喪失，而主要是組成基因的物質(zhì)發(fā)生了化學(xué)性質(zhì)變化所致。突變的多方向性與復(fù)等位基因突變的多方向性：指基因突變可以多方向發(fā)生，即基因內(nèi)部多個突變部位分別改變后會產(chǎn)生多種等位基因形式。同一個基因可以向不同的方向突變，但在染色體上的座位不變。例如：A基因不同部位發(fā)生改變產(chǎn)生突變基因a1、a2、a3等對A均表現(xiàn)為隱性的基因。新基因可能均是無功能的，也可能各具不同功能。Aa1a2a3例如：果蠅X染色體上的基因W（白眼）We（曙紅眼)Wa（杏紅眼)Wbf（淺紅色眼)W＋（紅眼)這些基因都是等位的；果蠅眼睛的顏色突變的多方向性與復(fù)等位基因復(fù)等位基因(multipleallele)：由于基因突變多方向性而在同一基因位點上可能具有的多種等位基因形式。在二倍體與異源多倍體中，同一位點只能有一對基因，最多存在兩種等位基因形式；因此復(fù)等位基因的各種形式會存在于生物群體的不同個體中。人類ABO血型的遺傳●人類紅細胞表面抗原的特異性由3個復(fù)等位基因IA，IB，i決定。其中IA，IB對i均為顯性；IA，IB間為共顯性。●這三個復(fù)等位基因可組成6種基因型和4種表現(xiàn)型：復(fù)等位基因廣泛存在于生物界●根據(jù)ABO血型的遺傳規(guī)律可以進行親子鑒定PO×O血型iiii

配子iiF1iiO血型PAB×O血型IAIBii

配子IAIBiF1IAi

IBiA型B血型●IAIB×IAIAIAIA、IAIB●IAIB×IAiIAIA、IAi、IAIB、IBi●IAIB×IBIBIAIB、IBIB●IAIA×IBIBIAIB●IAIA×iiIAi●IBIB×iiIBi

……煙草的自交不親和性●栽培的普通煙草為自花授粉植物，但煙草屬中有兩個野生種(Nicotianaforgationa與N.alata)表現(xiàn)出自交不親和性?！褡越徊挥H和性(self-incompatibility)：指自花授粉不結(jié)實，而不同基因型株間授粉可結(jié)實的現(xiàn)象。●已發(fā)現(xiàn)有15個自交不親和的復(fù)等位基因S1、S2、……、S15控制自花授粉不結(jié)實性，稱為自交不親和基因。●研究表明：具有某一基因的花粉不能在具有相同基因的柱頭上萌發(fā)、伸長，因而不能完成受精過程。也即：柱頭對具有相同基因的花粉具有拮抗作用。野生煙草交配親和性的遺傳機理如圖所示：株內(nèi)：S1S2×S1S2→不孕株間（不同基因型）：S1S2×S2S3→S1S3、S2S3S1S2×S3S4→S1S3、S2S3S1S4、S2S4突變的平行性和重演性平行性——是指親緣關(guān)系相近的物種因遺傳基礎(chǔ)較近似而發(fā)生相似基因突變的現(xiàn)象。如小麥有早熟、晚熟的變異類型，屬于禾本科的其它物種如大麥、黑麥、燕麥、水稻、玉米、冰草等同樣存在這些變異類型。重演性——相同的基因突變可以在同種生物的不同個體間重復(fù)發(fā)生。同一基因突變在不同的個體上均可能發(fā)生；不同群體中發(fā)生同一基因突變的頻率相近。同一突變可以在生物的不同個體上多次發(fā)生。突變的平行性對人工誘變，物種親緣關(guān)系和進化的研究有一定的參考意義。

突變的有害性和有利性1突變的有害性：

多數(shù)突變對生物的生長和發(fā)育往往是有害的。致死突變(lethalmutation)：即導(dǎo)致個體死亡的突變。⑴植物：最常見的為隱性白化突變。這種白化苗不能正常形成葉綠素，當(dāng)子葉或胚乳中養(yǎng)料耗盡時，幼苗死亡?！襁z傳表現(xiàn)如右圖：●白化苗現(xiàn)象在大麥(2n=14)中最易發(fā)現(xiàn)，水稻中也較多。小麥(2n=42，異源六倍體AABBDD)白化苗<大麥。

動物①純合顯性致死：小鼠毛色遺傳黑色→黃色，但無黃色純合體?！裨颍和蛔兊狞S色基因AY對黑色基因a為顯性，但AY具有致死的隱性效應(yīng)。AYAY其胚胎在母體內(nèi)即已死亡，只有AYa可存活?！顸S色鼠×黑色鼠

Ayaaa1黃：1黑AYa(2378)aa(2398)

凡是用黃色毛的小鼠與黑色毛小鼠交配，其后代小鼠的黃色:黑色總是1:1，說明沒有AYAY的純合型存在?！顸S色鼠×黃色鼠

AyaAYa2黃：1黑色AYAY(死亡)AYa(2396)aa(1235)

以黃色鼠與黃色鼠交配的結(jié)果發(fā)現(xiàn)其分離比例總是2黃:1黑，說明已缺少1/4的黃色鼠純合體。②雜合顯性致死突變：顯性致死突變在雜合狀態(tài)時即可死亡。不會產(chǎn)生純合體。例如：人神經(jīng)膠癥(epiloia)突變基因，可引起皮膚畸形生長、嚴重智力缺陷、多發(fā)性腫瘤，具有這個雜合基因的人在年輕時死亡。③純合隱性致死突變：人的“異染白癡腦病”由aa基因控制(隱性純合致死)。④伴性致死突變（sexlinkedlethal）：致死突變發(fā)生在性染色體上?！裰滤劳蛔円话銓€體是不利的，但也有利，如用于檢測基因突變和控制♀♂個體的平衡致死品系。2中性突變(neutralmutation)：

指突變型的性狀變異對生物個體生活力與繁殖力沒有明顯的影響，在自然條件下不具有選擇差異的基因突變?！裆镞M化過程中自然環(huán)境對生物的選擇主要依據(jù)生物在競爭條件生活力與繁殖力的差異。在特定環(huán)境下生活力與繁殖力相對較高的類型(各種突變型)被保存下來；反之則淘汰?！駴]有生活力與繁殖力差異的類型則是隨機地保留下來，因此某些性狀在生物群體內(nèi)多種突變型與突變基因共同存在。例如：水稻有芒è無芒水稻希望無芒。小麥紅皮è白皮南方希望紅粒。3有利突變：不但無害，而且有利。如抗倒、抗病、早熟等突變。4突變有害性的相對性：高稈

è

矮稈：有害性：矮稈株在高稈群體中受光不足、發(fā)育不良；有利性：矮稈株在多風(fēng)或高肥地區(qū)有較強抗倒伏性、生長更茁壯。5人類需要和生物本身突變利弊的不一致性：禾谷類作物的落粒性對生物有利、對人類無益。水稻、玉米、高粱的雄性不育性對生物不利、對人類有利，可以免除雜交制種時人工去雄的麻煩。自發(fā)突變的原因（1）物理因素：太陽的輻射，自然界的射線，紫外線，電流，高溫，超聲波，激光等。（2）化學(xué)因素：秋水仙堿，芥子油，咖啡堿，甲醛，脫氨劑，烷化劑，亞硝酸等。（3）生物因素：在生物的新陳代謝過程中，排放的生物毒素等。（例：植物種子貯存久了可引起突變率增加；從陳種子可提取出一些誘變物質(zhì)；番茄種在很干燥的條件下，提高番茄細胞的滲透壓，以后從它的F2、F3可以分離出多數(shù)突變體。）第二節(jié)突變的檢出果蠅突變的檢出鏈孢霉突變的檢出人的突變的檢出一、果蠅突變的檢出1果蠅性連鎖突變的檢出⑴ClB方法⑵Muller-5技術(shù)2果蠅常染色體上突變的檢出平衡致死品系InducedmutationsFatherofmutagenesisNobelPrize1946HermannJ.Muller1927年，H.J.Muller用X-ray處理果蠅精子，處理果蠅的后代與未處理的比較，突變率可以成百上千倍地增加。證明X-ray可以誘發(fā)突變，同一時期，Stadler用X-ray和γ-ray處理大麥和玉米種子，也得到了相似結(jié)果。1945年第一顆原子彈爆炸，人們才開始認識到Muller發(fā)現(xiàn)的重要意義。1946年Muller獲諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎。TheClBtestforidentifyingmutagens●ClB:Crossoversuppressor-lethal-Bartechnique●ClB品系：一條X染色體上為ClB，另一條正常。C：在X染色體上有一個大的倒位（inversion），抑制同源染色體之間的交換。l：lethalrecessiveX-Linkedgene，在倒位區(qū)內(nèi)B：Bareye顯性棒眼基因，為16A區(qū)段重復(fù)，在倒位區(qū)段范圍之外。l和B的交換被抑制?！馲射線果蠅倒位雜合體的雌蠅（XClBX+）Muller-5test檢出果蠅X染色體上的隱性突變，特別是致死突變，這與ClB原理一樣。Muller-5品系：X染色體上有：B(Bar棒眼)，Wa(apricot杏色眼)，Sc(Scute,小盾片少剛毛)；(“Basc”).倒位：可抑制X染色體上的交換實驗時，把野外采集的，或經(jīng)誘變處理的雄蠅，與Muller-5雌蠅交配，得到子一代后，做單對交配，看子二代的分離情況。如有致死突變，F(xiàn)2中沒有野生型雄蠅，如有隱性的可見突變，則除Muller-5雄蠅外，出現(xiàn)具有可見突變的雄蠅。

TheMuller-5testforidentifyingmutagensBaExposuretoX-rayscausesmutations(MullerandStadler1927)F2：（1）若無隱性致死基因，則F2為：1：1：1：1（2）若有隱性致死基因，則F2中無野生型（3）若有隱性可見突變，則F2雄蠅可看到突變體鏈孢霉突變的檢出1945年，美國遺傳學(xué)家Beadle和生物化學(xué)家Tatum研究出檢測鏈孢霉營養(yǎng)缺陷型突變的方法。

基本原理：野生型菌株：基本培養(yǎng)基營養(yǎng)缺陷型菌株：完全培養(yǎng)基營養(yǎng)缺陷型菌株：基本培養(yǎng)基＋它所不能合成的物質(zhì)突變型(a)：基本培養(yǎng)基＋精氨酸1.突變的真實性：在基本培養(yǎng)基上培養(yǎng)—— 能夠生長未發(fā)生營養(yǎng)缺陷型突變； 不能生長可能發(fā)生營養(yǎng)缺陷型突變。2.突變的類型(哪類型營養(yǎng)缺陷型突變？)： 氨基酸？(加入各種氨基酸)不能生長。 維生素？(加入各種維生素)能夠生長。3.進一步鑒定具體類型： 硫胺素(VB1)、吡醇素(VB6)、泛酸、肌醇。1234511109867121314158＋維生素9＋氨基酸12＋硫胺素13＋吡醇素14＋泛酸15＋肌醇人的突變的檢出方法：家系分析，出生調(diào)查。常染色體的隱性突變較難檢出，而顯性則較為容易。X連鎖的隱性突變也較易檢出。血友病的遺傳QueenVictoriaCzarNicholas人類中某