第九章遺傳變異-基因突變

第九章

遺傳變異第三節(jié)基因突變白化變異

蘇格蘭折耳貓又稱彎耳貓、短耳貓、疊耳貓、塌耳貓等。這種貓并非刻意培育出來的，而是基因突變基因突變：某一基因內(nèi)部所發(fā)生的從一種等位形式改變?yōu)榱硪坏任恍问降淖兓?，又叫點(diǎn)突變

1.基因突變的類型和特征1）基因突變的類型根據(jù)突變引起的表型特征和生理生化特征分為以下幾類：形態(tài)突變型：造成生物體外形發(fā)生改變的突變又叫可見突變，如：形態(tài)、大小、色澤的改變致死突變：造成個(gè)體死亡或生活力明顯下降的突變

顯性致死：雜合狀態(tài)時(shí)就有致死作用隱性致死：純合狀態(tài)下才有致死作用小鼠(Musmusculus)毛色遺傳的隱性致死突變條件致死突變：在一定條件下表現(xiàn)致死效應(yīng)，其他條件下可以存活的突變例如：

T4噬菌體的溫度敏感突變型在25℃時(shí)能在E.coli宿主中正常生長，形成噬菌斑，但在42℃時(shí)就不能這樣。

生化突變：突變影響生物的代謝過程，導(dǎo)致特定生化功能改變或喪失，如營養(yǎng)缺陷型例：鏈孢霉的氨基酸突變型＋某種氨基酸才能生長失去功能突變：由于突變、消除或改變了基因的功能區(qū)，干擾了野生型對(duì)某種表型的活性功能

無效突變：完全喪失基因功能的突變滲漏突變：保留一些基因功能的突變獲得功能的突變2）突變的一般特征突變的稀有性突變率：一定數(shù)目配子中突變數(shù)目所占的比例

or一定數(shù)目的細(xì)菌在分裂一次過程中發(fā)生突變的次數(shù)

細(xì)菌噬菌體的突變率10-8～10-10，高等生物10-5～10-8突變的隨機(jī)性：突變可以發(fā)生在個(gè)體發(fā)育的任何時(shí)期體細(xì)胞突變和生殖細(xì)胞突變體細(xì)胞(突變)突變體細(xì)胞組織器官性細(xì)胞(突變)突變配子后代個(gè)體；花色體細(xì)胞突變不同顏色的牽牛花柑桔體細(xì)胞突變馬鈴薯薯塊顏色變異蘋果體細(xì)胞突變突變的多方向性:突變可以向多個(gè)方向發(fā)生

構(gòu)成復(fù)等位基因突變的可逆性

正向突變：離開野生型等位基因的變化如：A+A或a+a

回復(fù)突變：回復(fù)到野生型的變化

抑制突變：某一座位上突變產(chǎn)生的表性效應(yīng)被另一座位上的突變所抑制，使突變體又恢復(fù)為正常表型基因的有利性與有害性有利：作物抗病性微生物的抗藥性1)大腸桿菌營養(yǎng)缺陷型的檢出

完全培養(yǎng)基或補(bǔ)充培養(yǎng)基（存活）

基本培養(yǎng)基（死亡）完全培養(yǎng)基10-8~10-6合成缺陷型藥物處理基本培養(yǎng)基2.基因突變的檢測大腸桿菌營養(yǎng)缺陷型的檢出影印接種法（影印培養(yǎng)法Replica-platingtechnique）

E.coli誘變劑E.coli稀釋→完全培養(yǎng)基Masterplate（主平皿）→基本培養(yǎng)基上（Replicaplate）

2)真菌營養(yǎng)缺陷型的檢出菌絲過濾法（可將野生型與突變型分離）誘變處理分生孢子菌絲分生孢子液體培養(yǎng)基通氣培養(yǎng)未萌發(fā)的分生孢子棉花過濾除去菌絲缺陷性孢子、死孢子確定營養(yǎng)缺陷性

各種補(bǔ)充培養(yǎng)基培養(yǎng)需長時(shí)間萌發(fā)的野生型孢子死孢子已突變的孢子通氣培養(yǎng)過濾除去菌絲3）二倍體生物突變的檢出根據(jù)后代性狀的分離情況進(jìn)行檢出4）果蠅突變的檢出A性連鎖基因隱性突變的檢出

(ClB法、Muller-5)

Muller-5法：

Muller-5品系:X染色體上有B(棒眼)Wa(杏眼)

倒位：可抑制X染色體的交換。

檢出步驟:

圖Ⅰ.

將待測的♂果蠅與純合Muller♀果蠅雜交.Ⅱ.

將F1♀♂單對(duì)自交,Ⅲ.

觀察分析F2①F2♂:♀=1:1Muller♂和野生型♂待測雄果蠅無可見突變③

F2♂:♀=2:1，只有Muller♂②在F2♂中有突變型。待測雄果蠅有隱性可見突變

待測雄果蠅發(fā)生隱性致死突變

B常染色體突變——平衡致死系(Cy和S)果蠅2號(hào)染色體顯性翹翅基因Cy（隱性致死）顯性星狀眼基因S（隱性致死）

觀察分析F3：

a.如待測的2號(hào)染色體上無突變發(fā)生

F3中除有卷翅(或星狀眼)外，還有1/3野生型

b.如有隱性突變發(fā)生

F3中除卷翅（或星狀眼）外，還有1/3突變類型。c.

F3只有一種類型，卷翅（或星狀眼）檢出特點(diǎn)：只能檢出常染色體，且與平衡致死系同號(hào)染色體上的基因突變。如果有隱性致死突變發(fā)生5）人類基因突變的檢出

常染色體突變：借助蛋白質(zhì)電泳技術(shù)，

DNA分子標(biāo)記等性染色體突變：可根據(jù)性狀表現(xiàn)檢出

人的突變的檢出家系分析（pedigreeanalysis）和出生調(diào)查

人的突變的檢出下面是一個(gè)上眼瞼下垂的家系，先證者的父母表型正常，說明是新產(chǎn)生的突變。人的突變的檢出目前用的較多的檢出人類突變的另一方法，是篩選各種蛋白質(zhì)或酶的微小變異：例如：鐮型細(xì)胞貧血癥患者基因型HbsHbs

血紅蛋白（S）(SS)

正常為HbAHbA血紅蛋白（A）（AA)

雜合體HbsHbA具兩種血紅蛋白的A和S(AS)A與S兩種血紅蛋白電泳的遷移率不同，通過電泳可以分辯人的突變的檢出人的突變的檢出分子水平：RFLP、AFLP等、基因組序列分析等。3.基因突變的分子機(jī)制

自發(fā)突變：自然狀況下產(chǎn)生的突變基因突變

誘發(fā)突變：由誘變劑引起的突變1)基因突變的方式產(chǎn)生原因：復(fù)制錯(cuò)誤、DNA損傷和轉(zhuǎn)座作用等。根據(jù)突變發(fā)生在DNA結(jié)構(gòu)或序列的變化可分為：

⑴堿基替換：一種堿基被另一種堿基替換轉(zhuǎn)換：嘌呤→嘌呤；或者嘧啶→嘧啶顛換：嘌呤→嘧啶;或者嘧啶→嘌呤

⑵

移碼突變：增加或減少幾個(gè)堿基,導(dǎo)致蛋白質(zhì)翻譯錯(cuò)位。

⑶

缺失和重復(fù)：大片段堿基的缺失或重復(fù)，如E.coli乳糖發(fā)酵調(diào)節(jié)基因lacⅠ

中四堿基重復(fù)序列

根據(jù)堿基替換后氨基酸順序是否發(fā)生改變可分為：⑴同義突變（samesensemutation）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/GAC—Asp.⑵錯(cuò)義突變（missensemutation）堿基替換的結(jié)果引起氨基酸序列的改變.⑶無義突變（nonsensemutation）編碼區(qū)的單堿基突變導(dǎo)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.

⑷延長突變：堿基替換使終止密碼變?yōu)榫幋a某種氨基酸的密碼子的突變

如鐮刀型貧血癥：血紅蛋白B鏈(146Aa)，6號(hào)氨基酸的替換,導(dǎo)致明顯的表型癥狀。Glu→Val,若Glu→Asp則影響較小。2)自發(fā)突變的分子機(jī)制造成DNA錯(cuò)誤復(fù)制的原因：

a、堿基的互變異構(gòu)作用

b、DNA復(fù)制過程中模板鏈或子鏈環(huán)出，造成子鏈的堿基缺失或增加，引起移碼突變

自發(fā)化學(xué)損傷：自然產(chǎn)生的對(duì)DNA的損傷⑴

脫嘌呤由于堿基和脫氧核糖間的糖苷鍵受到破壞,從而引起一鳥嘌呤或腺嘌呤從DNA分子上脫落下來.⑵

脫氨基作用

C脫氨基變成U;A脫氨基變成H,H和G配對(duì)造成轉(zhuǎn)換AA-T→→→H-T→→→H-C→→→H-C↘→A-T↘→G-CBG-C→→→G-U→→→A-U→→→A-U↘→G-C↘→A-T圖:脫氨基造成的堿基轉(zhuǎn)換⑶

氧化損傷:

活潑氧化物如：超氧基（O2-），氫氧基（OH-）和過氧化氫（H2O2），對(duì)DNA造成損傷

G氧化成為GO，GO與A錯(cuò)配導(dǎo)致GCTA3）誘發(fā)突變的分子機(jī)制（inducedmutaion）

由各種誘變劑（物理的、化學(xué)的）誘發(fā)的突變電離輻射原理：基因的化學(xué)物質(zhì)(DNA)發(fā)生電離作用。堿基對(duì)、堿基結(jié)構(gòu)破壞、改變基因突變；磷酸二酯鍵斷裂、染色體斷裂重接染色體結(jié)構(gòu)變異。電離輻射的作用：直接作用：DNA或染色體被射線作用產(chǎn)生電離或激發(fā)引起變異間接作用：細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)吸收能量產(chǎn)生氧自由基，破壞DNA結(jié)構(gòu)遺傳效應(yīng)：低劑量生長正常高劑量生長異常或死亡離子輻射可以使慢性髓細(xì)胞白血病發(fā)生率增高，在廣島和長畸原子彈爆炸后幸存者、接受脊椎放療的強(qiáng)直性脊椎炎患者和接受放療的宮頸癌患者中慢性髓細(xì)胞白血病發(fā)病率與其他人群相比明顯增高。

美國前陸軍上校阿薩夫·杜拉科維克醫(yī)生語出驚人地宣稱，海灣戰(zhàn)爭綜合癥的真正禍源是美軍所發(fā)射的大量貧鈾彈，“數(shù)萬名”美英海灣戰(zhàn)爭軍人正因貧鈾彈輻射而面臨死亡的危險(xiǎn)！

貧鈾一旦進(jìn)入人體，就會(huì)導(dǎo)致癌癥、不可逆的腎損傷、免疫系統(tǒng)紊亂、影響生殖功能，甚至還有研究人員稱，貧鈾會(huì)從基因上改變細(xì)胞，后果可想而知。孫渤先生為煙臺(tái)大學(xué)外國語學(xué)院外貿(mào)英語教學(xué)部主任，副教授。他曾于1989年7月至1990年8月在中國駐科威特使館任商務(wù)隨員，1991年3月，他又返回科威特參加重建被毀中國使館工作，是首批海灣戰(zhàn)爭結(jié)束前重返科威特的6名中國外交官之一。他頻繁出入戰(zhàn)場，并遭遇軍火庫爆炸和武裝拘壓等偶發(fā)事件，在惡劣、艱苦的工作環(huán)境中受到美軍投下的貧鈾彈核輻射侵害，在海灣地區(qū)工作時(shí)就巳患上怪病，后來被確診為海灣戰(zhàn)爭綜合癥。他是我國官方公開承認(rèn)的第一例海灣戰(zhàn)爭綜合癥患者，傷殘等級(jí)為一等公殘。據(jù)醫(yī)學(xué)檢測表明，孫渤同志遭受了核輻射，

染色體嚴(yán)重變異，身體的免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等方面均遭到了嚴(yán)重破壞。而最大的問題是受輻射影響，他已失去生育能力。

非電離輻射紫外線的致突變作用紫外線使ＤＮＡ形成嘧啶二聚體，如T二聚體

B化學(xué)誘發(fā)（inducedmutaion）

主要的誘變劑：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(duì)；烯醇式結(jié)構(gòu)易與G配對(duì)。另有2-氨基嘌呤(2-AP,A類似物)、

5-氟尿嘧啶、

5-氯尿嘧啶等。芥子氣進(jìn)入體內(nèi)后可以與體內(nèi)DNA、RNA和某些蛋白質(zhì)起烴化反應(yīng)，使得細(xì)胞的代謝和功能發(fā)生障礙，產(chǎn)生變性、炎癥和壞死。

酮式與A配對(duì)，烯醇式與G配對(duì)改變DNA結(jié)構(gòu)的化合物：亞硝酸、羥胺和烷化劑

亞硝酸：使腺嘌呤（A）變成次黃嘌呤(H)、胞嘧啶（C）變成尿嘧啶（U）H的配對(duì)特性象G，容易和C配對(duì)成H-C；U的配對(duì)特性象T，和A配對(duì)成A-U。在下一次DNA復(fù)制時(shí)完成AT→GC，GC→AT的轉(zhuǎn)換。返回

羥胺：能使胞嘧啶（C）先變成羥氨基胞嘧啶，再經(jīng)互變異構(gòu)反應(yīng)變成能與腺嘌呤配對(duì)的羥氨基胞嘧啶，導(dǎo)致

GC對(duì)變成了AT對(duì)，從而誘發(fā)了基因突變。

烷化劑：使嘌呤脫落，造成轉(zhuǎn)換、顛換、斷裂或其他突變

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。

能和DNA起化學(xué)反應(yīng)并能改變堿基氫鍵特性的物質(zhì)：烷化劑、亞硝酸和羥胺等烷化劑(EMS、MMS)↓烷化作用↓堿基水解缺失↓轉(zhuǎn)換與顛換返回

結(jié)合到DNA分子上的化合物：

吖啶類染料:吖啶橙、