遺傳學(xué)教材 第四章 基因突變及突變的分子基礎(chǔ) 配套課件

第四章基因突變及突變的分子基礎(chǔ)

基因作為遺傳信息單位，位于染色體上，控制生物的性狀發(fā)育。DNA是攜帶生物遺傳信息的載體，是遺傳的分子基礎(chǔ)?；虮磉_(dá)就是將基因攜帶的生物信息釋放出來(lái)，供細(xì)胞利用的過(guò)程，或?qū)⑸锏倪z傳信息作為性狀或特征表現(xiàn)出來(lái)的過(guò)程。通常所說(shuō)的基因表達(dá)：指基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過(guò)程。

原核生物或真核生物為了適應(yīng)外界環(huán)境條件及自身的需要，都必須不斷調(diào)控各種不同基因的表達(dá)方式。一、經(jīng)典遺傳關(guān)于基因的概念基因具有染色體的主要特性，基因在染色體上占有一定位置(位點(diǎn))是交換的最小單位，基因是一個(gè)突變單位，基因是一個(gè)功能單位。第一節(jié)基因的概念及其發(fā)展

二、分子遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念生化遺傳及早期分子遺傳研究在兩個(gè)重要方面發(fā)展了基因的概念：基因是DNA分子上帶有遺傳信息的特定核苷酸序列區(qū)段，并且在染色體上位置固定、序列連續(xù)；遺傳信息就存在于核苷酸(堿基)序列中?！耙粋€(gè)基因一個(gè)酶”，基因表達(dá)為蛋白質(zhì)；基因的核苷酸序列決定蛋白質(zhì)氨基酸序列?；蚋拍睿孩倏赊D(zhuǎn)錄一條完整的RNA分子或編碼一個(gè)多肽鏈；

②功能上被順?lè)礈y(cè)驗(yàn)或互補(bǔ)測(cè)驗(yàn)所規(guī)定。基因相當(dāng)于一個(gè)順?lè)醋?，包含許多突變子和重組子。分子遺傳學(xué)保留了功能單位的解釋，而拋棄了最小結(jié)構(gòu)單位說(shuō)法。三、現(xiàn)代分子遺傳學(xué)關(guān)于基因的概念

(一)現(xiàn)代基因概念基因是DNA分子上帶有遺傳信息的特定核苷酸序列區(qū)段。分子遺傳學(xué)的大量試驗(yàn)證明，DNA是主要的遺傳物質(zhì)，基因在DNA分子上，一個(gè)基因相當(dāng)于DNA分子上的一定區(qū)段，它攜帶有特殊的遺傳信息，這類遺傳信息或者被轉(zhuǎn)錄為RNA(mRNA、tRNA、rRNA)或者被翻譯成多肽鏈(指mRNA)或者對(duì)其他基因的活動(dòng)起調(diào)控作用(調(diào)節(jié)基因、啟動(dòng)基因，操縱基因)基因由重組子、突變子序列構(gòu)成的。重組子是DNA重組的最小可交換單位；突變子是產(chǎn)生突變的最小單位；重組子和突變子都是一個(gè)核苷酸對(duì)或堿基對(duì)(bp)?；蚩梢园鄠€(gè)功能單位(順?lè)醋?。精密的微生物遺傳分析表明，在一個(gè)基因的區(qū)域內(nèi)，可以劃分出有關(guān)突變、重組、功能的三個(gè)單位，即突變子，重組子和順?lè)醋印?/p>

(1)突變子：它是性狀突變時(shí)，產(chǎn)生突變的最小單位，一個(gè)突變子可以小到只是一個(gè)核苷酸對(duì)。(2)重組子：在發(fā)生性狀的重組時(shí)，可交換的最小單位，一個(gè)交換子只包含一對(duì)核苷酸。(3)順?lè)醋樱阂粋€(gè)作用子所包括的一段DNA與一個(gè)多肽鏈所合成相對(duì)應(yīng)平均大小為500-1500個(gè)核苷酸。(二)基因的功能類型根據(jù)基因的原初功能可以將基因分為：1.編碼蛋白質(zhì)的基因，即有翻譯產(chǎn)物的基因。如結(jié)構(gòu)蛋白、酶等結(jié)構(gòu)基因和產(chǎn)生調(diào)節(jié)蛋白的調(diào)節(jié)基因。2.沒(méi)有翻譯產(chǎn)物，不產(chǎn)生蛋白質(zhì)的基因。轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物RNA不翻譯，如編碼tRNA、rRNA。3.不轉(zhuǎn)錄的DNA區(qū)段。如啟動(dòng)基因、操縱基因。啟動(dòng)基因是轉(zhuǎn)錄時(shí)RNA多聚酶與DNA結(jié)合的部位。操縱基因是阻遏蛋白、激活蛋白與DNA結(jié)合的部位。⑴結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)指可編碼RNA或蛋白質(zhì)的一段DNA序列。⑵調(diào)控基因(regulatorgene)指其表達(dá)產(chǎn)物參與調(diào)控其它基因表達(dá)的基因。⑶重疊基因(overlappinggene)⑷隔裂基因(splitgene)

內(nèi)含子：在DNA序列中，不出現(xiàn)在成熟mRNA中的片段；外顯子：在DNA序列中，出現(xiàn)在成熟mRNA中的片段。指一個(gè)基因內(nèi)部被一個(gè)或更多不翻譯的編碼順序即內(nèi)含子所隔裂。斷裂基因或隔裂基因即轉(zhuǎn)座因子，指染色體組上可以轉(zhuǎn)移的基因。實(shí)質(zhì)：能夠轉(zhuǎn)移位置的DNA片斷。

功能：可從這條染色體整合到另一條染色體上引起插入突變、DNA結(jié)構(gòu)變異(如重復(fù)、缺失、畸變)。突變的結(jié)果很容易通過(guò)表現(xiàn)型變異得到鑒別。遺傳工程常用：轉(zhuǎn)座子標(biāo)簽法。⑸跳躍基因(jumpinggene)

玉米轉(zhuǎn)座子現(xiàn)象◆轉(zhuǎn)座遺傳因子又叫可移動(dòng)因子，是指一段特定的DNA序列。它可以在染色體組內(nèi)移動(dòng)，從一個(gè)位點(diǎn)切除，插入到一個(gè)新的位點(diǎn)。這種切除和移動(dòng)，能夠引起基因的突變或染色體重組?！羲荕cClintock(1956)在玉米上首先發(fā)現(xiàn)的。這是遺傳學(xué)發(fā)展史上重要的里程碑之一。①轉(zhuǎn)座因子的發(fā)現(xiàn)和鑒定

玉米轉(zhuǎn)座子解離因子（Ds）——染色體的斷裂控制因子（Ac）——可以轉(zhuǎn)座，控制Ds因子轉(zhuǎn)座◆在一個(gè)試驗(yàn)中，Ds從原來(lái)的位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到C基因座位。Ds插入C座位后引起：第一染色體在C位點(diǎn)發(fā)生斷裂；第二C–c的基因突變。這種突變?cè)贏c因子不存在時(shí)是穩(wěn)定的，種子糊粉層無(wú)色，植株也不產(chǎn)生色素；但在Ac存在時(shí)，有些細(xì)胞可以發(fā)生由c–C的回復(fù)突變，所以種子糊粉層和植株都會(huì)出現(xiàn)有色斑點(diǎn)②轉(zhuǎn)座因子的結(jié)構(gòu)特性Ⅰ.原核生物的轉(zhuǎn)座因子A．插入因子◆插入因子(insertionsequence，IS)是已知具有轉(zhuǎn)座能力最簡(jiǎn)單的遺傳因子，長(zhǎng)度大都小于2kb，最少的如IS1只用768bp?！羲鼈兊囊粋€(gè)共同特征是，在它們的末端都具有一段反向的重復(fù)序列(IR)。但其長(zhǎng)度并不一定相等。例如IS10左邊IR序列是17bp，右邊是22bp。◆是由幾個(gè)基因組成的特定的DNA片段，而且往往帶有抗菌素抗性基因，所以易于鑒定。根據(jù)結(jié)構(gòu)特性的不同，分為：★復(fù)合轉(zhuǎn)座子：由2個(gè)同樣的IS因子連接抗菌素抗性片段的兩側(cè)構(gòu)成的?！?/p>

Tnp3系轉(zhuǎn)座子：長(zhǎng)度約為5000bp。末端有一對(duì)38bp的IR序列。每個(gè)轉(zhuǎn)位子都帶有3個(gè)基因:一個(gè)是編碼對(duì)氨芐青霉素抗性的β–內(nèi)酰胺酶(β–lactamase)基因，其它二個(gè)是編碼與轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的基因，TnpA和TnpRⅡ.轉(zhuǎn)座子(transposons)Ⅲ.Mu噬菌體(Mu)

是大腸桿菌的溫和噬菌體，溶源化后，能起到轉(zhuǎn)座子的作用。和轉(zhuǎn)座子一樣，它也含有與轉(zhuǎn)座有關(guān)的基因和反向重復(fù)序列。Mu能夠整合進(jìn)寄主染色體，催化一系列染色體重新排列。③真核生物的轉(zhuǎn)座因子

◆

Ac因子：4563bp，帶有兩個(gè)與轉(zhuǎn)座有關(guān)的基因，這兩個(gè)酶基因從一個(gè)連接它們的共同起點(diǎn)開(kāi)始，分別向兩個(gè)方向進(jìn)行轉(zhuǎn)錄。在兩個(gè)基因未端還有兩個(gè)不編碼的序列，最后是由11個(gè)核苷酸組成的反向重復(fù)區(qū)。它通過(guò)由8個(gè)核苷酸組成的靶子位點(diǎn)重復(fù)DNA與受體基因連接起來(lái)?！?/p>

Ds因子大小差別很大。Ds9很象Ac，只是缺失3194個(gè)核苷酸。而一個(gè)最小的Ds因子只有Ac長(zhǎng)度的1/10，僅僅包括了Ac因子的未端反向重復(fù)區(qū)(圖10-17)◆轉(zhuǎn)座機(jī)制研究最清楚的是細(xì)菌的轉(zhuǎn)座子。轉(zhuǎn)座子的轉(zhuǎn)座一方面依賴于必要的結(jié)構(gòu)即兩端的IR序列，另一方面依賴于基因的作用。和轉(zhuǎn)座有關(guān)的蛋白質(zhì)一般都由轉(zhuǎn)座子本身的基因所編碼。轉(zhuǎn)座過(guò)程是一個(gè)非同源重組過(guò)程，通過(guò)這一重組過(guò)程轉(zhuǎn)座子出現(xiàn)在一個(gè)新的位置上，可是原來(lái)位置上的轉(zhuǎn)座子并不消失。雖然已經(jīng)有一些企圖說(shuō)明轉(zhuǎn)座過(guò)程的分子機(jī)制模型，但它們的確切機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。④轉(zhuǎn)座因子的應(yīng)用

作為基因的標(biāo)記克隆目的基因

⑹假基因(pseudogene)指在染色體組上存在多份拷貝的基因。重復(fù)基因往往是生命活動(dòng)中最基本、最重要的功能相關(guān)的基因。最典型的重復(fù)基因是rRNA、tRNA和組蛋白基因等。⑺重復(fù)基因基因突變(genemutation)：染色體上某一基因位點(diǎn)內(nèi)部發(fā)生了化學(xué)性質(zhì)(結(jié)構(gòu))的變化，與原來(lái)基因形成對(duì)性關(guān)系。例如：植物高稈基因D突變?yōu)榘捇騞。經(jīng)典遺傳學(xué)(基因論)認(rèn)為：基因就是一個(gè)“點(diǎn)”，在染色體上具有一定的位置和相互排列關(guān)系，而基因突變就是一個(gè)點(diǎn)的改變，是以一個(gè)整體進(jìn)行突變。因此從經(jīng)典遺傳學(xué)水平看，基因突變又稱為“點(diǎn)突變”(pointmutation)。第二節(jié)基因突變及其特征一、基因突變的概念及其類別（一）基因突變的概念◆摩爾根等1910年發(fā)現(xiàn)果蠅眼色的突變(Ww)，并進(jìn)行鑒定與分析，從而明確證實(shí)基因突變的存在。基因突變的發(fā)生：在自然條件下廣泛、大量存在；★自然發(fā)生：自然界的因素；★人工誘發(fā)：理化因素，更高突變頻率?！艋蛲蛔冃纬傻牟煌任换蚣跋鄬?duì)性狀差異是人們發(fā)現(xiàn)該基因(位點(diǎn))存在的前提；◆是生物進(jìn)化過(guò)程中自然選擇的最根本基礎(chǔ)；◆也是生物遺傳育種的重要基礎(chǔ)?！锇捇虻睦?；★植物雄性不育基因(細(xì)胞質(zhì)基因突變)的利用。（二）基因突變的類別1.根據(jù)誘發(fā)的原因，基因突變可分為以下兩個(gè)類型：（1）自發(fā)突變（spontaneousmutation），所謂的自發(fā)突變，是指在沒(méi)有人工特設(shè)的誘發(fā)條件下，由于外界環(huán)境的自然作用或生物體內(nèi)生理或生化變化而誘發(fā)的突變。根據(jù)這個(gè)定義，我們知道所謂的自發(fā)突變并不是沒(méi)原因的突變，而是指人工特設(shè)誘變因素以外的其它因素引起的突變。（2）誘發(fā)誘變：這是指由人工特設(shè)誘發(fā)因素而引起的突變。2.根據(jù)突變引起的表型特征，可將突變分為：（１）形態(tài)突變（morphologicalmutation），是泛指能造成外形改變的突變。例：普通綿羊的四肢有一定的長(zhǎng)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(jiàn)突變（visiblemutations）

控制質(zhì)量性狀的基因突變屬于大突變。控制數(shù)量性狀的基因突變大都屬于微突變。例如：玉米的長(zhǎng)果穗和短果穗為了鑒別微突變的遺傳效應(yīng)，常需要借助統(tǒng)計(jì)方法加以研究分析。（２）致死突變（lethalmutation）：是指能造成個(gè)體死亡的突變，致死突變型又可分為全致死突變型（90％以上死亡），亞致死突變（50%～90%死亡）；半致死突變（10%～50%死亡）和弱致死突變（10%以下死亡）。顯性致死：雜合態(tài)即有致死。隱性致死：純合態(tài)才有致死鐮刀形貧血癥、植物白化基因等。（3）條件致死突變（conditionallethalmutation)：指在一定條件下表現(xiàn)致死效應(yīng)，而在其它條件下可以存活的突變。

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

（4）生化突變（biochemicalmutation)：指沒(méi)有形態(tài)效應(yīng)，但導(dǎo)致某種特定生化功能改變的突變。例：鏈孢霉的氨基酸突變型＋某種氨基酸才能生長(zhǎng)◆由基因突變而表現(xiàn)突變性狀的細(xì)胞或個(gè)體，稱為突變體或突變型(mutant)?！麸@性突變：突變產(chǎn)生的新基因?qū)υ瓉?lái)的基因表現(xiàn)為顯性?！綦[性突變：

突變產(chǎn)生的新基因?qū)υ瓉?lái)的基因表現(xiàn)為隱性。二、基因突變的時(shí)期和特征（一）基因突變的時(shí)期◆生物個(gè)體發(fā)育的任何時(shí)期均可發(fā)生：★性細(xì)胞(突變)突變配子后代個(gè)體；★體細(xì)胞(突變)突變體細(xì)胞組織器官。體細(xì)胞突變的保留與芽變選擇。◆性細(xì)胞的突變頻率比體細(xì)胞高：★性母細(xì)胞與性細(xì)胞對(duì)環(huán)境因素更為敏感。◆(等位)基因突變常常是獨(dú)立發(fā)生的：★在體細(xì)胞中如果隱性基因發(fā)生顯性突變，當(dāng)代就會(huì)表現(xiàn)出來(lái)，同原來(lái)性狀并存，形成鑲嵌現(xiàn)象或稱嵌合體(chimaera)◆突變時(shí)期不同，其表現(xiàn)也不相同

嵌合體

從理論上講，突變可以發(fā)生在生物個(gè)體發(fā)育的任何時(shí)期，在體細(xì)胞或性細(xì)胞中都可發(fā)生，但性細(xì)胞發(fā)生的頻率要比體細(xì)胞高些。性細(xì)胞發(fā)生的突變可以通過(guò)受精直接傳遞給后代。體細(xì)胞如果發(fā)生突變，突變的體細(xì)胞在生長(zhǎng)過(guò)程中，往往競(jìng)爭(zhēng)不過(guò)周圍的正常細(xì)胞，受到抑制或最終消失。保留體細(xì)胞的突變，需將它從母體上及時(shí)分割下來(lái)加以無(wú)性繁殖，許多植物的突變就是體細(xì)胞的突變結(jié)果。如果果樹(shù)上一旦發(fā)生優(yōu)良突變，即可直接采用無(wú)性繁殖方法育成新品種?；蛲蛔兺ǔＪ仟?dú)立發(fā)生的，即某一基因位點(diǎn)的這一等位基因發(fā)生突變時(shí)，不影響其它等位基因。例如AA突變?yōu)锳a或aa突變?yōu)锳a。在體細(xì)胞中如果隱性基因發(fā)生顯性突變，當(dāng)代就能表現(xiàn)出來(lái)，同原來(lái)性狀并存，形成鑲嵌現(xiàn)象，形成嵌合體。突變發(fā)生的越早，鑲嵌范圍越大。（二）基因突變的一般特征基因突變表現(xiàn)出以下幾個(gè)方面的普遍特征：(一)突變的重演性和可逆性(二)突變的多方向性與復(fù)等位基因(三)突變的有害性和有利性(四)突變的平行性(五)突變的獨(dú)立性和隨機(jī)性1.突變的重演性和可逆性◆突變的重演性：

同一突變可以在生物的不同個(gè)體上多次發(fā)生?！锿换蛲蛔?cè)诓煌膫€(gè)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。例如果蠅的白眼突變，在多次試驗(yàn)中都出現(xiàn)過(guò)類似的突變，且它們的突變的頻率也極相近似。◆突變的可逆性：基因突變的發(fā)生方向是可逆的。★正突變(forwardmutation)：顯性基因A隱性基因a；★反突變(reversemutation)：隱性基因a顯性基因A。★通常認(rèn)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u

野生型===========突變型

反突變v需要指出的是，由于缺失而引起的突變不能發(fā)生回復(fù)突變。顯性基因Ａ可以突變?yōu)殡[性基因ａ，而隱性基因ａ也可以突變?yōu)轱@性基因Ａ，前者稱為正向突變（forwardmutation）。后者稱為反向突變或回復(fù)突變（backmutation）。正突變與反突變的頻率◆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?！粼蛟谟冢骸镎Ｒ吧突騼?nèi)部存在許多可突變部位，其中之一結(jié)構(gòu)改變均會(huì)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(lái)發(fā)生突變的部位恢復(fù)原狀。突變頻率突變頻率是指生物體在每一世代中（單細(xì)胞生物以每一細(xì)胞）發(fā)生突變的頻率，也就是一定時(shí)間內(nèi)突變可能發(fā)生的次數(shù)。突變頻率一般是很低的，不同的生物，不同的基因其突變率相差較大。如果在人工誘變條件下，突變頻率可以大大提高，有時(shí)可達(dá)幾千倍。

在高等生物中基因突變率為1×10-5至1×10-8，即在一萬(wàn)至一億個(gè)配子中只有一個(gè)發(fā)生突變。突變率通常是用每一個(gè)配子發(fā)生突變的概率，即用一定數(shù)目的配子中的突變配子數(shù)表示，例如玉米粒7個(gè)基因的自然突變率彼此各不相同。在低等生物中，如細(xì)菌，基因突變率為1×10-4至1×10-10，變異幅度更大，即在一萬(wàn)至一百億個(gè)細(xì)菌中可以看到一個(gè)突變體。在細(xì)菌中突變率是同每一細(xì)胞世代中每一細(xì)菌發(fā)生突變的概率，即用一定數(shù)目的細(xì)菌在分裂一次過(guò)程中發(fā)生突變次數(shù)表示。突變頻率表4-1

各種生物的某些座位的自發(fā)突變率2.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(gè)突變部位分別改變后會(huì)產(chǎn)生多種等位基因形式。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(duì)A均表現(xiàn)為隱性的基因。新基因可能均是無(wú)功能的，也可能各具不同功能。復(fù)等位基因(multipleallele)：位于同一基因位點(diǎn)上的多個(gè)等位基因。在二倍體與異源多倍體中，同一位點(diǎn)只能有一對(duì)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(huì)存在于生物群體的不同個(gè)體中。人類ABO血型的復(fù)等位基因◆人類紅細(xì)胞表面抗原的特異性由3個(gè)復(fù)等位基因IA，IB，i決定。★其中IA，IB對(duì)i均為顯性；★

IA，IB間為共顯性?！?/p>

3種基因兩兩組合可能形成6種基因型、4種紅細(xì)胞表面抗原反應(yīng)類型，如下表所示(其中用I0表示i)：基因的突變可以向多個(gè)方向進(jìn)行，一個(gè)基因Ａ可以突變?yōu)閍1、a2、a3……an等而構(gòu)成所謂的復(fù)等位基因（multiplealleles）。這些復(fù)等位基因可以從野生型基因突變產(chǎn)生，也可以從其它任何一個(gè)突變基因突變產(chǎn)生。它們對(duì)A來(lái)說(shuō)都是隱性基因。具有對(duì)性關(guān)系的基因是位于同一基因位點(diǎn)上的。位于同一基因位點(diǎn)的各個(gè)等位基因，在遺傳上稱為復(fù)等位基因。復(fù)等位基因不存在于同一個(gè)體，而是存在于同一生物類型的不同個(gè)體里。復(fù)等位基因廣泛存在于生物界。突變的多方向性與復(fù)等位基因突變的多方向性與復(fù)等位基因突變的多方向性與復(fù)等位基因煙草的自交不親和性基因◆自交不親和性(self-incompatibility)：植物自花授粉不結(jié)實(shí)，而株間授粉可能結(jié)實(shí)的現(xiàn)象?！魺煵輰儆袃蓚€(gè)野生種(Nicotiana

forgationa與N.alata)表現(xiàn)自交不親和性?！镞@一特性由15個(gè)復(fù)等位基因(S1,S2,…,S15)控制，稱為自交不親和基因?！镅芯勘砻鳎浩湓蚴蔷哂心骋换虻幕ǚ哿２荒茉诰哂邢嗤虻闹^上萌發(fā)、伸長(zhǎng)，因而不能完成受精過(guò)程。也即：柱頭對(duì)具有相同基因的花粉粒具有拮抗作用。★其機(jī)理如下圖野生煙草交配親和性遺傳機(jī)理3.突變的有害性和有利性突變的有害性：大多數(shù)基因的突變，對(duì)生物的生長(zhǎng)與發(fā)育往往是有害的?！锷锏囊吧突蚨际钦Ｓ泄δ艿?；★生物細(xì)胞內(nèi)現(xiàn)有的基因是通過(guò)長(zhǎng)期自然選擇進(jìn)化而來(lái)，并且基因間達(dá)到某種相對(duì)平衡與協(xié)調(diào)狀態(tài)?！镆虼?，基因突變可能會(huì)導(dǎo)致：基因間及相關(guān)代謝過(guò)程的協(xié)調(diào)關(guān)系被破壞?！锘蛲蛔兣c表現(xiàn)往往會(huì)導(dǎo)致當(dāng)代生物個(gè)體：性狀變異、個(gè)體發(fā)育異常、生存競(jìng)爭(zhēng)與生殖能力下降，甚至死亡——致死突變。致死突變◆致死突變：指發(fā)生突變后會(huì)導(dǎo)致特定基因型個(gè)體死亡的基因突變?！锎蠖鄶?shù)致死突變都為隱性致死(recessivelethal)，只有突變后代中的隱性純合體才表現(xiàn)為致死的效應(yīng)?！锷贁?shù)致死突變表現(xiàn)為顯性致死(dominantlethal)，帶有突變基因的個(gè)體都會(huì)死亡。如：人的神經(jīng)膠癥(epiloia)基因?！锶绻滤劳蛔儼l(fā)生在性染色體上，將產(chǎn)生伴性致死(sexlinkedlethal)現(xiàn)象。小鼠(Mus

musculus)毛色遺傳隱性致死突變◆在正常黑色鼠中發(fā)現(xiàn)一種黃色突變型，雜合體(黃色)自群交配、雜合體與黑色鼠交配結(jié)果如下圖所示。◆研究表明：黃色基因(AY)在毛色上表現(xiàn)為顯性，但是同時(shí)具有顯性純合致死效應(yīng)；AYAY個(gè)體胚胎階段即死亡，所以雜合體自群交配毛色會(huì)表現(xiàn)2:1。突變的有害性與有利性：突變大多數(shù)是有害的?，F(xiàn)存的生物由于經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期自然選擇進(jìn)化而來(lái)，它們的遺傳物質(zhì)及其控制下的代謝過(guò)程，都已達(dá)到相對(duì)平衡和協(xié)調(diào)狀態(tài)。如果某一基因一旦發(fā)生突變，原有的協(xié)調(diào)關(guān)系不可避免地要遭到破壞或削弱，生物賴以正常生活的代謝關(guān)系就會(huì)被打亂，從而引起不同程度的有害結(jié)果，一般表現(xiàn)為生育反常，極端的會(huì)導(dǎo)致死亡，這種導(dǎo)致個(gè)體死亡的突變稱為致死突變。突變的有害性與有利性：突變的有害性與有利性：植物隱性白化突變◆與葉綠體形成有關(guān)的基因多達(dá)50多對(duì)，其中不少基因突變(喪失功能)均可能導(dǎo)致葉綠素不能形成，產(chǎn)生白化苗。◆白化苗不能進(jìn)行光合作用，子葉或胚乳中養(yǎng)料耗盡時(shí)，幼苗就死亡。如下圖所示：2.突變的有利性◆突變的有害與有利性是相對(duì)的：★主要針對(duì)突變性狀表現(xiàn)當(dāng)代個(gè)體而言；★同時(shí)也主要是對(duì)生物本身的生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖而言?！粼谀承┣闆r下，基因突變的有害與有利性可以轉(zhuǎn)化：★對(duì)突變性狀表現(xiàn)當(dāng)代及后代群體而言：例如：抗逆性(抗生物、非生物協(xié)迫)；★對(duì)后代群體在特殊環(huán)境中生存而言：例如：作物矮稈突變型在多風(fēng)與高肥環(huán)境下；又如：果蠅殘翅突變型在多風(fēng)海鳥(niǎo)環(huán)境下?！飳?duì)人類需求與利用而言：如：作物矮稈突變型的利用；又如：作物雄性不育突變型的利用。突變的有害性與有利性：少數(shù)的突變能促進(jìn)和加強(qiáng)某些生命活力，所以是有利的突變。例如作物抗病性，微生物的抗藥性等，這些突變?yōu)樯镞M(jìn)化提供了最有利的條件。抗藥性突變與藥物：微生物產(chǎn)生抗藥性突變與藥物的存在與否沒(méi)有關(guān)系。藥物的存在只是起篩選作用。3.中性突變◆中性突變：指突變型的性狀變異對(duì)生物個(gè)體生活力與繁殖力沒(méi)有明顯的影響，在自然條件下不具有選擇差異的基因突變?！锷镞M(jìn)化過(guò)程中自然環(huán)境對(duì)生物的選擇主要依據(jù)生物在競(jìng)爭(zhēng)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(duì)較高的類型(各種突變型)被保存下來(lái)；反之則淘汰?！餂](méi)有生活力與繁殖力差異的類型則是隨機(jī)地保留下來(lái)，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。突變的有害性與有利性：有些基因僅僅控制一些次要性狀，它們即使發(fā)生突變，也不會(huì)影響生物的正常生理活動(dòng)，因而能保持其正常的生活力和繁殖力，為自然選擇保留下來(lái)，這類突變，一般稱為中性突變。如：小麥粒色的變化4.突變的平行性突變的平行性是指親緣關(guān)系相近的物種因遺傳基礎(chǔ)比較近似，往往發(fā)生相似的基因突變。根據(jù)突變的平行性，當(dāng)了解到一個(gè)物種有哪些突變就能預(yù)見(jiàn)到近緣的其他物種也同樣存在相似的變異類型。突變的平行性對(duì)人工誘變，物種親緣關(guān)系和進(jìn)化的研究有一定的參考意義。突變的平行性自然界生物突變現(xiàn)象不同膚色的老鼠自然界生物突變現(xiàn)象不同膚色的蛇自然界生物突變現(xiàn)象不同翅膀的果蠅自然界生物突變現(xiàn)象不同眼色的果蠅自然界生物突變現(xiàn)象果蠅眼色的變異自然界生物突變現(xiàn)象翅膀羽毛的變化自然界生物突變現(xiàn)象孔雀翅膀羽色的變異自然界生物突變現(xiàn)象貓眼色變異蜜蜂綠眼變異自然界生物突變現(xiàn)象白化變異自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象＊自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象自然界生物突變現(xiàn)象第三節(jié)基因突變的表現(xiàn)與鑒定一、顯性突變和隱性突變的表現(xiàn)◆一對(duì)等位基因同時(shí)突變的概率非常低，所以突變發(fā)生當(dāng)代一般都是雜合體，顯性突變與隱性突變的性狀表現(xiàn)也有所不同；◆顯性突變和隱性突變自交后代中檢測(cè)到突變型的早晚、獲得純合體的快慢也有所不同：◆天然突變也因生物繁殖方式不同而異：★自花授粉/異花授粉。顯性突變與隱性突變的檢出與純合M表示突變世代，M1為突變發(fā)生當(dāng)代，其自交后代分別用M2(M3,…)表示，顯隱性突變的檢出與純合情況。二、大突變與微突變的表現(xiàn)◆細(xì)胞內(nèi)基因所控制的性狀各有不同，因此不同基因突變引起的表型變異程度也不相同?！锎笸蛔儯和蛔兓虻男?yīng)表現(xiàn)明顯，容易識(shí)別。

一般是控制質(zhì)量性狀的主效基因的突變?！镂⑼蛔儯和蛔兓虻谋硇妥儺愇⑿?，較難識(shí)別。

主要是控制質(zhì)量性狀的微效應(yīng)基因發(fā)生的突變?！粑⑼蛔兯a(chǎn)生的變異也就是數(shù)量性狀變異，因此應(yīng)采用數(shù)量遺傳的方法進(jìn)行研究?！粞芯勘砻鳎何⑼蛔冎杏欣蛔兟矢?，而且可以通過(guò)多基因的累加效應(yīng)產(chǎn)生顯著效應(yīng)，因而在育種中也具有非常高的應(yīng)用價(jià)值。*基因突變的相關(guān)研究?jī)?nèi)容◆基因突變表現(xiàn)后，要對(duì)其進(jìn)行深入研究與利用，相關(guān)研究?jī)?nèi)容包括：★突變的產(chǎn)生：如何產(chǎn)生、提高突變率、控制突變方向；★突變的真實(shí)性鑒定：是否能穩(wěn)定遺傳；★突變基因的性質(zhì)：顯性/隱性；★突變頻率的測(cè)定；★其它深入研究：

基因定位(染色體定位與連鎖分析)；

基因克隆、測(cè)序(分子水平)；

遺傳與表達(dá)機(jī)制(生理生化)；

育種應(yīng)用(雜交育種、轉(zhuǎn)基因)。三、基因突變的鑒定

誘變產(chǎn)生的變異是否屬于真實(shí)的基因突變，是顯性突變還是隱性突變，突變發(fā)生頻率的高低等，都要進(jìn)行鑒定。（一）基因突變的鑒定舉例某高稈植物經(jīng)誘變處理，后代中發(fā)現(xiàn)個(gè)別矮稈植株，矮稈產(chǎn)生的原因：①基因突變，②土壤肥力造成。需要進(jìn)行鑒定。

把矮稈的變異體同原始親本種植在土壤和栽培條件一致的條件下，仔細(xì)觀察比較兩者的表現(xiàn)，如果變異體跟原始親本一樣，都是高稈，說(shuō)明它是不遺傳變異，反之，如果變異體與原始親本不同，仍然表現(xiàn)為矮稈，說(shuō)明它是可遺傳的，是基因發(fā)生了突變。

（二）植物基因突變的鑒定

1.突變真實(shí)性的鑒定◆原始材料與變異體在一致的環(huán)境條件下種植(培育)；◆對(duì)兩類個(gè)體進(jìn)行性狀考察與比較分析(進(jìn)行方差分析)；◆根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行判定：★兩類個(gè)體間沒(méi)有差異不可遺傳變異(環(huán)境變異)；★差異仍然存在存在真實(shí)差異為突變體?！舴肿铀借b定方法：★蛋白質(zhì)產(chǎn)物的差異分析；★

DNA(RFLP、RAPD等方法)。P矮稈×高稈(原始親本)

↓

F1

高稈

↓

F2?高稈∶?矮稈通過(guò)雜交確定突變體是顯性突變，還是隱性突變。讓矮稈植株與原始親本雜交，如果F1表現(xiàn)高稈，F(xiàn)2既有高稈，又有矮稈，說(shuō)明矮稈突變是隱性突變，而不是顯性突變。如屬顯性突變，也可用同樣方法加以鑒定。2.突變顯隱性的鑒定3.突變率的測(cè)定(1)基因突變的頻率★突變率(mutationmate)指生物在一個(gè)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(gè)體的比例?！镉行陨成铮?/p>

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(xì)胞)無(wú)性繁殖生物：

每一世代中細(xì)胞發(fā)生突變的頻率。(2)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： ∽1×10-5－

1×10-8;★低等生物，如細(xì)菌： ∽1×10-4－

1×10-10;★人： ∽1×10-4－

1×10-6.◆同一物種的不同基因的天然突變率也明顯不同：(3)花粉直感法測(cè)定突變(誘變)率玉米籽粒胚乳：非甜(Su)甜(su)P: 甜粒親本(susu)×非甜粒親本(SuSu)G: su

SusuF1: Susu(非甜)

susu(甜粒)

正常花粉粒后代 突變花粉粒后代誘變處理基因突變的鑒定測(cè)定突變率，最簡(jiǎn)便的方法是用花粉直感現(xiàn)象，估算配子的突變率。

例如，為測(cè)定玉米子粒由非甜粒變甜粒(Su→su)的突變率，用甜粒玉米純種(susu)作母本，由誘變非甜粒玉米純種(SuSu)的花粉作父本進(jìn)行雜交：

susu甜粒×SuSu非甜粒配子：su

Su

su

(誘變處理的花粉)F1：

susu甜粒Susu非甜粒

已知非甜粒(Su)對(duì)甜粒(su)為顯性，如果在2萬(wàn)子粒中出現(xiàn)2粒甜粒玉米，說(shuō)明在2萬(wàn)?；ǚ壑杏??；ǚ鄣幕蛞延蒘u突變?yōu)閟u，這樣可測(cè)知Su基因的突變率為萬(wàn)分之一。測(cè)定突變率的方法一般是根據(jù)M2出現(xiàn)的突變體占觀察總個(gè)體數(shù)的比例來(lái)估算的。例如，在M2群體中的5萬(wàn)個(gè)觀察個(gè)體數(shù)中出現(xiàn)2個(gè)突變體，這就表明突變率為十萬(wàn)分之四。(4)體細(xì)胞誘變頻率測(cè)定◆對(duì)種子(胚)進(jìn)行誘變處理，突變可能發(fā)生于：★葉原基 葉片；★葉腋原基分蘗(有效分蘗/無(wú)效分蘗)；★莖尖生長(zhǎng)點(diǎn)主穗及后發(fā)生分蘗。◆發(fā)生顯性突變：★突變當(dāng)代M1相應(yīng)器官表現(xiàn)突變性狀?！舭l(fā)生隱性突變：★突變當(dāng)代M1并不表現(xiàn)突變性狀；★其自交后代M2將有部分個(gè)體表現(xiàn)突變性狀?！暨@時(shí)往往用M2中突變體比例來(lái)表示突變率。基因突變的鑒定

稻麥等谷類作物有分蘗存在，經(jīng)過(guò)種子處理而長(zhǎng)成的植株其體細(xì)胞突變往往只發(fā)生于一個(gè)分蘗的幼芽或幼穗原始體。因而只影響一個(gè)穗子，甚至其中少數(shù)子粒。如果是隱性突變必須分株，分穗收獲，然后分別播種幾代才能發(fā)現(xiàn)突變性狀?，F(xiàn)以大麥為例，說(shuō)明誘發(fā)隱性突變表現(xiàn)的過(guò)程，假定某一大麥植株的主莖發(fā)生隱性突變(A→a)，而兩個(gè)側(cè)蘗仍保持原狀(AA)，成熟時(shí)要按單穗分別收獲，以便穗行播種。在第二代(M2)發(fā)現(xiàn)由主莖穗播種的幼苗大約四分之一表現(xiàn)突變，其余都表現(xiàn)正常。

把表現(xiàn)隱性突變和尚未表現(xiàn)突變的單穗統(tǒng)統(tǒng)按單行播種為第三代(M3)，結(jié)果在由原來(lái)主莖穗播種的后代中發(fā)現(xiàn)有四分之一幼苗表現(xiàn)突變，說(shuō)明它在第二代(M2)的遺傳組成為Aa，一行仍未表現(xiàn)突變，說(shuō)明它在第二代(M2)仍為AA，如果第二代(M2)全部表現(xiàn)突變，說(shuō)明它已成為純合的突變系(aa)，原來(lái)未發(fā)生突變的兩個(gè)側(cè)蘗，經(jīng)過(guò)第二代，第三代仍未表現(xiàn)突變，說(shuō)明它們的遺傳組成，仍然是AA。(三)生化突變的鑒定◆

Beadle,G.W.(1941)通過(guò)紅色面包霉突變研究發(fā)現(xiàn)：基因是通過(guò)酶的作用控制性狀表現(xiàn)，提出“一個(gè)基因一個(gè)酶”假說(shuō)(如圖所示)。生化突變及相關(guān)概念◆生化突變：由于誘變因素影響導(dǎo)致生物代謝功能的變異?？梢詫?duì)正常個(gè)體與變異個(gè)體的生化特性研究以分析基因的作用機(jī)制?！粢吧?wildtype)與原養(yǎng)型(prototroph)★野生型是指存在于自然界中沒(méi)有經(jīng)過(guò)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(yíng)養(yǎng)需求與表現(xiàn)的遺傳類型，有時(shí)特指突變型恢復(fù)為與野生型相同的個(gè)體?！魻I(yíng)養(yǎng)缺陷型(auxotroph)★因基因突變喪失某種生活物質(zhì)合成能力，在基本培養(yǎng)基上不能正常生長(zhǎng)，需加入相應(yīng)營(yíng)養(yǎng)成分的突變型。1.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(zhǎng)。水、無(wú)機(jī)鹽、糖類、微量生物素(酶促合成)必需的復(fù)雜有機(jī)物◆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(niǎo)氨酸(鳥(niǎo)氨酸合成缺陷型)?！粞芯勘砻鳎彼崾堑鞍踪|(zhì)合成的必需氨基酸，而其合成途徑為：2.紅色面包霉生化突變的鑒定方法◆突變的誘發(fā)：X射線或UV照射分生孢子，再與野生型交配，產(chǎn)生分離的子囊孢子◆突變的鑒定：★

突變的真實(shí)性：在基本培養(yǎng)基上培養(yǎng)能夠生長(zhǎng)未發(fā)生營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變； 不能生長(zhǎng)可能發(fā)生營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變?！?/p>

突變的類型(哪種類型營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變？)

氨基酸？(加入各種氨基酸)不能生長(zhǎng)。 維生素？(加入各種維生素)能夠生長(zhǎng)?！镞M(jìn)一步鑒定具體類型：

硫胺素(VB1)、吡醇素(VB6)、泛酸、肌醇。紅色面包霉生長(zhǎng)突變的誘發(fā)和鑒定鏈孢霉?fàn)I養(yǎng)缺陷型突變的檢出(1)菌絲過(guò)濾法（可將野生型與突變型分離）鏈孢霉不受青霉素的影響，但是可以用菌絲過(guò)濾法把野生型和突變型分離。野生型的孢子能在基本培養(yǎng)基中萌發(fā)并長(zhǎng)成菌絲，缺陷型一般不萌發(fā)或不能長(zhǎng)成菌絲。這些萌發(fā)的分生孢子就可以用棉花過(guò)濾掉，未萌發(fā)的分生孢子繼續(xù)留在液體培養(yǎng)基中。(2)營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變的檢出與鑒定1945年，美國(guó)遺傳學(xué)家Beadle和生物化學(xué)家Tatium研究出檢測(cè)鏈孢霉?fàn)I養(yǎng)缺陷型突變的方法。基本根據(jù)：野生型菌株能合成一系列化合物--基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)；缺陷型菌株不能在基本培養(yǎng)基上生長(zhǎng)；能在完全培養(yǎng)基上生長(zhǎng)；能在基本培養(yǎng)基＋它所不能合成的物質(zhì)－-生長(zhǎng)。

這樣依次分析下去，就可知道是哪種AA或哪種維生素不能合成。為了進(jìn)一步確定發(fā)生的變異是由那一個(gè)基因控制的，還要將經(jīng)過(guò)上述方法檢出的突變型，跟不同交配型的野生型交配。看產(chǎn)生的子囊孢子的發(fā)育，表現(xiàn)出來(lái)什么樣的分離現(xiàn)象，如果表現(xiàn)為1:1的分離，即4個(gè)是野生型，4個(gè)是突變型，那就表明是一個(gè)基因突變。（四）人類基因突變的鑒定人的突變的檢出1.家系分析（pedigreeanalysis）和出生調(diào)查常染色體隱性突變難以檢出。很可能是由于兩個(gè)雜合個(gè)體的婚配，而不是由于隱性突變。顯性突變的起源比較容易檢出。在人類方面，突變率的估計(jì)方法之一是根據(jù)家系中有顯性性狀的患兒的出現(xiàn)。在這些家系中，祖先各代是沒(méi)有這些性狀的；如雙親一方也有同一遺傳病，則這名患兒應(yīng)除去不計(jì)。例如：軟骨發(fā)育不全（achondroplasia）由常染色體顯性基因引起，患者四肢粗短。MΦrch(1941)調(diào)查，在94075活產(chǎn)兒中，發(fā)現(xiàn)10例為本病患者，其中2例的一方親本也是本病患者，所以應(yīng)該除去不計(jì)，其余8例的雙親正常，可以認(rèn)為是新突變的結(jié)果。則每個(gè)基因的突變率是（10－2）/2（94072－2）＝4.2×10-5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(shuō)明是新產(chǎn)生的突變。2．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Hbs

Hbs

血紅蛋白（S）(SS)

正常為HbA

HbA

血紅蛋白（A）（AA)

雜合體Hbs

HbA

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(guò)電泳可以分辯現(xiàn)已知Hbs是β6Glu→val該方法的局限是并不是所有氨基酸的代換都能引起蛋白質(zhì)分子電荷的變化，因此，不是所有氨基酸的改變都能用電泳檢出。分子水平：RFLP、AFLP等、基因組序列分析等。第四節(jié)基因突變的分子基礎(chǔ)◆經(jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為：★基因是染色體上的一個(gè)點(diǎn)?！衄F(xiàn)代基因概念認(rèn)為：★基因是DNA分子帶有遺傳信息的堿基序列區(qū)段；★基因是由眾多堿基對(duì)構(gòu)成，此時(shí)將一個(gè)堿基對(duì)稱為基因的一個(gè)座位(site)；★而將基因在染色體上的位置則稱為位點(diǎn)(locus)。◆根據(jù)突變所引起的表型改變分為：★形態(tài)突變型★生化突變型★致死突變型★條件致死突變型◆根據(jù)基因結(jié)構(gòu)的改變方式：★分子結(jié)構(gòu)改變（堿基替換；倒位）★移碼(插入與缺失)突變一、基因突變的類型堿基對(duì)替換根據(jù)突變所引起的遺傳信息意義的改變：錯(cuò)義突變（missensemutation）:是指DNA分子中堿基改變后引起密碼子變化，導(dǎo)致所編碼的氨基酸發(fā)生替代，從而影響蛋白質(zhì)功能，以至影響到突變體的表型（圖a）。無(wú)義突變（nonsensemutation）:是指由于DNA的堿基改變導(dǎo)致編碼氨基酸的密碼子突變成終止密碼子。這種突變引起mRNA翻譯提前終止，產(chǎn)生一條短的不完整的多肽鏈。無(wú)義突變通常對(duì)所編碼的蛋白活性有嚴(yán)重影響，產(chǎn)生突變的表型（圖b）。同義突變(沉默突變silentmutation）:是指DNA分子中的堿基改變后，突變的密碼子仍然編碼原來(lái)的氨基酸，并沒(méi)有引起多肽鏈中氨基酸的變化。沉默突變對(duì)蛋白質(zhì)的功能無(wú)影響，不會(huì)引起表型突變（圖c），它們以多態(tài)的形式在生物體DNA中積累，引起同種生物不同個(gè)體間DNA序列的變化?；蛲蛔儭t蛋白β鏈基因突變?nèi)笔?、插入和重排引起的突變二突變的修?fù)

(一)DNA的防護(hù)機(jī)制◆密碼簡(jiǎn)并性密碼的結(jié)構(gòu)可以使突變的機(jī)會(huì)減少到最小程度◆回復(fù)突變某個(gè)座位遺傳密碼的回復(fù)突變可使突變型恢復(fù)成原來(lái)的野生型，盡管回復(fù)突變的頻率比正突變頻率低得多?！粢种朴谢蜷g抑制和基因內(nèi)抑制。前者指控制翻譯機(jī)制的抑制者基因，通常是tRNA基因發(fā)生突變，而使原來(lái)的無(wú)義突變、誤義突變或移碼突變恢復(fù)成野生型。后者指突變基因另一座位上的突變掩蓋了原來(lái)座位的突變(但未恢復(fù)原來(lái)的密碼順序)，使突變型恢復(fù)成野生型?！糁滤篮瓦x擇如果防護(hù)機(jī)制未起作用，一個(gè)突變可能是致死的◆二倍體和多倍體高等生物的多倍體具有幾套染色體組，每個(gè)基因都有幾份，故能比二倍體和低等生物表現(xiàn)強(qiáng)烈的保護(hù)作用(二)DNA的修復(fù)

1.光修復(fù)

UV是一種有效的殺菌劑。如果使照射后的細(xì)菌處于黑暗的條件下，殺死細(xì)菌的量與UV的照射劑量成正比。如果照射后讓細(xì)菌暴露于可見(jiàn)光的條件下，存活細(xì)菌較多?！?/p>

UV照射能引起很多變異，最明顯的變異是引起胸腺嘧啶二聚體(╥)。其次是產(chǎn)生水合胞嘧啶(圖10－6)?！舁i結(jié)構(gòu)在DNA螺旋結(jié)構(gòu)上形成一個(gè)巨大的凸起或扭曲，這對(duì)DNA分子好象是個(gè)“贅瘤”。這個(gè)“瘤”被一種特殊的巡回酶(patrolingenzyme)，例如光激活酶(photoreactingenzyme)所辨認(rèn)，在有藍(lán)色光波的條件下，二聚體被切開(kāi)，DNA回復(fù)正常。這種經(jīng)過(guò)解聚作用使突變回復(fù)正常的過(guò)程叫做光修復(fù)(lightrepair)光修復(fù)過(guò)程◆某些DNA的修復(fù)工作可不需光也能進(jìn)行，例如，大腸桿菌中的UVrA突變體的修復(fù)過(guò)程由四種酶來(lái)完成(圖10-8):首先由核酸內(nèi)切酶在╥一邊切開(kāi)，然后由核酸外切酶在另一邊切開(kāi)，把╥和鄰近的一些核苷酸切除；第三種酶(DNA聚合酶)把新合成的正常的核苷酸片段補(bǔ)上；最后由連接酶把切口縫好，使DNA的結(jié)構(gòu)恢復(fù)正常。這類修復(fù)系統(tǒng)稱為暗修復(fù)(darkrepair)，或切除修復(fù)(excisionrepair)。2.暗修復(fù)◆重組修復(fù)(recombinationrepair)必須在DNA復(fù)制后進(jìn)行，因此又稱為復(fù)制后修復(fù)。這種修復(fù)并不切除胸腺嘧啶二聚體?！詈i結(jié)構(gòu)的DNA仍可進(jìn)行復(fù)制，但子DNA鏈在損傷部位出現(xiàn)缺口☆完整的母鏈與有缺口的子鏈重組，缺口通過(guò)DNA聚合酶的作用，以對(duì)側(cè)子鏈為模板由母鏈合成的DNA片段彌補(bǔ)?！钸B接酶作用下以磷酸二酸鍵連接新舊鏈而完成重組修復(fù)。3.重組修復(fù)◆在切割和修補(bǔ)過(guò)程中，特別是新補(bǔ)上的核苷酸片段，有時(shí)會(huì)造成差錯(cuò)，差錯(cuò)的核苷酸會(huì)引起突變(圖10－9)。實(shí)際上由UV照射引起的這類突變，并不是╥二聚體本身引起，常常是上述修補(bǔ)過(guò)程中的差錯(cuò)形成的◆

SOS修復(fù)(SOSrepair)屬于后復(fù)制修復(fù)(post-replicationrepair)體系。SOS反應(yīng)是DNA受到損傷或脫氧核糖核酸的復(fù)制受阻時(shí)的一種誘導(dǎo)反應(yīng)。在E.coli

細(xì)胞的DNA合成過(guò)程中，這種反應(yīng)由recA-lexA系統(tǒng)調(diào)控。SOS反應(yīng)發(fā)生時(shí)，可造成損傷修復(fù)功能的增強(qiáng)。如uvrA、uvrB、uvrC、uvrD、ssb、recA、recN和ruv基因發(fā)達(dá)從而增強(qiáng)切除修復(fù)、復(fù)制后修復(fù)和鏈斷裂修復(fù)。SOS修復(fù)允許新生的DNA鏈越過(guò)損害部分而生長(zhǎng)，但可在該區(qū)段甚至其它區(qū)段產(chǎn)生錯(cuò)配堿基，于是很容易產(chǎn)生新的突變4.SOS修復(fù)三自發(fā)突變的機(jī)理自發(fā)突變（spontaneousmutation）是指在自然狀態(tài)下未經(jīng)誘變劑處理而出現(xiàn)的突變。自發(fā)突變可能是由于DNA復(fù)制錯(cuò)誤、堿基的異構(gòu)互變效應(yīng)、自發(fā)的化學(xué)變化和轉(zhuǎn)座因子等多種原因引起的。1DNA復(fù)制錯(cuò)誤在DNA復(fù)制過(guò)程中，可能產(chǎn)生堿基的錯(cuò)配，帶有錯(cuò)配堿基的DNA在下一次復(fù)制時(shí)，則會(huì)引起堿基的替代，從而引起DNA分子的錯(cuò)誤。由于DNA分子中的堿基本身存在著交替的化學(xué)結(jié)構(gòu)，稱為互變異構(gòu)體（tautomer），當(dāng)堿基以它稀有的形式出現(xiàn)時(shí)就可能與錯(cuò)誤的堿基配對(duì)，這種堿基化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變過(guò)程稱為互變異構(gòu)移位（tautomericshift）。堿基互變異構(gòu)可以在DNA復(fù)制過(guò)程中自發(fā)發(fā)生。它導(dǎo)致的堿基替代如果是發(fā)生在同類堿基之間，即一種嘌呤被另一種嘌呤替代，或一種嘧啶被另一種嘧啶替代，這稱為轉(zhuǎn)換（transition）；若堿基的替代發(fā)生在異類堿基之間，即一種嘌呤被一種嘧啶替代，或反之，則稱為顛換（transversion）。在DNA復(fù)制時(shí)有時(shí)新合成鏈或模板鏈會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤的環(huán)出或跳格（slippage），從而導(dǎo)致移碼突變（frameshiftmutation）、缺失或重復(fù)。圖:DNA復(fù)制中的錯(cuò)誤環(huán)出產(chǎn)生的堿基插入和缺失

2自發(fā)的化學(xué)變化引起自發(fā)突變的最常見(jiàn)化學(xué)變化是堿基的脫嘌呤（depurination）和脫氨基（deamination）。脫嘌呤是自發(fā)化學(xué)變化中最常見(jiàn)的一種，它是由于堿基和脫氧核糖間的糖苷鍵斷裂，從而引起一個(gè)鳥(niǎo)嘌呤或一個(gè)腺嘌呤從DNA分子上脫落下來(lái)。研究發(fā)現(xiàn)，在37℃條件下培養(yǎng)一個(gè)哺乳動(dòng)物細(xì)胞20小時(shí)，會(huì)有數(shù)以千計(jì)的嘌呤通過(guò)脫嘌呤作用自發(fā)地脫落。如果這種損傷得不到修復(fù)，就會(huì)引起很大的遺傳損傷，因?yàn)樵贒NA復(fù)制過(guò)程中，無(wú)嘌呤位點(diǎn)將沒(méi)有特異堿基與之互補(bǔ)，而可能隨機(jī)地選擇一個(gè)堿基插進(jìn)去，結(jié)果導(dǎo)致突變。脫氨基作用是指在一個(gè)堿基上去掉氨基，常見(jiàn)的是胞嘧啶（C）和5-甲基胞嘧啶（5mC），它們脫氨基后分別變成尿嘧啶（U）和胸腺嘧啶（T），從而使DNA分子受到損傷。由于在DNA中U不是一個(gè)正常堿基，因此如果它不被除去修復(fù)，在DNA復(fù)制中它將與腺嘌呤（A）配對(duì)，導(dǎo)致原來(lái)的GC堿基對(duì)轉(zhuǎn)變?yōu)锳T堿基對(duì)。圖:脫氨基造成的堿基轉(zhuǎn)換生物基因組內(nèi)存在的可移動(dòng)DNA序列轉(zhuǎn)座因子（transposon）或插入序列（insertionsequence），它們?cè)诨蚪M內(nèi)的移動(dòng)經(jīng)常引起基因功能的失活或改變?，F(xiàn)已知道，在玉米、果蠅等生物中發(fā)生的一些典型突變就是由于這類可移動(dòng)DNA序列的插入所引起。圖:轉(zhuǎn)座子或插入序列引起基因突變的機(jī)制

第四節(jié)基因突變的誘發(fā)及突變的分子基礎(chǔ)自然條件下各種動(dòng)、植物發(fā)生基因突變的頻率不高，它可保持生物種性的相對(duì)穩(wěn)定性。但不利于動(dòng)、植物育種。因此，穆勒和斯特德勒于1927年用X射線開(kāi)始研究人工誘變，結(jié)果證實(shí)人工誘發(fā)基因突變可以大大提高突變率。一、物理因素誘變

(一)電離輻射誘變

(二)非電離輻射誘變

(三)綜合效應(yīng)誘變二、化學(xué)因素誘變?nèi)?、誘發(fā)突變的應(yīng)用一、物理因素誘變物理因素各種電離輻射

+非電離輻射?；蛲蛔冃枰喈?dāng)大的能量輻射是很好的能量來(lái)源。能量較高的輻射，如紫外線，除產(chǎn)生熱能外，還能使原子“激發(fā)”(activation)；能量很高的輻射如X射線、γ射線、α射線、β射線、中子等除產(chǎn)生熱能、激發(fā)原子，還能使原子“電離”(ionization)，誘使基因發(fā)生突變。輻射誘變的作用是隨機(jī)的（無(wú)特異性）性質(zhì)和條件相同輻射è誘發(fā)不同的變異，性質(zhì)和條件不同的輻射è誘發(fā)相同的變異。

∴當(dāng)前只能期望通過(guò)輻射處理得到隨機(jī)變異。（一）電離輻射誘變誘發(fā)育種中常用射線射線穿透力輻射源應(yīng)用時(shí)間照射方法Xγβ中子較強(qiáng)強(qiáng)弱弱X光機(jī)60Co、137Cs

32P、35S、14C、65Zn核反應(yīng)堆或加速器如釙-鈹中子源早(1927)較早較遲最近外照射外照射內(nèi)照射(浸泡或注射)外照射中子誘變效果好，今年來(lái)應(yīng)用日益增多。內(nèi)照射：

一般是用浸泡或注射法，使輻射源滲入生物體內(nèi)，在體內(nèi)放出射線(如β)進(jìn)行誘變。外照射：

輻射源與接受照射的物體間保持一定距離，讓射線從物體之外透入體內(nèi)誘發(fā)基因突變?；蛲蛔兟逝c輻射劑量或正比提高總劑量可以提高突變率è但過(guò)高劑量會(huì)引起不育、畸形、葉綠體突變率增加、甚至植株死亡等問(wèn)題?；蛲蛔兟室话悴皇茌椛鋸?qiáng)度的影響照射總劑量不變時(shí)，不管單位時(shí)間內(nèi)所照射的劑量多少，其基因突變率保持不變。（二）非電離輻射誘變主要是紫外線照射，其波長(zhǎng)較長(zhǎng)(380~15nm)、穿透能力弱，一般應(yīng)用于微生物或高等生物配子誘變。

①紫外線誘變的最有效波長(zhǎng)為260nm

(正是DNA所吸收的紫外線波長(zhǎng))

紫外線直接誘變作用在于被DNA吸收è能促使分子結(jié)發(fā)生離析、進(jìn)而引起突變。

②紫外線還有間接誘變作用：紫外線照射培養(yǎng)基è培養(yǎng)微生物è提高微生物的突變率。

原因:是經(jīng)紫外線照射培養(yǎng)基會(huì)產(chǎn)生過(guò)氧化氫(H2O2)è可作用于氨基酸而導(dǎo)致微生物突變。

∴說(shuō)明輻射誘變的作用并不是靠它去直接影響基因本身，改變基因環(huán)境也能間接地起誘變作用。紫外線(UV)：

主要作用于嘧啶，使得同鏈上鄰近的嘧啶核苷酸之間形成多價(jià)的聯(lián)合。

★

使T聯(lián)合成二聚體。

★

C脫氨成U；

★

將H2O加到的嘧啶C4、C5位置上成為光產(chǎn)物，削弱C-G之間的氫鍵，使DNA鏈發(fā)生局部分離或變性。（三）綜合效應(yīng)誘變

在太空中進(jìn)行空間誘變是一有效的人工誘變技術(shù)。太空中大量存在著各種物理射線可誘發(fā)突變，其它諸如失重、真空、超凈、無(wú)地球磁場(chǎng)影響以及衛(wèi)星發(fā)射和返回時(shí)的劇烈震動(dòng)等因素也是產(chǎn)生誘變的重要原因。上述誘變因素的共同作用也會(huì)影響誘變效果。

太空生物學(xué)研究不斷深入。目前國(guó)外主要側(cè)重研究突變體的生理生