医学遗传学---第七章--基因突变PPT课件.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,第七章 基因突变,第一节 基因突变的概说,第二节 基因突变与性状表现,第三节 基因突变的分子基础,第四节 生物体的修复机制,第五节 基因突变的检出,2,第一节 基因突变的概说,一、基因突变率,二、体细胞突变与生殖细胞突变,三、基因突变的时期,四、突变的类型,五、突变的特征,3,一、基因突变率,突变的概念,基因突变,（,gene mutation,）,基因突变（,gene mutation,）：是指一个基因内部可以遗传的结构改变，是基因分子内部在某种条件作用下所发生的一个或几个核苷酸的改变，导致结构蛋白或酶的改变，从而影响有机体的大小、品质、颜色、结构和生长率等性状的改变。,基因突变一般在染色体结构上是看不到的，所以又称点突变（,point mutation,）。,第一节 基因突变的概说,一、基因突变率,二、体细胞突变与生殖细胞突变,三、基因突变的时期 四、突变的类型,五、突变的特征,4,2025/4/29 周二,5,突变体（,mutant,）或称突变型,。由于基因突变而表现突变性状的细胞或个体。,突变率（,mutation rate,）的估算,突变率的估算因生物生殖方式而不同：,有性生殖的生物。,是用每一配子发生突变的概率，,即用一定数目配子中的突变配子数表示。,第一节 基因突变的概说,一、基因突变率,二、体细胞突变与生殖细胞突变,三、基因突变的时期 四、突变的类型,五、突变的特征,6,举例：玉米子粒,7,个基因的自然突变率，彼此各不相同（表,7-1,）,高等植物中基因突变率为,1,10,-5,-,1,10,-8,，即在十万至一亿个配子中只有一个发生突变，可见自然突变的频率很低。,第一节 基因突变的概说,一、基因突变率,二、体细胞突变与生殖细胞突变,三、基因突变的时期 四、突变的类型,五、突变的特征,2025/4/29 周二,7,表 玉米子粒,7,个基因的自然突变率,基 因 表现的性状 测定配子数 观察到的,每百万个配,子,突变数,中平均突变,率,R,子 粒 色,554,786 273 492.0,I,抑制色素的形成,265,391 28 106.0,Pr,紫 色,647,102 7 11.0,Su,非 甜 粒,1,678,736 4 2.4,Y,黄 胚 乳,1,745,280 4 2.2,Sh,饱 满 粒,2,469,285 3 1.2,Wx,非 糯 性,1,503,744 0 0,2025/4/29 周二,8,无性繁殖的细菌。用每一细胞世代中每一细菌发生突变的概率，即用一定数目的细菌在分裂一次过程中发生突变的次数表示。,举例：大肠杆菌,链霉素抗性基因,str,R,为,4,10,-10,乳糖发酵基因,lac,-,为,2,10,-7,细菌一般基因突变率为,1,10,-4,-1,10,-10,，变异幅度很大。,第一节 基因突变的概说,一、基因突变率,二、体细胞突变与生殖细胞突变,三、基因突变的时期 四、突变的类型,五、突变的特征,9,二、,体细胞突变与生殖细胞突变,1,、体细胞突变,克隆,（,clone),：一个祖先细胞由无性繁殖而产生的相同细胞群体。,体细胞突变常形成一个,“,突变体区,”,，体细胞突变发生愈早，,“,突变体区,”,愈大。,体细胞突变不能遗传给后代，可通过有性途径传递。,2,、生殖细胞突变,发生在种系中，可通过参与受精而传给下一代。,2025/4/29 周二,10,二、基因突变的时期,时期,在任何时期都可发生，即体细胞和性细胞都能发生突变。基因突变通常是独立发生的。,体细胞和性细胞突变频率,性细胞的突变频率比体细胞高，这是因为性细胞在减数分裂末期对外界环境条件具有巨大的敏感性。,第一节 基因突变的概说,一、基因突变率,二、体细胞突变与生殖细胞突变,三、基因突变的时期 四、突变的类型,五、突变的特征,11,性细胞和体细胞突变的传递与表现,性细胞,如果是显性突变,aaAa,，可通过受精过程传递给后代，并立即表现出来。,如果是隐性突变,AAAa,，当代不表现，只有等到第二代突变基因处于纯合状态才能表现出来。,第一节 基因突变的概说,一、基因突变率,二、体细胞突变与生殖细胞突变,三、基因突变的时期 四、突变的类型,五、突变的特征,12,体细胞,显性突变，当代表现，同原来性状并存，形成镶合体。突变越早，范围越大，反之越小。果树上许多,“,芽变,”,就是体细胞突变引起的，一旦发现要及时扦插、嫁接或组培加以繁殖保留。,“,芽变,”,在育种上很重要，有不少新品种是通过芽变选育出来的，如温州早桔就是源于温州密桔的芽变。,第一节 基因突变的概说,一、基因突变率,二、体细胞突变与生殖细胞突变,三、基因突变的时期 四、突变的类型,五、突变的特征,2025/4/29 周二,13,表,7-1,玉米子粒,7,个基因的自然突变率,基 因 表现的性状 测定配子数 观察到的 每百万个配子,突变数 中平均突变率,R,子 粒 色,554,786 273 492.0,I,抑制色素的形成,265,391 28 106.0,Pr,紫 色,647,102 7 11.0,Su,非 甜 粒,1,678,736 4 2.4,Y,黄 胚 乳,1,745,280 4 2.2,Sh,饱 满 粒,2,469,285 3 1.2,Wx,非 糯 性,1,503,744 0 0,14,基因突变的时期与表现,1.,生物个体发育的任何时期均可发生：,性细胞,(,突变,),突变配子,后代个体；,体细胞,(,突变,),突变体细胞,组织器官。,体细胞突变的保留与芽变选择。,2.,性细胞的突变频率比体细胞高：,性母细胞与性细胞对环境因素更为敏感。,3.(,等位,),基因突变常常是独立发生的：,某一基因位点发生并不影响其等位基因，一对等位基因同时发生的概率非常小,(,突变率的平方,),。,4.,突变时期不同，其表现也不相同：,2025/4/29 周二,15,高等生物基因突变时期与性状表现,突变时期,显性突变,隐性突变,(,或下位性突变,),高等生物,性细胞,突变当代表现突变性状。,突变当代不表现突变性状，其自交后代才可能表现突变性状。,体细胞,突变当代表现为嵌合体，镶嵌范围取决于突变发生的早晚。,突变当代不表现突变性状，往往不能被发现、保留。,低等生物,(,单倍体,),有性生殖,表现突变性状,表现突变性状,无性生殖,表现突变性状,表现突变性状,2025/4/29 周二,16,四、突变的类型,1,、,根据突变的分子机理，突变可分为以下三种：,转换（,transition,）：指分子中的嘌呤为另一种嘌呤或嘧啶为另一种嘧啶所取代而引起的突变。,颠换（,transversion,），指,DNA,分子中的嘌呤被嘧啶取代或嘧啶被嘌呤取代所引起的突变。,移码突变（,frameshift mutation,）：指分子中插入或缺失一个或少数几个核苷酸，使整个阅读框改变而引起的突变。,2025/4/29 周二,17,根据突变引起的表型特征，可将突变分为：,形态突变（,morphological mutation,），或称可见突变，是泛指能造成外形改变的突变。,致死突变（,lethal mutation,）：是指能造成个体死亡的突变，致死突变型又可分为全致死突变型（以上死亡），亚致死突变（,50%90%,死亡）；半致死突变（,10%50%,死亡）和弱致死突变（,10%,以下死亡）。,3,条件致死突变（,conditional lethal mutation),：指在一定条件下表现致死效应，而在其它条件下可以存活的突变。,4,生化突变（,biochemical mutation),：指没有形态效应，但导致某种特定生化功能改变的突变。,2025/4/29 周二,18,与突变有关的几个概念,同义突变（,same sense or synonymous mutation,）：指虽然基因已发生突变，但仍编码同一种氨基酸，这是因为密码子有简并性。,无义突变（,nonsense mutation,）：是指由于突变而使其某一编码子突变为终止密码子（,UGA,UAG,，,UGG,）。,错义突变（,mis-sense mutation,）：又称歧义突变，是指由于突变而导致多肽链上氨基酸的改变，大多数的突变属于此类。,延长突变（,elongation mutation,）：这是一类刚好与无义突变相反的突变，是由于终止密码子突变为编码子，使肽链延长。,2025/4/29 周二,19,回复突变（,back or reverse mutation,）：是指由突变型四复为野生型的突变。,抑制基因突变（,suppressor mutation,）：是指一个基因的突变表型可因另一基因的突变而发生改变，后一个基因就称为抑制基因。,极性突变（,polarity or polar mutation,）：指操纵子中靠近操纵基因的结构基因发生突变（无义突变），除了影响它自身外，还将影响下游基因听编码的蛋白质的量，这种现象称为极性效应，这种突变就称为极性突变。,2025/4/29 周二,20,五、基因突变的一般特征,1,、突变的重演性和可逆性,2,、突变的多方向性和复等位基因,3,、突变的有害性和有利性,4,、突变的平行性,5,、突变的稀有性,第一节 基因突变的概说,一、基因突变率,二、体细胞突变与生殖细胞突变,三、基因突变的时期 四、突变的类型,五、突变的特征,21,1,、突变的重演性和可逆性,重演性,同一突变可以在同种生物的不同个体间多次发生，称突变的重演性,。表,7-1,列举玉米子粒的,7,个基因的前,6,个在多次试验中都出现过类似的突变。,第一节 基因突变的概说,一、基因突变率,二、体细胞突变与生殖细胞突变,三、基因突变的时期 四、突变的类型,五、突变的特征,22,可逆性,显性基因,A,可以突变为隐性基因,a,，反之亦可。通常把,Aa,称为正突变，,aA,为反突变。（,通常用,u,表示正突变频率、,v,表示反突变频率），则：,正突变,u,A=a,反突变,v,第一节 基因突变的概说,一、基因突变率,二、体细胞突变与生殖细胞突变,三、基因突变的时期 四、突变的类型,五、突变的特征,2025/4/29 周二,23,正反突变的频率不一，一般正,反,即,UV,，原因野生型内基因座都可能发生突变，但回复只有已改变的基因再返回。,第一节 基因突变的概说,一、基因突变率,二、体细胞突变与生殖细胞突变,三、基因突变的时期 四、突变的类型,五、突变的特征,24,2,、突变的多方向性和复等位基因,多方向性,Aa,1,，,Aa,1,，,Aa,2,，,Aa,n,复等位基因,定义：位于同一基因座位上的各个等位基因。,2025/4/29 周二,25,如上，,A,、,a,1,、,a,2,、,a,n,彼此组成一对等位基因，它们全体组成复等位基因。,复等位基因存在于同一类型的不同个体里,如,AA,，,Aa,1,，,a,2,a,3,，,a,m,a,n,举例,玉米自交不亲和性有,25,个复等位基因，,S,1,S,2,S,15,26,人类的,ABO,血型遗传,三个等位基因,I,A,、,I,B,、,i,I,A,、,I,B,对,i,为显性，,I,A,和,I,B,无显性隐性关系，可各自发生作用，组成,6,种基因型和,4,种表现型,表现型（血型）基因型,A I,A,I,A,，,I,A,B I,B,I,B,，,I,B,AB I,A,I,B,O ii,27,P OO,血型,ABO,血型,ii ii I,A,I,B,ii,配子,i i,配子,I,A,I,B,i,F1 ii,O,血型,I,A,i,I,B,i,A,型,B,血型,28,人类,ABO,血型的复等位基因,人类红细胞表面抗原的特异性由,3,个复等位基因,I,A,，,I,B,，,i,决定。,其中,I,A,，,I,B,对,i,均为显性；,I,A,，,I,B,间为共显性。,3,种基因两两组合可能形成,6,种基因型、,4,种红细胞表面抗原反应类型，如下表所示,(,其中用,I,O,表示,i),：,2025/4/29 周二,29,3,、突变的有害性和有利性,有害性,大多数是有害的,致死突变,例：植物的白化突变,绿株,WW,绿株,Ww,1WW:2Ww:1ww,3,绿苗,:1,白苗,(,死亡,),30,多数为隐性致死（,recessive lethal,），也有少数显性致死（,dorminant lethal,）。,伴性致死,（,sexlinked lethal,）,即致死突变发生在性染色体上。,致死突变一般不利，但也有利，如用于检测基因突变和控制个体的平衡致死品系。,31,中性突变,控制一些次要性状基因，即使发生突变，也不会影响生物的正常生理活动，因而仍能保持其正常的生活力和繁殖力，为自然选择保留下来。称之，如水稻芒的有无等。,2025/4/29 周二,32,突变的有害有利性的相对性,突变有害性是相对的，在一定条件下可以转化，如矮杆雄性不育，对人或其他条件却有利，如落粒性、对生物有利，但对人不利。,33,4,、突变的平行性,定义,亲缘关系相近的物种因遗传基础比较近似，往发生相似的基因突变，称,突变的平行性,。,与瓦维洛夫提出,“,遗传变异的同型系,”,说一致。,意义,根据以上学说，当了解到一个物种或属内具有那些变异类型，就能预见近缘的其他物种或属也同样存在相似的变异类型。,2025/4/29 周二,34,表,7-2,禾本科部分物种的品种（族）子粒性的变异,遗传变异的性状 黑 小 大 燕 黍 高 玉 水 冰,麦 麦 麦 麦 梁 米 稻 草,白色,+,红色,+,颜色 绿色,(,灰绿色,)+,黑色,+,紫色,+,圆形,+,形状,长形,+,玻璃质,+,品质 粉 质,+,蜡 质,+,35,5,、突变的稀有性,正常情况下突变率很低：,高等生物中的自发突变率：,110,5,1,10,10,细菌中的自发突变率,110,4,4,10,10,2025/4/29 周二,36,第二节 基因突变与性状表现,一、显性突变和隐性突变的表现,二、大突变和微突变的表现,37,一、显性突变和隐性突变的表现,显性突变,表现早纯合慢，当代（第一代）就能表现，第二代能纯合，而检出纯合突变体则需到第三代，如图。,体细胞显性突变，当代以嵌合体表现，要选出纯合体，须通过有性繁殖自交两代。,38,显性突变的表现,dd,第,1,代（,M,1,）,Dd,第,2,代（,M,2,）,1DD,：,2Dd:1dd,第,3,代（,M,3,）,DD 1DD:2Dd:1dd dd,自交,自交,突变发生,2025/4/29 周二,39,隐性突变,表现得晚纯合快，第二代表现，第二代纯合，检出在第二代。,体细胞 隐性突变，当代不表现，要使其表现只需有性繁殖自交一代。,突变的表现与植物繁殖方式,自花授粉作物，只要自交即可分离出来，异花授粉作物，要进行人工自交或互交，否则长期保持异质。,40,隐性突变的表现,DD,第,1,代（,M,1,）,Dd,第,2,代（,M,2,）,1DD,：,2Dd:1dd,自交,突变发生,2025/4/29 周二,41,二、大突变和微突变的表现,大突变,突变效应表现明显，容易识别。质量性状的突变大都属之。,2025/4/29 周二,42,微突变,效应表现微小，较难察觉。数量性状的突变属之。,微突变可以积累大的变化,微突变中出现的有利突变,大突变。所以微突变对育种有利。,43,第三节 基因突变的分子基础,一、自发突变,二、诱发突变,三、诱发突变与人类癌症,2025/4/29 周二,44,一、自发突变,在自然状况旧产生的突变,（一）在,DNA,复制中造成错误,1,、错义突变,指,DNA,分子中碱基的替换，使蛋白质分子中某一种氨基酸转换为另一种氨基酸的突变类型。,碱基替换有两种类型：,转换,：一个嘧啶碱取代另一个嘧啶碱，或一个嘌呤碱取代另一个嘌呤碱，这种置换方式称为转换。,颠换,：一个嘧啶碱取代另一个嘌呤碱，或一个嘌呤碱取代另一个嘧啶碱，这种置换方式称为颠换。,例如人的正常血红蛋白（,Hb,A,）变成廉形红细胞贫血（,Hb,S,）以及地中海贫血（,Hb,C,），到人的血红蛋白的,链的第六位氨基酸一个碱基改变引起的基因突变。,2025/4/29 周二,45,2025/4/29 周二,46,2,、移码突变,移码突变,在,DNA,链中插入或缺失一个或几个碱基引起阅读框改变，造成氨基酸改变或终止密码子位置改变，这种突变成为移码突变。,现在知道低等生物大肠杆菌、噬菌体,Mu-1,、转座子就有插入,DNA,碱基序列之间引起移码突变。,3,、缺失和重复,大片段的缺失和重复（超过几个碱基对），如,E.colir,的,lacI,基因中,4,个碱基序列在野生型中重复了,3,次,2025/4/29 周二,47,2025/4/29 周二,48,（二）、自发损伤,自然产生的对,DNA,的损伤引起的基因突变。,（,1,）脱嘌呤：碱基和脱氧核糖间的糖苷键受损，引起一个嘌呤从,DNA,上脱落。,（,2,）脱氨基：胞嘧啶脱氨基后变为尿嘧啶，形成,G-C,对变为,A-T,对。,（,3,）氧化性损伤碱基：活泼氧化物对,DNA,本身的氧化损伤，也能引起突变。,2025/4/29 周二,49,H,H,A,H,C,C,T,T,A,G,T,C,2025/4/29 周二,50,自发突变的原因,(,一,)DNA,复制错误,(,二,),自发的化学变化,1.,脱嘌呤,（,depurination,）,2.,脱氨,（基）,(deamination),作用,3.,氧化作用损伤碱基,（,oxidatively,damaged bases,）,DNA,复制错误,“,脱氨基,2025/4/29 周二,51,二、诱发突变,（一）物理因素诱变,只限于各种电离辐射和非电离辐射,1.,电离辐射诱变,包括,射线、,射线和中子等粒子辐射，还包括,r,射线和,射线等电磁波辐射。中子的诱变效果最好。根据辐射（照射）的方法，可分为,“,内,”,和,“,外,”,照射。,52,外照射,即辐射源与接受照射的物体之间要保持一定的距离，让射线从物体之外透入物体之内，在体内诱发基因突变。,射线、,r,射线和中子都适用于,“,外照射,”,。,内照射,即用浸泡或注射的方法，使其渗入生物体内，在体内放出,射线进行诱变。,53,和射线的穿透力很弱，故只能用,“,内照射,”,。实际应用时，一般不用 射线，只用射线。射线常用辐射源是,P,32,和,S,35,，尤以,P,32,使用较多,电离辐射致变的机理,照射原发电离次级电离,基因分子结构改组基因突变,辐射剂量及表示方法,定义：,单位质量被照射的物质所吸收的能量数值，称为辐射剂量。,54,射线和,r,射线：用,“,伦琴,”,（,r,）表示，即在,1,克空气中吸收,83,尔格（,erg,）辐射的能量。,中子：单位是,“,积分流量,”,。即每平方厘米的截面上通过的中子数（,n/cm,2,）。,射线：用,“,微居里,”,表示。具体是每克物质吸收多少,“,微居里,”,（,cu,）的放射性同位素。,微居里是放射强度单位，表示每秒钟有,3-710,4,个原子核发生蜕度。,55,基因突变的频率与辐射剂量成正比，即剂量增加一倍，突变频率增加一倍，但突变率不受辐射强度的影响。,辐射强度是指单位时间内照射的剂量数，即剂量率，倘若照射剂量不变，不管单位时间内所照射是多还是少，基因突变率总是保持一致。,原理：,物理激发产生自由基和自由原子造成核酸和蛋白质分子损伤,DNA,或染色体变化,56,2.,非电离辐射诱变,种类：,UV,作用机理,激发作用离折配对差错突变,主要是在相邻的两个碱基之间产生光生成物嘧啶二聚体，如胸腺嘧啶二聚体，从而影响,DNA,的复制。,适用,微生物、配子,57,（二）化学因素诱变,简史,1941,年,Auerbach,和,Robson,第一次发现芥子气可以诱发基因突变。,1943,年,Oehlkers,第一次发现氨基甲酸乙酯,(NH,2,COO,2,H,5,）可以诱发染色体结构的变异,化诱的特点,某些化学药物的诱变作用是有特异性的，即一定性质的药物能够诱发一定类型的变异。,58,化诱物质的种类与作用机理,烷化剂：甲基磺酸乙酯,EMS,，,CH,3,SO,4,（,OC,2,H,5,）,、硫酸二乙酯,DES,，,SO,2,(OC,2,H,5,),2,、乙烯亚胺（,EI,）等。它们都有含有一个或多个不稳定的烷基（,C,2,H,5,），这些烷基能移到电子密度较高的其他分子中去，,这种通过烷基置换其它分子的氢原子的作用，叫做烷化作用。,烷化剂就是通过这种烷化作用而改变基因的分子结构，从而造成基因突变。,59,如,甲基黄酸乙脂,（,EMS,）,氮芥,(NM),甲基黄酸甲脂,（,MMS,）,亚硝基胍,（,NG,）等，它们的作用是使碱基烷基化，,EMS,使,G,的第,6,位烷化，使,T,的第,4,位上烷化，结果产生的,O-6-E-G,和,O-4-E-T,分别和,T,、,G,配对，导致,GC,对转换成,AT,对；,TA,对转换成,CG,2025/4/29 周二,60,碱基类似物：,5-,溴尿嘧啶（,Bu,）、,5-,溴脱氧尿核苷（,BudR,）、,2-,氨基嘌呤（,Ap,）等。前二者是胸腺嘧啶（,T,）的类似物，后 一种是腺嘌呤（,A,）的类似物。,其作用机理是它们的分子结构与基因分子的碱基相似，它们在不妨碍基因复制的情况下作为组成基因的成分参入到基因分子中去。由于它们与碱基不同，它们会在复制时发生偶然配对上的差错，从而导致基因突变。,61,如：,5-,溴尿嘧啶,和,T,很相似，仅在第,5,个碳元子上由,Br,取代了甲基,5-BU,有，,酮式,，,烯醇式,两种异构体，可分别与,A,及,G,配对结合,62,抗生素：重氨丝氨酸、丝裂霉素,C,，它们具有破坏基因分子结构的能力，因而造成染色体的断裂。目前少用。,诱变方式,妨碍,DNA,某一成分的合成,DNA,结构变化。如,5-,氨基尿嘧啶（妨碍嘧啶的合成）,如,6-,巯基嘌呤（妨碍嘌呤合成）,碱基类似物替换,DNA,分子中的不同碱基,碱基对改变。,碱基类似物：,5-,溴尿嘧啶（,5BU,）替换,直接改变,DNA,某些特定的结构,烷化剂：烷基与碱基结合改变氢键的结合能力,T-,烷基鸟嘌呤,TGT,（腺腺嘧啶）,AT,（,GC-AT,的替换）,63,（三）,生化突变,1,、红色面包霉的生化突变型,Beadle,红色面包霉的,生化突变型,野生型：基本培养基,突变型,(a),：基本培养基,+,精氨酸,突变型,(c),：基本培养基,+,瓜氨酸,(,精氨酸,),突变型,(o),：基本培养基,+,鸟氨酸,(,精,+,瓜,),推理,红色面包霉在合成它生活所需物质时，要经过一系列的生化过程，而每一个系列化过程又由一定的基因所控制。,64,根据以上实验，可以推论精氨酸的合成步骤与基因的关系大致为：,o,鸟氨酸,c,瓜氨酸,a,精氨酸,蛋白质,由此可以看出，从鸟 精的合成至少需要,A,、,C,、,O,三个基因，其中一个基因发生突变，精氨酸是不会合成的，这个实验证明了基因与新陈代谢的关系。,Beadle 1941,年根据这个实验研究，阐明基因是通过酶的作用来控制性状的，于是提出,“,一个基因一个酶,”,的假说，把基因与性状两者联系起来。,65,几个基本概念,生化突变,，由于诱变因素的影响导致生物代谢功能的变异。,营养缺陷型（,auxotroph,）：诱变而导致生物在特定的营养下才能生长。,野生型或原养型（,prototroph,）,2,、红色面包霉生化突变的鉴定方法,66,1,2,3,4,5,11,10,9,8,6,7,12,13,14,15,8,、,+,维生素,9,、,+,氨基酸,12,、,+,硫胺素,13,、,+,吡醇素,14,、,+,泛酸,15,、,+,肌醇,67,三、诱发突变与人类癌症,AFB1,肝癌，,UV,皮肤癌,肿瘤抑制基因发生突变则会致癌,现代生活中的致癌物：,药品、化装品、食物防腐、杀虫剂、工业试剂等。现已发现有,175,种致癌剂。,2025/4/29 周二,68,四、基因的人工定点突变,(,定点诱变）,随着寡聚脱氧核糖核酸化学合成法的最新进展，应用合成的寡聚核苷酸片段作为诱变剂，诱发基因或,DNA,片段中特定的核苷酸发生突变的所谓定点突变技术，已成为研究基因结构与功能关系的最精确、最有效的手段之一。它可以根据人们的设计高频率地诱发某一特定的核苷酸部分发生突变，而且此发生突变的类型可以严格地取决于人们的预先设计。,2025/4/29 周二,69,体外定点突变,1985,年,加拿大的,Michael Smith,建立，于,1993,年获得了诺贝尔化学奖。,具体方法有三种：,（,1,）聚核苷酸介导的用单链模板定点突,变；,（,2,）双引物法定点突变；,（,3,）用掺入,U,的单链为模板进行聚核苷,酸介导的体外定点突变。,2025/4/29 周二,70,2025/4/29 周二,71,用,Ames,法检测诱变剂,2025/4/29 周二,72,1,、载体法,原理：,M13,载体法的原理是利用人工合成带突变位点的寡聚核苷酸作为引物，利用,M13,噬菌体载体系统合成突变基因。具体地说就是将待诱变的基因克隆在,M13,噬菌体载体上，另外，人工合成一段改变了碱基顺序的寡核苷酸片段（,818bp,），以此作为引物，在体外合成互补链，再经体内扩增基因，经此扩增出来的基因即是突变了的基因。,2025/4/29 周二,73,2025/4/29 周二,74,2,、法：法的原理也是利用人工合成带突变位点的诱变引物，通过扩增而获得定点突变的基因或片段。,PCR,定点诱变法可分为重组,PCR,定点诱变法和大引物诱变法两种。,重组,PCR,定点诱变法：该方法是利用四种引物，三轮,PCR,反应来进行的。操作较为繁琐。,大引物诱变法：该方法是利用三种引物，两轮,PCR,反应来进行的。,2025/4/29 周二,75,2025/4/29 周二,76,第四节 生物体的修复机制,1,、,DNA,防护机制,（,1,）简并密码子,CUAUUA,亮氨酸,（,2,）回复突变,（,3,）抑制,（,4,）致死和选择,2025/4/29 周二,77,2,、,DNA,的修复,（,1,）光修复,（,2,）暗修复（切除修复）,（,3,）重组修复,（,4,）,SOS,修复,2025/4/29 周二,78,(1),光复活作用（,photo reactivation,）：经,UV,照射后的细菌等细胞如果暴露在可见光下时，存活数显然大于在黑暗中培养的同一处理物。这是因为细胞中含有一种可见光激活的酶，称光复合酶。这种酶可与经,UV,照射过的的黑暗中结合，如果经可见光激活便可将二聚体分开来，同时酶脱离。,光复活过程已在细菌、酵母、原生动物、哺乳动物乃至人类细胞中发现。,2025/4/29 周二,79,2025/4/29 周二,80,(2),暗复活（,dark reactivation,）：又称切补修复（,excision repair,），所谓的暗复活是指修复的损伤并不需要光的激活作用，而不是指修复过程必须在暗中进行。这一过程大约有四个酶参与，即首先由核酸内切酶的作用下在损伤部位造成单链断裂，然后在核酸外切酶的作用下切除二聚体及周围的少数几个核苷酸，而后在,DNA pol I,或,的作用下修补缺口，最后由连接酶连接成一个完整的双链。,2025/4/29 周二,81,2025/4/29 周二,82,(3),重组修复（,recombination repair,）：重组修复是在,DNA,复制的情况下进行的，所以又称复制后修复。过程大致是：,带有二聚体的单链仍可做为模板进行,DNA,复制，但是子代,DNA,链中在与二聚体对应的部位出现空隙。,有缺口的子代,DNA,链与另一完整的母链进行重组，空隙由母链来的片段弥补而将空隙转移给母链。,重组后，空缺已不再对着二聚体部位，而是面对着另一正常的单链，此时在多聚酶和连接酶作用下便可完成修复过程。,2025/4/29 周二,83,这种重组修复并没有从亲代中除去二聚体，在以后的复制中还必须经过重组修复的过程。但是随着复制的继续，损伤的链将在群体中逐步,“,稀释,”,。,2025/4/29 周二,84,(4),修复系统：这是一种倾向于基因突变的修复过程，如果将经,UV,照射的,噬菌体感染经,UV,轻度照射的,E.coli,可以看到噬菌体的存活数和突变型都比感染不经,UV,照射的,E.coli,为高。这一事实说明经,UV,轻度照射的,E.coli,细胞中出现一种对于噬菌体,DNA,损伤修复的功能，可是在修复的过程中却带来了基因突变。,这是一种带来差错的修复，认为是细菌对外界环境的应急反应，故称修复系统。,SOS,修复系统也作用于细菌本身的,DNA,。,2025/4/29 周二,85,DNA,损伤修复的缺陷：,DNA,损伤修复的缺陷将带来严重的后果。可导致细胞的突变，甚至死亡。人的,DNA,损伤修复的缺陷也将带来多种疾病。如着色性干皮病（,xeroderma pigmentosum,XP,）是一种常染色体隐性遗传病（,AR,）。该病的病人是因为与,DNA,损伤修复相关的基因突变引起的，,90%,的病人在,20,岁之前就已经发生了皮肤癌。,2025/4/29 周二,86,2025/4/29 周二,87,第五节 基因突变的检出,1,、微生物突变子的筛选：微生物突变子的筛选大多采用选择培养法，选择培养法的方法很多，应根据具体筛选的突变型的特性而定。例如要筛选营养缺陷型突变子，只要将经诱变剂处理后的材料接种在完全培养基上，待长出菌落后，将每一菌落分别接种到基本培养基上。凡是只能在完全培养基上生长而不能在基本培养基上生长的菌落，便是营养缺陷型，这样便可进一步鉴定属于何种缺陷，又例如筛选抗药性突变子，便可将诱变处理后的材料接种在含有该药物的完全培养基上，长出的菌落可能是抗这一药物的。,2025/4/29 周二,88,(1),影印培养法,诱变,-,完全培养基培养,-,“,印章,”,接种,-,分别印在基本培养基和补加不同营养物的培养基培养,-,对比分析,(2),青霉素法,诱变,-,完全培养基培养与加入青霉素的培养基对比培养,-,突变的营养缺陷型存活,-,除去青霉素加入营养物,-,影印培养法确定,(p315),2025/4/29 周二,89,2,、,真菌,营养缺陷型突变体的检出,(,链孢霉,),同前已讲的生化突变鉴定,突变的生化 鉴定,(,风、见前,),2025/4/29 周二,90,1,2,3,4,5,11,10,9,8,6,7,12,13,14,15,8,、,+,维生素,9,、,+,氨基酸,12,、,+,硫胺素,13,、,+,吡醇素,14,、,+,泛酸,15,、,+,肌醇,2025/4/29 周二,91,3,、果蝇性连锁突变的检出,果蝇的性连锁突变的检出中最常用的是所谓的,ClB,法，这一方法的原理是：,果蝇有一个品系称,l,系：染色体上有一个大的倒位；隐性致死突变；显性棒眼基因。由于基因而使雄果蝇不能存活，基因可作为标记，凡带有,l,X,染色体的雌果蝇可以从棒眼性状上加以辩认，大的倒位可以抑制,l,X,染色体与另一同源染色体交换。,检测的方法是让受检的雄果蝇与,l,雌果蝇杂交，所生子代应为：。在雌蝇中有半数带，可以从棒眼上加以辩认，在这些棒眼雌蝇中的两条染色体，一条是,l,，另一条是受检雄蝇来的染色。将这一棒眼雌性与正常雄性单对交配，观察子二代的性状。,2025/4/29 周二,92,2025/4/29 周二,93,4,、果蝇常染色体突变的检出,果蝇常染色体基因突变的检出是利用平衡致死品系进行的。,例如：第二染色体上有一平衡致死品系：,(Cy,：翻翅,;,：星状眼,),。,检测的方法是这样的：将这一品系的雌蝇与受检雄蝇交配，在,F1,中选取翻翅，但无星状眼的雄蝇再与这一品系的雌蝇做单对交配，在,F2,中选取翻翅个体做相对交配，在子三代时,:,2025/4/29 周二,94,（）如果被测第三代染色体上带有隐性致死基因，,F3,中只有翻翅类型。,（）如果被测第二染色体上不带有稳性突变，,F3,有野生型。,（）如果带有隐性可见突变，则,F3,中除有翻翅类型外，还有的突变型。,2025/4/29 周二,95,Cy +,+S,X,X,Cy +,Cy +,+S,单对交配,X,Cy +Cy +,相对交配,Cy +,Cy +Cy +,致死或,致死 翻翅 翻翅 表现新性状,2025/4/29 周二,96,人类基因突变的检出,人类基因突变的检出一般采用家系分析的方法。如下面是一个上眼睑下垂的家系，,AD,，先证者的父母表型正常，说明是新产生的突变。,2025/4/29 周二,97,2025/4/29 周二,