南京农大10-基因突变.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,*,*,*,南京农大10 基因突变,第一节 基因突变的概念,一、基因突变（点突变）：化学变化，对性关系，与DNA复制、损伤、修复、癌变、衰老有关，生物进化、遗传育种重要意义。,野生型 突变型,a,+,a,-,（基因、细胞、个体）,u,v,点突变：单独发生,诱因：自发突变 /诱发突变,正突变 u,回复突变,v,2,二、基因突变率,自发突变率：,高等生物：10,-5,10,-8,低等生物：10,-4,10,-10,突变型配子数,总配子数,100%,突变型个体数,总个体数,100%,低等生物：突变率,高等生物：突变率,3,三、发生的时期：任何时期都可以发生，,但是：性细胞体细胞：减数分裂末期特别敏感,性细胞发生突变可以直接传递给后代：,M,0,M,1,M,2,显性突变：aa,Aa,隐性突变：AA Aa AA Aa aa,体细胞发生突变形成嵌合体,显性突变：易发现，通过无性繁殖固定传递给后代。,如：果树育种中芽变的应用。,隐性突变：不易发现。,4,一般特征：,随机性：发生的时间、个体、基因不可预知。,稀有性：突变率,10-4,重演性：同一突变在同一物种能够以相同的频率再次发生。,可逆性：正突变 反突变（回复突变）,多方向性与复等位基因：,多方向性：,A,（,a,、,a,1,、,a,2,、,a,3,、,a,n,）等位、表型各异,复等位基因：位于同一基因位点上的各种等位基因。,3,种,第二节 基因突变的特征,5,注意复等位基因存在于群体的概念：,对于某个个体，某一个基因位点最多包含两种复等位基因。如Aa，a,1,a,2,、a,1,a,1,等。,a,a,1,a,2,a,3,a,n,A,6,复等位基因的例子：,1）人类的 ABO 血型：,由 I,A,、I,B,、i 三种复等位基因控制，I,A,和 I,B,、相对于 i,为显性。,因此：A 型血者：I,A,I,A,、I,A,i,B 型血者：I,B,I,B,、I,B,i,AB 型血者：I,A,I,B,O 型血者：i i,2）烟草的自交不亲和性：,栽培自花授粉植物。,7,野生烟草：自交不亲和性自交不结实，株间杂交能结实。由,S1、S2、S3、S4等一组复等位基因控制。,实质：柱头不接受与其基因型相同的花粉。所以：,8,3）果蝇眼色,红眼,11 种眼色。,有害性和有利性,1,）有害突变：,隐性致死：纯合致死,显性致死：杂合即可致死,伴性致死：致死基因位于性染色体上。,9,隐性致死：A,Y,a 一因多效,黄色鼠 黄色鼠 黄色鼠 黑色鼠,（A,Y,a）（A,Y,a）（A,Y,a）（aa）,1 A,Y,A,Y,：2 A,Y,a：1 a a 1 A,Y,a：1 a a,（死亡）（黄色）（黑色）（黄色）（黑色）,显性致死：人类的神经胶症。,伴性致死：平衡致死品系：,10,果蝇：砺壳翅受Bd控制，该基因纯合致死，位于常染色体上。,只能产生杂合体。,家蚕：,Bd +,bd l,Bd +,bd l,l,1,+,+l,2,（Z Z）,Z W ,l,1,+,+,+,+l,2,全是雄蚕（c.f.第六章 染色体变异 之易位的应用）,11,2）中性突变：如小麦粒色的突变，有芒无芒的突变等。,3）有利突变：较少，如抗倒伏、早熟等。,有利与有害是相对的：,有利有害可以相互转化。,人的需要与生物体本身需要不一致。如矮杆、,植物雄性不育、落粒性。,5.,平行性（与重演性的区别）：,近缘种发生类似的突变,预测。,12,第三节 基因突变的表现,一、显性突变和隐性突变：,独立发生：c.f.4,表现 M1 M2,纯合体检出 M3 M2,13,二、大突变和微突变：,大突变：变异明显、易识别、往往有害、,常属于质量性状基因的突变,微突变：变异微小、不易识别、往往有利、,常属于数量性状基因的突变。,14,第四节 基因突变的鉴定,一、基因突变的鉴定方法,1.鉴定突变的真伪：排除环境的影响,多年多点实验,2.鉴定突变的显隐性：杂交、自交,3.求突变率。,二、植物基因突变的鉴定,1.花粉直感求突变率,2.M2 估算 突变率,M2 突变个体数,M2 总个体数,100%,15,3.有分蘖植物的突变率估算：,16,三、生化突变的鉴定,1.“一个基因一个酶”假说：,Beadle（1941）：红色面包霉（链孢霉）营养缺陷型,一个基因,一种酶 一个生化反应 一个性状,2.什么是生化突变：,诱变因素 生化代谢功能的变异。,或多个生化反应,17,3.链孢霉的生化突变,营养缺陷型生化突变,控制生化过程的基因发生突变,生物物质不能合成,不能存活,提供该物质又可以正常生存。,复习：原养型：在基本培养基中就能正常生活繁殖,营养缺陷型：在选择培养基或完全培养基中才能生,活繁殖。,4.生化突变分析,根据生化突变类型推断酶（基因）的功能及其作用程序。,18,例如红色面包霉中获得o、c、a三种突变体：,o 突变体 鸟氨酸缺陷型：,基本培养基中添加 orn（鸟氨,酸）、瓜氨酸（cit）、精氨酸（arg）都可以,正常生长、繁殖。,c 突变体 瓜氨酸缺陷型：,基本培养基中添加瓜氨酸,（cit）、精氨酸（arg）都可以正常生长、繁,殖。,a 突变体 精氨酸缺陷型：,基本培养基中添加精氨酸,（arg）可以正常生长、繁殖,19,据此推断出 arg 生物合成途径：,前体 orn cit arg 蛋白质,红色面包霉生化突变的鉴定（步骤）,1,）诱发突变,2,）鉴定有无突变发生，求突变率,突变率,3,）鉴定突变类型：,大类型（氨基酸、碱基、维生素等）,小类型,o 突变体 o 酶,c 突变体 c 酶,a 突变体 a 酶,完全培养基菌落数基本培养基上的菌落数,完全培养基菌落数,100%,20,X rays,基本培养基,完全培养基,影印,基本培养基aa,基本培养基Vs,基本培养基碱基,选择培养基,分生孢子,子囊孢子,21,基本培养基 VB1,基本培养基 VB6,基本培养基 泛酸,基本培养基 肌醇,22,第五节 基因突变的分子基础,一、突变的分子机制,1.,点突变：基因内不同座位（碱基对）的改变而引起的突,变。即单个突变子的突变。,2.分类：,（1）按基因结构改变的类型分,碱基置换：,A G,T C,碱基置换：转换/颠换,移码突变：阅读框架的变化,缺失突变：碱基的缺失,23,移码突变：启动子变化、碱基插入、缺失都可以引起。,例如：mRNA,GAA,GAA,GAA,GAA,glu glu glu glu,G,GA,AGA,AGA,AGA,A,gly arg arg arg,缺失突变：,（2）按遗传信息的改变方式：,危害最大！,错义突变：UGU（cys）,UGG（trp）,同义突变 UGU（cys）,UGC（cys）,无义突变 UGU（cys）,UGA（终止密码子）,24,（3）按引发突变的原因分：,自发突变,诱发突变,二、突变的修复,1.DNA的防护机制,1）密码子的简并,2）回复突变,3）,抑制,4）致死和选择,5）二倍体和多倍体,抑制：,基因间抑制：tRNA反密码子突变，使突变基因回复正常。,基因内抑制：同一个基因内不同的另一个突变掩盖了原来,的突变。,25,2.DNA修复,（1）光修复：C,水合胞嘧啶,T T,T T T T,（2）暗修复：四种酶，切除,T T：,内切酶 外切酶 聚合酶 连接酶,（3）重组修复：不切除胸腺嘧啶二聚体，复制过程中修复。,（4）SOS修复,UV,UV,蓝光,光激活酶,26,27,第六节 基因突变的诱发,诱变突变：人为地利用各种理化因素诱导突变的产生。,一、物理诱变 辐射,1.电离辐射：热量电离,粒子辐射：,32,P、,35,S,电磁辐射：,60,Co、,137,Cs,X,内照射,外照射,28,2.非电离辐射：,UV 只能激发。,二、化学诱变,诱变剂：凡是能和DNA起化学反应并改变碱基氢键特性,的物质。,1.妨碍DNA某一成分的合成，引起DNA结果的变化,妨碍嘧啶合成：5-氨基尿嘧啶、8-乙氧基咖啡碱,妨碍嘌呤合成：6-疏基嘌呤,29,2.碱基类似物：,如：5-溴尿核苷(5BU)、2-氨基嘌吟(2AP)；,诱变原理：在DNA复制时引起碱基错配，最终导致碱基对,的替换，引起突变。,酮式结构,5BU,T,稀醇式结构,5BUe,30,A,T,A,5BU,T,A,T,A,T,G,5BUe,A,5BU,T,G,C,G,C,G,5BUe,G,C,G,C,A,5BU,T,A,T,G,5BUe,A,G,T,C,G,A,C,T,5-溴尿核苷 (5BU),31,A,T,A,T,AP,T,A,T,G,C,G,C,G,C,G,C,A,T,A,G,T,C,G,A,C,T,AP,C,AP,T,AP,C,AP,C,AP,T,2 氨基嘌呤（AP）,32,3.,改变碱基结构：,亚硝酸(,HNO2),：氧,化脱氨作用，通过氧化作用，以氧,代替,A,和,C,的,C6,位置上氨基,。,次黄嘌呤,33,A,T,A,T,H,T,H,C,G,C,G,U,G,C,A,U,A,T,A,U,A,G,T,C,G,A,C,T,亚硝酸,HNO,2,H,C,G,C,HNO,2,34,烷化剂：,最常用：EMS(乙基磺酸乙酯),MMS(甲基磺酸甲酯),诱变原理：EMS、MMS等烷化剂都带有 1 个或多个活泼的,烷基，这些烷基能够加入核苷酸许多位置。,35,与碱基结合形成烷基化碱基。改变氢键性质。,A,C,36,烷化作用也会使,DNA,的碱基容易受到水解而从,DNA,链上裂解下来，从而造成碱基的缺失。,与磷酸结合成不稳定的磷酸酯，进而水解使,DNA,链断裂，引起突变。,G,C,O,C,O,A,O,G,O,T,O,C,T,A,C,G,A,T,G,C,颠换,无突变,转换,37,羟胺：,作用专化：只与胞嘧啶(C)起作用，使胞嘧啶C6位置上的氨基羟化，变成象T(胸腺嘧啶)的结合特性，在DNA复制时和A(腺嘧啶)配对，形成GC与AT的转换。,38,4.引起DNA复制的错误：,诱变剂：2 氨基吖啶、吖啶橙、ICR-170等。,诱变机理：能嵌入DNA双链中的碱基之间，引起单一核,酸的缺失或插入，造成突变。,H,2,N,39,第七节 转座元件,Transposable Elements：,are sections of DNA(sequence elements)that move,or transpose,from one site in the genome to another.,一、转座元件的发现和鉴定,Emerson（1914）玉米种子色素的遗传：回复突变,花斑,Rhoades（1938）玉米种子糊粉层色素遗传：二个基因相互,作用，与回复突变有关。,Shapiro（1960）：E.coli中移动基因。,40,McClintock（1944）：,玉米第 9 条染色体三个连锁基因（参见教材 P100）：,想通过“桥断片桥”去掉染色体末端的基因 C。,但是发现：,常常得到的是从着丝粒与,Wx,之间断裂的，丢失三 个基因的染色体。她定义为“,Ds”,（,dissociation,）,偶尔发现,Ds,可以跳到,C,内的某一位置：种子为无色,在种子发育过程中，,Ds,可以从,C,跳出：种子大部分无色，少 量斑点。,Ds,Wx Sh,C,41,Ds C,C突变,Ac Ds,C 回复突变,Ac：激活因子,42,二、转座元件的结构,（一）原核生物的转座元件（自学）,（二）真核生物的转座元件,Ac-Ds系统：,Ac：4565 bp,末端反向重复序列（11 bp）,自主元件,转座酶基因,Ds：Ac的缺失序列，结构多样,末端反向重复序列（613）,非自主元件,43,反向重复序列,转座酶,足迹,44,三、转座元件的应用 转座子标签法（Transposon tagging）,1.克隆基因：利用转座元素有固定的旁侧序列的特点，它,们可以作为分子标签，,2.基因功能研究：将转座元件插入到目标基因，插入失活,后获得的突变体表型变化,该基因的功,能,。,3.转基因中的应用：如转基因的自动删除。,45,