突变与进化.pptx

突变与进化的主要内容突变与进化的主要内容p 突变的概念和分类突变的概念和分类p 突变的起因和机制p 突变的性质p 突变对基因功能的影响p 突变的分布与进化效应第1页/共80页突变突变(mutation)的概念的概念突变有广义和狭义之分。突变有广义和狭义之分。狭义地讲，突变是指基因突变或点突变，即狭义地讲，突变是指基因突变或点突变，即一个基因座位上涉及一个或多个核苷酸序一个基因座位上涉及一个或多个核苷酸序列的改变。列的改变。广义地讲，突变是指重组以外的任何可遗传广义地讲，突变是指重组以外的任何可遗传的变异，包括基因突变和染色体畸变。的变异，包括基因突变和染色体畸变。第2页/共80页基因突变基因突变基因突变有两大类：点突变和移码突变基因突变有两大类：点突变和移码突变第3页/共80页基因突变基因突变基因突变有两大类：点突变和移码突变基因突变有两大类：点突变和移码突变点突变（点突变（point mutation）：是指碱基结构的变化，）：是指碱基结构的变化，又叫碱基替换（又叫碱基替换（base substitution），是指由一种嘌），是指由一种嘌呤或嘧啶碱基被另一种所替换。呤或嘧啶碱基被另一种所替换。分为置换（分为置换（transition mutation）和颠换）和颠换（transversion mutation）两种，前者指嘌呤替换）两种，前者指嘌呤替换嘌呤或嘧啶替换嘧啶，后者指嘌呤替换嘧啶或者嘧嘌呤或嘧啶替换嘧啶，后者指嘌呤替换嘧啶或者嘧啶替换嘌呤。啶替换嘌呤。第4页/共80页 移码突变移码突变（frameshift mutation）：）：是指碱基数目是指碱基数目的变化，指的变化，指DNA序列里插序列里插入或缺失了一入或缺失了一个或几个碱基，个或几个碱基，造成读码顺序造成读码顺序的改变。的改变。第5页/共80页第6页/共80页染色体畸变染色体畸变染色体畸变染色体畸变(chromosome aberration)或或称染色体突变（称染色体突变（chromosome mutation）、）、染色体变异染色体变异(chromosome variation）是）是涉及到基因组大片段的突变，这样的突变涉及到基因组大片段的突变，这样的突变往往影响很多基因，并且可在细胞遗传学往往影响很多基因，并且可在细胞遗传学水平上观察到，即可用光学显微镜可见。水平上观察到，即可用光学显微镜可见。染色体畸变分两大类：数目异常和结构畸染色体畸变分两大类：数目异常和结构畸变。变。第7页/共80页染色体数目畸变染色体数目畸变n人类等二倍体生物的每一正常配子，即正常人类等二倍体生物的每一正常配子，即正常精子或卵子的全部染色体，称为精子或卵子的全部染色体，称为一个染色一个染色体组。体组。例如，正常人的配子的染色体组含例如，正常人的配子的染色体组含有有22条常染色体和一条条常染色体和一条X/Y染色体，即染色体，即22+X或或22+Y，称为，称为单倍体单倍体(haploid)。n精精卵结合后形成的受精卵则含有二个染色卵结合后形成的受精卵则含有二个染色体组，称为体组，称为二倍体二倍体(diploid)。如果人类体细。如果人类体细胞的染色体数目超出或少于二倍体数，即胞的染色体数目超出或少于二倍体数，即属数目异常。属数目异常。第8页/共80页p同源染色体同源染色体(homologous chromosome)细胞中形态、结构和功能相同的细胞中形态、结构和功能相同的一对染色体。（一个来自父方，一个来自母方）一对染色体。（一个来自父方，一个来自母方）p姊妹染色单体姊妹染色单体(sister chromatid)：染色体通过复制形成的由同一着丝粒：染色体通过复制形成的由同一着丝粒连接在一起的两条遗传内容一样的子染色体。连接在一起的两条遗传内容一样的子染色体。同源染色体同源染色体姊妹染色单体姊妹染色单体第9页/共80页第10页/共80页常见的染色体数目畸变常见的染色体数目畸变(一一)整倍体：整倍体：染色体数目整组地增加，即形成染色体数目整组地增加，即形成整倍体。例如，由三个或四个染色体整倍体。例如，由三个或四个染色体组组成三倍体组组成三倍体四倍体。三倍体以上四倍体。三倍体以上的细胞称为多倍体。的细胞称为多倍体。1.三倍体三倍体(triploid)：指体细胞中有三指体细胞中有三个染色体组。个染色体组。-双雄双雄/双雌受精。双雌受精。2.四倍体四倍体(tetraploid)：指体细胞中有指体细胞中有四个染色体组。四个染色体组。-核内复制核内复制/核内有核内有丝分裂。丝分裂。第11页/共80页常见的染色体数目畸变常见的染色体数目畸变(二二)非整倍体非整倍体 又叫异倍体，如果体细胞中的染色体不又叫异倍体，如果体细胞中的染色体不是整倍数，这样的细胞或个体称为非整倍体。是整倍数，这样的细胞或个体称为非整倍体。1.亚二倍体：亚二倍体：染色体数目少于二倍体数。染色体数目少于二倍体数。包括单体（包括单体（2n-1）、双单体（）、双单体（2n-1-1）和缺）和缺体（体（2n-2）。）。2.超二倍体：超二倍体：染色体数目多于二倍体数。染色体数目多于二倍体数。包括三体（包括三体（2n+1）、双三体（）、双三体（2n+1+1）、）、多体（多体（2n+1+1以上）和四体（以上）和四体（2n+2）。）。第12页/共80页 单体型单体型45,x45,x第13页/共80页黑白花奶牛白血病黑白花奶牛白血病：（：（61，XX，+10）三体型三体型21三体三体第14页/共80页常见的染色体结构畸变常见的染色体结构畸变缺失缺失（deletion，deldel）p末端缺失：末端缺失：一条染色体的臂发生断裂后，未一条染色体的臂发生断裂后，未发生重组，而形成一条末端缺失的染色体和发生重组，而形成一条末端缺失的染色体和一个无着丝粒的断片。一个无着丝粒的断片。p中间缺失：中间缺失：一条染色体同一臂内发生二次断一条染色体同一臂内发生二次断裂后，如果近侧断端与远侧断端重接，二个裂后，如果近侧断端与远侧断端重接，二个断裂点之间的片段丢失。断裂点之间的片段丢失。第15页/共80页常见的染色体结构畸变常见的染色体结构畸变倒位（倒位（inversions，invinv）p臂内倒位：臂内倒位：某一染色体臂内发生二次断裂后某一染色体臂内发生二次断裂后,所形成的中间的片段旋转所形成的中间的片段旋转180度后重接度后重接,即形即形成臂内倒位。成臂内倒位。p臂间倒位：臂间倒位：一条染色体的长臂和短臂各发生一条染色体的长臂和短臂各发生一次断裂后，可形成臂间倒位重接。一次断裂后，可形成臂间倒位重接。第16页/共80页常见的染色体结构畸变常见的染色体结构畸变易位（易位（translocation，t t）p相互易位：相互易位：二条染色体发生断裂后，形成二条染色体发生断裂后，形成的两个片断相互交换，连接而形成两条衍的两个片断相互交换，连接而形成两条衍生染色体，即称相互易位。生染色体，即称相互易位。p罗伯逊易位：罗伯逊易位：发生于近端着丝粒染色体的发生于近端着丝粒染色体的一种易位方式。因断裂点常发生于着丝粒一种易位方式。因断裂点常发生于着丝粒处，故两个近端着丝粒染色体常在着丝粒处，故两个近端着丝粒染色体常在着丝粒处重接，故这种易位亦称处重接，故这种易位亦称着丝粒融合着丝粒融合。结。结果是两条长臂通过着丝粒融合为一条大染果是两条长臂通过着丝粒融合为一条大染色体，两条短臂则连接为一条小染色体。色体，两条短臂则连接为一条小染色体。第17页/共80页罗伯逊易位罗伯逊易位 第18页/共80页常见的染色体结构畸变常见的染色体结构畸变重复（重复（duplication，dupdup）是指染色体上增加了某一区段（该片是指染色体上增加了某一区段（该片段有不止一份拷贝），该区段上的基因也段有不止一份拷贝），该区段上的基因也随之增加。分随之增加。分染色体内重复染色体内重复、染色体间重染色体间重复复，顺向重复顺向重复、反向重复反向重复等。等。第19页/共80页染色体区带及其命名规则染色体区带及其命名规则p用各种染色体显带技术（常见的有用各种染色体显带技术（常见的有G带、带、Q带、带、C带、带、N带等），使染色体沿其长轴显示出明暗带等），使染色体沿其长轴显示出明暗或深浅相间的带纹，而每一号染色体都有其独特或深浅相间的带纹，而每一号染色体都有其独特的带纹，这就构成了每条染色体的带型。的带纹，这就构成了每条染色体的带型。p1971年在巴黎召开的动物细胞遗传学会议上提年在巴黎召开的动物细胞遗传学会议上提出了区分每个显带染色体区、带的标准系统。出了区分每个显带染色体区、带的标准系统。p1978年的国际会议上，制定了年的国际会议上，制定了动物细胞遗传动物细胞遗传学命名的国际体制学命名的国际体制(an international system for human cytogenetic nomenclature，ISCN)，提出，提出了统一的符号和术语。了统一的符号和术语。第20页/共80页染色体区带及其命名规则染色体区带及其命名规则p每条显带染色体根据每条显带染色体根据ISCN规定的界标（规定的界标（landmark）分为）分为若干个区（若干个区（region），每个区又包括若干带（），每个区又包括若干带（band）。）。界界标标包括染色体两臂的末端、着丝粒和某些明显恒定的带。包括染色体两臂的末端、着丝粒和某些明显恒定的带。两相邻界标之间为区。每条染色体都是由一系列连贯的带两相邻界标之间为区。每条染色体都是由一系列连贯的带组成，没有非带区。组成，没有非带区。命名遵循：命名遵循：长、短臂分别命名区，各长、短臂分别命名区，各区分别命名带；用数字命名，从着丝粒向远端依次编号，区分别命名带；用数字命名，从着丝粒向远端依次编号，靠近着丝粒的两个带分别为长、短臂的靠近着丝粒的两个带分别为长、短臂的1区区1带；做为界标带；做为界标的带为远端区第的带为远端区第1带。带。p带型描述包括带型描述包括4部分：染色体序号，臂符，区号和带号，部分：染色体序号，臂符，区号和带号，各部分之间无分隔符。如各部分之间无分隔符。如1p13表示表示1号染色体短臂号染色体短臂1区区3带。带。p亚带和次亚带：亚带和次亚带是在带的基础上逐级细分出亚带和次亚带：亚带和次亚带是在带的基础上逐级细分出来的。亚带写在带号的后面，以小数点相隔，编号原则也来的。亚带写在带号的后面，以小数点相隔，编号原则也是从着丝粒的近侧向远侧依次编号；次亚带直接写在亚带是从着丝粒的近侧向远侧依次编号；次亚带直接写在亚带后，不加标点。例如，后，不加标点。例如，1q42.13表示表示1号染色体长臂号染色体长臂4区区2带带1亚带亚带3次亚带。次亚带。第21页/共80页染色体结构畸变的描述方法染色体结构畸变的描述方法p简式：简式：在这一描述方式中，对染色体结构改变，在这一描述方式中，对染色体结构改变，只用其断裂点来表示。只用其断裂点来表示。按国际规定，依次写明染色体总数，性染色按国际规定，依次写明染色体总数，性染色体组成，然后用一个字母体组成，然后用一个字母(如如t)或三联字或三联字(del)符号，符号，说明重排染色体类型的名称，其后在括弧内写明说明重排染色体类型的名称，其后在括弧内写明有关的染色体号数，接着在另一括号内注明区带有关的染色体号数，接着在另一括号内注明区带号以表示断裂点。号以表示断裂点。p详式：详式：在此种描述中，染色体的结构改变用此重在此种描述中，染色体的结构改变用此重排染色体带的组成表示。排染色体带的组成表示。简式中所采用的规定，在此仍然适用。不同简式中所采用的规定，在此仍然适用。不同的是在最后的括弧内，不是只描述断裂点，而是的是在最后的括弧内，不是只描述断裂点，而是描述重排染色体的带的组成。描述重排染色体的带的组成。第22页/共80页染色体结构畸变的描述方法染色体结构畸变的描述方法例如：例如：简式：简式：46,XX,del(1)(q21)详式：详式：46,XX,del(1)(qterq21:)表明在第表明在第1号染色体长臂的号染色体长臂的2区区1带发生带发生断裂，且其远侧段断裂，且其远侧段(q21 qter)已丢失。余已丢失。余下的染色体由下的染色体由1号染色体的从短臂末端至长号染色体的从短臂末端至长臂的臂的2区区1带组成。带组成。第23页/共80页第24页/共80页中间缺失中间缺失（del）简式：简式：46，XX，del(3)(q21q31)详式：详式：46，XX，del(3)(pter q21:q31 qter)臂内倒位（臂内倒位（inv）简式：简式：46，XX，inv(1)(p22p34)详式：详式：46，XX，inv(1)(pter p34:p 22p34:p22 qter)臂间倒位（臂间倒位（inv）简式：简式：46，XX，inv(2)(p15q21)详式：详式：46，XX，inv(2)(pter p15:q21p15:q21 qter)第25页/共80页突变与进化的主要内容突变与进化的主要内容p 突变的概念和分类p 突变的起因和机制突变的起因和机制p 突变的性质p 突变对基因功能的影响p 突变的分布与进化效应第26页/共80页自发突变的机制自发突变的机制 基因突变根据发生的原因可以分为自发突变和诱发突变。基因突变根据发生的原因可以分为自发突变和诱发突变。自发突变（自发突变（spontaneous mutation）是由复制中错误产是由复制中错误产生的，频率比较低。生的，频率比较低。1.这一方面是由于复制叉上合成的新的多聚核苷酸发生了这一方面是由于复制叉上合成的新的多聚核苷酸发生了错配，这种错配没有得到错配，这种错配没有得到DNA聚合酶的校正，并在子代双螺旋聚合酶的校正，并在子代双螺旋中得以保存而产生。中得以保存而产生。2.另一方面，核苷酸碱基可表现为两种动态平衡的互变异另一方面，核苷酸碱基可表现为两种动态平衡的互变异构体，如胸腺嘧啶和鸟嘌呤有酮式和烯醇式，腺嘌呤和胞嘧啶构体，如胸腺嘧啶和鸟嘌呤有酮式和烯醇式，腺嘌呤和胞嘧啶有氨基和罕见的亚氨基形式。有氨基和罕见的亚氨基形式。烯醇式胸腺嘧啶与烯醇式胸腺嘧啶与G配对，亚氨基腺嘌呤优先与配对，亚氨基腺嘌呤优先与C配对，配对，烯醇式鸟嘌呤优先与烯醇式鸟嘌呤优先与T配对，亚氨基胞嘧啶优先与配对，亚氨基胞嘧啶优先与A配对。配对。第27页/共80页第28页/共80页第29页/共80页移码突变的复制错误移码突变的复制错误突变热点：核苷酸序列重复位点突变热点：核苷酸序列重复位点第30页/共80页短重复序列的插入与缺失短重复序列的插入与缺失人类三核苷酸重复序列扩增疾病人类三核苷酸重复序列扩增疾病短重复序列的插入与缺失短重复序列的插入与缺失人类三核苷酸重复序列扩增疾病人类三核苷酸重复序列扩增疾病第31页/共80页诱发突变的因素和机制诱发突变的因素和机制 由环境中的化学因素、物理因素和生物由环境中的化学因素、物理因素和生物因素诱发生物体发生的突变称为诱发突变。因素诱发生物体发生的突变称为诱发突变。化学因素：化学因素：包括脱氨剂、烷化剂、碱基类似包括脱氨剂、烷化剂、碱基类似 物、嵌入剂等。物、嵌入剂等。物理因素：物理因素：主要有电离辐射和紫外辐射。主要有电离辐射和紫外辐射。生物因素：生物因素：包括限制酶、可移动的遗传因子包括限制酶、可移动的遗传因子(病毒、质粒、病毒、质粒、F因子和转座子等）、生物自因子和转座子等）、生物自身产生的诱变物质（如代谢产物中的咖啡碱、身产生的诱变物质（如代谢产物中的咖啡碱、硫氰化合物、硫氰化合物、H2O2等）。等）。第32页/共80页化学脱氨剂诱发突变的机制化学脱氨剂诱发突变的机制 化学脱氨剂化学脱氨剂能够诱导碱基能够诱导碱基脱氨，如脱氨，如亚硝亚硝酸酸能使能使A、C、G脱氨基（脱氨基（T无无氨基），氨基），亚硫亚硫酸氢钠酸氢钠则能专则能专一地使胞嘧啶一地使胞嘧啶脱氨。脱氨。第33页/共80页脱氨作用造成的结果脱氨作用造成的结果正常碱基正常碱基 互补碱基互补碱基 脱氨产物脱氨产物 互补碱基互补碱基 后果后果 A T 次黄嘌呤次黄嘌呤 C AT-GC转换转换 C G 尿嘧啶尿嘧啶 A GC-AT转换转换 G C 黄嘌呤黄嘌呤 不固定不固定 复制中断复制中断 T A 无无5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶 G T A GC-AT转换转换 第34页/共80页化学烷化剂诱发突变的机制化学烷化剂诱发突变的机制 烷化剂是目前应用最广泛而有效的诱变剂。最常用的有烷化剂是目前应用最广泛而有效的诱变剂。最常用的有甲基磺酸乙酯甲基磺酸乙酯(EMS)、甲基磺酸甲酯、甲基磺酸甲酯(MMS)、亚硝酸胍等。、亚硝酸胍等。它们都带有一个或多个活泼的烷基，这些烷基能够转移到其它们都带有一个或多个活泼的烷基，这些烷基能够转移到其他电子密度较高的分子中去，使碱基许多位置上增加了烷基，他电子密度较高的分子中去，使碱基许多位置上增加了烷基，从而多方面改变氢键的结合能力。从而多方面改变氢键的结合能力。烷化作用主要发生在碱基的烷化作用主要发生在碱基的N1、N3、N7位置上。最容位置上。最容易发生在易发生在G的的N7位置上，形成位置上，形成7-烷基鸟嘌呤。烷基鸟嘌呤。7-烷基鸟嘌呤烷基鸟嘌呤可与胸腺嘧啶配对，从而产生可与胸腺嘧啶配对，从而产生GCAT的转换。的转换。烷化作用可使烷化作用可使DNA的碱基容易受到水解而从的碱基容易受到水解而从DNA上裂解上裂解下来，造成碱基的缺失。从而引起碱基的置换与颠换及移码下来，造成碱基的缺失。从而引起碱基的置换与颠换及移码突变。突变。烷化作用可使烷化作用可使DNA分子两链间形成交联或添加大的烷基分子两链间形成交联或添加大的烷基基团障碍复制。基团障碍复制。第35页/共80页第36页/共80页碱基类似物诱发突变的机制碱基类似物诱发突变的机制 碱基类似物是指与标准碱基类似物是指与标准碱基非常相似碱基非常相似,在基因组复制在基因组复制时能够作为时能够作为DNA合成的底物。合成的底物。如5-溴脱氧尿嘧啶,具有与T相同的碱基配对特性，它的两种互变异构体的平衡比T更倾向于罕见的烯醇式,导致与G而非A配对。2-氨基嘌呤是A的类似物，其亚氨基形式比腺嘌呤出现的机会多，从而诱发复制时T到C的转换。第37页/共80页化学嵌入剂诱发突变的机制化学嵌入剂诱发突变的机制 嵌入剂是一类嵌入剂是一类具有平面结构的分子,它们能嵌入到DNA的碱基之间,如溴化乙啶、吖啶橙，插入因子通过解旋DNA链而增加其长度.会引起移码突变,复制时环出,阻断复制且抑制核苷酸的切除修复。第38页/共80页物理诱变剂的机制物理诱变剂的机制p电离辐射：电离辐射：包括包括X射线、射线、射线以及宇宙射线产射线以及宇宙射线产生的辐射。生的辐射。直接效应直接效应可导致可导致DNA的损伤的损伤,包括碱基包括碱基的缺失、的缺失、DNA链的断裂和重接。链的断裂和重接。间接效应间接效应是使细是使细胞产生碱基结构类似物胞产生碱基结构类似物;另外主要是活性氧组分与另外主要是活性氧组分与DNA的相互作用。的相互作用。p紫外辐射：紫外辐射：诱变的最佳波长是诱变的最佳波长是260nm。主要效主要效应应是产生相邻碱基连接的光合二聚体是产生相邻碱基连接的光合二聚体.最常见的光最常见的光合二聚体是环丁基嘧啶二聚体合二聚体是环丁基嘧啶二聚体,它可在任何两个相它可在任何两个相邻嘧啶之间产生邻嘧啶之间产生,T=T是最普遍的是最普遍的,其他依次是其他依次是C=T,T=C,C=C.二聚化在复制时常造成缺失突变。二聚化在复制时常造成缺失突变。第39页/共80页第40页/共80页染色体结构畸变的起因与机制染色体结构畸变的起因与机制染色体断裂或随机的重组。染色体断裂或随机的重组。非等位基因序列的同源重组：如不等交换或不等姊妹染色非等位基因序列的同源重组：如不等交换或不等姊妹染色单体交换，或分散的重复序列之间的重组。单体交换，或分散的重复序列之间的重组。位点特异的重组。位点特异的重组。可移动的遗传因子的作用。可移动的遗传因子的作用。串联重复序列的复制中摸板或引物链发生跳格串联重复序列的复制中摸板或引物链发生跳格(仅引起缺仅引起缺失和插入失和插入)。反向重复序列在复制时，摸板或引物产生稳定的二级结构反向重复序列在复制时，摸板或引物产生稳定的二级结构(仅仅引发缺失和插入仅仅引发缺失和插入)。不平衡的减数分裂过程，涉及结构重排的染色体不平衡的减数分裂过程，涉及结构重排的染色体(仅仅引仅仅引起缺失和插入起缺失和插入)。第41页/共80页染色体不平衡的起因与机制染色体不平衡的起因与机制非整倍体产生机理非整倍体产生机理 （1）染色体不分离：染色体的两条单体在细胞）染色体不分离：染色体的两条单体在细胞分裂后期不能正常分开，而同时进入子细胞，导分裂后期不能正常分开，而同时进入子细胞，导致一个细胞增多一条，而另一细胞减少一条。致一个细胞增多一条，而另一细胞减少一条。（2）染色体丢失：由于纺锤体形成不完全或着）染色体丢失：由于纺锤体形成不完全或着丝粒受损，使个别染色体在细胞分裂后期移动滞丝粒受损，使个别染色体在细胞分裂后期移动滞留，没有进入子细胞并随后丢失，导致子细胞中留，没有进入子细胞并随后丢失，导致子细胞中减少一条染色体。减少一条染色体。第42页/共80页减数分裂中染色体不分离减数分裂中染色体不分离a a 减数分裂减数分裂I I同源染色体不分离；同源染色体不分离；b b 减数分裂减数分裂IIII姐妹染色单体不分离姐妹染色单体不分离 ab第43页/共80页染色体不平衡的起因与机制染色体不平衡的起因与机制多倍体产生机理多倍体产生机理 （1）双雄受精：同时有）双雄受精：同时有2个精子入卵受精；个精子入卵受精；（2）双雌受精：减数分裂时，极体与卵核再结）双雌受精：减数分裂时，极体与卵核再结合，形成二倍体卵子；合，形成二倍体卵子；（3）核内再复制：）核内再复制：DNA复制而细胞不进行分裂复制而细胞不进行分裂的现象（四倍体）。的现象（四倍体）。第44页/共80页双雄受精双雄受精双雌受精双雌受精第45页/共80页突变与进化的主要内容突变与进化的主要内容p 突变的概念和分类p 突变的起因和机制p 突变的性质突变的性质p 突变对基因功能的影响p 突变的分布与进化效应第46页/共80页基因突变的性质基因突变的性质 突变的稀有性突变的稀有性 突变的多方向性突变的多方向性 突变的重演性突变的重演性 突变的可逆性突变的可逆性 突变的平行性突变的平行性 突变的有害性与有利性突变的有害性与有利性 突变可发生在任何时期，任意部位突变可发生在任何时期，任意部位 第47页/共80页突变的稀有性突变的稀有性高等生物自发突变率：高等生物自发突变率：高等生物自发突变率：高等生物自发突变率：1010-10-101010-5-5，细菌自发突变率：细菌自发突变率：细菌自发突变率：细菌自发突变率：1010-10-10410410-4-4人类基因在群体中的自然突变率为：人类基因在群体中的自然突变率为：人类基因在群体中的自然突变率为：人类基因在群体中的自然突变率为：1010-6-61010-4-4/生殖细胞生殖细胞生殖细胞生殖细胞/位点位点位点位点/代代代代第48页/共80页突变的多方向性突变的多方向性 突变的多方向性：突变的多方向性：指基因突变可以多指基因突变可以多方向发生。即基因内部多个突变部位分别改方向发生。即基因内部多个突变部位分别改变后会产生多种等位基因，形式复等位基因变后会产生多种等位基因，形式复等位基因(multiple allele)。例如：A基因不同部位发生改变产生突变基因a1、a2、a3等对A均表现为隐性的基因。新基因可能均是无功能的，也可能各具不同功能。第49页/共80页突变的重演性突变的重演性 突变的重演性：突变的重演性：同种生物中同一基因同种生物中同一基因突变突变总是以一定的频率在某一基因位点总是以一定的频率在某一基因位点在在不同个体间重复地出现。不同个体间重复地出现。例例如如：白白化化病病基基因因可可以以在在不不同同的的个个体重复出现。体重复出现。第50页/共80页突变的可逆性突变的可逆性 突变的可逆性突变的可逆性：基因突变的发生方基因突变的发生方向是可逆的。向是可逆的。正突变正突变(forward mutation)：显性基显性基因因A隐性基因隐性基因a；反突变反突变(reverse mutation)：隐性基隐性基因因a显性基因显性基因A。通常认为：野生型基。通常认为：野生型基因是正常、有功能基因；而最初基因突因是正常、有功能基因；而最初基因突变往往是野生型基因突变而丧失功能、变往往是野生型基因突变而丧失功能、发生功能改变，表现为隐性基因。所以发生功能改变，表现为隐性基因。所以反突变又称为反突变又称为回复突变回复突变(back mutaiton)。第51页/共80页抑制突变：抑制突变：能部分或全部恢复由于另一突变而丧失的表型效应。能部分或全部恢复由于另一突变而丧失的表型效应。基因内抑制突变：基因内抑制突变：可抑制同一基因内另一次突变的表型效应。可抑制同一基因内另一次突变的表型效应。第52页/共80页突变的平行性突变的平行性 突变的平行性突变的平行性：指亲缘关系相近的物种因为：指亲缘关系相近的物种因为遗传基础比较接近，往往会发生相似的基因突变。遗传基础比较接近，往往会发生相似的基因突变。根据这一学说，如果一个物种存在某种类型根据这一学说，如果一个物种存在某种类型的变异，与其同类的生物中也可以预期得到这些的变异，与其同类的生物中也可以预期得到这些变异。如：禾本科植物籽粒性状变异、矮秆突变。变异。如：禾本科植物籽粒性状变异、矮秆突变。第53页/共80页突变的有害性和有利性突变的有害性和有利性 1.突变的有害性：突变的有害性：大多数基因的突变，对生物的生长与发育往往是有害大多数基因的突变，对生物的生长与发育往往是有害的。因为生物的野生型基因都是正常有功能的，生物细胞的。因为生物的野生型基因都是正常有功能的，生物细胞内现有的基因是通过长期自然选择进化而来，并且基因间内现有的基因是通过长期自然选择进化而来，并且基因间达到某种相对平衡与协调状态。因此，基因突变可能会导达到某种相对平衡与协调状态。因此，基因突变可能会导致当代生物个体性状变异、个体发育异常、生存竞争与生致当代生物个体性状变异、个体发育异常、生存竞争与生殖能力下降，甚至死亡殖能力下降，甚至死亡致死突变。致死突变。2.在某些情况下，基因突变可能是有利的：在某些情况下，基因突变可能是有利的：对突变性状表现当代及后代群体而言：例如抗逆性；对突变性状表现当代及后代群体而言：例如抗逆性；对后代群体在特殊环境中生存而言：例如作物矮秆突变对后代群体在特殊环境中生存而言：例如作物矮秆突变型在多风环境下；对人类需求与利用而言：例如作物雄型在多风环境下；对人类需求与利用而言：例如作物雄性不育突变型的利用。性不育突变型的利用。3.中性突变：中性突变：指突变型的性状变异对生物个体生活力与繁殖力没有指突变型的性状变异对生物个体生活力与繁殖力没有明显的影响。日本木村资生明显的影响。日本木村资生-分子进化中性突变理论。分子进化中性突变理论。第54页/共80页基因突变的时期基因突变的时期1.生物个体发育的任何时期均可发生：生物个体发育的任何时期均可发生：性细胞性细胞(突变突变)突变配子突变配子后代个体；后代个体；体细胞体细胞(突变突变)突变体细胞突变体细胞组织器官。组织器官。2.性细胞的突变频率比体细胞高：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。性母细胞与性细胞对环境因素更为敏感。3.(等位等位)基因突变常常是独立发生的：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因同时发生的概率非常小(突变率的平方突变率的平方)。4.突变时期不同，其表现也不相同：突变时期不同，其表现也不相同：第55页/共80页高等生物基因突变时期与性状表现高等生物基因突变时期与性状表现突变时期突变时期显性突变显性突变隐性突变隐性突变高高等等生生物物性细胞性细胞突变当代表现突变性突变当代表现突变性状。状。突变当代不表现突变突变当代不表现突变性状，其自交后代才性状，其自交后代才可能表现突变性状。可能表现突变性状。体细胞体细胞突变当代表现为嵌合突变当代表现为嵌合体，镶嵌范围取决于体，镶嵌范围取决于突变发生的早晚。突变发生的早晚。突变当代不表现突变突变当代不表现突变性状，往往不能被发性状，往往不能被发现、保留。现、保留。低低等等生生物物(单单倍倍体体)有性生殖有性生殖 表现突变性状表现突变性状表现突变性状表现突变性状无性生殖无性生殖 表现突变性状表现突变性状表现突变性状表现突变性状第56页/共80页突变与进化的主要内容突变与进化的主要内容p 突变的概念和分类p 突变的起因和机制p 突变的性质p 突变对基因功能的影响突变对基因功能的影响p 突变的分布与进化效应第57页/共80页编码区突变编码区突变沉默突变或同义突变：沉默突变或同义突变：不影响密码子含义的碱基替换，不影响密码子含义的碱基替换，对多肽链结构无影响。对多肽链结构无影响。错义突变：错义突变：改变密码子含义的碱基替换，导致编码的改变密码子含义的碱基替换，导致编码的多肽链中某一个氨基酸被另一种氨基酸所取代。错多肽链中某一个氨基酸被另一种氨基酸所取代。错义突变的效应取决于它是保守的抑或非保守的，还义突变的效应取决于它是保守的抑或非保守的，还取决于被替换的残基在多肽链功能中的重要程度。取决于被替换的残基在多肽链功能中的重要程度。无义突变：无义突变：将一个有意义的密码子改变成无义密码子将一个有意义的密码子改变成无义密码子(终止密码子终止密码子)的碱基替换。造成蛋白质合成的提前的碱基替换。造成蛋白质合成的提前终止，产生不完整的多肽链。终止，产生不完整的多肽链。(通常通常5-严重；严重；3-影响不大影响不大)通读突变：通读突变：将将一个无义密码子一个无义密码子(终止密码子终止密码子)改变成有改变成有意义的密码子，造成通读，使多肽链延长。可能影意义的密码子，造成通读，使多肽链延长。可能影响多肽链的性质和响多肽链的性质和mRNA稳定性。稳定性。第58页/共80页Ser编码密码子：编码密码子：UCU，UCC，UCA，UCG，AGU，AGC。第59页/共80页移码突变：移码突变：一较短的核苷酸一较短的核苷酸(3n1)的插的插入与缺失，使阅读框发生变化，突变入与缺失，使阅读框发生变化，突变远端产生新的多肽链序列。其效应取远端产生新的多肽链序列。其效应取决于突变的位置。决于突变的位置。非移码突变：非移码突变：一较短的核苷酸一较短的核苷酸(3n)的插的插入与缺失。这类突变不破坏阅读框，入与缺失。这类突变不破坏阅读框，往往是可以容忍的。往往是可以容忍的。第60页/共80页CGCGCCGGAAATTTGGGCATGTGCCGTTTAAACCCGTACACGGCAAATTTGGGCATGTGCCGTTTAAACCCGTACACGGCCodon mutationAAACCCTTTGGGCATGTGCCGTTTGGGAAACCCGTACACGGCAAACCTTTGGGCATGTGCCGTTTGGAAACCCGTACACGGCFrame shift mutation第61页/共80页1Gene and molecule of Hb Hb moleculeHb molecule Hb失常失常多多数数是是由由于于珠珠蛋蛋白白分分子子结结构构改改变变(血血红红蛋蛋白白病病)或或合合成成量量异异常常(地地中中海海贫贫血血)所所引引起起的的疾疾病病。其其根根本本原原因因是是Hb基基因因的的单单核核苷苷酸酸突突变。变。链基因链基因5 5 链基因链基因5 516p1316p1311p1511p153 33 3GG A A 11 22 Hb geneHb gene血红蛋白病（血红蛋白病（HemoglobinopathyHemoglobinopathy）第62页/共80页 Hb病结构变异产生的机制病结构变异产生的机制 类类 型型 机机 制制 表表 型型 错义突变错义突变 链基因第链基因第6 6位密码子位密码子CTTCATCTTCAT，结果谷，结果谷缬缬 HbSHbS 无义突变无义突变 链基因第链基因第145145位密码子位密码子UAUUAAUAUUAA（终止码）（终止码）使使 链在链在C C端少了端少了2 2个氨基酸个氨基酸 Hb Mckees RocksHb Mckees Rocks 通读突变通读突变 链基因链基因UAAGAAUAAGAA（谷）使（谷）使C C端多端多3131个个aaaa Hb seal Rocks Hb seal Rocks 启动子突变启动子突变 链基因链基因-28-28位位A ACC使使TATATATA框突变框突变 链生成障碍性贫血链生成障碍性贫血 移码突变移码突变 链基因第链基因第138138位密码子位密码子UCCUCC的第的第3 3个碱基个碱基C C 缺失导致后面碱基重新编码，肽链延长到缺失导致后面碱基重新编码，肽链延长到147147位位 Hb WayneHb Wayne 融合突变融合突变 和和 发生错误联合和不等交换使发生错误联合和不等交换使 链的链的N N端部端部 分与分与 链的链的C C端部分融合在一起，形成端部分融合在一起，形成链。链。Hb LeponeHb Lepone目前异常血红蛋白有471种,我国67种。40%有功能障碍。第63页/共80页第64页/共80页 【Clinic symptomClinic symptom】单基因常染色体隐性遗传病，单基因常染色体隐性遗传病，单基因常染色体隐性遗传病，单基因常染色体隐性遗传病，患儿智力低下，患儿智力低下，患儿智力低下，患儿智力低下，皮肤、毛发色浅，皮肤、毛发色浅，皮肤、毛发色浅，皮肤、毛发色浅，尿中含有大量的苯丙酮酸和尿中含有大量的苯丙酮酸和尿中含有大量的苯丙酮酸和尿中含有大量的苯丙酮酸和鼠嗅味鼠嗅味鼠嗅味鼠嗅味。苯丙酮尿症（苯丙酮尿症（PhenylketonuriaPhenylketonuria）Chromosome12Chromosome12pq12q22-q24.2 【MechanismMechanism】99%99%与苯丙氨酸羟化酶类缺陷有关。与苯丙氨酸羟化酶类缺陷有关。与苯丙氨酸羟化酶类缺陷有关。与苯丙氨酸羟化酶类缺陷有关。酶缺陷主要原因是基因的错义突变、缺失以及剪接突变造成的。酶缺陷主要原因是基因的错义突变、缺失以及剪接突变造成的。酶缺陷主要原因是基因的错义突变、缺失以及剪接突变造成的。酶缺陷主要原因是基因的错义突变、缺失以及剪接突变造成的。第65页/共80页 先天性厚甲症先天性厚甲症是一种罕见的是一种罕见的常染色体显性遗传常染色体显性遗传性角蛋白性角蛋白疾病。至今为止所报道的大部分是错义突变，另有小部分缺疾病。至今为止所报道的大部分是错义突变，另有小部分缺失和插入。失和插入。角蛋白疾病中，螺旋边界序列都是突变热点区。角蛋白疾病中，螺旋边界序列都是突变热点区。本例一中国女孩在本例一中国女孩在 K6a基因第七外显子发生错义突变基因第七外显子发生错义突变1403TA,氨基酸氨基酸 L468Q。第66页/共80页非编码区突变非编码区突变p基因内非编码区的突变基因内非编码区的突变 内含子：内含子中的点突变一般是中性的，但下面的内含子：内含子中的点突变一般是中性的，但下面的情况会影响表型：情况会影响表型：(1)突变破坏了一个内含的调控元件，如突变破坏了一个内含的调控元件，如增强子；增强子；(2)突变破坏了一个剪切位点；突变破坏了一个剪切位点；(3)突变位点产生突变位点产生了一个隐蔽的剪切位点，使内含子的顺序包含在成熟的转了一个隐蔽的剪切位点，使内含子的顺序包含在成熟的转录本中。录本中。非翻译区域：大多数情况下突变是中性的，但有时突非翻译区域：大多数情况下突变是中性的，但有时突变可以通过影响蛋白质的合成变可以通过影响蛋白质的合成、RNA的稳定性或的稳定性或RNA转转移进而影响转录后调节。移进而影响转录后调节。p基因外非编码区的突变基因外非编码区的突变 大部分基因外突变