5分子生物學(xué)第五章-基因突變和修復(fù)課件(102頁(yè)P(yáng)PT)

1、Chapter 5 Gene mutation and DNA repairing 第五章 基因突變與修復(fù)第一節(jié) 基因突變第二節(jié) 順反子和突變互補(bǔ)第三節(jié) 突變修復(fù)第1頁(yè)，共102頁(yè)。Mutations can be induced by chemical modification of a base. Mutations change the sequence of DNA突變改變DNA順序第一節(jié) 基因突變第2頁(yè)，共102頁(yè)。突變mutation: 在基因組的某一特定區(qū)域核苷酸序列發(fā)生改變而引起的基因型穩(wěn)定的可遺傳改變。突變體mutant：帶有某一特定突變基因的基因組、細(xì)胞或個(gè)體。染色體突變和

2、基因突變、基因外突變一、基因突變的結(jié)構(gòu)第3頁(yè)，共102頁(yè)?；蛲蛔兪侵富虻囊环N等位形式變成另一種等位形式,突變是相對(duì)于正常而言的遺傳學(xué)研究中，將自然界中普遍出現(xiàn)的性狀或指定實(shí)驗(yàn)用的某一品系的性狀，作為“野生型”或“正?！钡男誀睢Ｅc這種性狀相關(guān)的等位基因稱為野生型等位基因，一般記為+，或a+，b+等。任何不同于野生型等位基因的稱為突變型等位基因從野生型變?yōu)橥蛔冃停Q為正向突變(forward mutation)；反之，從突變型也可變回成野生型，則稱為回復(fù)突變(back mutation)或逆向突變(reverse mutation)。第4頁(yè)，共102頁(yè)。野生型等位基因和突變型等位基因的適合度f(wàn)

3、itness(生存和繁殖的能力)不同第5頁(yè)，共102頁(yè)。二、基因突變的特點(diǎn)1、不對(duì)應(yīng)性。突變的性狀與引起突變的原因間無(wú)直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系2、自發(fā)性。在沒有人為誘發(fā)因素的情況下，各種遺傳性狀的改變可以自發(fā)地產(chǎn)生。3、稀有性。自發(fā)突變的頻率較低，而且穩(wěn)定，一般在10-610-9 間。4、獨(dú)立性。某一基因的突變，即不提高也不降低其他任何基因的突變率。突變不僅對(duì)某一細(xì)胞是隨機(jī)的，且對(duì)某一基因也是隨機(jī)的。5、可誘變性：通過(guò)各種物理、化學(xué)誘變劑的作用，可提高突變率，一般可提高10105倍。6、穩(wěn)定性：突變的根源是遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)上發(fā)生了穩(wěn)定的變化，所以產(chǎn)生的新性狀也是穩(wěn)定的和可遺傳的。7、可逆性：任何性狀既有可能

4、正向突變，也有可能發(fā)生回復(fù)突變，兩者發(fā)生的頻率基本相同第6頁(yè)，共102頁(yè)。自然界的各種輻射環(huán)境中的化學(xué)物質(zhì)環(huán)境中的生物因素生物體內(nèi)的DNA復(fù)制錯(cuò)誤DNA自發(fā)損傷和修復(fù)能力的缺陷轉(zhuǎn)座因子的作用三、自發(fā)突變(spontaneous mutataon)和誘發(fā)突變(induced mutation)（一）自發(fā)突變(spontaneous mutataon)1、定義指生物體在無(wú)人工干預(yù)下自然發(fā)生的低頻率基因突變 。2、產(chǎn)生原因：第7頁(yè)，共102頁(yè)。3、自發(fā)突變的機(jī)制(1) 背景輻射和自然環(huán)境因素的誘變。不少“自發(fā)突變”實(shí)質(zhì)上是由一些原因不詳?shù)牡蛣┝空T變因素長(zhǎng)期的綜合效應(yīng)導(dǎo)致。(2) 微生物自身有害代謝產(chǎn)

5、物的誘變?；钚匝跏瞧毡榇嬖谟谖⑸矬w內(nèi)的一種代謝產(chǎn)物，它們可能是自發(fā)突變中的一種內(nèi)源誘變劑。(3)由DNA復(fù)制過(guò)程中堿基配對(duì)錯(cuò)誤引起。據(jù)統(tǒng)計(jì)，DNA鏈每次復(fù)制中，每個(gè)堿基對(duì)錯(cuò)誤配對(duì)的頻率是10-710-11，而一個(gè)基因平均約含1000 bp，故自發(fā)突變頻率約為10-6。因此，若對(duì)細(xì)菌做一般液體培養(yǎng)時(shí)，因其細(xì)胞濃度?？蛇_(dá)到108個(gè)/ml，故經(jīng)常會(huì)在其中產(chǎn)生自發(fā)突變株。第8頁(yè)，共102頁(yè)。DNA復(fù)制錯(cuò)誤第9頁(yè)，共102頁(yè)。a.環(huán)狀突出效應(yīng)有人提出，在DNA的復(fù)制過(guò)程中，如果其中某一單鏈上偶然產(chǎn)生一個(gè)小環(huán)，則會(huì)因其上的基因越過(guò)復(fù)制而發(fā)生遺傳缺失，從而造成自發(fā)突變。如果是模板鏈出現(xiàn)環(huán)出現(xiàn)象，會(huì)產(chǎn)生缺失

6、突變?nèi)绻钦诤铣傻淖渔湷霈F(xiàn)環(huán)出現(xiàn)象，會(huì)產(chǎn)生插入突變第10頁(yè)，共102頁(yè)。第11頁(yè)，共102頁(yè)。Spontaneous DNA lesions Inherent chemical reactivity of the DNAThe presence of normal, reactive chemical species within the cell Deamination (脫氨作用）: CU (may be removed by Uracil DNA glycosylase)methylcytosine m5C T （normal residue）（in CpG islands) Depu

7、rination (脫瞟呤作用) : break of the glycosylic bond by hydrolytic reaction non-coding lesion.產(chǎn)生無(wú)瞟呤AP位點(diǎn)Depyrimidination (脫嘧啶作用) : rare第12頁(yè)，共102頁(yè)。deamination-ATGCTACG-TACGATGC-ATGUTACG-TACGATGC-ATG TACG-TACGATGC- U-ATGCTACG-TACGATGC-Uuracil DNA glycosylaseCytosine deamination and repair第13頁(yè)，共102頁(yè)。第14頁(yè)，共10

8、2頁(yè)。脫嘌呤第15頁(yè)，共102頁(yè)。氧化損傷過(guò)氧化物原子團(tuán)（O2-）（H2O2），（-OH）等需氧代謝的副產(chǎn)物都是有活性的氧化劑， 它們可導(dǎo)致DNA的氧化損傷，T氧化后產(chǎn)生T乙二醇，G氧化后產(chǎn)生8-氧-7,8二氫脫氧鳥嘌呤、8-氧鳥嘌呤(8-O-G)或“ GO”，GO可和A錯(cuò)配，導(dǎo)致GT。第16頁(yè)，共102頁(yè)。Oxidative damage(氧化損傷）The levels of oxidation can be increased by hydroxyl radicals from the radiolysis of H2O caused by ionizing radiation. 離子輻射

9、使水分解產(chǎn)生羥基，增加氧化作用Oxidation productsReactive oxygen species (ROS) presents in all aerobic需氧cells.Superoxide過(guò)氧化物hydrogen peroxide過(guò)氧化氫Hydroxyl radical (OH)羥基第17頁(yè)，共102頁(yè)。Spontaneous mutations occur throughout the lacI gene of E. coli, but are concentrated at a hotspot. Mutations are concentrated at hotspot

10、s自發(fā)突變具有突變熱點(diǎn)，不同突變劑也有其各自的突變熱點(diǎn)。第18頁(yè)，共102頁(yè)。5-mC是生物體內(nèi)的突變熱點(diǎn)？!5-甲基胞嘧啶氧化脫氨基反應(yīng)胸腺嘧啶脲嘧啶脲嘧啶DNA糖苷酶，將脲嘧啶殘基除去。修復(fù)系統(tǒng)”將一個(gè)C堿基插入與之配對(duì)保護(hù)系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別這樣的變化第19頁(yè)，共102頁(yè)。C突變?yōu)閁不是生物體內(nèi)的突變熱點(diǎn)？! 第20頁(yè)，共102頁(yè)。所有能誘發(fā)基因突變的因子，稱為誘變劑(mutagen)。（二）誘發(fā)突變(spontaneous mutataon)1、定義誘發(fā)突變簡(jiǎn)稱誘變，是指通過(guò)人為的方法，利用物理、化學(xué)或生物因素顯著提高基因自發(fā)突變頻率的手段。第21頁(yè)，共102頁(yè)。2、誘發(fā)突變的機(jī)制（1）堿基的

11、置換 轉(zhuǎn)換transition：即DNA鏈中的一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘌呤或是一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘧啶所置換 顛換transversion：即一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘧啶或是一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘌呤所置換。（2）移碼突變 指誘變劑會(huì)使DNA序列中一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸發(fā)生增添(插入)或缺失，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和翻譯錯(cuò)誤的一類突變。（3）染色體畸變 包括染色體結(jié)構(gòu)上的缺失、重復(fù)、插入、易位和倒位，和染色體數(shù)目的變化。（4）轉(zhuǎn)座因子:第22頁(yè)，共102頁(yè)。（1）堿基的置換 a.轉(zhuǎn)換transition：即DNA鏈中的一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘌呤或是一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘧啶所置換 b.顛換transversion：即

12、一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘧啶或是一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘌呤所置換。第23頁(yè)，共102頁(yè)。第24頁(yè)，共102頁(yè)。堿基的置換同義突變（same-sense or synonymous mutation）：由于密碼子具有兼并性，單個(gè)堿基置換后并沒有引起肽鏈中氨基酸序列的改變。同義突變不易檢出。錯(cuò)義突變（missense mutation）：DNA分子中的核苷酸置換后改變了mRNA上遺傳密碼，導(dǎo)致合成的多肽鏈中一個(gè)氨基酸被另一氨基酸所取代。無(wú)義突變（non-sense mutation）：當(dāng)單個(gè)堿基置換導(dǎo)致出現(xiàn)終止密碼子時(shí)，多肽鏈將提前終止合成，所產(chǎn)生的蛋白質(zhì)（或酶）大都失去活性或喪失正常功能。第25頁(yè)，共102頁(yè)

13、。第26頁(yè)，共102頁(yè)。堿基的置換終止密碼突變(termination codon mutation)：當(dāng)DNA分子中一個(gè)終止密碼發(fā)生突變，成為編碼氨基酸的密碼子時(shí)，多肽鏈的合成將繼續(xù)進(jìn)行下去，肽鏈延長(zhǎng)直到遇到下一個(gè)終止密碼子時(shí)方停止，因而形成了延長(zhǎng)的異常肽鏈。也稱為延長(zhǎng)突變（elongtion mutation）或通讀突變(read-through mutation)。抑制基因突變（suppressor gene mutation）：當(dāng)基因內(nèi)部不同位置上的不同堿基發(fā)生了兩次突變，其中一次抑制了另一次突變的遺傳效應(yīng)。第27頁(yè)，共102頁(yè)。直接引起置換的誘變劑可直接與核酸的堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的誘變

14、劑在體內(nèi)或離體條件下均有作用包括放射線(紫外線、 X-射線、 射線、 宇宙射線)和亞硝酸、羥胺和各種烷化劑，如硫酸二乙酯（DES）、甲基磺酸乙酯（EMS）、N-甲基-N-硝基-N -亞硝基胍（NTG）、乙烯亞胺、環(huán)氧乙酸、氮芥等堿基的修飾劑它們可與一個(gè)或幾個(gè)堿基發(fā)生生化反應(yīng)，引起DNA復(fù)制時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)換。能引起顛換的誘變劑很少。第28頁(yè)，共102頁(yè)。紫外線誘發(fā)胸苷二聚體第29頁(yè)，共102頁(yè)。第30頁(yè)，共102頁(yè)。堿基的修飾劑 (1) 亞硝酸（introus acid, NA）有氧化脫氨作用 HNO2胞嘧啶（C） 尿嘧啶（U） HNO2腺嘌呤（A） 次黃嘌呤（H） HNO2鳥嘌呤（G） 黃嘌呤（X）

15、第31頁(yè)，共102頁(yè)。Nitrous acid （亞硝酸）: deaminates C to produce U, resulting in GC AU （transition)Nitrous acid: deaminates A to produce G, resulting in AT GC （transition)第32頁(yè)，共102頁(yè)。第33頁(yè)，共102頁(yè)。（2）羥胺只特異地和胞嘧啶起反應(yīng)，在第4個(gè)C原子上加-OH，產(chǎn)生4-OH-C，此產(chǎn) 物可以和A 配對(duì)，使CG轉(zhuǎn)換成TA第34頁(yè)，共102頁(yè)。(3)烷化劑如甲基黃酸乙脂（EMS）,氮芥(NM),甲基黃酸甲脂（MMS）,亞硝基胍（NG）等

16、，它們的作用是使堿基烷基化，EMS使G的第6位烷化，使T的第4位上烷化，結(jié)果產(chǎn)生的O-6-E-G和 O-4-E-T分別和T、G配對(duì)，導(dǎo)致GC對(duì)轉(zhuǎn)換成AT對(duì)；TA對(duì)轉(zhuǎn)換成CG第35頁(yè)，共102頁(yè)。Alkylation (烷基化作用）Electrophilic親電子的chemicals which readily add alkyl烷基groups to various positions on nucleic acids(MMS)(ENU)Pair with TInterfere with unwinding, transcription甲基萘磺酸鹽 乙烷基亞硝基脲第36頁(yè)，共102頁(yè)。間接引起

17、置換的誘變劑通過(guò)活細(xì)胞的代謝活動(dòng)摻入到DNA分子的誘變劑都是一些堿基類似物，如5-溴尿嘧啶(5-BU)、5-氨基尿嘧啶(5-AU)、8-氮鳥嘌呤(8-NG)、2-氨基嘌呤(2-AP)和6-氯嘌呤(6-CP)等Bromo-uracil溴尿嘧啶(T analog) can pair with G: （AT GC transition）8-Oxo氧代-dGTP can pair with A: （ CG AT transversion）第37頁(yè)，共102頁(yè)。Mutations can be induced by the incorporation of base analogs 堿基類似物into

18、DNA. 溴脲嘧啶第38頁(yè)，共102頁(yè)。5-BrU: G: Aenol烯醇formBrOHHOBrKeto酮基formHOAGCTTCCTATCGAAGGATAGCTBCCTATCGAAGGATBase analog incorporationAGCTBCCTATCGAGGGATAGCTTCCTATCGAAGGAT1st round of replicationAGCTBCCTATCGAAGGATAGCTCCCTATCGAGGGAT2nd round of replicationATGC transition第39頁(yè)，共102頁(yè)。5-BU引起的轉(zhuǎn)換第40頁(yè)，共102頁(yè)。5-BU引起的轉(zhuǎn)換5-B

19、U的摻入引起GC和AT間轉(zhuǎn)換，即同一種誘變劑既可造成正向突變，又可使它產(chǎn)生回復(fù)突變。5-BU這類堿基類似物只有對(duì)正在進(jìn)行新陳代謝和繁殖著的微生物才起作用，而對(duì)休止細(xì)胞、游離的噬菌體粒子或離體的DNA分子卻不起作用。第41頁(yè)，共102頁(yè)。2-氨基嘌呤(2-AP)也是堿基的類似物，有正常狀態(tài)和稀有狀態(tài)兩種異構(gòu)體，可分別與T和C配對(duì)結(jié)合。當(dāng)2-AP摻入到 DNA復(fù)制中時(shí)，由于其異構(gòu)體的變換而導(dǎo)致AT G C第42頁(yè)，共102頁(yè)。移碼突變（frame-shift mutation）：是指DNA鏈的密碼子之間插入或丟失非3整倍數(shù)堿基，在讀碼時(shí)，導(dǎo)致在插入或丟失堿基部位以后的編碼都發(fā)生了相應(yīng)改變。整碼突變

20、（codon mutation）：在DNA鏈的密碼子之間插入或丟失一個(gè)或幾個(gè)密碼子，則合成的肽鏈將增加或減少一個(gè)或幾個(gè)氨基酸，但插入或丟失部位的前后氨基酸順序不變。也稱為密碼子的插入或丟失（codon insertion or deletion）染色體錯(cuò)誤配對(duì)不等交換（mispaired synapsis and unequal crossing-over）：減數(shù)分裂期間，同源染色體間的同源部分發(fā)生聯(lián)會(huì)和交換，如果聯(lián)會(huì)時(shí)配對(duì)不精確，會(huì)發(fā)生不等交換，造成一部分基因缺失和部分基因重復(fù)。（2）移碼突變第43頁(yè)，共102頁(yè)。Frameshift mutations show that the gene

21、tic code is read in triplets from a fixed starting point. The genetic code is triplet第44頁(yè)，共102頁(yè)。能引起移碼突變的因素是一些吖啶類染料，包括原黃素、吖啶黃、吖啶橙和-氨基吖啶等，以及一系列“ICR(The Instilute Cancer Research)”類化合物。第45頁(yè)，共102頁(yè)。 吖啶類化合物是一種平面型三環(huán)分子，結(jié)構(gòu)與一個(gè)嘌呤-嘧啶對(duì)十分相似，能嵌入兩個(gè)相鄰DNA堿基對(duì)之間，造成雙螺旋的部分解開(兩個(gè)堿基對(duì)原來(lái)相距0.34 nm，當(dāng)嵌入一個(gè)吖啶分子后，即變成0.68 nm)，從而在DNA

22、復(fù)制過(guò)程中，使鏈上增添或缺失一個(gè)堿基，引起移碼突變?？赡軝C(jī)制：第46頁(yè)，共102頁(yè)。DNA插入劑第47頁(yè)，共102頁(yè)。(3)染色體畸變（chromosomal aberration）某些理化因子，如X射線等的輻射及烷化劑、亞硝酸等，除了能引起點(diǎn)突變外，還會(huì)引起DNA的大損傷（macrolesion）染色體畸變，它包括：染色體結(jié)構(gòu)上的變化：缺失（deletion）重復(fù)（duplication）易位（translocation）倒位（inversion）染色體數(shù)目的變化第48頁(yè)，共102頁(yè)。染色體結(jié)構(gòu)上的變化分為染色體內(nèi)畸變和染色體間畸變兩類。染色體內(nèi)畸變：只涉及一條染色體上的變化，如發(fā)生染色體的

23、部分缺失或重復(fù)時(shí)，其結(jié)果可造成基因的減少或增加；如發(fā)生倒位或易位時(shí)，則可造成基因排列順序的改變，但數(shù)目卻不改變。倒位-是指斷裂下來(lái)的一段染色體旋轉(zhuǎn)180后，重新插入到原來(lái)染色體的原位置上，從而使其基因順序與其它的基因順序相反；易位-是指斷裂下來(lái)的一小段染色體再順向或逆向地插入到同一條染色體的其它部位上。染色體間畸變：指非同源染色體間的易位。第49頁(yè)，共102頁(yè)。染色體畸變第50頁(yè)，共102頁(yè)。（4）轉(zhuǎn)座因子（transposible element）由40年代B. McClintock對(duì)的遺傳研究而發(fā)現(xiàn)染色體易位，自1967年以來(lái)，已在微生物和其它生物中得到普遍證實(shí)，并已成為分子遺傳學(xué)研究中的

24、一個(gè)熱點(diǎn)。舊概念：基因是固定在染色體DNA上的一些不可移動(dòng)的核苷酸片段。新發(fā)現(xiàn)：有些DNA片段不但可在染色體上移動(dòng)，還可從一個(gè)染色體跳到另一個(gè)染色體，從一個(gè)質(zhì)粒跳到另一個(gè)質(zhì)?；蛉旧w，甚至還從一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞。在這些DNA順序的跳躍過(guò)程中，往往導(dǎo)致DNA鏈的斷裂或重接，從而產(chǎn)生重組交換或使某些基因啟動(dòng)或關(guān)閉，結(jié)果導(dǎo)致突變的發(fā)生。轉(zhuǎn)座因子（transposible element）：在染色體組中或染色體組間能改變自身位置的一段DNA順序。也稱作跳躍基因（jumping gene）或可移動(dòng)基因（movable gene）。第51頁(yè)，共102頁(yè)。轉(zhuǎn)座因子的種類（1）插入序列（IS，inser

25、tion sequence）：特點(diǎn)是分子量最?。▋H0.7-1.4kb），只能引起轉(zhuǎn)座（transposition）效應(yīng)而不含其它基因?？梢栽谌旧w、F因子等質(zhì)粒上發(fā)現(xiàn)它們。已知的IS有5種，即 IS1、IS2、IS3、IS4和IS5。E . coli的F因子和核染色體組上有一些相同的IS（如IS2，IS3等），通過(guò)這些同源序列間的重組，就可使 F因子插入到E . coli的核染色體組上，從而使后者成為Hfr菌株。因IS在染色體組上插入的位置和方向的不同，其引起的突變效應(yīng)也不同。IS引起的突變可以回復(fù)，其原因可能是IS被切離，如果因切離部位有誤而帶走IS以外的一部分DNA序列，就會(huì)在插入部位造成

26、缺失，從而發(fā)生新的突變。第52頁(yè)，共102頁(yè)。轉(zhuǎn)座因子的種類（2）轉(zhuǎn)座子（Tn，transposon，又稱轉(zhuǎn)位子，易位子）：一般為225kb。它含有幾個(gè)至十幾個(gè)基因，其中除了與轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的基因外，還含有抗藥基因或乳糖發(fā)酵基因等其它基因。Tn雖能插到受體DNA分子的許多位點(diǎn)上，但這些位點(diǎn)似乎也不完全是隨機(jī)的，其中某些區(qū)域更易插入。第53頁(yè)，共102頁(yè)。轉(zhuǎn)座因子的種類（3）Mu噬菌體（即 mutator phage，誘變噬菌體）：它是E . coli的一種溫和噬菌體。與必須整合到宿主染色體特定位置上的一般溫和噬菌體不同，Mu噬菌體并沒有一定的整合位置。與以上的IS和Tn兩種轉(zhuǎn)座因子相比，Mu噬菌

27、體的分子量最大（37kb），它含有20多個(gè)基因。Mu噬菌體引起的轉(zhuǎn)座可以引起插入突變，其中約有2%是營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變。第54頁(yè)，共102頁(yè)。一些誘變劑的作用機(jī)制及誘變功能 誘變因素在DNA上的初級(jí)效應(yīng) 遺傳效應(yīng)堿基類似物 摻入作用 AT=GC雙向轉(zhuǎn)換 羥 胺 與胞嘧啶起反應(yīng)GCAT的轉(zhuǎn)換 亞硝酸 A、G、C的氧化脫氨作用AT=GC雙向轉(zhuǎn)換 交 聯(lián) 缺失 烷化劑 烷化堿基（主要是G） AT=GC雙向轉(zhuǎn)換 烷化磷酸基團(tuán) ATTA的顛換 喪失烷化的嘌呤 GCCG的顛換糖-磷酸骨架的斷裂巨大損傷（缺失、重復(fù)、倒位、易位）丫啶類 堿基之間的相互作用（雙鏈變形） 碼組移動(dòng)（或）紫外線 形成嘧啶的水合物 GC

28、AT轉(zhuǎn)換 形成嘧啶的二聚體碼組移動(dòng)（或） 交 聯(lián) 電離輻射 堿基的羥基化和降解 AT=GC雙向轉(zhuǎn)換 DNA降解 碼組移動(dòng)（或） 糖-磷酸骨架的斷裂巨大損傷（缺失、重復(fù)、倒位、易位） 喪失嘌呤 加熱 C脫氨基 CGTA轉(zhuǎn)換 Mu噬菌體 結(jié)合到一個(gè)基因中間 碼組移動(dòng)第55頁(yè)，共102頁(yè)。小測(cè)驗(yàn)（任選3題）1、翻譯:Melting, hyperchromic effect, mutant, transition, transposible element (transposon)2、影響DNA雙鏈穩(wěn)定性的因素主要有哪些？3、什么是基因突變，它有哪些主要特點(diǎn)？4、自發(fā)突變的產(chǎn)生原因有哪些？6、為什么說(shuō)

29、5-mC是生物體內(nèi)的突變熱點(diǎn)，而C氧化脫氨后突變?yōu)閁卻不是？7、如何理解：5-BrU的摻入可引起 GC和AT間轉(zhuǎn)換，即同一種誘變劑既可造成正向突變，又可使它產(chǎn)生回復(fù)突變？8、寫出3種常見的誘變劑及其誘變機(jī)制第56頁(yè)，共102頁(yè)。THE CAT SAW THE DOG AND RUN (END)THE CAT SAW THE DOG AND MUN (END)THE CAT SAW THE DOG (END)THE CAT SAW THE DOG AND RUN AND THE CAT TSA WTH EDO GAN DRU NEN D.THE CAT SAW THE BIG DOG AND R

30、UN (END)野生型(同義突變)錯(cuò)義突變無(wú)義/整碼突變通讀突變移碼突變整碼突變核苷酸序列改變引起的氨基酸序列變化 突變類型第57頁(yè)，共102頁(yè)。突變率mutation rate 突變率指在一個(gè)世代中或其他規(guī)定的單位時(shí)間內(nèi)，一個(gè)細(xì)胞發(fā)生某一突變事件的概率。在有性生殖的生物中，突變率通常用一定數(shù)目配子中的突變型配子數(shù)來(lái)表示。如高等生物的自發(fā)突變率為110101105，即在10萬(wàn)到100億個(gè)配子中可能有一個(gè)突變發(fā)生；在無(wú)性生殖的細(xì)菌中，則用一定數(shù)目的細(xì)菌在一次分裂過(guò)程中發(fā)生突變的次數(shù)來(lái)表示。如細(xì)菌的自發(fā)突變率為110104104，即在4萬(wàn)到100億個(gè)細(xì)胞的一次分裂中可能有一個(gè)突變發(fā)生。不同的生物，

31、有不同的突變率；同一生物的不同基因也有不同的突變率。四、突變效應(yīng)第58頁(yè)，共102頁(yè)。突變是不定向的，只有選擇是定向的基因的突變是不定向的，隨機(jī)的；突變的效應(yīng)并不對(duì)應(yīng)于誘變因子的性質(zhì)。比如，低溫并不引起耐寒的突變，使用青霉素并不引起抗青霉素的突變。但選擇可以是定向的。如在低溫條件下，可以找到抗寒的作物；用了青霉素后，有些細(xì)菌確是出現(xiàn)了抗藥性。群體的基因型的定向變異，是由選擇的作用造成的，而不是個(gè)體的定向變異造成的。自然界的生物群體，在正常溫度或不接觸藥物的環(huán)境中，耐低溫或耐藥物的性狀無(wú)從表現(xiàn)出來(lái)，當(dāng)溫度降低或使用藥物時(shí)，只有耐低溫和耐藥的個(gè)體被選擇出來(lái)，并逐漸成為群體中的主體，形成耐低溫和耐藥

32、的生物群體。第59頁(yè)，共102頁(yè)。1、突變效應(yīng) -突變位于基因編碼區(qū)沉默突變(同義突變)：一般為中性突變，但當(dāng)突變位點(diǎn)破壞編碼區(qū)的調(diào)控元件或產(chǎn)生了一個(gè)新的剪切位點(diǎn)時(shí)可產(chǎn)生表型變化。錯(cuò)義突變：其效應(yīng)決定于新氨基酸與原來(lái)氨基酸之間的化學(xué)性質(zhì)是否相似，即保守性無(wú)義突變：有時(shí)是致命的，但當(dāng)突變產(chǎn)生于接近3端時(shí)，可能只影響mRNA的穩(wěn)定性通讀突變：影響多肽鏈的性質(zhì)和mRNA的穩(wěn)定性移碼突變：其效應(yīng)決定于插入的位置整碼突變： 3n個(gè)堿基的插入或缺失。可能造成功能缺失滲露突變：由于突變后產(chǎn)生的蛋白保留了部分活性或產(chǎn)生了少量了野生型蛋白，使突變體殘存了部分野生型的功能第60頁(yè)，共102頁(yè)。2、突變效應(yīng) -位于

33、基因非編碼區(qū)或基因外突變位于內(nèi)含子：一般為中性的，但當(dāng)破壞隱含的增強(qiáng)子、破壞剪切位點(diǎn)或產(chǎn)生了一個(gè)新的剪切位點(diǎn)時(shí)，會(huì)影響表型位于非翻譯區(qū)：一般為中性突變，但可能影響轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，如RNA轉(zhuǎn)移、多聚尾的去除、蛋白質(zhì)的合成等位于基因外：如果不是基因的調(diào)控元件一般不會(huì)引起表型變化第61頁(yè)，共102頁(yè)。3、影響突變表型的其它因素顯性：野生型相對(duì)于突變型為顯性，因此在雜合子中，突變基因不表達(dá)遺傳背景：突變基因受到非等位基因的作用，如抑制基因，突變基因沒有引起表型變化劑量效應(yīng)dosage effect: 基因拷貝數(shù)改變引起的表型變化。基因重復(fù)或缺失引起。有些是有益的，有些是有害的。環(huán)境：環(huán)境因素的補(bǔ)償造成突變

34、性狀不顯現(xiàn)，如營(yíng)養(yǎng)成分的添加或補(bǔ)足突變細(xì)胞的數(shù)量和比例伴性遺傳第62頁(yè)，共102頁(yè)。4、描述等位基因在群體中分布的術(shù)語(yǔ)突變速率mutation velocity：在一段時(shí)間發(fā)生突變的數(shù)量突變頻率(等位基因頻率)mutation frequency：在特定群體中帶有特定突變等位基因個(gè)體的數(shù)量突變壓力mutation pressure：引起突變頻率改變的作用力遷移migration：通過(guò)向群體中輸入或從群體中輸出個(gè)體來(lái)改變選定等位基因頻率的作用力自然選擇natural selection：通過(guò)消除適合度低的等位基因來(lái)改變等位基因頻率的作用力隨機(jī)遺傳漂變r(jià)andom genetic drift：通過(guò)

35、隨機(jī)取樣來(lái)改變等位基因頻率的作用力第63頁(yè)，共102頁(yè)。Figure 1.21 The w locus has an extensive series of alleles, whose phenotypes extend from wild-type (red) color to complete lack of pigment. The nature of multiple alleles 復(fù)等位基因第64頁(yè)，共102頁(yè)。Figure 1.22 The ABO blood group locus codes for a galactosyltransferase半乳糖基轉(zhuǎn)移酶whose s

36、pecificity determines the blood group. Polymorphism多態(tài)性：基因組中特定基因座位（DNA序列）存在兩種或兩種以上狀態(tài)（等位基因），并且其中任何一個(gè)等位基因在群體中的頻率不低于1%。A或B都不能被認(rèn)為是野生型。因?yàn)樗鼈兇砜苫Q的作用，而不是功能的獲得或缺失。第65頁(yè)，共102頁(yè)。五、基因突變的檢測(cè)方法核酸雜交：Southern印跡、Northern印跡、DNA芯片（DNA chip）、染色體原位雜交（In situ hybridization of chromosome）PCR：RAPD、AFLP、SSCP、DDGE、primer extens

37、ion雜交+PCR：RFLP連接酶鏈反應(yīng)（ligase chain reaction,LCR）DNA序列分析（DNA sequencing）第66頁(yè)，共102頁(yè)。小結(jié)第67頁(yè)，共102頁(yè)。 順反子Cistron：是通過(guò)順反測(cè)驗(yàn)cis/trans test確定的功能上不可再分的一個(gè)遺傳單位。 順反測(cè)驗(yàn)cis/trans test：是指對(duì)不同突變體在順式(突變發(fā)生在同一條染色體上的情況)和反式(突變發(fā)生在不同染色體上) 情況下是否能夠互補(bǔ)進(jìn)行檢測(cè)?；パa(bǔ)群Complementation group ：相互間不發(fā)生互補(bǔ)的突變稱為一個(gè)互補(bǔ)群第二節(jié) 順反子和突變互補(bǔ)一、 基因間互補(bǔ)第68頁(yè)，共102頁(yè)。G

38、enes code for proteins; dominance 顯性is explained by the properties of mutant proteins. A recessive 隱性allele does not contribute to the phenotype because it produces no protein (or protein that is nonfunctional). A cistron is a single stretch of DNA純合體異合體第69頁(yè)，共102頁(yè)。不同突變產(chǎn)生相同表現(xiàn)型(突變型)，它們的突變位點(diǎn)不同。這些突變位點(diǎn)可能

39、位于同一基因，也可能是不同基因。如果是不同基因，那么野生型的出現(xiàn)需要每個(gè)基因產(chǎn)生正常的表達(dá)產(chǎn)物舉例說(shuō)明： 基因M 基因N底物S 中間產(chǎn)物I 色素P色素P的產(chǎn)生是野生型的表征，如果不產(chǎn)生色素P則為突變型第70頁(yè)，共102頁(yè)。基因間互補(bǔ)突變發(fā)生在不同基因第71頁(yè)，共102頁(yè)。突變發(fā)生在同一基因內(nèi)的不同位點(diǎn)第72頁(yè)，共102頁(yè)。順反測(cè)驗(yàn)順式：指兩個(gè)突變發(fā)生在同一條染色體上的情況。反式：指兩個(gè)突變發(fā)生在不同染色體上的情況。第73頁(yè)，共102頁(yè)。The cistron is defined by the complementation test. Genes are represented by bar

40、s; red stars identify sites of mutation. 第74頁(yè)，共102頁(yè)。二、基因內(nèi)互補(bǔ)intragenic complementary也叫順反子內(nèi)互補(bǔ)、等位互補(bǔ)基因產(chǎn)物為多聚物，即一個(gè)蛋白質(zhì)有兩個(gè)以上不同 亞基組成時(shí)，一個(gè)突變基因的產(chǎn)物可以補(bǔ)償多聚復(fù)合物的另一個(gè)產(chǎn)物的缺陷。 互補(bǔ)：有兩個(gè)LacZ突變基因，一個(gè)基因只能編碼該基因的5端，另一個(gè)突變基因只能編碼該基因的3端。這兩個(gè)基因的表達(dá)產(chǎn)物都沒有酶活性，但是如果它們的表達(dá)產(chǎn)物結(jié)合到一些就有酶活性。該反應(yīng)多用于重組克隆的篩選(藍(lán)白斑篩選)以上結(jié)果表明，基因還可以分為更小的(功能)單位，這些單位可以重組或突變。而順反

41、子學(xué)說(shuō)認(rèn)為基因是基因功能不可分割的單位第75頁(yè)，共102頁(yè)。三、負(fù)互補(bǔ)negative complementary又稱反式顯性trans-dominant或顯性失活dominant negative指一個(gè)基因組的突變基因產(chǎn)物對(duì)其它基因組的野生型基因產(chǎn)物起顯性作用，即mm/MM 的表型不是M，而是m當(dāng)一個(gè)多聚物的其中一個(gè)亞基的基因突變后，產(chǎn)生的失活亞基與其它正常亞基結(jié)合時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沒有活性的多聚物第76頁(yè)，共102頁(yè)。四、互補(bǔ)作圖進(jìn)行許多突變間的成對(duì)互補(bǔ)分析可構(gòu)建一個(gè)互補(bǔ)圖complementary map下面是五株不能合成同一代謝產(chǎn)物的酵母突變體間的互補(bǔ)結(jié)果，+表示互補(bǔ)，-表示沒有互補(bǔ)。分析

42、不同基因間的關(guān)系 1 ， 2 3 4 5第77頁(yè)，共102頁(yè)。五、基因與順反子的關(guān)系在簡(jiǎn)單基因組中，基因與順反子等價(jià)。在原核和低等真核生物中，一個(gè)基因?qū)?yīng)一個(gè)表達(dá)產(chǎn)物，基因與產(chǎn)物共線性。在細(xì)菌中，基因等同于編碼區(qū)(開放閱讀框ORF: opening read frame)，真核生物中，基因等同于一個(gè)轉(zhuǎn)錄單元。原核生物為操縱子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)錄為多順反子mRNA, 真核生物為單順反子mRNA在復(fù)雜基因組中，基因與順反子不等價(jià)。高等生物中，由于剪切方式不同，一個(gè)基因可以產(chǎn)生多種編碼產(chǎn)物。因此，在真核生物中，順反子相當(dāng)于外顯子extron第78頁(yè)，共102頁(yè)。 一.直接修復(fù)（Direct repair）(一

43、) 通過(guò)DNA聚合酶校正修復(fù)(二)光復(fù)活反應(yīng)光復(fù)活（photoreactivation）或光修復(fù)（light repair）（三）烷基轉(zhuǎn)移酶（Alkyltransferases）第三節(jié) 突變修復(fù)【DNA repair (DNA修復(fù)）】第79頁(yè)，共102頁(yè)。光復(fù)活作用（photoreactivation）定義：經(jīng)紫外線照射后的微生物立即暴露于可見光下時(shí)，可明顯降低其死亡率的現(xiàn)象，稱為光復(fù)活作用。這一現(xiàn)象最早是A.Kelner（1949）在Strepotomyces griseus（灰色鏈霉菌）中發(fā)現(xiàn)的。后來(lái)，在許多微生物中都得到了證實(shí)。最明顯的是在E.coli的實(shí)驗(yàn)中：對(duì)照：8106個(gè)/ml E

44、.coli U.V. 100個(gè)/ml E.coli試驗(yàn)：8106個(gè)/ml E.coli U.V. 360490nm 2106個(gè)/ml E.coli 可見光，30分經(jīng)紫外線照射后形成的帶有胸腺嘧啶二聚體的DNA分子，在黑暗下會(huì)被一種光激活酶（photoreactivating enzyme）即光裂合酶（photolyase）結(jié)合，當(dāng)形成的復(fù)合物暴露在可見光（300500nm）下時(shí)，此酶會(huì)因獲得光能而發(fā)生解離，從而使二聚體重新分解成單體。與此同時(shí)，光激活酶也從復(fù)合物中釋放出來(lái)，以便重新執(zhí)行功能。每一E.coli細(xì)胞中約含有25個(gè)光激活酶分子。由于一般的微生物中都存在著光復(fù)活作用，所以進(jìn)行紫外線誘變

45、育種時(shí)，只能在紅光下照射及處理照射后的菌液。第80頁(yè)，共102頁(yè)。光復(fù)活作用第81頁(yè)，共102頁(yè)。Alkyltransferase ( 烷基轉(zhuǎn)移酶)Adaptive response to alkylating agents烷化劑The response is induced by low level alkylating agentsRemoves the alkyl group from the directly mutagenic O6-methylguanine which can base-pair with T. the alkyl group is transferred to the protein itself and inactivate it.Direct reversal of a lesion and is error-freeO6-methylguanine DNA methyltransferase 轉(zhuǎn)甲基酶 第82頁(yè)，共102頁(yè)。二 切除修復(fù)（excixion-repair）又稱暗修復(fù)（dark rep