基因突變和損傷DNA的

第三章基因突變和DNA的修復(fù)

在微生物中，突變是經(jīng)常發(fā)生的，學(xué)習(xí)和掌握突變的規(guī)律，不但有助于對(duì)基因定位和基因功能等基本理論問(wèn)題的了解，而且還為微生物選種、育種提供必要的理論基礎(chǔ),同時(shí)對(duì)于致癌物質(zhì)的檢測(cè)也有重要意義。突變的意義

突變是指遺傳物質(zhì)突然發(fā)生穩(wěn)定的可遺傳的變化。它有兩個(gè)意義：

一是指與野生型不同的個(gè)體所攜帶和傳遞的基因組變異結(jié)構(gòu)，這種變異結(jié)構(gòu)可以是基因水平的，也可以是染色體水平的；另一個(gè)意義是指上述變異結(jié)構(gòu)發(fā)生的過(guò)程，對(duì)微生物來(lái)講，基因突變最常見(jiàn)，最重要，而由于重組或附加體等外源遺傳物質(zhì)的整合而引起DNA的改變，則不屬突變的范圍。

突變的類型是多種多樣，從突變涉及的范圍，可以把突變分為基因突變?nèi)旧w畸變第一節(jié)基因突變的類型和規(guī)律

●染色體突變（Chromosomemutation

）chromosomenumber

chromosomestructure

●核苷酸突變（

dNtpointmutation）突變(mutation)：可以通過(guò)復(fù)制而遺傳的DNA結(jié)構(gòu)的任何永久性改變遺傳狀態(tài)1染色體畸變，又稱染色體突變

包括染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目的改變。染色體結(jié)構(gòu)改變：是一些不發(fā)生染色體數(shù)目變化而在染色體上有較大范圍結(jié)構(gòu)改變的變異，是由DNA(RNA)的片段缺失、重復(fù)或重排而造成染色體異常的突變。

其中包括以下變化：一、從突變涉及范圍，可以把突變分為基因突變和染色體畸變。（1）染色體結(jié)構(gòu)的改變(P40圖4－4）一是易位，指兩條非同源染色體之間部分相連的現(xiàn)象。它包括一個(gè)染色體的一部分連接到某一非同源染色體上的單向易位以及兩個(gè)非同源染色體部分相互交換連接的相互易位。二是倒位，指一個(gè)染色體的某一部分旋轉(zhuǎn)180度后以顛倒的順序出現(xiàn)在原來(lái)位置的現(xiàn)象。三是缺失，指在一條染色體上失去一個(gè)或多個(gè)基因的片段，這是造成畸變的缺失。四是重復(fù)，指在一條染色體上增加了一段染色體片段，使同一染色體上某些基因重復(fù)出現(xiàn)的突變。發(fā)生染色體畸變的微生物往往易致死，所以微生物中突變類型的研究主要是在基因突變方面。

（2）染色體數(shù)目的改變單倍體：含生存必需的最低限度基因群的一組染色體雙倍體多倍體非整倍體：由于突變和重組造成整倍體和非整倍體的染色體數(shù)目變化一般都是在減數(shù)分裂和有絲分裂過(guò)程中由于環(huán)境因素異常的影響造成的。2基因突變，又稱點(diǎn)突變。

是發(fā)生于一個(gè)基因座位內(nèi)部的遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)變異。往往只涉及一對(duì)堿基或少數(shù)幾個(gè)堿基對(duì)。點(diǎn)突變可以是堿基對(duì)的替代，也可以是堿基對(duì)的增減。前者可分為轉(zhuǎn)換和顛換。轉(zhuǎn)換是指一種嘌呤—嘧啶對(duì)變?yōu)榱硪环N嘌呤—嘧啶對(duì)，或一種嘧啶—嘌呤對(duì)變?yōu)榱硪环N嘧啶—嘌呤對(duì)；顛換是指一種嘧啶—嘌呤對(duì)變?yōu)榱硪环N嘌呤—嘧啶對(duì)，或反過(guò)來(lái)一種嘌呤—嘧啶對(duì)變?yōu)榱硪环N嘧啶—嘌呤對(duì)。上述兩種堿基的替代突變改變了遺傳密碼的結(jié)構(gòu)和該密碼所編碼的氨基酸。堿基對(duì)的增減則造成增減變異點(diǎn)以后全部密碼及其編碼的氨基酸，所以稱為移碼突變。

第二節(jié)突變的表型效應(yīng)

形態(tài)突變型：指發(fā)生細(xì)胞形態(tài)變化或引起菌落形態(tài)改變的那些突變型。包括影響細(xì)胞形態(tài)的突變型以及影響細(xì)菌、霉菌、放線菌等的菌落形態(tài)以及影響噬菌體的噬菌斑的突變型。例如細(xì)菌的鞭毛、芽孢或莢膜的有無(wú)，菌落的大小，外形的光滑或粗糙及顏色的變異；放線菌或真菌產(chǎn)孢子的多少，外形及顏色的變異；噬菌斑的大小和清晰程度的變異等。

致死突變型

指由于基因突變而造成個(gè)體死亡的突變類型，造成個(gè)體生活力下降的突變型稱為半致死突變型。一個(gè)隱性的致死突變基因可以在二倍體生物中以雜合狀態(tài)保存下來(lái)，可是不能在單倍體生物中保存下來(lái)，所以致死突變?cè)谖⑸镏醒芯康貌欢唷?/p>

條件致死突變型

這類突變型的個(gè)體只是在特定條件，即限定條件下表達(dá)突變性狀或致死效應(yīng)，而在許可條件下的表型是正常的。廣泛應(yīng)用的一類是溫度敏感突變型，這些突變型在一個(gè)溫度中并不致死，所以可以在這種溫度中保

存下來(lái)；它們?cè)诹硪粶囟戎惺侵滤赖?，通過(guò)它們的致死作用，可以用來(lái)研究基因的作用等問(wèn)題。

營(yíng)養(yǎng)缺陷突變型

是一類重要的生化突變型。是指某種微生物經(jīng)基因突變而引起微生物代謝過(guò)程中某些酶合成能力喪失的突變型，它們必須在原有培養(yǎng)基中添加相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)成分才能正常生長(zhǎng)繁殖。這種突變型在微生物遺傳學(xué)研究中應(yīng)用非常廣泛，它們?cè)诳蒲泻蜕a(chǎn)中也有著重要的應(yīng)用價(jià)值?？剐酝蛔冃?/p>

是指一類能抵抗有害理化因素的突變型，細(xì)胞或個(gè)體能在某種抑制生長(zhǎng)的因素(如抗生素或代謝活性物質(zhì)的結(jié)構(gòu)類似物)存在時(shí)繼續(xù)生長(zhǎng)與繁殖。根據(jù)其抵抗的對(duì)象分抗藥性、抗紫外線、抗噬菌體等突變類型。這些突變類型在遺傳學(xué)基本理論的研究中非常有用，常以抗性突變?yōu)檫x擇標(biāo)記，特別在融合試驗(yàn)、協(xié)同轉(zhuǎn)染實(shí)驗(yàn)中用得最多?？剐酝蛔冃偷漠a(chǎn)生是細(xì)菌和抗性因子長(zhǎng)期接觸得到馴化而產(chǎn)生的，還是細(xì)菌本身具有抗性突變基因？P44圖4－9和圖4－10抗原突變型

是指細(xì)胞成分，特別是細(xì)胞表面成分如細(xì)胞壁、莢膜、鞭毛的細(xì)致變異而引起抗原性變化的突變型。

其它突變型

如毒力、糖發(fā)酵能力、代謝產(chǎn)物的種類和數(shù)量以及對(duì)某種藥物的依賴性等的突變型。這幾類突變型并不是彼此排斥的。營(yíng)養(yǎng)缺陷型也可以認(rèn)為是一種條件致死突變型，因?yàn)樵跊](méi)有補(bǔ)充給它們所需要的物質(zhì)的培養(yǎng)基上它們不能生長(zhǎng)。某些營(yíng)養(yǎng)缺陷型也具有明顯的形態(tài)改變。例如粗糙脈胞菌和酵母菌的某些腺嘌呤缺陷型分泌紅色色素。所有的突變型可以認(rèn)為都是生化突變型，最為常見(jiàn)的是營(yíng)養(yǎng)缺陷型?？顾幮酝蛔円彩俏⑸镞z傳學(xué)中常用的一類生化突變型。因?yàn)槿魏瓮蛔儯徽撌怯绊懶螒B(tài)的或是致死的，都必然有它的生化基礎(chǔ)。突變型的這一區(qū)分不是本質(zhì)性的。突變所引起的遺傳信息的改變

錯(cuò)義突變?cè)斐梢粋€(gè)不同氨基酸的置換。同義突變突變后編碼的氨基酸與野生型的氨基酸相同。無(wú)義突變突變后形成終止密碼子，使蛋白質(zhì)合成提前結(jié)束。按突變的條件和原因劃分突變可以分為自發(fā)突變和誘發(fā)突變。自發(fā)突變

是指某種微生物在自然條件下，沒(méi)有人工參與而發(fā)生的基因突變。在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，人們認(rèn)為自發(fā)突變是由于自然界中存在的輻射因素和環(huán)境誘變劑所引起的。然而深入研究表明這種看法不夠完全。絕大多數(shù)的自發(fā)突變起源于細(xì)胞內(nèi)部的一些生命活動(dòng)過(guò)程，如遺傳重組的差錯(cuò)和DNA復(fù)制的差錯(cuò)，這些差錯(cuò)的產(chǎn)生與酶的活動(dòng)相關(guān)聯(lián)。自發(fā)突變率為10-8左右。

影響基因的自發(fā)突變率的因素DNA復(fù)制中的堿基錯(cuò)配、跳格，DNA聚合酶結(jié)構(gòu)變異等均是提高自發(fā)突變的原因。在序列相似的DNA片段間的重組過(guò)程中，特別容易發(fā)生重組差錯(cuò)，從而造成一個(gè)或幾個(gè)堿基的重復(fù)和缺失；基因重組是由重組酶來(lái)催化的，重組酶結(jié)構(gòu)的變異也會(huì)影響基因的自發(fā)突變率。總之，各種DNA復(fù)制和基因重組過(guò)程有關(guān)的酶和蛋白，對(duì)維持生物基因自發(fā)突變率起著重要的，決定性的作用。

誘發(fā)突變

是利用物理的或化學(xué)的因素處理微生物群體，促使少數(shù)個(gè)體細(xì)胞的DNA分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，基因內(nèi)部堿基配對(duì)發(fā)生錯(cuò)誤，引起微生物的遺傳性狀發(fā)生突變。凡能顯著提高突變率的因素都稱誘發(fā)因素或誘變劑。

遺傳學(xué)上常用的幾個(gè)突變株?duì)I養(yǎng)缺陷型突變株：指由于代謝障礙而成為必須添加某種物質(zhì)才能生長(zhǎng)的突變株。溫度敏感突變株：指可在某一溫度下生長(zhǎng)而在另一溫度下不能生長(zhǎng)的突變株?？剐酝蛔冎辏褐笇?duì)某種藥物具有一定抵抗能力的突變株?；蛲蛔兊奶攸c(diǎn)（規(guī)律）

在生物界中由于遺傳變異的物質(zhì)基礎(chǔ)是相同的，因此顯示在遺傳變異的本質(zhì)上也具有相同的規(guī)律，這在基因突變的水平上尤其顯得突出。

自發(fā)性

由于自然界環(huán)境因素的影響和微生物內(nèi)在的生理生化特點(diǎn)，在沒(méi)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。

稀有性

自發(fā)突變雖然不可避免，并可能隨時(shí)發(fā)生，但是突變的頻率極低，一般在10-6~10-9之間。

誘變性

通過(guò)各種物理、化學(xué)誘發(fā)因素的作用，可以提高突變率，一般可提高10~106倍。

突變的結(jié)果與原因之間的不對(duì)應(yīng)性

即突變后表現(xiàn)的性狀與引起突變的原因之間無(wú)直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。例如抗紫外線突變體不是由紫外線而引起，抗青霉素突變體并也不是由于接觸青霉素所引起。

獨(dú)立性

在一個(gè)群體中，各種形狀都可能發(fā)生突變，但彼此之間獨(dú)立進(jìn)行。

穩(wěn)定性

突變基因和野生型基因一樣，是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，由此而產(chǎn)生的新的遺傳性狀也是相對(duì)穩(wěn)定的，可以一代一代地傳下去。

可逆性

原始的野生型基因可以通過(guò)變異成為突變型基因，此過(guò)程稱為正向突變；相反，突變型基因也可以恢復(fù)到原來(lái)的野生型基因，稱回復(fù)突變。實(shí)驗(yàn)證明任何突變既有可能正向突變，也可發(fā)生回復(fù)突變，二者發(fā)生的頻率基本相同。一些細(xì)菌的抗性突變的突變率第三節(jié)回復(fù)突變和抑制突變p45一正向突變、回復(fù)突變和抑制突變正向突變：改變了野生型性狀的突變?；貜?fù)突變：突變體發(fā)生二次突變，并恢復(fù)了所失去的野生型性狀。抑制突變：絕大多數(shù)回復(fù)突變不是原位回復(fù)突變，而是抑制突變，即原來(lái)位點(diǎn)的突變依然存在，而它的表型效應(yīng)被基因組中第二位點(diǎn)的突變所抑制。抑制突變發(fā)生的部位基因內(nèi)抑制突變：抑制突變發(fā)生在正向突變的基因中基因間抑制突變：抑制突變發(fā)生在正向突變基因外的其它基因中wildtypemutant(表現(xiàn)型)正向突變(lowF.)回復(fù)突變(verylowF.正向的1／10)間接抑制突變:不恢復(fù)正向突變基因蛋白質(zhì)產(chǎn)物的功能,而是通過(guò)改變其它蛋白質(zhì)的性質(zhì)或表達(dá)水平而補(bǔ)償原來(lái)突變?cè)斐傻娜毕?從而恢復(fù)野生型野生表型恢復(fù)作用的性質(zhì)直接抑制突變:通過(guò)恢復(fù)或部分恢復(fù)原來(lái)突變基因產(chǎn)物蛋白質(zhì)的功能而恢復(fù)野生表型二回復(fù)突變的分子機(jī)制a)AGC(Ser)ACC(Thr)AGC(Ser)b)AGC(Ser)AGG(Arg)AGT(Ser)c)AGC(Ser)AGG(Arg)

GGG(Gly)ifSer≈Gly

1基因內(nèi)抑制突變：發(fā)生在正向突變的基因之中。錯(cuò)義突變：第二位點(diǎn)引起的基因內(nèi)校正密碼子間兩次錯(cuò)義突變的互補(bǔ)三、抑制突變的分子機(jī)制錯(cuò)義突變移框突變錯(cuò)義突變?cè)斐梢吧捅硇偷膯适В糠衷蛟谟谟绊懙降鞍踪|(zhì)的空間結(jié)構(gòu)(正負(fù)電荷、疏水作用)（1）錯(cuò)義突變錯(cuò)義突變所造成的野生型的喪失部分原因可能是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)突變點(diǎn)氨基酸的殘基與分子內(nèi)其他部位的氨基酸殘基的相互作用

相互作用

靜電吸引作用（圖4－11（a））疏水作用（圖4－11（a））氫鍵基因內(nèi)抑制突變表現(xiàn)為溫度敏感型a、靜電作用b、疏水作用---UGG174----------GGA210---(w.t.)(K)(G)回復(fù)突變(C)

（G）----UGG174-----------GGA210--------UGG174----------GGA210--------UGC174-----------GAA210----活性結(jié)構(gòu)無(wú)活性結(jié)構(gòu)CA無(wú)活性結(jié)構(gòu)

(K)(E)（2）移碼突變移碼突變的回復(fù)突變幾乎全是基因內(nèi)抑制突變，即由新的移碼突變來(lái)校正。移框突變的抑制突變(基因內(nèi)第二點(diǎn)的插入或缺失)2基因間抑制突變（1）無(wú)義抑制突變（2）錯(cuò)義抑制突變（3）移碼抑制突變抑制突變發(fā)生在tRNA基因或與tRNA功能有關(guān)的基因（抑制基因）a基因間無(wú)義抑制突變突變的tRNA的基因產(chǎn)物，其密碼子能夠和無(wú)義密碼子互補(bǔ)，則能將一個(gè)氨基酸安插在突變的無(wú)義密碼子處，合成完整的蛋白質(zhì)，（1）基因間的無(wú)義抑制突變（Nonsensesuppressor）野生型UAG、UGA、UAA－－－三種無(wú)義抑制50％赭石型無(wú)義抑制tRNA產(chǎn)生的幾率很低，且抑制效率很低（2）基因間錯(cuò)義抑制突變蛋白質(zhì)鏈上一個(gè)氨基酸A另一個(gè)氨基酸B蛋白質(zhì)失活突變的tRNA基因錯(cuò)誤的tRNA反密碼子AGAUCUArgGlyGGACCUUCUGlyCCUGly（2）基因間的錯(cuò)義抑制突變(Missensesuppressor)Gly（3）基因間移碼抑制突變突變的tRNA基因錯(cuò)誤的tRNA反密碼子（3）基因間移框抑制突變總結(jié)：基因內(nèi)和基因間的錯(cuò)義（無(wú)義）、移框抑制突變均由相應(yīng)的錯(cuò)義（無(wú)義）、移框突變抑制（4）溫度敏感抑制突變和抑制增強(qiáng)突變溫度敏感抑制突變抑制增強(qiáng)突變3基因間直接接抑制突變（1）通過(guò)恢復(fù)或部分恢復(fù)原來(lái)基因蛋白產(chǎn)物的功能表現(xiàn)型恢復(fù)為野生型（2）改變翻譯性質(zhì)的基因間抑制突變的作用4基因間間接抑制突變通過(guò)改變其它蛋白質(zhì)的性質(zhì)或表達(dá)水平而補(bǔ)償原來(lái)突變?cè)斐傻娜毕菪问胶蛢?nèi)容多種多樣，只要使某一突變基因產(chǎn)物在一定程度上完成其應(yīng)有使命的其他基因突變都是基因間間接抑制突變?nèi)绻蛔儼l(fā)生在編碼蛋白的結(jié)構(gòu)基因中，則突變機(jī)制如下：（1）兩個(gè)亞基組成多亞基蛋白質(zhì)復(fù)合體P48圖4－13（2）ABC（3）生化反應(yīng)被阻斷時(shí)，反應(yīng)被繞過(guò)。（4）產(chǎn)物積累

第四節(jié)增變基因和突變熱點(diǎn)增變基因和突變熱點(diǎn)p48突變熱點(diǎn)從理論上講，DNA分子上任何堿基都能發(fā)生突變，但實(shí)際上DNA分子上不同部分有著不同的突變率。突變位點(diǎn)在基因內(nèi)的分布并不是隨機(jī)的，許多位點(diǎn)上沒(méi)有突變型或突變型很少，而在某些位點(diǎn)上突變型很多，其突變率大大高于平均數(shù)。這些位點(diǎn)就稱為突變熱點(diǎn)(hotspotsofmutations)。

例如S．Benzer利用各種誘變劑處理T4噬菌體，選出了大約1500個(gè)rⅡ基因的突變體?，F(xiàn)在已知rⅡA包含1800個(gè)核苷酸對(duì)，rⅡB有850個(gè)核苷酸對(duì)。通過(guò)遺傳學(xué)方法分析突變?cè)诓煌稽c(diǎn)上的分布情況，發(fā)現(xiàn)，ⅡA有200個(gè)突變位點(diǎn)，rⅡB有108個(gè)?？梢?jiàn)已鑒別出來(lái)的位點(diǎn)數(shù)目大大少于核苷酸對(duì)的數(shù)目。增變基因概念是指基因組中某些基因的突變可使整個(gè)基因組的突變率明顯上升，因此把這些基因稱為增變基因(mutatorgenes)。種類一是DNA多聚酶的各個(gè)基因，如果這類基因突變，則使DNA多聚酶的3‘→5’校對(duì)功能喪失或降低，這樣就會(huì)使其他基因的突變率升高；另一個(gè)是dam基因和mut基因，如果該基因突變，則錯(cuò)配修復(fù)功能喪失、引起突變率的升高。

1突變體的形成突變體的形成（過(guò)程）A：誘變劑與DNA接觸之前B：突變發(fā)生過(guò)程C：實(shí)變體的形成A誘變劑與DNA接觸之前可能與誘變劑擴(kuò)散速度快慢、誘變效應(yīng)、殺傷力強(qiáng)弱以及細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)組成成分與細(xì)胞的生理狀態(tài)有關(guān)。B：突變發(fā)生過(guò)程與DNA是否處于復(fù)制有關(guān)DNA復(fù)制的活躍程度與某些營(yíng)養(yǎng)條件及細(xì)胞生理狀態(tài)有關(guān)，因?yàn)镈NA復(fù)制需要以蛋白質(zhì)合成作基礎(chǔ)。C：實(shí)變體的形成要經(jīng)過(guò)復(fù)制才能形成突變體復(fù)制過(guò)程中修復(fù)系統(tǒng)會(huì)對(duì)突變的DNA進(jìn)行修補(bǔ)，還有校正機(jī)能的作用和一系列酶反應(yīng)都有可能使突變的DNA復(fù)原，以保證生物自身正確地繁衍后代及遺傳物質(zhì)的相對(duì)穩(wěn)定。表型延遲突變所產(chǎn)生的新基因型遺傳特性不能在當(dāng)代出現(xiàn)，必須經(jīng)兩代以上的繁殖復(fù)制才能出現(xiàn)。原因有三：A：誘變劑性質(zhì)和細(xì)胞結(jié)構(gòu)B：多核細(xì)胞形成雜核細(xì)胞C：原因基因產(chǎn)物的影響A：誘變劑性質(zhì)和細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)

誘變劑進(jìn)入細(xì)胞的速度DNA分子發(fā)生結(jié)構(gòu)變化需要反應(yīng)時(shí)間B：多核細(xì)胞形成雜核細(xì)胞突變發(fā)生在多核細(xì)胞的一個(gè)核時(shí)雜核細(xì)胞若突變是隱性，需經(jīng)過(guò)幾代繁殖，才能出現(xiàn)純核突變細(xì)胞C：原因基因產(chǎn)物的影響

基因突變失去合成原基因產(chǎn)物的能力第五節(jié)損傷DNA的修復(fù)，突變的修復(fù)

微生物能以多種形式去修復(fù)被紫外線損傷后的DNA，主要方式有：光復(fù)活；切除修復(fù)；重組修復(fù)；緊急呼救修復(fù)等。

一.光復(fù)活作用（光修復(fù)）

光復(fù)活作用經(jīng)紫外線照射后的微生物暴露于可見(jiàn)光下時(shí)，可明顯的降低其死亡率的現(xiàn)象稱為光復(fù)活作用。原因：是可見(jiàn)光所激活的酶在起作用。經(jīng)紫外線照射后形成胸腺嘧啶二聚體的DNA分子，在黑暗中會(huì)與一種光激活酶結(jié)合形成復(fù)合物，當(dāng)再暴露在可見(jiàn)光下時(shí)，復(fù)合物會(huì)因獲得光能而使酶與DNA分子解離，從而使胸腺嘧啶二聚體重新分散成兩個(gè)胸腺嘧啶單體，同時(shí)光激活酶也從復(fù)合物中釋放出來(lái)。phR471aaphotoreactivation----TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA----

Beforereplication&Error-free

400nmBluelight&phRgene(photo-reactivationenzyme)可見(jiàn)光激活由于微生物中一般都存在著光復(fù)活作用，因此用紫外線照射菌液時(shí)，要在紅燈下進(jìn)行操作處理，然后再于暗室中或用黑布包起來(lái)培養(yǎng)。二.錯(cuò)配修復(fù)甲基化引導(dǎo)的錯(cuò)配修復(fù)系統(tǒng)：特異性不強(qiáng)。能修復(fù)DNA雙鏈結(jié)構(gòu)的任何輕微損傷。重大損傷靠其他方式修復(fù)。三、切補(bǔ)修復(fù)

（復(fù)制前修復(fù)）包括3個(gè)步驟：損傷部位的識(shí)別；損傷部位被切除；完成修復(fù)。修復(fù)過(guò)程需要的酶不需要光的激活，所以叫暗修復(fù)。但是黑暗不是必要條件。能修復(fù)紫外線引起的損傷，也能修復(fù)電離輻射和化學(xué)誘變劑造成的損傷。包括兩個(gè)類型：核苷酸切除修復(fù)、堿基切除修復(fù)。修復(fù)過(guò)程p50圖4－15整個(gè)修復(fù)過(guò)程是在四種酶的協(xié)同作用下進(jìn)行的將胸腺嘧啶切除的

DNA損傷修復(fù)：核酸內(nèi)切酶胸腺嘧啶在胸腺嘧啶二聚體的5’一側(cè)切開(kāi)一個(gè)3’-OH和5’-P的單鏈缺口；核酸外切酶從5’-P至3’-0H方向切除二聚體；cDNA聚合酶以DNA的另一條互補(bǔ)鏈作模板，從原有鏈上暴露的3’-0H端起逐漸延長(zhǎng)，重新合成一段缺損的DNA鏈；通過(guò)連接酶的作用，把新合成的那段DNA

的3’-OH末端與原來(lái)的5’-P末端相連接，形成一個(gè)完整的雙鏈結(jié)構(gòu)。

四.重組修復(fù)P51圖4－16必須在DNA進(jìn)行復(fù)制的情況下才能進(jìn)行，復(fù)制后損傷才得以修復(fù)，因而又叫復(fù)制后修復(fù)。重組修復(fù)可以在不切除胸腺嘧啶二聚體的情況下，以帶有二聚體的這一單鏈為模板而合成互補(bǔ)單鏈，可是在每一個(gè)二聚體附近留下一個(gè)空隙。一般認(rèn)為通過(guò)染色體交換，空隙部位就不再面對(duì)著胸腺嘧啶二聚體而是面對(duì)著正常的單鏈，在這種情況下DNA多聚酶和連接酶便能起作用而把空隙部分進(jìn)行修復(fù)。

母鏈中的損傷部位并未被切除，損傷部位的切除仍需要再一次的切除修復(fù)，或經(jīng)一定代數(shù)的增殖以后損傷的部位逐漸被稀釋，最終不影響細(xì)胞的正常生長(zhǎng)和繁殖。

重組修復(fù)五、交聯(lián)修復(fù)

兩條鏈上的堿基通過(guò)共價(jià)鍵結(jié)合在一起。許多理化因子可以造成交聯(lián)。核苷酸切除修復(fù)與重組修復(fù)結(jié)合起來(lái)能修復(fù)這種損傷。上述方法單一使用不能修復(fù)。較大面積達(dá)重大損傷用這種方法修復(fù)。

許多能造成DNA損傷或抑制復(fù)制的處理會(huì)引發(fā)細(xì)胞內(nèi)一系列復(fù)雜的誘導(dǎo)反應(yīng)，成為應(yīng)急反應(yīng)（sos)。

SOS修復(fù)允許新生的DNA鏈越過(guò)胸腺嘧啶二聚體而生長(zhǎng)，但使保真度降低。是一個(gè)錯(cuò)誤潛伏的過(guò)程。所以這種方法是生物在不利環(huán)境下求生的一種功能。六、緊急呼救(SOS)修復(fù)系統(tǒng)

這是細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生的一種修復(fù)系統(tǒng)。它的修復(fù)功能依賴于某些蛋白質(zhì)的誘導(dǎo)合成，而且這些蛋白質(zhì)是不穩(wěn)定的。SOS修復(fù)功能和細(xì)菌的一系列生理活動(dòng)有關(guān)，如細(xì)胞的分裂抑制、λ噬菌體的誘導(dǎo)釋放，以及引起DNA損傷的因素和抑制DNA復(fù)制的許多因素都能引起SOS反應(yīng)。傾向錯(cuò)誤的sos修復(fù)適應(yīng)性修復(fù)機(jī)制細(xì)胞壁蛋白質(zhì).氨基酸干擾酶活性因素體內(nèi)修復(fù)系統(tǒng)分離.生理延遲誘導(dǎo)劑進(jìn)入細(xì)胞誘導(dǎo)劑接觸細(xì)胞質(zhì)造成前突變引起突變突變表現(xiàn)型的表現(xiàn)第六節(jié)誘變劑和誘變機(jī)制凡能提高突變率的任何理化因子，都可稱為誘變劑。突變率比自發(fā)突變的頻率要高。常用誘變劑有兩大類：物理誘變劑和化學(xué)誘變劑。常用的物理誘變劑有紫外線、x射線、γ射線(如Co60等)、等離子、快中子、α射線、β射線、超聲波等。常用的化學(xué)誘變劑有堿基類似物、烷化劑、羥胺、吖定類化合物等。

一、物理誘變劑物理誘變劑也叫輻射，分為電離輻射和非電離輻射。（一）電離輻射的誘變作用

電離輻射(如X射線、γ射線等)后帶有較高的能量，能引起被照射物質(zhì)中原子的電離，故稱電離輻射。關(guān)于電離輻射的誘變作用機(jī)理還沒(méi)有像那些化學(xué)誘變劑和紫外線那樣清楚，因?yàn)殡婋x輻射對(duì)生物作用的全過(guò)程是一系列很復(fù)雜的連鎖反應(yīng)過(guò)程。電離輻射作用過(guò)程現(xiàn)在通常把電離輻射作用于生物的全過(guò)程分為幾個(gè)階段：①物理學(xué)階段，即能量從輻射源傳遞到生物的細(xì)胞內(nèi)，使細(xì)胞內(nèi)各種分子發(fā)生電離和激發(fā)。②物理化學(xué)階段，這是貯存能量的遷移和生物大分子損傷形成的輻射化學(xué)過(guò)程。在這過(guò)程中，能產(chǎn)生許多化學(xué)性狀特別活躍的自由基和自由原子，其中水分子產(chǎn)生的離子對(duì)一系列復(fù)雜的反應(yīng)起重要的作用。③生物化學(xué)階段。這是上一階段中產(chǎn)生的自由基和自由原子繼續(xù)相互作用，并和它周圍的物質(zhì)起反應(yīng)，特別是和核酸及蛋白質(zhì)起反應(yīng)，造成這些大分子的損傷。④由于生物大分子的損傷進(jìn)一步引起結(jié)構(gòu)變異，特別是由于染色體的損傷，使染色體發(fā)生斷裂和重接而產(chǎn)生染色體的各種結(jié)構(gòu)變異，而DNA分子結(jié)構(gòu)中堿基的變化則造成基因突變。有實(shí)驗(yàn)表明，X射線處理純的核苷酸堿基，能引起嘌呤及嘧啶的降解，腺嘌呤被脫氨基而變成次黃嘌呤，部分胞嘧啶脫氨基而變成尿嘧啶。胸腺嘧啶受到破壞，但不像在紫外線作用下那樣形成二聚體。在微生物中的DNA，可被電離輻射隨機(jī)降解，不像紫外線那樣有選擇性。

（二）非電離輻射非電離輻射中紫外線是一種使用最早、使用時(shí)間最長(zhǎng)、應(yīng)用廣泛、效果非常明顯的誘變劑。誘發(fā)突變的波長(zhǎng)：200-300nm，最有效的是253.7nm。30w紫外燈右邊效果差，15w紫外燈右邊效果好。紫外線的殺菌效果受處理時(shí)間、波長(zhǎng)的影響紫外線(ultravioletlight，UV)能使DNA產(chǎn)生很多光生成物。有兩種不同的光生成物，一種發(fā)生在相鄰的兩個(gè)嘧啶之間——環(huán)丁烷嘧啶光二聚體，另一種是6-4光生成物。其中胸腺嘧啶二聚體是重要的一種損傷。實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)UV照射的胸腺嘧啶溶液的吸收光譜與原來(lái)不一樣。說(shuō)明它的結(jié)構(gòu)已發(fā)生變化。經(jīng)分析測(cè)定，它們已變成胸腺嘧啶二聚體。當(dāng)UV照射后，先是兩個(gè)胸腺嘧啶的雙鏈變成單鏈，然后兩個(gè)胸腺嘧啶分子連接起來(lái)，形成一個(gè)胸腺嘧啶二聚體。胸腺嘧啶二聚體的形成胸腺嘧啶二聚體通常發(fā)生在同一DNA鏈上兩個(gè)相鄰的胸腺嘧啶之間，也可以發(fā)生在兩個(gè)單鏈之間，這種二聚體是很穩(wěn)定的。如果它發(fā)生在兩鏈之間，就會(huì)由于它的交聯(lián)而阻礙雙鏈的分開(kāi)，從而影響復(fù)制；如果它發(fā)生在同一鏈的兩個(gè)相鄰胸腺嘧啶之間，就會(huì)阻礙腺嘌呤A的正常摻入作用，復(fù)制時(shí)就會(huì)在此處突然停止，并隨意摻入別的堿基，結(jié)果在新合成的鏈上的堿基順序發(fā)生了改變，因而引起突變。紫外線引起的突變包括各種形式的轉(zhuǎn)換和顛換。在二聚體的3'端插入一個(gè)錯(cuò)誤堿基，通常的二聚體為5'-CC-3'和5'-TC-3'，所以C→T轉(zhuǎn)換最為常見(jiàn)。紫外線還能引起缺失、重復(fù)和移碼突變。這些突變可能是紫外線的直接作用、間接作用和SOS系統(tǒng)共同作用的結(jié)果。誘變因素的類型及誘變功能二、化學(xué)誘變劑

化學(xué)誘變劑可以通過(guò)下列3種機(jī)制來(lái)誘發(fā)突變（1）對(duì)嘌呤和嘧啶堿基進(jìn)行化學(xué)修飾，從而改變他們的氫鍵特性；（2）作為堿基類似物起作用；（3）作為插入因子起作用?；瘜W(xué)誘變劑化學(xué)誘變劑的種類很多，根據(jù)它們對(duì)DNA的作用機(jī)制，可以分為三大類：第一類是烷化劑；第二類是一些堿基類似物；第三類是吖啶類。（一）堿基類似物某些化學(xué)物質(zhì)和正常的含氮堿基在結(jié)構(gòu)上非常類似，有時(shí)它們會(huì)替代正常堿基而摻入DNA分子，一旦這些堿基類似物進(jìn)入DNA后，由于它們的配對(duì)能力不同于正常堿基，便引起DNA復(fù)制過(guò)程中其對(duì)應(yīng)位置上插入不正確堿基。例如5-溴尿嘧啶(BU)和5-溴脫氧尿苷(BrdU)是胸腺嘧啶(T)的結(jié)構(gòu)類似物。當(dāng)細(xì)菌在含有BU的培養(yǎng)基中培養(yǎng)時(shí)，一部分DNA中的T便被BU所取代，并引起一部分細(xì)菌的突變。由于BU有兩種互變異構(gòu)體，一種是酮式結(jié)構(gòu)(第6位上有一個(gè)酮基)，它可以代替T而摻入DNA，并與A配對(duì)；當(dāng)BU發(fā)生互變異構(gòu)成為烯醇式(第6位上是一個(gè)羥基)后，就更容易和G配對(duì)。在通常情況下以酮式狀態(tài)存在，但由于溴原子的電子拉力的影響，有時(shí)也以烯醇式狀態(tài)存在。當(dāng)BU先以酮式狀態(tài)摻入DNA，繼而又變成烯醇式時(shí)，那么通過(guò)進(jìn)一步的復(fù)制，就使DNA中原來(lái)的A-T對(duì)變成G-C對(duì)。根據(jù)同樣的道理也可以引起G-C向A-T的轉(zhuǎn)換，通過(guò)BU的互變異構(gòu)顯示出它的誘變活性。據(jù)研究，BU可以使細(xì)菌的突變率提高近萬(wàn)倍之多。5-BU變構(gòu)5—BU的酮式和烯醇式結(jié)構(gòu)除了BU外，還有5-溴脫氧尿苷、5-氟尿嘧啶、5-氯尿嘧啶以及它們的脫氧核苷。其中另一種被廣泛應(yīng)用的堿基類似物是2-氨基嘌呤(2-AP)，它是一種腺嘌呤的類似物，它可和胸腺嘧啶配對(duì)。當(dāng)2-AP以和胸腺嘧啶配對(duì)形式進(jìn)入DNA后，它可再和胞嘧啶配對(duì)，從而產(chǎn)生A-T→G-C的轉(zhuǎn)換，或當(dāng)2-AP以和胞嘧啶配對(duì)形式進(jìn)入DNA后再和胸腺嘧啶配對(duì)后產(chǎn)生G-C→A-T的轉(zhuǎn)換。遺傳研究表明2-AP像5-BU一樣，特異性地引起轉(zhuǎn)換。2-APT2-APC2-AP的不同配對(duì)性質(zhì)（二）烷化劑某些誘變劑并不摻入DNA，而是通過(guò)改變堿基的結(jié)構(gòu)從而引起特異性錯(cuò)配，如某些烷化劑。烷化劑是一類具有一個(gè)或多個(gè)活性烷基的化合物?；钚酝榛懿环€(wěn)定，能轉(zhuǎn)移到其他分子的電子密度較高的位置上，并置換其中的氫原子，使其成為高度不穩(wěn)定的物質(zhì)。

烷化劑是誘變育種極其重要的一類誘變劑。烷化劑的種類很多，常見(jiàn)的有甲磺酸乙酯(EMS)、亞硝基胍(NG)和芥子氣等。烷化劑根據(jù)其烷化作用分單功能、雙功能、三功能的烷化劑，其中一些單功能烷化劑（如NG、EMS等）常被稱為超誘變劑，它們雖然殺傷力較低但卻有較強(qiáng)的誘變作用。烷化劑的誘變作用，主要是使DNA中的堿基發(fā)生烷化作用。例如EMS能使鳥嘌呤的N位置上帶有乙基，成為7-乙基鳥嘌呤。這種鳥嘌呤不與胞嘧啶配對(duì)，而與胸腺嘧啶配對(duì)，故能使G-C轉(zhuǎn)換成A-T。另外烷化劑還能誘發(fā)染色體畸變，由于染色體畸變常為輻射所誘發(fā)，所以這些物質(zhì)又稱為擬輻射物質(zhì)。烷化劑的另一作用是脫嘌呤。例如烷基在鳥嘌呤N位上活化β-糖苷鍵而引起斷裂，使嘌呤整個(gè)地從DNA鏈上脫下來(lái)，產(chǎn)生一個(gè)缺口。復(fù)制時(shí)，在與缺口對(duì)應(yīng)的位點(diǎn)上就可能配上任何一個(gè)堿基，從而引起轉(zhuǎn)換或顛換，而且，去嘌呤后的DNA也容易發(fā)生斷裂，引起缺失或其他突變。

甲基璜酸乙酯修飾T和G（三）移碼