第二章基因突變及其機(jī)制微生物遺傳育種課件

2第一節(jié)突變類型2第一節(jié)突變類型13一、突變類型（一）按突變發(fā)生原因分類自發(fā)突變(spontaneousmutagenesis)

：未經(jīng)任何人為的處理而自然地發(fā)生的突變，稱為自發(fā)突變。誘發(fā)突變(inducedmutagenesis)

：由人們有意識(shí)地利用物理或化學(xué)手段引起的突變稱為誘發(fā)突變。誘發(fā)突變的頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自發(fā)突變頻率

3一、突變類型（一）按突變發(fā)生原因分類24（二）、按變化范圍分突變類型突變可以發(fā)生在染色體水平或基因水平，發(fā)生在染色體水平的突變稱為染色體畸變，發(fā)生在基因水平的突變稱為基因突變。4（二）、按變化范圍分突變類型突變可以35染色體畸變（chromosomeaberration)

染色體數(shù)目的變化或染色體結(jié)構(gòu)發(fā)生較大片段的異常改變。染色體數(shù)目的變化整倍體(euploidy)：含有完整的染色體組單倍體（n）：haploid二倍體（2n）：diploid三倍體（3n）：triploid四倍體（4n）：tetraploid5染色體畸變（chromosomeaberration)46非整倍體aneuploidy：含有不完整狀態(tài)的染色體組，一般是指二倍體中成對(duì)染色體成員的增加或減少。單體（二倍減一，monosomicdiploid):2n-1缺體（二倍減二，nullisomicdilpoid):2n-2三體（二倍加一，trisomicdiploid):2n+1四體（二倍加二，tetrasomicdiploid):2n+2雙二倍加一（doubletrisomic）:2n+1+1部分二倍體（merodiploid）：細(xì)菌等原核生物中由一整條染色體和外來(lái)的一個(gè)染色體片段所構(gòu)成的不完整二倍6非整倍體aneuploidy：含有不完整狀態(tài)的染色體組，57染色體結(jié)構(gòu)的變化染色體結(jié)構(gòu)的改變，多數(shù)是染色體或染色單體遭到巨大損傷產(chǎn)生斷裂，而斷裂的數(shù)目、位置、斷裂端連接方式等造成不同的突變包括染色體缺失、重復(fù)、倒位和易位等涉及到DNA分子上較大范圍的變化，往往會(huì)涉及到多個(gè)基因。7染色體結(jié)構(gòu)的變化染色體結(jié)構(gòu)的改變，多數(shù)是染色體或染色單體遭68bfa-缺失

b-重復(fù)c-倒位d-相互易位8bfa-缺失b-重復(fù)c-倒位d-相互易位79染色體結(jié)構(gòu)的變化缺失deficiency：是染色體片段的丟失。細(xì)胞學(xué)效應(yīng)：缺失環(huán)遺傳學(xué)效應(yīng)：這種突變往往是不可逆的損傷，其結(jié)果會(huì)造成遺傳平衡的失衡。重復(fù)repetition：是染色體片段的二次出現(xiàn)。細(xì)胞學(xué)效應(yīng)：重復(fù)環(huán)遺傳學(xué)效應(yīng)：這種突變有可能獲得具有優(yōu)良遺傳性狀的突變體。9染色體結(jié)構(gòu)的變化缺失deficiency：是染色體片段810倒位inversion：是指染色體的片段發(fā)生了180°的位置顛倒細(xì)胞學(xué)效應(yīng)：倒位環(huán)遺傳學(xué)效應(yīng)：造成染色體部分節(jié)段的位置順序顛倒，極性相反。易位translocation：是指一個(gè)染色體的一個(gè)片段連接到另一個(gè)非同源染色體上。相互易位reciprocaltranslocation：兩個(gè)非同源染色體間相互交換一部分。相互易位的細(xì)胞學(xué)效應(yīng)：十字型圖象相互易位的遺傳學(xué)效應(yīng)：相應(yīng)基因表達(dá)出現(xiàn)異常10倒位inversion：是指染色體的片段發(fā)生了180°911基因突變（genemutation）基因突變是指一個(gè)基因內(nèi)部遺傳結(jié)構(gòu)或DNA序列的任何改變，包括一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)核苷酸的缺失、插入或置換，分為堿基置換和移碼突變。染色體局部座位內(nèi)的變化點(diǎn)突變pointmutation：?jiǎn)螇A基對(duì)的置換突變發(fā)生在一個(gè)基因范圍內(nèi)。多位點(diǎn)突變：突變超出一個(gè)基因范圍。11基因突變（genemutation）基因突變是指一個(gè)基1012堿基置換basepairsubstitutionDNA鏈上一個(gè)堿基對(duì)為另一堿基對(duì)所取代叫堿基置換

轉(zhuǎn)換transition：DNA鏈中一個(gè)嘌呤（嘧啶）被另一個(gè)嘌呤（嘧啶）所置換。顛換transversion：DNA鏈中一個(gè)嘌呤（嘧啶）被一個(gè)嘧啶（嘌呤）所置換。12堿基置換basepairsubstitution1113131213

PheAspGluProLeuCysThr5’-TTCGATGAGCCCTTGTGCACG-3’↓G→AmutationPheAspLys

ProLeuCysThr5’-TTCGATAAGCCCTTGTGCACG-3’↓C→TmutationPheAspLysProLeuCysThr5’-TTCGATAAGCCTTTGTGCACG-3’↓C→AmutationPheAspLysProLeuStop

Thr5’-TTCGATAAGCCCTTGTGAACG-3’13PheAspGluPro1314

移碼突變frameshiftmutation在DNA序列中由于一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)核苷酸的插入或缺失，而使其后全部遺傳密碼的閱讀框架發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)而引起轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯(cuò)誤的突變叫移碼突變。一般只引起一個(gè)基因的表達(dá)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

14移碼突變frameshiftmutation1415

PheAspGluProLeuCysThr5’-TTCGATGAGCCCTTGTGCACG-3’↓InsertionofAPheAspGluThrLeuValHis5’-TTCGATGAGACCCTTGTGCACG-3’

15PheAspGluPro1516（三）按突變是否引起遺傳編碼特性的改變分類一類是引起遺傳性狀改變

：——錯(cuò)義突變（missensemutation），無(wú)義突變（nonsensemutation）和移碼突變一類是不改變遺傳性狀的突變

——同義突變（synonymymutation）和沉默突變（silentmutation）。

16（三）按突變是否引起遺傳編碼特性的改變分類一類是引起遺1617

遺傳學(xué)效應(yīng)錯(cuò)義突變missensemutation：突變后的密碼子編碼另一種氨基酸。個(gè)別堿基的改變導(dǎo)致多肽鏈上某個(gè)氨基酸為另一種氨基酸所取代。例：AAG突變?yōu)镚AG，編碼的氨基酸由亮氨酸變成谷氨酸。無(wú)義突變nonsensemutation：突變后的密碼子變?yōu)榻K止密碼。例：TGC（亮氨酸）突變?yōu)門GA（終止密碼子）17遺傳學(xué)效應(yīng)1718181819同義/沉默突變silentmutation：突變后的密碼子編碼的仍是同一種氨基酸。（堿基序列發(fā)生改變而氨基酸序列未發(fā)生改變的突變稱為同義/沉默突變）。例：ATT突變?yōu)锳TC，兩者都編碼異亮氨酸。沉默突變的發(fā)生是由于遺傳密碼的簡(jiǎn)并性。同義突變和沉默突變不會(huì)導(dǎo)致編碼特性的改變，但往往會(huì)引起限制酶切割位點(diǎn)的變化，造成DNA限制片段長(zhǎng)度的多態(tài)性。19同義/沉默突變silentmutation：突變后的1920202021（四）、按突變的表型變化效應(yīng)分類野生型wildtype：表現(xiàn)該物種正常表型的生物。突變型mutant：由于突變導(dǎo)致其正常的表型發(fā)生了改變的生物。形態(tài)突變型morphologicalmutant：引起細(xì)胞個(gè)體形態(tài)和菌落形態(tài)發(fā)生改變的突變型。是一種可見(jiàn)突變。21（四）、按突變的表型變化效應(yīng)分類野生型wildtyp2122生化突變型：引起特定生化功能的喪失而無(wú)形態(tài)學(xué)效應(yīng)的突變型。包括營(yíng)養(yǎng)缺陷型、抗性突變型、糖代謝突變型等。營(yíng)養(yǎng)缺陷型auxotrophicmutant：由于代謝過(guò)程的缺陷而不能合成某種與合成初級(jí)代謝物有關(guān)的基因產(chǎn)物的缺陷型。lackofageneproductinvolvedinthesynthesisofanessentialmetabolite.抗性突變型resistantmutant：由于基因突變而產(chǎn)生的對(duì)某種化學(xué)藥物、致死物理因子或噬菌體具有抗性的變異菌株抗藥物突變型：對(duì)原本敏感的藥物具有一定的耐性。抗噬菌體突變型：對(duì)原本敏感的噬菌體產(chǎn)生抗性。22生化突變型：引起特定生化功能的喪失而無(wú)形態(tài)學(xué)效應(yīng)的突變型2223致死突變型lethalmutant：由于基因突變?cè)斐蓚€(gè)體死亡的突變型。雜合狀態(tài)的顯性致死和純合狀態(tài)的隱性致死都導(dǎo)致個(gè)體的死亡條件致死突變型conditionlethalmutant：在某一條件下具有致死效應(yīng)，而在另一條件下沒(méi)有致死效應(yīng)的突變型。如：溫度敏感突變型temperature-sensitivemutant調(diào)節(jié)突變型regulatorymutant：?jiǎn)适?duì)某一基因或操縱子表達(dá)能力調(diào)節(jié)的突變型。產(chǎn)量突變型metabolitequantitativemutant:所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量明顯有別于原始菌株的突變株稱產(chǎn)量突變型23致死突變型lethalmutant：2324

如何來(lái)表示野生型和突變型的表現(xiàn)型和基因型呢？24如何來(lái)表示野生型和突變型的表現(xiàn)型和基因型呢2425二.基因符號(hào)基因命名原則1966年M.Demerec每一基因座位（locus）用三個(gè)小寫英文字母表示，它們來(lái)自說(shuō)明這一基因特性的一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)英文單詞的前三個(gè)字母；

例如：his：組氨酸基因histidine

rim：核糖體的裝配、成熟有關(guān)基因

ribosomalmodificationrps：核糖體蛋白小亞基基因

ribosomalproteinsmall25二.基因符號(hào)基因命名原則1966年M.Demer2526產(chǎn)生同一突變型表型的不同基因，在三個(gè)小寫字母后用不同的一個(gè)大寫斜體字母來(lái)表示；

例如：hisA、hisB：不同的組氨酸基因同一基因的不同突變位點(diǎn)（mutationsite）在基因符號(hào)后用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。如果位點(diǎn)所屬的基因還不確定，那么大寫字母用一短線表示

例如：trpA46,trpA23：trpA的不同位點(diǎn)的突變26產(chǎn)生同一突變型表型的不同基因，在三個(gè)小寫字母后用不同的一2627突變型的基因符號(hào)用基因座符號(hào)加“+”或“-”或其它符號(hào)。如：hisA-,strr,strs,strd。基因表型或其表達(dá)產(chǎn)物用相應(yīng)基因符號(hào)的正寫字母，其中第一個(gè)字母大寫。如：基因lacZ的表達(dá)產(chǎn)物是LacZ27突變型的基因符號(hào)用基因座符號(hào)加“+”或“-”或其它符號(hào)。2728282829帶突變基因的菌株

Salmonellatyphimurium1535(hisG46,rfa,ΔuvrB)

Salmonellatyphimurium1537(hisC3076,rfa,ΔuvrB)29帶突變基因的菌株2930第二節(jié)

基因突變的規(guī)律30第二節(jié)

基因突變的規(guī)律3031一、基因突變的自發(fā)性

突變可自發(fā)產(chǎn)生，突變的微生物與所處的環(huán)境因素沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系。1）波動(dòng)實(shí)驗(yàn)2）涂布實(shí)驗(yàn)3）影印培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)31一、基因突變的自發(fā)性3132波動(dòng)實(shí)驗(yàn)fluctuationtest32波動(dòng)實(shí)驗(yàn)fluctuationtest3233E.coliB抗噬菌體a的波動(dòng)測(cè)驗(yàn)結(jié)果33E.coliB抗噬菌體a的波動(dòng)測(cè)驗(yàn)結(jié)果3334涂布實(shí)驗(yàn)34涂布實(shí)驗(yàn)3435影印培養(yǎng)replicaplating實(shí)驗(yàn)35影印培養(yǎng)replicaplating實(shí)驗(yàn)3536二、基因突變的隨機(jī)性1、隨機(jī)性波動(dòng)試驗(yàn)的結(jié)果還說(shuō)明了突變具有隨機(jī)性，突變發(fā)生的時(shí)間是隨機(jī)的?；蛲蛔兊陌l(fā)生從時(shí)間、個(gè)體、位點(diǎn)和所產(chǎn)生的表型變化等方面都帶有比較明顯的隨機(jī)性。突變總是以一定的頻率在群體中發(fā)生。36二、基因突變的隨機(jī)性1、隨機(jī)性3637一些細(xì)菌的抗藥性基因的突變率37一些細(xì)菌的抗藥性基因的突變率37382、突變熱點(diǎn)（hotspotsofmutation）DNA分子上各個(gè)部分有著不同的突變頻率，某些位點(diǎn)的突變頻率大大高于平均值，這些位點(diǎn)稱為突變熱點(diǎn)形成突變熱點(diǎn)的最主要的原因5-甲基胞嘧啶（MeC）的存在發(fā)生DNA上短的連續(xù)重復(fù)序列處突變熱點(diǎn)也還與誘變劑有關(guān)382、突變熱點(diǎn)（hotspotsofmutation3839三、基因突變的稀有性1、稀有性突變以一定的突變率發(fā)生在個(gè)別細(xì)胞中。正常情況下，突變發(fā)生的頻率往往很低。突變率（mutationrate）：某基因或某個(gè)性狀在每個(gè)細(xì)胞世代中發(fā)生突變的概率。突變率也可以用某一群體在每一世代（即分裂1次）中產(chǎn)生突變株的數(shù)目來(lái)表示。

39三、基因突變的稀有性1、稀有性39402、突變率（m）的計(jì)算世代總數(shù)=N2-N1突變率的測(cè)定：固體平板法測(cè)突變率：在2組平板上接種相等數(shù)量的敏感菌，培養(yǎng)一定時(shí)間后取一組洗下計(jì)細(xì)菌總數(shù)，另一組計(jì)抗性突變菌落數(shù)，每一菌落代表一次抗性突變。m=(M2-M1)/(N2-N1)一般N0＜＜N，M0≈0，m≈M/N402、突變率（m）的計(jì)算4041液體培養(yǎng)法測(cè)突變率：液體培養(yǎng)時(shí)突變株有2個(gè)可能來(lái)源：一次新的突變產(chǎn)生或原突變株分裂而來(lái)。因此M/N只能被成為突變型頻度，不是突變率。此時(shí)m=2(M2/N2-M1/N1)/(g2-g1)M/N--g做圖，斜率則為m/2

41液體培養(yǎng)法測(cè)突變率：4142液體稀釋法測(cè)突變率P0=e-mN細(xì)胞分裂非同步性校正：突變率=ln2m=0.69m42液體稀釋法測(cè)突變率42例：在20個(gè)試管中有11個(gè)試管不含任何突變型細(xì)菌，每一試管的平均細(xì)菌數(shù)N測(cè)得是5.6×108P0=e-mNP0=11/20=0.55m=-lnP0/N=0.6/(5.6×108)=1.2×10-8例：在20個(gè)試管中有11個(gè)試管不含任何突變型細(xì)菌，每一試管的43443、增變基因（mutatorgene）當(dāng)生物體內(nèi)有些基因突變時(shí)，整個(gè)基因組的突變頻率明顯上升。這些基因稱為增變基因。兩類增變基因：一類是DNA聚合酶的各個(gè)基因一類是dam基因和mut基因增變基因的突變導(dǎo)致突變頻率的大幅提升443、增變基因（mutatorgene）4445四、基因突變的獨(dú)立性1、獨(dú)立性突變的發(fā)生具有獨(dú)立性一個(gè)基因的突變不受其它基因突變的影響，兩個(gè)不同基因同時(shí)發(fā)生突變的頻率為兩個(gè)基因各自的突變率的乘積。45四、基因突變的獨(dú)立性1、獨(dú)立性45462、交叉抗性交叉抗性是指細(xì)菌對(duì)兩種抗生素等藥物同時(shí)由敏感變?yōu)榭剐?。與突變的獨(dú)立性不矛盾由于細(xì)胞內(nèi)單一基因的突變導(dǎo)致微生物對(duì)于結(jié)構(gòu)類似或作用機(jī)制類似的抗生素均有抗性。462、交叉抗性4647五、基因突變的可誘變性基因突變的頻率可以通過(guò)某些理化因素的處理而大為提高。提高幅度大約可為101~105倍；基因突變的可誘發(fā)性是誘變育種的基礎(chǔ)47五、基因突變的可誘變性基因突變的頻率可以通過(guò)某些理化因素4748六、基因突變的可遺傳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)，通過(guò)復(fù)制傳遞給子代DNA突變基因所表現(xiàn)的遺傳性狀也是一個(gè)穩(wěn)定的性狀48六、基因突變的可遺傳性突變基因和野生型基因一樣是一個(gè)相對(duì)4849七、基因突變的可逆性1.可逆性

野生型

突變型真正的原位回復(fù)突變，可使突變基因回復(fù)到野生型基因完全相同的DNA序列正向突變回復(fù)突變

49七、基因突變的可逆性1.可逆性正向突變回復(fù)突變49502、第二點(diǎn)的回復(fù)突變

(抑制突變suppressormutation)第二點(diǎn)的回復(fù)突變并沒(méi)有改變突變的DNA堿基序列，只是其突變效應(yīng)被抑制了.大多數(shù)回復(fù)突變都是第二點(diǎn)突變抑制了第一次突變?cè)斐傻谋憩F(xiàn)型(表型抑制)抑制突變包括基因內(nèi)抑制和基因間抑制。502、第二點(diǎn)的回復(fù)突變5051不對(duì)應(yīng)性、自發(fā)性、稀有性、獨(dú)立性、穩(wěn)定性、可逆性、誘變性51不對(duì)應(yīng)性、自發(fā)性、稀有性、獨(dú)立性、5152第三節(jié)自發(fā)突變的機(jī)制52第三節(jié)自發(fā)突變的機(jī)制5253自發(fā)突變的原因

53自發(fā)突變的原因5354

一.環(huán)境因素的作用微生物細(xì)胞所處的外環(huán)境因素是引起自發(fā)突變的主要原因之一。

包括自然界的背景輻射（即宇宙射線）、短波輻射、紫外線、熱等作用；病毒以及自然界中普遍存在的一些低濃度的誘變物質(zhì)。

54一.環(huán)境因素的作用微生物細(xì)胞所處的外環(huán)境因素是5455

二.自身代謝產(chǎn)物的作用微生物在自身代謝過(guò)程中，在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的一些代謝產(chǎn)物，如過(guò)氧化物、亞硝酸鹽、咖啡堿，硫氰化物，二硫化二丙烯，重氮絲氨酸等都是已知的化學(xué)誘變劑；55二.自身代謝產(chǎn)物的作用微生物在自身代謝過(guò)程中，5556

三.轉(zhuǎn)座因子的作用

DNA分子所攜帶的轉(zhuǎn)座因子可以造成插入突變

轉(zhuǎn)座（transposition）：DNA序列通過(guò)非同源重組的方式，從染色體的某一部位轉(zhuǎn)移到同一染色體上另一部位或其它染色體上某一部位的現(xiàn)象。轉(zhuǎn)座因子（transposableelement，TE）轉(zhuǎn)座因子包括原核生物中的插入序列、轉(zhuǎn)座子以及轉(zhuǎn)座噬菌體（如E.coli的Mu噬菌體）等56三.轉(zhuǎn)座因子的作用DNA分子所攜帶的轉(zhuǎn)座因子可5657DNA分子的運(yùn)動(dòng)，造成復(fù)制過(guò)程中的堿基配對(duì)的錯(cuò)誤，引起自發(fā)突變每個(gè)堿基對(duì)配對(duì)錯(cuò)誤的發(fā)生頻率為10-7~10-11

四.DNA分子的運(yùn)動(dòng)57DNA分子的運(yùn)動(dòng)，造成復(fù)制過(guò)程中的堿基配對(duì)的錯(cuò)誤，引起自57581）環(huán)出效應(yīng)（loopout）

滑移錯(cuò)配（slippedmismatching）（1）缺失581）環(huán)出效應(yīng)（loopout）滑移錯(cuò)配（slippe58592）堿基的互變異構(gòu)作用

DNA中正常的堿基配對(duì)592）堿基的互變異構(gòu)作用DNA中正常的堿基配對(duì)5960T和G可以酮式或烯醇式兩種互變異構(gòu)狀態(tài)，而C和A可以以氨基式和亞氨基式兩種狀態(tài)存在堿基的互變異構(gòu)及其配對(duì)的改變

60T和G可以酮式或烯醇式兩種互變異構(gòu)狀態(tài)，而C和A可以以氨6061五.DNA分子自發(fā)的化學(xué)變化

和復(fù)制差錯(cuò)1）自發(fā)脫氨氧化作用胞嘧啶C氧化脫氨基自發(fā)地變成尿嘧啶U而形成錯(cuò)配的堿基對(duì)5mC同樣易于自發(fā)脫氨基轉(zhuǎn)變?yōu)樾叵汆奏,子代DNA發(fā)生GC→AT的突變61五.DNA分子自發(fā)的化學(xué)變化

和復(fù)制差錯(cuò)1）自發(fā)脫氨氧6162脫氨基62脫氨基62636363642、DNA的復(fù)制差錯(cuò)生物體如何保證DNA復(fù)制的精確性？復(fù)制差錯(cuò)：源于DNA聚合酶產(chǎn)生的錯(cuò)誤DNA分子運(yùn)動(dòng)而造成堿基配對(duì)錯(cuò)誤修復(fù)系統(tǒng)的各種缺陷所導(dǎo)致的結(jié)果642、DNA的復(fù)制差錯(cuò)6465第四節(jié)誘變劑及其作用機(jī)制65第四節(jié)誘變劑及其作用機(jī)制6566誘發(fā)突變(inducedmutation)的發(fā)現(xiàn)1927年，Muller誘變：通過(guò)人為的方法，利用物理、化學(xué)因素處理微生物以引起突變，這一過(guò)程稱為誘發(fā)突變。誘變劑mutagen：凡是能誘發(fā)生物基因突變，且突變頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)自發(fā)突變率的物理因子或化學(xué)物質(zhì)。誘變劑種類：化學(xué)誘變劑、物理誘變劑和生物誘變劑

66誘發(fā)突變(inducedmutation)的發(fā)現(xiàn)6667一、化學(xué)誘變劑定義：一類能對(duì)DNA起作用，改變DNA結(jié)構(gòu)，并引起遺傳變異的化學(xué)物質(zhì)?；瘜W(xué)誘變劑種類：堿基類似物、堿基修飾劑、移碼突變劑。67一、化學(xué)誘變劑定義：一類能對(duì)DNA起作用，改變DNA結(jié)構(gòu)6768(一)堿基類似物baseanalogue

堿基類似物：是指其分子結(jié)構(gòu)同DNA分子中的堿基非常類似，因此能取代堿基參入到DNA分子中的一類化合物。

主要誘變劑：5-溴尿嘧啶（5-BU）/T2-氨基嘌呤（2-AP）/A誘發(fā)的突變：ATGC的轉(zhuǎn)換。68(一)堿基類似物baseanalogue6869在DNA復(fù)制過(guò)程中取代正常堿基，整合進(jìn)DNA分子

它們產(chǎn)生異構(gòu)體的頻率高，出現(xiàn)堿基錯(cuò)配的概率也高堿基類似物是如何提高突變頻率的?69在DNA復(fù)制過(guò)程中取代正常堿基，整合進(jìn)DNA分子69705-溴尿嘧啶（5-BU）

5-溴尿嘧啶（5-BU）的結(jié)構(gòu)705-溴尿嘧啶（5-BU）5-溴尿嘧啶（5-BU）的結(jié)7071

5-溴尿嘧啶（5-BU）的堿基配對(duì)715-溴尿嘧啶（5-BU）的堿基配對(duì)7172誘發(fā)的突變72誘發(fā)的突變72735-BU摻入后的復(fù)制錯(cuò)誤G≡CG≡BUeG≡CG≡BUeG≡CA=TA=BUkA:TA:BUkA:TG≡BUeA:TG≡CG≡BUe

G≡C→A=T5-BU摻入錯(cuò)誤A:T→G≡C735-BU摻入后的復(fù)制錯(cuò)誤G≡CG≡BUeG73742-氨基嘌呤（2-AP）比較容易誘發(fā)AT→GC這一轉(zhuǎn)換742-氨基嘌呤（2-AP）7475757576（二）化學(xué)修飾堿基的誘變劑改變堿基結(jié)構(gòu)的化學(xué)修飾劑：脫氨劑、羥化劑、烷化劑常見(jiàn)的堿基修飾劑（a）亞硝酸（b）羥胺（c）甲基磺酸乙酯（d）N-甲基-N’-硝基-N-亞硝基胍

76（二）化學(xué)修飾堿基的誘變劑改變堿基結(jié)構(gòu)的化學(xué)修飾劑：脫氨76771．脫氨劑亞硝酸（nitrousacid）是典型的脫氨劑G黃嘌呤X（xanthine）CUA次黃嘌呤H771．脫氨劑亞硝酸（nitrousacid）是典型的脫氨7778

亞硝酸的脫氨基作用及其誘發(fā)的突變

78亞硝酸的脫氨基作用及其誘發(fā)的突變7879亞硝酸誘發(fā)的突變A:TG┆C79亞硝酸誘發(fā)的突變A:TG┆C79802.羥化劑

羥胺（hydroxylamine）是典型的羥化劑802.羥化劑羥胺（hydroxylamine）是典型的8081羥胺（NH2OH）誘發(fā)的突變：GC→AT轉(zhuǎn)換81羥胺（NH2OH）誘發(fā)的突變：GC→AT轉(zhuǎn)換81823.烷化劑

是最常用的一類誘變劑具有一個(gè)或多個(gè)活性烷基單功能烷化劑：亞硝基類、磺酸酯類、硫酸酯類、重氮烷類和乙烯亞胺等雙功能烷化劑：硫芥子類與氮芥子類等烷化位點(diǎn)：G-N7；G-O5，T-O4；G-N3，A-N2，A-N7，C-N3823.烷化劑是最常用的一類誘變劑8283Alkylatedbasesalkylatingagents部分烷化劑和烷化堿基83Alkylatedbasesalkylatingag8384ChemicalreactivityofbasesisresponsibleforsomeDNAlesion堿基中最容易發(fā)生烷化作用的是嘌呤類鳥嘌呤N7是最易起反應(yīng)的位點(diǎn)

84Chemicalreactivityofbases8485烷化劑作用：通過(guò)對(duì)鳥嘌呤N7位點(diǎn)的烷化而導(dǎo)致突變有三種可能：烷化嘌呤引起堿基配對(duì)錯(cuò)誤，脫嘌呤作用，鳥嘌呤的交聯(lián)作用85烷化劑作用：8586

烷化鳥嘌呤的堿基配對(duì)

86烷化鳥嘌呤的堿基配對(duì)8687脫嘌呤作用：N7成為季胺基團(tuán)后，減弱了N9位上的N-糖苷鍵，引起脫氧核糖-堿基鍵的發(fā)生水解，使鳥嘌呤從DNA分子上脫落

GC就可能變?yōu)槿魏螇A基對(duì)87脫嘌呤作用：N7成為季胺基團(tuán)后，減弱了N9位上的N-糖苷8788烷化鳥嘌呤的交聯(lián)作用鳥嘌呤通過(guò)N7位點(diǎn)的共價(jià)結(jié)合而發(fā)生交聯(lián)

88烷化鳥嘌呤的交聯(lián)作用8889甲基磺酸乙脂（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G∶C對(duì)轉(zhuǎn)換成A∶T對(duì)；T∶A對(duì)轉(zhuǎn)換成C∶G89甲基磺酸乙脂（EMS）8990烷化劑的某些性質(zhì)90烷化劑的某些性質(zhì)9091（三）、移碼誘變劑是一類能夠嵌入到DNA分子中的物質(zhì)吖啶類染料（acridinedye）、溴化乙錠（ethidiumbromide）和一系列ICR類化合物溴化乙錠（EtBr）91（三）、移碼誘變劑是一類能夠嵌入到DNA分子中的物質(zhì)溴9192移碼突變劑的誘變機(jī)理

92移碼突變劑的誘變機(jī)理9293使用化學(xué)誘變劑注意事項(xiàng)移碼誘變劑作用于生長(zhǎng)態(tài)的細(xì)胞,，須通過(guò)DNA的復(fù)制才形成突變。堿基類似物引起的只對(duì)生長(zhǎng)態(tài)的微生物細(xì)胞起作用。烷化劑時(shí)具有很高的活性，而且能與水起作用，所以溶液必須在使用前配。而且還要注意介質(zhì)的pH值。93使用化學(xué)誘變劑注意事項(xiàng)移碼誘變劑作用于生長(zhǎng)態(tài)的細(xì)胞,，須9394二、物理誘變劑非電離輻射類的紫外線激光和離子束等，電離輻射的X射線、γ射線和快中子94二、物理誘變劑非電離輻射類的紫外線9495（一）、紫外線UV波長(zhǎng)范圍為136~390納米有效波長(zhǎng)2650?，紫外燈波長(zhǎng)2537?作用機(jī)理嘧啶二聚體、嘧啶水合物、交聯(lián)作用、DNA鏈斷裂效應(yīng)：移碼突變，堿基置換95（一）、紫外線UV波長(zhǎng)范圍為136~390納米9596

紫外線誘發(fā)胸苷二聚體96紫外線誘發(fā)胸苷二聚體9697979798989899紫外誘變的注意事項(xiàng)避免光復(fù)活作用，應(yīng)在紅光下操作，避光培養(yǎng)。99紫外誘變的注意事項(xiàng)避免光復(fù)活作用，應(yīng)在紅光下操作，避光培99100（二）電離輻射（X射線和γ射線）X射線波長(zhǎng)是0.06~136納米，X射線一般由X光機(jī)產(chǎn)生。γ射線的波長(zhǎng)是0.006~1.4納米，γ射線來(lái)自放射性元素鈷、鐳或氡等。100（二）電離輻射（X射線和γ射線）X射線波長(zhǎng)是0.06~100101電離輻射誘變機(jī)理

直接作用：打斷化學(xué)鍵間接作用：通過(guò)自由基打斷化學(xué)鍵，引起缺失和損傷效應(yīng)：染色體畸變，堿基置換，移碼突變101電離輻射誘變機(jī)理直接作用：打斷化學(xué)鍵101102（三）快中子中子可以從回旋加速器、靜電加速器或原子反應(yīng)堆中產(chǎn)生快中子具有的能量最高，為0.2~10MeV快中子的應(yīng)用：可將放在安瓿管中的菌懸液或長(zhǎng)在平皿上的菌落置射線源一定距離處進(jìn)行處理用10~30krad的劑量進(jìn)行處理，控制致死率為50~85%，產(chǎn)生的正突變率可達(dá)50%

102（三）快中子中子可以從回旋加速器、靜電加速器或原子反應(yīng)102103（四）離子注入一種較為新型的物理誘變手段離子注入的質(zhì)量、電荷、能量參數(shù)可以按需要進(jìn)行不同組合，可使誘變具有較高的方向性和可控性；產(chǎn)生的生物學(xué)效應(yīng)比單一輻射更為豐富。103（四）離子注入一種較為新型的物理誘變手段103104化學(xué)和物理誘變劑主要效應(yīng)的小結(jié)

104化學(xué)和物理誘變劑主要效應(yīng)的小結(jié)104105三、生物誘變劑轉(zhuǎn)座因子一些其它因素：如抗菌素，殺菌劑、脫氧核糖核酸和增變因子等，抗菌素，如鏈黑霉素、增光霉素、絲裂霉素、放線菌素、正定霉素、光輝霉素和阿霉素等。與化學(xué)、物理誘變因素復(fù)合使用，可提高其誘變效果。105三、生物誘變劑轉(zhuǎn)座因子一些其它因素：如抗菌素，殺菌劑、105106第五節(jié)突變生成過(guò)程

重點(diǎn)：DNA損傷的修復(fù)106第五節(jié)突變生成過(guò)程

重點(diǎn)：DNA損傷的修復(fù)106107突變生成過(guò)程107突變生成過(guò)程107108一、誘變劑接觸DNA分子之前細(xì)胞的透性影響誘變劑的誘變效應(yīng)前誘變劑在細(xì)胞質(zhì)的作用下會(huì)轉(zhuǎn)化成誘變劑108一、誘變劑接觸DNA分子之前細(xì)胞的透性影響誘變劑的誘變108109二、DNA損傷前突變：誘變劑所造成的DNA分子某一位置的損傷DNA分子的損傷類型不同的誘變劑所造成的損傷不同有的誘變劑對(duì)復(fù)制叉的作用強(qiáng)，如NTG有的誘變劑對(duì)轉(zhuǎn)錄狀態(tài)的DNA作用強(qiáng)，如DES、EMS109二、DNA損傷前突變：誘變劑所造成的DNA分子某一位置109110（一）非標(biāo)準(zhǔn)堿基和堿基的衍生物舉例：胸腺嘧啶二聚體

DNA作為模板進(jìn)行復(fù)制時(shí)，PolIII將兩個(gè)腺嘌呤核苷酸加上去，但由于不能很好地形成氫鍵，然后又由3’→5’校對(duì)功能而將之水解。

110（一）非標(biāo)準(zhǔn)堿基和堿基的衍生物110111（二）堿基的丟失嘌呤或嘧啶堿基的甲基化作用往往會(huì)破壞N-糖苷鍵，發(fā)生脫嘌呤（脫嘧啶）作用，產(chǎn)生AP位點(diǎn)AP位點(diǎn)（apurinicandapyrimidinicsite）指DNA分子中產(chǎn)生的無(wú)嘧啶、無(wú)嘌呤位點(diǎn)統(tǒng)稱。（三）烷基化損傷（四）鏈的斷裂和交聯(lián)111（二）堿基的丟失111112三、DNA損傷的修復(fù)DNA分子要求保持高度的精確性和完整性保障DNA安全的修復(fù)系統(tǒng)糾正偶然的復(fù)制錯(cuò)誤：如：DNA多聚酶3’→5’的校讀功能、糖基酶修復(fù)系統(tǒng)等DNA分子損傷的系統(tǒng)：如光復(fù)活修復(fù)系統(tǒng)、切除修復(fù)系統(tǒng)、重組修復(fù)系統(tǒng)、SOS修復(fù)系統(tǒng)112三、DNA損傷的修復(fù)DNA分子要求保持高度的精確性和完112113（一）復(fù)制錯(cuò)誤修復(fù)1．DNA多聚酶的校讀功能

DNA聚合酶的3’→5’核酸外切酶活性

113（一）復(fù)制錯(cuò)誤修復(fù)1．DNA多聚酶的校讀功能DNA聚1131142．N-糖基酶修復(fù)系統(tǒng)N-糖基酶（N-glycosylases）作用：專一識(shí)別DNA分子中的非標(biāo)準(zhǔn)堿基和堿基的衍生物。例：尿嘧啶-N-糖基酶系統(tǒng)修復(fù)機(jī)制

參與的酶——尿嘧啶N-糖基酶、AP限制性內(nèi)切酶、核酸外切酶、DNA聚合酶PolI、DNA連接酶。1142．N-糖基酶修復(fù)系統(tǒng)114115尿嘧啶-N-糖基酶系統(tǒng)的修復(fù)過(guò)程115尿嘧啶-N-糖基酶系統(tǒng)的修復(fù)過(guò)程1153.錯(cuò)配修復(fù)（mismatchrepair）識(shí)別錯(cuò)配的堿基對(duì)；對(duì)錯(cuò)配的一對(duì)堿基要能準(zhǔn)確區(qū)別哪一個(gè)是錯(cuò)的，哪一個(gè)是對(duì)的；切除錯(cuò)誤的堿基，并進(jìn)行修復(fù)合成。3.錯(cuò)配修復(fù)（mismatchrepair）116MutSMutLMutSMutHMutS識(shí)別錯(cuò)配

位點(diǎn),并易位到

GATC位點(diǎn)。

MutH在GATC

位點(diǎn)剪切非甲

基化鏈，內(nèi)切酶從GATC到錯(cuò)配位點(diǎn)降解

DNAMutSMutLMutSMutHMutS識(shí)別錯(cuò)配

位點(diǎn),并易117118（二）損傷修復(fù)（T=T）1．光復(fù)活（photoreactivation）光復(fù)活作用：指細(xì)菌在紫外線照射后立即用可見(jiàn)光照射，可以顯著地增加細(xì)菌的存活率，降低突變率。光修復(fù)機(jī)制只作用于紫外線照射所形成的損傷修復(fù)機(jī)制：光復(fù)活酶（photo-reactivatingenzyme，PR酶），催化嘧啶二聚體分解成為單體