《第一節(jié) 基因突變與基因重組》課件-高中生物-必修2 遺傳與進化-滬教版

基因突變與基因重組

主講人：目錄01基因突變的概念02基因突變的機制03基因重組的原理04基因重組的過程05基因突變與重組的實例06基因突變與重組的遺傳學(xué)意義基因突變的概念

01突變的定義基因突變指的是DNA序列中發(fā)生的變化，如堿基對的替換、插入或缺失?；蛐蛄械母淖兺蛔兛赡軐?dǎo)致生物體表型的改變，有時產(chǎn)生有益的變異，有時則導(dǎo)致疾病或功能障礙。突變的后果突變通常是一個隨機事件，不受生物體意愿控制，可由環(huán)境因素如輻射或化學(xué)物質(zhì)引起。突變的隨機性突變的類型點突變涉及單個核苷酸的改變，如堿基替換，可能導(dǎo)致基因功能的顯著變化。點突變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)變異包括倒位、易位、缺失和重復(fù)等，這些變化可影響多個基因的功能。染色體結(jié)構(gòu)變異插入突變指DNA序列中增加了額外的堿基，而缺失突變則是堿基序列的丟失，兩者都可導(dǎo)致閱讀框移位。插入和缺失突變動態(tài)突變是指某些基因序列中重復(fù)次數(shù)的增加，常見于遺傳性疾病，如亨廷頓舞蹈癥。動態(tài)突變01020304突變的影響進化過程疾病發(fā)生基因突變可能導(dǎo)致遺傳性疾病，如囊性纖維化和鐮狀細胞貧血，影響個體健康。突變是生物進化的原材料，如達爾文雀的喙形態(tài)變異，促進了物種適應(yīng)環(huán)境的變化。藥物抗性細菌和病毒的基因突變可導(dǎo)致抗藥性，如HIV病毒的耐藥性變異，給治療帶來挑戰(zhàn)?；蛲蛔兊臋C制

02物理因素引起的突變紫外線和X射線等輻射可導(dǎo)致DNA鏈斷裂或堿基改變，引發(fā)基因突變，如皮膚癌的發(fā)生。輻射誘導(dǎo)的基因突變極端溫度條件可影響DNA復(fù)制的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致基因序列改變，例如高溫可增加某些微生物的突變率。溫度變化導(dǎo)致的突變化學(xué)因素引起的突變堿基類似物如5-溴尿嘧啶可替代DNA中的正常堿基，導(dǎo)致復(fù)制時發(fā)生錯誤，引發(fā)突變。堿基類似物的摻入01烷化劑如氮芥可與DNA分子中的堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致堿基結(jié)構(gòu)改變，引起突變。烷化劑的作用02氧化劑如過氧化氫可引起DNA分子中堿基的氧化，改變其配對特性，從而導(dǎo)致突變。氧化劑的影響03生物因素引起的突變病毒感染例如，HPV病毒可導(dǎo)致宮頸癌，其DNA整合到宿主細胞基因組中可能引起突變。細菌感染某些細菌產(chǎn)生的毒素，如大腸桿菌產(chǎn)生的毒素，可能通過損傷DNA引發(fā)突變。寄生蟲感染例如，血吸蟲病可導(dǎo)致宿主細胞DNA損傷，增加突變風(fēng)險，影響基因表達。基因重組的原理

03重組的定義基因重組涉及兩個不同DNA分子間特定基因片段的交換，導(dǎo)致遺傳信息的重新組合?；蚱蔚慕粨Q01同源重組與非同源重組02重組分為同源重組和非同源重組，前者涉及相同或相似DNA序列，后者則不需序列相似性。重組的條件01在細胞分裂過程中，同源染色體的DNA序列必須精確配對，以確?；蛑亟M的正確發(fā)生。同源DNA的配對02特定的酶如重組酶和解旋酶在基因重組中起關(guān)鍵作用，它們促進DNA鏈的斷裂和重新連接。酶的作用03基因重組通常發(fā)生在細胞周期的特定階段，如減數(shù)分裂的前期，此時DNA復(fù)制完成，準(zhǔn)備進行重組。細胞周期階段重組的類型同源重組在細胞分裂過程中，同源染色體間的DNA片段可以交換，導(dǎo)致基因序列的重新組合。非同源末端連接細胞修復(fù)斷裂DNA時，非同源DNA末端直接連接，形成重組，常見于DNA雙鏈斷裂修復(fù)。位點特異性重組特定序列的DNA通過酶的作用進行重組，如細菌中的轉(zhuǎn)座子移動，不依賴同源序列。基因重組的過程

04同源重組過程同源重組開始于DNA雙鏈的斷裂，特定的核酸酶識別同源序列并切割DNA。識別與切割01一條DNA鏈侵入另一條同源DNA鏈，通過堿基配對交換相應(yīng)的遺傳信息片段。鏈入侵與交換02細胞修復(fù)機制修復(fù)切割后的DNA缺口，并通過連接酶將新合成的DNA片段連接起來。修復(fù)與連接03非同源重組過程細胞在DNA復(fù)制或損傷時，雙鏈斷裂可由非同源末端連接修復(fù)，導(dǎo)致基因重組。雙鏈斷裂修復(fù)非同源重組可能導(dǎo)致染色體結(jié)構(gòu)變異，如易位、倒位，常見于某些遺傳疾病中。染色體異常轉(zhuǎn)座子是一類可移動的遺傳元素，它們在基因組內(nèi)跳躍時可引起非同源重組。轉(zhuǎn)座子介導(dǎo)的重組位點特異性重組位點特異性重組涉及識別特定的DNA序列，如細菌中的整合酶識別att序列。識別特定DNA序列在特定位點切割DNA雙鏈后，通過酶的作用將不同DNA片段連接起來，完成重組。切割與連接重組酶如Cre重組酶在酵母和哺乳動物細胞中催化位點特異性重組，實現(xiàn)基因的精確操作。重組酶的作用基因突變與重組的實例

05自然界中的實例細菌通過基因突變獲得抗藥性，如耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）的出現(xiàn)。細菌抗藥性果蠅的白眼突變是基因突變的經(jīng)典案例，由X染色體上的基因突變導(dǎo)致。果蠅眼色變化基因重組導(dǎo)致蝴蝶翅膀出現(xiàn)花斑圖案，這是基因水平轉(zhuǎn)移的一個自然實例?；ò叱岚虻暮衩最伾亩鄻有圆糠衷从诨蛲蛔儯缣鹩衩椎狞S色和紫色條紋。玉米顏色多樣性實驗室中的應(yīng)用基因編輯技術(shù)CRISPR-Cas9利用CRISPR-Cas9技術(shù)，研究人員在實驗室中精確地引入突變，用于研究基因功能和疾病模型?；蛑亟M在疫苗開發(fā)中的應(yīng)用通過基因重組技術(shù)，科學(xué)家們能夠開發(fā)出針對特定病毒的疫苗，如重組蛋白疫苗對抗HIV和流感。基因突變在癌癥研究中的角色實驗室中通過誘導(dǎo)特定基因突變，研究者們模擬癌癥發(fā)生過程，以尋找治療癌癥的新方法。突變與重組的醫(yī)學(xué)意義例如，CRISPR-Cas9技術(shù)通過精確的基因編輯，為治療遺傳性疾病提供了新的可能?；蛲蛔冊诩膊≈委熤械膽?yīng)用重組DNA技術(shù)用于開發(fā)疫苗，如重組乙肝疫苗，有效預(yù)防了乙肝病毒的傳播。基因重組疫苗的開發(fā)某些基因突變可導(dǎo)致癌癥，研究這些突變有助于開發(fā)靶向治療藥物，如針對HER2突變的乳腺癌治療藥物?；蛲蛔兣c癌癥治療基因突變與重組的遺傳學(xué)意義

06遺傳多樣性的來源基因突變是遺傳多樣性的基礎(chǔ)，如鐮狀細胞貧血癥的突變基因在瘧疾高發(fā)區(qū)賦予了生存優(yōu)勢?；蛲蛔冏匀贿x擇作用于突變和重組產(chǎn)生的遺傳變異，如達爾文的雀鳥喙型變異適應(yīng)不同食物來源。自然選擇在有性生殖中，基因重組通過配子的隨機組合產(chǎn)生新的基因組合，如人類的ABO血型系統(tǒng)。基因重組010203遺傳病的成因多基因突變累積單基因突變例如囊性纖維化是由CFTR基因的單點突變引起，導(dǎo)致體內(nèi)黏液分泌異常。如心臟病可能由多個基因的突變累積導(dǎo)致，這些基因涉及血壓、膽固醇水平等。染色體畸變唐氏綜合征是由于第21對染色體非整倍體導(dǎo)致的遺傳病，表現(xiàn)為智力障礙和發(fā)育遲緩。生物進化中的作用基因突變提供了遺傳多樣性，是自然選擇的基礎(chǔ)，如達爾文雀的喙形態(tài)變異?；蛲蛔兊碾S機性01基因重組通過不同基因組合產(chǎn)生新性狀，推動物種適應(yīng)環(huán)境變化，如細菌對抗生素的抗性?；蛑亟M的創(chuàng)新性02突變和重組共同作用于種群基因池，促進新物種的形成，例如人類與黑猩猩的基因差異。突變與重組的協(xié)同作用03基因突變與基因重組(1)

基因突變

01基因突變

基因突變，是一種基因序列的改變。它可能由環(huán)境因素如紫外線、輻射、化學(xué)物質(zhì)等引起，也可能是隨機發(fā)生的。這些突變可以導(dǎo)致基因的功能發(fā)生改變，從而影響生物體的性狀。基因突變是生物進化的重要驅(qū)動力之一，通過改變個體的遺傳特性，為生物適應(yīng)環(huán)境提供了更多的可能性。盡管基因突變是隨機的，但有時它們可以導(dǎo)致嚴(yán)重的遺傳疾病，如癌癥、心臟病等。因此，理解基因突變的機制對生物科學(xué)和人類健康都具有重大意義?；蛑亟M

02基因重組

基因重組，指的是在生物繁殖過程中基因的組合變化。在性細胞形成和受精過程中，來自父母雙方的基因進行重新組合，形成新的基因組合。這個過程可以產(chǎn)生新的遺傳變異，增加生物種群的遺傳多樣性。基因重組有助于生物適應(yīng)多變的環(huán)境條件，提高物種的生存能力。此外，基因重組還可以幫助生物抵抗疾病和適應(yīng)壓力環(huán)境。因此，基因重組在生物進化過程中起到了重要的作用。二者的關(guān)系及影響

03二者的關(guān)系及影響

基因突變和基因重組雖然不同，但它們相互作用，共同推動生物的進化和發(fā)展?；蛲蛔兲峁┝诵碌倪z傳變異，為生物適應(yīng)環(huán)境提供了更多的可能性。而基因重組則通過組合這些變異，產(chǎn)生新的遺傳組合，增加了種群的遺傳多樣性。二者的共同作用使生物能夠更有效地適應(yīng)環(huán)境變化，提高生存和繁衍的機會。在這個過程中，生物的性狀、行為和生態(tài)習(xí)性都可能發(fā)生改變，從而推動物種的進化和發(fā)展?？偟膩碚f，基因突變和基因重組是生命演化的兩大驅(qū)動力。它們共同創(chuàng)造了生物世界的多樣性，使生命得以在多變的環(huán)境中生存和繁衍。二者的關(guān)系及影響

隨著科技的進步和研究的深入，我們對這兩種現(xiàn)象的理解將更為全面和深入。然而，這也帶來了新的問題和挑戰(zhàn)，例如如何合理利用和保護遺傳資源，如何應(yīng)對基因疾病等。未來，我們需要更深入地研究這些現(xiàn)象，以期為生物科學(xué)和人類健康做出更大的貢獻?；蛲蛔兣c基因重組(2)

基因突變

01基因突變

基因突變是基因結(jié)構(gòu)的改變，包括堿基對的增添、缺失或替換。這種改變可以是單個堿基的變動，也可以是較大的基因片段的重排?；蛲蛔兪请S機的，可以在任何細胞中發(fā)生，并且有可能影響到基因的功能?；蛲蛔兊囊饬x在于它為自然選擇提供了原材料，由于基因突變可以產(chǎn)生新的基因型，因此有可能產(chǎn)生新的表型，使得生物體能夠適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。例如，在自然選擇的過程中，那些能夠更好地適應(yīng)環(huán)境的個體更有可能生存并傳遞其遺傳信息給下一代。然而，基因突變并不總是有益的。基因突變

有些突變可能導(dǎo)致生物體出現(xiàn)疾病或異常表型，此外，大量的基因突變可能會干擾正常的生物過程，導(dǎo)致生物體死亡?；蛑亟M

02基因重組

基因重組是指在生物體的遺傳過程中，控制不同性狀的基因重新組合的過程。這主要發(fā)生在減數(shù)分裂過程中，當(dāng)同源染色體上的非姐妹染色單體之間發(fā)生交換時，就會發(fā)生基因重組。基因重組的意義在于它增加了遺傳多樣性，使得生物體能夠產(chǎn)生更多的變異形式，從而提高了生物體對環(huán)境變化的適應(yīng)性。此外，基因重組還可以促進物種間的基因交流，有助于物種的進化。然而，基因重組并不總是有利的。在某些情況下，基因重組可能會導(dǎo)致不良的遺傳效應(yīng)，如遺傳疾病。此外，過度的基因重組可能會破壞生物體的正常生理功能?；蛲蛔兣c基因重組的關(guān)系

03基因突變與基因重組的關(guān)系

基因突變和基因重組是生物進化過程中的兩個關(guān)鍵機制，基因突變?yōu)樽匀贿x擇提供了原材料，而基因重組則增加了遺傳多樣性，兩者共同推動著生物進化。在某些情況下，基因突變和基因重組可以相互影響。例如，基因突變可能產(chǎn)生新的基因型，這些基因型在減數(shù)分裂過程中可能與另一條同源染色體上的基因發(fā)生重組，從而產(chǎn)生新的遺傳變異?？傊?，基因突變和基因重組是生物體遺傳信息傳遞過程中的兩個重要現(xiàn)象。它們共同維持著生物種群的多樣性和適應(yīng)性，推動著生物進化的內(nèi)在動力?；蛲蛔兣c基因重組(3)

簡述要點

01簡述要點

基因是生物體內(nèi)控制遺傳特征的基本單位，而基因突變和基因重組是生物進化過程中至關(guān)重要的機制。基因突變是指基因序列發(fā)生改變的現(xiàn)象，而基因重組則是指基因在生物體繁殖過程中發(fā)生的重新組合。本文將分別介紹基因突變和基因重組的概念、類型、機制及其在生物進化中的作用?；蛲蛔?/p>

02基因突變

1.概念基因突變是指基因序列發(fā)生改變的現(xiàn)象，這種改變可能導(dǎo)致基因表達產(chǎn)物（如蛋白質(zhì)）的氨基酸序列發(fā)生變化，進而影響生物體的性狀。

2.類型（1）點突變：基因序列中單個堿基的改變，可分為轉(zhuǎn)換（嘌呤嘌呤或嘧啶嘧啶）和顛換（嘌呤嘧啶或嘧啶嘌呤）。（2）插入和缺失：基因序列中堿基的插入或缺失，可能導(dǎo)致移碼突變，進而影響基因表達產(chǎn)物的氨基酸序列。3.機制（1）化學(xué)因素：如紫外線、電離輻射、化學(xué)物質(zhì)等。（2）生物因素：如病毒、細菌等。（3）物理因素：如溫度、壓力等?；蛲蛔?/p>

4.作用為生物進化提供原材料。基因重組

03基因重組

（1）有性生殖：在減數(shù)分裂過程中，同源染色體上的等位基因發(fā)生交叉互換，導(dǎo)致基因重組。（2）無性生殖：如細菌的轉(zhuǎn)化、真菌的接合等。2.類型（1）交叉互換：同源染色體上的非姐妹染色單體之間發(fā)生交換，導(dǎo)致基因重組。（2）基因轉(zhuǎn)化：一個生物體的基因轉(zhuǎn)移到另一個生物體中，導(dǎo)致基因重組。3.機制基因重組是指在生物體繁殖過程中，基因在染色體上的重新組合，導(dǎo)致后代基因型發(fā)生改變。1.概念

基因重組

4.作用增加生物多樣性。結(jié)論

04結(jié)論

基因突變和基因重組是生物進化過程中的重要機制，它們?yōu)樯矬w提供了豐富的遺傳多樣性，使得生物體能夠適應(yīng)不斷變化的環(huán)境。研究基因突變和基因重組的機制，有助于我們深入了解生物進化的奧秘，為生物科技和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域提供理論依據(jù)?；蛲蛔兣c基因重組(4)

基因突變

01基因突變

基因突變，簡單來說，就是基因序列的變化。這些變化可能是由于各種因素引起的，包括環(huán)境因素、化學(xué)因素、物理因素等。例如，輻射、化學(xué)物質(zhì)和病毒等都可能引發(fā)基因突變。在細胞中，DNA復(fù)制時發(fā)生的錯誤也會導(dǎo)致基因突變?；蛲蛔儗τ谏矬w的影響是深遠的，一方面，突變可能會改變生物體的表現(xiàn)型，即我們所說的性狀。這些變化可能是有利的，也可能是不利的。另一方面，基因突變也是生物進化的重要驅(qū)動力。因為突變可以產(chǎn)生新的基因型和表型，使得生物體能夠適應(yīng)新的環(huán)境壓力和挑戰(zhàn)?；蛑亟M

02基因重組

基因重組是生物學(xué)中的另一個重要過程，它在生物繁殖過程中發(fā)生。在繁殖過程中，來自父本和母本的