1、第九章第九章 遺傳變異遺傳變異第三節(jié)第三節(jié) 基因突變基因突變白化變異白化變異 蘇格蘭折耳貓又稱彎耳貓、短耳貓、疊耳貓、塌耳貓等。這種貓并非刻意培育出來的，而是基因突變 基因突變：基因突變：某一基因內部所發(fā)生的從一種某一基因內部所發(fā)生的從一種 等位形式改變?yōu)榱硪坏任恍问降任恍问礁淖優(yōu)榱硪坏任恍问?的變化，又叫點突變的變化，又叫點突變 1. 基因突變的類型和特征基因突變的類型和特征1） 基因突變的類型基因突變的類型 根據(jù)突變引起的表型特征和生理生化特征分為根據(jù)突變引起的表型特征和生理生化特征分為以下幾類：以下幾類： 形態(tài)突變型：形態(tài)突變型：造成生物體外形發(fā)生改變的突變又造成生物體外形發(fā)生改變的突變

2、又 叫叫 可見突變，如：形態(tài)、大小、可見突變，如：形態(tài)、大小、 色澤的改變色澤的改變 致死突變：致死突變：造成個體死亡或生活力明顯下降的造成個體死亡或生活力明顯下降的 突變突變 顯性致死：顯性致死：雜合狀態(tài)時就有致死作用雜合狀態(tài)時就有致死作用 隱性致死隱性致死：純合狀態(tài)下才有致死作用純合狀態(tài)下才有致死作用小鼠小鼠(Mus musculus)毛色遺傳的隱性致死突變毛色遺傳的隱性致死突變條件致死突變條件致死突變 ：在一定條件下表現(xiàn)致死效：在一定條件下表現(xiàn)致死效 應，其他條件下可以存活應，其他條件下可以存活 的突變的突變例如：例如： T4T4噬菌體的溫度敏感突變型在噬菌體的溫度敏感突變型在2525時

3、能在時能在E.coliE.coli宿主中正常生長，形成噬菌斑，但宿主中正常生長，形成噬菌斑，但在在4242時就不能這樣。時就不能這樣。 生化突變：生化突變： 突變影響生物的代謝過程，導突變影響生物的代謝過程，導 致特定生化功能改變或喪失，致特定生化功能改變或喪失，如營養(yǎng)缺陷型如營養(yǎng)缺陷型例：鏈孢霉的氨基酸突變型某種氨基酸才例：鏈孢霉的氨基酸突變型某種氨基酸才能生長能生長失去功能突變：失去功能突變：由于突變、消除或改變了基因的由于突變、消除或改變了基因的 功能區(qū)，干擾了野生型對某種表型功能區(qū)，干擾了野生型對某種表型 的活性功能的活性功能 無效突變：無效突變：完全喪失基因功能的突變完全喪失基因功能

4、的突變 滲漏突變：滲漏突變：保留一些基因功能的突變保留一些基因功能的突變獲得功能的突變獲得功能的突變2）突變的一般特征）突變的一般特征 突變的稀有性突變的稀有性 突變率：突變率：一定數(shù)目配子中突變數(shù)目所占的比例一定數(shù)目配子中突變數(shù)目所占的比例 or 一定數(shù)目的細菌在分裂一次過程中發(fā)一定數(shù)目的細菌在分裂一次過程中發(fā) 生突變的次數(shù)生突變的次數(shù) 細菌噬菌體的突變率細菌噬菌體的突變率 10-810-10， 高等生物高等生物10-510-8 突變的隨機性：突變的隨機性：突變可以發(fā)生在個體發(fā)育的突變可以發(fā)生在個體發(fā)育的 任何時期任何時期體細胞突變和生殖細胞突變體細胞突變和生殖細胞突變體細胞體細胞(突變突變

5、)突變體細胞突變體細胞組織器官組織器官性細胞性細胞(突變突變)突變配子突變配子后代個體后代個體；花色體細胞突變花色體細胞突變不同顏色的牽牛花不同顏色的牽牛花柑桔體細胞突變柑桔體細胞突變馬鈴薯薯塊顏色變異馬鈴薯薯塊顏色變異蘋果體細胞突變蘋果體細胞突變 突變的多方向性突變的多方向性: 突變可以向多個方向發(fā)生突變可以向多個方向發(fā)生 構成復等位基因構成復等位基因 突變的可逆性突變的可逆性 正向突變：正向突變：離開野生型等位基因的變化離開野生型等位基因的變化 如：如：A+ A 或或 a+ a 回復突變：回復突變：回復到野生型的變化回復到野生型的變化 抑制突變：抑制突變：某一座位上突變產生的表性效應某一座

6、位上突變產生的表性效應 被另一座位上的突變所抑制，使被另一座位上的突變所抑制，使 突變體又恢復為正常表型突變體又恢復為正常表型 基因的有利性與有害性基因的有利性與有害性 有利：有利：作物抗病性作物抗病性 微生物的抗藥性微生物的抗藥性1) 大腸桿菌營養(yǎng)缺陷型的檢出大腸桿菌營養(yǎng)缺陷型的檢出 完全培養(yǎng)基或補充培養(yǎng)基（存活）完全培養(yǎng)基或補充培養(yǎng)基（存活） 基本培養(yǎng)基（死亡）基本培養(yǎng)基（死亡）完全培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基10-810-6合成缺陷型合成缺陷型藥物處理藥物處理基本培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基2. 基因突變的檢測基因突變的檢測大腸桿菌營養(yǎng)缺陷型的檢出大腸桿菌營養(yǎng)缺陷型的檢出影印接種法（影印培養(yǎng)法影印接種法（影印培

7、養(yǎng)法 Replica-plating Replica-plating techniquetechnique） E.coli E.coli 誘變劑誘變劑 E.coliE.coli稀釋稀釋 完全培完全培養(yǎng)基養(yǎng)基Master plate Master plate （主平皿）（主平皿） 基本培養(yǎng)基本培養(yǎng)基上（基上（Replica plateReplica plate） 2) 真菌營養(yǎng)缺陷型的檢出真菌營養(yǎng)缺陷型的檢出菌絲過濾法（可將野生型與突變型分離）菌絲過濾法（可將野生型與突變型分離）誘變處理分生孢子誘變處理分生孢子菌絲菌絲 分生孢子分生孢子液體培養(yǎng)基通氣培養(yǎng)液體培養(yǎng)基通氣培養(yǎng)未萌發(fā)的分生孢子未萌發(fā)的

8、分生孢子棉花過濾棉花過濾 除去菌絲除去菌絲缺陷性孢子、死孢子缺陷性孢子、死孢子確定營養(yǎng)缺陷性確定營養(yǎng)缺陷性 各種補充培養(yǎng)基培養(yǎng)各種補充培養(yǎng)基培養(yǎng)需長時間萌發(fā)的野生型孢子需長時間萌發(fā)的野生型孢子死孢子死孢子已突變的孢子已突變的孢子通氣培養(yǎng)通氣培養(yǎng) 過濾過濾 除去菌絲除去菌絲3） 二倍體生物突變的檢出二倍體生物突變的檢出 根據(jù)后代性狀的分離情況進行檢出根據(jù)后代性狀的分離情況進行檢出4） 果蠅突變的檢出果蠅突變的檢出 A 性連鎖基因隱性突變的檢出性連鎖基因隱性突變的檢出 (ClB法、法、 Muller- 5) Muller-5法： Muller-5品系品系: X染色體上有染色體上有B(棒眼棒眼) W

9、a(杏眼杏眼) 倒位：可抑制X染色體的交換。 檢出步驟檢出步驟 : 圖. 將待測的果蠅與將待測的果蠅與純合純合Muller果蠅雜交果蠅雜交. 將將F1 單對自交單對自交, . 觀察分析觀察分析F2 F2 : =1:1 Muller 和野生型和野生型待測雄果蠅無可見突變待測雄果蠅無可見突變 F2 : =2:1 ，只有，只有Muller 在在F2 中有突變型。中有突變型。待測雄果蠅有隱性可見突變待測雄果蠅有隱性可見突變 待測雄果蠅發(fā)生隱性致死突變待測雄果蠅發(fā)生隱性致死突變 B 常染色體突變常染色體突變平衡致死系平衡致死系(Cy和和S)果蠅果蠅2號染色體號染色體顯性翹翅基因顯性翹翅基因Cy（隱性致死

10、）（隱性致死）顯性星狀眼基因顯性星狀眼基因S （隱性致死）（隱性致死） 觀察分析觀察分析F3： a.如待測的如待測的2號染色體上無突變發(fā)生號染色體上無突變發(fā)生 F3中除有卷翅中除有卷翅(或星狀眼或星狀眼)外，還有外，還有1/3野生型野生型 b.如有隱性突變發(fā)生如有隱性突變發(fā)生 F3中除卷翅（或星狀眼）外，還有中除卷翅（或星狀眼）外，還有1/3突變類型。突變類型。 c. F3只有一種類型，卷翅（或星狀眼）只有一種類型，卷翅（或星狀眼）檢出特點檢出特點：只能檢出常染色體，且與平衡致死系：只能檢出常染色體，且與平衡致死系同號染色體上的基因突變。同號染色體上的基因突變。如果有隱性致死突變發(fā)生如果有隱性

11、致死突變發(fā)生5） 人類基因突變的檢出人類基因突變的檢出 常染色體突變：常染色體突變：借助蛋白質電泳技術，借助蛋白質電泳技術， DNA分子標記等分子標記等 性染色體突變：性染色體突變：可根據(jù)性狀表現(xiàn)檢出可根據(jù)性狀表現(xiàn)檢出 人的突變的檢出人的突變的檢出家系分析（家系分析（pedigree analysispedigree analysis）和出生調查）和出生調查 人的突變的檢出人的突變的檢出 下面是一個上眼瞼下垂的家系，先證者的父母表型正常，說明是新產生的突變。人的突變的檢出人的突變的檢出目前用的較多的檢出人類突變的另一方法，是目前用的較多的檢出人類突變的另一方法，是篩選各種蛋篩選各種蛋白質或酶的

12、微小變異：白質或酶的微小變異： 例如：鐮型細胞貧血癥患者基因型例如：鐮型細胞貧血癥患者基因型HbHbs s Hb Hbs s 血紅蛋白（血紅蛋白（S S）( ( S S S S) ) 正常為正常為 HbA HbA HbA HbA 血紅蛋白（血紅蛋白（A A）（）（ A A A A) ) 雜合體雜合體 Hbs HbA Hbs HbA 具兩種血紅蛋白的具兩種血紅蛋白的A A和和S(S( A A S S) ) A A與與S S兩種血紅蛋白電泳的遷移率不同，通過電泳可以分兩種血紅蛋白電泳的遷移率不同，通過電泳可以分辯辯人的突變的檢出人的突變的檢出人的突變的檢出人的突變的檢出分子水平：分子水平：RFLP

13、 RFLP 、AFLP AFLP 等、基因組序列等、基因組序列分析等。分析等。3.3.基因突變的分子機制基因突變的分子機制 自發(fā)突變：自發(fā)突變：自然狀況下產生的突變自然狀況下產生的突變基因突變基因突變 誘發(fā)突變：誘發(fā)突變：由誘變劑引起的突變由誘變劑引起的突變1) 基因突變的方式基因突變的方式 產生原因：復制錯誤、產生原因：復制錯誤、DNA損傷和轉座作用等。損傷和轉座作用等。根據(jù)突變發(fā)生在根據(jù)突變發(fā)生在DNA結構或序列的變化可分為：結構或序列的變化可分為： 堿基替換：堿基替換：一種堿基被另一種堿基替換一種堿基被另一種堿基替換 轉換：轉換： 嘌呤嘌呤嘌呤；或者嘌呤；或者 嘧啶嘧啶嘧啶嘧啶 顛換：顛

14、換： 嘌呤嘌呤嘧啶嘧啶; 或者或者 嘧啶嘧啶嘌呤嘌呤 移碼突變：移碼突變：增加或減少幾個堿基增加或減少幾個堿基,導致蛋導致蛋 白質翻譯錯位。白質翻譯錯位。 缺失和重復：缺失和重復：大片段堿基的缺失或重復，大片段堿基的缺失或重復， 如如E.coli乳糖發(fā)酵調節(jié)基因乳糖發(fā)酵調節(jié)基因lac 中四堿基重復序列中四堿基重復序列 根據(jù)堿基替換后氨基酸順序是否發(fā)生改變可分為：根據(jù)堿基替換后氨基酸順序是否發(fā)生改變可分為： 同義突變同義突變（samesense mutation）不改變氨基）不改變氨基 酸的密碼子變化，與密碼子的兼并性有關酸的密碼子變化，與密碼子的兼并性有關. 如如GAU/GACAsp. 錯義突

15、變錯義突變（missense mutation） 堿基替換的結果堿基替換的結果 引起氨基酸序列的改變引起氨基酸序列的改變. 無義突變無義突變（nonsense mutation）編碼區(qū)的單堿基）編碼區(qū)的單堿基 突變導致終止密碼子突變導致終止密碼子(UAG、UGA、UAA) 的形成的形成, 使使 mRNA的翻譯提前終止的翻譯提前終止, 形成不完形成不完 全的肽鏈全的肽鏈. 延長突變：延長突變：堿基替換使終止密碼變?yōu)榫幋a某種氨基酸的堿基替換使終止密碼變?yōu)榫幋a某種氨基酸的 密碼子的突變密碼子的突變如鐮刀型貧血癥：血紅蛋白如鐮刀型貧血癥：血紅蛋白B鏈鏈(146Aa)，6號氨基酸的替換號氨基酸的替換,

16、導致明顯的表型癥狀。導致明顯的表型癥狀。GluVal, 若若Glu Asp則影響較小。則影響較小。2) 自發(fā)突變的分子機制自發(fā)突變的分子機制 造成造成DNA錯誤復制的原因：錯誤復制的原因： a、堿基的互變異構作用堿基的互變異構作用 b、DNA復制過程中模板鏈或子鏈環(huán)出，復制過程中模板鏈或子鏈環(huán)出，造成子鏈的堿基缺失或增加，引起移碼突造成子鏈的堿基缺失或增加，引起移碼突變變 自發(fā)化學損傷自發(fā)化學損傷：自然產生的對：自然產生的對DNA的損傷的損傷 脫嘌呤脫嘌呤 由于堿基和脫氧核糖間的糖苷鍵受到由于堿基和脫氧核糖間的糖苷鍵受到破壞破壞,從而引起一鳥嘌呤或腺嘌呤從從而引起一鳥嘌呤或腺嘌呤從DNA分子上

17、分子上脫落下來脫落下來. 脫氨基作用脫氨基作用 C脫氨基變成脫氨基變成U; A脫氨基變成脫氨基變成H, H和和G配對造成轉換配對造成轉換A A-T H-T H-C H-C A-T G-CB G-C G-U A-UA-U G-C A-T 圖: 脫氨基造成的堿基轉換 氧化損傷氧化損傷: 活潑氧化物如：超氧基（活潑氧化物如：超氧基（O2-），），氫氧基（氫氧基（OH- ）和過氧化氫（）和過氧化氫（H2O2），）， 對對DNA造成損傷造成損傷 G 氧化成為氧化成為GO， GO與與A錯配導致錯配導致GC TA3）誘發(fā)突變的分子機制（誘發(fā)突變的分子機制（induced mutaion）由各種誘變劑（物理的

18、、化學的）誘發(fā)的突變由各種誘變劑（物理的、化學的）誘發(fā)的突變電離輻射電離輻射原理：基因的化學物質原理：基因的化學物質(DNA)(DNA)發(fā)生電離作用。發(fā)生電離作用。堿基對、堿基結構破壞、改變堿基對、堿基結構破壞、改變基因突變基因突變；磷酸二酯鍵斷裂、染色體斷裂重接磷酸二酯鍵斷裂、染色體斷裂重接染色體結染色體結構變異構變異。電離輻射的作用：電離輻射的作用：直接作用：直接作用：DNADNA或染色體被射線作用產生電或染色體被射線作用產生電 離或激發(fā)引起變異離或激發(fā)引起變異間接作用：間接作用：細胞內物質吸收能量產生氧自細胞內物質吸收能量產生氧自 由基，破壞由基，破壞DNADNA結構結構遺傳效應：遺傳效

19、應：低劑量低劑量 生長正常生長正常 高劑量高劑量 生長異常或死亡生長異常或死亡離子輻射可以使慢性髓細胞白血病發(fā)生率增高，離子輻射可以使慢性髓細胞白血病發(fā)生率增高，在廣島和長畸原子彈爆炸后幸存者、接受脊椎放在廣島和長畸原子彈爆炸后幸存者、接受脊椎放療的強直性脊椎炎患者和接受放療的宮頸癌患者療的強直性脊椎炎患者和接受放療的宮頸癌患者中慢性髓細胞白血病發(fā)病率與其他人群相比明顯中慢性髓細胞白血病發(fā)病率與其他人群相比明顯增高。增高。 美國前陸軍上校阿薩夫美國前陸軍上校阿薩夫杜拉科維克醫(yī)杜拉科維克醫(yī)生語出驚人地宣稱，海灣戰(zhàn)爭綜合癥的生語出驚人地宣稱，海灣戰(zhàn)爭綜合癥的真正禍源是美軍所發(fā)射的大量貧鈾彈，真正禍

20、源是美軍所發(fā)射的大量貧鈾彈，“數(shù)萬名數(shù)萬名”美英海灣戰(zhàn)爭軍人正因貧鈾美英海灣戰(zhàn)爭軍人正因貧鈾彈輻射而面臨死亡的危險！彈輻射而面臨死亡的危險！ 貧鈾一旦進入人體，就貧鈾一旦進入人體，就會導致癌癥、不可逆的腎會導致癌癥、不可逆的腎損傷、免疫系統(tǒng)紊亂、影損傷、免疫系統(tǒng)紊亂、影響生殖功能，甚至還有研響生殖功能，甚至還有研究人員稱，貧鈾會從基因究人員稱，貧鈾會從基因上改變細胞，后果可想而上改變細胞，后果可想而知。知。 孫渤先生為煙臺大學外國語學院外貿英語教學部主任，副教授。他曾于1989年7月至1990年8月在中國駐科威特使館任商務隨員，1991年3月，他又返回科威特參加重建被毀中國使館工作，是首批海灣

21、戰(zhàn)爭結束前重返科威特的6名中國外交官之一。他頻繁出入戰(zhàn)場，并遭遇軍火庫爆炸和武裝拘壓等偶發(fā)事件，在惡劣、艱苦的工作環(huán)境中受到美軍投下的貧鈾彈核輻射侵害，在海灣地區(qū)工作時就巳患上怪病，后來被確診為海灣戰(zhàn)爭綜 合癥。他是我國官方公開承認的第一例海灣 戰(zhàn)爭綜合癥患者，傷殘等級為一等公殘。據(jù) 醫(yī)學檢測表明，孫渤同志遭受了核輻射， 染色體嚴重變異，身體的免疫系統(tǒng)、神經系 統(tǒng)、內分泌系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等方面 均遭到了嚴重破壞。而最大的問題是受輻射影 響，他已失去生育能力。 非電離輻射非電離輻射 紫外線的致突變作用紫外線的致突變作用紫外線使形成嘧啶二聚體，紫外線使形成嘧啶二聚體， 如如T二聚體二聚體

22、B 化學誘發(fā)（化學誘發(fā)（induced mutaion） 主要的誘變劑：主要的誘變劑：堿基類似物堿基類似物 eg. 5-BU 和和5-BrdU是胸腺嘧是胸腺嘧 啶啶(T)的結構類似物，酮式結構易與的結構類似物，酮式結構易與 A配對；烯醇式結構易與配對；烯醇式結構易與G配對。配對。 另有另有2-氨基嘌呤氨基嘌呤(2-AP, A類似物類似物)、 5- 氟尿嘧啶、氟尿嘧啶、 5-氯尿嘧啶等。氯尿嘧啶等。 芥子氣進入體內后可以與體內DNA、RNA和某些蛋白質起烴化反應，使得細胞的代謝和功能發(fā)生障礙，產生變性、炎癥和壞死。 酮式與A配對，烯醇式與G配對改變改變DNA結構的化合物：亞硝酸、羥胺和烷化劑結構

23、的化合物：亞硝酸、羥胺和烷化劑 亞硝酸：亞硝酸：使使腺嘌呤（腺嘌呤（A）變成次黃嘌呤）變成次黃嘌呤(H)、胞胞嘧啶（嘧啶（C）變成尿嘧啶（）變成尿嘧啶（U）H的配對特性象的配對特性象G，容易和，容易和C配對成配對成H-C；U的配對的配對特性象特性象T，和，和A配對成配對成A-U。在下一次。在下一次DNA復制時復制時完成完成ATGC，GCAT的轉換。的轉換。 羥胺：羥胺：能使胞嘧啶（C） 先變成羥氨基胞嘧啶， 再經互變異構反應變 成能與腺嘌呤配對的 羥氨基胞嘧啶，導致 GC對變成了AT對， 從而誘發(fā)了基因突變。 烷化劑：烷化劑：使嘌呤脫落，造成轉換、顛換、斷使嘌呤脫落，造成轉換、顛換、斷裂或其他

24、突變裂或其他突變 是目前應用最廣泛而有效的誘變劑。最常是目前應用最廣泛而有效的誘變劑。最常用的有甲基磺酸乙酯用的有甲基磺酸乙酯(EMS)，甲基磺酸甲酯，甲基磺酸甲酯(MMS)、亞硝酸胍等。、亞硝酸胍等。 能和能和DNADNA起化學反應并能改變堿基氫鍵特性起化學反應并能改變堿基氫鍵特性的物質：的物質：烷化劑、亞硝酸烷化劑、亞硝酸和羥胺等和羥胺等 烷化劑烷化劑(EMS(EMS、MMS)MMS) 烷化作用烷化作用 堿基水解缺失堿基水解缺失 轉換與顛換轉換與顛換 結合到結合到DNA分子上的化合物分子上的化合物 ： 吖啶類染料吖啶類染料: 吖啶橙、吖啶橙、 吖啶黃素、原黃素、吖啶黃素、原黃素、 溴化乙錠等堿基對的溴化乙錠等堿基對的 類似物，易造成移碼突變。類似物，易造成移碼突變。 黃曲霉毒素黃曲霉毒