◆基因突變(genemutation)：染色體上某一基因位點內部發生了化學性質(結構)的變化，與原來基因形成對性關系。★例如：植物高稈基因D突變為矮稈基因d。★經典遺傳學(基因論)認為：基因就是一個“點”，在染色體上具有一定的位置和相互排列關系，而基因突變就是一個點的改變，是以一個整體進行突變。因此從經典遺傳學水平看，基因突變又稱為“點突變”(pointmutation)。◆摩爾根等1910年發現果蠅眼色的突變(W

w)，并進行鑒定與分析，從而明確證實基因突變的存在。基因突變

locus與site經典遺傳學認為：基因是染色體上的一個點，稱位點(locus)。現代基因概念認為：基因是DNA分子帶有遺傳信息的堿基序列區段；基因是由眾多堿基對構成，此時將一個堿基對稱為基因的一個座位(site)；而將基因在染色體上的位置則稱為位點(locus)。從細胞水平上理解，基因相當于染色體上的一點，稱為位點。從分子水平上看，一個位點還可以分成許多基本單位，稱為座位。locus與site◆基因突變的發生：在自然條件下廣泛、大量存在；★自然發生：自然界的因素；★人工誘發：理化因素，更高突變頻率。◆基因突變形成的不同等位基因及相對性狀差異是人們發現該基因(位點)存在的前提；◆是生物進化過程中自然選擇的最根本基礎；◆也是生物遺傳育種的重要基礎。★矮稈基因的利用；★植物雄性不育基因(細胞質基因突變)的利用。

基因突變的類型根據誘發的原因，基因突變可分為以下兩個類型：1.自發突變（spontaneousmutation），所謂的自發突變，是指在沒有人工特設的誘發條件下，由于外界環境的自然作用或生物體內生理或生化變化而誘發的突變。根據這個定義，我們知道所謂的自發突變并不是沒原因的突變，而是指人工特設誘變因素以外的其它因素引起的突變。2.誘發誘變：這是指由人工特設誘發因素而引起的突變。根據突變引起的表型特征，可將突變分為：１.形態突變（morphologicalmutation），是泛指能造成外形改變的突變。例：普通綿羊的四肢有一定的長度，但安康羊（Anconsheep）的四肢很短，這類突變可在外觀上看到，稱為可見突變（visiblemutations）控制質量性狀的基因突變屬于大突變。控制數量性狀的基因突變大都屬于微突變。例如：玉米的長果穗和短果穗為了鑒別微突變的遺傳效應，常需要借助統計方法加以研究分析。根據突變引起的表型特征，可將突變分為：２.致死突變（lethalmutation）：是指能造成個體死亡的突變，致死突變型又可分為全致死突變型（90％以上死亡），亞致死突變（50%∽90%％死亡）；半致死突變（10%∽50%死亡）和弱致死突變（10%以下死亡）。顯性致死：雜合態即有致死。隱性致死：純合態才有致死鐮刀形貧血癥、植物白化基因等。根據突變引起的表型特征，可將突變分為：3．條件致死突變（conditionallethalmutation)：指在一定條件下表現致死效應，而在其它條件下可以存活的突變。例如：噬菌體T4的溫度敏感突變型在25℃時能在E.coli宿主中正常生長，形成噬菌斑，但在42℃時就不能這樣。

4．生化突變（biochemicalmutation)：指沒有形態效應，但導致某種特定生化功能改變的突變。

例：鏈孢霉的氨基酸突變型＋某種氨基酸才能生長第一節

基因突變的時期和特征

P249第二節基因突變與性狀表現

P253第三節基因突變的鑒定

P254第四節基因突變的分子基礎

P258第五節基因突變的誘發

P263第六節轉座因子

P268本章小結第九章基因突變◆由基因突變而表現突變性狀的細胞或個體，稱為突變體或突變型(mutant)。◆顯性突變：突變產生的新基因對原來的基因表現為顯性。◆隱性突變：

突變產生的新基因對原來的基因表現為隱性。第一節基因突變的時期和特征（一）基因突變的時期◆生物個體發育的任何時期均可發生：★性細胞

(突變)

突變配子

后代個體；★體細胞

(突變)

突變體細胞

組織器官。體細胞突變的保留與芽變選擇。◆性細胞的突變頻率比體細胞高：★性母細胞與性細胞對環境因素更為敏感。◆(等位)基因突變常常是獨立發生的：★在體細胞中如果隱性基因發生顯性突變，當代就會表現出來，同原來性狀并存，形成鑲嵌現象或稱嵌合體(chimaera)◆突變時期不同，其表現也不相同

嵌合體

第一節基因突變的時期和特征突變發生的時期和部位從理論上講，突變可以發生在生物個體發育的任何時期，在體細胞或性細胞中都可發生，但性細胞發生的頻率要比體細胞高些。性細胞發生的突變可以通過受精直接傳遞給后代。突變發生的時期和部位：體細胞如果發生突變，突變的體細胞在生長過程中，往往競爭不過周圍的正常細胞，受到抑制或最終消失。所以保留體細胞的突變，需將它從母體上及時分割下來加以無性繁殖，許多植物的突變就是體細胞的突變結果。如果果樹上一旦發生優良突變，即可直接采用無性繁殖方法育成新品種。

突變發生的時期和部位：基因突變通常是獨立發生的，即某一基因位點的這一等位基因發生突變時，不影響其它等位基因。例如AA突變為Aa或aa突變為Aa。在體細胞中如果隱性基因發生顯性突變，當代就能表現出來，同原來性狀并存，形成鑲嵌現象，形成嵌合體。突變發生的越早，鑲嵌范圍越大。高等生物基因突變時期與性狀表現突變時期顯性突變隱性突變

(或下位性突變)高等生物性細胞突變當代表現突變性狀。突變當代不表現突變性狀，其自交后代才可能表現突變性狀。體細胞突變當代表現為嵌合體，鑲嵌范圍取決于突變發生的早晚。突變當代不表現突變性狀，往往不能被發現、保留。低等生物

(單倍體)有性生殖表現突變性狀表現突變性狀無性生殖表現突變性狀表現突變性狀三、基因突變的一般特征基因突變表現出以下幾個方面的普遍特征：(一)、突變的重演性和可逆性(二)、突變的多方向性與復等位基因(三)、突變的有害性和有利性(四)、突變的平行性(一)、突變的重演性和可逆性◆突變的重演性：

同一突變可以在生物的不同個體上多次發生。★同一基因突變在不同的個體上均可能發生；★不同群體中發生同一基因突變的頻率相近。＊突變的重演性：指同種生物的同一基因突變為相同的表型，可以在不同個體間重復出現(指同一突變可以在同種生物的不同個體間多次發生)。例如果蠅的白眼突變，在多次試驗中都出現過類似的突變，且它們的突變的頻率也極相近似。◆突變的可逆性：基因突變的發生方向是可逆的。★正突變(forwardmutation)：顯性基因A

隱性基因a；★反突變(reversemutation)：隱性基因a顯性基因A。★通常認為：野生型基因是正常、有功能基因；而最初基因突變往往是野生型基因突變而喪失功能、發生功能改變，表現為隱性基因。所以反突變又稱為回復突變(backmutaiton)。◆通常用u表示正突變頻率、v表示反突變頻率，則：

正突變u

野生型===========突變型

反突變v(一)、突變的重演性和可逆性突變的可逆性即可發生回復突變，顯性基因Ａ可以突變為隱性基因ａ，而隱性基因ａ也可以突變為顯性基因Ａ，前者稱為正向突變（forwardmutation）。后者稱為反向突變或回復突變（backmutation）。正向突變和反向突變的發生頻率是不一樣的。在多數情況下，正向突變率總是高于反向突變率。這是因為一個正常野生型基因內部的許多位點的分子結構，都可能發生改變而導致基因突變。但是一個基因內部卻只有那個被改變了的結構恢復原狀，才可回復為正常野生型。需要指出的是，由于缺失而引起的突變不能發生回復突變。正突變與反突變的頻率◆正突變與反突變發生的頻率一般都不相同。多數情況下：正突變率總是高于反突變率。◆原因在于：★正常野生型基因內部存在許多可突變部位，其中之一結構改變均會導致其功能改變；★但是一旦突變發生，要回復正常野生型功能則只能由原來發生突變的部位恢復原狀。突變頻率突變頻率是指生物體在每一世代中（單細胞生物以每一細胞）發生突變的頻率，也就是一定時間內突變可能發生的次數。突變頻率一般是很低的，不同的生物，不同的基因其突變率相差較大。如果在人工誘變條件下，突變頻率可以大大提高，有時可達幾千倍。

突變頻率據估計在高等生物中基因突變率為1×10-5至1×10-8，即在一萬至一億個配子中只有一個發生突變。突變率通常是用每一個配子發生突變的概率，即用一定數目的配子中的突變配子數表示，例如玉米粒7個基因的自然突變率彼此各不相同。在低等生物中，如細菌，基因突變率為1×10-4至1×10-10，變異幅度更大，即在一萬至一百億個細菌中可以看到一個突變體。在細菌中突變率是同每一細胞世代中每一細菌發生突變的概率，即用一定數目的細菌在分裂一次過程中發生突變次數表示。突變頻率P250表10-1(二)、突變的多方向性與復等位基因P250◆突變的多方向性：指基因突變可以多方向發生，即基因內部多個突變部位分別改變后會產生多種等位基因形式。例如：A基因不同部位發生改變產生突變基因a1、a2、a3等對A均表現為隱性的基因。新基因可能均是無功能的，也可能各具不同功能。◆復等位基因(multipleallele)：位于同一基因位點上的多種各個等位基因。★在二倍體與異源多倍體中，同一位點只能有一對基因，最多存在兩種等位基因形式；因此復等位基因的各種形式會存在于生物群體的不同個體中。(二)、突變的多方向性與復等位基因人類ABO血型的復等位基因◆人類紅細胞表面抗原的特異性由3個復等位基因IA，IB，i決定★其中IA，IB對i均為顯性；★IA，IB間為共顯性。★3種基因兩兩組合可能形成6種基因型、4種紅細胞表面抗原反應類型，如下表所示(其中用IO表示i)：突變的多方向性與復等位基因基因的突變可以向多個方向進行，一個基因Ａ可以突變為a1、a2、a3……an等而構成所謂的復等位基因（multiplealleles）。這些復等位基因可以從野生型基因突變產生，也可以從其它任何一個突變基因突變產生。它們對A來說都是隱性基因。突變的多方向性與復等位基因具有對性關系的基因是位于同一基因位點上的。位于同一基因位點的各個等位基因，在遺傳上稱為復等位基因。復等位基因不存在于同一個體，而是存在于同一生物類型的不同個體里。復等位基因廣泛存在于生物界。突變的多方向性與復等位基因突變的多方向性與復等位基因突變的多方向性與復等位基因煙草的自交不親和性基因P251◆自交不親和性(self-incompatibility)：植物自花授粉不結實，而株間授粉可能結實的現象。◆煙草屬有兩個野生種(Nicotianaforgationa與N.alata)表現自交不親和性。★這一特性由15個復等位基因(S1,S2,…,S15)控制，稱為自交不親和基因。★研究表明：其原因是具有某一基因的花粉粒不能在具有相同基因的柱頭上萌發、伸長，因而不能完成受精過程。也即：柱頭對具有相同基因的花粉粒具有拮抗作用。★其機理如下圖野生煙草交配親和性遺傳機理(三)、突變的有害性和有利性P252突變的有害性：大多數基因的突變，對生物的生長與發育往往是有害的。★生物的野生型基因都是正常有功能的；★生物細胞內現有的基因是通過長期自然選擇進化而來，并且基因間達到某種相對平衡與協調狀態。★因此，基因突變可能會導致：基因間及相關代謝過程的協調關系被破壞。★基因突變與表現往往會導致當代生物個體：性狀變異、個體發育異常、生存競爭與生殖能力下降，甚至死亡——致死突變。2006.5.29第14周周二第4節課致死突變◆致死突變：指發生突變后會導致特定基因型個體死亡的基因突變。★大多數致死突變都為隱性致死(recessivelethal)，只有突變后代中的隱性純合體才表現為致死的效應。★少數致死突變表現為顯性致死(dominantlethal)，帶有突變基因的個體都會死亡。如：人的神經膠癥(epiloia)基因。★如果致死突變發生在性染色體上，將產生伴性致死(sexlinkedlethal)現象。小鼠(Musmusculus)毛色遺傳的隱性致死突變◆在正常黑色鼠中發現一種黃色突變型，雜合體(黃色)自群交配、雜合體與黑色鼠交配結果如下圖所示。◆研究表明：黃色基因(AY)在毛色上表現為顯性，但是同時具有顯性純合致死效應；AYAY個體胚胎階段即死亡，所以雜合體自群交配毛色會表現2:1。突變的有害性與有利性：多數事例表明，突變大多數是有害的。現存的生物由于經過長期自然選擇進化而來，它們的遺傳物質及其控制下的代謝過程，都已達到相對平衡和協調狀態。如果某一基因一旦發生突變，原有的協調關系不可避免地要遭到破壞或削弱，生物賴以正常生活的代謝關系就會被打亂，從而引起不同程度的有害結果，一般表現為生育反常，極端的會導致死亡，這種導致個體死亡的突變稱為致死突變。突變的有害性與有利性：P252突變的有害性與有利性：植物隱性白化突變◆與葉綠體形成有關的基因多達50多對，其中不少基因突變(喪失功能)均可能導致葉綠素不能形成，產生白化苗。◆白化苗不能進行光合作用，子葉或胚乳中養料耗盡時，幼苗就死亡。如下圖所示：2.突變的有利性◆突變的有害與有利性是相對的：★主要針對突變性狀表現當代個體而言；★同時也主要是對生物本身的生長發育、繁殖而言。◆在某些情況下，基因突變的有害與有利性可以轉化：★對突變性狀表現當代及后代群體而言：例如：抗逆性(抗生物、非生物協迫)；★對后代群體在特殊環境中生存而言：例如：作物矮稈突變型在多風與高肥環境下；又如：果蠅殘翅突變型在多風海鳥環境下。★對人類需求與利用而言：如：作物矮稈突變型的利用；又如：作物雄性不育突變型的利用。少數的突變能促進和加強某些生命活力，所以是有利的突變。例如作物抗病性，微生物的抗藥性等，這些突變為生物進化提供了最有利的條件。抗藥性突變與藥物：微生物產生抗藥性突變與藥物的存在與否沒有關系。藥物的存在只是起篩選作用。3.中性突變◆中性突變：指突變型的性狀變異對生物個體生活力與繁殖力沒有明顯的影響，在自然條件下不具有選擇差異的基因突變。★生物進化過程中自然環境對生物的選擇主要依據生物在競爭條件生活力與繁殖力的差異。在特定環境下生活力與繁殖力相對較高的類型(各種突變型)被保存下來；反之則淘汰。★沒有生活力與繁殖力差異的類型則是隨機地保留下來，因此某些性狀在生物群體內多種突變型與突變基因共同存在。有些基因僅僅控制一些次要性狀，它們即使發生突變，也不會影響生物的正常生理活動，因而能保持其正常的生活力和繁殖力，為自然選擇保留下來，這類突變，一般稱為中性突變。如：小麥粒色的變化(四)、突變的平行性P253◆指親緣關系相近的物種因為遺傳基礎比較接近，往往會發生相似的基因突變。★根據這一學說，如果一個物種或更大的生物分類單位中存在某種類型的變異，與其同類的生物中也可以預期得到這些變異類型。如：禾本科植物籽粒性狀變異、矮稈突變。突變的平行性是指親緣關系相近的物種因遺傳基礎比較近似，往往發生相似的基因突變。根據突變的平行性，當了解到一個物種有哪些突變就能預見到近緣的其他物種也同樣存在相似的變異類型。突變的平行性對人工誘變，物種親緣關系和進化的研究有一定的參考意義。突變的平行性表10-3

P253＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象＊自然界生物突變現象第二節基因突變與性狀表現P253一、顯性突變和隱性突變的表現◆一對等位基因同時突變的概率非常低，所以突變發生當代一般都是雜合體，顯性突變與隱性突變的性狀表現也有所不同；◆顯性突變和隱性突變自交后代中檢測到突變型的早晚、獲得純合體的快慢也有所不同：★如果用M表示突變世代，M1為突變發生當代，其自交后代分別用M2(M3,…)表示，顯隱性突變的檢出與純合情況。◆天然突變也因生物繁殖方式不同而異：★自花授粉/異花授粉。顯性突變與隱性突變的檢出與純合P254二、大突變與微突變的表現P254◆細胞內基因所控制的性狀各有不同，因此不同基因突變引起的表型變異程度也不相同。★大突變：突變基因的效應表現明顯，容易識別。

一般是控制質量性狀的主效基因的突變。★微突變：突變基因的表型變異微小，較難識別。

主要是控制質量性狀的微效應基因發生的突變。◆微突變所產生的變異也就是數量性狀變異，因此應采用數量遺傳的方法進行研究。◆已有研究表明：微突變中有利突變率更高，而且可以通過多基因的累加效應產生顯著效應，因而在育種中也具有非常高的應用價值。*基因突變的相關研究內容◆當基因突變表現出來之后，就要對其進行深入的研究與利用，相關的研究內容可能包括：★突變的產生：如何產生、提高突變率、控制突變方向；★突變的真實性鑒定：是否能穩定遺傳；★突變基因的性質：顯性/隱性；★突變頻率的測定；★其它深入研究：

基因定位(染色體定位與連鎖分析)；

基因克隆、測序(分子水平)；

遺傳與表達機制(生理生化)；

育種應用(雜交育種、轉基因)。第三節基因突變的鑒定P254經誘變產生的變異是否屬于真實的基因突變，是顯性突變還是隱性突變，突變發生頻率的高低等，都要進行鑒定。基因突變的鑒定例如，某種高稈植物經誘變處理，在其后代中發現個別矮稈植株，這種矮稈植株是由于基因突變，還是由于土壤肥力差造成的，需要進行鑒定。要把矮稈的變異體同原始親本一起，種植在土壤和栽培條件一致的條件下，仔細觀察比較兩者的表現，如果變異體跟原始親本一樣，都是高稈，說明它是不遺傳變異，反之，如果變異體與原始親本不同，仍然表現為矮稈，說明它是可遺傳的，是基因發生了突變。還要通過雜交確定突變體是顯性突變，還是隱性突變。讓突變體矮稈植株與原始親本雜交，如果F1表現高稈，F2既有高稈，又有矮稈，說明矮稈突變是隱性突變，而不是顯性突變。如屬顯性突變，也可用同樣方法加以鑒定。基因突變的鑒定P矮稈×高稈(原始親本)

↓

F1

高稈

↓

F23/4高稈∶1/4矮稈基因突變的鑒定基因突變的鑒定第三節基因突變的鑒定P254一、植物基因突變的鑒定

（一）突變真實性的鑒定◆原始材料與變異體在一致的環境條件下種植(培育)；◆對兩類個體進行性狀考察與比較分析(進行方差分析)；◆根據試驗結果進行判定：★兩類個體間沒有差異

不可遺傳變異(環境變異)；★差異仍然存在

存在真實差異為突變體。◆分子水平鑒定方法：★蛋白質產物的差異分析；★

DNA(RFLP、RAPD等方法)。（二）突變顯隱性的鑒定（三）突變率的測定1.基因突變的頻率★突變率(mutationmate)指生物在一個世代中在特定條件下發生某一突變的概率。

也就是突變體占該世代個體的比例。★有性生殖生物：

用突變配子占總配子比例(配子發生突變的概率)表示；★(單細胞)無性繁殖生物：

每一世代中細胞發生突變的頻率。2.自然突變頻率自然條件下基因突變率一般較低，并隨生物種類、基因而異：◆不同生物種類的基因突變率：★高等植物： 1×10-5-1×10-8;★低等生物，如細菌： 1×10-4-1×10-10;★人： 1×10-4-1×10-6.◆同一物種的不同基因的天然突變率也明顯不同：3.花粉直感法測定突變(誘變)率玉米籽粒胚乳：非甜(Su)

甜(su)P: 甜粒親本(susu)×非甜粒親本(SuSu)G: su Su

suF1: Susu(非甜)

susu(甜粒)

正常花粉粒后代 突變花粉粒后代誘變處理測定突變率，最簡便的方法是用花粉直感現象，估算配子的突變率例如，為測定玉米子粒由非甜粒變甜粒(Su→su)的突變率，用甜粒玉米純種(susu)作母本，由誘變非甜粒玉米純種(SuSu)的花粉作父本進行雜交：P

susu甜粒×SuSu非甜粒配子：su

Su

su

(經誘變處理的花粉)F1：Susu非甜粒su甜粒正常花粉粒后代 突變花粉粒后代已知非甜粒(su)對甜粒(Su)為顯性，如果在2萬個子粒中出現了2粒甜粒玉米，說明在2萬粒花粉中有2粒花粉的基因已由Su突變為su，這樣可測知Su基因的突變率為萬分之一。3.花粉直感法測定突變(誘變)率誘變處理基因突變的鑒定測定突變率4.體細胞誘變頻率測定稻麥等谷類作物有分蘗存在，經過種子處理而長成的植株其體細胞突變往往只發生于一個分蘗的幼芽或幼穗原始體。因而只影響一個穗子，甚至其中少數子粒，如果是隱性突變必須分株，分穗收獲，然后分別播種幾代才能發現突變性狀。◆對種子(胚)進行誘變處理，突變可能發生于：★葉原基

葉片；★葉腋原基

分蘗(有效分蘗/無效分蘗)；★莖尖生長點

主穗及后發生分蘗。◆發生顯性突變：★突變當代M1相應器官表現突變性狀。◆發生隱性突變：★突變當代M1并不表現突變性狀；★其自交后代M2將有部分個體表現突變性狀。◆這時往往用M2中突變體比例來表示突變率(例)。基因突變的鑒定

現以大麥為例，說明誘發隱性突變表現的過程，假定某一大麥植株的主莖發生隱性突變(A→a)，而兩個側蘗仍保持原狀(AA)，成熟時要按單穗分別收獲，以便穗行播種。在第二代(M2)發現由主莖穗播種的幼苗大約四分之一表現突變，其余都表現正常。把表現隱性突變和尚未表現突變的單穗統統按單行播種為第三代(M3)，結果在由原來主莖穗播種的后代中發現有四分之一幼苗表現突變，說明它在在第二代(M2)的遺傳組成為Aa，一行仍未表現突變，說明它在第二代(M2)仍為AA，如果第二代(M2)全部表現突變，說明它已成為純合的突變系(aa)，原來未發生突變的兩個側蘗，經過第二代，第三代仍未表現突變，說明它們的遺傳組成，仍然是AA。基因突變的鑒定*果蠅性連鎖突變的檢出（1）鑒別果蠅X染色體上基因的隱性突變

Muller-5技術：檢出果蠅X染色體上的隱性突變特別是致死突變，這與ClB原理一樣。Muller-5品系的X染色體上：B（Bar棒眼）Wa

（apricot杏色眼）Sc

(Scute,小盾片少剛毛）倒位可抑制Mullers的X染色體

*果蠅性連鎖突變的檢出實驗時，把野外采集的，或經誘變處理的雄蠅，與Muller-5雌蠅交配，得到子一代后，做單對交配，看子二代的分離情況。如有致死突變，F2中沒有野生型雄蠅，如有隱性的可見突變，則除Muller-5雄蠅外，出現具有可見突變的雄蠅。（2）果蠅常染色體上突變的檢出果蠅常染色體上的致死突變也可以被檢出，但要經過三代。例如：要檢出果蠅第二染色體上的突變基因可利用平衡致死系統一條第二染色體上顯性基因Cy（curly,翻翅）純合致死，還有一個大倒位另一條第二染色體上顯性基因S（star,星狀眼）純合致死

Cy+×Cy++S+S

Cy++S

該平衡致死系統，同時又是倒位雜合體。檢出過程如下：在子三代時：（1）如最初第2染色體上不帶致死基因，則有1/3左右的野生型（2）如最初第2染色體含有致死基因，則只有翻翅果蠅（3）如最初第2染色體上會有隱性可見突變，則除翻翅果蠅外，還有1/3左右的突變型。（4）如最初第2染色體上含有半致死突變，則野生型很少。二、生化突變的鑒定P256◆

比德爾Beadle,G.W.(1941)通過紅色面包霉突變研究發現：基因是通過酶的作用控制性狀表現，提出“一個基因一個酶”假說(如圖所示)。生化突變及相關概念◆生化突變：由于誘變因素影響導致生物代謝功能的變異。可以對正常個體與變異個體的生化特性研究以分析基因的作用機制。◆野生型(wildtype)與原養型(prototroph)★野生型是指存在于自然界中沒有經過基因突變，具有正常生化代謝功能的遺傳類型；★原養型指具有與野生型相同營養需求與表現的遺傳類型，有時特指突變型恢復為與野生型相同的個體。◆營養缺陷型(auxotroph)★因基因突變喪失了某種生活物質合成能力，在基本培養基上不能正常生長，需加入相應營養成分的突變型。（一）紅色面包霉的生化突變型◆野生型紅色面包霉能在基本培養基上正常生長。水、無機鹽、糖類、微量生物素(酶促合成)必需的復雜有機物◆幾種生化突變型：★突變型a：精氨酸 (精氨酸合成缺陷型)；★突變型c：精氨酸或瓜氨酸 (瓜氨酸合成缺陷型)；★突變型o：精氨酸、瓜氨酸或鳥氨酸

(鳥氨酸合成缺陷型)。◆研究表明，精氨酸是蛋白質合成的必需氨基酸，而其合成途徑為：（一）紅色面包霉的生化突變型（二）紅色面包霉生化突變的鑒定方法◆突變的誘發：X射線或UV照射分生孢子，再與野生型交配，產生分離的子囊孢子◆突變的鑒定：★

突變的真實性：在基本培養基上培養——

能夠生長

未發生營養缺陷型突變； 不能生長

可能發生營養缺陷型突變。★

突變的類型(哪類型營養缺陷型突變？)： 氨基酸？(加入各種氨基酸)不能生長。 維生素？(加入各種維生素)能夠生長。★進一步鑒定具體類型：

硫胺素(VB1)、吡哆素(VB6)、泛酸、肌醇。紅色面包霉生長突變的誘發和鑒定鏈孢霉營養缺陷型突變的檢出1、菌絲過濾法（可將野生型與突變型分離）鏈孢霉不受青霉素的影響，但是可以用菌絲過濾法把野生型和突變型分離。野生型的孢子能在基本培養基中萌發并長成菌絲，而缺陷型則一般不萌發或不能長成菌絲。這些萌發的分生孢子就可以用棉花過濾去掉，未萌發的分生孢子繼續留在液體培養基中。2006.6.01第14周周四第3節課鏈孢霉營養缺陷型突變的檢出2、營養缺陷型突變的檢出與鑒定1945年，美國遺傳學家Beadle和生物化學家Tatium研究出檢測鏈孢霉營養缺陷型突變的方法。基本根據：野生型菌株能合成一系列化合物--基本培養基上生長；缺陷型菌株:不能在基本培養基上生長；能在完全培養基上生長；能在基本培養基＋它所不能合成的物質→生長。（圖）鏈孢霉營養缺陷型突變的檢出

這樣依次分析下去，就可知道是哪種AA或哪種維生素不能合成。為了進一步確定發生的變異是由那一個基因控制的，還要將經過上述方法檢出的突變型，跟不同交配型的野生型交配。看產生的子囊孢子的發育，表現出來什么樣的分離現象，如果表現為1:1的分離，即4個是野生型，4個是突變型，那就表明是一個基因突變。*大腸桿菌營養缺陷型的檢出1、影印接種法（影印培養法Replica-platingtechnique）

E.coli

誘變劑E.coli稀釋→完全培養基Masterplate（主平皿）→基本培養基上（Replicaplate）

對照Masterplate和Replicaplate相應位置所長菌落情況，在Replicaplate上相應位置不長，而在Masterplate相應位置所長的菌落即為營養缺陷突變。（圖）在復制平板上（基本培養平板上）添加適當的物質，便能鑒別特定類型的營養缺陷型。大腸桿菌營養缺陷型的檢出2、青霉素法這種方法只適用于細菌，當把經誘變處理的大腸桿菌（含突變型和野生型）培養在含有青霉素的基本培養基中時。野生型E.coli→可生長繁殖，蛋白質等物質進行合成，但由于青霉素作用，細胞壁不再增大，導致細胞破裂而死亡。營養缺陷型E.coli→不能生長，而避免了青霉素的致死作用，得以保存（處于休止狀態）將青霉素除去，補加其他營養，如氨基酸等，如果有菌落生長，就說明這些菌落是氨基酸缺陷型。三、人類基因突變的鑒定P258人的突變的檢出1、家系分析（pedigreeanalysis）和出生調查常染色體隱性突變難以檢出。很可能是由于兩個雜合個體的婚配，而不是由于隱性突變。顯性突變的起源比較容易檢出。在人類方面，突變率的估計方法之一是根據家系中有顯性性狀的患兒的出現。在這些家系中，祖先各代是沒有這些性狀的；如雙親一方也有同一遺傳病，則這名患兒應除去不計。人的突變的檢出例如：軟骨發育不全（achondroplasia）由常染色體顯性基因引起，患者四肢粗短。MΦrch(1941)調查，在94075活產兒中，發現10例為本病患者，其中2例的一方親本也是本病患者，所以應該除去不計，其余8例的雙親正常，可以認為是新突變的結果。則每個基因的突變率是（10－2）/2（94072－2）＝4.2×10-5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2.目前用的較多的檢出人類突變的另一方法，是篩選各種蛋白質或酶的微小變異：例如：鐮型細胞貧血癥患者基因型HbsHbs

血紅蛋白（S）(

S

S)

正常為HbAHbA

血紅蛋白（A）（

A

A)

雜合體HbsHbA

具兩種血紅蛋白的A和S(

A

S)A與S兩種血紅蛋白電泳的遷移率不同，通過電泳可以分辯。人的突變的檢出人的突變的檢出人的突變的檢出現已知Hbs是β6Glu→val該方法的局限是并不是所有氨基酸的代換都能引起蛋白質分子電荷的變化，因此，不是所有氨基酸的改變都能用電泳檢出。分子水平：RFLP、AFLP等、基因組序列分析等。第四節基因突變的分子基礎P258一、基因突變的類型◆經典遺傳學認為：★基因是染色體上的一個點。◆現代基因概念認為：★基因是DNA分子帶有遺傳信息的堿基序列區段；★基因是由眾多堿基對構成，此時將一個堿基對稱為基因的一個座位(site)；★而將基因在染色體上的位置則稱為位點(locus)。◆根據突變所引起的表型改變分為：★形態突變型；★生化突變型；★致死突變型；★條件致死突變型。◆根據基因結構的改變方式：★分子結構改變（堿基替換；倒位）P259★移碼(插入與缺失)突變一、基因突變的類型堿基對替換基因突變與氨基酸順序P259堿基數目的減少或增加，可以使以后一系列三聯體密碼移碼。例如：mRNAGAAGAAGAAGAA合成的肽鏈是谷氨酸多肽;

mRNAGGAAGAAGAAGA合成的肽鏈是甘氨酸開頭的精氨酸多肽。

從分子水平上分析，突變主要有兩種：一是分子結構的改變，如堿基替換和倒位P259

動畫替換

動畫倒位二是移碼，如堿基的缺失和插入P259

動畫缺失

動畫插入◆根據DNA堿基序列改變的多少：單點突變(替換)；

與經典遺傳學的點突變pointmutation比較。多點突變(移碼)。一、基因突變的類型◆根據突變所引起的遺傳信息意義的改變：一、基因突變的類型錯義突變（missensemutation）:是指DNA分子中堿基改變后引起密碼子變化，導致所編碼的氨基酸發生替代，從而影響蛋白質功能，以至影響到突變體的表型（圖a）。無義突變（nonsensemutation）:是指由于DNA的堿基改變導致編碼氨基酸的密碼子突變成終止密碼子。這種突變引起mRNA翻譯提前終止，產生一條短的不完整的多肽鏈。無義突變通常對所編碼的蛋白活性有嚴重影響，產生突變的表型（圖b）。同義突變(沉默突變silentmutation）:是指DNA分子中的堿基改變后，突變的密碼子仍然編碼原來的氨基酸，并沒有引起多肽鏈中氨基酸的變化。沉默突變對蛋白質的功能無影響，不會引起表型突變（圖c），它們以多態的形式在生物體DNA中積累，引起同種生物不同個體間DNA序列的變化。一、基因突變的類型基因突變——血紅蛋白β鏈基因突變缺失、扦入和重排引起的突變一、基因突變的類型一、基因突變的類型一、基因突變的類型P258人的血紅蛋白突變型已發現100多種，屬于β鏈有60多種。典型的鐮形細胞貧血癥是第6個三聯體密碼子中一個堿基改變，使正常的谷氨酸變為纈氨酸。P259上述各類DNA分子結構改變都有其內外兩方面的原因，據此，通常把突變區分為自發突變和誘發突變。自發突變：由于細胞內部形成了能起誘變作用的代謝產物，改變了DNA分子的結構。誘發突變：是由于誘變因素輻射射線和化學藥劑誘發生物突變造成的。二突變的修復P259

(一)DNA的防護機制P260◆密碼簡并性

密碼的結構可以使突變的機會減少到最小程度◆回復突變某個座位遺傳密碼的回復突變可使突變型恢復成原來的野生型，盡管回復突變的頻率比正突變頻率低得多。◆抑制有基因間抑制和基因內抑制。前者指控制翻譯機制的抑制者基因，通常是tRNA基因發生突變，而使原來的無義突變、誤義突變或移碼突變恢復成野生型。后者指突變基因另一座位上的突變掩蓋了原來座位的突變(但未恢復原來的密碼順序)，使突變型恢復成野生型。二突變的修復

◆致死和選擇如果防護機制未起作用，一個突變可能是致死的◆二倍體和多倍體高等生物的多倍體具有幾套染色體組，每個基因都有幾份，故能比二倍體和低等生物表現強烈的保護作用(二)DNA的修復

P2601.光修復

UV是一種有效的殺菌劑。如果使照射后的細菌處于黑暗的條件下，殺死細菌的量與UV的照射劑量成正比。如果照射后讓細菌暴露于可見光的條件下，存活細菌較多。★

UV照射能引起很多變異，最明顯的變異是引起胸腺嘧啶二聚體(╥)。其次是產生水合胞嘧啶(圖10－6)。◆╥結構在DNA螺旋結構上形成一個巨大的凸起或扭曲，這對DNA分子好象是個“贅瘤”。這個“瘤”被一種特殊的巡回酶(patrolingenzyme)，例如光激活酶(photoreactingenzyme)所辨認，在有藍色光波的條件下，二聚體被切開，DNA回復正常。這種經過解聚作用使突變回復正常的過程叫做光修復(lightrepair)光修復過程◆某些DNA的修復工作可不需光也能進行，例如，大腸桿菌中的UVrA突變體的修復過程由四種酶來完成(圖10-8):首先由核酸內切酶在╥一邊切開，然后由核酸外切酶在另一邊切開，把╥和鄰近的一些核苷酸切除；第三種酶(DNA聚合酶)把新合成的正常的核苷酸片段補上；最后由連接酶把切口縫好，使DNA的結構恢復正常。這類修復系統稱為暗修復(darkrepair)，或切除修復(excisionrepair)。2.暗修復◆重組修復(recombinationrepair)必須在DNA復制后進行，因此又稱為復制后修復。這種修復并不切除胸腺嘧啶二聚體。☆含╥結構的DNA仍可進行復制，但子DNA鏈在損傷部位出現缺口☆完整的母鏈與有缺口的子鏈重組，缺口通過DNA聚合酶的作用，以對側子鏈為模板由母鏈合成的DNA片段彌補。☆最后在連接酶作用下以磷酸二酸鍵連接新舊鏈而完成重組修復。“稀釋”作用3.重組修復◆在切割和修補過程中，特別是新補上的核苷酸片段，有時會造成差錯，差錯的核苷酸會引起突變(圖10-10)。實際上由UV照射引起的這類突變，并不是╥二聚體本身引起，常常是上述修補過程中的差錯形成的。DNA的修復◆SOS修復(SOSrepair)屬于后復制修復(post-replicationrepair)體系。SOS反應是DNA受到損傷或脫氧核糖核酸的復制受阻時的一種誘導反應。在E.coli

細胞的DNA合成過程中，這種反應由recA-lexA系統調控。SOS反應發生時，可造成損傷修復功能的增強。如uvrA、uvrB、uvrC、uvrD、ssb、recA、recN和ruv基因發達從而增強切除修復、復制后修復和鏈斷裂修復。SOS修復允許新生的DNA鏈越過損害部分而生長，但可在該區段甚至其它區段產生錯配堿基，于是很容易產生新的突變4.SOS修復＊三、自發突變的機理自發突變（spontaneousmutation）是指在自然狀態下未經誘變劑處理而出現的突變。自發突變可能是由于DNA復制錯誤、堿基的異構互變效應、自發的化學變化和轉座因子等多種原因引起的。1、DNA復制錯誤在DNA復制過程中，可能產生堿基的錯配，帶有錯配堿基的DNA在下一次復制時，則會引起堿基的替代，從而引起DNA分子的錯誤。由于DNA分子中的堿基本身存在著交替的化學結構，稱為互變異構體（tautomer），當堿基以它稀有的形式出現時就可能與錯誤的堿基配對，這種堿基化學結構的改變過程稱為互變異構移位（tautomericshift）。＊三、自發突變的機理堿基的互變異構可以在DNA復制過程中自發發生。它導致的堿基替代如果是發生在同類堿基之間，即一種嘌呤被另一種嘌呤替代，或一種嘧啶被另一種嘧啶替代，這稱為轉換（transition）；若堿基的替代發生在異類堿基之間，即一種嘌呤被一種嘧啶替代，或反之，則稱為顛換（transversion）。＊三、自發突變的機理在DNA復制時有時新合成鏈或模板鏈會發生錯誤的環出或跳格（slippage），從而導致移碼突變（frameshiftmutation）、缺失或重復。圖:DNA復制中的錯誤環出產生的堿基插入和缺失＊三、自發突變的機理2、自發的化學變化引起自發突變的最常見化學變化是堿基的脫嘌呤（depurination）和脫氨基（deamination）。脫嘌呤是自發化學變化中最常見的一種，它是由于堿基和脫氧核糖間的糖苷鍵斷裂，從而引起一個鳥嘌呤或一個腺嘌呤從DNA分子上脫落下來。研究發現，在37℃條件下培養一個哺乳動物細胞20小時，會有數以千計的嘌呤通過脫嘌呤作用自發地脫落。如果這種損傷得不到修復，就會引起很大的遺傳損傷，因為在DNA復制過程中，無嘌呤位點將沒有特異堿基與之互補，而可能隨機地選擇一個堿基插進去，結果導致突變。＊三、自發突變的機理脫氨基作用是指在一個堿基上去掉氨基，常見的是胞嘧啶（C）和5-甲基胞嘧啶（5mC），它們脫氨基后分別變成尿嘧啶（U）和胸腺嘧啶（T），從而使DNA分子受到損傷。由于在DNA中U不是一個正常堿基，因此如果它不被除去修復，在DNA復制中它將與腺嘌呤（A）配對，導致原來的GC堿基對轉變為AT堿基對。圖:脫氨基造成的堿基轉換＊三、自發突變的機理在生物基因組內存在的可移動DNA序列轉座因子（transposon）或插入序列（insertionsequence），通過在基因組內的移動也經常引起基因功能的失活或改變。現已知道，在玉米、果蠅等生物中發生的一些典型突變就是由于這類可移動DNA序列的插入所引起的。圖:轉座子或插入序列引起基因突變的機制

＊三、自發突變的機理第五節

基因突變的誘發

誘發突變一、物理因素誘變

(一)電離輻射誘變

(二)非電離輻射誘變

*(三)綜合效應誘變二、化學因素誘變三、誘發突變的應用一、物理因素誘變P2633.原理：基因的化學物質(DNA)發生電離作用◆當電離輻射的射線碰撞基因任何分子時，射線的能量使基因任何分子的某些原子外圍的電子脫離軌道，于是這些原子就從中性變為帶正電荷的離子，這叫做“原發電離”。在射線經過的通路上，在形成大量離子對的過程中所產生的電子，多數尚有較大的能量，能引起第二次電離。這叫做“次級電離”。由于從一個原子外層脫離軌道的電子必然被另一個原子所捕獲，所以離子是成對出現的，稱為離子對。次級電離的結果，輕則造成基因分子結構的改組，產生突變了的新基因，重則造成染色體的斷裂，引起染色體結構的畸變。◆間接作用◆輻射劑量的表示方法：★X射線、γ射線：倫琴(R)；★中子：積分流量(n/cm2)；★β射線：微居里(μcu/g)。◆突變率與輻射劑量：★突變率與輻射總劑量成正比；★突變率與劑量率(輻射強度的影響)無關。輻射效應是累積的。4.電離輻射誘變的作用規律(一)電離輻射誘變1.種類：粒子輻射：α射線、β射線(32P、35S)、中子(60鈷、137銫)電磁波輻射：X射線、γ射線。2.方法：外照射：中子、X射線、γ射線；內照射：α射線、β射線。3.原理：基因的化學物質(DNA)發生電離作用。原發電離與次級電離。堿基對、堿基結構破壞、改變

基因突變；磷酸二酯鍵斷裂、染色體斷裂重接

染色體結構變異。(一)電離輻射誘變(一)電離輻射誘變(一)電離輻射誘變室外活體輻照圃(一)電離輻射誘變地下部形態特征的鑒定

(二)非電離輻射誘變◆物理誘變的非特異性：對DNA分子及其核苷酸殘基無選擇性，所以沒有專化性和特異性可言。◆主要是紫外線(380-15nm)：◆紫外線的作用機制：激發作用使原子外圍的電子活躍起來，造成基因分子鏈的離新。這些分子鏈已經離析的基因在重新組合的時候，不免要發生差錯，于是出現基因突變。紫外線(UV)特別作用于嘧啶，使得同鏈上鄰近的嘧啶核苷酸之間形成多價的聯合。最通常的結果是促使胸腺嘧啶聯合成二聚體；或是將胞嘧啶脫氨成尿嘧啶，或是將水加到嘧啶的C4、C5位置上成為光產物。它可以削弱C-G之間的氫鍵，使DNA鏈發生局部分離或變性。(二)非電離輻射誘變紫外線的作用機制：激發作用穿透能力與處理方法最有效波長260nm(嘌呤、嘧啶的共軛環)間接誘變作用(二)非電離輻射誘變(二)非電離輻射誘變(二)非電離輻射誘變＊(三)綜合效應誘變太空生物學研究不斷深入。

目前國外主要側重研究突變體的生理生化和誘變機理，國內主要研究形態學和新品種的選育。

我國從80年代后期開始進行空間生物學和生物誘變效應研究，已在水稻、青椒等作物中選育出新品種，同時獲得了不少優良突變體。二、化學因素誘變P264二、化學因素誘變1.誘變劑及其種類與作用機制：烷化劑：使堿基烷基化、改變堿基形成氫鍵的能力，從而改變堿基配對關系；堿基類似物：在復制過程中取代堿基滲入DNA分子，但形成氫鍵的類型不同，改變堿基配對關系；抗生素：阻礙堿基合成或破壞DNA分子結構。2.作用特點：具有一定的堿基特異性。二、化學因素誘變DNA分子中的不同堿基，引起堿基對的改變(二)堿基類似物替換◆堿基類似物，有5-溴尿嘧啶(5BU)，5-溴去氧尿核苷、2-氨基嘌呤等。這類與DNA堿基類似的化合物，常常能參入到DNA分子中去，好像是它的正常組成成分。它們對DNA的復制影響不大，而是在DNA復制時引起堿基配對上的差錯，最終導致堿基對的替換，引起突變。☆轉換(transition)

：嘌呤被嘌呤、嘧啶被嘧啶替換的現象☆顛換(transversion：指嘌呤被嘧啶或嘧啶被嘌呤的替換◆5-溴尿嘧啶的分子結構與胸腺嘧啶基本相同，它的氫鍵原子也和胸腺嘧啶完全一樣，常常以酮式狀態和腺嘌呤配對(A-5-BUk)。正常的酮式結構比較經常地轉移成互變異構體烯醇式結構(5-BUe)

。烯醇式結構具有胞嘧啶的氫鍵特性，容易和鳥嘌呤（G）配對。5–溴尿嘧啶二、化學因素誘變(二)、堿基類似物替換DNA分子中的不同堿基，引起堿基對的改變。當DNA復制時烯醇式的5-溴尿嘧啶和鳥嘌呤配對，下一次復制時，酮式的5-溴尿嘧啶和鳥嘌呤配對，引起AT-GC的改變(圖)。同樣G-C也可以改變成A-T(圖)。P266這種嘌呤被嘌呤、嘧啶被嘧啶替換的現象稱為轉換。

2-氨基嘌呤(圖)也以相類似的形式發生作用。它參入到DNA復制時造成堿基對的轉換。(圖)

這些DNA堿基類似物能替換DNA分子原有堿基，在DNA復制時，引起堿基配對上的差錯，最終導致堿基對的替換，引起突變。二、化學因素誘變3.直接改變DNA某些特定的結構

◆凡是能和DNA起化學反應并能改變堿基氫鍵特性的物質，叫做DNA誘變劑。屬于這類誘變劑的有亞硝酸、烷化劑和羥胺等。①亞硝酸可以在pH5的緩沖溶液中通過氧化作用，以氧代替腺膘玲和胞嘧啶C6位置上的氨基，使腺嘌呤（A）變成次黃嘌呤(H)、胞嘧啶（C）變成尿嘧啶（U）◆改變了的堿基，它的氫鍵特性也改變了。H的配對特性象G，容易和C配對成H-C；U的配對特性象T，和A配對成A-U。在下一次DNA復制時完成AT→GC