第一節(jié)基因突變的概念與意義第二節(jié)基因突變的一般特征第三節(jié)基因突變與性狀表現(xiàn)第四節(jié)基因突變的鑒定第五節(jié)基因突變的分子基礎(chǔ)第六節(jié)基因突變的誘發(fā)第七節(jié)轉(zhuǎn)座子第五章基因突變變異環(huán)境引起的表型變異(不遺傳)遺傳物質(zhì)的改變(可遺傳)重新分配(基因重新組合)遺傳物質(zhì)的變異不同染色體之間的自由組合同源染色體間的片段交換結(jié)構(gòu)變異基因突變(細胞核中)細胞質(zhì)變異(細胞核外)染色體畸變數(shù)目變異變異的分類可在顯微鏡下看到在表型上有所表達◆基因突變(genemutation)：染色體上某一基因位點內(nèi)部發(fā)生了化學性質(zhì)的變化，與原來基因形成對性關(guān)系。例如：植物高稈基因D突變?yōu)榘捇騞。第一節(jié)基因突變的概念與意義突變體(mutant):由于基因突變而表現(xiàn)突變性狀的細胞或個體。顯性突變：突變產(chǎn)生的新基因?qū)υ瓉淼幕虮憩F(xiàn)為顯性。隱性突變：突變產(chǎn)生的新基因?qū)υ瓉淼幕虮憩F(xiàn)為隱性。摩爾根等1910年發(fā)現(xiàn)果蠅眼色的突變(Ww)，并進行鑒定與分析，從而明確證實基因突變的存在。第一節(jié)基因突變的概念與意義第一節(jié)基因突變的概念與意義自發(fā)突變（spontaneousmutation）：在自然條件下發(fā)生的突變原因：輻射、化學物質(zhì)、DNA復制錯誤、修復差錯、轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)座誘發(fā)突變（inducedmutation）：人為利用物理、化學因素處理誘發(fā)基因突變產(chǎn)生新等位基因與遺傳功能差異

沒有基因突變，基因?qū)⒅挥幸环N存在形式，難

以揭示生物性狀的遺傳變異規(guī)律突變基因是生物進化的根本源泉多態(tài)性能增強生物對環(huán)境的適應性遺傳育種的重要基礎(chǔ)新品種、新類型的利用與培育基因突變的意義第二節(jié)基因突變的一般特征一、突變的重演性二、突變的可逆性三、突變的多方向性四、突變的有害性和有利性五、突變的平行性一、突變的重演性◆突變的重演性：相同的基因突變可以在同種生物的不同個體上重復發(fā)生。突變率：表示單位時間內(nèi)（如一個生物世代或細胞世代內(nèi)）某一基因突變發(fā)生的概率。突變頻率：突變體在一個世代群體中所占的比例?！镉行陨成锿蛔冾l率通常是用配子發(fā)生突變的概率表示；★細菌與單細胞生物突變頻率用細胞發(fā)生突變的概率表示。一、突變的重演性自然突變頻率一般都很低

高等生物：1×10-5~1×10-8

低等生物：1×10-4~1×10-10人：1×10-4～1×10-6一、突變的重演性二、突變的可逆性◆基因突變的發(fā)生方向是可逆的

正突變u

野生型===========突變型

反突變vu表示正突變頻率、v表示反突變頻率◆正突變與反突變發(fā)生的頻率一般都不相同。多數(shù)情況下：正突變率總是高于反突變率?！粼蛟谟冢赫Ｒ吧突騼?nèi)部存在許多可突變部位，任一結(jié)構(gòu)改變均會導致其功能改變；一旦突變發(fā)生，要回復正常野生型功能則只能由原來發(fā)生突變的部位恢復原狀。二、突變的可逆性三、突變的多方向性◆指基因突變可以多方向發(fā)生，即基因內(nèi)部多個突變部位分別改變后會產(chǎn)生多種等位基因形式。例如：A基因不同部位發(fā)生改變產(chǎn)生突變基因a1、a2、a3。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)：同源染色體相同位點上存在3個或3個以上等位基因。三、突變的多方向性果蠅的眼色人類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。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煙草的自交不親和性基因◆自交不親和性(self-incompatibility)：植物自花授粉不結(jié)實，而株間授粉可能結(jié)實的現(xiàn)象。例：煙草屬有兩個野生種(Nicotianaforgationa與N.alata)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。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(fā)、伸長，因而不能完成受精過程。即：柱頭對具有相同基因的花粉粒具有拮抗作用。煙草的自交不親和性基因四、突變的有害性和有利性1、突變的有害性：大多數(shù)基因的突變，對生物

的生長與發(fā)育往往是有害的。生物的野生型基因都是正常有功能的；現(xiàn)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(xié)調(diào)狀態(tài)。基因突變可能會導致：基因間及相關(guān)代謝過程的協(xié)調(diào)關(guān)系被破壞。

生物個體：性狀變異、個體發(fā)育異常、生存競爭與生殖能力下降，甚至死亡—致死突變。致死突變◆致死突變：指發(fā)生突變后會導致特定基因型個體死亡的基因突變。大多數(shù)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(xiàn)為致死的效應。少數(shù)致死突變表現(xiàn)為顯性致死(dominantlethal)，帶有突變基因的個體都會死亡。人的神經(jīng)膠癥(epiloia)基因。如果致死突變發(fā)生在性染色體上，將產(chǎn)生伴性致死(sexlinkedlethal)。小鼠毛色遺傳的顯性致死突變◆在正常黑色鼠中發(fā)現(xiàn)一種黃色突變型。黃色基因(AY)在毛色上表現(xiàn)為顯性，具有顯性純合致死效應；AYAY個體胚胎階段即死亡，所以雜合體自交后代毛色會表現(xiàn)2:1。植物隱性白化突變◆與葉綠體形成有關(guān)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(chǎn)生白化苗。白化苗不能進行光合作用，子葉或胚乳中養(yǎng)料耗盡時，幼苗就死亡。2、突變的有利性◆少數(shù)基因突變不僅對生物的生命活動無害，反而有利于其生存和生長發(fā)育例如：作物的抗病、早熟突變，雞的多產(chǎn)蛋突變、牛的高泌乳量突變等。這類突變往往是“適應”環(huán)境的突變，可通過自然選擇保留下來。四、突變的有害性和有利性◆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。四、突變的有害性和有利性◆突變的有害與有利性是相對的，在某些情況下，基因突變的有害與有利性可以轉(zhuǎn)化：★對后代群體在特殊環(huán)境中生存而言：作物矮稈突變型在多風與高肥環(huán)境下；果蠅殘翅突變型在多風海島環(huán)境下?！飳θ祟愋枨笈c利用而言：作物矮稈突變型的利用；作物雄性不育突變型的利用。四、突變的有害性和有利性五、突變的平行性◆指親緣關(guān)系相近的物種因為遺傳基礎(chǔ)比較接近，往往會發(fā)生相似的基因突變。根據(jù)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。五、突變的平行性第三節(jié)基因突變與性狀表現(xiàn)一、性狀變異類型1、形態(tài)突變（morphologicalmutation）：指導致生物體外部形態(tài)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生肉眼可見的突變1、形態(tài)突變正常水稻花藥變異1、形態(tài)突變2、生化突變型(biochemicalmutation)：指影響生物的代謝過程，導致特定生化功能改變和喪失的突變原養(yǎng)型：Ade+、leu+、his+營養(yǎng)缺陷型：ade－、leu－、his－

一、性狀變異類型營養(yǎng)缺陷型3、致死突變（lethalmutation）：指導致特定基因型突變體死亡的突變一、性狀變異類型4、條件致死突變（conditionlethalmutation）：在一定的條件下表現(xiàn)致死效應，在另一種條件下存活的突變。細菌的溫度敏感突變30℃存活、42℃致死T4噬菌體溫度敏感型25℃時在E.coli中存活、

42℃時不能生長一、性狀變異類型5、抗性突變（resistantmutation）：指突變細胞或生物體獲得了對某種特殊抑制劑的抵抗能力。敏感型：Strs抗藥型：Strr一、性狀變異類型二、顯性突變和隱性突變的表現(xiàn)◆一對等位基因同時突變的概率非常低，所以突變發(fā)生當代一般都是雜合體，顯性突變與隱性突變的性狀表現(xiàn)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不同：如果用M表示突變世代，M1、M2…第三節(jié)基因突變與性狀表現(xiàn)M1M2M3M1M2自交情況下：顯性突變表現(xiàn)早而檢出晚隱性突變表現(xiàn)晚而檢出早二、顯性突變和隱性突變的表現(xiàn)三、體細胞突變和性細胞突變的表現(xiàn)◆生物個體發(fā)育的任何時期均可發(fā)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。◆性細胞的突變頻率比體細胞高：性母細胞與性細胞對環(huán)境因素更為敏感?！趔w細胞突變：在體細胞中如果隱性基因發(fā)生顯性突變，當代就會表現(xiàn)出來，同原來性狀并存，形成鑲嵌現(xiàn)象或稱嵌合體(chimera)◆突變時期不同，其表現(xiàn)也不相同芽變選擇第三節(jié)基因突變與性狀表現(xiàn)三、體細胞突變和性細胞突變的表現(xiàn)四、大突變和微突變大突變（macromutation）

具有明顯、容易識別表型變異的基因突變

主效基因—質(zhì)量性狀例如：豌豆圓粒、皺粒微突變（micromutation）

指突變效應表現(xiàn)微小，較難察覺的基因突變

微效基因—數(shù)量性狀例如：玉米果穗長度第三節(jié)基因突變與性狀表現(xiàn)第四節(jié)基因突變的鑒定一、微生物基因突變的鑒定細菌營養(yǎng)缺陷型的檢出-影印培養(yǎng)法真菌營養(yǎng)缺陷型的檢出真菌營養(yǎng)缺陷型的檢出1941年，比德爾和泰特姆對紅色面包霉進行生化突變的研究，提出了“一個基因一個酶”假說（onegene,oneenzyme），從而把基因與性狀聯(lián)系了起來。一、微生物基因突變的鑒定紅色面包霉的生化突變型◆野生型能在基本培養(yǎng)基上正常生長水、無機鹽、糖類、微量生物素◆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)?！艟彼岷铣赏緩綖椋杭t色面包霉的生化突變型二、植物基因突變的鑒定

1、突變真實性的鑒定◆原始材料與變異體在一致的環(huán)境條件下種植，對兩類個體進行性狀考察與比較分析；

◆根據(jù)試驗結(jié)果進行判定：兩類個體間沒有差異不可遺傳變異(環(huán)境變異)；差異仍然存在存在真實差異為突變體。2、突變性質(zhì)的鑒定-雜交鑒定顯性/隱性突變3、突變頻率測定-植物性細胞突變檢測玉米籽粒：非甜(Su)甜(su)P: 甜粒親本(susu)×非甜粒親本(SuSu)(♂)

F1: Susu(非甜) susu(甜粒)

正?；ǚ哿：蟠蛔兓ǚ哿：蟠?、植物基因突變的鑒定

4、谷類作物種子誘發(fā)隱性突變鑒定二、植物基因突變的鑒定

雜合體，鑒定困難半合子基因突變,ClB類似微生物的方法（特異抑制劑篩選抗性變異）家系分析（人類）二、動物基因突變的鑒定

二、動物基因突變的鑒定

二、動物基因突變的鑒定

第五節(jié)基因突變的分子機制一、基因突變的方式◆經(jīng)典遺傳學認為：★基因是染色體上的一個點，稱為座位（locus）★單個基因的突變稱為點突變（pointmutation）◆現(xiàn)代基因概念認為：基因是DNA分子中帶有特定遺傳信息的堿基序列的一個區(qū)段；基因由眾多堿基對構(gòu)成，一個核苷酸對在染色體上的位置稱為位點（site）堿基替換(basesubstitution)缺失突變(deletionmutation)插入突變(insertionmutation)一、基因突變的方式DNA分子單鏈（雙鏈）中某個堿基（對）被另一種堿基（對）代替。1、堿基替換顛換（transversion）轉(zhuǎn)換（transition）不改變DNA分子序列長度及mRNA分子的閱讀框2、缺失和插入突變?nèi)笔蛔儯篋NA分子缺失了一個或多個堿基（對）。插入突變：DNA分子增加了一個或多個堿基（對）。當缺失或插入堿基數(shù)不等于3或3的倍數(shù)時，突變效應將不限于缺失與插入堿基本身，還會導致下游閱讀框改變-移碼。

GAAGAAGAAGAA…谷氨酸↓

GGAAGAAGAAGAA…

精氨酸2、缺失和插入突變二、突變的防護機制1、密碼的簡并性2、回復突變突變基因經(jīng)過第二次突變又完全或部分恢復為野生型基因。頻率比正突變低得多二、突變的防護機制3、抑制突變二、突變的防護機制基因內(nèi)抑制（intragenicsuppression）：突變基因內(nèi)另一個位點再次發(fā)生突變，新基因（與野生型相比有兩個突變位點）表現(xiàn)為野生型性狀?；蜷g抑制（intergenicsuppression）：與突變基因表達或功能相關(guān)的另一個基因發(fā)生突變，突變體恢復為野生型性狀。二、突變的防護機制4、二倍體和多倍體掩蓋作用5、選擇和致死

自然選擇致死突變?nèi)?、DNA修復與差錯

錯配修復（mismatchrepair）直接修復（directrepair）切除修復（excisionrepair）雙鏈斷裂修復復制后修復（postreplicativerepair）

SOS反應與傾向差錯修復1、錯配修復直接恢復DNA分子中損傷堿基的結(jié)構(gòu)2、直接修復光修復（lightrepair）去烷基化（dealkylation）單鏈斷裂修復移除DNA分子中損傷部分然后加以修復。這類修復途徑并不依賴于光照，所以也稱暗修復（darkrepair）。3、切除修復堿基切除修復（baseexcisionrepair）核苷酸切除修復（nucleotideexcisionrepair）DNA糖基化酶識別損傷、切除錯誤堿基AP內(nèi)切酶檢測損傷斷開DNA鏈DNA聚合酶與連接酶堿基切除修復E.ColiUvrABC系統(tǒng)修復UvrA2UvrB復合體查找損傷,釋放UvrB亞基使DNA吸引并結(jié)合UvrCUvrB亞基在損傷處3′端4-5個核苷酸處切斷，UvrC在5′端8個核苷酸處切斷，UvrD去除12-13個核苷酸和UvrCDNA聚合酶Ⅰ填補缺口，并驅(qū)出UvrBDNA連接酶封閉缺口（UvrD）核苷酸切除修復4、雙鏈斷裂修復DNA復制失敗產(chǎn)生缺口之后的修復子鏈被修復，損傷仍保留5、復制后修復DNA單鏈上產(chǎn)生大量缺口引起的細胞應急反應RecA表達量上升，誘導合成忠實性低的聚合酶越過損傷部位進行復制，增加DNA結(jié)構(gòu)的完整性6、SOS反應與傾向差錯修復一、物理誘變電離非電離誘變因素電離輻射離子輻射x射線射線a射線b射線質(zhì)子中子第六節(jié)基因突變的誘發(fā)紫外線一、物理誘變

堿基類似物

作為DNA成分摻入，引起堿基對的替換

堿基修飾物

通過與堿基作用，使其分子結(jié)構(gòu)改變，導致堿基替代

DNA插入劑插入DNA分子中，復制時產(chǎn)生堿基的插入和缺失二、化學誘變5溴尿嘧啶（5BU）、2-氨基嘌呤5BUk＝A5BUe＝G堿基類似物5溴尿嘧啶（5BU）5溴尿嘧啶（5BU）堿基修飾物烷化劑、亞硝酸和羥胺甲基磺酸乙酯（EMS）、甲基磺酸甲酯（MMS）、亞硝基胍（NG）、芥子氣（NM）等C→TA→G亞硝酸（HNO2）對C、A和G具有氧化脫氨作用羥胺（NH2OH）胞嘧啶C6位置上的氨基氮羥化原黃素丫啶橙DNA插入劑轉(zhuǎn)座子（transposon，簡稱Tn）,又稱易位子，是指存在于染色體DNA上可以自主復制和移位的一段DNA序列。

轉(zhuǎn)座子可以在不同復制子之間轉(zhuǎn)移，以非正常重組方式從一個位點插入到另外一個位點，對新位點基因的結(jié)構(gòu)與表達產(chǎn)生多種遺傳效應。第七節(jié)轉(zhuǎn)座子1951年McClintock-麥克林托克提出轉(zhuǎn)座（Transposition）和跳躍基因(jumpinggene)的新概念；1967年Shapiro才在E.coli中發(fā)現(xiàn)了轉(zhuǎn)座因子（transposableelement）。BarbaraMcClintock(1902-1992)NobelPrizeforPhysiologyorMedicine1983第七節(jié)轉(zhuǎn)座子一、轉(zhuǎn)座子的分類1、插入序列（insertionalsequence，IS）特征：兩端都有短的4-15bp的正向重復序列(directrepeats,DR)（靶序列）；末端有略長的15-25bp的反向重復序列(invertedrepeats,IR)；1kb左右的編碼區(qū)，它僅編碼和轉(zhuǎn)座有關(guān)的轉(zhuǎn)座酶。2、復合轉(zhuǎn)座子（compositetransposon）復合轉(zhuǎn)座子是一類帶有某些抗藥性基因（或其他宿主基因）的轉(zhuǎn)座子，其兩翼往往是兩個相同或高度同源的IS序列。一、轉(zhuǎn)座子的分類二、轉(zhuǎn)座過程轉(zhuǎn)座酶（transposase）催化IS的轉(zhuǎn)座，它由IS編碼。首先轉(zhuǎn)座酶交錯切開宿主靶位點，然后IS插入，與宿主的單鏈末端相連接，余下的缺口由DNA聚合酶和連接酶加以填補，最終插入的IS兩端形成了DR(Directrepeat)或靶重復。三、轉(zhuǎn)座作用的機制1、復制型轉(zhuǎn)座(Replicativetransposon)：在相互作用時，轉(zhuǎn)座子被復制，轉(zhuǎn)座實體是原轉(zhuǎn)座子的一個拷貝。轉(zhuǎn)座子中作為移動的部分被拷貝。一個拷貝保留在原位點，而另一個則插入到新的位點。2、非復制