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1、Chapter 5 Gene mutation and DNA repairing 第五章 基因突变与修复第一节第一节 基因突变基因突变第二节第二节 顺反子和突变互补顺反子和突变互补第三节第三节 突变修复突变修复Mutations can be induced by chemical modification of a base. Mutations change the sequence of DNA突变改变突变改变DNADNA顺序顺序第一节第一节 基因突变基因突变 突变突变mutation: 在基因组的某一特定区域在基因组的某一特定区域核核苷酸序列发生改变苷酸序列发生改变而引起的基因型稳定
2、的可而引起的基因型稳定的可遗传改变。遗传改变。 突变体突变体mutant：带有某一特定突变基因的基：带有某一特定突变基因的基因组、细胞或个体。因组、细胞或个体。 染色体突变和基因突变、基因外突变染色体突变和基因突变、基因外突变一、基因突变的结构一、基因突变的结构 基因突变是指基因的一种等位形式变成另一基因突变是指基因的一种等位形式变成另一种等位形式种等位形式,突变是相对于正常而言的突变是相对于正常而言的 遗传学研究中，将自然界中普遍出现的性状遗传学研究中，将自然界中普遍出现的性状或指定实验用的某一品系的性状，作为或指定实验用的某一品系的性状，作为“野野生型生型”或或“正常正常”的性状。与这种性
3、状相关的性状。与这种性状相关的等位基因称为野生型等位基因，一般记为的等位基因称为野生型等位基因，一般记为+，或或a+，b+等。等。 任何不同于野生型等位基因的称为突变型等任何不同于野生型等位基因的称为突变型等位基因位基因 从野生型变为突变型，称为正向突变从野生型变为突变型，称为正向突变(forward mutation)；反之，从突变型也可变；反之，从突变型也可变回成野生型，则称为回复突变回成野生型，则称为回复突变(back mutation)或逆向突变或逆向突变(reverse mutation)。野生型等位基因和突变型等位基因的适合野生型等位基因和突变型等位基因的适合度度fitness(生
4、存和繁殖的能力生存和繁殖的能力)不同不同二、基因突变的特点二、基因突变的特点 1、不对应性。、不对应性。突变的性状与引起突变的原因间无直接的对应突变的性状与引起突变的原因间无直接的对应关系关系 2、自发性。、自发性。在没有人为诱发因素的情况下，各种遗传性状的在没有人为诱发因素的情况下，各种遗传性状的改变可以自发地产生。改变可以自发地产生。 3、稀有性。、稀有性。自发突变的频率较低，而且稳定，一般在自发突变的频率较低，而且稳定，一般在10-610-9 间。间。 4、独立性。、独立性。某一基因的突变，即不提高也不降低其他任何基某一基因的突变，即不提高也不降低其他任何基因的突变率。突变不仅对某一细胞
5、是随机的，且对某一基因也因的突变率。突变不仅对某一细胞是随机的，且对某一基因也是随机的。是随机的。 5、可诱变性：、可诱变性：通过各种物理、化学诱变剂的作用，可提高突通过各种物理、化学诱变剂的作用，可提高突变率，一般可提高变率，一般可提高10105倍。倍。 6、稳定性：、稳定性：突变的根源是遗传物质结构上发生了稳定的变化，突变的根源是遗传物质结构上发生了稳定的变化，所以产生的新性状也是稳定的和可遗传的。所以产生的新性状也是稳定的和可遗传的。 7、可逆性：、可逆性：任何性状既有可能正向突变，也有可能发生回复任何性状既有可能正向突变，也有可能发生回复突变，两者发生的频率基本相同突变，两者发生的频率
6、基本相同 自然界的各种辐射自然界的各种辐射 环境中的化学物质环境中的化学物质 环境中的生物因素环境中的生物因素 生物体内的生物体内的DNA复制错误复制错误 DNA自发损伤和修复能力的缺陷自发损伤和修复能力的缺陷 转座因子的作用转座因子的作用三、自发突变三、自发突变(spontaneous mutataon)和和诱发突变诱发突变(induced mutation)（一）自发突变（一）自发突变(spontaneous mutataon)1、定义、定义指生物体在无人工干预下指生物体在无人工干预下自然自然发生的发生的低频率低频率基因突变基因突变 。2、产生原因：、产生原因：3、自发突变的机制、自发突变
7、的机制 (1) 背景辐射和自然环境因素的诱变背景辐射和自然环境因素的诱变。不少不少“自发突变自发突变”实质上是由一些原因不详的低剂量诱变因素长期的综实质上是由一些原因不详的低剂量诱变因素长期的综合效应导致。合效应导致。 (2) 微生物自身有害代谢产物的诱变微生物自身有害代谢产物的诱变。活性氧是普遍存活性氧是普遍存在于微生物体内的一种代谢产物，它们可能是自发突在于微生物体内的一种代谢产物，它们可能是自发突变中的一种内源诱变剂。变中的一种内源诱变剂。 (3)由由DNA复制过程中碱基配对错误引起复制过程中碱基配对错误引起。据统计，据统计，DNA链每次复制中，每个碱基对错误配对的频率是链每次复制中，每
8、个碱基对错误配对的频率是10-710-11，而一个基因平均约含，而一个基因平均约含1000 bp，故自发突变，故自发突变频率约为频率约为10-6。因此，若对细菌做一般液体培养时，。因此，若对细菌做一般液体培养时，因其细胞浓度常可达到因其细胞浓度常可达到108个个/ml，故经常会在其中产，故经常会在其中产生自发突变株。生自发突变株。DNA复制错误 A A TGTC T A CA G A TGTC A TGTC T A TA G T A TA GA A TGTC T A CA G A TGTC T A CA G A A TGTC T A CA G A TGTC T A CA Ga.环状突出效应环状
9、突出效应 有人提出，在有人提出，在DNA的复制过程中，如果其中某一单的复制过程中，如果其中某一单链上偶然产生一个小环，则会因其上的基因越过复链上偶然产生一个小环，则会因其上的基因越过复制而发生遗传缺失，从而造成自发突变。制而发生遗传缺失，从而造成自发突变。 如果是模板链出现环出现象，会产生缺失突变如果是模板链出现环出现象，会产生缺失突变 如果是正在合成的子链出现环出现象，会产生插入如果是正在合成的子链出现环出现象，会产生插入突变突变 新链 5 3 A G T TT C A A A A A C G 模板链 3 5 新合成链环出 5 3 5 T 3 A G T T A G T T T TT C A
10、 A A A C G T C A A A A A C G 3 A 5 3 5 模板链环出 新链上插入一个碱基 新链上缺失一个碱基 5 3 5 T 3 A G T T T T G C A G T T T T T G CT C A A A A C G T C A A A A A C G 3 A 5 3 5 图214 在DNA复制中由于DNA的错误环出自发产生碱基的插入和缺失 (参考 Peter J. Russell: Genetics, 3rd ed.,Fig18-8) Inherent chemical reactivity of the DNAThe presence of normal, r
11、eactive chemical species within the cell Deamination (脱氨作用）: CU (may be removed by Uracil DNA glycosylase)methylcytosine m5C T （normal residue）（in CpG islands) Depurination (脱瞟呤作用) : break of the glycosylic bond by hydrolytic reaction non-coding lesion.产生无瞟呤AP位点Depyrimidination (脱嘧啶作用) : raredeamina
12、tion-ATGCTACG-TACGATGC-ATGUTACG-TACGATGC-ATG TACG-TACGATGC- U-ATGCTACG-TACGATGC-Uuracil DNA glycosylaseCytosine deamination and repair NH2 O H3C H3C H N N Deamination H N O H N O 5-methyleytosine (5mC) Thymine (T) Fig.21- Deamination of 5-methylcytosine to thymine. A ATGTC TACAG ATGTC ATGTC TACAG TA
13、CAG A ATGTC TACAG ATGGC TACCG A ATGGC TACAG ATGCC TACAG 脱嘌呤氧化损伤 过氧化物原子团（O2-） （H2O2），（-OH）等需氧代谢的副产物都是有活性的氧化剂， 它们可导致DNA的氧化损伤， T氧化后产生T乙二醇， G氧化后产生8-氧-7,8二氢脱氧鸟嘌呤、8-氧鸟嘌呤(8-O-G)或“ GO”， GO可和A错配，导致GT。The levels of oxidation can be increased by hydroxyl radicals from the radiolysis of H2O caused by ionizing r
14、adiation. 离子辐射使水分解产生羟基，增加氧化作用离子辐射使水分解产生羟基，增加氧化作用Oxidation productsReactive oxygen species (ROS) presents in all aerobic需氧需氧cells.Superoxide过氧化物过氧化物hydrogen peroxide过氧化氢过氧化氢Hydroxyl radical (OH)羟基羟基Spontaneous mutations occur throughout the lacI gene of E. coli, but are concentrated at a hotspot. Mut
15、ations are concentrated at hotspots自发突变具有突变热点，不同突变剂也有其各自的突变热点。5-mC是生物体内的突变热点？!5-甲基胞嘧啶氧化脱氨基反应胸腺嘧啶脲嘧啶脲嘧啶DNA糖苷酶，将脲嘧啶残基除去。修复系统”将一个C碱基插入与之配对保护系统无法识别这样的变化C突变为U不是生物体内的突变热点？! 所有能诱发基因突变的因子，称为所有能诱发基因突变的因子，称为诱变剂诱变剂(mutagen)。（二）诱发突变（二）诱发突变(spontaneous mutataon)1、定义、定义诱发突变诱发突变简称诱变，是指通过人为的方法，利用物理、简称诱变，是指通过人为的方法，利
16、用物理、化学或生物因素显著提高基因自发突变频率的手段。化学或生物因素显著提高基因自发突变频率的手段。2、诱发突变的机制、诱发突变的机制（1 1）碱基的置换）碱基的置换 转换转换transitiontransition：即：即DNADNA链中的一个嘌呤被另一个链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换 颠换颠换transversiontransversion：即一个嘌呤被另一个嘧啶或是：即一个嘌呤被另一个嘧啶或是一个嘧啶被另一个嘌呤所置换。一个嘧啶被另一个嘌呤所置换。（2 2）移码突变）移码突变 指诱变剂会使指诱变剂会使DNADNA序列中一个或少序
17、列中一个或少数几个核苷酸发生增添数几个核苷酸发生增添( (插入插入) )或缺失，从而使该部或缺失，从而使该部位后面的全部遗传密码发生转录和翻译错误的一类位后面的全部遗传密码发生转录和翻译错误的一类突变。突变。（3 3）染色体畸变）染色体畸变 包括染色体结构上的缺失、重复、包括染色体结构上的缺失、重复、插入、易位和倒位，和染色体数目的变化。插入、易位和倒位，和染色体数目的变化。（4 4）转座因子）转座因子: : （1）碱基的置换）碱基的置换 a.转换转换transition：即：即DNA链中的一个嘌呤被链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置换另一个嘌呤或是一个嘧啶被另一个嘧啶所置
18、换 b.颠换颠换transversion：即一个嘌呤被另一个嘧：即一个嘌呤被另一个嘧啶或是一个嘧啶被另一个嘌呤所置换。啶或是一个嘧啶被另一个嘌呤所置换。 A G T C 转 换 颠 换 图 2 1 - 1 转 换 与 颠 换 碱基的置换 同义突变同义突变（same-sense or synonymous mutation）：由于密码子具有兼并性，单个碱基置）：由于密码子具有兼并性，单个碱基置换后并没有引起肽链中氨基酸序列的改变。同义突换后并没有引起肽链中氨基酸序列的改变。同义突变不易检出。变不易检出。 错义突变错义突变（missense mutation）：）：DNA分子中的分子中的核苷酸置换
19、后改变了核苷酸置换后改变了mRNA上遗传密码，导致合成上遗传密码，导致合成的多肽链中一个氨基酸被另一氨基酸所取代。的多肽链中一个氨基酸被另一氨基酸所取代。 无义突变无义突变（non-sense mutation）：当单个碱基置）：当单个碱基置换导致出现终止密码子时，多肽链将提前终止合成，换导致出现终止密码子时，多肽链将提前终止合成，所产生的蛋白质（或酶）大都失去活性或丧失正常所产生的蛋白质（或酶）大都失去活性或丧失正常功能。功能。 表21-2 点突变的类型 (以Tyr的密码子为例) 无义突变同义突变错义突变DNA TACTAA , TAG RNA UAC UAA UAG aa Tyr Och
20、AmbTAC TAT UAC UAU Tyr TyrTAC TCC UAC UCC Tyr Ser碱基的置换 终止密码突变终止密码突变(termination codon mutation)：当：当DNA分子中一个终止密码发生突变，成为编码氨基分子中一个终止密码发生突变，成为编码氨基酸的密码子时，多肽链的合成将继续进行下去，肽酸的密码子时，多肽链的合成将继续进行下去，肽链延长直到遇到下一个终止密码子时方停止，因而链延长直到遇到下一个终止密码子时方停止，因而形成了延长的异常肽链。也称为延长突变形成了延长的异常肽链。也称为延长突变（elongtion mutation）或通读突变）或通读突变(re
21、ad-through mutation)。 抑制基因突变（抑制基因突变（suppressor gene mutation）：当）：当基因内部不同位置上的不同碱基发生了两次突变，基因内部不同位置上的不同碱基发生了两次突变，其中一次抑制了另一次突变的遗传效应。其中一次抑制了另一次突变的遗传效应。直接引起置换的诱变剂直接引起置换的诱变剂 可直接与核酸的碱基发生化学反应的诱变剂可直接与核酸的碱基发生化学反应的诱变剂 在体内或离体条件下均有作用在体内或离体条件下均有作用 包括包括放射线放射线(紫外线、紫外线、 X-射线、射线、 射线、射线、 宇宙射线宇宙射线)和和亚硝酸亚硝酸、羟胺羟胺和和各种烷化剂各种
22、烷化剂，如硫酸二乙酯，如硫酸二乙酯（DES）、甲基磺酸乙酯（）、甲基磺酸乙酯（EMS）、）、N-甲基甲基-N-硝硝基基-N -亚硝基胍（亚硝基胍（NTG）、乙烯亚胺、环氧乙酸、）、乙烯亚胺、环氧乙酸、氮芥等氮芥等碱基的修饰剂碱基的修饰剂 它们可与一个或几个碱基发生生化反应，引起它们可与一个或几个碱基发生生化反应，引起DNA复制时发生转换。能引起颠换的诱变剂很少。复制时发生转换。能引起颠换的诱变剂很少。紫外线诱发胸苷二聚体紫外线诱发胸苷二聚体 O O UV O O H CH3 H CH3 H CH3 CH3 H N N N N O N H O N H O N H H N O Thymine Th
23、ymine Thymine dimer O O 4 5 4 5 3 6 6 2 1 Fig. 21- Production of thymine dimer by ultraviolet light irradiation. 碱基的修饰剂 (1) 亚硝酸（introus acid, NA）有氧化脱氨作用 HNO2胞嘧啶（胞嘧啶（C） 尿嘧啶（尿嘧啶（U） HNO2腺嘌呤（腺嘌呤（A） 次黄嘌呤（次黄嘌呤（H） HNO2鸟嘌呤（鸟嘌呤（G） 黄嘌呤（黄嘌呤（X） H N O2 A H G G A A T C C C U T H N O2 Nitrous acid （亚硝酸）（亚硝酸）: deam
24、inates C to produce U, resulting in GC AU （transition)Nitrous acid: deaminates A to produce G, resulting in AT GC （transition) （2）羟胺只特异地和胞嘧啶起反应，在第4个C原子上加-OH，产生4-OH-C，此产 物可以和A 配对，使C G转换成T A H A C 4 -O H -C T G A A (3)(3)烷化剂烷化剂如如甲基黄酸乙脂甲基黄酸乙脂（EMS）,氮芥氮芥(NM),甲甲基黄酸甲脂基黄酸甲脂（MMS）,亚硝基胍亚硝基胍（NG）等，它们）等，它们的作用是使碱基
25、烷基化，的作用是使碱基烷基化，EMS使使G的第的第6位烷化，位烷化，使使T的第的第4位上烷化，结果产生的位上烷化，结果产生的O-6-E-G和和 O-4-E-T分别和分别和T、G配对，导致配对，导致G C对转换成对转换成A T对；对；T A对转换成对转换成C G G O -6-E-G A T O-4-E-T C C T T A G GAlkylation (烷基化作用）Electrophilic亲电子的亲电子的chemicals which readily add alkyl烷基烷基groups to various positions on nucleic acids(MMS)(ENU)Pai
26、r with TInterfere with unwinding, transcription甲基萘磺酸盐 乙烷基亚硝基脲间接引起置换的诱变剂间接引起置换的诱变剂 通过活细胞的代谢活动掺入到通过活细胞的代谢活动掺入到DNA分子的诱变剂分子的诱变剂都是一些碱基类似物，如都是一些碱基类似物，如5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶(5-BU)、5-氨基氨基尿嘧啶尿嘧啶(5-AU)、8-氮鸟嘌呤氮鸟嘌呤(8-NG)、2-氨基嘌呤氨基嘌呤(2-AP)和和6-氯嘌呤氯嘌呤(6-CP)等等Bromo-uracil溴尿嘧啶溴尿嘧啶(T analog) can pair with G: （AT GC transition）8-
27、Oxo氧代氧代-dGTP can pair with A: （ CG AT transversion）Mutations can be induced by the incorporation of base analogs 碱基类似物into DNA. 溴脲嘧啶5-BrU: G: Aenol烯醇烯醇formBrOHHOBrKeto酮基酮基formHOAGCTTCCTATCGAAGGATAGCTBCCTATCGAAGGATBase analog incorporationAGCTBCCTATCGAGGGATAGCTTCCTATCGAAGGAT1st round of replicationAG
28、CTBCCTATCGAAGGATAGCTCCCTATCGAGGGAT2nd round of replicationATGC transition5-BU引起的转换引起的转换5-BU引起的转换引起的转换 5-BU的掺入引起的掺入引起GC和和A?T间转换，即同一种间转换，即同一种诱变剂既可造成正向突变，又可使它产生回复诱变剂既可造成正向突变，又可使它产生回复突变。突变。5-BU这类碱基类似物只有对正在进行新陈代谢这类碱基类似物只有对正在进行新陈代谢和繁殖着的微生物才起作用，而对休止细胞、和繁殖着的微生物才起作用，而对休止细胞、游离的噬菌体粒子或离体的游离的噬菌体粒子或离体的DNA分子却不起作分子
29、却不起作用。用。 2-氨基嘌呤(2-AP)也是碱基的类似物，有正常状态和稀有状态两种异构体，可分别与T和C配对结合。当2-AP掺入到 DNA复制中时，由于其异构体的变换而导致A T G CA 2 A P 2 A P * GT T C C 移码突变（移码突变（frame-shift mutation）：是指）：是指DNA链链的密码子之间插入或丢失非的密码子之间插入或丢失非3整倍数碱基，在读码整倍数碱基，在读码时，导致在插入或丢失碱基部位以后的编码都发生时，导致在插入或丢失碱基部位以后的编码都发生了相应改变。了相应改变。 整码突变（整码突变（codon mutation）：在）：在DNA链的密码链
30、的密码子之间插入或丢失一个或几个密码子，则合成的肽子之间插入或丢失一个或几个密码子，则合成的肽链将增加或减少一个或几个氨基酸，但插入或丢失链将增加或减少一个或几个氨基酸，但插入或丢失部位的前后氨基酸顺序不变。也称为密码子的插入部位的前后氨基酸顺序不变。也称为密码子的插入或丢失（或丢失（codon insertion or deletion） 染色体错误配对不等交换（染色体错误配对不等交换（mispaired synapsis and unequal crossing-over）：减数分裂期间，）：减数分裂期间，同源染色体间的同源部分发生联会和交换，如果联同源染色体间的同源部分发生联会和交换，如
31、果联会时配对不精确，会发生不等交换，造成一部分基会时配对不精确，会发生不等交换，造成一部分基因缺失和部分基因重复。因缺失和部分基因重复。（2）移码突变）移码突变Frameshift mutations show that the genetic code is read in triplets from a fixed starting point. The genetic code is triplet 能引起移码突变的因素是一些吖啶类染料，包括原黄素、吖啶黄、吖啶橙和-氨基吖啶等，以及一系列“ICR(The Instilute Cancer Research)”类化合物。 吖啶类化合物是一
32、种平面型三环分子，结吖啶类化合物是一种平面型三环分子，结构与一个嘌呤构与一个嘌呤-嘧啶对十分相似，能嵌入两个相嘧啶对十分相似，能嵌入两个相邻邻DNA碱基对之间，造成双螺旋的部分解开碱基对之间，造成双螺旋的部分解开(两两个碱基对原来相距个碱基对原来相距0.34 nm，当嵌入一个吖啶分，当嵌入一个吖啶分子后，即变成子后，即变成0.68 nm)，从而在，从而在DNA复制过程复制过程中，使链上增添或缺失一个碱基，引起移码突中，使链上增添或缺失一个碱基，引起移码突变。变。可能机制：可能机制：DNA插入剂 ( a ) 增 加 碱 基 插 入 剂 分 子 模 板 链 5 A T C A G T T A C
33、T 3 新 合 成 链 3 T A G T C G A A T G A 5 0 6 8 n m 随 机 选 择 碱 基 嵌 入 插 入 剂 处 下 一 轮 复 制 5 A T C A G C T T A C T 3 3 T A G T C G A A T G A 5 ( b ) 缺 失 碱 基 模 板 链 5 A T C A G T T A C T 3 新 合 成 链 3 T A G T C A T G A 5 插 入 剂 失 去 后 复 制 插 入 剂 5 A T C A G T A C T 3 3 T A G T C A T G A 5 图 2 1 - 1 5 插 入 突 变 导 制 碱
34、基 的 增 加 ( a ) 和 减 少 ( b ) (3)染色体畸变（染色体畸变（chromosomal aberration） 某些理化因子，如某些理化因子，如X X射线等的辐射及烷化剂、亚射线等的辐射及烷化剂、亚硝酸等，除了能引起点突变外，还会引起硝酸等，除了能引起点突变外，还会引起DNADNA的的大损伤（大损伤（macrolesionmacrolesion）染色体畸变，它包染色体畸变，它包括：括：染色体结构上的变化：染色体结构上的变化：缺失（缺失（deletiondeletion）重复（重复（duplicationduplication）易位（易位（translocationtransl
35、ocation）倒位（倒位（inversioninversion）染色体数目的变化染色体数目的变化染色体结构上的变化染色体结构上的变化 分为染色体内畸变和染色体间畸变两类。分为染色体内畸变和染色体间畸变两类。 染色体内畸变染色体内畸变：只涉及一条染色体上的变化，：只涉及一条染色体上的变化，如发生染色体的部分如发生染色体的部分缺失缺失或或重复重复时，其结果可造成基因时，其结果可造成基因的减少或增加；的减少或增加；如发生如发生倒位倒位或或易位易位时，则可造成基因排列顺序的改变，时，则可造成基因排列顺序的改变，但数目却不改变。但数目却不改变。倒位倒位-是指断裂下来的一段染色体旋转是指断裂下来的一段染
36、色体旋转180180 后，后，重新插入到原来染色体的原位置上，从而使其基因顺序重新插入到原来染色体的原位置上，从而使其基因顺序与其它的基因顺序相反；与其它的基因顺序相反；易位易位-是指断裂下来的一小段染色体再顺向或逆是指断裂下来的一小段染色体再顺向或逆向地插入到同一条染色体的其它部位上。向地插入到同一条染色体的其它部位上。 染色体间畸变染色体间畸变：指非同源染色体间的：指非同源染色体间的。染色体畸变（4）转座因子）转座因子（transposible element） 由由4040年代年代B. McClintockB. McClintock对的遗传研究而发现染色体易位，自对的遗传研究而发现染色体
37、易位，自19671967年以来，已在微生物和其它生物中得到普遍证实，并已年以来，已在微生物和其它生物中得到普遍证实，并已成为分子遗传学研究中的一个热点。成为分子遗传学研究中的一个热点。 旧概念旧概念基因是固定在染色体基因是固定在染色体DNADNA上的一些不可移动的核苷酸上的一些不可移动的核苷酸片段。片段。 新发现新发现有些有些DNADNA片段不但可在染色体上移动，还可从一个染片段不但可在染色体上移动，还可从一个染色体跳到另一个染色体，从一个质粒跳到另一个质粒或染色色体跳到另一个染色体，从一个质粒跳到另一个质粒或染色体，甚至还从一个细胞转移到另一个细胞。在这些体，甚至还从一个细胞转移到另一个细胞
38、。在这些DNADNA顺序的顺序的跳跃过程中，往往导致跳跃过程中，往往导致DNADNA链的断裂或重接，从而产生重组交链的断裂或重接，从而产生重组交换或使某些基因启动或关闭，结果导致突变的发生。换或使某些基因启动或关闭，结果导致突变的发生。 转座因子（转座因子（transposible elementtransposible element）在染色体组中或染色在染色体组中或染色体组间能改变自身位置的一段体组间能改变自身位置的一段DNADNA顺序。也称作顺序。也称作跳跃基因跳跃基因（jumping genejumping gene）或或可移动基因（可移动基因（movable genemovable
39、gene）。）。转座因子的种类（转座因子的种类（1） 插入序列（插入序列（ISIS，insertion sequenceinsertion sequence）：特点是分子量：特点是分子量最小（仅最小（仅0.7-1.4kb0.7-1.4kb），只能引起转座（），只能引起转座（transpositiontransposition）效应而不含其它基因。效应而不含其它基因。 可以在染色体、可以在染色体、F F因子等质粒上发现它们。已知的因子等质粒上发现它们。已知的ISIS有有5 5种，即种，即 IS1IS1、IS2IS2、IS3IS3、IS4IS4和和IS5IS5。 E . coliE . coli的
40、的F F因子和核染色体组上有一些相同的因子和核染色体组上有一些相同的ISIS（如（如IS2IS2，IS3IS3等），通过这些同源序列间的重组，就可使等），通过这些同源序列间的重组，就可使 F F因子插入到因子插入到E . coliE . coli的核染色体组上，从而使后者成为的核染色体组上，从而使后者成为HfrHfr菌株。菌株。 因因ISIS在染色体组上插入的位置和方向的不同，其引起的在染色体组上插入的位置和方向的不同，其引起的突变效应也不同。突变效应也不同。 ISIS引起的突变可以回复，其原因可能是引起的突变可以回复，其原因可能是ISIS被切离，如果被切离，如果因切离部位有误而带走因切离部位
41、有误而带走ISIS以外的一部分以外的一部分DNADNA序列，就会在序列，就会在插入部位造成缺失，从而发生新的突变。插入部位造成缺失，从而发生新的突变。转座因子的种类（转座因子的种类（2） 转座子（转座子（Tn，transposon，又称转位子，易，又称转位子，易位子）位子）：一般为：一般为225kb。它含有几个至十几。它含有几个至十几个基因，其中除了与转座作用有关的基因外，个基因，其中除了与转座作用有关的基因外，还含有抗药基因或乳糖发酵基因等其它基因。还含有抗药基因或乳糖发酵基因等其它基因。Tn虽能插到受体虽能插到受体DNA分子的许多位点上，但分子的许多位点上，但这些位点似乎也不完全是随机的，
42、其中某些这些位点似乎也不完全是随机的，其中某些区域更易插入。区域更易插入。转座因子的种类（转座因子的种类（3） Mu噬菌体（即噬菌体（即 mutator phage，诱变噬菌，诱变噬菌体）体）：它是：它是E . coli的一种温和噬菌体。与必的一种温和噬菌体。与必须整合到宿主染色体特定位置上的一般温和须整合到宿主染色体特定位置上的一般温和噬菌体不同，噬菌体不同，Mu噬菌体并没有一定的整合位噬菌体并没有一定的整合位置。与以上的置。与以上的IS和和Tn两种转座因子相比，两种转座因子相比，Mu噬菌体的分子量最大（噬菌体的分子量最大（37kb），它含有），它含有20多多个基因。个基因。Mu噬菌体引起的
43、转座可以引起插入噬菌体引起的转座可以引起插入突变，其中约有突变，其中约有2%是营养缺陷型突变。是营养缺陷型突变。一些诱变剂的作用机制及诱变功能一些诱变剂的作用机制及诱变功能 诱变因素诱变因素在在DNA上的初级效应上的初级效应 遗传效应遗传效应碱基类似物碱基类似物 掺入作用掺入作用 AT=GC双向转换双向转换 羟羟 胺胺 与胞嘧啶起反应与胞嘧啶起反应GCAT的转换的转换 亚硝酸亚硝酸 A、G、C的氧化脱氨作用的氧化脱氨作用AT=GC双向转换双向转换 交交 联联 缺失缺失 烷化剂烷化剂 烷化碱基（主要是烷化碱基（主要是G） AT=GC双向转换双向转换 烷化磷酸基团烷化磷酸基团 ATTA的颠换的颠换
44、 丧失烷化的嘌呤丧失烷化的嘌呤 GCCG的颠换的颠换糖糖-磷酸骨架的断裂磷酸骨架的断裂 巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）丫啶类丫啶类 碱基之间的相互作用（双链变形）碱基之间的相互作用（双链变形） 码组移动（或）码组移动（或）紫外线紫外线 形成嘧啶的水合物形成嘧啶的水合物 GCAT转换转换 形成嘧啶的二聚体形成嘧啶的二聚体码组移动（或）码组移动（或） 交交 联联 电离辐射电离辐射 碱基的羟基化和降解碱基的羟基化和降解 AT=GC双向转换双向转换 DNA降解降解 码组移动（或）码组移动（或） 糖糖-磷酸骨架的断裂磷酸骨架的断裂巨大损伤（缺失、重复、倒位、易位）巨
45、大损伤（缺失、重复、倒位、易位） 丧失嘌呤丧失嘌呤 加热加热 C脱氨基脱氨基 CGTA转换转换 Mu噬菌体噬菌体 结合到一个基因中间结合到一个基因中间 码组移动码组移动小测验（任选3题） 1、翻译、翻译:Melting, hyperchromic effect, mutant, transition, transposible element (transposon) 2、影响、影响DNA双链稳定性的因素主要有哪些？双链稳定性的因素主要有哪些？ 3、什么是基因突变，它有哪些主要特点？、什么是基因突变，它有哪些主要特点？ 4、自发突变的产生原因有哪些？、自发突变的产生原因有哪些？ 6、为什么说、
46、为什么说5-mC是生物体内的突变热点，而是生物体内的突变热点，而C氧化脱氧化脱氨后突变为氨后突变为U却不是？却不是？ 7、如何理解：、如何理解：5-BrU的掺入可引起的掺入可引起 G?C和和A?T间转换，间转换，即同一种诱变剂既可造成正向突变，又可使它产生回复即同一种诱变剂既可造成正向突变，又可使它产生回复突变？突变？8、写出、写出3种常见的诱变剂及其诱变机制种常见的诱变剂及其诱变机制 THE CAT SAW THE DOG AND RUN (END) THE CAT SAW THE DOG AND MUN (END) THE CAT SAW THE DOG (END) THE CAT SAW
47、 THE DOG AND RUN AND THE CAT TSA WTH EDO GAN DRU NEN D. THE CAT SAW THE BIG DOG AND RUN (END)b野生型(同义突变)b错义突变b无义/整码突变b通读突变b移码突变b整码突变核苷酸序列改变引起的氨基酸序列变化 突变类型突变率mutation rate 突突变率指在一个世代中或其他规定的单位时间内，一个细胞发变率指在一个世代中或其他规定的单位时间内，一个细胞发生某一突变事件的概率。生某一突变事件的概率。 在有性生殖的生物中，突变率通常用一定数目配子中的突变在有性生殖的生物中，突变率通常用一定数目配子中的突变型
48、配子数来表示。如高等生物的自发突变率为型配子数来表示。如高等生物的自发突变率为110101105，即在，即在10万到万到100亿个配子中可能有一个突变发生；亿个配子中可能有一个突变发生； 在无性生殖的细菌中，则用一定数目的细菌在一次分裂过程在无性生殖的细菌中，则用一定数目的细菌在一次分裂过程中发生突变的次数来表示。如细菌的自发突变率为中发生突变的次数来表示。如细菌的自发突变率为110104104，即在，即在4万到万到100亿个细胞的一次分裂中可能有一个突亿个细胞的一次分裂中可能有一个突变发生。变发生。 不同的生物，有不同的突变率；同一生物的不同基因也有不不同的生物，有不同的突变率；同一生物的不
49、同基因也有不同的突变率。同的突变率。四、突变效应四、突变效应突变是不定向的，只有选择是定向的突变是不定向的，只有选择是定向的 基因的突变是不定向的，随机的；突变的效应并不对应于诱基因的突变是不定向的，随机的；突变的效应并不对应于诱变因子的性质。比如，低温并不引起耐寒的突变，使用青霉变因子的性质。比如，低温并不引起耐寒的突变，使用青霉素并不引起抗青霉素的突变。素并不引起抗青霉素的突变。 但选择可以是定向的。如在低温条件下，可以找到抗寒的作但选择可以是定向的。如在低温条件下，可以找到抗寒的作物；用了青霉素后，有些细菌确是出现了抗药性。物；用了青霉素后，有些细菌确是出现了抗药性。 群体的基因型的定向
50、变异，是由选择的作用造成的，而不是群体的基因型的定向变异，是由选择的作用造成的，而不是个体的定向变异造成的。个体的定向变异造成的。 自然界的生物群体，在正常温度或不接触药物的环境中，耐自然界的生物群体，在正常温度或不接触药物的环境中，耐低温或耐药物的性状无从表现出来，当温度降低或使用药物低温或耐药物的性状无从表现出来，当温度降低或使用药物时，只有耐低温和耐药的个体被选择出来，并逐渐成为群体时，只有耐低温和耐药的个体被选择出来，并逐渐成为群体中的主体，形成耐低温和耐药的生物群体。中的主体，形成耐低温和耐药的生物群体。1、突变效应、突变效应 -突变位于基因编码区突变位于基因编码区 沉默突变沉默突变