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1、第十三章第十三章 基因突变与基因突变与DNADNA损伤修复损伤修复从SARS说起01-2月-23遗传学01-2月-23遗传学甲型H1N1流感病毒 01-2月-23遗传学基因突变的概念什么是突变？01-2月-23遗传学产生新基因源泉之一 S、M蛋白基因突变普通冠状病毒-SARS 病毒 H、N蛋白基因突变普通流感病毒-甲H1N1 病毒01-2月-23遗传学月见草01-2月-23遗传学玫瑰101-2月-23遗传学玫瑰201-2月-23遗传学2004年7月报道，日本用14年育出的蓝玫瑰01-2月-23遗传学01-2月-23遗传学乌纳塔恩综合症乌纳塔恩综合症人类女性多毛症01-2月-23遗传学不同皮色的
2、老鼠不同皮色的老鼠01-2月-23遗传学不同肤色的蛇01-2月-23遗传学不同眼色的果蝇不同眼色的果蝇01-2月-23遗传学01-2月-23遗传学翅膀羽毛的变化翅膀羽毛的变化01-2月-23遗传学孔雀翅膀羽色的变化孔雀翅膀羽色的变化01-2月-23遗传学猫耳朵的变异猫耳朵的变异蜜蜂绿眼突变蜜蜂绿眼突变01-2月-23遗传学白化变异白化变异01-2月-23遗传学娃娃鱼体色突变娃娃鱼体色突变01-2月-23遗传学不同颜色的金鱼草花朵不同颜色的金鱼草花朵月季的红花和白花月季的红花和白花01-2月-23遗传学水稻叶耳变异水稻叶耳变异水稻叶形变异水稻叶形变异01-2月-23遗传学水稻粒色变异水稻粒色变异
3、01-2月-23遗传学水稻穗部变异水稻穗部变异01-2月-23遗传学水稻颖壳变异水稻颖壳变异01-2月-23遗传学株高突变株高突变01-2月-23遗传学小麦耐盐突变小麦耐盐突变大麦抗性突变大麦抗性突变01-2月-23遗传学彩色棉彩色棉01-2月-23遗传学玉米叶色变异玉米叶色变异01-2月-23遗传学玉玉米米雄雄穗穗颜颜色色变变异异01-2月-23遗传学玉米分支玉米分支多多穗穗玉玉米米01-2月-23遗传学苹果熟色变异苹果熟色变异柑橘无籽变异柑橘无籽变异01-2月-23遗传学玉米不同类型（亚种）玉米不同类型（亚种）01-2月-23遗传学玉米马齿种玉米马齿种玉米硬粒种玉米硬粒种玉米甜质种玉米甜质
4、种01-2月-23遗传学玉米糯质种玉米糯质种米粉质种米粉质种玉米爆裂种玉米爆裂种01-2月-23遗传学玉米有稃种玉米有稃种01-2月-23遗传学玉米籽粒颜色突变玉米籽粒颜色突变玉米甜与非甜分离玉米甜与非甜分离01-2月-23遗传学果穗中下部带有苞叶果穗中下部带有苞叶玉米短花须突变玉米短花须突变01-2月-23遗传学大豆皮色变异大豆皮色变异01-2月-23遗传学苹果熟期变异苹果熟期变异牛舌草白色突变牛舌草白色突变01-2月-23遗传学花色体细胞突变花色体细胞突变01-2月-23遗传学不同颜色的牵牛花不同颜色的牵牛花01-2月-23遗传学柑桔体细胞突变柑桔体细胞突变01-2月-23遗传学马铃薯薯块
5、颜色变异马铃薯薯块颜色变异苹果体细胞突变苹果体细胞突变第一节第一节 点突变及其分子点突变及其分子基础基础一、基因突变的种类一、基因突变的种类 从从DNADNA碱基顺序改变来分，突变一般可分为碱基碱基顺序改变来分，突变一般可分为碱基置换突变、移码突变、整码突变及染色体错误配对置换突变、移码突变、整码突变及染色体错误配对和不等交换和不等交换4 4种。种。(一一)碱基替碱基替(置置)换突变换突变 一个碱基被另一碱基取代而造成的突变称为碱基一个碱基被另一碱基取代而造成的突变称为碱基替替(置置)换突变。凡是一个嘌呤被另一个嘌呤所取代，或者一个嘧啶换突变。凡是一个嘌呤被另一个嘌呤所取代，或者一个嘧啶被另一
6、个嘧啶所取代的置换称为转换（被另一个嘧啶所取代的置换称为转换（transitiontransition）；一个）；一个嘌呤被另一个嘧啶所取代或一个嘧啶被另一个嘌呤所替代的嘌呤被另一个嘧啶所取代或一个嘧啶被另一个嘌呤所替代的置换称为颠换（置换称为颠换（transversiontransversion）。）。(二二)移码突变移码突变 移码突变（移码突变（frame-shift mutationframe-shift mutation）是指）是指DNADNA链上插入或丢失链上插入或丢失1 1个、个、2 2个甚至多个碱基（但不是三联体密码子及其倍数），在读码时，由于原来个甚至多个碱基（但不是三联体密码
7、子及其倍数），在读码时，由于原来的密码子移位，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。的密码子移位，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。移码突变造成的肽链延长或缩短，取决于移码终止密码子推后或提前出现。移码突变造成的肽链延长或缩短，取决于移码终止密码子推后或提前出现。(三三)整码突变整码突变 如果在如果在DNADNA链的密码子之间插入或丢失一个或几个密码子，则合成的链的密码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，但插入或丢失部位的前后氨基酸顺肽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，称为整码突变（序不
8、变，称为整码突变（codon mutationcodon mutation）或密码子插入或丢失（）或密码子插入或丢失（codon codon insertion or deletioninsertion or deletion）。）。(四四)染色体错误配对不等交换染色体错误配对不等交换 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 mispaired synapsis and unequal crossing-overcrossing-over），减数分裂期间，同源染色体间的同源部分发生联会和），减数分裂期间，同源染色体间的同源部
9、分发生联会和交换，如果联会时配对不精确，会发生不等交换，造成一部分基因缺失和交换，如果联会时配对不精确，会发生不等交换，造成一部分基因缺失和部分基因重复。部分基因重复。二、基因突变的分子效应二、基因突变的分子效应(一一)同义突变同义突变 由于密码子具有简并性，因此，单个碱基置换后使由于密码子具有简并性，因此，单个碱基置换后使mRNAmRNA上改变后的密码子与改变前所编码的氨基酸一样，肽链中出上改变后的密码子与改变前所编码的氨基酸一样，肽链中出现同一氨基酸。现同一氨基酸。DNADNA：CTCTA ACTCTG GmRNAmRNA：GAGAU UGAGAC CPrPr ：ASPASPASPASP(
10、二二)错义突变错义突变 指指DNADNA分子中的核苷酸置换后改变了分子中的核苷酸置换后改变了mRNAmRNA上遗传密码，从而导致合成上遗传密码，从而导致合成的多肽链中一个氨基酸被另一氨基酸所取代，这种情况称为错义突变。的多肽链中一个氨基酸被另一氨基酸所取代，这种情况称为错义突变。DNADNA：ACC CCCACC CCCmRNAmRNA：UGG GGGUGG GGGPr Pr：Trp GlyTrp Gly 色氨酸色氨酸 甘氨酸甘氨酸(三三)无义突变无义突变 当单个碱基置换导致出现终止密码子（当单个碱基置换导致出现终止密码子（UAGUAG、UAAUAA、UGAUGA）时，多肽链将提前终止合成，所
11、产生的蛋白质（或酶）大都时，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功能，此种突变称为无义突变（失去活性或丧失正常功能，此种突变称为无义突变（non-non-sense mutationsense mutation）。）。DNADNA：A AC CC C A AT TC CmRNAmRNA：U UG GG G U UA AG GPr Pr：TrpTrp 终止终止(四四)终止密码突变终止密码突变 当当DNADNA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，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，肽链延长直到遇到下一个终
12、止密码子时方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，因而形成了延长的异常肽链，这种突变称为终止密码突变停止，因而形成了延长的异常肽链，这种突变称为终止密码突变（termination codon mutationtermination codon mutation），这也是种延长突变（），这也是种延长突变（elongtion elongtion mutationmutation）。）。(五五)抑制基因突变抑制基因突变 当基因内部不同位置上的不同碱基发生了两次突变，其当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，这种突变称为抑制基
13、中一次抑制了另一次突变的遗传效应，这种突变称为抑制基因突变（因突变（suppressor gene mutationsuppressor gene mutation）。）。三、化学诱变因素及其机理三、化学诱变因素及其机理（一）碱基类似物诱发突变（一）碱基类似物诱发突变 1.1.碱基类似物碱基类似物：一种化合物的分子结构与一种化合物的分子结构与4 4种天然化合物的结构种天然化合物的结构类似，在化学反应中取代了天然化合物，引起错误配对，从而由一类似，在化学反应中取代了天然化合物，引起错误配对，从而由一个碱基对代替另一个不同的碱基对。个碱基对代替另一个不同的碱基对。常见的碱基类似物有常见的碱基类似物
14、有5-5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（BUBU）和）和2-2-氨基嘌呤（氨基嘌呤（APAP）5-5-溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（BUBU）是胸腺嘧啶（）是胸腺嘧啶（T T）的结构类似物引起的碱基替换。）的结构类似物引起的碱基替换。正常情况：正常情况：A=TA=T，酮式，酮式BU=ABU=A，烯醇式，烯醇式BUGBUG（少见），当（少见），当BUBU参与参与DNADNA复复制时，制时，BUBU在在酮式酮式与与烯醇式烯醇式之间转换，结果之间转换，结果GC A=TGC A=T。2 2氨基嘌呤（氨基嘌呤（2 2APAP），），它是一种腺嘌呤的类似物，它可和胸腺嘧啶它是一种腺嘌呤的类似物，它可和胸腺嘧啶配对。配对。当当
15、2 2APAP以和胸腺嘧啶配对形式进人以和胸腺嘧啶配对形式进人DNADNA后后，它可再和胞嘧啶配对；，它可再和胞嘧啶配对；从而产生从而产生A AT T到到G GC C的转换，或的转换，或当当2 2APAP以和胞嘧啶配对形式进人以和胞嘧啶配对形式进人DNADNA后后再再和胸腺嘧啶配对后产主和胸腺嘧啶配对后产主G GC C到到A AT T的转换的转换。2-氨基嘌呤氨基嘌呤DNADNA修饰物修饰物：通过化学变化改造：通过化学变化改造DNADNA分子结构的物质。其作用与分子结构的物质。其作用与 DNADNA复制无关。复制无关。三类：三类：亚硝酸、烷化剂、羟胺。亚硝酸、烷化剂、羟胺。（二）（二）DNAD
16、NA修饰物（碱基作用物）诱发突变修饰物（碱基作用物）诱发突变 已知亚硝酸有氧化脱氢作用，它已知亚硝酸有氧化脱氢作用，它使腺嘌呤（）使腺嘌呤（）脱去氨基，成为脱去氨基，成为次黄嘌呤（次黄嘌呤（H H），使），使胞嘧啶（胞嘧啶（C C）脱去氨基，成为脱去氨基，成为尿嘧啶（尿嘧啶（U U），），使使鸟鸟嘌呤（嘌呤（G G）脱去氨基）脱去氨基，为，为黄嘌呤黄嘌呤。脱氨后生成的。脱氨后生成的次黄嘌呤次黄嘌呤跟跟胞嘧啶胞嘧啶配配对，脱氨后生成的对，脱氨后生成的尿嘧啶尿嘧啶跟腺嘌呤配对。跟腺嘌呤配对。黄嘌呤黄嘌呤不能跟其它任何碱基不能跟其它任何碱基配对，所以这种改变可能对细胞是致死的。配对，所以这种改变可能
17、对细胞是致死的。移码突变移码突变氧化脱氨基氧化脱氨基作用作用AAH H、CCU U、GGX X1 1、亚硝酸（、亚硝酸（HNOHNO2 2）是一种很有效的诱变剂，已知可以引起许多生物的突变，如烟是一种很有效的诱变剂，已知可以引起许多生物的突变，如烟草花叶病病毒，草花叶病病毒，T T、T T和和E.coliE.coli等。等。2 2、烷化剂：、烷化剂：一类具有一个或多个活性烷基的化合物。一类具有一个或多个活性烷基的化合物。并不掺入并不掺入DNADNA而是通过改变碱基而是通过改变碱基的结构从而引起特异性错配的结构从而引起特异性错配 芥子气、硫酸二乙酯（芥子气、硫酸二乙酯（DESDES）、甲基磺酸乙
18、酯）、甲基磺酸乙酯 （EMSEMS）、乙烯亚胺（）、乙烯亚胺（EIEI）、亚硝基胍等。）、亚硝基胍等。3 3、羟胺（、羟胺（HAHA）：）：是一种还原剂，可将胞嘧啶（是一种还原剂，可将胞嘧啶（C C）上的氨基变为醇基，使）上的氨基变为醇基，使C C与与A A配配对，从而是对，从而是GCGC对转换为对转换为ATAT对。对。能够结合到能够结合到DNADNA分子中，引起分子中，引起DNADNA分子中遗传密码的阅读顺序发生改变，分子中遗传密码的阅读顺序发生改变，从而导致突变。从而导致突变。吖啶类化合物吖啶类化合物 氮芥类（氮芥类（ICRICR）化合物）化合物增加（增加（+）或减少（）或减少（-）一个）
19、一个或几个碱基对或几个碱基对 移码突变移码突变 吖啶类（如原黄素、吖黄素、吖啶黄）分子扁平吖啶类（如原黄素、吖黄素、吖啶黄）分子扁平,能能插入插入DNADNA相相邻碱基对间，使邻碱基对间，使DNADNA分子双链分子双链歪斜，歪斜，导致交换时出现导致交换时出现不等交换不等交换，产生，产生的重组分子一个碱基多，一个碱基少的重组分子一个碱基多，一个碱基少。(三三)嵌合剂导致突变作用：嵌合剂导致突变作用：第二节第二节 突变类型突变类型 突变体突变体(mutant)：携带突变的生物个体或群体或株系：携带突变的生物个体或群体或株系 突变基因突变基因(mutantgene):存在突变位点的基因存在突变位点的
20、基因野生型基因（野生型基因（wild type gene）：）：表现型表现型 Arg+Arg-基因型基因型 arg+arg-野生型野生型 突变性状突变性状 从从突变作用来源上定义突变作用来源上定义 自发突变自然界的突变剂或偶然复制错误自发突变自然界的突变剂或偶然复制错误 自发损伤、碱基氧化损伤、自发损伤、碱基氧化损伤、DNADNA复制错误等复制错误等 动态突变动态突变 基因组内一些简单串联重复序列的拷贝数在每次减基因组内一些简单串联重复序列的拷贝数在每次减 数分裂或体细胞有丝分裂过程中发生的改变，进数分裂或体细胞有丝分裂过程中发生的改变，进 而造成遗传物质不稳定状态的突变而造成遗传物质不稳定状
21、态的突变亨廷顿氏舞蹈症亨廷顿氏舞蹈症 肌强直性营养不良肌强直性营养不良脆性脆性X X综合征综合征动态突变与人类相关遗传疾病动态突变与人类相关遗传疾病 第三节第三节 DNA损伤修复损伤修复一、嘧啶二聚体的产生一、嘧啶二聚体的产生相邻的胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚体CCCCCCCC PR1、光复活（、光复活（photo reactivation）-TT-AA-TT-AA-TT-AA-TT-AA-复制前、不容易出错 400 nm 蓝光、PR 酶 (photo-reactivation enzyme)光敏裂合酶（photolyase）可见光激活 二、二聚体修复的机制二、二聚体修复的机制2.切除修复切除修复Ex
22、isionRepair 复制前进行复制前进行 不易出错不易出错 碱基切除修复核苷酸切除修复碱基切除修复核苷酸切除修复ABA BCA B CA BCAB螺旋酶Pol 螺旋酶连接酶切补切封3.重组修复（重组修复（RecombinativeRepair）二聚体后起始 RecA 聚合酶、连接酶4.易错修复（易错修复（SOS repair）错误碱基 SOS 修复无模板指导的DNA复制 大剂量的紫外线照射，大量的二聚体产生 SOS系统诱导，错误潜伏的复制超越二聚体而进行当DNA复制受阻/DNA damaged细胞内原少量表达的RecA-p与S.S,DNA结合激活RecA-p的proteinase活性修复损伤LexA-p降解RecA-p高效表达 SOS open当DNA复制度过难关后SOS repair 是一种错误倾向性极强的修复机制是进化中形成的“竭尽全力，治病救人”的措施（正常状态下，SOS是关闭的）RecA-p很快消失LexA gene onSOS off人的着色素性干皮病病人（人的着色素性干皮病病人（XP）缺乏）缺乏修复能力易患皮肤癌。修复能力易患皮肤癌。第四节 基因突变的检测1 1、限制性酶切片段长度多态性分析法、限制性酶切片段长度多态性分析法（RFLPRFLP）2 2、单链构象多态性（、单链构象多态性（SSCPSSCP）3 3、DNADNA直接测序直接测序