微生物遗传育种课件,基因突变.ppt

第二章 基因突变和诱变育种第一节 概述： 突变的定义及其分类一、突变的定义突变的概念最早是由荷 兰植物学家 H. de. Vries于 1901年提出的他在自家的 菜地上找到一种野生型的拉 马月见草（Oenothera lamarckiana）这种植物具 有惊人的产生遗传新类型的 性质， de.Vries把这些新 类型称为“突变” 1、突变（Mutation）：指遗传物质发生了稳定 的可遗传的变化，所有的突变都是DNA结构中碱 基所发生的改变2、突变体（Mutant）：携带突变的生物个体或 群体或株系，称为突变体3、突变基因（Mutant Gene）和野生型基因（ Wild Gene）：发生了突变的基因称为突变基因 ，没有发生突变的基因称为野生型基因突变包括染色体数量的变化和染色体上 基因本身的变化等多种多样的现象染色体较大范围结构的变化称为染色体畸变 （Chromosomal aberration），即DNA的大段变 化（损伤）的现象染色体上基因本身的变化称 为基因突变（Gene Mutation）染色体数量变 化和染色体畸变对进化学家和植物育种学家来说 相当重要，对于微生物遗传及育种来说不如基因 突变重要。

二、基因符号与命名规律1946年，J.lederberg发现细菌杂交时， E.coli菌中所报导的突变型不过十几个， 大约二十年后，在E.coli中已经定位的基 因有650个，大约又十年后增加了200个， 到1983年这个数字已经增加到1027个基因命名规则：1、每一个基因座位都用斜体小写的3个字母来表示，一般 这三个字母是代表该基因的一个或两个或三个英文单词的 前三个字母如色氨酸基因trp（tryptophan），但也有例 外，如xis（excision）是切除修复基因2、产生同样表型的不同基因座位，在上述斜体小写的英文 3个字母后加上一个斜体的大写字母以示区别，如trp A3、一个基因的不同突变位点是在这个突变基因座位符号后 ，按分离先后次序用数字来表示，如果不知道这些突变属 于哪一个基因座位，则用“—”来代替如trp A 23,trp —544、表型特性同样用3个字母来表示，但第一个字母大写， 以便于基因符号清楚的区别5、细菌对抗生素和phage的抗性突变表示为r，野生型的菌 对抗生素和phage均为敏感型s，写突变体基因型可以写strr 或str-r或strB strA，写表型时，Strr。

6、一般用“＋”表示一个座位野生型等位基因，“—”表示突 变型等位基因，一般不写“—”7、菌株用简单的序号表示，不同的实验室采用不同的英文 字母作字首，菌株编号不用斜体一个菌株第一次在论文 中出现时，应详细描述其基因型及相关表型菌株编号 性别 基因型 表型 E.coli CSH1 F— trpB Trp－ lacZ Lac－thi B1－strA strr8、当染色体上存在缺失时，可用“∆”来表示，缺失的部分 表示在“∆”符号后面的括号中，例如∆（Lac, pro）表示染 色体上乳糖发发酵基因到脯氨酸基因这这一段染色体发发生缺失 9、在基因符号书写时，一般应先写生化缺陷标记，然后是 糖发酵标记、抗药性标记和形态变异标记，最后是象 λphage一类附加体在细菌中的存在状态或细菌对这类附加 体的反应和抑制基因的符号例如：CGSC4252: F' 105T thr-1 leuB6 thi-1 argE3 his-4 proA2 recA13 lacY1 galK2 mtl-1 xyl-5 ara-14 rpsL31 tsx-33 λ- supE44 三、突变的分类1、按照突变生成的过程（或原因）来看：可分为自发突变 和诱发突变。

2、从DNA碱基序列改变多少来分可分为单点突变和多点 突变点突变碱基替代碱基插入碱基缺失颠换 转换3、从阅读框架的影响来看有所谓的移框突变4、从对遗传信息的改变来看可将点突变中的碱基替代进一 步分为：同义突变（synomymous mutation）,错义突变（ missense mutation）,无义突变（nonsense mutation）5、从突变的效应背离或返回到野生型这两种方向来看分为 正向和回复突变两种6、从突变的位点存在于负责基因调控的DNA序列当中来 看分为启动子上升突变和下降突变7、从基因突变所带来的表型改变来看分为选择性突变和非 选择性突变突变株 的表型选择性突变营养缺陷型 抗性突变型 条件致死型非选择性突变形态突变型 抗原突变型 产量突变型第二节 基因突变的规律一、不对应性即突变的性状与引起突变 的原因无直接对应关系• 波动试验(Fluctuation test) 又称变量 试验或彷徨试验第二节 基因突变的规律1943年，S. E. Luria和M. Delbrück 发表了利用波动试验研究细菌抗噬菌 体突变的论文，揭开了细菌遗传学的 新篇章第二节 基因突变的规律Luria等的波动试验2. 涂布试验 (Plate spread或 Newcombe experiment)第二节 基因突变的规律1949年，H. Newcombe设计 了一种与波动试验相似，但方法更为 简单的证实突变自发性的试验——涂 布试验。

第二节 基因突变的规律Newcombe的涂布试验第二节 基因突变的规律3. 影印试验 (Replica plating)1952年，J. 和E. Lederberg 夫妇发明了一种直接证明突变自发 性的方法 -----影印培养法，证明了 细菌的抗药性是发生在加入药物之 前的，而药物的作用仅是把突变型 筛选出来第二节 基因突变的规律Lederberg等设计的平板影印培养法第二节 基因突变的规律二、自发性各种性状的突变，可以在没有人 为的诱变因素下自发地发生第二节 基因突变的规律三、稀有性自发突变虽可随时发生，但其突变 率却是极低和稳定的，一般在10-6~10-9 之间但特定微生物的某一特定性状 的突变率是一定的第二节 基因突变的规律1 突变率的概念突变率的一般定义为: 任何一个菌 体在一定时间内所发生突变的几率突变速率(mutation rate): 是指在每 世代每细胞(或个体)发生的特定的突 变事件的平均几率(mutation per cell per generation)第二节 基因突变的规律1 突变率的概念突变频率 (mutation frequency): 是指在群体内突变型的频率。

它未必能 反映突变发生的速率因此，我们常 说的突变率是指突变速率第二节 基因突变的规律2 突变率的计算mt－m0 mt－m0 M= = 0.69× (nt－n0)/ln2 (nt－n0)式中 M为突变率， mt是t时的突变细菌 数， m0为零时的突变细菌数， nt为t时细 菌总数， n0为零时的细菌总数第二节 基因突变的规律2 突变率的计算 例:有一株Tons E. coli菌,从103个细胞/ml培养 至108/ml，涂于营养琼脂平皿上，喷上T1噬 菌体,经培养后,长出10个Tonr菌株.求突变率10－0 M= 0.69× ≈1×10－7 108 － 103第二节 基因突变的规律四、独立性突变的发生一般是独立的，即在某一群 体中,既可发生抗青霉素的突变型，也可发生抗链霉素的突变型或其它药物的突变型，而 且还可发生任何性状的突变型.某一基因的突 变,既不提高也不降低其他任何基因的突变率。

第二节 基因突变的规律五、诱变性某些物理化学因素显著提高突变率的 作用称为诱变.通过诱变剂的作用，可以提 高自发突变的几率，一般可提高10~105倍第二节 基因突变的规律六、稳定性七、可逆性第三节 诱变的机制一、碱基类似物在DNA复制 时的掺入第三节 诱变的机制1. 5-溴尿嘧啶（5-BU）第三节 诱变的机制2. 2-氨基嘌呤（2-aminopurine， 2-AP ）第三节 诱变的机制第三节 诱变的机制二、DNA分子上碱基的化学 修饰第三节 诱变的机制1. 亚硝酸（nitrous acid）引起的氧化 脱氨反应凡是含有NH2的碱基（A，G，C）都可以被亚硝酸作用，产生氧化脱氨反应，使氨基变为酮基，然后改变配对性质，造成碱基转换突变第三节 诱变的机制第三节 诱变的机制2. NH2OH的致突变作用羟胺（HA）是一种重要的化学诱变剂， 但其作用机制比较复杂在不同的pH和不同 的NH2OH浓度时有不同的产物在pH6.0， 浓度0.1~1.0mol/L时，它专一地与胞嘧啶起 反应，将胞嘧啶转变为只能与A配对的修饰 碱基——羟基亚胺（Hydoxylimine）碱基， 从而导致GC→AT的转换。

第三节 诱变的机制第三节 诱变的机制3. 烷基化试剂的致突变作用（1）烷化剂的概念：生物学上的烷化剂是指在正常生理条件下，能将烷基转移给重要的生物分子的一类化合物第三节 诱变的机制（2）烷化剂的分类 ：根据分子中反应烷基数目（即功能基）的多寡，可将烷化剂分成单功能或多功能的烷化剂两大类第三节 诱变的机制（3）常见（用）的烷化剂：乙基磺酸乙酯（EES）、甲基磺酸乙酯（EMS）、硫酸二乙酯（DES）和亚硝基胍（NTG）等，（详见下表）第三节 诱变的机制第三节 诱变的机制第三节 诱变的机制（4）烷化剂的作用机制：烷化剂能与DNA分子的许多部位发生作用，结果使DNA分子增加了烷基侧链（烷基化作用），从而改变了DNA的分子结构，引起生物体发生突变第三节 诱变的机制A 直接诱发碱基错配：鸟嘌呤N7位置上的烷化有利于发生电离作用，而离子化的鸟嘌呤则应该具有同T而不是同C配对的倾向，因此，便能产生GC→AT的转换第三节 诱变的机制B 错误修复：鸟嘌呤N7烷化作用的另一种效应是使 鸟嘌呤碱基与糖-磷酸的键合削弱，从而导 致烷化的鸟嘌呤从DNA上逐渐地脱落下来 ，这个过程就是所谓的“烷化脱嘌呤作用”。

脱嘌呤形成了分子裂缝，在随后的DNA复制过程中便会产生转换或颠换第三节 诱变的机制（5）NTG（NNG）的作用特点：第三节 诱变的机制三、嵌合剂的致突变作用吖啶类染料和ICR类化合物是通过同 DNA分子结合而发生诱变作用的两类主要的化学诱变剂吖啶类化合物主要有原黄素， 5-氨基吖啶、吖啶橙等ICR化合物是指由美国癌症研究所应用化学方法合成的（ Institute for Cancer Research)，是一些由烷化剂和吖啶类相结合的化合物第三节 诱变的机制致突变作用的机理：诱发移码突变 吖啶类化合物都是平面的三环化合物， 大小和嘌呤-嘧啶对大致相等，在水溶液中 能与碱基堆积在一起，并插入到两个碱基对 之间，这一过程称为嵌入（intercalation） 一个吖啶分子嵌入后，当DNA分子复制转 录时，在顺序中发现一个或两个“额外”碱基 ，造成识别和阅读错误，产生移码突变有 时也有很低频率的单碱基缺失，引起移码突 变第三节 诱变的机制第三节 诱变的机制第三节 诱变的机制四、物理因素所诱发的突变1. 紫外线第三节 诱变的机制2. 电离辐射：（直接作用，间接 作用）H2O＋O2→OH-＋HO2-3. 热诱变的分子机制第三节 诱变的机制五、转座子(Transposable elements)1. 概念：1951年B. Mc。