5分子生物学第五章基因突变和修复课件.ppt

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•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 muta—tion)•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10-6～～10-9 间。

间•4、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10～～105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，两者发生的频率基本相同Ø自然界的各种辐射自然界的各种辐射Ø环境中的化学物质环境中的化学物质Ø环境中的生物因素环境中的生物因素Ø生物体内的生物体内的DNA复制错误复制错误ØDNA自发损伤和修复能力的缺陷自发损伤和修复能力的缺陷Ø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综合效应导致•(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，每个碱基对错误配对的频率是10-7～～10-11，而一个基因平均约含，而一个基因平均约含1000 bp，故自发突变频，故自发突变频率约为率约为10-6因此，若对细菌做一般液体培养时，因其因此，若对细菌做一般液体培养时，因其细胞浓度常可达到细胞浓度常可达到108个个/ml，故经常会在其中产生自，故经常会在其中产生自发突变株发突变株DNA复制错误a.环状突出效应环状突出效应•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Spontaneous DNA lesionsSpontaneous DNA lesions 1.Inherent chemical reactivity of the DNA2.The presence of normal, reactive chemical species within the cell 1.Deamination (脱氨作用）: 2.CU (may be removed by Uracil DNA glycosylase)3.methylcytosine m5C T （normal residue）（in CpG islands) 2.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3.Depyrimidination (脱嘧啶作用) : raredeamination--ATGCTACG----TACGATGC----ATGUTACG----TACGATGC----ATG TACG----TACGATGC-- U--ATGCTACG----TACGATGC--Uuracil DNA glycosylaseUuracil DNA glycosylaseCytosine deamination and repair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G→T。

Oxidative damageOxidative damageOxidative damage( ( (氧化损伤）氧化损伤）氧化损伤）The levels of oxidation can be increased by hydroxyl radicals from the radiolysis of H2O caused by ionizing radiation. 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. Mutations 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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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(read-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、 γ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•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））Nitrous acid （亚硝酸）（亚硝酸）: deaminates C to produce U, resulting in G·C  A·U （（transition)Nitrous acid: deaminates A to produce G, resulting in A·T  G·C （（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•(3)(3)烷烷化化剂剂如如甲甲基基黄黄酸酸乙乙脂脂（（EMS））,氮氮芥芥(NM),甲甲基基黄黄酸酸甲甲脂脂（（MMS））,亚亚硝硝基基胍胍（（NG））等等，，它它们们的的作作用用是是使使碱碱基基烷烷基基化化，，EMS使使G的的第第6位位烷烷化化，，使使T的的第第4位位上上烷烷化化，，结结果果产产生生的的O-6-E-G和和 O-4-E-T分分别别和和T、、G配配对对，，导导致致G∶ ∶C对对转转换换成成A∶ ∶T对对；；T∶ ∶A对转换成对转换成C∶ ∶GAlkylation (Alkylation (烷基化作用）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)Pair 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-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formHOAGCTTCCTATCGAAGGATAGCTBCCTATCGAAGGAT1.Base analog incorporationAGCTBCCTATCGAGGGATAGCTTCCTATCGAAGGAT2.1st round 3.of replicationAGCTBCCTATCGAAGGATAGCTCCCTATCGAGGGAT3.2nd round of replicationA·TG·C transition5-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G┇ ┇C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•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5-BU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、分子却不起作分子却不起作DNA游离的噬菌体粒子或离体的游离的噬菌体粒子或离体的用•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 ∶ 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，在读码时，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了相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•整码突变（整码突变（codon mutation）：在）：在DNA链的密码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α-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(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（translocationtranslocation））–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易位易位易位易位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 gene）转转 座座 因因 子子 的的 种种 类类（（1））•插插入入序序列列（（ISIS，，insertion insertion sequencesequence））：：特特点点是是分分子子量量最最小小（（仅仅0.7-1.4kb0.7-1.4kb）），，只只能能引引起起转转座座（（transpositiontransposition））效效应而不含其它基因。

应而不含其它基因•可可以以在在染染色色体体、、F F因因子子等等质质粒粒上上发发现现它它们们已已知知的的ISIS有有5 5种种，，即即 IS1 IS1、、IS2IS2、、IS3IS3、、IS4IS4和和IS5IS5•E E . . colicoli的的F F因因子子和和核核染染色色体体组组上上有有一一些些相相同同的的ISIS（（如如IS2IS2，，IS3IS3等等）），，通通过过这这些些同同源源序序列列间间的的重重组组，，就就可可使使 F F因因子子插插入入到到E E . . colicoli的的核核染染色色体体组组上上，，从从而而使使后后者者成成为为HfrHfr菌菌株•因因ISIS在在染染色色体体组组上上插插入入的的位位置置和和方方向向的的不不同同，，其其引引起起的的突突变效应也不同变效应也不同•ISIS引引起起的的突突变变可可以以回回复复，，其其原原因因可可能能是是ISIS被被切切离离，，如如果果因因切切离离部部位位有有误误而而带带走走ISIS以以外外的的一一部部分分DNADNA序序列列，，就就会会在在插插入部位造成缺失，从而发生新的突变入部位造成缺失，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2~25kb。

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，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，诱变噬菌体），诱变噬菌体）：它是：它是E . coli的一种温和噬菌体与必须整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噬菌合到宿主染色体特定位置上的一般温和噬菌体不同，体不同，Mu噬菌体并没有一定的整合位置噬菌体并没有一定的整合位置与以上的与以上的IS和和Tn两种转座因子相比，两种转座因子相比，Mu噬菌噬菌体的分子量最大（体的分子量最大（37kb），它含有），它含有20多个基多个基因Mu噬菌体引起的转座可以引起插入突变，噬菌体引起的转座可以引起插入突变，其中约有其中约有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GC→AT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 AT→TA的颠换的颠换 丧失烷化的嘌呤丧失烷化的嘌呤 GC→CG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 GC→AT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 CG→TA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、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、、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3写出写出•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 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1×10—10～～1×10—5，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1×10—10～～4×10—4，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•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(同义突变同义突变)：一般为中性突变，但当突变位点破坏编码：一般为中性突变，但当突变位点破坏编码区的调控元件或产生了一个新的剪切位点时可产生表型变化。

区的调控元件或产生了一个新的剪切位点时可产生表型变化•错义突变：错义突变：其效应决定于新氨基酸与原来氨基酸之间的化学性质其效应决定于新氨基酸与原来氨基酸之间的化学性质是否相似，即保守性是否相似，即保守性•无义突变：无义突变：有时是致命的，但当突变产生于接近有时是致命的，但当突变产生于接近3’端时，可能只端时，可能只影响影响mRNA的稳定性的稳定性•通读突变：通读突变：影响多肽链的性质和影响多肽链的性质和mRNA的稳定性的稳定性•移码突变：移码突变：其效应决定于插入的位置其效应决定于插入的位置•整码突变：整码突变： 3n个碱基的插入或缺失可能造成功能缺失个碱基的插入或缺失可能造成功能缺失•渗露突变：渗露突变：由于突变后产生的蛋白保留了部分活性或产生了少量由于突变后产生的蛋白保留了部分活性或产生了少量了野生型蛋白，使突变体残存了部分野生型的功能了野生型蛋白，使突变体残存了部分野生型的功能2、突变效应 ---位于基因非编码区或基因外•突变位于突变位于内含子内含子：一般为中性的，但当破坏隐：一般为中性的，但当破坏隐含的增强子、破坏剪切位点或产生了一个新的含的增强子、破坏剪切位点或产生了一个新的剪切位点时，会影响表型剪切位点时，会影响表型•位于非翻译区：一般为中性突变，但可能影响位于非翻译区：一般为中性突变，但可能影响转录后调控，如转录后调控，如RNA转移、多聚尾的去除、转移、多聚尾的去除、蛋白质的合成等蛋白质的合成等•位于基因外：如果不是基因的调控元件一般不位于基因外：如果不是基因的调控元件一般不会引起表型变化会引起表型变化3、影响突变表型的其它因素•显性显性：野生型相对于突变型为显性，因此在杂合：野生型相对于突变型为显性，因此在杂合子中，突变基因不表达子中，突变基因不表达•遗传背景遗传背景：突变基因受到非等位基因的作用，如：突变基因受到非等位基因的作用，如抑制基因，突变基因没有引起表型变化抑制基因，突变基因没有引起表型变化•剂量效应剂量效应dosage effect: 基因拷贝数改变引起的表基因拷贝数改变引起的表型变化。

基因重复或缺失引起有些是有益的，型变化基因重复或缺失引起有些是有益的，有些是有害的有些是有害的•环境环境：环境因素的补偿造成突变性状不显现，如：环境因素的补偿造成突变性状不显现，如营养成分的添加或补足营养成分的添加或补足•突变细胞的数量和比例突变细胞的数量和比例•伴性遗传伴性遗传4、描述等位基因在群体中分布的术语、描述等位基因在群体中分布的术语•突变速率突变速率mutation velocity：在一段时间发生突变的数量：在一段时间发生突变的数量•突变频率突变频率(等位基因频率等位基因频率)mutation frequency：在特定群体中：在特定群体中带有特定突变等位基因个体的数量带有特定突变等位基因个体的数量•突变压力突变压力mutation pressure：引起突变频率改变的作用力：引起突变频率改变的作用力•迁移迁移migration：通过向群体中输入或从群体中输出个体来改变：通过向群体中输入或从群体中输出个体来改变选定等位基因频率的作用力选定等位基因频率的作用力•自然选择自然选择natural selection：通过消除适合度低的等位基因来改：通过消除适合度低的等位基因来改变等位基因频率的作用力变等位基因频率的作用力•随机遗传漂变随机遗传漂变random genetic drift：通过随机取样来改变等位：通过随机取样来改变等位基因频率的作用力基因频率的作用力Figure 1.21 The w locus has an extensive series of alleles, whose phenotypes extend from wild-type (red) color to complete lack of pigment. The nature of multiple alleles 复等位基因复等位基因Figure 1.22 The ABO blood group locus codes for a galactosyltransferase半乳糖基转移酶whose specificity determines the blood group. •Polymorphism多态性：基因组中特定基因座位（DNA序列）存在两种或两种以上状态（等位基因），并且其中任何一个等位基因在群体中的频率不低于1%。

•A或B都不能被认为是野生型因为它们代表可互换的作用，而不是功能的获得或缺失五、基因突变的检测方法五、基因突变的检测方法•核酸杂交：Southern印迹、Northern印迹、DNA芯片（芯片（DNA chip）、染色体原位杂交）、染色体原位杂交（（In situ hybridization of chromosome））•PCR：RAPD、AFLP、SSCP、DDGE、primer extension•杂交+PCR：RFLP•连接酶链反应（连接酶链反应（ligase chain reaction,LCR））•DNA序列分析（序列分析（DNA sequencing））小结 顺反子顺反子Cistron：：是通过顺反测验cis/trans test确定的功能上不可再分的一个遗传单位 顺反测验顺反测验cis/trans test：：是指对不同突变体在顺式(突变发生在同一条染色体上的情况)和反式(突变发生在不同染色体上) 情况下是否能够互补进行检测互补群Complementation group ：相互间不发生互补的突变称为一个互补群第二节第二节 顺反子和突变互补顺反子和突变互补一、一、 基因间互补基因间互补Genes code for proteins; dominance 显性is explained by the properties of mutant proteins. A recessive 隐性allele does not contribute to the phenotype because it produces no protein (or protein that is nonfunctional). A cistron is a single stretch of DNA•纯合体•异合体•不同突变产生相同表现型(突变型)，它们的突变位点不同。

这些突变位点可能位于同一基因，也可能是不同基因如果是不同基因，那么野生型的出现需要每个基因产生正常的表达产物•举例说明：• 基因M 基因N•底物S 中间产物I 色素P•色素P的产生是野生型的表征，如果不产生色素P则为突变型基因间互补•突变发生在不同基因•突变发生在同一基因内的不同位点顺反测验•顺式：指两个突变发生在同一条染色体上的情况•反式：指两个突变发生在不同染色体上的情况The cistron is defined by the complementation test. Genes are represented by bars; red stars identify sites of mutation. 二、基因内互补intragenic complementary•也叫顺反子内互补、等位互补•基因产物为多聚物，即一个蛋白质有两个以上不同 亚基组成时，一个突变基因的产物可以补偿多聚复合物的另一个产物的缺陷•α 互补互补：有两个LacZ突变基因，一个基因只能编码该基因的5端，另一个突变基因只能编码该基因的3端。

这两个基因的表达产物都没有酶活性，但是如果它们的表达产物结合到一些就有酶活性该反应多用于重组克隆的筛选(蓝白斑筛选)•以上结果表明，基因还可以分为更小的(功能)单位，这些单位可以重组或突变而顺反子学说认为基因是基因功能不可分割的单位三、负互补negative complementary•又称反式显性trans-dominant或显性失活dominant negative•指一个基因组的突变基因产物对其它基因组的野生型基因产物起显性作用，即mm/MM 的表型不是M，而是m•当一个多聚物的其中一个亚基的基因突变后，产生的失活亚基与其它正常亚基结合时，会产生一个没有活性的多聚物四、互补作图•进行许多突变间的成对互补分析可构建一个互补图complementary map•下面是五株不能合成同一代谢产物的酵母突变体间的互补结果，+表示互补，-表示没有互补分析不同基因间的关系 1 ， 2 3 4 5五、基因与顺反子的关系•在简单基因组中，基因与顺反子等价。

在原核和低等真核生物中，一个基因对应一个表达产物，基因与产物共线性在细菌中，基因等同于编码区(开放阅读框ORF: opening read frame)，真核生物中，基因等同于一个转录单元原核生物为操纵子结构，转录为多顺反子mRNA, 真核生物为单顺反子mRNA•在复杂基因组中，基因与顺反子不等价高等生物中，由于剪切方式不同，一个基因可以产生多种编码产物因此，在真核生物中，顺反子相当于外显子extron• 一一.直接修复（直接修复（Direct repair））•(一) 通过DNA聚合酶校正修复•(二)光复活反应•光光 复复 活活 （ photoreactivation） 或 光光 修修 复复（light repair）（三）（三）烷基转移酶烷基转移酶（Alkyltransferases）第三节第三节 突变修复【突变修复【DNA repair (DNA修复）】修复）】光复活作用光复活作用（（photoreactivation））•定义：经紫外线照射后的微生物立即暴露于可见光下时，可明显降低其死定义：经紫外线照射后的微生物立即暴露于可见光下时，可明显降低其死亡率的现象，称为光复活作用。

亡率的现象，称为光复活作用–这一现象最早是这一现象最早是A.Kelner（（1949）在）在Strepotomyces griseus（灰色（灰色链霉菌）中发现的后来，在许多微生物中都得到了证实最明显的是链霉菌）中发现的后来，在许多微生物中都得到了证实最明显的是在在E.coli的实验中：的实验中：–对照：对照：8×106个个/ml E.coli U.V. 100个个/ml E.coli–试验：试验：8×106个个/ml E.coli U.V. 360~490nm 2×106个个/ml E.coli– 可见光，可见光，30分分•经紫外线照射后形成的带有胸腺嘧啶二聚体的经紫外线照射后形成的带有胸腺嘧啶二聚体的DNA分子，在黑暗下会被一分子，在黑暗下会被一种种光激活酶（光激活酶（photoreactivating enzyme））即光裂合酶（即光裂合酶（photolyase）结）结合，当形成的复合物暴露在可见光（合，当形成的复合物暴露在可见光（300~500nm）下时，此酶会因获得光）下时，此酶会因获得光能而发生解离，从而使二聚体重新分解成单体。

与此同时，光激活酶也从能而发生解离，从而使二聚体重新分解成单体与此同时，光激活酶也从复合物中释放出来，以便重新执行功能每一复合物中释放出来，以便重新执行功能每一E.coli细胞中约含有细胞中约含有25个光个光激活酶分子激活酶分子•由于一般的微生物中都存在着光复活作用，所以进行紫外线诱变育种时，由于一般的微生物中都存在着光复活作用，所以进行紫外线诱变育种时，只能在红光下照射及处理照射后的菌液只能在红光下照射及处理照射后的菌液光复活作用光复活作用Alkyltransferase ( 烷基转移酶)Adaptive response to alkylating agents烷化剂The response is induced by low level alkylating agentsRemoves the alkyl group from the directly mutagenic O6-methylguanine which can base-pair with T. the alkyl group is transferred to the protein itself and inactivate it.Direct reversal of a lesion and is error-free•O6-methylguanine DNA methyltransferase 转甲基酶转甲基酶 二．二． 切除修复切除修复（excixion-repair）•又称暗修复（又称暗修复（dark repair）。

是活细胞内一种用）是活细胞内一种用于修复被紫外线等诱变剂（包括烷化剂、于修复被紫外线等诱变剂（包括烷化剂、X射线和射线和γ射射线等）损伤后的线等）损伤后的DNA的机制这种修复作用与光无关这种修复作用与光无关•有四种酶参与有四种酶参与——①①内切核酸酶内切核酸酶内切核酸酶内切核酸酶在胸腺嘧啶二聚在胸腺嘧啶二聚体的体的5’一侧切开一个一侧切开一个3’-OH和和5’-P的单链缺口；的单链缺口；②②外切外切外切外切核酸酶核酸酶核酸酶核酸酶从从5’-P至至3’-OH方向切除二聚体，并扩大缺口；方向切除二聚体，并扩大缺口；③③DNADNA聚合酶聚合酶聚合酶聚合酶以以DNA的另一条互补链为模板，从原有的另一条互补链为模板，从原有链上暴露的链上暴露的3’-OH端起逐个延长，重新合成一段缺失的端起逐个延长，重新合成一段缺失的DNA链；链；④④通过通过连接酶连接酶连接酶连接酶的作用，把新合成的寡核苷酸的作用，把新合成的寡核苷酸的的3’-OH末端与原链的末端与原链的5’-P末端相连接，从而完成了修末端相连接，从而完成了修复作用切除修复切除修复（excixion-repair）在E.coli中的切除修复系统损伤：突变的碱基错配或改变DNA结构剪切：内切酶在损伤碱基位点两侧剪切切除：外切酶除去切口间的DNA合成：DNA pol 合成取代DNA连接酶封闭缺口Uvr系统在修复各阶段中的作用UvrAB识别损伤； UvrBC在DNA上切一缺口； UvrD使被标记区解旋特殊切除修复途径•(1) 糖基酶修复途径•(2) AP核酸内切酶修复途径 AP位点位点 :无嘌呤（apurinic）和 无嘧啶（apyrimidinic）位点•(3)GO(3)GO系统Base excision repairDNA glycosylases cleaves N-glycosylic bond糖苷酶 AP endonuclease cleaves apurinic or apyrimidinic site DNA polymerase 3’5’ exonuclease activity & polymerase activity DNA ligase 复制后修复复制后修复 (一) 错配修复（（mismatch repairmismatch repair））•(1) 识别错配的碱基对；•(2) 对错配的一对碱基要能准确区别哪一个 是错的，哪一个是对的；•(3) 切除错误的碱基，并进行修复合成。

MutSMutLMutSMutHMutS识别错配位点,并易位到GATC位点MutH在GATC位点剪切非甲基化链，外切酶从GATC到错配位点降解DNA(二)重组修复（重组修复（recombination-repainrecombination-repain））在E.coli中的提取(retrival)系统(三) SOS修复系统差错倾向修复差错倾向修复（Error prone repair）Jeam Weigle 等发现 UV 感染 细菌(用UV照射过) － 存活率高λ噬菌体 细菌(UV未照射过) － 存活率低UV-复活复活（UV-reactivation），也称W-复活SOS反应反应（SOS response）思考题•解释：解释： Polymorphism；；Cis/trans test；；complementary mapping•判断并改正：判断并改正：•(1)基因的自发突变是不定向的，但诱导突变是定向的；基因的自发突变是不定向的，但诱导突变是定向的；(2)基因与顺反子是完全对等的两个概念基因与顺反子是完全对等的两个概念•(3) α 互补属于基因间互补互补属于基因间互补•突变的效应主要有哪些？突变的效应主要有哪些？•影响突变体表型的主要因素有哪些？影响突变体表型的主要因素有哪些？•为什么进行紫外线诱变时要用红灯照射，并避免接触太为什么进行紫外线诱变时要用红灯照射，并避免接触太阳光？阳光？•请写出请写出3种种DNA损伤类型及其修复机制损伤类型及其修复机制。