第十六章基因突变 ●学习要点: 1基因突变的相关概念 2基因突变的分子基础 3突变的修复机制 4突变的检测 5突变的遗传学效应
第十六章 基因突变 ⚫ 学习要点： 1.基因突变的相关概念 2.基因突变的分子基础 3.突变的修复机制 4.突变的检测 5.突变的遗传学效应
第一节基因突变的相关概念 突变的概念 突变( mutation):基因结构的改变,导致表型的改变的变 突变体( mutant:具有突变表型的细胞或个体 正向突变( forward mutation):偏离野生型性状的突变 反向突变( back mutation):由偏离的性状回复为野生型 性状的突变 自发突变( pontaneous mutation):在自然条件下产生的 突变 诱发突变( induced mutation):机体在诱发环境下产生 的突变
第一节 基因突变的相关概念 一、突变的概念 突变(mutation) :基因结构的改变，导致表型的改变的变 化 突变体(mutant)：具有突变表型的细胞或个体 正向突变(forward mutation)：偏离野生型性状的突变 反向突变(back mutation)：由偏离的性状回复为野生型 性状的突变 自发突变(spontaneous mutation)：在自然条件下产生的 突变 诱发突变(induced mutation）：机体在诱发环境下产生 的突变
生化突变( biochemical mutation):使机体的代谢过程发 生改变或丧失的突变 无效突变( null mutaion):完全丧失原有基因功能的突变 渗漏突变( eaky mutation):部分丧失原有基因功能的突 变 致死突变 lethal mutation):影响生物体的生活力,导致 个体死亡的突变 条件致死突变( conditional lethal mutation):在给定的某 种条件下可以存活,如果缺少这种条件就会致死的突变
生化突变(biochemical mutation）：使机体的代谢过程发 生改变或丧失的突变 无效突变(null mutaion)：完全丧失原有基因功能的突变 渗漏突变(leaky mutation) ：部分丧失原有基因功能的突 变 致死突变(lethal mutation) ：影响生物体的生活力，导致 个体死亡的突变 条件致死突变(conditional lethal mutation)：在给定的某 种条件下可以存活，如果缺少这种条件就会致死的突变
二、突变类型 1突变发生的细胞类型 体细胞突变( somatic mutation) Clone:无性繁殖。 生殖细胞突变( germinal mutation) 2突变的表型: 1)形态突变 morphological mutaion (2)生化突变 biochemical mutaion 3)失去功能突变 loss-of-function mutation (4)获得功能突变gain- of-function mutation (5)致死突变 lethal mutaion (6)条件致死突变 conditional lethal mutaion
二、突变类型 1.突变发生的 细胞类型 体细胞突变(somatic mutation) Clone：无性繁殖。 生殖细胞突变(germinal mutation) 2.突变 的表型: (1)形态突变 morphological mutaion (2)生化突变 biochemical mutaion (3)失去功能突变 loss-of-function mutation (4)获得功能突变 gain-of-function mutation (5)致死突变 lethal mutaion (6)条件致死突变 conditional lethal mutaion
三、突变的性质 1稀有性:突变发生的频率很低 突变率( mutation rate):在特定的条件下,单 位时间间内(通常为一个世代,个细胞发生某 事件的概率高等真核生物自发突变概率为1/10 10 -10 2.可逆性:突变型可以恢复为野生型,通常由 发生在第二个位点的突变所回复,如抑制基因→ 敏感因子。回复突变率一般小于正向突变率。可 逆性区别于染色体的缺失。 3多向性(随机性):多方向,形成复等位基 因
三、突变的性质 1.稀有性:突变发生的频率很低 突变率(mutation rate):在特定的条件下,单 位时间间内(通常为一个世代),一个细胞发生某一 事件的概率. 高等真核生物自发突变概率为1/10- 5—10-10 。 2.可逆性：突变型可以恢复为野生型，通常由 发生在第二个位点的突变所回复，如抑制基因→ 敏感因子。回复突变率一般小于正向突变率。可 逆性区别于染色体的缺失。 3.多向性（随机性）：多方向，形成复等位基 因
第二节基因突变的分子基础 自发突变( spontaneous mutation 自发突变可能由复制错误、DNA损伤和转座作用等引起 1DNA复制错误( errors of DNA replication) DNA碱基有互变异构体,造成DNA复制过程中的DNA错配。 i转换: Purine→Pu;或者 Pyrimidine→Py i颠换:Pu→Py;或者Py→Pu ⅲ移码突变:增加或减少几个碱基导致蛋白质翻译 错位 iv缺失和重复:大片段碱基的缺失或重复,如 E coli 乳糖发酵调节基因lacI中四碱基重复序列。 野生型:5‘ GTCTGGCTGGCTGGC-3 突变型FS5:5- GTCTGGCTGGCTGGCTGGO-3 突变型FS2:5‘ GTCTGGCTGGC-3
第二节 基因突变的分子基础 一、自发突变(spontaneous mutation) 自发突变可能由复制错误、DNA损伤和转座作用等引起。 1.DNA复制错误(errors of DNA replication) DNA碱基有互变异构体，造成DNA复制过程中的DNA错配。 ⅰ转换：Purine→ Pu;或者 Pyrimidine→ Py ⅱ颠换：Pu →Py; 或者Py→Pu ⅲ移码突变：增加或减少几个碱基,导致蛋白质翻译 错位。 ⅳ缺失和重复：大片段碱基的缺失或重复，如E.coli 乳糖发酵调节基因lacⅠ中四碱基重复序列。 野生型: 5‘-GTCTGGCTGGCTGGC-3’ 突变型FS5: 5‘-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3’ 突变型FS2: 5‘-GTCTGGCTGGC-3’
鸟嘌呤的稀醇式互 ACGTC野生型 变异构形式 TGCAG ACGTC ACATC 实变型 ACGTC DNA复制AC DNA复制 TGCAC ACGTC 野生型 亲代DNA TGCAG ACGTC ACGTC 野生型 4◆4·》聊 F1后代 TGCAG F2乐代 返回
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2DNA损伤( lesions) 脱嘌呤由于碱基和脱氧核糖间的糖苷键受 到破坏,从而引起一个鸟嘌呤或腺嘌呤从DNA分 子上脱落下来 ⅱ脱氨基C脱氨基变成U;A脱氨基变成H, AAT→-→ⅡT→H-C-→H-C - A-T →>G-C BGC→→→G-U-→A-U-→A-U →G-C s→AT 造成转换 ⅲ氧化损伤( oxidative lesions):O2OHH2O2 可对DNA造成损伤
2.DNA损伤（lesions） ⅰ脱嘌呤由于碱基和脱氧核糖间的糖苷键受 到破坏,从而引起一个鸟嘌呤或腺嘌呤从DNA分 子上脱落下来. ⅱ脱氨基C脱氨基变成U;A脱氨基变成H,： A AT →→ → H-T→→→ H-C→→→ H-C ↘→A-T ↘→G-C B GC →→ → G-U→→→ A-U→→→A-U ↘→G-C ↘→A-T 造成转换 ⅲ氧化损伤（oxidative lesions）: O2 - OH- H2O2 可对DNA造成损伤
、诱发突变( induced mutaion) 多种理化因素都可以诱导DNA的突变 1诱变机制 i碱基类似物eg.5-BU和5-BrdU是胸腺嘧啶(T 的结构类似物,酮式结构易与A配对;烯醇式结构易与 G配对。另有2-氨基嘌呤(2-AP,A类似物)、5-氟尿嘧啶、 5-氯尿嘧啶等。 特异性错配eg烷化剂:甲磺酸乙酯(EMS)、亚硝 基胍(NG)、芥子气等。通过改变碱基结构使碱基错配。 如:G-C;当G烷基化后可与T配对,导致碱基转换。 或者烷化剂使嘌呤脱落,造成转换、颠换、断裂或其 他突变
二、诱发突变（induced mutaion） 多种理化因素都可以诱导DNA的突变 1.诱变机制 ⅰ碱基类似物 eg. 5-BU 和5-BrdU是胸腺嘧啶(T) 的结构类似物，酮式结构易与A配对；烯醇式结构易与 G配对。另有2-氨基嘌呤(2-AP, A类似物)、5- 氟尿嘧啶、 5-氯尿嘧啶等。 ⅱ 特异性错配 eg.烷化剂: 甲磺酸乙酯(EMS)、亚硝 基胍( NG)、芥子气等。通过改变碱基结构使碱基错配。 如：G-C; 当G烷基化后可与T配对，导致碱基转换。 或者烷化剂使嘌呤脱落，造成转换、颠换、断裂或其 他突变
i嵌合剂的致突作用 eg.吖丫啶类染料:吖啶橙、吖啶黄素、原黄素等碱基 对的类似物,易造成移码突变。 iv辐射诱导效应 (1)紫外线UⅤ:形成嘧啶二聚体,如T二聚体,①同一条 单链内,影响复制时与A的配对,使复制中止;②双链 之间,影响双链变性,并影响复制。 重复、缺失、移码突变 (2)电离辐射:如X-ray、可引起碱基的降解或脱落,A 变成H;C变成T,出现转换。 物理—物理化学生物化学大分子损伤 ⅴ黄曲霉的作用 使鸟嘌呤G脱落,SOS修复引入A,造成突变
ⅲ 嵌合剂的致突作用 eg. .吖啶类染料: 吖啶橙、吖啶黄素、原黄素等碱基 对的类似物，易造成移码突变。 ⅳ 辐射诱导效应 (1)紫外线UV:形成嘧啶二聚体，如T二聚体，①同一条 单链内，影响复制时与A的配对，使复制中止；②双链 之间，影响双链变性，并影响复制。 重复、缺失、移码突变 (2)电离辐射：如X-ray、可引起碱基的降解或脱落，A 变成H;C变成T，出现转换。 物理——物理化学——生物化学——大分子损伤 ⅴ黄曲霉的作用 使鸟嘌呤G脱落，SOS修复引入A, 造成突变