第三章+基因突變

1、按照遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變：堿基的置換、移碼、缺失、插入突變：堿基的置換、移碼、缺失、插入突變從突變的效應與野生型的關系：正向、回復突變正向、回復突變從突變所引起的遺傳信息的意義改變：同義、錯義、無義突變同義、錯義、無義突變?nèi)绻l(fā)生在調(diào)控區(qū)的突變有：組成型突變、啟動子上升組成型突變、啟動子上升/下降突變、下降突變、 抗阻遏、抗反饋突變抗阻遏、抗反饋突變從突變所帶來的表型改變分為：形態(tài)、致死或條件致死、生化突變型形態(tài)、致死或條件致死、生化突變型分分 類類 標標 準準突變產(chǎn)生的過程：自發(fā)、誘發(fā)突變自發(fā)、誘發(fā)突變第一節(jié) 基因突變的類型及規(guī)律基因突變的規(guī)律基因突變的規(guī)律隨機性獨立性穩(wěn)定性可逆性稀有性 二、

2、基因突變二、基因突變野生型菌株：從自然界分離獲得的菌株，野生型菌株：從自然界分離獲得的菌株， 稱之為稱之為?；九囵B(yǎng)基基本培養(yǎng)基(MM)(MM)：滿足野生型菌株生長最：滿足野生型菌株生長最 低營養(yǎng)要求的合成培養(yǎng)基。低營養(yǎng)要求的合成培養(yǎng)基。（一）突變類型一）突變類型營養(yǎng)缺陷型：野生型菌株由于突變而喪失營養(yǎng)缺陷型：野生型菌株由于突變而喪失 了了 某種營養(yǎng)合成能力，而無法在基本培某種營養(yǎng)合成能力，而無法在基本培 養(yǎng)基上生長的變異類型。養(yǎng)基上生長的變異類型。 表示：表示：基基 因：因：hishis+ +，his his - - ； 表表 型：型：His His + + ，His His - - 抗性突

3、變型：抗性突變型：野生型菌株由于突變而產(chǎn)了對某些化學藥物野生型菌株由于突變而產(chǎn)了對某些化學藥物或致死物理因子抗性變異類型?；蛑滤牢锢硪蜃涌剐宰儺愵愋?。表示：表示：基基 因：因： strstrr r、strstrs s； tettetr r、tettets s； 表表 型：型：Str Str r r ， Str Str s s 條件致死突變型：條件致死突變型：某些菌株或病毒經(jīng)基因突變后，在某種條件某些菌株或病毒經(jīng)基因突變后，在某種條件可生長并實現(xiàn)表型，而在另一條件卻無法生可生長并實現(xiàn)表型，而在另一條件卻無法生長繁殖的突變類型。長繁殖的突變類型。(如溫度敏感突變株：如溫度敏感突變株：Ts）形態(tài)突變

4、株形態(tài)突變株抗原突變株抗原突變株產(chǎn)量突變株產(chǎn)量突變株突變株類型劃分：突變株類型劃分： -選擇性突變株：營養(yǎng)缺陷型、抗性選擇性突變株：營養(yǎng)缺陷型、抗性 突變型、條件致死突變型突變型、條件致死突變型 -非選擇突變株：形態(tài)、抗原、產(chǎn)量非選擇突變株：形態(tài)、抗原、產(chǎn)量 突變型突變型 命名規(guī)則：命名規(guī)則： 1.1.根據(jù)基因產(chǎn)物或其作用產(chǎn)物的英文名稱的第一根據(jù)基因產(chǎn)物或其作用產(chǎn)物的英文名稱的第一個字母縮寫成個字母縮寫成3 3 個小寫斜體字母來表示。個小寫斜體字母來表示。 2.2.不同的基因座，其中任何一個突變所產(chǎn)生的表不同的基因座，其中任何一個突變所產(chǎn)生的表型變化可能相同，其表示方法是在型變化可能相同，其表

5、示方法是在3 3 個小寫斜體個小寫斜體字母后加上一個斜體大寫字母來表示區(qū)別。如字母后加上一個斜體大寫字母來表示區(qū)別。如RecombinationrecARecombinationrecA、recBrecB、recCrecC 3.突變位點應通過在突變基因符號后加不同數(shù)字表突變位點應通過在突變基因符號后加不同數(shù)字表示。如示。如supE44 supE44 4.4.某個基因或某個領域缺失時，在其基因型前面加某個基因或某個領域缺失時，在其基因型前面加上上“”表示。例如：表示。例如：lac-proAB lac-proAB 基因缺基因缺 失時它失時它的基因型表示為的基因型表示為(lac-proAB)(lac

6、-proAB)。 5. 融合融合 如如（ara-lacara-lac）表示）表示araara和和 laclac融合成新基因融合成新基因 （二）突變率及其撿出（二）突變率及其撿出突變率：突變率：某一細胞在每一世代中發(fā)生突變的幾率。常用單位群某一細胞在每一世代中發(fā)生突變的幾率。常用單位群體中每一世代產(chǎn)生的突變株的數(shù)目來表示。體中每一世代產(chǎn)生的突變株的數(shù)目來表示。 一個細菌分裂一次產(chǎn)生兩個細菌，兩個細菌再經(jīng)一次分裂產(chǎn)生四個細菌，這時一個細菌開始總共經(jīng)歷了三個世代。細菌繁殖過程中的世代總數(shù)為細菌數(shù)減1.如果細菌總數(shù)和開始時的細菌總數(shù)相差很大，可以認為細菌總數(shù)就是世代數(shù)。 突變率（M2-M1）/(N2-

7、N1)，其中M為抗性菌落數(shù)；N為不同時間的細菌數(shù)。突變株的撿出及突變率的計算突變株的撿出及突變率的計算 撿出方法：撿出方法：1）選擇性突變株）選擇性突變株-營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)缺陷型 -抗藥性突變抗藥性突變回復突變回復突變: 突變不完全是個隨機的過程 突變熱點 (hotspots of mutation） 從理論上講，DNA分子上每一個堿基都可能發(fā)生突變，但實際上突變部位并非完全隨機分布。DNA分子上的各個部分有著不同的突變頻率，即DNA分子某些部位的突變頻率大大高于平均數(shù)，這些部位就稱為突變熱點無論是自發(fā)還是誘發(fā)突變中都有熱點存在。 5甲基胞嘧啶（MeC）的存在，MeC脫氨氧化后生成T，引起GMe

8、CA-T轉(zhuǎn)換；短的連續(xù)重復順序處容易發(fā)生插入或缺失突變；有的與突變劑種類有關，如DNA順序中某個堿基對突變劑更敏感，有的則相反。 相鄰堿基對的影響： CAA CAG 谷氨酰胺 3倍 赭石 UAA UAG 琥珀 33倍 乳石UGA UGG 誘變劑：能使突變率提高到自發(fā)突變水平以上的物理、化學和生物因素。 誘變機制：堿基置換突變移碼突變插入/缺失突變堿基置換的誘變原理堿基置換的誘變原理Watson和和Crick認為認為酮式與烯醇式的互變氨基與亞氨基的互變堿基堿基堿基配對方式改變自發(fā)突變10-610-10酮式酮式烯醇式烯醇式烯醇式 ： 與G配對 誘發(fā)G.CA.T G.CG.CG.BUG.CA.BUA

9、.TA.BU參入錯誤酮式 與A配對 誘發(fā)A.TG.CA.TA.TA.BUA.TG.BUG.CA.BU復制錯誤Deamination of basesNitrous acid (HONO)Nitrous acidcytosineuracil,guaninexanthineGX（黃嘌呤）adeninehypoxanthineAH（次黃嘌呤）（次黃嘌呤）A:TG:CH與C 配對G：CA：T is specific for cytosine, but only works in vitro (cannot enter cells).G.CG.C*G.CC.A*C.A*T.AHA Hydroxylami

10、ne (NH2OH) Alkylating agents are excellent donors of alkyl groups.Alkylation:the addition of alkyl groups to the bases of DNA(EMS)(NNG)(MMS)EMS and MMS tend to ethylate (or methylate) N7 of guanine or N3 of adenine,which severely disrupts base pairing:是一種誘變作用特別強的誘變劑?？梢允挂粋€群體的任何一個基因的突變率高達1%。此外可以誘發(fā)鄰近的位

11、置的基因同時發(fā)生突變，即引起多位點的突變。亞硝基胍（N-methyl-N-nitro-N-nitrosoguanidine, NNG)：can in addition methylatethe O6 of guanine and the O4 of thymine烷化劑對DNA的損傷一類親電子的化合物，易與生物體中大分子的親核位點起反應。烷一類親電子的化合物，易與生物體中大分子的親核位點起反應。烷化劑的作用可使化劑的作用可使DNA發(fā)生各種類型的損傷：發(fā)生各種類型的損傷：a.堿基烷基化 ：烷化劑很容易將烷基加到DNA鏈中嘌呤或嘧啶的N或O上，其中鳥嘌呤的N7和腺嘌呤的N3最容易受攻擊，烷基化的嘌

12、呤堿基配對會發(fā)生變化，例如鳥嘌呤N7被烷化后就不再與胞嘧啶配對，而改與胸腺嘧啶配對，結(jié)果會使GC轉(zhuǎn)變成AT。b.堿基脫落：烷化鳥嘌呤的糖苷鍵不穩(wěn)定，容易脫落形成DNA上無堿基的位點，復制時可以插入任何核苷酸，造成序列的改變。c.斷鏈：DNA鏈的磷酸二酯鍵上的氧也容易被烷化，結(jié)果形成不穩(wěn)定的磷酸三酯鍵，易在糖與磷酸間發(fā)生水解，使DNA鏈斷裂。 d.交聯(lián)：交聯(lián)：烷化劑有兩類，一類是單功能基烷化劑，烷化劑有兩類，一類是單功能基烷化劑，如甲基甲烷碘酸，只能使一個位點烷基化；另一如甲基甲烷碘酸，只能使一個位點烷基化；另一類是以雙功能基烷化劑，化學武器如氮芥、硫芥類是以雙功能基烷化劑，化學武器如氮芥、硫芥

13、等，一些抗癌藥物如環(huán)磷酰胺、苯丁酸氮芥、絲等，一些抗癌藥物如環(huán)磷酰胺、苯丁酸氮芥、絲裂霉素等，某些致癌物如二乙基亞硝胺等均屬此裂霉素等，某些致癌物如二乙基亞硝胺等均屬此類，其兩個功能基可同時使兩處烷基化，結(jié)果就類，其兩個功能基可同時使兩處烷基化，結(jié)果就能造成能造成DNA鏈內(nèi)、鏈內(nèi)、DNA鏈間，以及鏈間，以及DNA與蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)間的交聯(lián)。間的交聯(lián)。 定義：定義： DNA分子中一對或少數(shù)幾對核苷酸的增加和缺失造成的基因突變。 引起移碼突變的誘變劑引起移碼突變的誘變劑： 如吖啶橙，原黃素，吖黃素，可摻入DNA的堿基對之間，引起DNA雙鏈錯位 移碼突變機制移碼突變機制：二、 物理誘變劑1、 非電離輻

14、射-紫外線 2、電離輻射：激光 離子束誘變 微波 紅外線 熱 有效誘變范圍：200300nm紫外線引起的紫外線引起的DNA損傷損傷lUV：非電離輻射型波長范圍：136390nm誘變機制：DNA鏈的斷裂DNA分子的交聯(lián)C、U的水合作用嘧啶二聚體的形成電離輻射引起的電離輻射引起的DNA損傷損傷直接效應是DNA直接吸收射線能量而遭損傷間接效應是指DNA周圍其他分子(主要是水分子)吸收射線能量產(chǎn)生具有很高反應活性的自由基進而損傷DNA。such as superoxide radicals(O2-), hydrogen peroxide (H2O2), and hydroxyl radicals (O

15、H)電離輻射可導致：a.堿基變化主要是由OH自由基引起，包括DNA鏈上的堿基氧化修飾、過氧化物的形成、堿基環(huán)的破壞和脫落等。一般嘧啶比嘌呤更敏感。b.脫氧核糖變化脫氧核糖上的每個碳原子和羥基上的氫都能與OH反應，導致脫氧核糖分解，最后會引起DNA鏈斷裂。c.DNA鏈斷裂這是電離輻射引起的嚴重損傷事件，斷鏈數(shù)隨照射劑量而增加 d.交聯(lián)包括DNA鏈交聯(lián)和DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)。 激光：電磁波機制：輻射活化效應， 使機體形態(tài)結(jié)構(gòu)和代謝生理方面發(fā)生改變 離子束的產(chǎn)生裝置：離子注入機 機制： 能量傳遞、動量交換、離子沉積和電荷積累。MutagenMechanismTypes of mutations pro

16、ducedSpontaneousDNA replication and repair errors, spontaneous modification of nucleotidesAll types of mutations producedUV irradiationPyrimidine dimers induce error prone repair (SOS) Mainly G-C to A-T transitions, but all other types of mutations including deletions, frameshifts, and rearrangement

17、s at somewhat lower frequency2-aminopurine (2AP)Base analogA-T to G-C and G-C to A-T transitionsBromouracilBase analogG-C to A-T and A-T to G-C transitionsHydroxylamine (NH2OH)Alkylating agent, generates N4-hudroxycytosineG-C to A-T transitions when used in vitroN-methyl-N-nitro-N-nitrosoguanidine (

18、MNNG)Alkylating agent, generates O6-methylguanineG-C to A-T transitions, multiple, closely spaced mutations commonEthylmethane sulfonate (EMS) (EMS)Alkylating agent, generates O6-methylguanineG-C to A-T transitionsEthylethane sulfonate (DES)Alkylating agent, induces SOS responseG-C to T-A transversi

19、ons, other base substitution mutationsNitrous acidOxidative deaminationG-C to A-T and A-T to G-C transitions, deletions produced at a lower frequencyIntercalating agent, alkylacridine derivative that stabilizes looped out bases by stacking between themFrameshifts, mainly additions or deletions in ru

20、ns of G or C一、誘變劑與DNA接觸之前：與細胞通透性、細胞壁成分是否反應等有關。二、突變發(fā)生過程： 與DNA是否處于復制狀態(tài)有密切關系。如營養(yǎng)缺陷性菌株在誘變時加入菌株缺乏的氨基酸，誘變效果增強。 會受到多種酶的影響。 三、突變體的形成 形成的突變需經(jīng)過突變后的修復，保留下來的才行。l光復活作用l切除修復l重組修復lDNA聚合酶的校讀作用lSOS修復l適應性修復校正修復校正修復已知的修復系統(tǒng)有以下幾種： 類似的修復酶廣泛存在于動植物中，人體細胞中也有發(fā)現(xiàn)lUV引起的DNA損傷，由于可見光的照射而得以恢復的現(xiàn)象。l細菌DNA光解酶(photolyase)photolyase 修復DN

21、A損傷最為普遍的方式，對多種DNA損傷包括堿基脫落形成的無堿基位點、嘧啶二聚體、堿基烷基化、單鏈斷裂等都能起修復作用。 這種修復方式普遍存在于各種生物細胞中，也是人體細胞主要的DNA修復機制。 主要有兩種形式2.切除修復切除修復(excision repair)切除修復切除修復An endonuclease cleaves DNA a precise number of bases on both sides of the lesions (UvrABC endonulcease removes pyrimidine dimers)Excised lesion-DNA fragment is

22、removedThe gap is filled by DNA polymerase I and sealed by ligase（堿基切除修復堿基切除修復DNA glycolasescleaves apurinic or pyrimidine site DNA polymeraseDNA ligaseDNA repaircleaves N-glycosylic bondAP endonuclease35 cleavage and & 53 synthesis 修復過程需要多種酶的一系列作用，基本步驟為： 首先由核酸酶識別DNA的損傷位點，在損傷部位的5側(cè)切開磷酸二酯鍵。不同的DNA損

23、傷需要不同的特殊核酸內(nèi)切酶來識別和切割。 由53核酸外切酶將有損傷的DNA片段切除。 在DNA聚合酶的催化下，以完整的互補鏈為模板，按53方向DNA鏈，填補已切除的空隙。 由DNA連接酶將新合成的DNA片段與原來的DNA斷鏈連接起來。這樣完成的修復能使DNA恢復原來的結(jié)構(gòu)。 某些情況下沒有互補鏈可以直接利用，例如在DNA復制進行時發(fā)生DNA損傷，此時DNA兩條鏈已經(jīng)分開，其修復可用重組方式： 受損傷的DNA鏈復制時，產(chǎn)生的子代DNA在損傷的對應部位出現(xiàn)缺口。 另一條母鏈DNA與有缺口的子鏈DNA進行重組交換，將母鏈DNA上相應的片段填補子鏈缺口處，而母鏈DNA出現(xiàn)缺口。以另一條子鏈DNA為模板，經(jīng)DNA聚合酶催化合成一新DNA片段填補母鏈DNA的缺口，最后由DNA連接酶連接，完成修補。 重組修復圖示重組修復圖示 重組修復重組修復不能完全去除損傷，損傷的DNA區(qū)段仍然保留在親代DNA鏈上，只是重組修復后合成的DNA分子是不帶有損傷的，但經(jīng)多次復制后，損傷就被“沖淡”了，在子代細胞中只有一個細胞是帶有損傷DNA的。 作用：校正DNA復制過程中出現(xiàn)的差錯。 參與反應的酶： DNA聚合酶 53聚合酶活性 3