1、第十三章 基因突变与DNA损伤修复,从SARS说起,18.7.21,遗传学,18.7.21,遗传学,甲型H1N1流感病毒,18.7.21,遗传学,基因突变的概念,什么是突变？,18.7.21,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,18.7.21,遗传学,月见草,18.7.21,遗传学,玫瑰1,18.7.21,遗传学,玫瑰2,18.7.21,遗传学,2004年7月报道，日本用14年育出的蓝玫瑰,18.7.21,遗传学,18.7.21,遗传学,乌纳塔恩综合症,人类女性多毛症,18.7.21,遗传学,不同皮色
2、的老鼠,18.7.21,遗传学,不同肤色的蛇,18.7.21,遗传学,不同眼色的果蝇,18.7.21,遗传学,18.7.21,遗传学,翅膀羽毛的变化,18.7.21,遗传学,孔雀翅膀羽色的变化,18.7.21,遗传学,猫耳朵的变异,蜜蜂绿眼突变,18.7.21,遗传学,白化变异,18.7.21,遗传学,娃娃鱼体色突变,18.7.21,遗传学,不同颜色的金鱼草花朵,月季的红花和白花,18.7.21,遗传学,水稻叶耳变异,水稻叶形变异,18.7.21,遗传学,水稻粒色变异,18.7.21,遗传学,水稻穗部变异,18.7.21,遗传学,水稻颖壳变异,18.7.21,遗传学,株高突变,18.7.21,
3、遗传学,小麦耐盐突变,大麦抗性突变,18.7.21,遗传学,彩色棉,18.7.21,遗传学,玉米叶色变异,18.7.21,遗传学,玉米雄穗颜色变异,18.7.21,遗传学,玉米分支,多穗玉米,18.7.21,遗传学,苹果熟色变异,柑橘无籽变异,18.7.21,遗传学,玉米不同类型（亚种）,18.7.21,遗传学,玉米马齿种,玉米硬粒种,玉米甜质种,18.7.21,遗传学,玉米糯质种,米粉质种,玉米爆裂种,18.7.21,遗传学,玉米有稃种,18.7.21,遗传学,玉米籽粒颜色突变,玉米甜与非甜分离,18.7.21,遗传学,果穗中下部带有苞叶,玉米短花须突变,18.7.21,遗传学,大豆皮色变异
4、,18.7.21,遗传学,苹果熟期变异,牛舌草白色突变,18.7.21,遗传学,花色体细胞突变,18.7.21,遗传学,不同颜色的牵牛花,18.7.21,遗传学,柑桔体细胞突变,18.7.21,遗传学,马铃薯薯块颜色变异,苹果体细胞突变,第一节 点突变及其分子基础,一、基因突变的种类 从DNA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和不等交换4种。,(一) 碱基替(置)换突变 一个碱基被另一碱基取代而造成的突变称为碱基替(置)换突变。凡是一个嘌呤被另一个嘌呤所取代，或者一个嘧啶被另一个嘧啶所取代的置换称为转换（transition）；一个嘌呤被另一个嘧啶
5、所取代或一个嘧啶被另一个嘌呤所替代的置换称为颠换（transversion）。,(二) 移码突变 移码突变（frame-shift mutation）是指DNA链上插入或丢失1个、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。,(三) 整码突变 如果在DNA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序不变，称为整码突变（codon mutation）或密码子插入或丢失（co
6、don insertion or deletion）。,(四) 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，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，造成一部分基因缺失和部分基因重复。,二、基因突变的分子效应,(一)同义突变 由于密码子具有简并性，因此，单个碱基置换后使mRNA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。,DNA： CTACTGmRNA： GAUGACPr ： ASPASP,(二)错义突变 指DNA分子中的核苷酸置
7、换后改变了mRNA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。,DNA： ACC CCCmRNA： UGG GGGPr ： Trp Gly 色氨酸 甘氨酸,(三)无义突变 当单个碱基置换导致出现终止密码子（UAG、UAA、UGA）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（non-sense mutation）。,DNA： ACC ATCmRNA： UGG UAGPr ： Trp 终止,(四)终止密码突变 当DNA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
8、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（termination codon mutation），这也是种延长突变（elongtion mutation）。,(五)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（suppressor gene mutation）。,三、化学诱变因素及其机理,（一）碱基类似物诱发突变 1.碱基类似物：一种化合物的分子结构与4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，从而由一个碱基对代替另一个不同的碱基对。,常见的碱基
9、类似物有5-溴尿嘧啶（BU）和2-氨基嘌呤（AP）,5-溴尿嘧啶（BU）是胸腺嘧啶（T）的结构类似物引起的碱基替换。 正常情况：A=T，酮式BU=A，烯醇式BUG（少见），当BU参与DNA复制时，BU在酮式与烯醇式之间转换，结果GC A=T。,2氨基嘌呤（2AP），它是一种腺嘌呤的类似物，它可和胸腺嘧啶配对。当2AP以和胸腺嘧啶配对形式进人DNA后，它可再和胞嘧啶配对；从而产生AT到GC的转换，或当2AP以和胞嘧啶配对形式进人DNA后再和胸腺嘧啶配对后产主GC到AT的转换。,2-氨基嘌呤,DNA修饰物：通过化学变化改造DNA分子结构的物质。其作用与 DNA复制无关。 三类：亚硝酸、烷化剂、羟胺
10、。,（二）DNA修饰物（碱基作用物）诱发突变,已知亚硝酸有氧化脱氢作用，它使腺嘌呤（）脱去氨基，成为次黄嘌呤（H），使胞嘧啶（C）脱去氨基，成为尿嘧啶（U），使鸟嘌呤（G）脱去氨基，为黄嘌呤。脱氨后生成的次黄嘌呤跟胞嘧啶配对，脱氨后生成的尿嘧啶跟腺嘌呤配对。黄嘌呤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。,1、亚硝酸（HNO2）,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，T、T和E.coli等。,2、烷化剂： 一类具有一个或多个活性烷基的化合物。并不掺入DNA而是通过改变碱基的结构从而引起特异性错配 芥子气、硫酸二乙酯（DES）、甲基磺酸乙酯 （EMS）
11、、乙烯亚胺（EI）、亚硝基胍等。,3、羟胺（HA）： 是一种还原剂，可将胞嘧啶（C）上的氨基变为醇基，使C与A配对，从而是GC对转换为AT对。,能够结合到DNA分子中，引起DNA分子中遗传密码的阅读顺序发生改变，从而导致突变。,吖啶类（如原黄素、吖黄素、吖啶黄）分子扁平,能插入DNA相邻碱基对间，使DNA分子双链歪斜，导致交换时出现不等交换，产生的重组分子一个碱基多，一个碱基少。,(三) 嵌合剂导致突变作用：,第二节 突变类型,突变体(mutant)：携带突变的生物个体或群体或株系,突变基因(mutantgene): 存在突变位点的基因,野生型基因（wild type gene）：,表现型 A
12、rg+ Arg- 基因型 arg+ arg- 野生型 突变性状,从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 自发损伤、碱基氧化损伤、DNA复制错误等 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 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,亨廷顿氏舞蹈症 肌强直性营养不良脆性X综合征,动态突变与人类相关遗传疾病 ,第三节 DNA损伤修复,一、嘧啶二聚体的产生,1、光复活（photo reactivation ）,-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）,二、二聚体修复的机制,2. 切除修复ExisionRepair,复制前进行 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,螺旋酶,Pol 螺旋酶,连接酶,切,补,切,封,3. 重组修复（RecombinativeRepair）,4. 易错修复（SOS repair）,当DNA复制受阻/ DNA damaged,当DNA复制度过难关后,人的着色素性干皮病病人（XP）缺乏修复能力易患皮肤癌。,第四节 基因突变的检测,1、限制性酶切片段长度多态性分析法（RFLP）2、单链构象多态性（SSCP）3、DNA直接测序,
