1、第十一章 基因突变与 DNA 损伤修复第十一章 基因突变与 DNA 损伤修复教学目的和要求：1. 了解点突变的类型及其分子效应；2. 掌握点突变的诱变机制；3. 掌握基因突变的修复途径；4. 理解基因突变的检测方法。教学重点和难点：【教学重点】点突变的类型及其分子效应；物理诱变与化学诱变的机制和特点；基因突变的修复途径。【教学难点】不同生物突变体的检测方法。教学内容：第一节 点突变及其分子效应第二节 点突变的诱变机制一碱基类似物二碱基改变三碱基损伤四基因的定点突变第三节 自发突变与动态突变第四节 DNA 损伤修复机制一光复活修复二切除修复三错配修复系统三重组修复四SOS 修复第五节 基因突变的
2、检测一显性突变和隐性突变的表现特点二植物形态突变的鉴定三微生物中生化突变的鉴定四果蝇中突变基因的检测第十一章 基因突变与 DNA 损伤修复第一节 点突变及其分子效应 1、基因突变的概念及类别（1）概念基因突变（gene mutation）:基因的核苷酸顺序或数目发生改变。仅涉及 DNA 分子中单个碱基的改变称点突变（point mutation） 。涉及多个碱基的还有缺失、重复和插入。突变体(mutant)：具有突变表型的细胞或个体。（2）突变类型 从突变的表型:形态突变：突变影响生物的形态结构。 生化突变：突变影响生物的代谢过程，导致一个特定生化功能的改变或丧失。致死突变：突变影响生物个体的
3、生活力。分为显性致死和隐性致死。 条件致死突变：在某一些条件下致死，而在另一些条件下成活的突变。 从对遗传信息的改变: 同义突变:碱基序列的改变没有引起产物氨基酸序列的改变,与密码子的简并性有关。无义突变:某个碱基的改变使代表某种氨基酸的密码子变成了终止密码子，使蛋白质合成提前终止，因而蛋白质产物一般是没有活性的。错义突变: 碱基序列的改变引起了产物氨基酸序列的改变。有些错义突变严重影响蛋白质活性甚至完全无活性，从而影响了表现型。如果该基因是必须基因，则称为致死突变。有些错义突变的产物仍有部分活性，使表型介于野生型与突变型之间的中间类型，称为渗漏突变。有些错义突变不影响或基本上不影响蛋白质的活
4、性，不表现明显的性状变化，称为中性突变。 按其发生的原因:自发突变（spontaneous mutation）：在自然情况下发生的突变。诱发突变（induced mutation）：人们有意识地利用物理、化学诱变因素引起的突变 。E.coli 不明显的损伤,需要特异性修复。2、基因突变的性质随机性：可发生在体细胞和生殖细胞中。生殖细胞的突变频率高于体细胞。体细胞突变在显性或纯合状态才能表现，出现嵌合体。稀有性 ：突变率是很低的。高等动植物 10-510-8，细菌 10-410-10，反应了物种的基因的相对稳定性。第十一章 基因突变与 DNA 损伤修复可逆性野生型基因 突变型。回复突变率一般低于
5、正突变率。真正的回复突变很少发生。常被第二个位点的突变所抑制，抑制因子突变（suppressor mutation） 。回复突变的有无是区别基因突变与染色体缺失或重复的标志。 突变的多方向性和复等位基因同一基因可突变为多个等位基因。突变的基因可以再突变。这一系列的等位基因就叫做复等位基因。这是由于同一座位内的不同位点上的结构发生变化产生的。 突变的有害性和有利性。一般，有害突变多，有利突变少。第二节 点突变的诱变机制一碱基类似物5-BU 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。A.TA. 5-BU（酮式）G. 5-BU （烯醇式） G.CA. 5-BUG
6、.CA.T2-AP 是腺嘌呤的类似物，既可与 T 配对，也可与 C 配对。A.T 2-AP.T2-AP.CG.CG.C2-AP.C 2-AP.T A.T二碱基改变（1）烷化剂: 甲磺酸乙酯(EMS)、亚硝基胍(NG)等。通过改变碱基结构使碱基错配。当 G 烷基化后可与 T 配对，导致碱基转换。 G.CA.T。或：烷化剂使嘌呤脱落，造成转换、颠换；DNA 链的断裂或交联。（2）嵌入剂eg. 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。三碱基损伤（1）紫外线：产生环丁烷嘧啶二聚体和 6-4 光产物。 双链间形成，阻碍 DNA 的复制。同一链上相邻 T 间形成，阻碍碱基的正常配对和腺嘌
7、呤的正常掺入，使复制在这个点上停止或错误进行，产生碱基顺序改变了的新链。（2）黄曲霉(B1)的作用第十一章 基因突变与 DNA 损伤修复使鸟嘌呤 G 脱落，SOS 修复引入 A, 造成 G.CA.T。四基因的定点突变1）寡核苷酸诱导的基因定点突变将某基因克隆到载体上人工合成含有突变位点的一对引物（突变位点位于引物中心附近，两端有足够的序列足以互补配对）PCR 扩增Dpn酶切将突变 DNA 转入受体筛选重组子。2）双引物法将某基因克隆到载体上人工合成一对互补的含有突变碱基的引物在基因的上游和下游各设计一个引物，分别与突变位置处的一个引物进行 PCR 扩增两个PCR 产物混合延伸后就可获得有特定位
8、点突变的基因。第三节 自发突变与动态突变1、DNA 复制错误(errors of DNA replication)a 转换b 颠换c 移码突变：增加或减少一个或几个碱基对的突变，引起密码编组的移动。Hb Wayne 是 138 位 UCC 失去一个 C，使 链的合成不在原来应该终止的地方停止，一直到 146 位合成精氨酸后才终止，从而使 链延长。 d 缺失和重复突变 e 插入突变 （转座子）、自发损伤a 脱嘌呤：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。 b 脱氨基：如胞嘧啶脱氨基后变成尿嘧啶。U=A,结果 G-CA-T。3、氧化损伤：O2-，OH-
9、，H2O2 可对 DNA 造成损伤。如：8-oxo dG 与 A 配对，导致 G.CdG.AT.A4、动态突变在基因的编码区、3或 5-UTR、启动子区、内含子区出现的三核苷酸重复，及其他长短不等的小卫星、微卫星序列的重复拷贝数，在减数分裂或体细胞有丝分裂过程中发生扩增而造成遗传物质的不稳定。亦称为基因组的不稳定性，可造成基因功能丧失或获得异常改变的产物。第四节 DNA 损伤修复机制一光复活(photoreactivation)修复（原核）概念：可见光存在的条件下，在光复活酶作用下将 UV 引起嘧啶二聚体分解为单体的过程。过程 第十一章 基因突变与 DNA 损伤修复光复活酶与 T=T 结合形成
10、复合物；复合物吸收可见光切断 T=T 之间的 C-C 共价键,使二聚体变成单体；光复活酶从 DNA 链解离。二切除修复（核苷酸外切修复、暗修复）(1)切除修复在 DNA 内切酶、DNA 聚合酶、外切酶、DNA 连接酶等共同作用下，将 DNA 受损部位部分切除，并以其中一条链为模板，合成修复。 消除由 UV 引起的损伤，也能消除由电离辐射和化学诱变剂引起的其他损伤。切除的片段可由几十到上万 bp，分别称短补丁修复、长补丁修复。（2）DNA 糖苷酶修复及 AP 核酸酶修复途径E.coli 不明显的损伤,需要特异性修复。DNA 糖苷酶修复：如果碱基被共价修饰，糖基化酶可作用于 C-N 糖苷键，使碱基
11、释放，产生无碱基(AP)位点, 再由 AP 内切酶修复系统修复。AP 内切酶修复系统修复：由内切酶、外切酶、聚合酶和连接酶活性来完成，以修复AP 位点。三错配修复系统修复杂种 DNA 错配碱基及基因转变。三重组修复(1)复制：以损伤单链为模板复制时，越过损伤部位，对应位点留下缺口；未损伤单链复制成完整双链。(2)重组：缺口单链与完整同源单链重组，缺口转移到完整链，使损伤单链的互补链完整，损伤单链仍然保留。(3)再合成：转移后的缺口以新的互补链为模板聚合补齐。四SOS 修复a 通过式修复：损伤较大时(如产生很多的 T=T)，正常的 DNA 多聚酶复制到损伤位点时，其活性受到抑制，短暂抑制后产生一
12、种新的 DNA 多聚酶，由于其修复校正功能较低，新合成的 DNA 碱基错配频率较高，易引起突变。b 切除式修复：DNA 双链均有损伤且距离较近时的一种可能的修复机制。第五节 基因突变的检测一显性突变和隐性突变的表现特点1、概念显性突变（dominant mutation）：指由隐性基因突变为显性基因的突变，如 aA 。突变当代就能表现突变性状。如软骨发育不全（achondroplasia)隐性突变（recessive mutation）：指由显性基因突变成隐性基因的突变（Aa ） 。隐性突变在当代不能表现。同类型隐性突变纯合时表现。 第十一章 基因突变与 DNA 损伤修复2、显性突变与隐性突变
13、的特点显性突变在第一代就表现，而隐性突变在第二代才表现。显性突变在第二代能纯合，但不能检出；隐性突变在第二代能纯合，且能检出。显性突变的突变纯合体在第三代可望检出。显性突变表现得早而纯合得慢，相对地，隐性突变表现得晚，但纯合得快。二植物及其他动物突变体的检测1、植物形态突变体的检测利用分离定律转座子插入突变的检测、T-DNA 插入突变的检测、RNAi 技术等。 2、人类显性突变的检测需依靠家系、出生调查，运用电泳技术、DNA 标记技术，筛选各种蛋白质、酶或 DNA分子的微小差异，这些微小差异是可遗传的。三微生物中生化突变的鉴定1、病毒和细菌基因突变的检测利用寄主范围、生长速度、噬菌斑大小、形态
14、等性状可检测病毒突变。通过在培养基中添加抗生素或噬菌体即可筛选细菌抗性突变体。细菌营养缺陷型的检测：利用在完全培养基上能正常生长，在基本培养基上不能生长的影印培养实验。首先采用青霉素富集法浓缩大量突变体，再进行负选择。2、真菌营养缺陷型的检出菌丝过滤法分生孢子诱变处理基本培养基 未萌发孢子 萌发菌丝 培养 去除(过滤) 少数 死亡 营养野生型 孢子 缺陷型(去除) 营养培养基 四果蝇中突变基因的检测1、果蝇 X 连锁隐性突变的检出 ClB 法ClB 品系：l隐性致死基因；B棒眼C交换抑制因子(Bl 倒位） ； Muller-5 法Muller-5 品系:B(棒眼)-Wa(杏眼)-sc(小盾片少刚毛)并具重复倒位。2、常染色体突变平衡致死系(Cy 和 S)
