08.第八章基因突变

遗传学讲义第八章基因突变中国海洋大学生命学院汪小龙xiaolong@遗传物质的改变•基因突变基因突变(genic mutation)(genic mutation)或点突变或点突变(point (point 基因突变(g )(g )或点突变或点突变(p (p mutation)I I. I. 基因突变的概说基因突变的概说II.II.基因突变的性质基因突变的性质III.III.基因突变的检出基因突变的检出IV.IV.基因突变的分子基础基因突变的分子基础因子V.V.生物体的修复机制生物体的修复机制染色体改变((h l i ti b ti )•染色体改变染色体改变(chromosomal variation, aberration)(chromosomal variation, aberration)I. I. 染色体结构改变染色体结构改变II. II. 染色体数目改变染色体数目改变引例：人类白化病(Albinism)是位瑞典籍的香港女孩,也是世界上Chiu是一位瑞典籍的香港女孩25,000分之一的无色人种(白化病)。

因为父母不想她受到太多关注而特地移民北欧,她因病情一直视力微弱但却一直专注于学习因病情直视力微弱但却直专注于学习摄影。

后来成为法国巴黎国际时尚模特。

I.基因突变的概说基因突变的说1.1.基因突变的类型基因突变的类型1）按突变的表型特征分类）按突变的表型特征分类::突变发生后出现的表型改变是多种多样的，有的可能十分微弱，需要精细的生化技术才能检测出与野生型的差别有的突变的表型效应可能与野生型的差别，有的突变的表型效应可能是如此之大，以致产生形态上的严重改变、缺陷甚至死亡基于突变被辨认的方法可缺陷甚至死亡。

基于突变被辨认的方法，可以将突变类型分类以将突变类型分类: : 形态突变、生化突变、致死突变(1)形态突变形态突变(morphological (morphological mutation):(1) (1) 形态突变形态突变(morphological mutation):(morphological mutation):突变主要影响生物体的外在可见的形态结构，故又称可见突变结构，故又称可见突变(visible mutations) (visible mutations) ，构，()，如形状、大小、色泽等的改变。

•次形态突变（Hypomorphic mutations Hypomorphic mutations）：次形态突变（次形态突变（Hypomorphic mutations Hypomorphic mutations）：）：此种突变会使基因的表现或是基因产物的活性减弱但不会消失性减弱，但不会消失。

•超形态突变（超形态突变（Hypermorphic mutations Hypermorphic mutations）：）：会基此种突变与次形态突变相反，会使基因的表现加强。

例1：动物白化病例2：黑/棕/蓝色眼睛(2) 生化突变(biochemical mutations):突变影响生物的代谢过程。

导致一个特定的生化功能的改变或丧失。

例如某野生型细菌可以在基本培养基中生长，而突变体一定要在基本培养基中添加某种氨基酸才能生长，这一现象被认为是发生化突变。

生了生化突变生了在人类群体中，由于某种生化突变产生了代谢缺陷，如苯丙酮尿症和半乳糖血症等等，将这类遗传病称为，先天性代谢缺陷。

等，将这类遗传病称为先天性代谢缺陷失去功能的突变(loss①失去能的突变()(loss--of of--function mutation):突变事件通常是破坏性的，突变事件导致功能丧失：a.无效突变(null mutation)：完全丧失基因a(null mutation)功能。

b.渗漏突变(leaky mutation)：功能的失活不，保留了能，在杂合状态能完全，仍保留了一些功能，但在杂合状态不能产生足够多的野生型表型，这种情况下新的等(leaky gene)这类突变位基因称为渗漏基因(leaky gene)，这类突变称为渗漏突变。

通常，丧失功能的突变是隐有丧性的。

有时候，丧失功能的突变也可以是显性的，杂合子单个野生型等位基因不能提供足够数量的基因产物来形成正常表型。

例1：白化病(Albinism)的发病机理在黑色素细胞中，酪氨酸在酪氨酸酶催化下羟化生成多巴，多巴再经氧化生成多巴醌而进入合成黑色素的途径。

所形成的多巴醌进一步环化和脱羧生成吲哚醌。

黑色素即是吲哚醌的聚合物人体若缺乏酪氨酸酶黑色素合成障碍皮肤毛发发合物。

人体若缺乏酪氨酸酶，黑色素合成障碍，皮肤、毛发发“白”，称为白化病(albinism)例2：苯丙酮尿症phenylketonuria PKU 例2：苯丙酮尿症phenylketonuria, PKU一类是由于基因被删除或是调控基因表现的过程受到影响让基因不表现另种则是由于基因本身受到影响，使得基因的产物另一种则是由于基因本身受到影响，使得基因的产物蛋白质失去功能。

又称剔除突变（null mutations）或是敲除突变（knockout mutations）。

knockout mutations）②获得功能的突变(gain(gain--of of--function mutation):(i f f ti t ti)突变事件使之获得某种新的功能。

在杂合体中，获得功能的突变极有可能是显性的突变，并能产生新的表型。

最常发生获得功能的突变就是癌细胞。

（3）致死突变(lethal mutation):影响生物体的生活力导致个体亡的突变致影响生物体的生活力，导致个体死亡的突变。

致死突变可分为显性致死和隐性致死两类，显性致死在杂合状态时就有致作用隐性致则在纯合态时方合状态时就有致死作用，而隐性致死则在纯合态时方有致死作用。

般以隐性致死较为常见但致死突变不定都一般以隐性致死较为常见。

但致死突变不一定都伴有可见的表型效应，因为致死突变的致死作用可以发生在不同的发育阶段如配子期合子期或胚胎期发生在不同的发育阶段，如配子期、合子期或胚胎期致死，就见不到成体的表型效应。

（4）条件致死突变(conditional lethal mutations)：在某些条件下能成活，而在某些条件下是致死的。

例如T4噬菌体的温度敏感突变型在25C时能在E·coli 宿主细胞中正常生长形成噬菌斑但在42C时不能生长主细胞中正常生长，形成噬菌斑，但在42C时不能生长。

2）按发生突变的时间和细胞分类基因突变可以发生在体细胞或生殖细胞中，这两种突变有完全不同的后果。

中这两种突变有完全不同的后果（）体胞突变()（1）体细胞突变(somatic mutations): 如果在保持分裂的身体组织的一个细胞发生了突变这个细胞便成为群相同突变细胞了突变，这个细胞便成为一群相同突变细胞的祖先，因为所有这些突变细胞都来源于那个发生了突变的细胞，在发育过程中通常形成一个突变体区(somatic mutant)这是由发生成一个突变体区(somatic mutant)，这是由发生表型变化的突变细胞形成的一个可见的斑块。

在发育过程中体细胞突变事在发育过程中，体细胞突变事件发生愈早，突变体区就会愈大，表愈对表型的影响就愈大。

如果突变发生在一个不再分裂的个细胞中，它对表型的影响可能被忽略。

引起癌症的突变是一个特例，突变发生在原癌基因则引细胞发生不可控制的分裂从而导致肿瘤的发生的发生。

体细胞突变一般不能遗传给后代。

(2) 生殖细胞突变(germinal mutation)：()殖突(g)生殖细胞突变发生在种系细胞(germ line cells)中。

如果突变的性细胞参与受精过程，那么突中如果突变的性细胞参与受精过程那么突变基因就会传给下一代。

最典型的例子是性连锁遗传的血友病突变在欧洲王室通过维多利亚女皇在其整个家系中的遗传。

阿列克谢王子II. II. 基因突变的性质基因突变的性质1. 稀有性:突变率(mutation rate)很低，-5~10-10-4~10-10高等生物：1010，细菌：10102. 可逆性：正向突变(forward mutations)正向突变(o wa d utat o s)反向突变或回复突变(reverse or back mutations)例如：大肠杆菌例如大肠杆菌his+4×10-82×106hi -6his-3.多方向性：复等位基因（multiple allele)A Æa1,a2,a3,……an 例一：ABO血型遗传:I A 、I B →i 3个复等位基因→c 例二：家兔毛色遗传:4个复等位基因:C→c ch →c h →c 例三：人类HLA系统：300个以上的等位基因III.III.基因突变的分子基础基因突变的分子基础按突变发生的原因分类1自发突变(spontaneo s m tation):自然状况下发生1 自发突变(spontaneous mutation):自然状况下发生2诱发突变(induced mutation):诱变剂引起的突变。

1.自发突变的分子机理:自发突变可能由DNA 复制错误,自发损伤和转座因子等多种原因引起.复制错,自发损伤和转座因子等多种原因引起1) DNA复制中的错误:碱基替换遗传物质是DNA, DNA复制是半保留复制,如果发生错误,引起碱基替换(base substitution), 即一对碱基被另一对碱基替换，造成DNA遗传信息的改变。

从而导致基因突变.正常情况下,亚氨基态的鸟嘌呤(G)只与胞嘧啶C配对, 但有时G 可转变成氨基形式,可以与胸腺嘧啶(T)配对, 经一次复制, DNA分子中的G-C 对变成了A-T对. 这种互变异构可以在DNA复制中自发产生.碱基替换可以分为转换和颠换:a.转换(transitions):嘌呤替代嘌呤或嘧啶替代嘧啶AÆG GÆA TÆC CÆTG G A T C Cb.颠换(Transversions):嘌呤替代嘧啶或嘧啶替代嘌呤AÆC AÆT CÆA TÆAc. 移码突变（frame-shift mutation）: 在DNA复制c移码突变（frame-shift mutation）:中在编码区发生增加或减少一个或几个碱基对所造成的突变。

移码突变可造成蛋白质分子发生较造成的突变移码突变可造成蛋白质分子发生较大的结构改变。

ACG GCT TCA AAG AACAGG CTT CAA AGA ACCTT2) 自发损伤(spontaneous lesions) :即自然产生基的DNA损伤引起突变：如脱嘌呤和脱氨基：a.脱嘌呤：最为常见，由于DNA分子中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(G)或腺嘌呤(a)从DNA分子上脱落下来。