分子遗传学 21.基因突变
遗传学中的基因突变
遗传学中的基因突变遗传学是研究生物遗传规律和遗传变异的科学，而基因突变是遗传学中一个重要的概念。
基因突变指的是基因本身的序列发生了改变，从而导致基因功能的改变或丧失。
在本文中，我们将讨论基因突变的类型、机制以及对生物种群以及人类健康的影响。
一、基因突变的类型基因突变可以分为多种类型，包括点突变、插入突变、缺失突变和倒位突变等。
其中，点突变是最常见的一种基因突变类型。
点突变可以进一步细分为错义突变、无义突变和同义突变。
错义突变是指基因序列改变导致了对应蛋白质中的氨基酸发生改变。
这种突变可能会导致蛋白质结构的改变，从而影响其功能。
无义突变是指基因序列改变导致蛋白质合成提前终止，使得完整的蛋白质无法产生。
同义突变是指基因序列改变导致蛋白质中的氨基酸发生改变，但并不影响蛋白质的功能。
除了点突变外，插入突变是指在基因序列中插入了新的碱基，导致基因序列的改变。
缺失突变是指基因序列中丢失了部分碱基，导致基因信息的缺失。
倒位突变是指基因序列中的一部分碱基与同一基因的其他区域发生了互换位置的现象。
二、基因突变的机制基因突变可以由多种机制引起，包括自发突变、诱变剂诱导突变以及突变体的复制。
自发突变是指在正常的细胞分裂过程中，由于复制错误或DNA修复机制的失效，导致了基因序列的改变。
这种突变与外界因素无关，是一种自发的现象。
诱变剂诱导突变是指外界化学物质或物理因素对基因突变的诱导作用。
一些化学物质或辐射能够直接或间接地引起基因序列改变，从而导致基因突变的发生。
这种突变是外界因素引起的，与细胞自身的分裂过程无关。
突变体的复制是指在有性生殖过程中，由于DNA修复机制的缺陷或复制错误，导致了基因突变在后代中的传递。
这种突变是由遗传传递引起的，常见于生物种群中。
三、基因突变对生物种群的影响基因突变对生物种群的影响是多方面的。
首先，基因突变是生物进化的重要驱动力之一。
基因突变带来的变异为物种的进化提供了新的遗传材料，使物种能够在环境变化中适应和生存。
基因突变的五大特点
基因突变的五大特点基因突变是指基因序列的改变，包括点突变（包括错义突变、无义突变、保守突变和无保守突变）、插入、缺失和倒位等。
下面将从五个方面介绍基因突变的五大特点。
首先，基因突变具有多样性。
基因突变可以发生在基因序列的任何位置，具有非常高的多样性。
在人类基因组中，已经发现了数百种突变形式，如单核苷酸多态性（SNP）、插入缺失多态性（INDEL）等。
这种多样性使得基因突变在进化过程中发挥了重要的作用。
其次，基因突变具有随机性。
突变是随机发生的，无法预测和控制。
基因突变的出现与环境因素、个体遗传背景以及DNA复制和修复的过程等密切相关。
因此，随机性是基因突变的重要特点之一。
第三，基因突变具有遗传性。
基因突变可以被遗传给后代，从而导致基因型和表型的改变。
遗传性是基因突变在进化和人类遗传学中发挥作用的重要基础。
一些基因突变可以导致遗传病的发生，例如囊性纤维化、先天性心脏病等。
第四，基因突变具有可逆性。
虽然大多数基因突变是不可逆的，但某些突变可以通过特定的机制进行修复或逆转。
例如，细胞可以通过DNA修复系统修复受损的DNA，从而恢复突变前的基因序列。
这种可逆性使得基因突变的损害可以一定程度上被修复，维护了基因组的稳定性。
最后，基因突变具有累积性。
个体在生命周期中会积累大量的基因突变。
一些突变可能对个体没有影响，但一些突变可能会导致疾病的发生或特定性状的表现。
因此，基因突变在人类遗传学研究中具有重要的积累性特点。
综上所述，基因突变是基因序列改变的重要特征，包括多样性、随机性、遗传性、可逆性和累积性。
了解基因突变的特点对于研究基因功能、遗传疾病的发生机制以及进化过程具有重要的指导意义。
随着生物技术的发展，对基因突变的了解将在医学、农业、环境保护等领域发挥越来越重要的作用。
分子遗传学第六章 遗传变异的机理1——基因突变
遗传变异机理I 遗传变异机理 基nueous mutation)
包括DNA复制的错误和自发损伤 1．DNA复制错误
（1）转换突变 ）转换突变(transition mutation) DNA中的碱基由一种异构体转变为另一种异构 中的碱基由一种异构体转变为另一种异构 体的互变异构作用会引起碱基错配： 体的互变异构作用会引起碱基错配：
T烯醇式----G T-----G烯醇式
C亚胺式----A C-----A亚胺式
互变异构作用会引起碱基错配
一个嘌呤被另一个嘌呤取代， 一个嘌呤被另一个嘌呤取代， 或 一个嘧啶被另一个嘧啶取代称转 换突变。 换突变。 ACGTC TGCAG ACGtTG ACGTC TGCAG 复 制 TGT AG 复制 ACGTC TGCAG 第一代 AC ATC TG T AG ACGTC TGCAG ACGTC TGCAG 第二代 野生型 突变型 野生型
AP核酸内切酶打开一切口 核酸内切酶打开一切口
外切酶切除部分单链
DNA聚合酶 合成新的单链 聚合酶I合成新的单链 聚合酶
连接酶封口
3．DNA糖基酶
异常碱基U
修复途径
该酶切断 糖 该酶切断N-糖 切断 苷链（ 苷链（碱基与糖
形成AP位点
的连接），能将 的连接），能将 ）， DNA中的异常碱 中的异常碱 基切除，切除后 基切除， 上形成AP 在DNA上形成 上形成 位点，再经 核 位点，再经AP核 酸内切酶途径修 复。
| | 亚硝酸 GC | | C脱氨基 | | 复制 | | AU AT | | | | | | GC | |
(1)
(2)
| | 亚硝酸 | | 复制 AT HC | | A脱氨基 | |
亚硝酸可诱发两个方向上的转换。
第九章 基因突变及其分子机制ppt课件
（2） 暗修复
某些DNA的修复工作可不需 光也能进行，例如，大肠杆菌中 的UVrA突变体的修复过程由四 种酶来完成：首先由核酸内切酶 在╥ 一边切开，然后由核酸外切 酶在另一边切开，把╥和邻近的 一些核苷酸切除；第三种酶 (DNA聚合酶)把新合成的正常的 核苷酸片段补上；最后由连接酶 把切口缝好，使DNA的结构恢 复正常。这类修复系统称为暗修 复(dark repair)，或切除修复 (excision repair)。
7
（2） 突变的有利性
A. 突变的有害和有利性是相对的，在某些情况下，基因突 变的有害与有利性可以转化。 a. 对突变性状表现当代及后代群体而言: 如抗逆性(抗生物、非生物协迫)突变是有利的。 b. 对后代群体在特殊环境中生存而言： 如作物矮秆突变型在多风与高肥环境下是有利的； 又如果蝇残翅突变型在多风海鸟环境下是有利的。 c. 对人类需求与利用而言： 如作物矮秆突变型的利用； 又如作物雄性不育突变型的利用。 B. 中性突变：指突变型的性状变异对生物个体生活力与 繁殖力没有明显的影响，在自然条件下不具有选择差异的 基因突变。
1表现出来之后，就要对其进行深入 的研究与利用，相关的研究内容可能包括： 1、突变的产生：如何产生、提高突变率、控制 突变方向； 2、突变的真实性鉴定：是否能稳定遗传； 3、突变基因的性质：显性/隐性； 4、突变频率的测定； 5、其它深入研究：如基因定位(染色体定位与 连锁分析)、基因克隆、测序(分子水平)、遗传与 表达机制(生理生化)、育种应用(杂交育种、转基 因)等。
第九章 基因 突变及其分子 机制
第一节、基因突变的概念及其一般特征
可遗传的变异，可以通过基因重组来实现，以上各章就是 有关这方面的内容；还可以通过基因突变来实现，基因突变是 生物进化的主要源泉。基因突变在生物中广泛存在，但是基因 突变首先由摩尔根（1910年）通过果蝇的实验中得到肯定的。 突变可以自然发生，也可以利用理化因素人工诱导，是创造育 种材料的重要手段。 一、基因突变的概念 1．基因突变（gene mutation）：染色体上某一基因位点内 部发生了化学性质(结构)的变化，与原来基因形成对性关系。 例如：植物高秆基因D突变为矮秆基因d。 经典遗传学（基因论）认为：基因就是一个“点”，在染色 体上具有一定的位置和相互排列关系，而基因突变就是一个 点的改变，是以一个整体进行突变。因此从经典遗传学水平 看，基因突变又称为“点突变”（point mutation）。 ２．摩尔根等1910年发现果蝇眼色的突变(Ww)，并进行鉴 2 定与分析，从而明确证实基因突变的存在。
高中生物 基因突变的分类三、基因突变的特征
通常用u表示正突变频率、v表示反突变
频率，则：
正突变u
A===========a 反突变v
正突变与反突变的频率
正突变与反突变发生的频率一般都不相同。 多数情况下：正突变率总是高于反突变率。
原因在于：
正常野生型基因内部存在许多可突变部位，其 中之一结构改变均会导致其功能改变；
但是一旦突变发生，要回复正常野生型功能则 只能由原来发生突变的部位恢复原状。
第二节 基因突变
Section 7.2 Gene Mutation
一、基因突变的概念
二、基因突变的分类 三、基因突变的特征
基因突变的概念
基因突变(gene mutation)：染色体上某一基 因位点内部发生了化学性质(结构)的变化， 与原来基因形成对性关系。
例如：植物高秆基因D突变为矮秆基因d。 经典遗传学(基因论)认为：基因就是一个
突变的平行性
定义：指亲缘关系相近的物种因为遗传基础比 较接近，往往会发生相似的基因突变。
这些突变也往往同等(或近似)程度地在自然群体中 保存。
根据这一学说，如果一个物种或更大的生物分类单 位中存在某种类型的变异，与其同类的生物中也可 以预期得到这些变异类型。如：禾本科植物籽粒性 状变异、矮秆突变。
生物进化过程中自然环境对生物的选择主要依据生 物在竞争条件生活力与繁殖力的差异。在特定环境 下生活力与繁殖力相对较高的类型(各种突变型)被 保存下来；反之则淘汰。
没有生活力与繁殖力差异的类型则是随机地保留下 来，因此某些性状在生物群体内多种突变型与突变 基因共同存在。
基因突变的时期
1. 生物个体发育的任何时期均可发生：
性细胞(突变)突变配子后代个体； 体细胞(突变)突变体细胞组织器官。
高三生物遗传学中的基因突变有哪些类型
高三生物遗传学中的基因突变有哪些类型遗传学是生物学中的重要分支，研究遗传信息在生物体中的传递和变异。
基因突变是指在基因序列中发生的突发性改变，是遗传信息发生变化的重要机制。
在高三生物遗传学中，基因突变的类型多种多样。
本文将介绍高三生物遗传学中的基因突变的各种类型。
一、点突变点突变是基因序列中单个碱基发生变化的基因突变类型。
它主要包括以下几种类型：1.错义突变错义突变是指基因中的某个碱基发生替换或插入缺失，导致相应密码子改变，从而使得编码的蛋白质发生氨基酸替换。
这种突变会导致蛋白质功能的改变，可能影响生物体的正常发育和功能。
2.无义突变无义突变是指基因中的某个碱基发生替换或插入缺失，导致相应密码子改变为终止密码子。
这种突变会导致蛋白质合成中断，从而影响生物体的正常发育和功能。
3.同义突变同义突变是指基因中的某个碱基发生替换或插入缺失，但不改变相应密码子所编码的氨基酸。
这种突变不会导致蛋白质功能的改变，对生物体的影响较小。
4.剪接位点突变剪接位点突变是指基因中的某个碱基发生变异，从而导致RNA剪接时剪接位点的改变。
这种突变可能影响成熟的mRNA的形成，进而影响蛋白质的合成。
二、插入突变插入突变是指基因序列中插入额外的碱基，从而导致碱基数量增加的突变类型。
插入突变可能导致基因序列的改变、框架移位和蛋白质的功能改变。
三、缺失突变缺失突变是指基因序列中缺失一个或多个碱基，从而导致碱基数量减少的突变类型。
缺失突变可能导致基因序列的改变、框架移位和蛋白质的功能改变。
四、倒位突变倒位突变是指基因序列中的一片碱基序列发生了前后顺序的颠倒。
这种突变可能导致基因序列的改变，影响蛋白质的合成。
五、易位突变易位突变是指基因序列中的一段碱基序列与另一条染色体上的碱基序列发生交换。
易位突变可能导致基因序列的改变，进而影响生物体的正常发育和功能。
六、重复序列扩增和缩减重复序列扩增和缩减是指基因中的某个重复序列发生扩增或缩减，从而导致基因序列的改变。
遗传学第十二章基因突变
例：普通绵羊的四肢有一定的长度，但安康羊 （Ancon sheep）的四肢很短，这类突变可在外观上 看到，称为可见突变（visible mutation） 2. 生化突变（biochemical mutation)：基因突变主要影 响代谢过程，导致某种特定生化功能改变。
2. 性细胞的突变频率比体细胞高： 性母细胞与性细胞对环境因素更为敏感。
3. 突变时期不同，其表现也不相同。
突变时期
显性突变
隐性突变
高 等
性细胞
突变当代表现突变性 状。
突变当代不表现突变性 状，其自交后代才可能 表现突变性状。
生 物
突变当代表现为嵌合 突变当代不表现突变性 体细胞 体，镶嵌范围取决于 状，往往不能被发现、
例如： T4噬菌体的温度敏感突变型在25℃时能在 E.coli 宿主中正常生长，形成噬菌斑，但在42℃时 就不能这样。
水稻分蘖基因的突变（Li et al., 2003, Nature, 422: 618-621） 野生型
突变体（moc1）
二、基因突变的时期
1. 生物个体发育的任何时期均可发生： 性细胞(突变)突变配子后代个体； 体细胞(突变)突变体细胞组织器官。 植物的体细胞突变：芽变 动物的体细胞突变：癌变
（二）突变的多方向性
基因的突变可以向多个方向进行，形成复等位基因(multiple alleles)。这些复等位基因可以从野生型基因突变产生，也可以 从其它任何一个突变基因突变产生。
（三）突变的可逆性
➢ 突变的可逆性：突变的基因可以发生回复突变。 正突变(forward mutation)：显性基因A隐性基因a； 反突变(reverse mutation)：隐性基因a显性基因A。 通常认为：野生型基因是正常、有功能基因；而最初基 因突变往往是野生型基因突变而丧失功能、发生功能改 变，表现为隐性基因。所以反突变又称为回复突变 (back mutation)。
2021高三生物一轮学案：第21讲基因突变和基因重组含解析
2021高三生物人教版一轮学案：第21讲基因突变和基因重组含解析第21讲基因突变和基因重组最新考纲高频考点核心素养1.基因重组及其意义(Ⅱ)2．基因突变的特征和原因（Ⅱ)基因突变与基因重组的本质与类型1.科学思维——比较与综合：基因突变、基因重组类型,育种方法比较；批判性思维：理性看待转基因技术2．生命观念——结构与功能观:基因突变、基因重组会影响生物性状考点1基因突变一、可遗传变异和不可遗传变异在光学显微镜下可见的可遗传变异为染色体变异，分子水平发生的变异为基因突变、基因重组，只在减数分裂过程发生的变异为基因重组，真、原核生物和病毒共有的变异类型为基因突变。
二、基因突变1．基因突变的实例：镰刀型细胞贫血症(1）图示中a、b、c过程分别代表DNA复制、转录和翻译。
突变发生在a（填字母）过程中。
(2）患者贫血的直接原因是血红蛋白异常，根本原因是发生了基因突变，碱基对由错误!突变成错误!。
2．基因突变的概念DNA分子中发生碱基对的替换、增添和缺失，而引起的基因结构的改变。
3．发生时间主要发生于有丝分裂间期或减Ⅰ分裂前的间期。
4．诱发基因突变的因素（连线）答案:5．基因突变的特点（1）普遍性:一切生物都可以发生.(2)随机性：生物个体发育的任何时期和部位。
（3）低频性:自然状态下，突变频率很低。
(4）不定向性:一个基因可以向不同的方向发生突变.(5）多害少利性：大多数基因突变对生物体是有害的，但有些基因突变,可使生物获得新性状,适应改变的环境。
6．基因突变的结果产生一个以上的等位基因。
7．意义(1)新基因产生的途径；(2)生物变异的根本来源;（3）提供生物进化的原始材料。
判断正误(正确的打“√”,错误的打“×”）1．观察细胞有丝分裂中期染色体形态可判断基因突变发生的位置。
（×）2．有丝分裂前期不会发生基因突变。
(×）提示：基因突变不只发生在分裂间期。
引起基因突变的因素分为外部因素和内部因素,外部因素对DNA的损伤不仅发生在间期,而是在各个时期都有;另外，外部因素还可直接损伤DNA分子或改变碱基序列,并不是通过DNA的复制来改变碱基对，所以基因突变不只发生在间期.3．基因突变不一定会引起生物性状的改变。
第七章基因突变
金鱼体色突变
碧桃花色变异
遗传学
第七章
68
三、基因突变的一般特征： ㈠、突变的重演性和可逆性:
1. 重演性：同一生物不同个体间可以多次发生同样的突变。
如：下表列举的玉米籽粒7个基因中前6个，在多次试验中都
出现过类似的突变，且其突变率也极为相似。
表 基因 R I Pr Su Y Sh Wx 玉米子粒7个基因的自然突变率 测 定 配子数 554786 265891 647102 1678736 1745280 2469285 1503744 观察到的 百万配子中 突 变 数 平均突变率 273 28 7 4 4 3 0 492.0 106.0 11.0 2.4 2.2 1.2 0
遗传学 第七章 83
②．杂合显性致死突变：
显性致死突变在杂合状态时即可死亡。不会产生纯合体。 例如：神经胶症突变基因可引起人皮肤畸形生长、严重智力 缺陷、多发性肿瘤，具有该杂合基因的人年轻时就丧失生命。
③．纯合隐性致死突变：
人的“异染白痴脑病”由aa基因控制（隐性纯合致死）。 病症：发病初期可活动，后期成为植物人，直至死亡。何时 发病不知，可以到成年结婚后发病。至1999年全世界仅发现 200 例，我国有18例。
黄色鼠 × 黄色鼠
AYa ↓ 2黄 AYa ： 1黑
AYAY (死亡) AYa (2396) aa(1235)
黄色鼠与黄色鼠交配的结果 发现其分离比例总是2黄 : 1黑， 说明缺少1/4的黄色鼠纯合体。
原因：突变的黄色基因AY对黑色基因a为显性，但AY具有纯合时致死 的效应。 AY AY其胚胎在母体内即已死亡，只有AY a可存活。
S1S4、S2S4
遗传学 第七章 75
(2)．人类血型：
分子遗传学与基因突变
分子遗传学与基因突变分子遗传学是研究遗传信息的传递与表达的分支学科，它以基因为研究对象，探索基因在遗传过程中的作用和机制。
基因突变则是指在基因序列中发生的变化，它是分子遗传学研究的核心内容之一。
本文将从分子遗传学的角度探讨基因突变的概念、类型以及对生物体的影响。
一、基因突变的概念基因突变是指基因序列发生的突然改变，包括点突变、插入突变、缺失突变等几种类型。
基因突变是生物进化和遗传多样性的重要基础，也是遗传病发生的主要原因之一。
基因突变的产生可以由自发的自然突变引起，也可以由诱发因素如辐射、化学物质等引起。
突变后的基因可能影响该基因编码的蛋白质的结构和功能，从而影响生物体的性状和适应能力。
二、基因突变的类型1. 点突变点突变是指基因序列中单个核苷酸的改变，包括错义突变、无义突变和同义突变。
错义突变是指突变后的密码子导致编码的氨基酸发生改变，导致蛋白质的结构和功能发生变化，可能对生物体产生不良影响。
无义突变是指突变后的密码子变为终止密码子，导致蛋白质的合成过程中提前终止，使蛋白质无法正常产生。
同义突变是指突变后的密码子编码的氨基酸与原来一样，不会对蛋白质产生明显影响。
2. 插入突变插入突变是指基因序列中插入额外的核苷酸，导致整个基因序列延长。
这种突变会改变翻译的读框和氨基酸序列，进而影响编码的蛋白质的结构和功能。
3. 缺失突变缺失突变是指基因序列中缺失一个或多个核苷酸，导致整个基因序列缩短。
这种突变可能导致蛋白质失去正常功能，甚至无法合成。
三、基因突变的影响基因突变可能对生物体产生不同的影响，包括对性状和适应能力的影响。
1. 遗传病许多遗传病都是由基因突变引起的，这些突变可能导致某些重要的生物分子无法正常合成或功能异常，从而导致疾病的发生。
2. 进化基因突变是进化的重要驱动力之一。
突变为物种提供了遗传多样性，使得物种能够适应环境变化。
部分突变可能对生物体有利，从而被选择并传递给下一代。
3. 基因治疗基因突变也为基因治疗提供了可能性。
生物遗传学中的基因突变知识点详解
生物遗传学中的基因突变知识点详解在生物遗传学的广袤领域中，基因突变无疑是一个关键且引人入胜的主题。
基因突变，简单来说，就是指基因在结构上发生了碱基对组成或排列顺序的改变。
这一改变看似微小，却能引发一系列重大的生物学效应，对生物的遗传、进化以及各种生理和病理过程产生深远的影响。
基因突变的类型多种多样。
点突变是其中较为常见的一种，它指的是 DNA 序列中单个碱基的替换，又分为转换和颠换两种情况。
转换是指嘌呤与嘌呤之间或者嘧啶与嘧啶之间的替换，比如腺嘌呤（A）被鸟嘌呤（G）替换；颠换则是嘌呤与嘧啶之间的替换，像是腺嘌呤（A）被胸腺嘧啶（T）替换。
还有一种是缺失和插入突变，这涉及到 DNA 序列中碱基的增加或减少。
缺失可能导致后续的碱基编码发生错位，从而改变整个基因的表达产物；插入则可能引入新的密码子，影响蛋白质的结构和功能。
基因突变的原因也是多方面的。
首先，自发突变可能是由于 DNA 复制过程中的小概率错误。
在细胞分裂时，DNA 会进行复制，尽管细胞内有各种纠错机制，但偶尔仍会出现碱基配对错误，从而导致基因突变。
其次，外界环境因素的作用不可小觑。
例如，紫外线、X 射线等电离辐射能够直接损伤 DNA 分子，导致碱基的变化或链的断裂。
化学物质如亚硝酸盐、黄曲霉素等也具有诱变作用，它们可以与 DNA 发生反应，改变碱基的化学结构。
此外，病毒感染也可能影响宿主细胞的基因，引发突变。
基因突变的发生具有随机性和不定向性。
随机性体现在它可以发生在生物体发育的任何时期、任何细胞中。
不定向性则是指基因突变没有固定的方向，一个基因可能突变成多种不同的形式。
但需要注意的是，基因突变在自然状态下的频率通常很低。
基因突变对生物的影响复杂多样。
有的基因突变是有益的，可能会赋予生物体新的适应性特征，使其在生存竞争中更具优势。
比如，某些细菌在抗生素环境中发生基因突变，产生抗药性，从而能够存活下来。
然而，大多数基因突变往往是有害的，可能导致生物体的生理功能障碍、发育异常甚至死亡。
生物学中的基因突变和表观遗传学
生物学中的基因突变和表观遗传学基因突变是指基因序列的变异，它是生物进化的重要推动力之一。
基因突变可以分为点突变、重组突变和染色体突变三类。
点突变是指单个核苷酸被替代、插入或删除，重组突变是指两个不同的DNA分子发生交叉，而染色体突变则是指整个染色体的重排、缺失或复制事件。
基因突变可能会导致基因型和表型的改变，包括有益、无害和有害的影响。
表观遗传学研究的是基因表达的可塑性和可逆性，是遗传学的分支学科。
表观遗传学不仅关注基因突变所导致的核苷酸序列的变化，还研究包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA和染色质结构等在内的影响基因表达的各种遗传变异。
表观遗传学认为这些遗传变异对生物表型的形成和进化起着至关重要的作用。
表观遗传学的研究对象包括各种复杂生命现象。
例如：胚胎发育、生理周期、代谢途径、免疫系统和神经系统等等。
其中最为广泛应用的是DNA甲基化和组蛋白修饰的研究。
DNA甲基化是指DNA分子上的甲基化基团添加到胞嘧啶环上，从而影响基因的表达。
组蛋白修饰是指组成染色质的蛋白质被化学修饰，进而影响基因表达。
这些表观基因变异有助于制定基于遗传因素的医学治疗方案，以及研究复杂疾病的致病机制。
尽管基因突变和表观遗传学不同，它们之间存在着紧密的联系。
一些基因突变会导致表观遗传学机制的变化。
例如肥胖症、糖尿病和心血管疾病等常见疾病，基因突变和表观遗传学机制都对这些疾病的发病有影响。
大规模的基因突变如基因重组和整个染色体缺失，则会产生更严重的影响，可能会导致生命的威胁。
表观遗传学的研究在医学诊断、疾病预防和治疗方面具有广泛的应用前景。
这些研究带来的进步将促进人类健康和福祉。
其中一个最具有潜力的应用方向是个性化医疗。
通过对基因和表观遗传学的综合研究，人们可以制定更加准确的医疗方案和预防措施，以针对个体的独特基因和表观遗传学遗传因素的影响。
这种新型的医疗方式对于目前难以治愈的疾病如癌症有着重要的意义。
总之，基因突变和表观遗传学是生物学研究的重要领域，它们相互有着密切的关系，共同推动着生物进化的步伐。
遗传学课件基因突变
羟胺（hydroxylamine，HA）
可使胞嘧啶（C）的化学成分发生改变，而不能 正常地与鸟嘌呤（G）配对，而改为与腺嘌呤（A） 互补。经两次复制后，C-G碱基对就变换成T-A碱基 对。
在DNA复制过程中由互变异构作用引起的突变
DNA复制中的错误环出产生的碱基插入和缺失
（二）、自发的化学损伤
1、脱嘌呤
脱嘌呤是自发化学变化中最常见的一种，它是由 于碱基和脱氧核糖间的糖苷键断裂，从而引起一个鸟 嘌呤或一个腺嘌呤从DNA分子上脱落下来。
研究发现，在37℃条件下培养一个哺乳动物细胞 20小时，会有数以千计的嘌呤通过脱嘌呤作用自发地 脱落。如果这种损伤得不到修复，就会引起很大的遗 传损伤，因为在DNA复制过程中，无嘌呤位点将没有 特异碱基与之互补，而可能随机地选择一个碱基插进Biblioteka 去，结果导致突变。一、静态突变
二、动态突变
一、静态突变（static mutation）
是在一定条件下生物各世代中以相对稳定 的频率发生，并且能够使之随着世代的繁衍、 交替而得以稳定传递的基因突变。
可分为点突变和片段突变。
点突变（point mutation）
DNA链中单个碱基或碱基对的改变，包括 两种形式：碱基替换和移码突变。
碱基替换（base substitution）
DNA分子中原有的某一特定碱基或碱基对 被其他碱基或碱基对置换、替代的突变形式。
转换（transition）:一种嘌呤-嘧啶对被另一种
嘌呤-嘧啶对所替换。
颠换（transvertion）:一种嘌呤-嘧啶对被另
(精品) 医学遗传学课件：基因突变与遗传多态性
2.移码突变（frame-shift mutation）
基因组DNA链中插入或缺失1个或几 个碱基对，从而使自插入或缺失的那一 点以下的三联体密码的组合发生改变， 进而使其编码的氨基酸种类和序列发生 变化。
移码突变
碱基对插入和（或）缺失的数目和方式不同， 对其后的密码组合的改变的影响程度不同。
5.有害性
一般而言，生物遗传性状的形成，是在长期的进化过程中 与其赖以生存的自然环境相互适应的结果，是自然选择的 产物。而对这些性状具有决定性意义的基因一旦发生突变， 通常都会对生物的生存带来消极或不利的影响，即有害性。
生殖细胞或受精卵中基因的突变是绝大多数人类遗传病发 生的根本原因；体细胞突变则常常是肿瘤发生的病理遗传 学基础。
芳香族化合物
吖啶类和焦宁类等扁平分子构型的芳香族化 合物可以嵌入DNA的核苷酸序列中，导致碱基插 入或丢失的移码突变。
三、生物因素
病毒 风疹、麻疹、流感、疱疹等 真菌和细菌 毒素
第三节 基因突变的形式
静态突变 动态突变
一、静态突变（static mutation）
是在一定条件下生物各世代中以相 对稳定的频率发生的基因突变。
其它物理因素
电磁辐射 高温 严寒 微重力
二、化学因素
羟胺（hydroxylamine，HA）
可使胞嘧啶（C）的化学成分发生改变，而 不能正常地与鸟嘌呤（G）配对，而改为与腺嘌 呤（A）互补。经两次复制后，C-G碱基对就变 换成T-A碱基对。
羟胺引起DNA碱基对的改变
亚硝酸或含亚硝基化合物
3.随机性
基因突变不仅是生物界普遍存在的一种遗 传事件，而且，对于任何一种生物，任何 一个个体，任何一个细胞乃至任何一个基 因来说，突变的发生也都是随机的。
生物遗传学中的基因突变知识点详解
生物遗传学中的基因突变知识点详解在丰富多彩的生物世界中，基因突变是一个引人入胜且至关重要的概念。
它就像是生命之书中的意外涂改，有时带来惊喜，有时带来挑战，深刻地影响着生物的遗传与进化。
基因突变，简单来说，就是基因在结构上发生了碱基对组成或排列顺序的改变。
这可不是一件小事，因为基因承载着生物体遗传信息的密码，一点点的改变都可能引发一系列的连锁反应。
基因突变的原因多种多样。
首先，自发突变可能在生物体内自然发生。
这可能是由于 DNA 复制过程中的“小失误”，比如碱基的错配。
想象一下，在复制这个精细的过程中，数以亿计的碱基对要被准确复制，偶尔出现几个错误也是在所难免的。
其次，外部因素也会诱发基因突变。
像是各种物理因素，比如紫外线、X 射线等高能射线，它们具有强大的能量，可能直接打断 DNA 分子的化学键，导致基因结构的改变。
化学因素也不容小觑，例如亚硝酸盐、黄曲霉素等化学物质，它们能够与 DNA 发生反应，从而改变碱基的化学性质，引发突变。
此外，生物因素如病毒的感染，也可能将自身的遗传物质插入到宿主细胞的基因组中，导致基因突变。
基因突变具有多种类型。
从碱基对的改变情况来看，有点突变，也就是单个碱基对的替换，这又分为转换（嘌呤与嘌呤、嘧啶与嘧啶之间的替换）和颠换（嘌呤与嘧啶之间的替换）。
还有碱基对的增添或缺失，这可能导致后续的阅读框发生移位，从而使编码的蛋白质完全改变，这种突变的影响往往更为显著。
基因突变在生物体内的发生具有随机性。
它可以发生在生物体的任何细胞、任何基因的任何部位。
但需要注意的是，生殖细胞中的基因突变更有可能传递给后代，从而影响物种的遗传多样性和进化；而体细胞中的基因突变通常只影响个体自身，不会遗传给子代。
基因突变的频率通常很低。
但在某些情况下，比如受到强烈的诱变因素作用，或者在某些特定的生物群体中，突变频率可能会有所增加。
而且，基因突变往往是独立发生的，一个基因的突变通常不会影响其他基因的突变。
基因突变的分子机制
基因突变的分子机制
基因突变是指基因序列中的变化，可以发生在DNA的单个核苷酸（碱基）的改变、添加或删除，或者涉及更大的基因片段的重排。
这些突变可以影响基因的功能和表达，从而对个体的遗传特征和疾病易感性产生影响。
以下是几种常见的基因突变的分子机制：
1.点突变（点突变）：点突变是指DNA序列中的一个或多个核苷酸的改变，包括碱基置换、插入和缺失。
这些突变可能导致错义突变（改变密码子编码的氨基酸）、无义突变（导致早停密码子）、同义突变（不改变编码氨基酸）等。
2.缺失和插入突变：这些突变导致基因序列中的一个或多个核苷酸的插入或缺失。
这种突变会改变编码的氨基酸序列，可能导致错义突变、移动密码子或导致早停等。
3.整合/剪切位点突变：这些突变会影响基因的转录和剪接过程。
例如，剪接位点突变可能导致剪接错误或剪接缺失，影响有功能的mRNA的生成。
4.染色体结构变异：这种突变涉及到基因组水平的重排和重组，如染色体片段的删除、倒位、复制或易位等。
这些结构变异可以导致基因的位置改变、基因副本数的变化等，从而影响基因的功能和表达。
5.甲基化和表观遗传突变：除了DNA序列本身的变化，基因表达还受到DNA甲基化和其他表观遗传修饰的影响。
这些修饰可以调控基因的转录和表达，突变可能导致甲基化模式的改变，从而影响基因的正常调控。
遗传学 基因突变
导致遗传编码发生改变。 产生无功能的蛋白。
2.3 缺失(deletion) 插入(insertion)突变
3. 诱变因素与作用机理
自发突变 化学诱变 物理诱变
3.1 自发突变（spontaneous mutation）
自发突变
在自然状态下未经诱变剂处理而出现的突变 原因： DNA复制错误
1.2 自然界基因突变现象
自然界基因突变广泛存在
白化
Connie Chiu
果蝇眼色变异
猫的眼色变异
四条腿的鸡
蜜蜂绿眼变异
1.3 基因突变发生的时期
生物个体发育的任何时期均可发生突变 体细胞和性细胞均可发生突变 种系突变（germinal mutation）
性细胞突变 性细胞突变经受精卵传至后代
突变型基因也可以通过突变成为原来的野生型状态， 即回复突变（back mutation）。
回复突变的频率远低于正突变频率 突变的可逆性是区别基因点突变与染色体畸变 的重要标志
1.5.3 突变的多向性与复等位基因
多向性：一个基因可以向多个不同方向突变， 即可以突变为一个以上的等位基因。
MC1R 复等位基因(Multiple allele)：在群体中位 基因座 于同 源染色体相同位置两个以上的等位基因。 多个等 位基因 对鸡羽 色的影 响
脱氨基（deamination）
胞嘧啶脱氨基转换成尿嘧啶
C-U-A-T，C///G-A//T
m5C-T-A，m5C///G-A//T
5-甲基胞嘧啶脱氨基转换成胸腺嘧啶
基因突变
种类
碱基置换突变 移码突变
缺失突变(deletion)
插入突变 (insertion)
英文：subsititution
BU诱发的突变指DNA分子中一个碱基对被另一个不同的碱基对取代所引起的突变，也称为点突变（point mutation）。点突变分转换和颠换两种形式。如果一种嘌呤被另一种嘌呤取代或一种嘧啶被另一种嘧啶取代则称 为转换（transition）。嘌呤取代嘧啶或嘧啶取代嘌呤的突变则称为颠换（transversion）。由于DNA分子中有 四种碱基，故可能出现4种转换和8种颠换（见上图）。在自然发生的突变中，转换多于颠换。
某一基因位点的一个等位基因发生突变，不影响另一个等位基因，即等位基因中的两个基因不会同时发生突 变。
①隐性突变：当代不表现，F2代表现。 ②显性突变：当代表现，与原性状并存，形成镶嵌现象或嵌合体。
同一生物不同个体之间可以多次发生同样的突变。
影响
同义突变 错义突变
无义突变 终止密码突变
同义突变（same sense mutation）：碱基置换后，虽然每个密码子变成了另一个密码子，但由于密码子的 简并性，因而改变前、后密码子所编码的氨基酸不变，故实际上不会发生突变效应。例如，DNA分子模板链中GCG 的第三位G被A取代，变为GCA，则mRNA中相应的密码子CGC就变为CGU，由于CGC和CGU都是编码精氨酸的密码子， 故突变前后的基因产物（蛋白质）完全相同。同义突变约占碱基置换突变总数的25﹪。
1958年S.本泽发现噬菌体T4的rⅡ基因中有特别容易发生突变的位点──热点，指出一个基因的某一对核苷 酸的改变和它所处的位置有关。
1959年E.佛里兹提出基因突变的碱基置换理论，1961年F.H.C.克里克等提出移码突变理论（见遗传密码）。 随着分子遗传学的发展和DNA核苷酸顺序分析等技术的出现，已能确定基因突变所带来的DNA分子结构改变的类型， 包括某些热点的分子结构，并已经能够进行定向诱变。
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A T
2AP T
2AP* C
G C
2. 碱基的修饰剂
(1) 亚硝酸(introus acid, NA)有氧化脱氨作用,可 使G第2个碳原子上的氨脱去,产生黄嘌呤 (xanthine,x),次黄嘌呤 (H) 仍和C配对,故不产 生转换突变.但C和A脱氨后分别产生U和次黄嘌呤 H,产生了转换,使C:G转换成A:T,A:T转换 成G:C
WT …ACCTACCTCCCTCACCAAAGC……～5000bp……TTCAACCTCCCTCACCATTGG…… 缺失～5000bp
KS
……ACCAACCTCCCTCACCATTGG……
图 21-18 野生型(WT)DNA 顺序和 Kearns-Sayre/ 慢性眼外肌瘫痪综合征(KS)患者的 DNA 缺失
Mix solutions and plate
Mix solutions and plate
Mix solutions and plate
his+ revertant colonies Fig. 21-
his+ revertant colonies
Spontaneous revertant
Ames test for potential mutagens.
第一节 基因突变的类型
体细胞突变(somatic mutation) 体细胞突变 生殖细胞突变(germ-line mutations) 生殖细胞突变 转换(transition)是指同类碱基之间的替换. 转换 颠换(transversion mutation)是嘌呤与嘧啶之 颠换 间的替换.
表 21-1 突变的各种类型 点突变,碱基替换 转换 Py 与 Py,Pu 与 Pu 之间变换,多见 颠换 Py 与 Pu 之间变换,少见 插入 1-2 个碱基 丢失 1-2 个碱基 发生移码
A T
A BUK
酮式
G BUE
烯醇式
G C
(二) 化学物质 二 1.碱基类似物
(1)5-溴尿嘧啶和T很相似,仅在第5个 碳元子上由Br取代了甲基 5-BU有,酮式 酮式, 酮式 烯醇式两种异构体,可分别与A及G配对 烯醇式 结合
A T
A BUK
酮式
G BUE
烯醇式
G C
(2) 2-氨基嘌呤(2-AP)也是碱基的类似物, 有正常状态和稀有状态两种异构体,可 分别与T和C配对结合.当2-AP掺入到 DNA复制中时,由于其异构体的变换而 导致A:T G:C
切除修复(excixion-repair) 二. 切除修复
DNA Pol 3'→5'外切酶活性 光复活—光裂合酶 一般切除修复——UvrABC 系统 AP 内切酶 特殊切除修复 糖基酶 GO 系统-MutM,MutY,MutT 错配修复-Dam, MutL,MutH,UvrD 重组修复-RecA SOS 修复-RecA,LexA,UvrAB,UmuC,HimA
用 Ames法检测诱变剂
Rat
Isolate and Grind liver Experiment 1 his base-pair substitution mutant Rat liver Potential Enzyme mutagen Centrifuge Rat liver enzymes Experiment 2 his frameshift mutant Rat liver Enzyme Potential mutagen Rat liver Enzyme his mutant strain Experiment 3
2.脱氨基
NH 2 H N Deamination H N Cytosine O H N Uracil O H N O H
Fig. 21- Deamination of cytosine to uracil.
NH2 H3 C N Deamination H N O H H3 C
O H N N O
(一)DNA复制错误
A AT GT C TACAG AT GT C TATAG A AT GT C TACAG A AT GT C TACAG AT GT C TATAG AT GT C TACAG AT GT C TACAG
新链
5' AGTT
3' TCAAAAACG
模板链 5' AGTT
3' 3' 5' T
5-methyleytosine (5mC)
Thymine (T)
Fig.21- Deamination of 5-methylcytosine to thymine.
3.氧化损伤
过氧化物原子团(O2-) (H2O2 ),(-OH)等需氧代谢的副产 物都是有活性的氧化剂, 它们可导致DNA的氧化损伤, T氧化后产生T-乙二醇, G氧化后产生8-氧-7,8二氢脱氧鸟嘌呤, 8-氧鸟嘌呤(8-O-G)或" GO", GO可和A错配,导致G→T.
4. 体外定点突变
1985年加拿大的Michael Smith建立,于 1993年获得了诺贝尔化学奖. 具体方法有三种: (1)聚核苷酸介导的用单链模板定点突 变; (2)双引物法定点突变; (3)用掺入U的单链为模板进行聚核苷 酸介导的体外定点突变.
A G
A G
T A
图 21- DNA 的体外定点突变
突变类型
移码突变 缺失突变
缺失大片段 DNA(十几到几千个碱基)
A
G
T
C
转换 颠换
图 21-1 转换与颠换
中性突变(neutral mutation)多肽链中相应位 中性突变 点发生的氨基酸的取代并不影响蛋白质的功能; 沉默突变(silent mutation)蛋白质中相应位点 沉默突变 是发生了相同氨基酸的取代,即同义突变. 同义突变. 同义突变 移码突变(frameshift mutation) 移码突变 回复突变(reverse mutation), 回复突变 一类是正向突变 正向突变(forward mutation)突变方 正向突变 向是从野生型向突变型;另一种是回复突变 回复突变, 回复突变 其突变方向是从突变型向野生型 抑制突变(suppressor mutation)突变的作用还 抑制突变 可以通过其它位点的突变而得到减少或校正.
…
CGG CGG CGG … 6～54 拷贝 …
正常
…
CGG CGG CGG CGG CGG 50～200 拷贝
NTM
…
CGG CGG CGG CGG 50～200 拷贝
CGG
…
女儿
…
CGG CGG CGG CGG CGG CGG CGG 200～1300 拷贝
CGG
CGG
CGG
…
患者
图 21-19 在脆性 X 综合征中 FMR-1 基因内 CGG 3 个核苷酸扩增.NTM:正常男性
5' 新合成链环出 3' AGT T T T TCAAAAACG 5' 3' 5' 新链上插入一个碱基 3' 5' T AGT T T T T G C TCAAAAACG 5' 3' 5' 3'
TCAAAACG 3' A 模板链环出 新链上缺失一个碱基 5' AGT T T T GC TCAAAACG 3' A
G C
O-6-E-G T
A T
T A
O-4-E-T G
C G
(a) 增加碱基
插入剂分子
3.DNA 插入剂
模板链 5' ATCAG TTACT3' 新合成链 3'TAGTC G AATGA5' 0.68nm 随机选择碱基 嵌入插入剂处
下一轮复制 5' ATCAG C TTACT 3' 3'TAGTC G AATGA 5' (b)缺失碱基 模板链 5' ATCAG T TACT3' 新合成链 3'TAGTC ATGA5' 插入剂失去 后复制 插入剂 5' ATCAGTACT 3' 3'TAGTCATGA 5' 图 21-15 插入突变导制碱基的增加(a)和减少(b)
(二) 诱发突变和人类的肿瘤
第四节 DNA的修复机 的修复机 直接修复( 一.直接修复(Direct repair) 直接修复 ) (一) 通过DNA聚合酶校正修复 ( ) (二)光复活反应 光复活(photoreactivation)或光修复 光修复(light 光复活 光修复 repair) 光裂合酶(photolyase),由phr 基因编码 烷基转移酶(Alkyltransferases)
(一) 紫外线诱发胸苷二聚体 一
O
H N CH3 H N
O
CH3
UV
H N
O
CH3 CH3
O
H N
O
N
Thymine
H
O
N
Thymine
H
O
N O
4 5 5 6 6
H H O
N
O
Thymine dimer
4 3 2 1
Fig. 21- Production of thymine dimer by ultraviolet light irradiation.
第二十一章基因突变 基因突变
染色体畸变 碱基错配 复制错误 突变 自发突变 基因突变 诱发突变 脱嘌呤 化学错误 脱氨基 氧化损伤 放射线----产生嘌呤二聚体 碱基类似物:5BU,2AP 化学诱变剂 碱基修饰物:NA,HA,烷化剂 DNA 插入剂:吖啶类 DNA 复制跳格
直接修复
修复
切除修复
复制后修复