遗传多态性与基因突变

影响非密码子区域的突变

调控序列突变：使蛋白质合成的速度或效率发 生改变，进而影响着这些蛋白质的功能，并引 起疾病。
内含子与外显子剪辑位点突变：GT-AG中的任 一碱基发生置换而导致剪辑和加工异常，不能 形成正确的mRNA分子。

片段突变
片段突变是DNA链中某些小片段的 碱基序列发生缺失、重复或重排。
多态性表现形式

蛋白质、酶的多态
结合珠蛋白： HP-1、HP2-1、HP2-2； G6PD有3种类型； 抗原多态性：红细胞抗原ABO型；HLA的 多态性；

多态性表现形式

续
染色体多态：染色体的细胞遗 传学形态

随体的有无、次溢痕的大小、以及带 纹的变异等。
多态性表现形式

续
DNA多态 (分子水平的遗传多态)
基因剪接 （gene splicing） 转录调控 （transcript regulation） 非编码RNA （noncoding RNA）
续
DNA 多态的检测方法

限制性片断长度多态性 (RFLP) 单链构象多态性（SSCP） 变性梯度凝胶电泳（DGGE）
等位基因特异的寡核苷酸杂交（ASO）
化学因素

续
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。
基因突变的一般特性
多向性
同一基因座上的基因可独立发生多次不同的 突变而形成复等位基因
可逆性
突变的方向可逆,可以是正突变，也可以是回 复突变
有害性
突变会导致人类许多疾病的发生
亚硝酸引起DNA碱基对的改变
A被其脱去氨基后可变成次黄嘌呤（H），H不能再与T配对， 而变为与C配对，经DNA复制后，可形成T-A→C-G的转换
化学因素

续
烷化剂 具有高度诱变活性的烷化剂，可 将烷基（CH3-、C2H5-等）引入多核苷 酸链上的任何位置，被其烷基化的核 苷酸将产生错误配对而引起突变。
个人鉴定
M1 = First Mother
C1 = First Child AF1 = Alleged Father M2 = Second Mother C2a = Second Child C2b = Third Child AF2 = Alleged Father 2
Is AF1 the father of C1?
放射性污染
化学因素

羟胺（hydroxylamine，HA）
化学污染
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
化学因素

续
亚硝酸或含亚硝基化合物
可使碱基脱去氨基（-NH2） 而产生结构改变，从而引起碱 基错误配对。
烷化剂引起的DNA碱基对的改变
化学因素

续
碱基类似物 某些碱基类似物可以取代碱基 而插入DNA分子引起突变 。
5-BU引起的DNA碱基对的改变
5-BU与腺嘌呤（A）和鸟嘌呤（G）均可配对。如果5-BU取代T以后一 直保持与A配对，所产生的影响并不大；若与G配对，经一次复制后，就可 以使原来的A-T对变换成G-C对 5-bromo-2,4(1H,3H)-pyrimidinedione，5-BrU or 5-BU ， 5-Bromouracil
基因突变的遗传学效应
如果碱基替换影响的是密码子，则会 产生同义突变、无义突变、错义突变和 终止密码突变等遗传学效应； 如果影响的是非密码子区域，则产 生几种不同的遗传学效果：无明确的遗 传学效应、改变调控序列从而影响基因 表达的调控、改变外显子-内含子接头处 的序列从而影响外显子的加工拼接。

同义突变（same sense mutation） 碱基被替换之后，产生了新的密码子，但新旧 密码子同义，所编码的氨基酸种类保持不变， 因此同义突变并不产生突变效应。
遗传多态与基因突变
四川大学华西临床医学院 医学遗传室 2011年3月
目的与要求
掌握遗传多态性的概念、分类及检出 方法 了解遗传多态性的医学意义 熟悉基因突变的概念及类型 了解基因突变与疾病的关系

遗传多态性
多态性(Polymorphism):
群体中经常存在的两种或两种以上 较常见的变异型或等位基因，其中最罕 见的一种在人群中不少于1%。

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。 移码突变引起的最小变化是在DNA链上增加或 减少一个遗传密码导致合成的多肽链多或少一 个氨基酸，若大范围改变密码组合则会引起的 整条多肽链的氨基酸种类及序列的变化。因而 移码突变的后果往往是严重的，通常是导致一 条或几条多肽链丧失活性或根本不能合成，进 而严重影响细胞或机体的正常生命活动。
碱基变异：1/1000bp 点多态 重复序列多态(STR、VNTR等)
限制性片断片断长度多态性 (RFLP)
DNA序列的改变，甚至于一个核
----Restriction fragment length polymorphism
苷酸变化，就可能引起某个限制
性内切酶切点的丢失或产生，导
致酶切片段长度的变化。
氨基酸

UAA
终止子
UAC
酪氨酸
终止密码突变（terminator codon mutation）
DNA分子中的某一个终止密码突变为编 码氨基酸的密码，从而使多肽链的合成 至此仍继续下去，直至下一个终止密码 子为止，形成超长的异常多肽链。
移码突变（frame-shift mutation）

除碱基替换外，点突变的另一种形式就 是移码突变。由于基因组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。

检测技术： PCR-RFLP 酶切 (琼脂糖)电泳
Southern Blot
RFLP示例
RFLP的实例，不同位置的电泳条带显示不同的等位基因。 家系图谱和实验结果的对照关系用于显示孟德尔遗传方式。


RFLP的局限性：
单个碱基改变引起酶切位点的出现或消失， “能切”与 “不能切”两种情况，“多态 性” 信息量低； 现有的限制性内切酶不能检测出所有的 核苷酸的改变； 分布不均

二态的遗传变异 多为转换，C T
CG二核苷酸处集中分布
C
T
单核苷酸多态性的类型与作用

位于基因编码区
同义变异 错义变异 无义变异 提前终止

（synonymous）
（missense）
（nonsense） （stop codon）
单核苷酸多态性的类型与作用
位于非基因编码区或基因间隔区
物理因素

紫外线 紫外线的照射可使DNA顺序中相邻 的嘧啶类碱基结合成嘧啶二聚体，最常 见的为胸腺嘧啶二聚体（TT）。在复制 或转录进行时，该处碱基配对发生错误， 从而引起新合成的DNA或RNA链的碱基 改变。
紫 外 线 诱 发 的 胸 腺 嘧 啶 二 聚 体
物理因素

。
续
电离辐射 射线直接击中DNA链，DNA分子吸 收能量后引起DNA链和染色体的断裂， 片断发生重排，引起染色体结构畸变.
DNA 多态的检测方法

续
DNA芯片 DNA测序
DHPLC
质谱法
遗传多态的医学意义和应用

连锁分析与基因定位 疾病的关联分析 复杂疾病或过程的基因定位 法医学应用: 个人识别， 亲权鉴定等
遗传多态的医学意义和应用

续
疾病发病的分子遗传机理的阐明
镰刀血红蛋白贫血


环境因子易感基因的检出 指导用药和药物设计

基因突变的概念
基因突变(gene mutation)是 指基因组DNA分子某些碱基或其 顺序发身改变.
基因突变
生物进化的基础 产生新的基因 遗传病产生的原因
基因突变的分子机制

一般分为两大类－静态突变和动态 突变。
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。可分为点突变和片段突变。

点突变（point mutation）
DNA链中一个或一对碱基发生的
改变。它有两种形式：碱基替换和 移码突变。
碱基替换（base substitution）:
DNA链中碱基之间互相替换。


转换（transition）:嘌呤与嘌呤之 间，或嘧啶与嘧啶之间的替换。 颠换（transvertion）:嘌呤与嘧啶 之间的替换。

动态突变(Dynamic mutation)

在人类基因组中有大量的重复序列,如微卫 星DNA或称为短串联重复序列STR,它们的重 复次数变动很大,有些STR,尤其是三核苷酸 重复,在靠近基因或位于基因序列中时,它们 的重复次数在一代一代传递过程中会发生明 显的增加,从而导致某些疾病的发生,称为动 态突变。 例如,脆性X染色体综合症即是由 于三核苷酸CCG重复序列的拷贝数增加所致。


VNTR和新一代的RFLP
----VNTR ( Variable number tandem repeats )
基因组中存在的小卫星DNA是由短 的DNA序列串联重复组成，重复次数在 人群中高度变异，当用限制酶切割VNTR 区域时，只要酶切位点不在重复区，就
可以得到各种长度不同的片段。
VNTR 区域
Is AF2 the father of C2a ? and C2b?
单核苷酸多态（SNP）
---- single nucleotide polymorphism
基因组内特定核苷酸位置上存 在两种不同的碱基，其中最少的一 种在群体中的频率不小于1%,平均 每隔100-300bp有一多态位点.
单核苷酸多态性的特征
肝酯酶基因启动子区的一个多态与他汀类降血脂的效果
有高度的相关性
（Zambon A, et al Circulation, 2001, 103(6) :792-798）
参考文献

张思仲.人类基因组的单核苷酸多态性及其医学应用, 《中华医学遗传学杂志》1999,16(2):119-121. 张思仲. 基因多态性研究与遗传性疾病,《中华 医学遗传学杂志》2000,80(9):654-656.
VNTR 示Fra Baidu bibliotek图
VNTR的特点 ：
按孟德尔方式遗传 复等位基因, 多态信息含量高 用于个体鉴别、遗传分析和基因定位等
DNA指纹
用适当的限制性内切酶消化基因组DNA， 从各位点可获得一系列长度不等的小卫星片 断，如用适当的探针做印记杂交, 获得的具 有高度个体特异性的带谱。 用途：个体识别、亲子鉴定
基因突变的其它相关概念

突变体：携带突变Gene的细胞或个体 野生型：未突变Gene的细胞或个体 突变热点 (Hot spots of mutation) ： DNA分子中某些部位的突变频率大大高于 平均数，这些部位称为突变热点。
诱发基因突变的因素



根据基因突变发生的原因，可将突变分为 自发突变和诱发突变。 在自然条件下，未经人工处理而发生的突变 为自发突变（spontaneous mutation）。 经人工处理而发生的突变是诱发突变 （induced mutaion）。 能诱发基因突变的各种内外环境因素统称为 诱变剂（mutagen）。

光复活修复（photoreactivation repair）
细胞内存在着一种光复活酶。在可见光的 照射下，光复活酶被激活，从而能识别嘧啶 二聚体并与之结合，形成酶-DNA复合物，然 后利用可见光提供的能量，解开二聚体，此 后光复活酶从复合物中释放出来，完成修复 过程，这一过程称为光复活修复。

无义突变（non-sense mutation）
碱基替换使编码氨基酸的密码变成终止密码 UAA、UAG或UGA。

错义突变（missense mutation）
碱基替换使编码某种氨基酸的密码子变成编码 另一种氨基酸的密码子，从而使多肽链的氨基 酸种类和序列发生改变。
DNA
ATT
颠换
ATG
mRNA
基因突变的一般特性
稀有性
在自然状态下发生突变的频率很低
随机性 可重复性
DNA损伤的修复
生物体内存在着多种DNA修复系统， 当DNA受到损伤时，在一定条件下，这 些修复系统可以部分地修正DNA分子的 损伤，从而大大降低突变所引起的有害 效应，保持遗传物质的稳定性。
紫外线引起的DNA损伤的修复