遗传学(朱军,第三版)第二章基因突变复习总结

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。

二、基因突变的分子机制基因突变的分子机制（本质）是DNA分子结构的改变，分子结构的改变可以分为以下几类：替换（substitution）/点突变（point mutation）指DNA上单一碱基的变异。

嘌呤替代嘌呤（A与G之间的相互替代）、嘧啶替代嘧啶（C与T之间的替代）称为转换（transition）；嘌呤变嘧啶或嘧啶变嘌呤则称为颠换（transvertion）。

倒位（transposition）指DNA链重组使其中一段核苷酸链方向倒置。

缺失（deletion）指DNA链上一个或一段核苷酸的消失。

插入（insertion）指一个或一段（例如：转座子）核苷酸插入到DNA链中。

发生替换、倒位、缺失和插入的结果可能造成错义突变（missense mutation）:是指DNA分子中碱基改变后引起密码子变化，导致所编码的氨基酸发生替代，从而影响蛋白质功能，以至影响到突变体的表型。

无义突变（nonsense mutation）:是指由于DNA的碱基改变导致编码氨基酸的密码子突变成终止密码子。

这种突变引起mRNA 翻译提前终止，产生一条短的不完整的多肽链。

无义突变通常对所编码的蛋白活性有严重影响，产生突变的表型。

移码突变（frame-shift mutaion）在为蛋白质编码的序列中如缺失及插入的核苷酸数不是3的整倍数，则发生读框移动（reading frame shift），使其后所译读的氨基酸序列全部混乱，产生突变的表型。

同义突变(沉默突变silent mutation）:是指DNA分子中的碱基改变后，突变的密码子仍然编码原来的氨基酸，并没有引起多肽链中氨基酸的变化。

三、基因突变的分类1、根据突变所引起的表型改变分为：形态突变型；生化突变型；致死突变型；条件致死突变型。

2、根据基因结构的改变方式分为：分子结构改变（碱基替换；倒位）、移码突变(插入与缺失)。

3、根据突变所引起的遗传信息意义的改变分为：错意突变、无义突变、移码突变和同义突变4、根据突变发生的方式：自发突变（spontaneous mutation）是指在自然状态下未经诱变剂处理而出现的突变。

自发突变可能是由于DNA复制错误、碱基的异构互变效应、自发的化学变化（碱基的脱嘌呤和脱氨基）和转座因子等多种原因引起的。

人工诱发基因突变：包括物理诱变和化学诱变缺少碱基会引起碱基的转替换（转换和颠换）四、基因突变的诱发1、物理因素诱变1）分类物理因素诱变包括电离辐射诱变和飞电离辐射诱变。

电离辐射: 包括α射线、β射线和中子的粒子辐射，还包括X射线和γ射线的电磁波辐射。

非电离辐射：紫外线。

2）原理A. 电离辐射的原理a. 直接作用：当电离辐射的射线碰撞基因任何分子时，射线的能量使基因任何分子的某些原子外围的电子脱离轨道，于是这些原子就从中性变为带正电荷的离子，这叫做“原发电离”。

在射线经过的通路上，在形成大量离子对的过程中所产生的电子，多数尚有较大的能量，能引起第二次电离。

这叫做“次级电离”。

由于从一个原子外层脱离轨道的电子必然被另一个原子所捕获，所以离子是成对出现的，称为离子对。

次级电离的结果，轻则造成基因分子结构的改组，产生突变了的新基因，重则造成染色体的断裂，引起染色体结构的畸变b. 间接作用：引起其它物质电离而发生化学变化，从而对遗传物质发生作用。

B. 非电离辐射诱变原理a．紫外线的直接作用机制：只能产生激发作用，不能使原子电离。

激发作用使原子外围的电子活跃起来，造成基因分子链的离新。

这些分子链已经离析的基因在重新组合的时候，不免要发生差错，于是出现基因突变。

紫外线(UV)特别作用于嘧啶，使得同链上邻近的嘧啶核苷酸之间形成多价的联合。

最通常的结果是促使胸腺嘧啶联合成二聚体；或是将胞嘧啶脱氨成尿嘧啶，或是将水加到嘧啶的C4、C5位置上成为光产物。

它可以削弱C—G之间的氢键，使DNA链发生局部分离或变性。

b．紫外线的间接作用：产生H2O2，而起化学诱发作用。

3）方法：A. 外照射：中子、X射线、γ射线，紫外线；辐射源与物体间保持一定的距离。

B. 内照射：α射线、β射线穿透力弱，常为β射线，如用32P、35S浸种或注射，让植物吸收后而引起的辐射。

2、化学因素诱变作用机理A．妨碍DNA某一成分合成妨碍碱基的合成从而导致被处理生物的突变。

这类诱变物质有5–氨基尿嘧啶、8—乙氧基咖啡碱、6–疏基嘌呤等。

前二种碱基妨碍嘧啶的合成，6–疏基膘呤妨碍嘌呤的合成。

B. 碱基类似物替换与DNA碱基类似的化合物，常常能在复制时掺入到DNA分子中去，在以后DNA复制时引起碱基配对上的差错，最终导致碱基对的替换，引起突变。

碱基类似物，有5–溴尿嘧啶(5-BU，同时能和A和G配对)，5—溴去氧尿核苷、2—氨基嘌呤等。

C. 直接改变DNA某些特定的结构凡是能和DNA起化学反应并能改变碱基氢键特性的物质，叫做DNA诱变剂。

亚硝酸：pH=5的缓冲液中，可以氧化掉A和C的C6位置上的氨基变为I （配对C）和U（配对A），在下次复制时导致A-T变G-C，G-C变A-T的转换烷化剂（甲基磺酸乙酯、甲基磺酸甲酯和亚硝酸胍等）：a. 添加烷基到碱基N7、N1和N3，引起碱基替换。

b.烷基化还会造成碱基水解从DNA上裂解下来，造成碱基缺失，引起碱基的替换。

c.和磷酸结合成不稳定磷酸酯，磷酸酯水解，使DNA链断裂羟胺：使C的C6上的氨基羟化，变得像T（与A配对），造成G-C变A-T的转换D. 引起DNA复制的错误嵌入DNA双联中心的碱基之间引起单一核酸的缺失和插入2-氨基吖啶和ICR-170等五、基因突变的时期和细胞１．基因突变的来源１）自然发生：自然界的因素；２）人工诱发：理化因素，更高突变频率。

２．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。

体细胞突变的保留与芽变选择。

３．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。

４．基因突变常常是独立发生的在体细胞中如果隐性基因发生显性突变，当代就会表现出来，同原来性状并存，形成镶嵌现象或称嵌合体(chimaera)。

六、基因突变的特性1、突变的重演性和可逆性（１）突变的重演性：同一突变可以在生物的不同个体上多次发生。

同一基因突变在不同的个体上均可能发生；不同群体中发生同一基因突变的频率相近。

（２）突变的可逆性：基因突变的发生方向是可逆的。

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 mutaiton)。

（３）通常用u表示正突变频率、v表示反突变频率，则：正突变u野生型←===========→突变型反突变v2、突变的多方向性与复等位基因突变的多方向性：指基因突变可以多方向发生，即基因内部多个突变部位分别改变后会产生多种等位基因形式。

复等位基因(multiple allele)：位于同一基因位点上的多个等位基因。

3、突变的有害性和有利性（１）突变的有害性：大多数基因的突变，对生物的生长与发育往往是有害的，原因如下：生物的野生型基因都是正常有功能的；生物细胞内现有的基因是通过长期自然选择进化而来，并且基因间达到某种相对平衡与协调状态。

基因突变可能会导致：基因间及相关代谢过程的协调关系被破坏。

基因突变与表现往往会导致当代生物个体：性状变异、个体发育异常、生存竞争与生殖能力下降，甚至死亡——致死突变。

致死突变：指发生突变后会导致特定基因型个体死亡的基因突变。

（2）突变的有利性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。

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。

4、突变的平行性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。

七、基因突变的修复1、DNA的防护机制（1）密码简并性：密码的结构可以使突变的机会减少到最小程度。

（2）回复突变：某个座位遗传密码的回复突变可使突变型恢复成原来的野生型，尽管回复突变的频率比正突变频率低得多。

（3）抑制：存在基因间抑制和基因内抑制现象。

前者指控制翻译机制的抑制者基因，通常是tRNA基因发生突变，而使原来的无义突变、误义突变或移码突变恢复成野生型。

后者指突变基因另一座位上的突变掩盖了原来座位的突变（但未恢复原来的密码顺序），使突变型恢复成野生型。

（4）致死和选择：如果防护机制未起作用，一个突变可能是致死的。

（5）二倍体和多倍体：高等生物的多倍体具有几套染色体组，每个基因都有几份，故能比二倍体和低等生物表现强烈的保护作用。

2、DNA的修复对于紫外线辐射引起的胸腺嘧啶二聚体（TT）的修复1、光修复光激活酶(photoreacting enzyme)辨认出TT，在有蓝色光波的条件下，二聚体被切开，DNA 回复正常。

这种经过解聚作用使突变回复正常的过程叫做光修复(light repair)。

2、暗修复某些DNA的修复工作不需光也能进行，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TT 一边切开，然后由核酸外切酶在另一边切开，把TT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)。

3、重组修复重组修复(recombination repair)必须在DNA复制后进行，因此又称为复制后修复。

这种修复并不切除胸腺嘧啶二聚体。

a.含TT 结构的DNA仍可进行复制，但子DNA链在损伤部位出现缺口b.完整的母链与有缺口的子链重组，缺口通过DNA聚合酶的作用，以对侧子链为模板由母链合成的DNA片段弥补。

c.最后在连接酶作用下以磷酸二酸键连接新旧链而完成重组修复。

4、SOS修复SOS修复（SOS repair）属于后复制修复(post-replication repair)体系。

SOS反应是DNA受到损伤或脱氧核糖核酸的复制受阻时的一种诱导反应。