第十一章 基因突变
第十一章疾病产生的分子基础课件知识讲解
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人类疾病如白血病、恶性肿瘤、糖尿病、神经 退行性疾病、心脑血管、高血压等发生和发展 都涉及到有关蛋白质及其复合物的结构、功能 和相互作用异常。
疾病本质是蛋白质功能紊乱，是各种原因引起 蛋白质质和量的改变。
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疾病产生的分子机制
基因结构的改变； 受细胞调节因素或其它因素影响使基
Friedreich共济失调症 内含子CAA拷贝数过 度增加。
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脆性X综合征
“CCG”重复发生在FMR1（脆性X智力低下基 因1）的5´非翻译区，拷贝数不稳定。
8~50拷贝 (正常人) 52~200拷贝 (携带者) 200~1000拷贝 (患者)
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二、基因突变的遗传学效应
插入或缺失带来的无义突变 CTG ACT CCT GAG GAG AAG TCT Leu Thr Pro Glu Glu Lys Ser
TG ACT CCT GAG GAG AAG TCT TGA CTC CTG AGG AGA AGT CT
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（二）基因突变影响 hnRNA 剪接
CAAT
CAP
IVSⅠ
30
31
IVSⅡ
S
3′
第17位赖氨酸密码子AAG (Lys) → TAG,发生无义突变,引 起β0地贫; β珠蛋白基因的编码顺序内插入或缺失1、２、４或７个 核苷酸,会使突变点以后的读码框遭到破坏,往往造成β-珠蛋 白肽链合成提前终止，而引起β0地贫。
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四、调控序列变异导致基因表达水平变化
I
遗传学--基因治疗
肿瘤基因治疗的靶点筛选
ERK1/2在肿瘤发生过程的作用
• ERK1/2及其通路成员在多数肿瘤中过表达或突变。 • ERK1/2参与细胞周期调控。 • ERK1/2参与细胞外基质MMP-9 的表达调控。 • ERK1/2参与肿瘤化疗耐药的作用。
RNAi是实现定点打击的理想方法
Andrew Z. Fire (Stanford University photo)
• Advantages
– Price – Shorter turn-around time
• Disadvantages
– More hands-on – Scalability – Purity – Lower specificity – If long transcripted RNA, cocktail SiRNA used
Chemically synthesized SiRNA
• Advantages
– No hands-on time – Purity of siRNA:>97% by PAGE or HPLC – Synthesis can be scaled up – Can be labeled – Potential therapeutic use
C. elegans
Antisense RNA dsRNA Mex-3 mRNA detection in embryos
by in situ hybridization
Nature 1998 391:806-811
Mechanism of RNAi
spreading
dsRNA
~22nt siRNAs
ATP ADP + ppi
DICER KINASE RdRP
高中生物第十一章 基因突变与DNA 的损伤修复
了解抗体产生规律的意义
• 是疫苗接种的理论基础；制定 最佳免疫方案 • IgM可作为早期诊断的依据
细胞免疫应答与体液免疫应答的主要区别
细胞免疫
介导 的 细 胞 参与的细胞 MHC - 限 制 性 引发的抗原
T细胞 T 细 胞 、APC
有 TD-Ag
效应产物 效 应方式
生物学 功能
TH细胞、Tc细胞 特异性细胞介导细胞毒 DTH
双识别
双识别
T细胞活化的第 一信号
4.T与APC的结合
T 细胞的活化的前提
（1）T细胞与APC之间粘附 （2）TCR扫描APC表面 （3） TCR 识别 MHC/抗原肽 （4）双信号 （5）信号传导
CD4 和 CD8与MHC分子之间的相互作用(MHC限制性）
ab TCR
ab TCR
CD 8
抗原肽
CD 4
抗原肽
HLA- I
HLA- II
T细胞对TD抗原的应 答
2、T细胞的活化、增殖与分化
T 细胞活化涉及的主要分子
1.T细胞活化的 第一信号： 抗原识别 （辅助受体）
TCR识别抗 原肽/MHC 复合物获得
活化的第一 信号，CD3 转导信号。
只有信号1不足以诱导T细胞的活化、增殖和分化。
讨论：T细胞活化的双信号刺激
体液免疫应答的基本过程
B细胞对TD-Ag的免疫应答 B细胞对TI -Ag 的免疫应答
体液免疫应答的免疫学效应
10-1
体液免疫应答的基本特点
1.是B细胞介导、通过抗体发挥效应的特异性免疫应 答。
2. 过程中涉及 APC、Th、B细胞间的相互作用。 3. 在抗胞外菌的感染免疫中起重要作用。 4. 体液免疫应答的主要组织部位：外周免疫器官。
神经病学(第8版)第十一章-神经系统变性疾病(2)
神经病学 （第8版）
运动神经元病
病理
大体病理 ➢ 脑的体积缩小和重量减轻 ➢ 脑沟加深、变宽 ➢ 脑回萎缩，颞叶特别是海马区萎缩
正常脑
AD脑
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神经病学 （第8版）
运动神经元病
病理
组织病理学改变 1. 神经炎性斑（NP） 2. 神经原纤维缠结（NFTs） 3. 神经元缺失和胶质增生
神经病学 （第8版）
运动神经元病
流行病学
➢65岁以上老年人AD患病率在发达国家约为4%~8%，我国约为3%~7%，随着 年龄的增长，AD患病率逐渐上升
➢女性高于男性
➢发病危险因素
低教育程度、膳食因素、吸烟、女性雌激素水平降低、 高血糖、高胆固醇、高同型半胱氨酸、血管因素
➢2010年全世界用于AD的费用估计为6,040亿美元
神经病学 （第8版）
运动神经元病
辅助检查
4. 神经心理学检查
➢定向力 ➢记忆功能
➢言语功能
认知评估领域应包括 ➢应用能力 ➢注意力
➢知觉（视、听、感知）
5. 基因检查
➢执行功能
可进行APP、PS1、PS2和APOɛ4基因检测，突变的发现有助于确诊
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运动神经元病
病因及发病机制
➢AD发病机制，现有多种假说 1. β-淀粉样蛋白（Aβ）瀑布假说
➢Aβ的过度生成与清除失衡是导致神经元变性和痴呆发生的起始事件 2. Tau蛋白假说
➢过度磷酸化的Tau蛋白导致神经原纤维缠结，破坏神经元及突触的正常功能
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
《基因突变》 知识清单
《基因突变》知识清单一、什么是基因突变基因突变是指基因组DNA 分子发生的突然的、可遗传的变异现象。
从分子水平上看，基因突变是指基因在结构上发生碱基对组成或排列顺序的改变。
基因虽然十分稳定，能在细胞分裂时精确地复制自己，但这种稳定性是相对的。
在一定的条件下基因也可以从原来的存在形式突然改变成另一种新的存在形式，就是在一个位点上，突然出现了一个新基因，代替了原有基因，这个基因叫做突变基因。
于是后代的表现中也就突然地出现祖先从未有的新性状。
二、基因突变的原因基因突变的原因可以分为自发突变和诱发突变两大类。
1、自发突变自发突变是在自然状态下发生的突变，其发生频率较低。
这是由于生物体内的一些自然过程，如 DNA 复制过程中的错误、DNA 损伤和修复的不完全等，可能导致基因的碱基发生改变。
2、诱发突变诱发突变是由外界因素诱导发生的突变。
这些因素包括物理因素、化学因素和生物因素。
（1）物理因素常见的物理诱变因素有紫外线、X 射线、γ 射线等。
这些射线能够直接作用于 DNA 分子，使碱基发生变化，或者造成 DNA 链的断裂，从而引发基因突变。
（2）化学因素许多化学物质能够引起基因突变，例如亚硝酸、碱基类似物、烷化剂等。
这些化学物质可以与 DNA 分子发生反应，改变碱基的化学结构，导致碱基配对错误。
（3）生物因素某些病毒的遗传物质可以整合到宿主细胞的基因组中，引起基因突变。
三、基因突变的特征1、随机性基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期，以及细胞内不同的DNA 分子上或同一 DNA 分子的不同部位。
2、低频性在自然状态下，基因突变的频率通常很低。
3、不定向性一个基因可以向不同的方向发生突变，产生一个以上的等位基因。
4、多害少利性大多数基因突变会破坏生物体与现有环境的协调关系，对生物往往是有害的，但也有少数基因突变是有利的，或者是中性的。
5、普遍性基因突变在生物界中普遍存在，无论是低等生物还是高等生物，都可能发生基因突变。
专题十一基因突变及其他变异
专题十一基因突变及其他变异一、单选题1．（2022·重庆·高考真题）半乳糖血症是F基因突变导致的常染色体隐性遗传病。
研究发现F基因有两个突变位点I和II，任一位点突变或两个位点都突变均可导致F突变成致病基因。
如表是人群中F基因突变位点的5种类型。
下列叙述正确的是（）类型突变位点①②③④⑤I +/+ +/ +/+ +/ /Ⅱ+/+ +/ +/ +/+ +/+注：“+”表示未突变，“”表示突变，“/”左侧位点位于父方染色体，右侧位点位于母方染色体A．若①和③类型的男女婚配，则后代患病的概率是1/2B．若②和④类型的男女婚配，则后代患病的概率是1/4C．若②和⑤类型的男女婚配，则后代患病的概率是1/4D．若①和⑤类型的男女婚配，则后代患病的概率是1/2【答案】B【详解】A、若①和③类型的男女婚配，①基因型是FF，③的基因型是Ff，则后代患病的概率是0，A错误；B、若②和④类型的男女婚配，②的基因型是Ff，④的基因型是Ff，则后代患病（基因型为ff）的概率是1/4，B正确；C、若②和⑤类型的男女婚配，②的基因型是Ff，⑤的基因型为ff，则后代患病（基因型为ff）的概率是1/2，C错误；D、若①和⑤类型的男女婚配，①基因型是FF，⑤的基因型为ff，则后代患病的概率是0，D错误。
2．（2022·辽宁·高考真题）某伴X染色体隐性遗传病的系谱图如下，基因检测发现致病基因d有两种突变形式，记作dA与dB。
Ⅱ1还患有先天性睾丸发育不全综合征（性染色体组成为XXY）。
不考虑新的基因突变和染色体变异，下列分析正确的是（）A．Ⅱ1性染色体异常，是因为Ⅰ1减数分裂Ⅱ时X染色体与Y染色体不分离B．Ⅱ2与正常女性婚配，所生子女患有该伴X染色体隐性遗传病的概率是1/2C．Ⅱ3与正常男性婚配，所生儿子患有该伴X染色体隐性遗传病D．Ⅱ4与正常男性婚配，所生子女不患该伴X染色体隐性遗传病【答案】C【详解】A、由题意可知，Ⅱ1患有先天性睾丸发育不全综合征（性染色体组成为XXY），且其是伴X染色体隐性遗传病的患者，结合系谱图可知，其基因型为X dA X dB Y，结合系谱图分析可知，Ⅰ1的基因型为X dA Y，Ⅰ2的基因型为X D X dB（D为正常基因），不考虑新的基因突变和染色体变异，Ⅱ1性染色体异常，是因为Ⅰ1减数分裂Ⅰ时同源染色体X与Y不分离，形成了X dA Y的精子，与基因型为X dB的卵细胞形成了基因型为X dA X dB Y的受精卵导致的，A错误；B、由A项分析可知，Ⅰ1的基因型为X dA Y，Ⅰ2的基因型为X D X dB，则Ⅱ2的基因型为X dB Y，正常女性的基因型可能是X D X D、X D X dA、X D X dB，故Ⅱ2与正常女性（基因型不确定）婚配，所生子女患有该伴X染色体隐性遗传病的概率不确定，B错误；C、由A项分析可知，Ⅰ1的基因型为X dA Y，Ⅰ2的基因型为X D X dB，则Ⅱ3的基因型为X dA X dB，与正常男性X D Y婚配，所生儿子基因型为X dA Y或X dB Y，均为该伴X染色体隐性遗传病患者，C正确；D、由A项分析可知，Ⅰ1的基因型为X dA Y，Ⅰ2的基因型为X D X dB，则Ⅱ4的基因型为X D X dA，与正常男性X D Y婚配，则所生子女中可能有基因型为X dA Y的该伴X染色体隐性遗传病的男性患者，D错误。
Chap11 基因突变
5－溴尿嘧啶
正常状态： 5Bu类似于T，与A 配对 稀有状态： 5Bu类似于C，与G 配对 造成转换AT → GC（多） GC → AT（少）
在有性生殖的生物中,突变率通常用一定数 目配子中有多少突变型配子来表示。
生
在无性繁殖的细菌中则用一定数目的细菌 在分裂一次过程中发生突变的次数表示。
人类突变率的估计方法：显性突变
例：家系中出现显性性状患儿的数目估算. 软骨发育不全, 由常染色体显性基因(AD) 引起. 据调查, 在94,075活产儿中, 有10例 患者, 其中2例的一方亲体也是本病患者, 其余8例的双亲正常. 突变率为: (102)/2(940752) = 4.3 105
第十一章 基因突变
第一节 基因突变的概说 第二节 基因突变的检出 第三节 突变的分子机理及诱变因素
第一节 基因突变概说
一、概念
基因突变(gene mutation)：由于基因内部 化学结构发生改变，又称点突变（point mutation）。由于基因突变而表现突变性状的 细胞或个体，称为突变体（mutant）或突变 型。 与突变型相对的概念是野生型（wild type）
m－
回 复
m＋
野生型表型
突变型表型
× m＋
野生型
m－ su＋
突变型表型
回复
m－ su－ ×
野生型表型
m＋ su＋
野生型
m＋
m－ su＋
全部野生型表型
若干突变型子代 （重组子）
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。
（三）突变的多方向性： 基因的突变可以向多个方向进行，一个基因 Ａ可以突变为a1、a2、a3……an等而构成所 谓的复等位基因。
11遗传物质改变-基因突变
ⅰ转换：Purine→ Pu;或者 Pyrimidine→ Py ⅱ颠换：Pu →Py; 或者Py→Pu ⅲ移码突变：增加或减少几个碱基,导致蛋白质翻译错 位。
ⅳ缺失和重复：大片段碱基的缺失或重复，如E.coli乳糖
发酵调节基因lacⅠ中四碱基重复序列。
突变发生的早晚。 保留。
单倍体 低等生物
有性生殖 无性生殖
表现突变性状 表现突变性状
表现突变性状 表现突变性状
(
)
第五页，编辑于星期四：十五点 五十九分。
三、突变频率
• 突变率(mutation mate)指生物在一个世代中在特 定条件下发生某一突变的概率。 也就是突变体占该世代个体的比例。
• 有性生殖生物：用突变配子占总配子比例(配子发生 突变的概率)表示；
因；
B. lex基因：阻遏蛋白基因，正常情况下结合在操纵基因 上；
C. recA基因：重组蛋白基因，应急状态下启动蛋白质水解酶
活性，水解阻遏蛋白，使din基因高效表达，从而启动SOS 修复系统。
第二十三页，编辑于星期四：十五点 五十九分。
五 电离辐射损伤的修复
①氢键断裂：DNA双链之间
1.电离辐射效应 ②共价键断裂：DNA单链断裂、
第十九页，编辑于星期四：十五点 五十九分。
4.特异性切除修复
E.coli 中明显的损伤，可在UvrA、 UvrB、 UvrC的作用 下得以修复，但不明显的损伤需要特异性修复。
(1)糖基化酶修复：如果碱基被共价修饰，糖基化酶可作用 于C-N糖苷键，使碱基释放，产生无碱基(AP)位点, 再由AP 内切酶修复系统修复。
3. 作用过程： ①光复活酶与T=T结合形成复合物; ②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
基因突变医学知识
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
二、基因突变发生的时期和部位
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。
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。
野生型: 5‘-GTCTGGCTGGCTGGC-3’ 移码突变Ⅰ: 5‘-GTCTGGCTGGCTGGCTGGC-3’ 移码突变 Ⅱ: 5‘-GTCTGGCTGGC-3’
自然突变频率
自然条件下基因突变率一般较低，并随生物种类、 基因而异：
▪ 不同生物种类的基因突变率：
• 高等植物：
~1×10-5-1×10-8;
• 低等生物，如细菌：
~1×10-4-1×10-10;
• 人：
~1×10-4-1×10-6.
▪ 同一物种的不同基因的天然突变率也明显不同：
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
三、突变频率
• 突变率(mutation mate)指生物在一个世代中在 特定条件下发生某一突变的概率。 也就是突变体占该世代个体的比例。
• 有性生殖生物：用突变配子占总配子比例(配 子发生突变的概率)表示；
• (单细胞)无性繁殖生物：每一世代中细胞发生 突变的频率。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
如镰刀型贫血症：血红蛋白B链(146Aa)，6号氨基 酸的替换, 导致明显的表型症状。Glu→Val, 若Glu →Asp则影响较小。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
3.移码突变及其产生
在基因的外显子中插入或缺失1, 2或4个核苷酸,使阅读 信息发生错位,从而使翻译的蛋白质序列与原来完全不 同. eg. E.coli中乳糖发酵的调节基因(lacⅠ):
第11章 基因突变
2、真核生物的转座因子
玉米籽粒色斑的产生、果蝇复眼颜色的变异、啤酒
酵母接合的转换等现象都与转座因子在染色体上的
转座有关。
三、转座因子的应用
转座因子在细胞遗传、分子生物学和遗传工程 等方面有许多用途。 利用转座子的插入突变效应，研究基因的结构 与功能区。 利用 Tn 进行基因定位。 利用IR作为基因转移载体。 利用转座子分离和克隆基因。 利用玉米转座因子已先后克隆出雄性不育、抗 病等重要基因。
一、基因突变的时期
1、生物个体发育的任何时期中均可发生突变，即体 细胞和性细胞均能发生突变。 2、性细胞的突变率高于体细胞。 3、突变后的体细胞常竞争不过正常细胞，会受到抑 制或最终消失。 4、许多植物的芽变就是体细胞突变的结果。 5、基因突变通常独立发生，某一基因位点的一个等 位基因发生突变时，不影响另一个等位基因。
二、化学因素诱变
一些主要诱变剂的诱变机制及其作用特异性： 妨碍DNA某一成分合成引起的DNA结构变化：如 妨碍合成嘧啶：5-氨基尿嘧啶、8-乙氧基咖啡碱； 妨碍嘌呤合成：6-巯基嘌呤。 碱基类似物替换DNA分子中不同碱基引起的碱基 对改变：如5-溴尿嘧啶(5-BU)、5-溴去氧尿核苷(5BudR)、2-氨基嘌吟(2-AP) 。 直接改变DNA某些特定的结构：如亚硝酸、烷化 剂、羟胺。 引起DNA复制的错误：如2-氨基吖啶、吖啶橙、 ICR-170等。
Emerson A（1914）在研究玉米果皮色素遗传时， 发现一种特殊的突变类型—花斑果皮，产生宽窄 不同，红白相间的花斑。 Rhoades M M（1938）在研究玉米糊粉层色素遗 传时，首次报道一个基因的遗传不稳定性受到一 个独立基因的控制。Rhoades把引起遗传不稳定 的基因称为斑点产生基因。 20世纪40年代初， McClintock研究玉米花斑糊粉 层和植株色素产生的遗传基础，发现色素变化与 一系列染色体重组有关。
教案：《基因突变》的教学设计
教案：《基因突变》的教学设计一、教学目标1. 让学生了解基因突变的概念、特点和类型。
2. 使学生掌握基因突变的原因和影响。
3. 培养学生运用基因突变知识解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 基因突变的概念1.1 基因突变的定义1.2 基因突变与基因变异的关系2. 基因突变的特点2.1 随机性2.2 低频性2.3 不定向性2.4 多害少利性3. 基因突变的类型3.1 点突变3.2 插入突变3.3 缺失突变3.4 倒位突变3.5 易位突变4. 基因突变的原因4.1 内因4.1.1 碱基组成错误4.1.2 DNA复制错误4.1.3 DNA损伤和修复错误4.2 外因4.2.1 物理因素4.2.2 化学因素4.2.3 生物因素5. 基因突变的影响5.1 对个体的影响5.1.1 突变基因的表达5.1.2 突变基因的传递5.2 对种群的影响5.2.1 遗传多样性5.2.2 进化作用三、教学方法1. 讲授法：讲解基因突变的概念、特点、类型、原因和影响。
2. 案例分析法：分析具体基因突变案例，引导学生运用所学知识解决实际问题。
3. 小组讨论法：分组讨论基因突变对个体和种群的影响，促进学生互动交流。
4. 实验教学法：安排基因突变实验，让学生亲身体验基因突变的过程。
四、教学准备1. 教材或教学资源：《基因突变》相关章节教材或教学课件。
2. 实验器材：基因突变实验所需器材。
3. 案例材料：收集基因突变典型案例。
五、教学过程1. 导入新课：通过提问方式引导学生回顾基因相关知识，为新课学习做好铺垫。
2. 讲解基因突变的概念、特点、类型、原因和影响。
3. 分析基因突变案例，让学生运用所学知识解决实际问题。
4. 小组讨论：基因突变对个体和种群的影响。
5. 实验教学：安排基因突变实验，让学生亲身体验基因突变的过程。
6. 总结与反思：对本节课内容进行总结，布置课后作业，巩固所学知识。
教案：《基因突变》的教学设计六、教学评估1. 课堂提问：通过提问了解学生对基因突变概念、特点、类型、原因和影响的掌握情况。
第十一章 基因的本质
（2）基因是位于染色体上的决定遗传性状的基本 功能单位（1910-1940）
1903年，Sutton和Boveri提出遗传的染色体学说； 1909年，丹麦遗传学家 W.Johansen 提出“基因”的概念， 代替了遗传因子。
1906-1910年，摩尔根和他的学生们Sturtevant、Bridges 从事果蝇杂交实验，发现果蝇的性连锁现象，提出遗传的染 色体理论。 1913年， Sturtevant绘制出第一张果蝇连锁图。
突变的有害性有利性是相对的
在一定的条件下，突变的效应可以转化：高杆作物群体中 出现矮杆的突变体
有的突变对生物本身有害，却对人类有利：玉米、水稻、 高粱等作物的雄性不育性，是人们利用杂种优势的好材料。
有些突变对生物本身有利，却对人类不利：谷类作物的落 粒性
四、基因突变的类型
（1）形态突变（morphological mutations）
自发突变（ spontaneous mutation）是在无人工
干预条件下，自然发生的基因突变。
由各种诱变剂诱发产生的突变称为诱发突变
（ induced mutation） 。
诱发突变
由各种诱变剂诱发产生的突变称为诱发突变。 Muller因对诱发突变的研究而获1946年度诺贝尔奖
1、化学诱变：利用化学诱变剂对生物体进行诱变的
三、基因突变的一般特性
（1）突变的随机性 基因突变的发生在时间上，在发生突变的个体上，在 发生突变的基因上都是随机的。 （2）突变的稀有性 在正常的生长条件和环境中，突变率是极低的，说明 了物种的稳定性。 （3）突变的可逆性
A
正向突变 回复突变
a
回复突变和正向突变的频率一般是不同的，回复突 变的频率更低。突变的可逆性是区别点突变和染色体缺 失的重要标志。
遗传学基因突变课件.ppt
遗传学基因突变
表 21-2 点 突 变 的 类 型 (以 Tyr的 密 码 子 为 例 ) 无 义 突 变 同 义 突 变 错 义 突 变
1.体细胞突变（ somatic mutation ）
• 一个祖先细胞由无性繁殖而产生的相同细胞群体叫 做一个克隆（clone) 。
• 体细胞突变常形成一个“突变体区”，体细胞突变 发生愈早， “突变体区”愈大。
• 体细胞突变不能遗传给后代，可通过有性途径传递。
2.生殖细胞突变（ germinal mutation ）
遗传学基因突变
遗传学基因突变
GC →→ → G-U→→→ A-U→→→A-U ↘→G-C ↘→A-T
AT →→ → H-T→→→ H-C→→→ H-C ↘→A-T ↘→G-C
遗传学基因突变
（3）氧化性损伤碱基（oxidatively damaged bases） • 活泼氧化物如超氧基（O2-），过氧化氢 （H2O2），氢氧基（-OH）对DNA本身的氧化 损伤，也能引起突变。
遗传学基因突变
5.致死突变（lethal mutation）： 是指能造成个体死亡的突变
• 显性致死突变：在杂合状态就有致死作用 • 隐性致死突变：在纯合时方有致死作用
6.条件致死突变（conditional lethal mutation)： 指在某些条件下能存活，而在某些条件下
表现致死效应。
遗传学基因突变
• 例如：玉米有高、矮秆变异类型，其它物种如水稻、 • 大麦、高粱、玉米等同样存在着这些变异类型。
2025高考生物备考教案：第十一章 生物技术与工程 课时7 基因工程的应用与蛋白质工程
课时7基因工程的应用与蛋白质工程1.基因工程的应用2.蛋白质工程3.蛋白质工程与基因工程的比较项目蛋白质工程基因工程区别起点预期的蛋白质功能目的基因实质人工控制下的[11]基因突变基因重组结果生产自然界中没有的蛋白质生产自然界中已有的蛋白质联系蛋白质工程是在基因工程的基础上延伸出来的第二代基因工程基础自测1.外源生长激素基因的表达可以使转基因动物生长得更快。
（√）2.干扰素是一种具有干扰病毒复制作用的糖蛋白，在临床上被广泛应用。
（√）3.利用乳腺生物反应器能够获得一些重要的医药产品，如人的血清白蛋白，这是因为将人的血清白蛋白基因导入了动物的乳腺细胞中。
（×）提示培养动物乳腺生物反应器时，应将目的基因导入受精卵而非导入乳腺细胞中。
4.用基因工程的方法，使外源基因得到高效表达的菌类一般称为基因工程菌。
（√）5.蛋白质工程中，要对蛋白质结构进行设计改造，必须通过改造或合成基因来完成，而不直接改造蛋白质。
（√）深度思考1.某些转基因药物只在雌性动物的乳腺细胞表达的原因是什么？提示将药用蛋白基因与乳腺中特异表达的基因的启动子等调控元件重组在一起，通过显微注射的方法导入哺乳动物的受精卵中，让药用蛋白基因只在乳腺细胞中选择性表达。
2.为什么蛋白质工程的操作对象是基因而不是蛋白质？提示因为任何一种天然蛋白质都是由基因编码的，基因是遗传信息结构与功能的基本单位，改造了基因就可以通过基因的信息传递进而改造蛋白质。
如果直接对蛋白质进行改造，即使改造成功，被改造的蛋白质也无法遗传。
命题点1结合实例考查基因工程的应用1.[2022广东，12分]“绿水逶迤去，青山相向开。
”大力发展低碳经济已成为全社会的共识。
基于某些梭菌的特殊代谢能力，有研究者以某些工业废气（含CO2等一碳温室气体，多来自高污染排放企业）为原料，通过厌氧发酵生产丙酮，构建一种生产高附加值化工产品的新技术。
回答下列问题：（1）研究者针对每个需要扩增的酶基因（如图）设计一对引物，利用PCR技术，在优化反应条件后扩增得到目标酶基因。
第十一章第三节 诱发突变
缺失和重复
脱嘌呤depurination 自发损伤
脱氨基deamination
氧化性损伤碱基oxidatively damaged bases
转座因子(transposable element) ： 又叫可移动因子，一类在很多后生动物 中（包括线虫、昆虫和人）发现的可移 动的遗传因子。 一段DNA顺序可以从原 位上单独复制或断裂下来，环化后插入 另一位点，并对其后的基因起调控作用， 此过程称为转座(transposition）。这 段序列称跳跃基因或转座子，可分插入 序列(Is因子)，转座(Tn)，转座phage。
有害效应 毒性和致癌剂；在多种生 物中诱发突变，诱发人细 胞的染色体畸变 诱发小鼠突变和人细胞的 染色体畸变 各种生物的畸胎剂、致癌 剂和诱变剂 在果蝇中有毒、致癌和突 变，但在细菌中不是，且 其可能要在酶作用下才有 活性 在高等生物中引起染色体 畸变 有毒，引起畸胎;大肠杆菌 诱变剂 致癌和诱变。引起高等生 物细胞的染色体畸变 在实验动物中有致癌，诱 变作用
pcr介导的基因突变一种简便快速的定点突变的方法stratagen公司研制的quickchange试剂盒可以双链dna质粒为模板只需一对引物进行一次pcr在12d内即可完成点突变过七反向遗传学reversedgenetics经典遗传学突变表型突变基因型反向遗传学反求遗传学dna突变表型效应改变反向遗传学是在获得生物体基因组全部序列的基础上通过对靶基因进行必要的加工和修饰如定点突变基因插入缺失基因置换等再按组成顺序构建含生物体必需元件的修饰基因组让其装配出具有生命活性的个体研究生物体基因组的结构与功能以及这些修饰可能对生物体的表型性状有何种影响等方面的内容
电离辐射的遗传学效应
电离辐射可诱发基因突 变和染色体断裂；他们的 频率跟辐射剂量成正比。 在相当大的一个剂量范围 内，辐射剂量和突变率之 间都存在着线性关系（如 图11-8）； 辐射效应是积累的。处 理果蝇精子，诱发的突变 数跟接受的照射量成正比， 而跟照射的发生无关。
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3、物理诱变的作用特点 ①、电离辐射诱变中，突变率与辐射总剂量成正比，与辐射强度的影响无关。 ②、物理诱变的作用没有特异性。性质和条件相同的辐射可以诱发不同的变异； 性质和条件不相同的辐射，可以诱发相同的变异。
太空育种：利用太空失重、电离辐射等条件，诱导突变。
二、物理诱变 1、物理诱变的种类
电离诱变因素
物 理 诱 变
电磁辐射
X射线 r射线
a射线
粒子辐射
带电粒子 β射线 质子
不带电粒子
中子
非电离诱变因素
紫外线
2、物理诱变的作用机理
①、电离辐射：初级电离、刺激电离；碱基对、碱基结构破坏和改变（基因 突变）；磷酸二酯键断裂、染色体断裂重接（染色体结构变异）
突变当代不表现突变 性状，往往不能被发 现、保留。
表现突变性状
表现突变性状
(
)
三、基因突变的一般特征
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
二、真菌营养缺陷型突变体的检出 1、影印培养法 2、菌丝过滤法
先将诱变处理的分生孢子接种在液体基本培养基上，刺激分生孢子不 断生长。然后用棉花塞子把萌发了的分生孢子过滤掉。剩下的分生孢子即为 死亡的分生孢子或为营养缺陷型的分生孢子。
过滤
三、植物突变的检测出 1、突变真实性的鉴定 原始材料与变异体在一致的环境条件下种植(培育)；对两类个体进行性状考 察与比较分析(进行方差分析)；根据试验结果进行判定：两类个体间没有差 异不可遗传变异(环境变异)；差异仍然存在存在真实差异为突变体 *分子水平鉴定方法：蛋白质产物的差异分析；DNA(RFLP、RAPD等方法)。
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；又如果蝇残翅突变型在多风海鸟环境下。 对人类需求与利用而言：作物矮秆突变型的利用；作物雄性不育突变型 的利用。
⑶、中性突变(neutral mutation)：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。
❖微突变：指控制性状的微效基因的突变。 这类突变的表型效应微小，较难察觉，要鉴定它的遗传效应，常需借助统 计学的方法加以研究分析。控制数量性状的基因突变大都属于微突变。
四、外显率和表现度 1、概念： ❖外显率（penetrance）：在具有特定基因型的一群个体中，表现该基 因所决定性状的个体所占的比率称为外显率。 ❖表现度（expressivity）：在具有特定基因而又表现其所决定性状的个 体中，对该性状所表现的程度称为表现度。
2、被子植物突变体的鉴定——花粉直感现象
玉米籽粒胚乳：非甜(Su)→甜(su)
P
甜粒亲本(susu)♀×♂非甜粒亲本(SuSu)
su
F1
Susu(非甜)
susu(甜粒)
正常花粉粒后代（饱满） 突变花粉粒后代（皱缩）
3、禾谷类突变体的鉴定—连续自交
四、基因突变的生化鉴定
1、电泳技术（产物检测）——蛋白质 2、DNA探针（southern杂交）
2、原因 生物的表型是基因型和环境条件共同影响的结果。生物的性别、
年龄、基因之间的相互关系、修饰基因的影响、温度、营养条件等都 可能使具有特定基因型的个体不能表现出预期的表型，即表现为一定 的外显率，同时也可能使某一特定基因型所规定的表型在不同的个体 中表现的程度不同，即表现为一定的表现度。
3、实例
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
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. (等位)基因突变常常是独立发生的： 某一基因位点发生并不影响其等位基因，一对等位基因同时发生的概率非常 小(突变率的平方)
2、突变率的计算 有性生殖的生物： 突变率=突变型配子/总配子 无性生殖的细菌：一定数目的细菌在分裂一次过程中发生突变的概率。
3、自发突变的特点 ①、各种基因的自发突变率在一定条件下相对稳定； ②、不同生物或同种生物的不同基因的突变率不相同； ③、同一基因位点不同等位基因的突变率不同。
4、易变基因和增变基因 易变基因（mutable gene）：有些基因比一般基因更容易突变。 增变基因（mutator gene）：能影响其他基因稳定性、促进突变的基因。
A I B，I 间为共显性 3种基因两两组合可能形成6种基因型、4种红细胞表面抗原反应类型， 如下表所示(其O中用I 表示i)：
例、烟草的自交不亲和性基因
自交不亲和性(self-incompatibility)：植物自花授粉不结实，而株间授粉 可能结实的现象
3、突变的有害性和有利性 ⑴、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。
2、生化突变——突变主要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。 3、致死突变—突变主要影响其生活力，导致个体死亡。
正常苗
白化苗
4、条件致死突变——指在一定条件下表现致死效应，而在其它条件下却能成活的致死突变。 如对温度敏感的细菌：30℃左右可以存活，在40℃或低于30℃致死。
二、显性突变和隐性突变 1、概念
黑腹果蝇显性突变基因L（复眼缩小）的外现率为75%，而且具有 可变的表现度。
人类遗传性舞蹈病的显性突变基因具有不完全的外显率和可变表现度。
第三节 基因突变的检出 一、细菌营养缺陷型突变体的检出
1、影印培养法
诱变处理→完全培养基培养
基本培养基 补充培养基
2、青霉素法 青霉素能抑制细菌细胞壁的生物合成，但只有处于生殖中的细菌对青霉素敏 感，处于休止状态的细菌对其不敏感。野生型菌株在含有青霉素的基本培养 基中会生长，因而被杀死；突变型细菌则处于休止状态，从而被保留下来。
4、突变的平行性
①、概念：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。
②、利用：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、细胞质雄性不育、生态型雄性不育等
5、基因突变的独立性
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，也称为 回复突变（back mutation）。 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
③、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
4. 突变时期不同，其表现也不相同：
高等生物基因突变时期与性状表现
突变时 期
显性突变
高 等 生 物
单 倍 体
低 等 生 物
性细胞
体细胞
有性生 殖
无性生 殖
突变当代表现突变 性状。
突变当代表现为嵌 合体，镶嵌范围取 决于突变发生的早 晚。
表现突变性状
表现突变性状
隐性突变 (或下位性突变) 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。
显性突变（dominant mutation）：指由隐性基因突变为显性基因的突变， 如a→A。突变当代就能表现突变性状。 隐性突变（recessive mutation）：指由显性基因突变成隐性基因的突变 （A→a）。隐性突变在当代不能表现。
2、显性突变和隐性突变的表现—突变发生在配子中
3、显性突变和隐性突变的特点 ①显性突变在第一代就表现，而隐性突变在第二代才表现。
植物隐性白化突变
Ⅱ、显性致死(dominant lethal)，带有突变基因的个体都会死亡。 如：
人的神经胶症(epiloia)基因
Ⅲ、伴性致死(sex linked lethal)：如果致死突变发生在性染色体上，将产生 伴性致死(sex linked lethal)现象
⑵、突变的有利性 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)
红色面包霉生化突变的鉴定方法
第四节 基因突变的诱发 一、自发突变及突变率
1、概念： 自发突变：由于生物体内外环境条件的自然作用而发生突变。
❖外部环境：如温度、营养、天然辐射及有害的化学物质等；
❖内部环境：如性别、年龄、遗传因素及生物体内或细胞内代谢异常的产物等。 突变率（mutation rate）：一定的基因在一个世代中或其他规定的单位 时间内发生突变的频率。
a1
A
aA
a2
a3
复等位基因(multiple allele)：由于基因突变多方向性而在同一基因位点 上可能具有的多种等位基因形式
➢在二倍体与异源多倍体中，同一位点只能有一对基因，最多存在两种 等位基因形式；因此复等位基因的各种形式会存在于生物群体的不同个 体中
例：人类ABO血B ，i 决定 其A中I B，I 对i 均为显性
某一基因座上的某一等位基因发生突变时，不影响其它等位基因的 现象称为基因突变的独立性。 如：一对显性基因AA中的一个A→a，另一个A基因仍保持显性而不受影 响。
第二节 基因突变与性状表现
一、基因突变产生的变异类型
1、形态突变——突变主要影响生物的形态结构，导致形状、大小、色泽 等的改变，这类突变在外观上可以看到，又称为可见突变。如果蝇的白眼、 水稻矮秆变异、短腿安康羊等。
高于反突变率
原因：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。
因此，基因突变一般不是由于基因物质的丧失，而主要是组成基因的物 质发生了化学性质变化所致。