第十章 遗传物质的改变(二)—基因突变

C l B 技术
如有隐性突变， 则可见到突变 个体；如有致 死突变，F2代 中，雄蝇的数 目仅为雌蝇数 目的1/2。 因为在X- ray F2: 照射后，各X染 色上体基因被诱 导情况不会相同
为何要单 对杂交？
Hale Waihona Puke Baidu
2、Muller-5技术 利用Muller-5技术（Muller 品系），同样可以 有效地检测果蝇 X–染色体上的隐性突变与隐性致死 突变。这CLB技术的改进。 Muller-5品系的特点： ● X 染色体上有可供选择的基因： B — Bar eye wa —— 杏色眼基因 ● X 染色体上还有一个大的倒位，可以有效地 抑制Muller-5—X染色体与野生型染色体重组。 ● Muller-5—X 染色体上其他基因正常。
●
性细胞突变：性母细胞及性细胞内遗传物质发 生的突变。
B、突变频率 突变频率（mutation rate）：一个细胞世代中某 个基因发生突变的频率。 突变频率高低因基因而异、因物种而异。
不同生物某些基因座的自发突变频率
物 种
Phage T2
性 状
r →r+ h+ →h lac →lac+
突变频率
1×10 - 8 3×10 - 9 2×10 - 7
碱基替换的类型： 从分子水平考虑，DNA的碱基顺序决定mRNA 的碱基顺序，最后决定多肽连中氨基酸的顺序（蛋白 质的一级结构）。根据这一事实，DNA碱基顺序的任 何改变都应当是一个突变。碱基对的变化，只有当这 种变化影响到（功能）基因的功能，进而影响到生物 体性状表现时，我们才能觉察到，通过DNA序列测定 才能鉴定出来。 碱基替换的类型与机制可分为四类：
电磁波 辐射
粒子 辐射
快中子辐射
2、电离辐射 ●电离辐射：X 射线、尤其是γ射线，电磁波带有 很高的能量，照射时将能量传递的被照射物质，引 起被照射物种的原子、分子电离，故称作电离辐射。 ●电离辐射的诱变机理： 间接作用——高能射线将能量传递到原子、分子， 以及水分子，造成电离，产生出活性极强的离子对、 自由基等，这些活化的离子、自由基等基团作用于 DNA，引起变异。 直接作用—— 射线直接作用于DNA,造成DNA损 伤，引起变异。
讨论： 比较 C l B技术与Muller—5技术的异同 。
检测目标 ● X 染色体结果的异同之处 ● 比较两种技术，那一种使用起来更方便？
● ●
C l B品系有雌蝇吗？为什么？
3、果蝇常染色体基因（隐性、隐性致死）突变 的检出——平衡致死品系的应用。 平衡致死品系的特点： 第二染色体结构及其上基因是 同源染色体Ⅰ： Cy — 显性翻翅基因，纯合致死， 同时该染色体上有一大的倒位， Cy在倒位圈内，重组被抑制。 同源染色体Ⅱ： S — 显性星状眼基因，纯合致死。
用Muller—5技术检测
5、电磁波辐射（非电离辐射） U.V 照射
（二）、化学因素诱变 化学诱变剂列表: 具有潜在诱变着用的化学物质: 农药、医 药、染料、食品添加剂、清洁剂、保鲜剂等。 典型的诱变剂：NaNO2 ， 芥子气、甲基 磺酸一酯等。
5、电磁波辐射（非电离辐射） U.V 照射
四、化学因素诱变
3、 辐射诱变的特点： 第一、电离辐射诱发基因突变及染色体断裂的频 率与辐射剂量成正比。与射线种 类无关 第二、辐射的效应是累加的。即，在一定的辐射 剂量下，一次连续照射与多次间歇照射诱 发突变的频率是一样的。 第三、辐射的诱变作用是随机，诱导突变的种类 与射线种类、剂量没有对应系—辐射的诱 变作用没有专一性，辐射诱发突变没有方 向性，即不能定向诱发突变。不同的射线 能诱发同一致突变，一种射线可以诱发不 同的突变。 4、关于同位素使用中的安全问题
（一）、转换（transition） ● 转换：碱基替换中，当嘌砱碱被嘌砱碱所取 代，嘧啶碱被嘧啶碱所取代时，遗传 学上称作转换。 导致转换发生的可能的途径有： 1、碱基的互变异构化— 自发突变 每种碱基可以有几种互变异构体，不同形式 的互变异构体会与不同的碱基配对。 碱基转换 碱基颠换 嘌砱碱被嘌砱碱所取代 嘧啶碱被嘧啶碱所取代 嘌砱碱被嘧啶碱所取代 嘧啶碱被嘌砱碱所取代
Ancon sheep (short - legged sheep)
Sheep (with normal length legs)
Effect of a dominant mutation
二、基因突变的检出
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动、植物显性突变的检出 动、植物隐性突变的检出 微生物突变的检出
1、果蝇X—染色体隐性突变和隐性致死突变的检出 ① 利用 Muller 创造的 C l B 技术检测 C l B 品系（雌蝇）的特点： B – 棒眼基因（Bar eye），便于选择； l — 致死基因，纯合致死； C l B 品系 C — 交换抑制因子，即基因B和 l 之间 X染色体 的一段大的倒位，它的存在，使得 的结构 该 X 染色体与野生型X染色体之间 的交换被完全抑制。
4、基因突变的一般特征 A、突变发生时期与在生物体上的部位 ● 突变可发生在生物体个体发育的任何时期与任 何部位。 ● 体细胞突变：性母细胞及性细胞以外的任何其 他细胞内发生的突变。 体细胞突变的影响，一个突变了的祖先细胞的 无性后代就是一个克隆（clone），就高等动、植 物而言，这就是一个突变区，它可以形成动、植物 体上的斑块。就植物而言，它可能形成一个突变的 芽（芽变），突变的枝（枝变），或一片突变的叶。
樱桃色 （ 鲜艳红色）
红珊瑚色
猩红色
深红色 （红宝石色）
石榴红 （暗红色）
粉红色
X
(b) Complementation Test—— 回顾
(c) 果蝇不同眼色的突变型基因间的互补实验
+ — 表示能互补形成野生型红眼 互补实验表明：● 所有红线标识的基因彼此间可以互补， ●所有红线标识的基因都能与绿线标识基因互补， 为什么？ ●绿线标识基因彼此间不能互补。
X-ray 诱导
单对杂交 选F1翻翅♂，why ?
↙
选翻翅♀ 、♂， 杂交，why ?
突变型 或死亡
原因说明： ● 为什么要选F1翻翅♂ ? 雄果蝇，雌家蚕！ 你忘了吗？ ● 为什么要强调单对杂交？ 为了创造条件，让受到 X-ray照射的单条 X染色体的复制后代纯合，纯合后隐性突 变基因才能表达出来！诱变结果才能被检 出！ 4. 红色面包霉突变体的筛选
是碱基替换的另一种形式。嘌砱碱被嘧啶碱替 换，或嘧啶碱被嘌砱碱替换，被称为颠换。 G≡ C → T ＝ A 或 G≡ C → C ≡ G 硫酸二乙酯引起碱基颠换,不过,它也可引起碱基转换。
（三）、移码突变( frameshift mutation )
基因阅读框内，碱基不以3的整倍 数增减，从而导致碱基增减部位下游的密码子读框 改变。自发突变中，移码突变所占比例较大。 移码突变诱变剂序列： 1、吖啶类化合物 吖啶类化合物是为数不多的研究的比较清楚的移 码突变诱变剂： acriflavin (吖黄素) proflavin (原吖素) acridine yellow (吖啶黄)
三、诱发突变
（一）、物理因素诱变
1、辐射线的种类及其特性 X射线— 较高能级，穿透力较强 电离 辐射 γ射线— 高能电磁波、穿透力极强 U.V射线— 低能级，穿透力弱 非电 离辐 射 α射线— α粒子流，能量高，但粒 子质量较大，穿透力较差。 β射线— β粒子流，能量高，但粒 子质量较大，穿透力较差。
2、碱基类似物诱发的转换 （keto）5-BU＝A (enol) 5-BU≡G
5-溴 尿嘧 啶（5 -BU） 诱变 机制
3、亚硝酸（HNO2）诱发的转换——脱氨基作用
-NH2
-NH2
HNO2 -NH2
HNO2
mutant
(Transition)
-NH2
（二）、颠换(transversion)
原因分析： ● white、cherry、 coral、 apricot、 buff 互为等 位基因，它们是野生型红眼基因 (w+)在不同位点突变 (突变的多向性)产生的，它们与野生型等位基因 w+ 互 为等位基因，并构成一个复等位基因系列。 ● 决定果蝇复眼 颜色的基因绝不只 有1-2个。
果蝇复眼颜色 的形成一定是一 个复杂的基因表 达与调控过程。
Ancon sheep (short - legged sheep)
Sheep (with normal length legs)
Effect of a dominant mutation
3、突变的类型 A、按产生方式分类 ● 自发突变 ● 诱发突变 B、按突变体的表型分类 ● 形态突变 ● 生化突变 ● 致死突变和半致死突变(死亡率在0-100％) ● 条件致死突变 ● 体细胞突变和性细胞突变
forward mutation
a+
back mutation
a
通常正突变的频率高于回复突变频率。
2×10 - 6 4×10 - 8
his+
his-
D、 具有多向性——复等位基因形成
野生型
（a）果蝇复眼的颜色变化
浅黄色 红珊瑚色 杏黄色 白色
（a）果蝇 X 染色体上决定复眼颜色的 相关基因的遗传图
X rays have sufficient energy to break the sugar-phosphate back bone, splitting a DNA molecule into smaller pieces. If these pieces are not spliced back together properly, mutations such as the deletion shown here arise.
单
位
每复制周期 每细胞分裂 周期
E. coli
T1-S →T1-R
2×10 - 8
his+ →his-
2×10 - 8 4×10 - 8 1×10 - 6 8×10 - 8
E. coli
藻类Clamydomonais
His- →his+
每细胞分裂 周期 每细胞分裂 周期 每细胞分裂 周期
strs →ster
3×10 - 5 1×10 - 5 3×10 - 5 3×10 - 5
单个配子突 变频率
软骨发育不全
大肠多息肉 肌营养不良 Huntington舞蹈 病
4×10 - 5
2×10 - 5 10×10 - 5 0.5×10 - 5
单个配子突 变频率
C、突变具有重演性与可逆反性 ● 突变的重演性: 同一种突变以大致相同的频率在 不同的时间与空间重复发生的现象。 ● 可逆性（正突变、回复突变）
第十章 遗传物质的改变— 基因突变(Gene Mutation)
一、基因突变的概念与特征
1、基因突变的一般概念 突变（mutation）：any changes of genetic material is a mutation. 基因突变(gene mutation)：是基因内部碱基对 的改变，作为这种改变的结果，是一个基因变为 它的等位基因。 A mutation a 2、突变的成因 自发突变：由未知因素诱发的突变。 诱发突变：由已知因素或人们给定的诱变因素诱 发的突变。
肌醇需要型 Inos- →inos+
真 菌 （链孢霉） 玉 米
种子皱缩 Sh →sh Pr →pr
R →r Y →y
1×10 - 6
1×10 - 5 5×10 - 4 1×10 - 4
单个配子突变 频率
Drosophila
W →w E →e
4×10 - 5 2×10 - 5
单个配子突变 频率
非鼠色 a+ →a 小鼠 白化 c+ →c 血友病 h+ → h 白化 a+ → a human
Commen
Rare
碱基的互变异构体及其配对对象
Common Form （amino） A＝T （keto） G≡C Rare Form
（imino）A≡C （enol） G≡T （imino） C＝A （enol） T≡G
（amino） C≡G （keto） T≡A
T
A
G
C
Transition Transversion
●
E、突变有利性或有害性——有利突变与有害突变 ● 突变的有害性：现存的生物与环境相互适应的。 这种相互适应是突变、选择、进化的产物。突变改变 了个体的遗传背景，通常是破坏了个体对环境的适应 能力，表现为：生活力、繁殖能力、对环境变化的适 应能力以及对疾病的抵抗能力等下降。所以突变通常 是有害的 ● 突变的有利性： 可能产生出对环境适应性更好的新的性状（表 型），有利于进化，乃至新的物种形成。 有利突变：矮杆品种、抗病品种等。 如 short – legged Ancon sheep