动物遗传学课件第六章-基因突变

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
蜜蜂绿眼变异
四条腿的人
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
生殖细胞突变（germinal mutation）
性细胞突变，经受精卵传至后代
体细胞突变（somatic mutation）
致死突变(lethal mutations)
导致生物体死亡的突变
条件致死突变（conditional lethal
mutations）
失去功能的突变(loss-of-function
mutation)
Null mutation, 完全丧失功能 Leaky mutation, 渗漏突变，部分丧失功能
1.5.4 突变的有害性与有利性
多数突变对于生物的生长和发育都是有害的。
打破了自然进化形成的平衡关系→打乱代谢。 致死基因(lethal gene)
显性致死突变：显性纯合或杂合体致死 隐性致死突变：隐性纯合体才表现死亡
中性突变
控制次要性状的基因发生突变，不影响该生 物的正常生理活动，因而保持其正常的生活 力和繁殖力，被自然选择保留下来。
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基因 座多个等位 基因对鸡羽 色的影响
复等位基因(Multiple allele)：在群体中位于同源 染色体相同位置两个以上的等位基因。
3.2 化学诱变
特点：
损伤小、诱变率低、有利诱变多 具有一定的特异性
碱基类似物 碱基修饰剂 插入突变剂 抗生素
3.2.1 碱基类似物
5-溴尿嘧啶（5-Bu）
它的分子结构与胸腺嘧啶（T）很相似，在某些情况 下它能代替T，并且能与鸟嘌呤（G）互补配对，结 果使A T转变成G C。
T
5Bu
3．基因突变的特点：
①．重演性；
②．可逆性； ③．多方向性；
④．有害、有利； ⑤．平行性。
4．基因突变与性状表现的关系：
①．显性和隐性突变；
②．大突变与微突变。
本章小结
5．基因突变的分子机制：
① 碱基替代(base-pair substitution) ② 移码突变（frame shift mutation） ③ DNA断裂（DNA broken）
亲缘关系相近的物种因具有相似的遗传基 础，而产生相似的突变类型。
对人工诱变具有一定的参考意义 为比较基因组学和功能基因组学研究提供
支持
2. 基因突变的分子基础
单碱基突变——碱基替换 移码突变——碱基插入/缺失 缺失突变——缺失大片段的DNA
2.1.1 碱基替换类型
碱基替换突变（base指在基因中一个碱基对被另一个碱 基对所取代。
重演性：同一生物不同个体间可以多次 发生同样的突变。
表1. 玉米籽粒基因的突变
1.5.2 突变的重演性和可逆性
可逆性
野生型等位基因(A) 突变成为突变型等位基因(a)， 叫正突变（forward mutation）；
突变型基因也可以通过突变成为原来的野生型状态， 叫回复突变（back mutation）。
发生越早，区域越大 不能遗传，但可通过体细胞克隆实现传递
性细胞突变率高于体细胞
性细胞在减数分裂末期对外界环境条件具有巨大的敏感性
1.4 基因突变的表型分类
形态突变(morphological mutations)
矮小突变，白眼突变
生化突变(biochemical mutations)
营养缺陷型
UAU UAC UCC
AA Tyr Stop
Tyr
（tyrosine）
Tyr Tyr Ser
2.2 移码突变(frameshift mutation)
DNA分子中，碱基缺失或增加非3的倍数，造成这位置 之后的一系列密码子发生移位，这种现象称移码突变。
效应：
导致遗传编码发生改变。 产生无功能的蛋白。
获得功能的突变 (gain-of-function
mutation)
突变导致新功能的获得
1.5 基因突变的一般特征
➢ 频率低 ➢ 可逆性 ➢ 重演性 ➢ 多向性 ➢ 有害性和有利性 ➢ 平行性
1.5.1 自发突变的突变率低
自然情况下产生的突变叫自发突变（spontaneous mutation），由人们有意识地应用物理、化学 因素诱发的，则称为诱发突变（induced mutation）。
④ 6. 诱变途径： ①．物理因素； ②．化学因素。
亚硝酸还能使胞嘧啶脱去氨基转化成尿嘧啶，从而把C G 碱基对转化成A T碱基对。因此利用亚硝酸诱发的突变还 可以利用它诱发回复突变。
羟胺(NH2OH)、烷化剂等
3
3.3 物理诱变
嘧啶的水合 作用
本章小结
1．基因突变是染色体上点突变、是基因内部化学性质 的变化，可遗传。
2．基因突变频率很低，任何时期都可以发生。
5Bu
C
5-Bu
复制
复制
A
A
G
G
5-Bu有两种异构体：酮式和烯醇式，酮式与A配对， 烯醇式与G配对。
3.2.2 碱基修饰物
亚硝酸(HNO2)
T HNO2 T 复制
C 复制 C
A 脱氨 H
H
G
亚硝酸能使腺嘌呤（A）脱去氨基，成为次黄嘌呤（H）。 次黄嘌呤不能与胸腺嘧啶配对，而能与胞嘧啶配对。经过 DNA复制，会使原来的A T转变成G C。
无义突变（nonsense mutation）是由DNA的碱基突 变使mRNA中产生了无义密码子，翻译时在相应位 点会导致翻译提前终止，产生一条没有功能的缩短 的多肽链。
中性突变（neutral mutation）是在基因中碱基对 发生替换后引起mRNA中密码子的改变，但多肽链 中氨基酸的改变并不影响蛋白质的功能。
转座因子
3.1.1 DNA复制错误
互变异构体的存在 稀有碱基的错误配对 如A-T配对，变成A=NH-C配对，则A-T转换成为 G-C
自发的化学变化 脱嘌呤（depurination） 脱氨基（deamination）
互变异构效应 由于DNA分子中的A、T、G、C四种碱基的第六位碳原子上的酮基(T、G)和氨基(A、C)，胸腺嘧啶 （T）和鸟嘌呤（G）不是酮式就是烯醇式，胞嘧啶（C）和腺嘌呤（A）不是氨基式就是亚氨基式。所以有人认为T 和G会以酮式和烯醇式两种互变异构的形式出现，而A和C则以氨基式或亚氨基式两种状态出现。由于化学结构的平 衡一般趋向于酮式和亚氨基式，因此，在DNA双链结构中一般总是以AT与GC碱基配对的形式出现。可是在偶然情 况下，T也会以烯醇式形式出现，恰好DNA的合成到达这位置的一瞬间，通过DNA多聚酶的作用，在它相对应的位 置上出现配对碱基G，而不出现常规的A。当DNA再次复制时，通过G和C配对，就使原来的AT转变为GC。同样如 果C以亚氨基形式出现，在DNA复制的合成到达这位置的一瞬间，DNA对应链上将是A，而不是G。以此类推，这 些可能是引起自发突变的重要原因之一。
基因的自发突变率在一定条件下相对稳定
不同生物或同种生物的不同基因的突变率又不 相同
高等动植物的基因突变率大约平均为1×10-5～ 1×10-8，细菌的突变率为1×10-4～ 1×10-8。
突变率：是指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。
1.5.2 突变的重演性和可逆性
沉默突变（silent mutation）：也叫同义突变，是 中性突变的一种。即碱基对发生替换后，mRNA中 密码子发生改变，但编码蛋白质中相应位点的氨基 酸不发生改变。
无义突变 DNA TAC TAA TAG
沉默突变 TAC TAT
错义突变 TAC TGG
RNA UAC UAA UAG UAC
转换（transition）是指嘌呤与嘌呤之间，或嘧啶与 嘧啶之间的替换。
颠换（transversion）是指嘌呤与嘧啶之间的替换。
A
G
转换
T
C
颠换
2.1.2 碱基替换的遗传效应
错义突变（missense mutation）是指碱基替代后 mRNA中相应密码子发生改变，导致编码的蛋白质 中相应氨基酸发生改变。这种改变可能削弱此蛋白 的功能，以致产生新的表型。
有利突变
有利而无害：抗旱、抗倒、抗病、早熟
突变有害性的相对性
高杆：受光充分、发育良好，但是易倒 矮杆：受光不足、发育不良，但是抗倒
人类需要与生物本身突变利弊的不一致性
植物的雄性不育对生物是不利的，但是对人 类是有益的，可以省去制种时的麻烦
生物多样性对于人类可持续发展 具有重要意义！！！
1.5.5 突变的平行性
脱嘌呤（depurination）
脱氨基（deamination）
胞嘧啶脱氨基转换成尿嘧啶
C-U-A-T，C///G-A//T
5-甲基胞嘧啶脱氨基转换成胸腺嘧啶
m5C-T-A，m5C///G-A//T
Pig-q CG Pig-Q CA
3.1.2 其他因素
体内活泼氧化剂 转座因子（transposon）
第六章 基因突变
主要内容
1. 基因突变的概述 2. 基因突变的分子基础 3. 诱变因素与作用机理
1.1 基因突变定义
基因突变(gene mutation)：又称点突 变。由于DNA分子碱基顺序的改变而导致 基因型或表型变异的现象。
不同于染色体的重组，基因突变产生了新的 遗传物质
1.2 自然界基因突变现象
2.3 片段缺失(deletion) / 插入(insertion) 突变