微生物的基因突变

片状分子，插入到两碱基对之间，引起移码 突变
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四）体外定点诱变 （in vitro site-specific mutagenesis ） Oligonucleotide mismatch mutagenesis
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五）诱变和致癌作用
1. 诱变剂的作用： Mutagenesis and carcinogenesis 2. 诱变剂的检测： Ames test 通过鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）
第十章 微生物的基因突变 （Microbial Mutation）
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内容
• 突变的概念 • 突变的类型和分离方法* • 自发突变的分子机制*＃ • 诱发突变的分子机制*＃ • DNA损伤的修复#
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第一节 突变的概念
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一. 突变和变异
突变（mutation）：可以通过复制而遗传的DNA结 构的任何改变。
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五. 突变的回复和抑制
同位回复突变
回复突变
基因内抑制
异位回复突变
（抑制突变） 基因间抑制
置换抑制 移码抑制
信息抑制 互作抑制
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一）基因内抑制 1. 置换抑制
第一位置突变导致一氨基酸替换 第二位置突变改变另一氨基酸，回复了蛋白质的构
像、稳定性和活性 如 色氨酸合成酶TyrA蛋白
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210位突变
多亚基蛋白质的活性取决于：各亚基的一级结构； 各亚基之间相互作用形成的高级结构
基因型
蛋白质相互作用
表型
A+B+
野生型
A-B+
突变型
A- B-
互作抑制突变
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第四节 诱发突变的分子机制
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诱变剂（mutagen）
化学～ 物理～ 生物～
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一. 化学诱变剂 一）碱基类似物 如5-BrU，类似T
174位突变
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2. 移码抑制
在移码突变的附近增加（删除）碱基， 恢复蛋白质阅读框
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二）基因间抑制 1. 信息抑制
由于翻译信息的改变，而 将正常氨基酸插入到突 变位置，恢复蛋白功能 如 tRNA基因突变
tRNATry
GUA
3’-GAU-5’
3’-CAU-5’ mRNA
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2. 互作抑制
变异（variation）：由基因控制的、对环境具有适 应性的表型差异。
突变体（mutant）：携带某一突变基因，并表现出 相应表型的细胞或个体及其后代。
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二. 基因突变的特点
1. 随机性 2. 稀有性 3. 可逆性 4. 可诱发性 5. 有突变热点
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三. 研究基因突变的意义
认识基因的存在和功能 研究复制、表达、基因表达调控 生物育种
染色体畸变：缺失、重复、倒位、易位
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一. DNA复制错误
一）碱基互变异构体导致碱基置换 酮式→烯醇式，氨基式→亚氨基式
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碱基置换产生的效应：
沉默突变 UAC→ UAU （Try ） 无义突变 UAC→ UAG 错义突变 UAC→ AAC （Try → Asn）
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二） DNA环出或跳格导致移码突变
插入碱基 缺失碱基
新合成链环出
亲本链环出
增加碱基
减少碱基
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移码突变产生的效应：
编码区 改变蛋白的阅读框 非编码区 改变蛋白的数量
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二. 碱基的脱嘌呤或脱氨基作用
脱嘌呤：空位随机插入碱基，引起突变。
脱氨基：如5mC → T 5mC : G
T:A
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突变数 10 20 30 40
突变热点
组氨酸缺陷型（his -）的回复突变来确定
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Ames test
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二. 物理诱变剂
非离子辐射：如紫外线 辐射
离子辐射：如X-射线， -射线
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紫外线诱变： 碱基吸收峰 260nm 1. 相邻的T交联，形成T=T
2. DNA聚合酶不能识别T=T，将导致错误碱 基的插入而引起突变
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三. 生物诱变剂 参与诱变的生物大分子
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第二节 突变体的类型和分离方法
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一. 突变体的类型
1. 形态结构突变体 2. 生理生化突变体 3. 抗性突变体 4. 其他突变体
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二. 突变体的分离和检测方法
1. 筛选（screen） 2. 选择（selection） 3. 富集（enrichment） （反选择）
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灭菌丝绒 覆盖的圆盘
5-BrU : A 5-BrU : G 结果：在复制中引入突变，AT→ GC 原因：通过酮式和烯纯式转变而诱发突变
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二）碱基修饰剂
烷化剂：如甲基磺酸乙酯 脱氨基诱变剂：如亚硝酸 其他：如羟胺 修饰碱基，强力诱变剂 在复制中和静止中都可引入突变
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三）插入诱变剂
吖啶橙类： 溴化乙锭：
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一. 光复活修复（photoreactivation）
经紫外线照射后的微生物若立即暴露于可见光下时， 可明显降低其死亡率。
光复活修复：
光解酶 可见光 打开T=T，恢复单体
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二. 错配修复（ mismatch repair ）
在DNA复制后清除错配碱基，受甲基化调控 1. 甲基化酶（亲代链GATC甲基化） 2. mutH、mutL、mutS （未甲基化链上的错配碱基，
DNA分子：转座因子、病毒DNA等 DNA重组酶 修饰酶
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转座因子诱变： 如转座子 Tn5和Tn10 转座子标签技术（transposon tagging） 1）诱变，初筛突变体 2）分离不同表型的突变体 3）分离插入突变的基因
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第五节 DNA损伤的修复
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光复活修复 错配修复 无碱基修复 核苷酸和碱基切除修复 复制后修复
切开一缺口） 3. 外切核酸酶（切除） 4. DNA聚合酶 5. 连接酶
50 100 150 200 250
与某一基因的核苷酸序列有关 基因上的距离
如5mC含量较多
5mC : G
脱氨基
300 bp
T:A
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三. 转座因子
转座导致基因改变
Tn 插入
gene
mRNA
基因序列被破坏
活性肽 无活性的肽
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四. RNA基因组的突变
许多病毒：RNA基因组 突变速率是DNA基因组的1000倍以上 除RNA复制酶的校正外，无过多修复机制
主平板
影印平板筛选技术
影印平板 （完全培养基）
Lys-
有菌落
无. 菌落
使用某种诱变 剂处理的细胞
影印平板 （无赖氨酸培养基）
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抗性选择技术
含药物的培养基
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第三节 自发突变的分子机制
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• DNA复制错误
• 碱基的脱嘌呤或脱氨基作用
• 转座因子
• 重组错误
突变
点突变
碱基置换（转换 颠换） 移码突变（缺失 插入）