基因突变的诱发因子及分子机制综
第十章基因突变B
• 基因突变与氨基酸顺序 同义突变(same sense mutation)：密码子发生改变， 但所编码的氨基酸不变。
错义突变(missense mutation)：DNA中碱基对替换，
使mRNA的某一密码子改变，由它所编码的氨基酸 不同。很多错义突变造成蛋白质的部分或完全失活， 从而表现出突变性状。 无义突变(nonsense mutation)：碱基替换改变了
• 黄曲霉素B1(aflatoxin B1,AFB1) 在鸟嘌呤N-7位置上形成一个加成复合物进而产生 无嘌呤位点。它要求SOS系统参与，SOS越过这些 无嘌呤位点并在其对应处选择性插入腺嘌呤。 AC G TA TG CAT AC G TA TG CAT ＋
AFB1
AC TA TG CAT
复制
复制
adenine
* GATC CTAG
* GATC CTAG
3’ 5’ 3’ 5’
Mismatch correction enzyme excises section of new DNA strand ,including mispaired base.
* GATC CTAG
3’ 5’
DNA polymerase repairs the gap , producing correct Base.
复制 在胸腺嘧啶对应处随意渗入碱基， 引起突变。
紫外线诱发胸苷二聚体
O
H N CH3 H N
O
CH3
UV
H N
O
CH3 CH3
O
H N
O
N
Thymine
H
O
N
Thymine
H
O
N O
4 5 5 6 6
基因突变和表达的分子机制及其与遗传疾病的关系研究
基因突变和表达的分子机制及其与遗传疾病的关系研究随着科学技术的不断提高和深入研究，越来越多的基因突变与遗传疾病之间的关系被添加进生物学的领域。
基因突变影响着基因的表达，从而导致一系列的遗传疾病。
本文将探讨基因突变和表达的分子机制，以及它们与遗传疾病之间的关系。
一、基因突变基因突变是指任何基因序列中的改变，从单个碱基的改变到大片段DNA序列插入/缺失等变异都可能被认为是基因突变。
基因突变中包括了多种类型，如单碱基变异、小片段缺失、拷贝数变异、转座子元件移动等。
基因突变是一个非常广泛的概念，由于基因与疾病之间的联系，基因突变也逐渐成为了一个热门的研究领域。
二、遗传疾病遗传疾病是指由基因突变导致的疾病，它是随着基因突变而发生的一种遗传障碍。
大多数遗传疾病都是在出生之前即已由父母遗传给孩子，因此也被称为先天性疾病。
遗传疾病的类型非常多，比如囊性纤维化、亨廷顿病、单基因病、多基因病等。
三、表达的分子机制基因的表达是指基因被转录和翻译成蛋白质的过程。
细胞中通过转录因子等分子与基因的调控元件进行相互作用，调节基因的表达。
基因的需求调整限制了它们的显性即可表达性，以便了解调节即可影响它们是否被调节。
四、基因突变与遗传疾病的关系遗传疾病是由基因突变导致的一种遗传障碍。
基因突变会影响基因的表达，从而导致一系列的遗传疾病。
例如，在囊性纤维化患者中，因为氯离子通道基因突变，从而导致胰腺等分泌腺管道内液排放的功能障碍，最终出现各种临床表现的症状。
又比如，在亨廷顿病中，延迟复制引起的病因基因突变会影响大脑中某些部分的细胞功能，继而导致神经系统损失和各种症状的出现。
当然，并不是所有遗传疾病都是由于单一突变基因引起的。
有些遗传疾病是由多种因素共同作用引起的。
在这些情况下，基因突变可能只是病因的一部分，并不能完全解释疾病的发生和发展。
五、结论基因突变与遗传疾病的关系非常的紧密。
基因突变的影响不仅限制了基因的表达，还会对细胞、组织和整个生物机体产生影响，导致各种临床表现的症状。
9-基因突变
第十章基因突变(Gene Mutation)复习及导言第一节概念、特性和类别一、基因突变概念二、特性三、类别第二节时期、部位和频率一、突变发生时期和部位二、突变频率第三节机制一、基因突变的方式二、基因突变的机制(一)化学诱变机制(二)物理诱变机制(三)DNA损伤修复中产生突变1.DNA损伤的类型2.DNA损伤修复的方式(四)自然突变机制第四节基因突变诱发、检出和应用一、诱发二、检出三、应用※复习与回顾1. 遗传学概念？研究生物遗传(heredity)与变异(variation)的科学。
2. 遗传的三大规律？分离、自由组合、连锁与交换(含性连锁)三大定律。
3. 这些遗传规律的基础是什么？基因在染色体上，在细胞分裂中的染色体行为，配子竞争及繁殖特点。
4. 基因的结构特点？DNA序列，内含子及外显子，基因连续与否，基因位点固定与否，基因完整与否。
※导言Proface1. 性状变异类型Types of character variation：•(1)遗传变异heritable variation：高秆基因突变成矮杆基因，迟熟基因突变成早熟等，高产与抗病基因的组合。
•(2)不遗传的变异unheritable variation：如环境影响发育而形成的性状变异。
•如何识别？2. 遗传变异发生的主要途径：•(1)突变(mutation)：遗传物质的可遗传改变。
特点：新基因、新性状。
类型：染色体畸变(chromosomal aberration)、基因突变(gene mutation)•(2)重组(recombination)：遗传物质的重新组合。
特点：不产生新基因，但是可产生新基因型、新性状。
※第一节基因突变的概念、特性、类型Section 1. Concept, properties and classification of gene mutation 一、概念 概念：基因内部化学结构的改变，是一个基因(gene)变成它的等位基因(allele)的过程。
基因突变和表达差异的分子机制和影响
基因突变和表达差异的分子机制和影响基因是生命的基本单位，每个人体内的基因组都不尽相同，这种基因差异主要来源于突变和多态性的变异。
其中，基因突变在个体发育和疾病进展等方面具有重要特征，而基因表达差异则通过转录和翻译调控表现出来。
因此，探讨基因突变和表达差异的分子机制和影响是研究生命科学的重要内容。
一、基因突变的分子机制和影响基因突变是指DNA序列中的一种或多种核苷酸发生改变，包括点突变、离散突变和结构变异等等。
这些变异可能影响蛋白质的编码，改变基因的表达或其调节，进而影响个体的发育、行为和病理进程。
突变的起因主要有内源性和外源性两方面。
内源性突变是由DNA复制过程发生错误、DNA修复机制发生障碍或随机DNA损伤所引起；而外源性突变则是由物理性、化学性和生物性因素导致的。
无论内源性和外源性，突变都是随机发生的，等于是基因组的复制和修改过程中的错误。
然而，一些突变可以通过自然选择而得以保留和传承，导致整个种群甚至整个物种的遗传多样性。
基因突变可以对个体生存、生育和衰老等方面产生深远的影响。
例如，单个点突变能够引起遗传病，如囊性纤维化、地中海贫血和癌症等；基因的插入、缺失或旋转等结构变异可以导致染色体畸变和综合症；而基因多态性突变则可能对复杂疾病、药物反应和人口遗传结构产生影响。
二、基因表达差异的分子机制和影响基因表达差异是指同一基因在不同个体、不同细胞、不同时期和不同环境下表现出的表达量、时机和位置差异。
在基因表达调控中，转录因子、DNA甲基化、染色质重塑、剪切和多个非编码RNA等复杂机制参与其中。
转录因子可以结合DNA区域来促进或抑制某些基因的转录，实现基因表达调控过程。
此外，DNA甲基化是一种对DNA修饰，在基因表达方面也扮演着重要角色。
通过添加甲基基团来改变DNA的结构，使得某些基因转录因子不能正确地与DNA互动，进而影响基因表达。
染色质重塑是一种改变染色质构象、从而使得转录因子易于结合的过程。
基因突变及其分子机制概述
转换：DNA分子中的嘌呤被嘌呤或嘧啶被嘧啶替换。
颠换：DNA分子中的嘌呤被嘧啶或嘧啶被嘌呤替换。
A
G
T
C
转换 颠换
碱基图 类似物2 ：分1子-结1构与转 天然4换 种碱基与 结构类颠 似的换 物质。
常见的碱基类似物有5-溴尿嘧啶（BU）和2-氨基嘌呤（AP）
碱基类似物
例如：5-溴尿嘧啶（BU）引起的碱基替换。 正常情况：A=T，酮式BU在酮式 与烯醇式之间转换，结果G≡C A=T。
A
A
G
G
T
BUK
BUE
C
酮式
烯醇式
DNA修饰物：通过化学变化改造DNA分子结 构的物质。其作用与DNA复制无关。
（3）染色体畸变：缺失、重复、易位、倒位
一、基因突变
2.基因突变的特点 1、自发性：自发，随机。 2、不对应性：与环境无关。 3、稀有性：10-9-10-6 4、独立性：某一基因突变不影响其他基因突变。 5、可诱变性：诱变剂提高101-105倍。 6、稳定性：突变可遗传下一代。 7、可逆性：回复突变
二、基因突变及其机制
1、诱发突变：物理、化学和生物的因素，提高突 变率的人为的作法。
三类：亚硝酸、烷化剂、羟胺。
亚硝酸（HNO2）
作用
氧化脱氨基
移码突变
A→H、C→U、G→X NO也有类似的作用。
碱基的置换引起的突变
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
DNA TAC→TAA , TAG TAC → TAT TAC→ TCC
2011-3第三章基因突变
一、自发突变：自然突变 自发突变： 诱发突变： 二、诱发突变：诱导剂作用下而发生 诱导（ 能诱发基因突变的物理、化学、 诱导（变）剂：能诱发基因突变的物理、化学、 生物因素等都称为诱导（变）剂。 生物因素等都称为诱导（ 1.物理因素：紫外线 、电离和电磁辐射 物理因素： 物理因素 2.化学因素：羟胺类 、亚硝酸类化合物 、 2.化学因素： 化学因素 碱基类似物等 3.生物因素 生物因素： 3.生物因素：病毒 、细菌与真菌等
羟胺起的DNA碱基对的改变 羟胺起的DNA碱基对的改变 DNA
2.亚硝酸类化合物 2.亚硝酸类化合物 该类物质可引起碱基的脱氨基作用而造 成原有碱基分子结构及化学性质的改变。 成原有碱基分子结构及化学性质的改变。 例如， 例如，A被脱氨基后即衍生为次黄嘌呤 ）；H将不能与胸腺嘧啶（ 正常配对， （H）；H将不能与胸腺嘧啶（T）正常配对， 转而形成了与C的互补结合。如此一来， 转而形成了与C的互补结合。如此一来，经 DNA复制之后 复制之后， 由原来正常的T 过DNA复制之后，即由原来正常的T-A碱基 对变成了突变的C 对变成了突变的C-G碱基对
野生型：（Wild type） 野生型：（Wild type） ：（ 未突变Gene的细胞或个体，称为野生型。 未突变Gene的细胞或个体，称为野生型。 Gene的细胞或个体 突变热点 (Hot spots of mutation)： mutation)： DNA分子中某些部位的突变频率大大高于 DNA分子中某些部位的突变频率大大高于 平均数，这些部位称为突变热点。 平均数，这些部位称为突变热点。
生殖细胞突变：突变基因可通过有性生殖遗 生殖细胞突变：突变基因可通过有性生殖遗 传给后代，并存在于子代的每个细胞里， 传给后代，并存在于子代的每个细胞里，从 而使后代的遗传性状发生相应改变。 而使后代的遗传性状发生相应改变。 体细胞突变：突变基因可传递给由突变细胞 体细胞突变：突变基因可传递给由突变细胞 分裂所形成的各代子细胞， 分裂所形成的各代子细胞，在局部形成突变 细胞群而成为病变甚至癌变的基础。 细胞群而成为病变甚至癌变的基础。但不会 传递给后代。 传递给后代。
基因突变
第二代(M２)
1DD : 2Dd :
第三代(M３) DD 1DD:2Dd:1dd dd
（二）大突变和微突变的表现
１大突变:突变效应明显,一般是控制质量性状的基因突变。 ２微突变:突变效应微小,一般是控制数量性状的基因突变。 １＜２,因而在育种中要特别注意微突变的分析和选择。
二、基因突变的鉴定
１判断是否是真实的基因突变； ２判断突变的显隐性； ３突变的发生率； １）利用花粉直感现象估算配子突变率； ２）根据出现的突变体占总个体数的比例。 异地鉴定。 杂交试验。
遗传变异的性状 黑麦 小麦 大麦 生活方式 冬性 + + + 春性 + + + 半冬性 + + + 熟性 晚熟 + + + 早熟 + + + 生态型 + + + 湿生型 旱生型 + + + 抗寒性 + + + 弱 + + + 强 对肥料的反应 敏感 + + + 不敏感 + + + 燕麦 黍 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 玉米 + + + + + + + + 高粱 + + + + + + + + + 水稻 + + + + + + + + +
微生物的基因突变
.
21
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
.
22
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
.
23
210位突变
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
.
16
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
.
17
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
.
18
突变数 10 20 30 40
突变热点
.
43
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
.
44
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
.
40
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
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
生物学中基因突变的发生和作用机制
生物学中基因突变的发生和作用机制【前言】基因是生物的遗传物质，其决定着生物的遗传特征、生长发育和代谢活动等。
而基因突变则是影响基因表达和功能的重要因素，本文将从基因突变的发生及其作用机制两个方面进行阐述。
【正文】一、基因突变的发生机制1.自发性突变自发性突变即在基因复制过程中，由于DNA复制不完全或外源因素影响，导致DNA序列发生改变。
自发性突变主要包括：(1)碱基替换：一个碱基被另一种碱基取代，如C（鸟嘌呤）被T（胸腺嘧啶）取代，A（腺嘌呤）被G（鸟嘌呤）取代等。
(2)缺失和插入：在DNA序列中出现碱基缺失或插入。
缺失和插入可导致基因的移框或延长。
(3)反转和重复：反转即DNA链的反向重组，重复即某一区段的多次重复。
反转和重复可导致基因错配和置换。
2.诱发性突变诱发性突变是指在生物体内或外，由人工或自然因素诱发的基因突变。
诱发性突变的主要来源有：(1)化学物质：环境污染物、药物及食品添加剂等有害化学物质，可导致突变发生。
(2)物理因素：高能射线、紫外线等物理因素的暴露，也可导致基因突变的发生。
(3)生物因素：病毒、细菌、真菌等生物因素也可诱发基因突变的发生。
二、基因突变的作用机制基因突变对生物的遗传特征、生长发育和代谢活动等产生影响的机制主要有以下两种：1.表达水平的变化基因突变的表达水平变化主要包括三方面：(1)完全失去功能：如发生DNA插入或缺失导致基因丧失功能。
(2)部分失去功能：如发生单个碱基替换或其他不同类型的突变，使得蛋白质的结构发生改变，导致部分功能丧失。
(3)增强功能：如发生某些转录因子识别位点的突变，可增加基因的活性，使得相应的蛋白质产生量增加。
2.结构水平的变化基因突变的结构水平变化主要指基因序列的改变，造成新的基因表达。
结构水平变化分为两种情况：(1)新的基因产生：基因重组或逆转录过程中，将不同基因的部分或全部转移到新的位置，产生新的基因。
(2)等位基因产生：同一基因的不同等位基因，是由于基因突变，造成DNA序列的差异而产生的。
基因突变的机制
转换：DNA链中的一个嘌呤被另一个嘌呤或是一个嘧 啶被另一个嘧啶所置换。 颠换：一个嘌呤被另一个嘧啶或是一个嘧啶被另一 个嘌呤所置换。
碱基替换对遗传信息的影响
(1）同义突变（cosense mutation）：由于一个氨基酸可有 二种以上的三联体密码编码。因此，DNA分子中碱基对的 取代，虽然可导致某一密码子的改变，但它所编码的氨基 酸仍然不变，这种突变称同义突变。同义突变在表型上无 法识别，因为核苷酸序列的变化，并未引起其基因的产 物——蛋白质的一级结构发生变化。 （2）错义突变：DNA分子中碱基对的取代，导致了某一密码 子的被另一种氨基酸的取代称错义突变，这种突变可使蛋 白质结构改变，最终可能使蛋白质分子完全失活或部分失 活，并在突变体的表型上表现出来。
基因突变的机制
基因突变的原因是多种多样的，可以是自发 的或诱发的，诱变又可分为点突变和畸变。 具体类型可归纳如下：
突变的类型
碱基的置换 它只涉及一对碱基被另一对碱基所置 换，也称为点突变（point mutation）。由于DNA 分子中有四种碱基，故可能出现4种转换和8种颠 换。在自然发生的突变中，转换多于颠换。
（3）嵌入染料：吖啶橙、原黄素等染料。 它们可以插入到DNA 的碱基之间，使碱基对间的 距离撑大约一倍，正好占据了一个碱基的位置， 嵌入染料插入碱基重复位点处，可造成两条链错 位，在DNA复制时，新合成的链或者增加核苷酸加 入或者使核苷酸缺失，造成移码突变。
3、生物因素：生物诱变因素主要指病毒。 转导诱发突变：(1）噬菌体病毒的侵染(2）动植物病毒的 侵入 转化诱发突变：外源DNA→受体细胞→基因重组 转座诱发突变：DNA序列通过非同源是方式，从染色体某 一部分转移到同一染色体另一部分或其它染色体某一部分 的现象称为转座。由于转座因子中基因编码的转座酶能识 别受体DNA分子中的靶序列，它可把靶序列切成两条单链 并使转座因子的一条链与靶序列的与靶序列一条链相连接， 另一条链与靶序列相反一端的另一条链连接。形成的单链 缺口可经DNA聚合酶1的作用而合成，再经DNA连接酶的作 用而缝合，于是，随着转座因子的插入就使靶序列得到了 复制。现已知道，在玉米、果蝇等生物中发生的一些典型 突变就是由于这类可移动DNA序列的插入所引起的。
基因突变的诱发因素和分子机制
基因突变的诱发因素及分子机制摘要：基因突变（gene mutation）是指染色体上的某一位点发生了化学变化，也称为点突变（point mutation），它通常可引起一定的表型变化。
广义的突变包括染色体畸变和基因突变，狭义的突变专指点基因突变。
实际上微小的染色体崎变和点突变界限并不明确。
基因突变的发生和DNA复制、DNA损伤修复、癌变和衰老都有关系，它也是生物进化的重要途径。
基因突变是DNA分子上微小的改变，它是由于碱基的替换、增添、缺失造成的。
基因突变既可在自然界自发产生，即自发突变（spontaneous mutation），也可人为地施加物理或化学因素诱发产生，即诱发突变（induced mutation）。
现已知引起自发突变原因主要有：外界环境的影响：自然界中的各种射线（如宇宙中短波幅射、土壤中放射性元素等）都会引起基因突变。
但由于宇宙射线在到达地球前被大气层基本消耗了，因此作用不大。
温度的剧烈变化是另一种诱变因素。
有人曾认为温度骤变是还阳参Crepis 自发突变的原因。
一般情况下，突变率随温度的升高而增加。
生物自身产生的诱变物质的作用：在用H2O2处理生物时，加入过氧化氢酶可以降低诱变作用，如果同时再加入氰化钾（KCN）则诱变作用大幅度提高，这是因为KCN是过氧化氢酶的抑制剂。
而生物体内在代谢的过程中，经常要产生一些中间产物，如过氧化物。
在长久储藏的洋葱和烟草等种子中也曾经得到具有诱变作用的抽提物。
原因是长久贮存的种子细胞内发生了化学变化，积累了许多有害物质，它们都可作为诱变剂发挥作用。
碱基的异构互变效应：天然碱基结构类似物（如5-溴尿嘧啶）能错误地参入DNA，然后，酮式和烯醇式之间的异构互变可导致基因突变。
而生物体的其他物质也有此种情况，如氨基和亚氨基之间的异构互变同样能引起自发突变。
诱发突变（induced mutation）又称为人工诱变，简称为诱变，它是指人为地对生物体施加物理或化学因素所引起的突变。
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。
基因突变的分子机制
基因突变的分子机制
基因突变是指基因序列中的变化，可以发生在DNA的单个核苷酸（碱基）的改变、添加或删除，或者涉及更大的基因片段的重排。
这些突变可以影响基因的功能和表达，从而对个体的遗传特征和疾病易感性产生影响。
以下是几种常见的基因突变的分子机制：
1.点突变（点突变）：点突变是指DNA序列中的一个或多个核苷酸的改变，包括碱基置换、插入和缺失。
这些突变可能导致错义突变（改变密码子编码的氨基酸）、无义突变（导致早停密码子）、同义突变（不改变编码氨基酸）等。
2.缺失和插入突变：这些突变导致基因序列中的一个或多个核苷酸的插入或缺失。
这种突变会改变编码的氨基酸序列，可能导致错义突变、移动密码子或导致早停等。
3.整合/剪切位点突变：这些突变会影响基因的转录和剪接过程。
例如，剪接位点突变可能导致剪接错误或剪接缺失，影响有功能的mRNA的生成。
4.染色体结构变异：这种突变涉及到基因组水平的重排和重组，如染色体片段的删除、倒位、复制或易位等。
这些结构变异可以导致基因的位置改变、基因副本数的变化等，从而影响基因的功能和表达。
5.甲基化和表观遗传突变：除了DNA序列本身的变化，基因表达还受到DNA甲基化和其他表观遗传修饰的影响。
这些修饰可以调控基因的转录和表达，突变可能导致甲基化模式的改变，从而影响基因的正常调控。
遗传学6第五章基因突变
为什么有害的基因突变多？
为什么基因突变的有利或有害是相 对的？
五、基因突变的平行性
亲缘关系相近的物种因遗传基础 比较近似，往往发生相似的基因 突变。这种现象称为突变的平行 性
根据一个物种或属内具有的变异 类型，就能预见到近缘的其他物 种或属也同样存在相似的变异类 型
第三节基因突变与性状表现
一、基因突变的性状变异类型
1、碱基类似物
能替换DNA分子中原有碱基的碱基类似 物：5–溴尿嘧啶(5-BU)、2—氨基嘌 呤(2-AP/AP) 这些碱基类似物常能参入到DNA分子中 去，好像是它的正常组成成分。它们 对DNA的复制影响不大，而是在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。
5BU与T基本相同 以酮式状态和 腺嘌呤配对： A–5BUk 酮式结构常转 移成烯醇式与 G配对:G–5BUe
四、基因突变的有害性和有利性
大多数基因的突变，对生物
的生长和发育往往是有害的。
致死突变：导致个体死亡的突变 伴性致死：致死突变发生在性染色体上 中性突变：有些基因仅控制一些次要性
状，即使发生突变，也不会影响生 物的正常生理活动 有利突变：少数突变不仅对生物的生命 活动无害，反而对它本身有利，例 如抗病性，优质，早熟性等
某种高秆植物经理化因素处理，在其 后代中发现个别矮秆植株，这种变异 体究竟是基因突变的结果，还是因土 壤瘠薄或遭受病虫为害而生长不良的 缘故？
1、是否是真正的突变
→将变异体与原始亲本一起，种植在土 壤和栽培条件基本均匀一致的条件下 ，仔细观察比较两者的表现。
→若变异体跟原始亲本都是高秆，说明 它是不遗传的变异
例如，碱基的缺失、插入
…GAA GAA GAA GAA…谷
突变造成疾病的基因的分子调控机制
突变造成疾病的基因的分子调控机制突变是造成疾病的一个主要原因，因为突变会导致基因的正常功能失调，进而引发异常。
而在突变造成疾病的基因中，一些基因的分子调控机制是十分关键的。
本文将针对这一问题进行探讨。
一、基因的调控机制首先，需要了解基因的调控机制。
基因的调控是指细胞如何控制基因表达。
基因表达是指细胞将基因的信息转化为功能蛋白质的过程。
这个过程需要经过多个步骤，其中调控机制就是其中关键的环节。
基因的调控机制可以分为转录调控和转录后调控两类。
转录调控主要是控制基因的转录速度，而转录后调控则是控制已经转录出来的mRNA（信使RNA）的表达水平以及蛋白质的翻译速度。
这些过程都需要基因调控因子参与。
二、基因突变的影响基因突变是指基因DNA序列的改变。
通常情况下，DNA序列的改变会导致蛋白质序列的改变，从而影响其功能。
基因突变可以分为缺失、替换和插入三类。
其中，替换突变指的是基因中一个碱基被替换成了另一个碱基；插入突变和删除突变指的是基因中出现了新的碱基或者减少了一些原有的碱基。
这些突变都会影响基因的表达水平。
三、基因的分子调控机制下面，我们将介绍一些基因的分子调控机制，这些机制都是突变造成疾病的基因的关键调控机制。
1. miRNA调控miRNA（microRNA）是一种非编码RNA，它可以通过结合到mRNA上来抑制其翻译。
也就是说，miRNA可以通过调控转录后水平来控制基因的表达。
很多研究表明，在某些疾病中，miRNA的异常表达会导致基因的表达异常。
例如，在某些肿瘤中，miRNA的表达水平会发生变化，从而导致肿瘤细胞的异常增殖。
2. 转录因子调控转录因子是一类能够结合到DNA上调控基因转录的蛋白质。
它们可以通过结合到基因的启动子或者增强子上来促进或者抑制基因的表达。
比如，在糖尿病中，胰岛素转录因子可以调控胰岛素的表达，从而影响血糖水平。
3. 染色质修饰染色质修饰是指通过化学修饰染色质来调控基因的表达。
常见的染色质修饰包括乙酰化、甲基化和磷酸化等。
第十章基因突变
第十章基因突变基因突变是指染色体上某一基因位点内部发生了化学性质的变化，与原来基因形成对性关系。
第一节基因突变的时期和特征基因突变在自然界广泛地存在。
由于基因突变而表现突变性状的细胞或个体，称为突变体，或称突变型。
1、基因突变的时期突变可以发生在生物个体发育的任何时期，亦即体细胞和性细胞都能发生突变。
基因突变通常是独立发生的，某一基因位点的这一等位基因发生突变时，不影响其它等位基因。
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。
2、基因突变的一般特征(一)突变的重演性和可逆性同一突变可以在同种生物的不同个体间多次发生，这称为突变的重演性。
基因突变象许多生物化学反应过程一样是可逆的，在多数情况下，正突变率总是高于反突变率。
(二)突变的多方向性和复等位基因基因突变的方向是不定的，可以多方向发生。
例如，基因A可以突变为a，也可以突变为a1、a2、a3、……等。
a、a1、a2、a3、……对A来说都是隐性基因，同时a、al、a2、a3、……等之间的生理功能与性状表现又各不相同。
位于同一基因位点上的各个等位基因在遗传学上称为复等位基因。
(三)突变的有害性和有利性大多数基因的突变，对生物的生长和发育往往是有害的。
极端的会导致死亡，这种导致个体死亡的突变，称为致死突变。
突变的有害性是相对的，而不是绝对的。
(四)突变的平行性亲缘关系相近的物种因遗传基础比较近似，往往发生相似的基因突变。
这种现象称为突变的平行性。
第二节基因突变与性状表现一、显性突变和隐性突变的表现基因突变是独立发生的，一对等位基因一般总是其中之一发生突变，另一个不同时发生突变。
基因突变表现世代的早晚和纯化速度的快慢，因显隐性而有所不同。
在自交的情况下，相对地说，显性突变表现的早而纯合的慢(在第一代就能表现，第二代能够纯合，而检出突变纯合体则有待于第三代)；隐性突变与此相反，表现的晚而纯合的快(在第二代表现，第二代纯合，检出突变纯合体也在第二代)。
基因突变
基因突变基因突变发生的时期：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：性细胞在减数分裂末期对外界环境条件的敏感性较大；性细胞发生的突变可以通过受精过程直接传递给后代。
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需及时与母体分离无性繁殖经有性繁殖传递给后代。
许多植物的―芽变‖就是体细胞突变的结果：发现性状优良的芽变及时扦插、压条、嫁接或组织培养繁殖和保留。
芽变在农业生产上有着重要意义，不少果树新品种就是由芽变选育成功的，如：温州密桔温州早桔。
但芽变一般只涉及某一性状，很少同时涉及很多性状。
4．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，即等位基因中两个基因不会同时发生突变(AA，aa)。
三、基因突变的一般特征：㈠、突变的重演性和可逆性:1.重演性：同一生物不同个体间可以多次发生同样的突变。
2.可逆性：显性基因A通过正突变(u) 形成的隐性基因a 又可经过反突变(v) 又形成显性基因A。
3．多方向性：基因突变的方向不定，可多方向发生：如A a，可以A a1、a2、a3、…都是隐性。
a1，a2，a3，… 对A来说都是对性关系，但其之间的生理功能与性状表现各不相同。
4．复等位基因：指位于同一基因位点上各个等位基因的总体。
复等位基因并不存在于同一个体中(同源多倍体除外)，而是存在于同一生物群内。
如人类血型ABO系统。
复等位基因的出现增加生物多样性提高生物的适应性提供育种工作更丰富的资源使人们在分子水平上进一步了解基因内部结构。
1．突变的有害性：多数突变对生物的生长和发育往往是有害的。
某一基因发生突变长期自然选择进化形成的平衡关系就会被打破或削弱进而打乱代谢关系引起程度不同的有害后果一般表现为生育反常或导致死亡。
2．致死突变：即导致个体死亡的突变。
致死基因（lethal alleles）：指可以导致个体死亡的基因，包括隐性致死基因（recessive lethal alleles）和显性致死基因（dominant lethal alleles）。
基因突变及其机制
隐性遗传
突变基因为隐性基因，需要双亲都携带突变等位基因 才能表现突变。
性联遗传
突变基因位于性染色体上，导致男性和女性遗传模式
多基因遗传
多个基因共同决定了一种性状的表现，突变可能涉及
基因突变的检测方法
基因组测序
通过测序技术检测DNA序列，以 发现突变和基因变异。
聚合酶链式反应
一种迅速扩增特定DNA片段来检 测突变的分子生物学技术。
突变的分子机制
1
错误复制
在DNA复制过程中，错误地插入了错误的核苷酸，导致突变。
2
化学改变
环境中的化学物质或代谢产物可以改变DNA分子的结构，导致突变。
3
基因组稳定性损害
DNA损伤修复机制的缺陷可能导致DNA序列的改变，引发突变。
基因突变的遗传方式
显性遗传
突变基因为显性基因，只需一个突变等位基因即可表 现突变。
基因突变及其机制
基因突变是一种遗传变异，通过不同种类、不同原因和不同机制引发，具有 重要的生物学意义和广泛的应用价值。
基因突变的定义
1 点突变
2 插入突变
一种基因突变类型，涉及基因组DNA中的单个核 苷酸的改变。
一种基因突变类型，涉及将额外的DNA序列插入 到基因组中的特定位置。3 缺失突变源自4 倒位突变蛋白质分析
通过分析蛋白质的结构和功能来 评估基因突变的影响。
基因突变的意义和应用
遗传疾病研究
突变的发现有助于了解遗传疾病的发病机制，为治 疗提供新的靶点。
个体化医学
利用基因突变信息，为个体提供定制的医疗策略和 药物治疗方案。
进化研究
通过研究突变在进化过程中的作用，揭示生物多样 性的形成与演化。
基因工程
分子生物学第3章基因突变
• 片段突变
– 动态突变（dynamic mutation）
一、静态突变
• 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 生的基因突变。可分为点突变和片段突 变 。
（一）点突变（point mutation）
• 点突变: DNA链中一个或一对碱基发生的 改变。它有两种形式：碱基替换和移码突 变。
• （3）终止密码突变（terminator codon mutation）
DNA分子中的某一个终止密码突变为编 码氨基酸的密码，从而使多肽链的合成 至此仍继续下去，直至下一个终止密码 为止，形成超长的异常多肽链。
（4）错义突变（missense mutation）
碱基替换使编码某种氨基酸的密码子变成编码 另一种氨基酸的密码子，从而使多肽链的氨基 酸种类和序列发生改变。
• 化学因素：
– 改变碱基结构 – 以碱基类似物掺入DNA分子，改变DNA结构。
• 生物因素：
– 某些真菌或细菌的毒素可诱发突变。 – 一些病毒的DNA或逆转录DNA整合到宿主DNA中。
根据基因突变发生的原因，可将突变分为 自发突变和诱发突变。
• 在自然条件下，未经人工处理而发生的突 变为自发突变（spontaneous mutation）。 • 经人工处理而发生的突变是诱发突变 （induced mutaion）。 • 能诱发基因突变的各种内外环境因素统称 为诱变剂（mutagen）。
第三章基因突变 Gene Mutation
第一节 基因突变的一般特性
• 基因突变的概念： • DNA分子中的核苷酸的组成或顺序发生 改变，导致遗传密码编码信息改变，造成 基因的表达产物——蛋白质的氨基酸变化， 进一步引起表型的改变，这个过程称为基 因突变 gene mutation。
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基因突变的诱发因子及分子机制综述摘要基因突变可以自发突变，也可以通过其他因素诱发突变，包括物理因素突变、生物因素突变、化学因素突变，使DNA上碱基对的改变和碱基对的插入或缺失，而使基因发生突变。
关键词：基因突变、诱发突变、DNA、核苷酸、碱基替换引言基因突变是指基因组DNA分子发生的突然的可遗传的变异。
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，但这种隐定性是相对的。
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。
正文引起基因突变的诱因很多，凡能诱发生物体变异的理化条件统称为诱变因素。
（一）自发突变的诱因自发突变是指自然存在的而非人工诱发的一类突变，人类基因的自发突变频率在1.0×10-5～1.0×10-8之间，人体单基因病大多为自发突变的结果。
例如，英国维多利亚王族的血友病，就是一种基因的自发突变。
关于自发突变的原因，目前还不太清楚，可能与外界因素和内部因素有关，自发突变很早就为人类所发现，在家养动物和栽培植物中，时常有突变体出现。
1910年，Morgan 用白眼果蝇证明了伴性遗传现象。
生物体内某些生理过程中产生的有关化学物质对自发突变也有相当重要的影响。
支持这一论点的证据有：1、植物的种子贮藏久了，常增加突变率。
例如，金鱼草的自发突变率大约是1%（包括所有的座位，若每个基因的突变率为1×10-5，则一个配子中有10000个座位的话，即为1%），但种子贮藏6-9年以后，突变率为1.6-5.3%，贮藏10年以后，可达14.3%。
2、把番茄种在很干燥的条件下，提高细胞的渗透压，以后从它们的F2和F3中可以分离出许多突变体来。
人工诱发基因突变可以大大提高突变率。
1927年，Muller用X-ray处理果蝇精子，首开人工诱变的先河。
以后，陆续发现了很多种人工诱变方法。
这些诱变因素大致上可以分为两大类：物理的、化学的。
（二）诱发突变的因素1.物理诱变因素辐射包括X—射线、α—射线、γ—射线以及中子、质子。
辐射线所含的能量愈大，诱变效率愈高，其中X—射线、γ—射线等是能量极高的辐射，能使轨道上的电子脱离原子，造成电离，又称为电离辐射。
（1）.电离辐射诱变包括α射线、β射线和中子等粒子辐射，还包括r射线和χ射线等电磁波辐射。
中子的诱变效果最好。
根据辐射（照射）的方法，可分为“内”和“外”照射。
电离辐射致变的机理构成基因的化学物质的分子都是由原子构成的，原子又由数量相等的质子和电子构成。
当电离辐射的射线碰控制基因任何分子时，照射的能量使原子外围的电子脱离轨道，原子从中性变为带正电荷的离子，产生“D的发电离”。
射线进一步照射，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，即“次维电离”，“次级电离”轻则造成基因分子结构改组，产生新基因，重则使染色体结构变异（断裂等）。
辐射剂量越大，原发电离数就越多，→次级电离就越重→基因突变率就越高。
（2）.非电离辐射诱变射线种类：紫外线作用机理：由于能量较低，不足的使原子电离，只能产生激发作用，造成基因分子链的离折，结果这些离折的基因在重新组合时，不免发生差错，出现突变。
Ultra violet最有较的波长为2600A0左右。
即DNA吸收波长，一旦DNA吸收，促使离折→突变。
Ultra violet的适用范围30%的UV可以穿透玉米花粉壁，8%可穿过鸡蛋的卵黄膜。
这样低的穿透力很难保证试验群体中每一个细胞都接受同样的辐射量。
2.化学因素诱变化诱物质的种类与作用机理（1）烷化剂甲基磺酸乙酯[EMS，CH3SO4（OC2H5）]等。
它们都有含有一个或多个不稳定的烷基（C2H5），这些烷基能移到电子密度较高的其他分子中去，这种通过烷基置换其它分子的氢原子的作用，叫做烷化作用。
（2）碱基类似5-溴尿嘧啶（Bu）、5-溴脱氧尿核苷（BudR）、2-氨基嘌呤（Ap）等。
前二者是胸腺嘧啶（T）的类似物，后一种是腺嘌呤（A）的类似物。
它们在不妨碍基因复制的情况下作为组成基因的成分参入到基因分子中去。
由于它们与碱基不同，它们会在复制时发生偶然配对上的差错，从而导致基因突变。
（3）抗生素重氨丝氨酸、丝裂霉素C，它们具有破坏基因分子结构的能力，因而造成染色体的断裂。
3.生物诱变因素生物诱变因素主要指病毒。
如麻疹病毒、风疹病毒、疱疹病毒等，它们产生的毒素和代谢产物，如黄曲素等都有诱变作用。
（三）诱变机制1物理诱变机制（1）.电离辐射：高能射线如X射线、α、β、γ射线、中子流等可导致原子电离，引起化学键断裂，进而产生突变。
两个作用途径:1)直接使DNA链断裂，修复中连接错误，造成突变。
2)使环境中物质如水等电离，形成自由基，导致核苷酸被修饰，引起突变（2）.紫外线不能引起原子电离，但可引起T T聚合成二聚体TT，使DNA结构局部变形，引起复制错误，或在修复中出现错误，引起突变1 化学诱变机制（1）碱基类似物诱导替换突变最常见：5-溴尿嘧啶(5-BU)，类似于T。
异构体：酮式烯醇式配对形式：BU=A BU≡G2-氨基嘌呤(AP)，类似于A异构体：酮式烯醇式配对形式：AP=T AP≡C机制：可在DNA复制中，代替天然碱基，然后由于其配对的不稳定性，在下一次的DNA复制中导致碱基替换突变。
（2）.化学修饰及其诱变机制1)亚硝酸的脱氨作用：A→次黄嘌呤(H)，C→U，G→黄嘌呤(X)2)烷化剂如氮芥子气(NM)、乙烯亚氨(EI)、硫酸二乙酯(DES)等的烷基化作用：G→mG，类似于A; mG脱嘌呤作用引起缺失;烷化剂与磷酸结合引起DNA 断裂;在DNA链间形成交联，引起核苷酸被切除或丢失。
3)羟氨的羟基化作用：C羟化后类似于T，导致G≡C→A＝T（四）突变类型1.大损伤染色体畸变中，染色体结构的改变。
如 DNA中大段缺失或增加所造成的变化。
2.点突变一个基因内部的一个或少数几个核苷酸的增加、缺失或取代。
3.碱基置换碱基置换是指DNA分子结构中一种碱基被另一种碱基所代替，使遗传密码子的组成发生的变化，其结果会影响该基因所决定的蛋白质的组成，有的则不起作用。
1．碱基替换碱基替换是指一种碱基被另一种碱基所替代。
当DNA分子中一个嘌呤被另一个嘌呤、或者一个嘧啶被另一个嘧啶所替代时，称为转换(transition)；而嘌呤与嘧啶之间的替换称为颠换(transversion)。
碱基替换改变了原有DNA核苷酸的顺序，对多肽链中氨基酸顺序产生影响，导致同义突变、错义突变或无义突变。
同义突变(same sense mutation)，虽然DNA组成变了，某一密码子不同了，但在多肽链中仍插入同一氨基酸。
例如DNA中一个碱基的替换，使mRNA上的密码子由GAU变为GAC，由于密码子GAU和GAC都为携带天冬氨酸的tRNA分子所识别，插入到多肽链相应位置上仍是天冬氨酸。
错义突变(missense mutation)时，DNA中碱基替换，使mRNA的某一密码子改变，由它编码的氨基酸就不同了。
例如，DNA中碱基对T-A被G-C代替，使mRNA中编码色氨酸的三联体UGG改变为GGG，GGG是甘氨酸的密码子，因而被带有甘氨酸的tRNA所识别，插入到多肽链中的不是色氨酸而是甘氨酸了。
无义突变(nonsense mutation)为编码区的单碱基突变导致终止密码子(TAG、TGA或TAA)的形成，使mRNA的翻译提前终止，肽链的延长停止，形成不完全的肽链，因而其产物一般是没有活性的。
2．移码突变在DNA分子中插入或缺失一个到数个(非3的倍数)碱基时，将会使插入或缺失点以后的所有密码内容改变，从而在翻译水平上引起多肽链的氨基酸顺序也完全改变，这种突变叫做移码突变(frameshiftmutation)。
碱基替换引起氨基酸序列的改变，将导致蛋白质活性和功能的不同程度的丧失：一般来说，性质相似的氨基酸替换对蛋白质功能的影响较小；而不同性质的氨基酸的相互替换则可能强烈地影响蛋白质的功能特性。
在自发突变中，移码突变占比例很大，移码突变由于能引起蛋白质分子的全部改变，或形成不正常的蛋白质，因而造成的影响通常很大。
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