基因突变讲解演示课件
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65
第二节 突变类型
突变体(mutant)：携带突变的生物个体或群体或株系
突变基因(mutantgene): 存在突变位点的基因
表现型 Arg+ 野生型基因（wild type gene）：
基因型 arg+
Argarg-
野生型 突变性状
66
从突变作用来源上定义
自发突变－－自然界的突变剂或偶然复制错误 自发损伤、碱基氧化损伤、DNA复制错误等 动态突变 －－基因组内一些简单串联重复序列的拷贝数在每次
DNA： mRNA： Pr ：
ACC → ATC UGG → UAG Trp →终止
55
(四)终止密码突变
当DNA分子中一个终止密码发生突变，成为编码氨基酸的密码子时，
多肽链的合成将继续进行下去，肽链延长直到遇到下一个终止密码子时
方停止，因而形成了延长的异常肽链，这种突变称为终止密码突变
（termination codon mutation），这也是种延长突变（elongtion
聚合酶、连接酶
74
4. 易错修复（SOS repair）
SOS 修复－－无模板指导的DNA复制 大剂量的紫外线照射，大量的二聚体产生
SOS系统诱导，错误潜伏的复制超越 二聚体而进行 错误碱基
75
当DNA复制受阻/ DNA damaged 细胞内原少量表达的RecA-p
与S.S, DNA结合
修复损伤
mutation）。
56
(五)抑制基因突变
当基因内部不同位置上的不同碱基发生了两次突变，其 中一次抑制了另一次突变的遗传效应，这种突变称为抑制基 因突变（suppressor gene mutation）。
57
三、化学诱变因素及其机理
（一）碱基类似物诱发突变
1.碱基类似物：一种化合物的分子结构与4种天然化合物的结构 类似，在化学反应中取代了天然化合物，引起错误配对，从而由一 个碱基对代替另一个不同的碱基对。
2、烷化剂：
一类具有一个或多个活性烷基的化合物。并不掺入DNA而是通过改变碱 基的结构从而引起特异性错配
芥子气、硫酸二乙酯（DES）、甲基磺酸乙酯 （EMS）、乙烯亚胺（EI）、亚硝基胍等。
63
3、羟胺（HA）： 是一种还原剂，可将胞嘧啶（C）上的氨基变为醇基，使C与A配
对，从而是GC对转换为AT对。
第十三章 基因突变与DNA损伤修 复
1
从SARS说起
2
甲型H1N1流感病毒
3
基因突变的概念
什么是突变？
4
产生新基因源泉之一
S、M蛋白基因突变
普通冠状病毒 -------------------SARS 病毒
H、N蛋白基因突变
普通流感病毒 -------------------甲H1N1 病毒
的多肽链中一个氨基酸被另一氨基酸所取代，这种情况称为错义突变。
DNA： ACC → CCC
mRNA： UGG → GGG
Pr ： Trp → Gly
色氨酸 甘氨酸
54
(三)无义突变
当单个碱基置换导致出现终止密码子（UAG、UAA、UGA） 时，多肽链将提前终止合成，所产生的蛋白质（或酶）大都 失去活性或丧失正常功能，此种突变称为无义突变（nonsense mutation）。
马铃薯薯块颜色变异
苹果体细胞突变
46
第一节 点突变及其分子基础
一、基因突变的种类
从DNA碱基顺序改变来分，突变一般可分为碱基 置换突变、移码突变、整码突变及染色体错误配对 和不等交换4种。
47
(一) 碱基替(置)换突变
一个碱基被另一碱基取代而造成的突变称为碱基替(置)
换突变。凡是一个嘌呤被另一个嘌呤所取代，或者一个嘧啶
----TT-------AA----
----TT-------AA----
可见光激活
• 复制前、不容易出错 • 400 nm 蓝光、PR 酶 (photo-reactivation enzyme) 光敏裂合酶（photolyase）
----TT-------AA----
PR
----TT-------AA----
常见的碱基类似物有5-溴尿嘧啶（BU）和2-氨基嘌呤（AP）
58
5-溴尿嘧啶（BU）是胸腺嘧啶（T）的结构类似物引起的碱基替换。
正常情况：A=T，酮式BU=A，烯醇式BU≡G（少见），当BU参与DNA复 制时，BU在酮式与烯醇式之间转换，结果G≡C A=T。
A A GG T B U K B U E C
60
（二）DNA修饰物（碱基作用物）诱发突变
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。
三类：亚硝酸、烷化剂、羟胺。
61
1、亚硝酸（HNO2）
是一种很有效的诱变剂，已知可以引起许多生物的突变，如烟
草花叶病病毒，T２、T４和E.coli等。
作用
氧化脱氨基 移码突变
22
不同颜色的金鱼草花朵
月季的红花和白花
23
水稻叶耳变异 水稻叶形变异
24
水稻粒色变异
25
水稻穗部变异
26
水稻颖壳变异
27
株高突变
28
小麦耐盐突变
大麦抗性突变
29
彩色棉
30
玉米叶色变异
31
玉 米 雄 穗 颜 色 变 异
32
多 穗 玉 米
玉米分支
33
柑橘无籽变异
苹果熟色变异
34
减 数分裂或体细胞有丝分裂过程中发生的改变，进 而造成遗传物质不稳定状态的突变
67
动态突变与人类相关遗传疾病 ——
亨廷顿氏舞蹈症
肌强直性营养不良
脆性X综合征
68
第三节
DNA损伤修复
69
一、嘧啶二聚体的产生
C
C
CC 相邻的胸腺嘧啶
CC CC 胸腺嘧啶二聚体
70
二、二聚体修复的机制
1、光复活（photo reactivation ）
77
人的着色素性干皮病病人（XP）缺乏 修复能力易患皮肤癌。
78
第四节 基因突变的检测
1、限制性酶切片段长度多态性分析法（RFLP） 2、单链构象多态性（SSCP） 3、DNA直接测序
79
5
月见草
6
玫瑰1
7
玫瑰2
8
2004年7月报道， 日本用14年育出的蓝玫瑰
9
10
乌纳塔恩综合症
11
人类女性多毛症
12
不同皮色的老鼠
13
不同肤色的蛇
14
不同眼色的果蝇
15
16
翅膀羽毛的变化
17
孔雀翅膀羽色的变化
18
猫耳朵的变异
蜜蜂绿眼突变
19
20
白化变异
21
娃娃鱼体色突变
71
2. 切除修复 Exision—Repair
• 复制前进行 • 不易出错
碱基切除修复 核苷酸切除修复 核
苷 酸 切 除 修 复
碱基切除修复
72
AB
B A
切
A B
补
PolІ 螺旋酶
连接酶
封
C
切
A BC
C 螺旋酶
AB
73
3. 重组修复（Recombinative—Repair）
二聚体后起始 RecA
玉米不同类型（亚种）
35
玉米马齿种
玉米硬粒种
玉米甜质种
36
玉米糯质种
米粉质种
玉米爆裂种
37
玉米有稃种
38
玉米甜与非甜分离 玉米籽粒颜色突变
39
果穗中下部带有苞叶
玉米短花须突变
40
大豆皮色变异
41
苹果熟期变异
牛舌草白色突变
42
花色体细胞突变
43
不同颜色的牵牛花
44
柑桔体细胞突变
45
来的密码子移位，导致在插入或丢失碱基部位以后的编码都发生了相应
改变。移码突变造成的肽链延长或缩短，取决于移码终止密码子推后或
提前出现。
50
(三) 整码突变
Βιβλιοθήκη Baidu
如果在DNA链的密码子之间插入或丢失一个或几个密码子，则合成的
肽链将增加或减少一个或几个氨基酸，但插入或丢失部位的前后氨基酸
顺序不变，称为整码突变（codon mutation）或密码子插入或丢失
H A C 4 - O H - C T
G
AA
64
(三) 嵌合剂导致突变作用：
能够结合到DNA分子中，引起DNA分子中遗传密码的阅读顺序发生改变， 从而导致突变。
吖啶类化合物 氮芥类（ICR）化合物
增加（+）或减少（-）一个 或几个碱基对 移码突变
吖啶类（如原黄素、吖黄素、吖啶黄）分子扁平,能插入DNA相 邻碱基对间，使DNA分子双链歪斜，导致交换时出现不等交换，产 生的重组分子一个碱基多，一个碱基少。
酮 式 烯 醇 式
59
2－氨基嘌呤（2－AP），它是一种腺嘌呤的类似物，它可和胸腺嘧
啶配对。当2—AP以和胸腺嘧啶配对形式进人DNA后，它可再和胞嘧啶配
对；从而产生A—T到G－C的转换，或当2－AP以和胞嘧啶配对形式进人
DNA后再和胸腺嘧啶配对后产主G－C到A－T的转换。
2-氨基嘌呤
A 2 A P 2 A P * G T TC C
（codon insertion or deletion）。
51
(四) 染色体错误配对不等交换
染色体错误配对不等交换（mispaired synapsis and unequal
crossing-over），减数分裂期间，同源染色体间的同源部分发生联会和
交换，如果联会时配对不精确，会发生不等交换，造成一部分基因缺失
被另一个嘧啶所取代的置换称为转换（transition）；一个
嘌呤被另一个嘧啶所取代或一个嘧啶被另一个嘌呤所替代的
置换称为颠换（transversion）。
48
49
(二) 移码突变
移码突变（frame-shift mutation）是指DNA链上插入或丢失1个、2
个甚至多个碱基（但不是三联体密码子及其倍数），在读码时，由于原
A→H、C→U、G→X
已知亚硝酸有氧化脱氢作用，它使腺嘌呤（Ａ）脱去氨基，成为
次黄嘌呤（H），使胞嘧啶（C）脱去氨基，成为尿嘧啶（U），使鸟
嘌呤（G）脱去氨基，为黄嘌呤。脱氨后生成的次黄嘌呤跟胞嘧啶配
对，脱氨后生成的尿嘧啶跟腺嘌呤配对。黄嘌呤不能跟其它任何碱基
配对，所以这种改变可能对细胞是致死的。
62
激活RecA-p的proteinase活性 LexA-p降解
RecA-p高效表达
SOS open
76
当DNA复制度过难关后
RecA-p很快消失
LexA gene on
SOS off
SOS repair 是一种错误倾向性极强的修复机制 是进化中形成的“ 竭尽全力，治病救人” 的措施
（正常状态下，SOS是关闭的）
和部分基因重复。
52
二、基因突变的分子效应
(一)同义突变
由于密码子具有简并性，因此，单个碱基置换后使mRNA
上改变后的密码子与改变前所编码的氨基酸一样，肽链中出
现同一氨基酸。
DNA： mRNA： Pr ：
CTA→CTG GAU→GAC ASP→ASP
53
(二)错义突变
指DNA分子中的核苷酸置换后改变了mRNA上遗传密码，从而导致合成
第二节 突变类型
突变体(mutant)：携带突变的生物个体或群体或株系
突变基因(mutantgene): 存在突变位点的基因
表现型 Arg+ 野生型基因（wild type gene）：
基因型 arg+
Argarg-
野生型 突变性状
66
从突变作用来源上定义
自发突变－－自然界的突变剂或偶然复制错误 自发损伤、碱基氧化损伤、DNA复制错误等 动态突变 －－基因组内一些简单串联重复序列的拷贝数在每次
DNA： mRNA： Pr ：
ACC → ATC UGG → UAG Trp →终止
55
(四)终止密码突变
当DNA分子中一个终止密码发生突变，成为编码氨基酸的密码子时，
多肽链的合成将继续进行下去，肽链延长直到遇到下一个终止密码子时
方停止，因而形成了延长的异常肽链，这种突变称为终止密码突变
（termination codon mutation），这也是种延长突变（elongtion
聚合酶、连接酶
74
4. 易错修复（SOS repair）
SOS 修复－－无模板指导的DNA复制 大剂量的紫外线照射，大量的二聚体产生
SOS系统诱导，错误潜伏的复制超越 二聚体而进行 错误碱基
75
当DNA复制受阻/ DNA damaged 细胞内原少量表达的RecA-p
与S.S, DNA结合
修复损伤
mutation）。
56
(五)抑制基因突变
当基因内部不同位置上的不同碱基发生了两次突变，其 中一次抑制了另一次突变的遗传效应，这种突变称为抑制基 因突变（suppressor gene mutation）。
57
三、化学诱变因素及其机理
（一）碱基类似物诱发突变
1.碱基类似物：一种化合物的分子结构与4种天然化合物的结构 类似，在化学反应中取代了天然化合物，引起错误配对，从而由一 个碱基对代替另一个不同的碱基对。
2、烷化剂：
一类具有一个或多个活性烷基的化合物。并不掺入DNA而是通过改变碱 基的结构从而引起特异性错配
芥子气、硫酸二乙酯（DES）、甲基磺酸乙酯 （EMS）、乙烯亚胺（EI）、亚硝基胍等。
63
3、羟胺（HA）： 是一种还原剂，可将胞嘧啶（C）上的氨基变为醇基，使C与A配
对，从而是GC对转换为AT对。
第十三章 基因突变与DNA损伤修 复
1
从SARS说起
2
甲型H1N1流感病毒
3
基因突变的概念
什么是突变？
4
产生新基因源泉之一
S、M蛋白基因突变
普通冠状病毒 -------------------SARS 病毒
H、N蛋白基因突变
普通流感病毒 -------------------甲H1N1 病毒
的多肽链中一个氨基酸被另一氨基酸所取代，这种情况称为错义突变。
DNA： ACC → CCC
mRNA： UGG → GGG
Pr ： Trp → Gly
色氨酸 甘氨酸
54
(三)无义突变
当单个碱基置换导致出现终止密码子（UAG、UAA、UGA） 时，多肽链将提前终止合成，所产生的蛋白质（或酶）大都 失去活性或丧失正常功能，此种突变称为无义突变（nonsense mutation）。
马铃薯薯块颜色变异
苹果体细胞突变
46
第一节 点突变及其分子基础
一、基因突变的种类
从DNA碱基顺序改变来分，突变一般可分为碱基 置换突变、移码突变、整码突变及染色体错误配对 和不等交换4种。
47
(一) 碱基替(置)换突变
一个碱基被另一碱基取代而造成的突变称为碱基替(置)
换突变。凡是一个嘌呤被另一个嘌呤所取代，或者一个嘧啶
----TT-------AA----
----TT-------AA----
可见光激活
• 复制前、不容易出错 • 400 nm 蓝光、PR 酶 (photo-reactivation enzyme) 光敏裂合酶（photolyase）
----TT-------AA----
PR
----TT-------AA----
常见的碱基类似物有5-溴尿嘧啶（BU）和2-氨基嘌呤（AP）
58
5-溴尿嘧啶（BU）是胸腺嘧啶（T）的结构类似物引起的碱基替换。
正常情况：A=T，酮式BU=A，烯醇式BU≡G（少见），当BU参与DNA复 制时，BU在酮式与烯醇式之间转换，结果G≡C A=T。
A A GG T B U K B U E C
60
（二）DNA修饰物（碱基作用物）诱发突变
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。
三类：亚硝酸、烷化剂、羟胺。
61
1、亚硝酸（HNO2）
是一种很有效的诱变剂，已知可以引起许多生物的突变，如烟
草花叶病病毒，T２、T４和E.coli等。
作用
氧化脱氨基 移码突变
22
不同颜色的金鱼草花朵
月季的红花和白花
23
水稻叶耳变异 水稻叶形变异
24
水稻粒色变异
25
水稻穗部变异
26
水稻颖壳变异
27
株高突变
28
小麦耐盐突变
大麦抗性突变
29
彩色棉
30
玉米叶色变异
31
玉 米 雄 穗 颜 色 变 异
32
多 穗 玉 米
玉米分支
33
柑橘无籽变异
苹果熟色变异
34
减 数分裂或体细胞有丝分裂过程中发生的改变，进 而造成遗传物质不稳定状态的突变
67
动态突变与人类相关遗传疾病 ——
亨廷顿氏舞蹈症
肌强直性营养不良
脆性X综合征
68
第三节
DNA损伤修复
69
一、嘧啶二聚体的产生
C
C
CC 相邻的胸腺嘧啶
CC CC 胸腺嘧啶二聚体
70
二、二聚体修复的机制
1、光复活（photo reactivation ）
77
人的着色素性干皮病病人（XP）缺乏 修复能力易患皮肤癌。
78
第四节 基因突变的检测
1、限制性酶切片段长度多态性分析法（RFLP） 2、单链构象多态性（SSCP） 3、DNA直接测序
79
5
月见草
6
玫瑰1
7
玫瑰2
8
2004年7月报道， 日本用14年育出的蓝玫瑰
9
10
乌纳塔恩综合症
11
人类女性多毛症
12
不同皮色的老鼠
13
不同肤色的蛇
14
不同眼色的果蝇
15
16
翅膀羽毛的变化
17
孔雀翅膀羽色的变化
18
猫耳朵的变异
蜜蜂绿眼突变
19
20
白化变异
21
娃娃鱼体色突变
71
2. 切除修复 Exision—Repair
• 复制前进行 • 不易出错
碱基切除修复 核苷酸切除修复 核
苷 酸 切 除 修 复
碱基切除修复
72
AB
B A
切
A B
补
PolІ 螺旋酶
连接酶
封
C
切
A BC
C 螺旋酶
AB
73
3. 重组修复（Recombinative—Repair）
二聚体后起始 RecA
玉米不同类型（亚种）
35
玉米马齿种
玉米硬粒种
玉米甜质种
36
玉米糯质种
米粉质种
玉米爆裂种
37
玉米有稃种
38
玉米甜与非甜分离 玉米籽粒颜色突变
39
果穗中下部带有苞叶
玉米短花须突变
40
大豆皮色变异
41
苹果熟期变异
牛舌草白色突变
42
花色体细胞突变
43
不同颜色的牵牛花
44
柑桔体细胞突变
45
来的密码子移位，导致在插入或丢失碱基部位以后的编码都发生了相应
改变。移码突变造成的肽链延长或缩短，取决于移码终止密码子推后或
提前出现。
50
(三) 整码突变
Βιβλιοθήκη Baidu
如果在DNA链的密码子之间插入或丢失一个或几个密码子，则合成的
肽链将增加或减少一个或几个氨基酸，但插入或丢失部位的前后氨基酸
顺序不变，称为整码突变（codon mutation）或密码子插入或丢失
H A C 4 - O H - C T
G
AA
64
(三) 嵌合剂导致突变作用：
能够结合到DNA分子中，引起DNA分子中遗传密码的阅读顺序发生改变， 从而导致突变。
吖啶类化合物 氮芥类（ICR）化合物
增加（+）或减少（-）一个 或几个碱基对 移码突变
吖啶类（如原黄素、吖黄素、吖啶黄）分子扁平,能插入DNA相 邻碱基对间，使DNA分子双链歪斜，导致交换时出现不等交换，产 生的重组分子一个碱基多，一个碱基少。
酮 式 烯 醇 式
59
2－氨基嘌呤（2－AP），它是一种腺嘌呤的类似物，它可和胸腺嘧
啶配对。当2—AP以和胸腺嘧啶配对形式进人DNA后，它可再和胞嘧啶配
对；从而产生A—T到G－C的转换，或当2－AP以和胞嘧啶配对形式进人
DNA后再和胸腺嘧啶配对后产主G－C到A－T的转换。
2-氨基嘌呤
A 2 A P 2 A P * G T TC C
（codon insertion or deletion）。
51
(四) 染色体错误配对不等交换
染色体错误配对不等交换（mispaired synapsis and unequal
crossing-over），减数分裂期间，同源染色体间的同源部分发生联会和
交换，如果联会时配对不精确，会发生不等交换，造成一部分基因缺失
被另一个嘧啶所取代的置换称为转换（transition）；一个
嘌呤被另一个嘧啶所取代或一个嘧啶被另一个嘌呤所替代的
置换称为颠换（transversion）。
48
49
(二) 移码突变
移码突变（frame-shift mutation）是指DNA链上插入或丢失1个、2
个甚至多个碱基（但不是三联体密码子及其倍数），在读码时，由于原
A→H、C→U、G→X
已知亚硝酸有氧化脱氢作用，它使腺嘌呤（Ａ）脱去氨基，成为
次黄嘌呤（H），使胞嘧啶（C）脱去氨基，成为尿嘧啶（U），使鸟
嘌呤（G）脱去氨基，为黄嘌呤。脱氨后生成的次黄嘌呤跟胞嘧啶配
对，脱氨后生成的尿嘧啶跟腺嘌呤配对。黄嘌呤不能跟其它任何碱基
配对，所以这种改变可能对细胞是致死的。
62
激活RecA-p的proteinase活性 LexA-p降解
RecA-p高效表达
SOS open
76
当DNA复制度过难关后
RecA-p很快消失
LexA gene on
SOS off
SOS repair 是一种错误倾向性极强的修复机制 是进化中形成的“ 竭尽全力，治病救人” 的措施
（正常状态下，SOS是关闭的）
和部分基因重复。
52
二、基因突变的分子效应
(一)同义突变
由于密码子具有简并性，因此，单个碱基置换后使mRNA
上改变后的密码子与改变前所编码的氨基酸一样，肽链中出
现同一氨基酸。
DNA： mRNA： Pr ：
CTA→CTG GAU→GAC ASP→ASP
53
(二)错义突变
指DNA分子中的核苷酸置换后改变了mRNA上遗传密码，从而导致合成