突变和重组机理
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凡是能和DNA起化学反应并能改变碱基氢 键特性的物质，叫做DNA诱变剂 。如亚硝酸、 烷化剂、羟胺等
亚硝酸
烷化剂: 如:甲基磺酸乙酯[EMS,CH3SO2(OC2H5)]
硫酸二乙酯[DES,SO2(OC2H5)2] 烷化剂的诱变作用主要是通过烷化作用改变基因 的分子结构,从而造成基因突变。
可以使DNA的碱基容易受到水解而从DNA链 上裂解下来，造成碱基的缺失，进而引起碱基的 转换与颠换
颠换是指嘌呤被嘧啶或嘧啶被嘌呤替换的现象。 转换是指嘌呤被嘌呤嘧啶或嘧啶被嘧啶替换的现象。
羟胺
是一种还原剂，能作用在胞嘧啶上，使胞嘧啶 上氨基变为醇基，醇基胞嘧啶不能再与鸟嘌呤配 对，而是改同腺嘌呤配对，在DNA分子复制时， 能将G•C变为A•T，从而引起突变。
HA
C
4-OH-C
T
G
A
A
（三）、结合到DNA分子上的化合物
❖ 花斑条纹不稳定，可以发生多次回复突变，但 不知道原因。
❖ 20 世 纪 40 年 代 初 ，
McClintock开始研究玉米植株 和糊粉层色素产生的遗传基础， 她发现，色素的变化与一系列 染色体重组有关。
❖ 她观察到，染色体的断裂或解 离(dissociation)有一个特定的 位点，命名为Ds。
■ 移码突变：由于DNA分子中一对或少数几对邻接的非3的 倍数核苷酸的增加或减少，而造成这一位置以后的一系列 编码发生移位错误的突变，称移码突变。
二、化学诱变剂的诱变机制
(一)、碱基类似物
碱基类似物： 如5－溴尿嘧啶(5－BU)、5－溴去氧尿核苷(5－BudR)、2－ 氨基嘌呤(2－AP); 诱变原理:化学药物分子结构与DNA碱基相似，在不妨碍基 因复制的情况下能渗入到基因分子中，替换DNA分子中的不同 碱基，在DNA复制时引起碱基配对差错，最终导致碱基对的替 换，引起突变。
Barbura McClintock • 美国女遗传学家。 • 20世纪40年代开始 • 研究Ac-Ds，花了20
年时间。1983年被授予 生理学及医学诺贝尔奖 • 终生没有结婚。
一、转座因子的发现和鉴定
❖ Emerson (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
❖ 但Ds不能自行断裂，受一个激 活因子Ac(activator)所控制。 Ac可以象普通基因一样遗传。 但有时可以离开原来的座位， 移动到同一染色体的另一个位 置上，也可以移动到不同染色 体上。
二、转座因子的结构特性
㈠、原核生物的转座因子
根据分子结构与遗传特性可以分为三类。 1．插入因子（IS）：具有转座能力的简单遗传因子。 长度一般小于2kb，最小的插入序列如IS1 仅768bp。 IS因子只含有与转座有关的基因与序列。
某些诱变剂，吖啶类化合物如二氨基吖啶， 可嵌入DNA双链中心的碱基之间，引起某一核苷 酸的缺失或插入。
(a) 增加碱基
插入剂分子
Hale Waihona Puke Baidu
模板链 5’ ATCAG TTACT3’ 新合成链 3’TAGTC G AATGA5’
0．68nm
随机选择碱基 嵌入插入剂处
下一轮复制 5’ ATCAG C TTACT 3’ 3’TAGTC G AATGA 5’
●无义突变
一对碱基改变，使某一aa密码子变成一个终止
密码的突变
无义突变可由碱基置换产生。
ATG ——→ATT
↓
↓
UAC
UAA
↓
↓
酪aa
停止
无义突变
移码突变产生无义突变
第二节 重组的分子基础
基因重组的可能机理： （1）断裂愈合模型： （2）模写选择模型：
第三节 转座遗传因子
一些基因可以从染色体的一个基因座位转到另 一个基因座位（又叫转座子，跳跃基因，叫它转 座因子）。
死突变有显性致死和隐性致死之分，显性致死不 能在后代中传递；隐性致死能。 ■ 条件致死突变：产生突变的生物，在一定条件下 能生存，不具备这种条件就死亡，即改变生物体 适应性的突变。 ■ 生化突变：指生物体的形态未发生改变，而代谢 和生化过程发生了变化。
●3.据突变对基因结构改变的影响分类
■ 碱基替换突变：由一对碱基的替换而造成的突变. DNA分子链中，如一个嘌呤被另一个嘌呤取代，或一个 嘧啶取代另一个嘧啶，为转换。 DNA分子链中，一个嘌呤为一个嘧啶取代，或一个嘧啶 代替一个嘌呤，为颠换。
(b)缺失碱基
模板链 5’ ATCAG T TACT3’
新合成链 3’TAGTC ATGA5’
插入剂失去
后复制
插入剂
5’ ATCAGTACT 3’ 3’TAGTCATGA 5’
图 21-15 插入突变导制碱基的增加(a)和减少(b)
三、基因突变与氨基酸顺序
（据突变对遗传信息改变方式的影响分类）
●错义突变：一对碱基的改变，使某一aa密码子变 为另一密码子的突变，称错义突变。即非简并密 码子之间的碱基替换
●同义突变
一对碱基的改变，使某一aa密码子发生改变，
但由于密码简并性，转译出来的aa并没改变，此
突变为同义突变。即简并密码子之间的替换。由
于它无表型变化，故遗传学上不易被发现。
如
转换
颠换
GCA←——————GCG——————→GCC
↓
A替G ↓ G被C替代 ↓
CGU
CGC
CGG
↓
↓
↓
精氨酸
精氨酸
精氨酸
第一节 突变的分子基础
一．突变种类
1.由引起突变原因分类
自发突变(自然突变)：凡在自然条件下，通过 生物体内部生理生化异常而发生的变异
诱发突变：凡通过物理、化学因素，人工诱发 的突变叫诱发突变，具目的性.
2.据基因突变表现特征分类
■ 形态突变(可见突变)：生物体外形可见的突变。 ■ 致死突变：产生突变后，使生物体不能成活。致
这类诱变物质有5-溴尿嘧啶、5-溴去氧尿核 苷、2-氨基嘌呤等由于5-溴尿嘧啶的分子结构和 胸腺嘧啶类似，常常以酮式状态和腺嘌呤配对。
由于溴原子对碱基的电子分布有明显的影响， 使其正常的酮式结构转移成互变异构体烯醇式结 构。5-溴尿嘧啶烯醇式结构具有胞嘧啶的氢键特 性，容易和鸟嘌呤配对。
(二)、改变DNA化学结构的诱变剂
共同特征是在其末端都具有一段反向的重复序列 (inverted repeats, IR)，其长度不一。
如IS10左边IR序列是17bp、右边是22bp
亚硝酸
烷化剂: 如:甲基磺酸乙酯[EMS,CH3SO2(OC2H5)]
硫酸二乙酯[DES,SO2(OC2H5)2] 烷化剂的诱变作用主要是通过烷化作用改变基因 的分子结构,从而造成基因突变。
可以使DNA的碱基容易受到水解而从DNA链 上裂解下来，造成碱基的缺失，进而引起碱基的 转换与颠换
颠换是指嘌呤被嘧啶或嘧啶被嘌呤替换的现象。 转换是指嘌呤被嘌呤嘧啶或嘧啶被嘧啶替换的现象。
羟胺
是一种还原剂，能作用在胞嘧啶上，使胞嘧啶 上氨基变为醇基，醇基胞嘧啶不能再与鸟嘌呤配 对，而是改同腺嘌呤配对，在DNA分子复制时， 能将G•C变为A•T，从而引起突变。
HA
C
4-OH-C
T
G
A
A
（三）、结合到DNA分子上的化合物
❖ 花斑条纹不稳定，可以发生多次回复突变，但 不知道原因。
❖ 20 世 纪 40 年 代 初 ，
McClintock开始研究玉米植株 和糊粉层色素产生的遗传基础， 她发现，色素的变化与一系列 染色体重组有关。
❖ 她观察到，染色体的断裂或解 离(dissociation)有一个特定的 位点，命名为Ds。
■ 移码突变：由于DNA分子中一对或少数几对邻接的非3的 倍数核苷酸的增加或减少，而造成这一位置以后的一系列 编码发生移位错误的突变，称移码突变。
二、化学诱变剂的诱变机制
(一)、碱基类似物
碱基类似物： 如5－溴尿嘧啶(5－BU)、5－溴去氧尿核苷(5－BudR)、2－ 氨基嘌呤(2－AP); 诱变原理:化学药物分子结构与DNA碱基相似，在不妨碍基 因复制的情况下能渗入到基因分子中，替换DNA分子中的不同 碱基，在DNA复制时引起碱基配对差错，最终导致碱基对的替 换，引起突变。
Barbura McClintock • 美国女遗传学家。 • 20世纪40年代开始 • 研究Ac-Ds，花了20
年时间。1983年被授予 生理学及医学诺贝尔奖 • 终生没有结婚。
一、转座因子的发现和鉴定
❖ Emerson (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
❖ 但Ds不能自行断裂，受一个激 活因子Ac(activator)所控制。 Ac可以象普通基因一样遗传。 但有时可以离开原来的座位， 移动到同一染色体的另一个位 置上，也可以移动到不同染色 体上。
二、转座因子的结构特性
㈠、原核生物的转座因子
根据分子结构与遗传特性可以分为三类。 1．插入因子（IS）：具有转座能力的简单遗传因子。 长度一般小于2kb，最小的插入序列如IS1 仅768bp。 IS因子只含有与转座有关的基因与序列。
某些诱变剂，吖啶类化合物如二氨基吖啶， 可嵌入DNA双链中心的碱基之间，引起某一核苷 酸的缺失或插入。
(a) 增加碱基
插入剂分子
Hale Waihona Puke Baidu
模板链 5’ ATCAG TTACT3’ 新合成链 3’TAGTC G AATGA5’
0．68nm
随机选择碱基 嵌入插入剂处
下一轮复制 5’ ATCAG C TTACT 3’ 3’TAGTC G AATGA 5’
●无义突变
一对碱基改变，使某一aa密码子变成一个终止
密码的突变
无义突变可由碱基置换产生。
ATG ——→ATT
↓
↓
UAC
UAA
↓
↓
酪aa
停止
无义突变
移码突变产生无义突变
第二节 重组的分子基础
基因重组的可能机理： （1）断裂愈合模型： （2）模写选择模型：
第三节 转座遗传因子
一些基因可以从染色体的一个基因座位转到另 一个基因座位（又叫转座子，跳跃基因，叫它转 座因子）。
死突变有显性致死和隐性致死之分，显性致死不 能在后代中传递；隐性致死能。 ■ 条件致死突变：产生突变的生物，在一定条件下 能生存，不具备这种条件就死亡，即改变生物体 适应性的突变。 ■ 生化突变：指生物体的形态未发生改变，而代谢 和生化过程发生了变化。
●3.据突变对基因结构改变的影响分类
■ 碱基替换突变：由一对碱基的替换而造成的突变. DNA分子链中，如一个嘌呤被另一个嘌呤取代，或一个 嘧啶取代另一个嘧啶，为转换。 DNA分子链中，一个嘌呤为一个嘧啶取代，或一个嘧啶 代替一个嘌呤，为颠换。
(b)缺失碱基
模板链 5’ ATCAG T TACT3’
新合成链 3’TAGTC ATGA5’
插入剂失去
后复制
插入剂
5’ ATCAGTACT 3’ 3’TAGTCATGA 5’
图 21-15 插入突变导制碱基的增加(a)和减少(b)
三、基因突变与氨基酸顺序
（据突变对遗传信息改变方式的影响分类）
●错义突变：一对碱基的改变，使某一aa密码子变 为另一密码子的突变，称错义突变。即非简并密 码子之间的碱基替换
●同义突变
一对碱基的改变，使某一aa密码子发生改变，
但由于密码简并性，转译出来的aa并没改变，此
突变为同义突变。即简并密码子之间的替换。由
于它无表型变化，故遗传学上不易被发现。
如
转换
颠换
GCA←——————GCG——————→GCC
↓
A替G ↓ G被C替代 ↓
CGU
CGC
CGG
↓
↓
↓
精氨酸
精氨酸
精氨酸
第一节 突变的分子基础
一．突变种类
1.由引起突变原因分类
自发突变(自然突变)：凡在自然条件下，通过 生物体内部生理生化异常而发生的变异
诱发突变：凡通过物理、化学因素，人工诱发 的突变叫诱发突变，具目的性.
2.据基因突变表现特征分类
■ 形态突变(可见突变)：生物体外形可见的突变。 ■ 致死突变：产生突变后，使生物体不能成活。致
这类诱变物质有5-溴尿嘧啶、5-溴去氧尿核 苷、2-氨基嘌呤等由于5-溴尿嘧啶的分子结构和 胸腺嘧啶类似，常常以酮式状态和腺嘌呤配对。
由于溴原子对碱基的电子分布有明显的影响， 使其正常的酮式结构转移成互变异构体烯醇式结 构。5-溴尿嘧啶烯醇式结构具有胞嘧啶的氢键特 性，容易和鸟嘌呤配对。
(二)、改变DNA化学结构的诱变剂
共同特征是在其末端都具有一段反向的重复序列 (inverted repeats, IR)，其长度不一。
如IS10左边IR序列是17bp、右边是22bp