基因突变讲解

第十三章基因突变与DNA损伤修复从SARS说起20.1.3遗传学20.1.3遗传学甲型H1N1流感病毒20.1.3遗传学基因突变的概念什么是突变？20.1.3遗传学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20.1.3遗传学月见草20.1.3遗传学玫瑰120.1.3遗传学玫瑰220.1.3遗传学2004年7月报道，日本用14年育出的蓝玫瑰20.1.3遗传学20.1.3遗传学乌纳塔恩综合症人类女性多毛症20.1.3遗传学不同皮色的老鼠20.1.3遗传学不同肤色的蛇20.1.3遗传学不同眼色的果蝇20.1.3遗传学20.1.3遗传学翅膀羽毛的变化20.1.3遗传学孔雀翅膀羽色的变化20.1.3遗传学猫耳朵的变异蜜蜂绿眼突变20.1.3遗传学白化变异20.1.3遗传学娃娃鱼体色突变20.1.3遗传学不同颜色的金鱼草花朵月季的红花和白花20.1.3遗传学水稻叶耳变异水稻叶形变异20.1.3遗传学水稻粒色变异20.1.3遗传学水稻穗部变异20.1.3遗传学水稻颖壳变异20.1.3遗传学株高突变20.1.3遗传学小麦耐盐突变大麦抗性突变20.1.3遗传学彩色棉20.1.3遗传学玉米叶色变异20.1.3遗传学玉米雄穗颜色变异20.1.3遗传学玉米分支多穗玉米20.1.3遗传学苹果熟色变异柑橘无籽变异20.1.3遗传学玉米不同类型（亚种）20.1.3遗传学玉米马齿种玉米硬粒种玉米甜质种20.1.3遗传学玉米糯质种米粉质种玉米爆裂种20.1.3遗传学玉米有稃种20.1.3遗传学玉米籽粒颜色突变玉米甜与非甜分离20.1.3遗传学果穗中下部带有苞叶玉米短花须突变20.1.3遗传学大豆皮色变异20.1.3遗传学苹果熟期变异牛舌草白色突变20.1.3遗传学花色体细胞突变20.1.3遗传学不同颜色的牵牛花20.1.3遗传学柑桔体细胞突变20.1.3遗传学马铃薯薯块颜色变异苹果体细胞突变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。(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）。(二)移码突变移码突变（frame-shiftmutation）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。(三)整码突变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（codonmutation）或密码子插入或丢失（codoninsertionordeletion）。(四)染色体错误配对不等交换染色体错误配对不等交换（mispairedsynapsisandunequalcrossing-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和部分基因重复。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：CTA→CTGmRNA：GAU→GACPr：ASP→ASP(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(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（non-sensemutation）。DNA：ACC→ATCmRNA：UGG→UAGPr：Trp→终止(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（terminationcodonmutation），这也是种延长突变（elongtionmutation）。(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（suppressorgenemutation）。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。常见的碱基类似物有5-溴尿嘧啶（BU）和2-氨基嘌呤（AP）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≡CA=T。AAGGTBUKBUEC酮式烯醇式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。A2AP2AP*GTTCC2-氨基嘌呤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。（二）DNA修饰物（碱基作用物）诱发突变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。移码突变氧化脱氨基作用A→H、C→U、G→X1、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。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。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。HAC4-OH-CTGAA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。(三)嵌合剂导致突变作用：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野生型基因（wildtypegene）：表现型Arg+Arg-基因型arg+arg-野生型突变性状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亨廷顿氏舞蹈症肌强直性营养不良脆性X综合征动态突变与人类相关遗传疾病——第三节DNA损伤修复一、嘧啶二聚体的产生相邻的胸腺嘧啶胸腺嘧啶二聚体CCCCCCCCPR1、光复活（photoreactivation）----TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA--------TT--------AA----•复制前、不容易出错•400nm蓝光、PR酶(photo-reactivationenzyme)光敏裂合酶（photolyase）可见光激活二、二聚体修复的机制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碱基切除修复核苷酸切除修复ABABCABCABCAB螺旋酶PolІ螺旋酶连接酶切补切封3.重组修复（Recombinative—Repair）二聚体后起始RecA聚合酶、连接酶4.易错修复（SOSrepair）错误碱基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当DNA复制受阻/DNAdamaged细胞内原少量表达的RecA-p与S.S,DNA结合激活RecA-p的proteinase活性修复损伤LexA-p降解RecA-p高效表达SOSopen当DNA复制度过难关后SOSrepair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）RecA-p很快消失LexAgeneonSOSoff人的着色素性干皮病病人（XP）缺乏修复能力易患皮肤癌。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