【正文】 原核生物中的轉(zhuǎn)座子類型 轉(zhuǎn)座的遺傳效應(yīng) 插入序列 （ IS， insertion sequence) 分子量最小（僅 ~），只有引起轉(zhuǎn)座的轉(zhuǎn)座酶基因而不含其它基因，具有反向末端重復(fù)序列。已在染色體、 F因子等質(zhì)粒上發(fā)現(xiàn) IS序列。 E . coli的 F因子和核染色體組上有一些相同的 IS，通過這些同源序列間的重組，就可使 F因子插入到 E . coli的核染色體組上，形成 Hfr菌株。因 IS在染色體組上插入的位置和方向的不同，其引起的突變效應(yīng)也不同。 IS被切離時引起的突變可以回復(fù)，如果因切離部位有誤而帶走 IS以外的一部分 DNA序列，就會在插入部位造成缺失，從而發(fā)生新的突變。 轉(zhuǎn)座子（ Tn， transposon) ? 轉(zhuǎn)座子又稱轉(zhuǎn)位子或易位子 分子量居中（一般為2~25kb）。除了與轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的基因外，還含有抗性基因（對抗生素、某些毒物）、乳糖發(fā)酵基因等幾個至十幾個基因。從結(jié)構(gòu)來看， Tn 有兩種類型，即末端為反向或順向重復(fù)的 IS，或末端為反向重復(fù)的序列。 Tn雖能插到受體 DNA分子的許多位點上，但并不完全是隨機的，某些區(qū)域更易插入。 Mu噬菌體（即 mutator phage） Mu噬菌體即 誘變噬菌體 是 E . coli的一種溫和噬菌體。含有噬菌體生長繁殖和轉(zhuǎn)座所必需的基因，其分子量最大（ 39kb），含有 20多個基因，但并沒有固定的整合位置。 Mu噬菌體引起的轉(zhuǎn)座可以引起插入突變，其中約有 2%是營養(yǎng)缺陷型突變。 轉(zhuǎn)座的遺傳效應(yīng) ?插入突變 ?產(chǎn)生染色體畸變（復(fù)制性轉(zhuǎn)座子） ?基因的移動和重排 第四節(jié) 基因突變及修復(fù) 一 、 基因突變 基因突變 （ gene mutation）簡稱突變，是變異的一種，指生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)或數(shù)量突然發(fā)生的可遺傳的變化。突變率常在 108~109范圍內(nèi)。 (一 )基因突變的類型 （根據(jù)遺傳信息的變化） ? 原序列 5‘AUG CCU UCA AGA UGU GGG Met Pro Ser Arg Cys Gly (1)同義突變 5‘ AUG CCU UCA AGA UGU GGA Met Pro Ser Arg Cys Gly (2)錯義突變 5‘ AUG CCU UCA GGA UGU GGA Met Pro Ser Gly Cys Gly (3)無義突變 5‘ AUG CCU UCA AGA UGA GGA Met Pro Ser Arg (4)移碼突變 5‘AUG CCU UCA AGU GUG GG Met Pro Ser Ser Val 突變類型 ? 突變株的表型 成因 檢出方法 ? 營養(yǎng)缺陷型 因突變而喪失合成一 補充培養(yǎng)基 ? （ auxotroph） 種或幾種生長因子的 ? 能力不能在基本培養(yǎng) ? 基上生長突變株 ? 抗性突變型 因突變而產(chǎn)生了對某 藥物培養(yǎng)基 （ resistant mutant） 種化學(xué)藥物或致死 ? 物理因子的抗性 ? 條件致死突變型 突變后在某種條件下 培養(yǎng)條件改變 ? （ conditional 可正常生長、繁殖并 ? lethal mutant） 實現(xiàn)其表型，而在另 ? 一條件下卻無法生長 ? 繁殖的突變型 ? 突變株的表型 成因 檢出方法 ? 形態(tài)突變型 因突變而產(chǎn)生的個體 形態(tài) ? Morphologycal 或菌落形態(tài)的非選擇 （常用顏色變化） ? mutant 性變異 ? 抗原突變型 因突變而引起的抗原 借助于抗原 ? antigenic 結(jié)構(gòu)發(fā)生改變 抗體反應(yīng) ? mutant ? 產(chǎn)量突變型 因突變而獲得的在有 測定產(chǎn)量或 ? high producing 用代謝物產(chǎn)量上高于 其它 ? mutant 原始菌株的突變株 ? 其它突變型：毒力、糖發(fā)酵能力、代謝產(chǎn)物等 （二）突變率 ? 突變率 : 每一細(xì)胞在每一世代中發(fā)生某一性狀突變的幾率 。突變率為 108是指該細(xì)胞在一億次細(xì)胞分裂中，會發(fā)生一次突變。突變率也可以用每一單位群體在每一世代中產(chǎn)生突變株（ mutant，即突變型）的數(shù)目來表示。如一個含 108個細(xì)胞的群體，當(dāng)其分裂為 2 108個細(xì)胞時，即可產(chǎn)生一個突變表型。 ? 突變率 =突變細(xì)胞數(shù) /分裂前群體細(xì)胞數(shù) ? 突變率是獨立的 。某一基因發(fā)生突變不會影響其它基因的突變率。在同一個細(xì)胞中同時發(fā)生兩個基因突變的幾率是極低的，因為雙重突變型的幾率只是各個突變幾率的乘積。 一些菌種某些性狀的自發(fā)突變率 菌名 突變性狀 突變率 Escherichia coli Staphylococcus aureus S. aureus Salmonella typhi Bacillus megaterium 抗 T1噬菌體 抗 T3噬菌體 不發(fā)酵乳糖 抗紫外線 抗青霉素 抗鏈霉素 抗 25ug/L鏈霉素 抗異煙肼 3 108 1 107 1 1010 1 105 1 107 1 109 5 106 5 105 （三）突變的特點 適用于整個生物界，以細(xì)菌的抗藥性為例。 ：突變的性狀與突變原因之間無直接的對應(yīng)關(guān)系。 （變量試驗、涂布試驗、平板影印培養(yǎng)試驗） ：突變可以在沒有人為誘變因素處理下自發(fā)地產(chǎn)生。 ： 突變率低且穩(wěn)定。 ：各種突變獨立發(fā)生，不會互相影響。 ：誘變劑可提高突變率。 ：變異性狀穩(wěn)定可遺傳。 ：原始的野生基因到變異株的突變稱為正向 突變（ forward mutation），相反的過程則 稱為回復(fù)突變或回變（ back mutation或 reverse mutation）。 （四）突變的機制 堿基置換（轉(zhuǎn)換 顛換） 點突變 移碼突變（缺失 添加） 誘變 畸變：缺失、添加、易位、倒位 自發(fā)突變 突變 .誘變機制 ?誘變劑（ mutagen） ：凡能提高突變率的任何理化因子，誘變劑的種類很多，作用方式多樣。即使是同一種誘變劑，也常有不同的作用方式。 堿基置換（ substitution） ? 定義 ： 對 DNA來說，堿基的置換屬于一種染色體的微小損傷（ microlesion），一般也稱點突變（ point mutation）。它只涉及一對堿基被另一對堿基所置換。 ? 分類 ： ? 轉(zhuǎn)換 （ transition），即 DNA鏈中的一個嘌呤被另一個嘌呤或是一個嘧啶被另一個嘧啶所置換； ? 顛換 （ transversion），即一個嘌呤被另一個嘧啶或是一個嘧啶被另一個嘌呤所置換。 ? 對某一具體誘變劑來說，可同時引起轉(zhuǎn)換與顛換，也可只具其中的一種功能。根據(jù)化學(xué)誘變劑是直接還是間接地引起置換，可把置換的機制分成以下兩類來討論。 直接引起置換的誘變劑 ? 一類可直接與核酸的堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的誘變劑，例如 亞硝酸、羥胺和各種烷化劑 （硫酸二乙酯，甲基磺酸乙酯， N甲基 N’硝基 N亞硝基胍， N甲基 N亞硝基脲，乙烯亞胺，環(huán)氧乙酸，氮芥等） 。它們可與一個或幾個核苷酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而引起 DNA復(fù)制時堿基配對的轉(zhuǎn)換，并進(jìn)一步使微生物發(fā)生變異。在這些誘變劑中，除羥胺只引起 G┇ C→A： T外，其余都是可使 G┇ C A： T發(fā)生互變的。能引起顛換的誘變劑很少，只是部分烷化劑才有。 堿基轉(zhuǎn)換的分子機制 ? 亞硝酸 可使堿基發(fā)生 氧化脫氨 作用，故它能使腺嘌呤（ A） 變成次黃嘌呤 （ H） ，使胞嘧啶 （ C） 變成尿嘧啶 （ U） ，從而發(fā)生轉(zhuǎn)換。它也可使鳥嘌呤（ G）變成黃嘌呤（ X），但這時不能引起轉(zhuǎn)換。其中 A→H而引起的轉(zhuǎn)換過程分以下幾個環(huán)節(jié)： ? ①腺嘌呤經(jīng)氧化脫氨后變成烯醇式次黃嘌呤（ He）； ? ② He通過自發(fā)的互變異構(gòu)效應(yīng)而形成 Hk（酮式次黃嘌呤）； ? ③ DNA雙鏈第一次復(fù)制，結(jié)果 Hk因其在 6位上含有酮基，故只能與 6位上含有氨基的胞嘧啶（ C）配對； ? ④ DNA雙鏈的第二次復(fù)制，這時其中的 C按常規(guī)與 G配對，因而最終實現(xiàn)了轉(zhuǎn)換。 亞硝酸引起的使 A︰ T轉(zhuǎn)換成G┇ C過程的簡式見下圖 ? HNO2 ? A:T He:T Hk+T ? 第一次復(fù)制 A┇ T ? Hk┇ C 第二次復(fù)制 G┇ C ? Hk┇ C 間接引起置換的誘變劑 ? 引起這類變異的誘變劑都是一些 堿基類似物 ， 如 5溴尿嘧啶（ 5BU）、 5氨基尿嘧啶（ 5AU）、 8氮鳥嘌呤（ 8NG）、 2氨基嘌呤（ 2AP）和 6氯嘌呤（ 6CP）等。它們的作用是通過細(xì)胞的代謝活動摻入到DNA分子中后而引起堿基置換，故是間接的?，F(xiàn)以 5BU為例來加以說明。 5BU是 T的代謝類似物。當(dāng)把某一微生物培養(yǎng)在含 5BU的培養(yǎng)液中時，細(xì)胞中有一部分新合成的 DNA的 T就被 5BU所取代。 5BU一般以酮式狀態(tài)存在于 DNA中 ，因而仍可正常地與 A配對，這時并未發(fā)生堿基對的轉(zhuǎn)換。有時 5BU會以烯醇式狀態(tài)出現(xiàn)在 DNA中，于是當(dāng) DNA進(jìn)行復(fù)制時，在其相對位置上出現(xiàn)的就是 G， 而不是原來的 A，因而引起了堿基對從原來的 A︰ T變至 G┇ C的轉(zhuǎn)換。 5BU在以酮式或烯醇式狀態(tài)存在時引起的 A︰ T→G┇ C的轉(zhuǎn)換 ? A:T G:C ? A:T A:Buk G:Bue G:C ? G:Bue A:T G:C A:Buk ? A:BU G:C A:T A:BU ? 從上圖中，還可看到 5BU的摻入引起的 G┇ C回復(fù)到 A︰ T的過程。通過這兩個圖示，就很容易理解為什么同一種誘變劑既可造成正向突變，又可使它產(chǎn)生回復(fù)突變的原因了。另外，也可以看到，為什么像 5BU這類代謝類似物只有對正在進(jìn)行新陳代謝和繁殖著的微生物才起作用，而對休止細(xì)胞、游離的噬菌體粒子或離體的DNA分子卻不起作用。 移碼突變