【正文】 第三章 基因變異與重組 第一節(jié) 突變類型和基因符號(hào) 第二節(jié) 基因突變的規(guī)律 第三節(jié) 自發(fā)突變的機(jī)制 第四節(jié) 誘變劑及其作用機(jī)理 第五節(jié) 突變生成過程 第一節(jié) 突變類型及基因符號(hào) 定義 1：突變是指生物表型突然發(fā)生的可遺傳的變化。 定義 2：突變是指生物生長過程中，由于內(nèi)因或外因的作用導(dǎo)致染色體 DNA結(jié)構(gòu)或數(shù)量發(fā)生的改變。 突變體 ：帶有突變基因的細(xì)胞或個(gè)體 突變型 ：突變體的基因型或表型稱為突變型，和其相對(duì)的原存在狀態(tài)稱為 野生型 。 誘發(fā)突變的頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自發(fā)突變頻率 . 一、突變類型 （一）、按突變發(fā)生原因分類 自發(fā)突變 (spontaneous mutagenesis) ：未經(jīng)任何人為的處理而自然地發(fā)生的突變，稱為自發(fā)突變。 誘發(fā)突變 (induced mutagenesis) ：由人們有意識(shí)地利用物理或化學(xué)手段引起的突變稱為誘發(fā)突變。 突變可以發(fā)生在染色體水平或基因水平，發(fā)生在染色體水平的突變稱為 染色體畸變 ，發(fā)生在基因水平的突變稱為 基因突變 。 （二）、按變化范圍分突變類型 1)整倍體 (euploidy)：含有完整的染色體組 ①單倍體： haploid ② 二倍體： diploid ③ 三倍體： triploid ④ 四倍體： tetraploid 1 染色體畸變（ chromosome aberration) 染色體數(shù)目的變化或染色體結(jié)構(gòu)發(fā)生較大片段的異常改變。 (1)染色體數(shù)目的變化 ① 單體（二倍減一， monosomic diploid): 2n1 ② 缺體（二倍減二， nullisomic dilpoid): 2n2 ③ 三體（二倍加一， trisomic diploid): 2n+1 ④ 四體（二倍加二， tetrasomic diploid): 2n+2 ⑤ 雙二倍加一（ double trisomic） : 2n+1+ 1 ⑥ 部分二倍體（ merodiploid）：細(xì)菌等原核生物中由一整條染色體和外來的一個(gè)染色體片 段所構(gòu)成的不完整二倍 2)非整倍體 aneuploidy：含有不完整狀態(tài)的染色體組，一般是指二倍體中成對(duì)染色體成員 的增加或減少。 ?涉及到 DNA分子上較大范圍的變化，往往會(huì)涉及到多個(gè)基因。 (2)染色體結(jié)構(gòu)的變化 ?染色體結(jié)構(gòu)的改變，多數(shù)是染色體或染色單體遭到巨大損傷產(chǎn)生斷裂，而斷裂 的數(shù)目、位置、斷裂端連接方式等造成 不同的突變 . ?包括染色體缺失、重復(fù)、倒位和易位等 d相互易位 a缺失 b重復(fù) c倒位 ① 缺失 deficiency ：是染色體片段的丟失。 細(xì)胞學(xué)效應(yīng)：缺失環(huán) 遺傳學(xué)效應(yīng)：這種突變往往是不可逆的損傷，其結(jié)果會(huì)造成遺傳平衡的失衡。 ② 重復(fù) repetition ：是染色體片段的二次出現(xiàn)。 細(xì)胞學(xué)效應(yīng)：重復(fù)環(huán) 遺傳學(xué)效應(yīng)：這種突變有可能獲得具有優(yōu)良遺傳性狀的突變體。 ③ 倒位 inversion：是指染色體的片段發(fā)生了 180176。 的位置顛倒 細(xì)胞學(xué)效應(yīng)：倒位環(huán) 遺傳學(xué)效應(yīng)：造成染色體部分節(jié)段的位置順序顛倒，極性相反。 ④ 易位 translocation ：是指一個(gè)染色體的一個(gè)片段連接到另一個(gè)非同源染色體上。 相互易位 reciprocal translocation：兩個(gè)非同源染色體間相互交換一部分。 相互易位的細(xì)胞學(xué)效應(yīng)：十字型圖象 點(diǎn)突變 point mutation ：單堿基對(duì)的置換突變發(fā)生在一個(gè)基因范圍內(nèi)。 多位點(diǎn)突變 ：突變超出一個(gè)基因范圍。 (2) 基因突變（ gene mutation） ?基因突變 是指一個(gè)基因內(nèi)部遺傳結(jié)構(gòu)或 DNA序列的任何改變，包括一對(duì)或少數(shù)幾 對(duì)核苷酸的缺失、插入或置換，分為 堿基置換 和 移碼突變 。 根據(jù)染色體局部座位內(nèi)的變化范圍 (2)顛換 transversion： DNA鏈中一個(gè)嘌呤（嘧啶）被一個(gè)嘧啶（嘌呤）所置換。 堿基置換 base pair substitution DNA鏈上一個(gè)堿基對(duì)為另一堿基對(duì)所取代叫堿基置換 (1)轉(zhuǎn)換 transition ： DNA鏈中一個(gè)嘌呤（嘧啶）被另一個(gè)嘌呤（嘧啶）所置換。 一般只引起一個(gè)基因的表達(dá)出現(xiàn)錯(cuò)誤。 移碼突變 frameshift mutation 在 DNA序列中由于一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)核苷酸的插入或缺失，而使其后全部遺傳密碼的閱讀框架發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)而引起轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯(cuò)誤的突變叫 移碼突變 。 ——同義突變 （ synonymy mutation）和 沉默突變 （ silent mutation）。 （三）按突變是否引起遺傳編碼特性的改變分類 ?一類是引起遺傳性狀改變： ——錯(cuò)義突變 （ missense mutation）， 無義突變（ nonsense mutation）和 移碼突變 ?一類不改變遺傳性狀的突變 ③ 移碼突變 frameshift mutation:在 DNA序列中由于一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)核苷酸的插入或缺失，而使其后全部遺傳密碼的閱讀框架發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)而引起轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯(cuò)誤的突變。 ① 錯(cuò)義突變 missense mutation：突變后的密碼子代表另一種氨基酸。個(gè)別堿基的 改變導(dǎo)致多肽鏈上某個(gè)氨基酸為另一種 氨基酸所取代。 例： GGC突變?yōu)?AGC ，編碼的氨基酸由甘氨酸變成色氨酸 。 ② 無義突變 nonsense mutation：突變后的密碼子代表終止密碼。 例： AAG（亮氨酸）突變?yōu)閁AG（終止密碼子）。 ⑤ 沉默突變 ：表型不發(fā)生改變的基因突變。包括 同義突變 和 氨基酸序列發(fā)生改變而不影響蛋白質(zhì)功能的錯(cuò)義突變 。 ④ 同義突變 ：突變后的密碼子編碼的仍是同一種氨基酸。堿基序列發(fā)生改變而氨基酸 序列未發(fā)生改變的隱蔽突變。 例： ATT突變?yōu)?ATC，兩者都編碼異亮氨酸。 ?同義突變的發(fā)生是由于遺傳密碼的簡并性。 ?同義突變不會(huì)導(dǎo)致編碼特性的改變，但往往會(huì)引起限制酶切割位點(diǎn)的變化，造成 DNA限制片段長度的多態(tài)性 Tyr酪氨酸 UAG: 琥珀型 (Amber, Am) UAA: 赭石型 (Ochre, Och) UGA: 乳石型 (Opal, Opal) ?野生型 wild type：表現(xiàn)該物種正常表型的生物。 ?突變型 mutant：由于突變導(dǎo)致其正常的表型發(fā)生了改變的生物。 （四）、按突變的表型變化效應(yīng)分類 1. 形態(tài)突變型 morphological mutant ：引起細(xì)胞個(gè)體形態(tài)和菌落形態(tài)發(fā)生改變的突變型。是一種可見突變。 2. 生化突變型 ：引起特定生化功能的喪失而無形態(tài)學(xué)效應(yīng)的突變型。包括營養(yǎng)缺陷型、抗性突變型、 糖代謝突變型等。 ① 營養(yǎng)缺陷型 auxotrophic mutant：由于代謝過程的缺陷而不能合成某種與合成初級(jí)代謝物有關(guān)的 基因產(chǎn)物的缺陷型。 ② 抗性突變型 resistant mutant：由于基因突變而產(chǎn)生的對(duì)某種化學(xué)藥物、致死物理因子或噬菌體 具有抗性的變異菌株 a)抗藥物突變型： 對(duì)原本敏感的藥物具有一定的耐性。 b)抗噬菌體突變型： 對(duì)原本敏感的噬菌體產(chǎn)生抗性。 3. 致死突變型 lethal mutant： 由于基因突變?cè)斐蓚€(gè)體死亡的突變型。 ?雜合狀態(tài)的顯性致死和純合狀態(tài)的隱性致死都導(dǎo)致個(gè)體的死亡 4. 條件致死突變型 condition lethal mutant： 在某一條件下具有致死效應(yīng)，而在另一條件下沒有致死效應(yīng)的突變型。如：溫度敏感突 變型 temperaturesensitive mutant 6. 產(chǎn)量突變型 metabolite quantitative mutant : 所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量明顯有別于原始菌株的突變株稱產(chǎn)量突變型 5. 調(diào)節(jié)突變型 regulatory mutant： 喪失對(duì)某一基因或操縱子表達(dá)能力調(diào)節(jié)的突變型。 突變類型 按突變發(fā)生原因分 自發(fā)突變 誘發(fā)突變 按變化范圍分 染色體畸變 數(shù)目的變化 :整倍體 /非整倍體 結(jié)構(gòu)的變化 :缺失、重復(fù)、倒位和易位等 基因突變 堿基置換 :轉(zhuǎn)換 /顛換 移碼突變 點(diǎn)突變 /多位點(diǎn)突變 按是否引起表型的改變分 引起遺傳性狀改變 :錯(cuò)義突變 /無義突變 /移碼突變 不改變遺傳性狀的突變 :同義突變 /沉默突變 按突變的表型變化效應(yīng)分 形態(tài)突變型 生化突變型 :營養(yǎng)缺陷型 /抗性 :抗藥物 /噬菌體 致死突變型 條件致死突變型 調(diào)節(jié)突變型 產(chǎn)量突變型 二 基因符號(hào) 基因命名原則 1966年 M. Demerec等提出 《 TIG遺傳命名指南 》 提出基因的名稱由該基因突變后的表現(xiàn)型效應(yīng)來命名 表現(xiàn)型或基因型 表示符號(hào) 表現(xiàn)型 具有合成或利用某種物質(zhì)的能力 缺乏合成或利用某種物質(zhì)的能力 具有對(duì)某種抗生素的抗性 具有對(duì)某種抗生素的敏感性 Sub＋ Sub－ Antr Ants 基因型 能夠合成或利用某種物質(zhì)的野生型基因 影響合成或利用某種物質(zhì)的突變基因 突變的 subA基因 subA基因的 63號(hào)突變 具有溫度敏感表型的 subA基因突變 sub＋ sub－ subA－ subA63 subA（ Ts） ?每一基因座位（ locus）用三個(gè) 斜體小寫英文字母表示，它們來自說明這一基因特性的一個(gè)或一組英文單詞的前三個(gè)字母；如 lac(lactose), his(histidine)； rps (ribosomal protein small subunit), rim (ribosomal modification) ?產(chǎn)生同一突變型表型的不同基因，在三個(gè)小寫字母后用不同的一個(gè)大寫斜體字母來表示；如 trpA, trpB ?同一基因的不同突變位點(diǎn)（ mutation site）在基因符號(hào)后用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。如 trpA23 ?突變型的基因符號(hào)用基因座符號(hào)加上加 /減號(hào)（“ +/”）或其 他符號(hào) (“r/s”)來表示。如 leu+， his。 strr ?基因表型和產(chǎn)物用相應(yīng)基因型的正寫字母表示，其中第一個(gè)字母大寫。如 lacZ