【文章內(nèi)容簡介】 ?移碼突變 （ frameshift mutation）指誘變劑使DNA分子中的一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸的增添（插入）或缺失，從而使該部位后面的全部遺傳密碼發(fā)生轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯錯(cuò)誤的一類突變。 ?由移碼突變所產(chǎn)生的突變株，稱為 移碼突變株（ frame shift mutant）。與染色體畸變相比，移碼突變也只能算是 DNA分子的微小損傷。 丫啶類染料，如丫啶黃、丫啶橙和 α氨基丫啶等，都是移碼突變的有效誘變劑。 丫啶類化合物的誘變機(jī)制 ?至今還不很清楚。有人認(rèn)為，由于它們是一種平面型三環(huán)分子，結(jié)構(gòu)與一個(gè)嘌呤 –嘧啶對(duì)十分相似，故能嵌入兩個(gè)相鄰 DNA堿基對(duì)之間，造成雙螺旋的部分解開（兩個(gè)堿基對(duì)原來相距 ，當(dāng)嵌入一個(gè)丫啶分子時(shí)，就變成 ），從而在 DNA復(fù)制過程中，會(huì)使鏈上增添或缺失一個(gè)堿基，結(jié)果就引起了移碼突變。 丫啶類化合物誘發(fā)的移碼突變及其回復(fù)突變圖示 正常 DNA鏈上的三聯(lián)密碼子： ∣ ABC∣ ABC∣ ABC∣ ABC∣ ABC∣ ABC∣ ABC∣ ABC∣ 第三個(gè)密碼子中增添一個(gè)堿基后的三聯(lián)密碼子： ↓增添了一個(gè)堿基∣ ABC∣ ABC∣ AB+∣ CAB∣ CAB∣ CAB∣ CAB∣ CAB 在第二個(gè)密碼子中缺失一個(gè)堿基 A后引起的變化 ↓缺失了一個(gè)堿基 A ∣ ABC∣ BCA∣ BCA∣ BCA∣ BCA∣ BCA∣ BCA∣ BCA 增添一個(gè)堿基和缺失一個(gè)堿基后，其密碼子又恢復(fù)正常： ↓增添了一個(gè)堿基 ↓缺失一個(gè) B ∣ ABC∣ ABC∣ AB+∣ CAB∣ CAB∣ CAC∣ ABC∣ ABC 增添三個(gè)堿基后，只引起一段密碼子不正常： 加進(jìn)了三個(gè)堿基∣ ABC∣ AB+∣ CAB∣ +CA∣ B+C∣ ABC∣ ABC 如缺失三個(gè)堿基，也只引起一段密碼子不正常： ↓ ↓ ↓ ∣ ABC∣ ACA∣ BCA∣ BAB∣ CAC∣ ABC∣ ABC∣ ABC 由此可見，在 DNA鏈上 增添或缺失一、二或四、五個(gè) 堿基時(shí)，均可引起移碼突變，而 增添或缺失三個(gè)或六個(gè) 時(shí)，則不影響讀碼，只引起短的缺失或增添（插入）。 染色體畸變（ chromosomal aberration） ?某些理化因子，如 X射線等的輻射及烷化劑、亞硝酸等，除了能引起點(diǎn)突變外，還會(huì)引起 DNA的大損傷（ macrolesion） ——染色體畸變，包括以下兩個(gè)方面： 染色體結(jié)構(gòu) 上的 缺失（ deletion）、重復(fù)（ duplication）、易位（ translocation）和倒位（ inversion） 染色體數(shù)目 的變化。 染色體結(jié)構(gòu)上的變化 ?染色體內(nèi)畸變只涉及一條染色體上的變化，如發(fā)生染色體的部分 缺失 或 重復(fù) 時(shí)，其結(jié)果可造成 基因的減少或增加 ；又如發(fā)生 倒位 或 易位 時(shí)，則可造成 基因排列順序的改變 ，但數(shù)目卻不改變。倒位是指斷裂下來的 DNA片段旋轉(zhuǎn) 180176。 后，重新插入到原來染色體的位置上；易位則指斷裂下來的一小段染色體再順向或逆向地插入到同一條染色體的其它部位上。 ?染色體間畸變，則指非同源染色體間的易位。 紫外線（ .， ultraviolet ray）對(duì)DNA的損傷 ? 嘧啶對(duì)紫外線的敏感性要比嘌呤強(qiáng)得多 。嘧啶的光化產(chǎn)物主要是二聚體和水合物，其中了解較清楚的是 胸腺嘧啶二聚體 的形成和消除。 紫外線的主要作用是使同鏈 DNA的相鄰胸腺嘧啶間形成共價(jià)結(jié)合的胸腺嘧啶二聚體，它的出現(xiàn)會(huì)減弱雙鏈間氫鍵的作用，并引起雙鏈結(jié)構(gòu)扭曲變形，阻礙堿基間的正常配對(duì)，從而引起突變或死亡。在互補(bǔ)雙鏈間形成嘧啶二聚體的機(jī)會(huì)較少，但一旦形成，就會(huì)妨礙雙鏈的解開，因而影響 DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，并使細(xì)胞死亡。 ? 誘變因素 在 DNA上的初級(jí)效應(yīng) 遺傳效應(yīng) 堿基類似物 摻入作用 AT=GC雙向轉(zhuǎn)換 羥 胺 與胞嘧啶起反應(yīng) GC→AT的轉(zhuǎn)換 亞硝酸 A、 G、 C的氧化脫氨作用 AT=GC雙向轉(zhuǎn)換 ? 交 聯(lián) 缺失 烷化劑 烷化堿基（主要是 G） AT=GC雙向轉(zhuǎn)換 ? 烷化磷酸基團(tuán) AT→TA的顛換 ? 喪失烷化的嘌呤 GC→CG的顛換 糖 磷酸骨架的斷裂 巨大損傷 丫啶類 堿基之間的相互作用 碼組移動(dòng) 紫外線 形成嘧啶的水合物 GC→AT轉(zhuǎn)換 形成嘧啶的二聚體 碼組移動(dòng) 電離輻射 堿基的羥基化降解 AT=GC雙向轉(zhuǎn)換 ? DNA降解 碼組移動(dòng)（＋或－） 糖 磷酸骨架的斷裂 巨大損傷 喪失嘌呤 CG→TA轉(zhuǎn)換 Mu噬菌體 結(jié)合到一個(gè)基因中間 碼組移動(dòng) 自發(fā)突變機(jī)制 ? 自發(fā)突變 是指在沒有人工參與的情況下生物體自然發(fā)生的突變 幾種自發(fā)突變的可能機(jī)制 ? 背景輻射和環(huán)境因素的影響 ：由于一些原因不詳?shù)牡蛣┝空T變因素的長期總和誘變效應(yīng)。如各種短波輻射或高溫誘變效應(yīng)，以及自然界中普遍存在的一些低濃度的誘變物質(zhì)（在微環(huán)境中有時(shí)也可能是高濃度）的作用等。 ? 微生物自身有害代謝產(chǎn)物的誘變效應(yīng) ：過氧化氫對(duì) Neurospora有誘變作用，在許多微生物的陳舊培養(yǎng)物中易出現(xiàn)自發(fā)突變株，可能也是同樣的原因。 ? 氨基的互變異構(gòu)效應(yīng) ： T和 G會(huì)以酮式或烯醇式兩種互變異構(gòu)的狀態(tài)出現(xiàn)，而 C和 A則會(huì)以氨基式或亞氨基式兩種互變異構(gòu)的狀態(tài)出現(xiàn)。 ? 環(huán)出效應(yīng) ：在 DNA的復(fù)制過程中，某一單鏈上偶然產(chǎn)生一個(gè)小環(huán)，則會(huì)因其上的基因越過復(fù)制而發(fā)生遺傳缺失。 基因突變的修復(fù) ? 光復(fù)活作用 ? 切除修復(fù) ? 重組修復(fù) ? SOS修復(fù) 光復(fù)活作用（ photoreactivation） ?把經(jīng)紫外線照射后的微生物立即暴露于可見光下時(shí)，可明顯降低其死亡率的現(xiàn)象，稱為 光復(fù)活作用 。 ?光復(fù)活機(jī)理 ：經(jīng)紫外線照射所形成的帶有胸腺嘧啶二聚體的 DNA分子，在黑暗中與光激活酶（ photoreactivating enzyme）（又稱光裂合酶 photolyase）結(jié)合，形成的復(fù)合物暴露在可見光（ 300~500nm）下時(shí)，此酶會(huì)因獲得光能而發(fā)生解離，從而使二聚體重新分解成單體。 ?由于在一般的微生物中都存在著光復(fù)活作用，所以在進(jìn)行 紫外線誘變育種時(shí)，只能在紅光下進(jìn)行照射及處理照射后的菌液。 暗修復(fù)作用（ dark repair） ? 暗修復(fù)作用又稱切除修復(fù)（ excision repair），是細(xì)胞內(nèi)的主要修復(fù)系統(tǒng)，用于修復(fù)被誘變劑（包括紫外線、烷化劑、 X射線和 γ射線等）損傷后的 DNA的機(jī)制。全部修復(fù)過程由四種酶完成，即 ? ① 內(nèi)切核酸酶 在胸腺嘧啶二聚體的 5’一側(cè)切開一個(gè) 3’ OH和 5’P的單鏈缺口； ? ② 外切核酸酶 從 5’P至 3’OH方向切除二聚體，并擴(kuò)大 缺口； ? ③ DNA聚合酶 修補(bǔ)缺口 ? ④ 連接酶 連接裂口 重組修復(fù) ? 一種越過損傷的修復(fù)機(jī)制，即通過交換，在嘧啶二聚體相應(yīng)部位的子鏈上出現(xiàn)了缺口，該缺口由 DNA聚合酶和連接酶修復(fù)。 ? 親本鏈的嘧啶二聚體需切除修復(fù) SOS修復(fù) ? 修復(fù)基因： lexA、 recA、 uvrA、 uvrB、 uvrC ? 修復(fù)機(jī)理： lexA為調(diào)節(jié)基因，產(chǎn)生的阻遏蛋白在正常條件下與 recA、 uvrA、 uvrB、 uvrC的操作子結(jié)合，使細(xì)胞內(nèi)僅合成少量的 uvr蛋白（修復(fù)蛋白），對(duì)自發(fā)突變產(chǎn)生的低水平的損傷進(jìn)行修復(fù)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生大量嘧啶二聚體時(shí)，在復(fù)制過程中因不能得到修復(fù)而在子鏈上留下空隙和單鏈，少量的 RecA蛋白立即與單鏈結(jié)合并激活其活性， RecA蛋白 降解 LexA阻遏蛋白，解除了對(duì) RecA蛋白和其他修復(fù)蛋白基因的抑制，對(duì)大量的二聚體進(jìn)行切除修復(fù)。 第五節(jié) 基因重組 ? 基因重組 （ gene rebination）： 凡把兩個(gè)不同性狀個(gè)體內(nèi)的遺傳基因轉(zhuǎn)移到一起，經(jīng)過遺傳分子間的重新組合，形成新遺傳型個(gè)體的方式。 重組可使生物體在未發(fā)生突變的情況下，也能產(chǎn)生新遺傳型的個(gè)體。 ? 重組是分子水平上的一個(gè)概念，而一般所說的雜交（ hybridization）則是細(xì)胞水平上的一個(gè)概念。雜交中必然包含著重組，而重組則不限于雜交這一形式。真核微生物中的 有性雜交、準(zhǔn)性雜交 （ parasexual hybridization）等原核生物中的 轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)、接合 和原生質(zhì)體融合 等都是基因重組在細(xì)胞水平上的反映。 基因重組的意義 ?基因重組是雜交育種的理論基礎(chǔ)。 ?雜交育種的優(yōu)點(diǎn)：①由于雜交育種選用了已知性狀的供體菌和受體菌作為親本，故在方向性和自覺性方面，均比誘變育種前進(jìn)了一大步。②利用雜交育種可以消除某一菌株在經(jīng)過長期誘變處理后所出現(xiàn)的產(chǎn)量上升緩慢的現(xiàn)象 ?雜交育種的缺點(diǎn)：雜交育種的方法較復(fù)雜，目前還沒有得到普遍的推廣和使用，尤其在原核生物的領(lǐng)域中，應(yīng)用轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)導(dǎo)或接合等重組技術(shù)來培育可應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐上的高產(chǎn)菌株的例子還不多見。到了 70年代后期，由于原生質(zhì)體融合技術(shù)獲得巨大的成功后，才使重組育種技術(shù)獲得了飛速的發(fā)展。 一 、 原核微生物的基因重組 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)導(dǎo) 接合 原生質(zhì)體融合 基因重組的方式 轉(zhuǎn)化（ transformation） ?轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)化作用 ：受體菌（ recipient或 receptor）直接吸收了來自供體菌（ donor）的 DNA片段，通過交換整合到自己的基因組中，從而獲得部分新的遺傳型狀的現(xiàn)象。接受了供體菌 DNA的受體菌稱為轉(zhuǎn)化子（ transformant）。 ?范圍 ：原核生物中，轉(zhuǎn)化是一個(gè)較普遍的現(xiàn)象。 若干放線菌和藍(lán)細(xì)菌及少數(shù)真核微生物也有轉(zhuǎn)化報(bào)道。 ? 轉(zhuǎn)化發(fā)生的條件 ? 兩個(gè)菌種或菌株之間能否發(fā)生轉(zhuǎn)化，與它們在進(jìn)化過程中的親緣關(guān)系有著密切的關(guān)系。但即使在轉(zhuǎn)化率極高的那些種中，其不同菌株間也不一定都可發(fā)生轉(zhuǎn)化。 ? 進(jìn)行轉(zhuǎn)化的受體細(xì)胞必須處于 感受態(tài) （ petence），亦即受體細(xì)胞最易接受外源 DNA片段并實(shí)現(xiàn)其轉(zhuǎn)化的一種生理狀態(tài)。也可以采用人工的方法使細(xì)菌轉(zhuǎn)變成 感受態(tài) ? 感受態(tài)因子 ：一種細(xì)胞外蛋白，可與受體菌細(xì)胞表面的特異受體結(jié)合，結(jié)果激活細(xì)胞內(nèi)一系列與轉(zhuǎn)化有關(guān)的基因的表達(dá)，其中產(chǎn)生的自溶素使細(xì)胞表面的 DNA結(jié)合蛋白和核酸酶裸露出來，以完成轉(zhuǎn)化過程。不同細(xì)菌，每個(gè)細(xì)胞上的 DNA結(jié)合位點(diǎn)數(shù)不同。 ? 轉(zhuǎn)化因子 的本質(zhì)一般是 DNA，經(jīng)多次提純操作后，每一轉(zhuǎn)化 DNA片段的分子量都小于 1 107，約占細(xì)菌核染色體組的 %。據(jù)研究，呈質(zhì)粒形式的轉(zhuǎn)化因子，其轉(zhuǎn)化頻率最高；一般的轉(zhuǎn)化因子都是線狀雙鏈 DNA；也有線狀單鏈 DNA具有轉(zhuǎn)化作用的報(bào)道。 ? 轉(zhuǎn)化過程 ：以 S. Pneumonia為例分為六階段： ?雙鏈 DNA片段與感受態(tài)受體菌細(xì)胞表面的 DNA結(jié)合位點(diǎn)（主要在新形成細(xì)胞壁的赤道區(qū)）結(jié)合； ?在吸附位點(diǎn)上的 DNA被核酸內(nèi)切酶分解，形成平均分子量為4~5 106的 DNA片段； ?DNA雙鏈中的一條單鏈被膜上的另一種核酸酶切除，另一條單鏈逐步進(jìn)入細(xì)胞，這是一個(gè)耗能的過程。分子量小于5 105的 DNA片段不能進(jìn)入細(xì)胞。 ?來自