【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ）。 它只涉及一對(duì)堿基被另一對(duì)堿基所置換。| 分類： 轉(zhuǎn)換 （ transition）， 即 DNA鏈中的一個(gè)嘌呤被另一個(gè)嘌呤或是一個(gè)嘧啶被另一個(gè)嘧啶所置換； 顛換（ transversion）， 即一個(gè)嘌呤被一個(gè)嘧啶 ,或是一個(gè)嘧啶被一個(gè)嘌呤所置換。對(duì)某一具體誘變劑來說，即可同時(shí)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(jī)制分成以下兩類來討論。第八章微生物的遺傳第八章微生物的遺傳直接引起置換的 誘變劑| 定義：一類可直接與核酸的堿基發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的誘變劑，不論在機(jī)體內(nèi)或是在離體條件下均有作用。| 種類：很多。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）。| 作用：它們可與一個(gè)或幾個(gè)核苷酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而引起 DNA復(fù)制時(shí)堿基配對(duì)的轉(zhuǎn)換，并進(jìn)一步使微生物發(fā)生變異。z 羥胺只引起 G┇C→A : T ，z 其余都是可使 G┇C=A : T 發(fā)生互變的。z 能引起顛換的誘變劑很少，只是部分烷化劑才有（參見下表）。第八章微生物的遺傳若干誘變劑的作用機(jī)制及誘變功能誘變 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的氧化脫氨作用交 聯(lián)AT=GC雙向 轉(zhuǎn)換 缺失烷 化 劑烷 化堿基（主要是 G）烷 化磷酸基 團(tuán)喪 失 烷 化的 嘌 呤糖 磷酸骨架的斷裂AT=GC雙向 轉(zhuǎn)換AT→TA 的 顛換GC→CG 的 顛換巨大 損傷 （缺失、重復(fù)、倒位、易位）丫 啶類 堿基之 間 相互作用 雙 鏈變 形 碼組 移 動(dòng) （＋或－）紫外 線嘧啶 的水合物形成 嘧啶 的二聚體交 聯(lián)GC→AT 轉(zhuǎn)換碼組 移 動(dòng) （＋或－）電 離 輻 射堿基的 羥 基化核降解DNA降解 糖 磷酸骨架的斷裂喪 失 嘌 呤AT=GC雙向 轉(zhuǎn)換碼組 移 動(dòng) （＋或－）巨大 損傷 （缺失、重復(fù)、倒位、易位）加 熱 C脫氨基 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) 第八章微生物的遺傳亞硝酸可以使堿基發(fā)生氧化脫氨作用 HNO2胞嘧啶（ C） 尿嘧啶（ U） HNO2腺嘌呤（ A） 次黃嘌呤（ H） HNO2鳥嘌呤（ G） 黃嘌呤（ X）這些反應(yīng)及形成物均可在 DNA復(fù)制中產(chǎn)生影響，主要是使堿基對(duì)發(fā)生轉(zhuǎn)換。堿基轉(zhuǎn)換的分子機(jī)制 —— 以亞硝酸為例第八章微生物的遺傳第八章微生物的遺傳 腺嘌呤（ A） 變成次黃嘌呤（ H）后 引起的轉(zhuǎn)換過程① 腺嘌呤氧化脫氨后形成烯醇式次黃嘌呤（ He） ② He通過互變異構(gòu)效應(yīng)形成酮式次黃嘌呤（ HK）③ DNA復(fù)制時(shí)， HK 與胞嘧啶（ C） 配對(duì)④ DNA第二次復(fù)制時(shí)， C與 G正常配對(duì)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。第八章微生物的遺傳亞硝酸引起 的 ATGC轉(zhuǎn)換細(xì)節(jié)第八章微生物的遺傳|這類誘變劑主要是一些 堿基類似物 ,如： 5溴尿嘧啶 (5BU)和 5氨基尿嘧啶（ 5— AU）、 疊氮胸腺嘧啶（ AIT） 等 等 ； | 作用方式 ： 通過活細(xì)胞的代謝活動(dòng)參入到 DNA分子中，主要是在 DNA復(fù)制時(shí)堿基類似物插入 DNA中，引起堿基對(duì)配對(duì)錯(cuò)誤，造成堿基置換。|以 5溴尿嘧啶 (5BU)為例： 5BU是 胸腺嘧啶（ T）的 類似物 ，酮式的 5BU可以和 A配對(duì)， 烯醇式的5BU|可以和 G配對(duì)，在 DNA分子復(fù)制的過程中，由于 5BU的 插入和互變異構(gòu)導(dǎo)致堿基置換。間接引起置換的誘變劑第八章微生物的遺傳第八章微生物的遺傳5BU引起的轉(zhuǎn)換第八章微生物的遺傳5BU引起的轉(zhuǎn)換| 從上圖中，還可以看到 5BU的摻入引起的 G┇C 回復(fù)到 A?T的過程。通過這兩個(gè)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。| 也可以知道，為什么像 5BU這類代謝類似物只有對(duì)正在進(jìn)行新陳代謝和繁殖著的微生物才起作用，而對(duì)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 。第八章微生物的遺傳第八章微生物的遺傳（ 2）移碼突變| frameshift mutation 或 phaseshift mutation，指誘變劑使 DNA分子中增加（插入）或缺失一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)核苷酸，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 移碼突變株移碼突變株 （frameshift 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，包括原黃素、丫啶黃、丫啶橙和 α 氨基丫啶等，以及一系列稱為 ICR類的化合物，都是移碼突變的有效誘變劑。第八章微生物的遺傳圖 814—— 能誘發(fā)移碼突變的幾種代表性化合物u引起移碼突變的誘變劑：主要是 吖啶類染料，如吖啶黃、吖啶橙等等。u這類化合物都是平面型的三環(huán)分子，它們的結(jié)構(gòu)與一個(gè)嘌呤 — 嘧啶對(duì)十分相似。第八章微生物的遺傳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)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。第八章微生物的遺傳丫啶類化合物誘發(fā)的移碼突變及其回復(fù)突變圖示第八章微生物的遺傳第八章微生物的遺傳（ 3）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，它包括：z 染色體結(jié)構(gòu)上的變化：z 缺失（ deletion）z 重復(fù)（ duplication）z 易位（ translocation）z 倒位（ inversion）z 染色體數(shù)目的變化第八章微生物的遺傳染色體結(jié)構(gòu)上的變化| 分為染色體內(nèi)畸變和染色體間畸變兩類。| 染色體內(nèi)畸變 ：只涉及一條染色體上的變化，z 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；z 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。z 倒位 是指斷裂下來的一段染色體旋轉(zhuǎn)180?后，重新插入到原來染色體的原位置上，從而使其基因順序與其它的基因順序相反；z 易位 是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 ：指非同源染色體間的 易位易位。第八章微生物的遺傳染色體畸變第八章微生物的遺傳 轉(zhuǎn)座因子 （ transposible element）| 由 40年代 B. McClintock對(duì)的遺傳研究而發(fā)現(xiàn)染色體易位，自 1967年以來，已在微生物和其它生物中得到普遍證實(shí)，并已成為分子遺傳學(xué)研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。| 舊概念 ：： 基因是固定在染色體 DNA上的一些不可移動(dòng)的核苷酸片段。| 新發(fā)現(xiàn) ：： 有些 DNA片段不但可在染色體上移動(dòng)，還可從一個(gè)染色體跳到另一個(gè)染色體，從一個(gè)質(zhì)粒跳到另一個(gè)質(zhì)?；蛉旧w，甚至還從一個(gè)細(xì)胞轉(zhuǎn)移到另一個(gè)細(xì)胞。在這些 DNA順序的跳躍過程中，往往導(dǎo)致 DNA鏈的斷裂或重接，從而產(chǎn)生重組交換或使某些基因啟動(dòng)或關(guān)閉，結(jié)果導(dǎo)致突變的發(fā)生。| 轉(zhuǎn)座因子（ transposible element） ：： 在染色體組中或染色體組間能改變自身位置的一段 DNA順序 。 也稱作跳躍基因（ jumping gene） 或 可移動(dòng)基因（ movable gene）。第八章微生物的遺傳轉(zhuǎn)座因子的種類（ 1）| 插入序列（ IS， insertion sequence） ：特點(diǎn)是分子量最?。▋H ~）， 只能引起轉(zhuǎn)座（ transposition） 效應(yīng)而不含其它基因。可以在染色體、 F因子等質(zhì)粒上發(fā)現(xiàn)它們。已知的 IS有 5種，即 IS IS IS IS4和IS5。 E . coli的 F因子和核染色體組上有一些相同的 IS（如 IS2， IS3等），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，從而使后者成為 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引起的突變可以回復(fù)，其原因可能是 IS被切離，如果因切離部位有誤而帶走 IS以外的一部分 DNA序列，就會(huì)在插入部位造成缺失，從而發(fā)生新的突變。第八章微生物的遺傳轉(zhuǎn)座因子的種類（2）| 轉(zhuǎn)座子（ Tn， transposon， 又稱轉(zhuǎn)位子，易位子） ： IS和 Mu噬菌體相比，Tn的分子量是居中的（一般為 2~25kb）。 它含有幾個(gè)至十幾個(gè)基因，其中除了與轉(zhuǎn)座作用有關(guān)的基因外，還含有抗藥基因或乳糖發(fā)酵基因等其它基因。 Tn雖能插到受體 DNA分子的許多位點(diǎn)上，但這些位點(diǎn)似乎也不完全是隨機(jī)的，其中某些區(qū)域更易插入。第八章微生物的遺傳轉(zhuǎn)座因子的種類（ 3）| Mu噬菌體（即 mutator phage， 誘變噬菌體） ：它是 E . coli的一種溫和噬菌體。與必須整合到宿主染色體特定位置上的一般溫和噬菌體不同， Mu噬菌體并沒有一定的整合位置。與以上的 IS和 Tn兩種轉(zhuǎn)座因子相比， Mu噬菌體的分子量最大（ 37kb）， 它含有 20多個(gè)基因。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(yíng)養(yǎng)缺陷型突變。第八章微生物的遺傳| 自發(fā)突變 是指在沒有人工參與下生物體自然發(fā)生的突變。| 幾種自發(fā)突變的可能機(jī)制| 微生物自身有害代謝產(chǎn)物的誘變效應(yīng)z 過氧化氫是普遍存在于微生物體內(nèi)的一種代謝產(chǎn)物。它對(duì) Neurospora（ 脈孢菌）有誘變作用，這種作用可因同時(shí)加入過氧化氫酶而降低，如果在加入該酶的同時(shí)又加入酶抑制劑 KCN， 則又可提高突變率。這就說明，過氧化氫很可能是 “ 自發(fā)突變 ” 中一種內(nèi)源性誘變劑。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。第八章微生物的遺傳互變異構(gòu)效應(yīng)| 堿基 T、 G的第六位上是酮基，會(huì)以酮式或烯醇式兩種互變異構(gòu)的狀態(tài)出現(xiàn)| C、 A的第六位上是氨基，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)| 平衡一般趨向于酮式或氨基式，在 DNA雙鏈結(jié)構(gòu)中一般總是以 A︰ T和 G┇C 堿基配對(duì)的形式出現(xiàn)| 在偶然情況下，在 DNA復(fù)制到達(dá)這一位置的瞬間，在T以稀有的烯醇式出現(xiàn)時(shí)，其相對(duì)位置上就出現(xiàn) G| 同樣，如果 C以稀有的亞氨基形式出現(xiàn)在 DNA復(fù)制到達(dá)這一位置的瞬間，則在新合成 DNA單鏈中與 C相對(duì)應(yīng)的位置上就將是 A。 這可能就是發(fā)生相應(yīng)的自發(fā)突變的原因。| 要預(yù)言在某一時(shí)間、某一基因發(fā)生自發(fā)突變是不可能的。在運(yùn)用數(shù)學(xué)方法對(duì)這些偶然事件做大量統(tǒng)計(jì)分析后，可以發(fā)現(xiàn)并掌握其中的規(guī)律。例如，據(jù)統(tǒng)計(jì)，堿基對(duì)發(fā)生自發(fā)突變的幾率約為 10 –8 ~ 10 – 9 。第八章微生物的遺傳環(huán)出效應(yīng)| 即環(huán)狀突出效應(yīng)。有人提出，在 DNA的復(fù)制過程中，如果其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，從而造成自發(fā)突變。下圖就是環(huán)出效應(yīng)的設(shè)想機(jī)制。在上鏈中，標(biāo)記 B處發(fā)生 “ 環(huán)出 ”，故只有 A及 C能獲得復(fù)制， 從而發(fā)生自發(fā)突變。而在下鏈中，復(fù)制仍正常進(jìn)行第八章微生物