1、遗传学课件第遗传学课件第1010章章 基因突变基因突变 variation mutation chromosomal aberration gene mutation or point mutation epigenetic variation：亲代与子代或群亲代与子代或群 体内不同个体间非基因型突变的表型差异。体内不同个体间非基因型突变的表型差异。变异：亲代与子代或群体内不同个体间变异：亲代与子代或群体内不同个体间基因型或表型的差异基因型或表型的差异突变：基因的结构发生改变而导致细胞突变：基因的结构发生改变而导致细胞或生物体的基因型发生稳定的可遗传的或生物体的基因型发生稳定的可遗传的变化的过
2、程变化的过程基因突变的类型n体细胞突变（体细胞突变（somatic mutation）：是不能）：是不能遗传给后代的，但是可以通过无性途径传递。遗传给后代的，但是可以通过无性途径传递。n生殖细胞突变（生殖细胞突变（germ-line mutation）：若）：若突变的性细胞参与受精过程，那么突变基因突变的性细胞参与受精过程，那么突变基因就会传给下一代。就会传给下一代。null mutation(无效突变无效突变)：完全丧失基因功能完全丧失基因功能的突变。的突变。leaky mutation(渗漏突变渗漏突变)：指仍能部分表达指仍能部分表达(残余水平）原先活性的突变。残余水平）原先活性的突变。不
3、同类型基因突变产生不同构型和活性的蛋白不同类型基因突变产生不同构型和活性的蛋白 正向突变正向突变(forward mutation) Aa 回复突变回复突变(reverse mutation或或back mutation) a A 抑制因子突变抑制因子突变(suppressor mutation): intragenic或或intracistronic suppressor extragenic或或extracistronic suppressor p249 突变的分子基础突变的分子基础自发突变的分子基础自发突变的分子基础DNA复制错误引起的基因突变复制错误引起的基因突变自发化学改变引起的基因
4、突变自发化学改变引起的基因突变(碱基脱碱基脱嘌呤嘌呤 (depurination)、脱氨基、脱氨基 (deamination)转座因子及插入序列引起的基因突变转座因子及插入序列引起的基因突变重组错误重组错误 在在DNADNA复制中由于互变异构移位所产生的突变复制中由于互变异构移位所产生的突变在DNA复制中由于碱基的错误跳格自发产生碱基的插入和缺失 在DNA复制中由于碱基的错误跳格自发产生碱基的插入和缺失 在在DNA复制中由于碱基的错误跳格复制中由于碱基的错误跳格自发产生碱基的插入和缺失自发产生碱基的插入和缺失The fragile X syndrome is a genetic disorde
5、r caused by mutation of the FMR1 gene on the X chromosome. Normally, the FMR1 gene contains between 6 and 55 repeats of the CGG (trinucleotide repeats) in the 5UTR. In people with the fragile X syndrome, the FMR1 allele has over 230 repeats of this codon.Expansion of the CGG repeats to such a degree
6、 results in a methylation of that portion of the DNA, effectively silencing the expression of the FMR1 protein.This methylation of the FMR1 locus in chromosome band Xq27.3 is believed to result in constriction of the X chromosome which appears fragile under the microscope at that point, a phenomenon
7、 that gave the syndrome its name.Mutation of the FMR1 gene leads to the transcriptional silencing of the fragile X-mental retardation protein, FMRP. In normal individuals, FMRP binds and facilitates the translation of a number of essential neuronal RNAs. In fragile X patients, however, these RNAs ar
8、e not translated into proteins.How is Fragile-X syndrome inherited?An altered gene on the X-chromosome causes Fragile-X syndrome. A girl will normally have a working gene on her other X-chromosome, which partially makes up for the altered gene, so girls are usually less severely affected than boys.
9、The genetic change in Fragile-X is very unusual; it tends to change between parent and child, so predicting the exact risk of having an affected child is complicated.Inheritance of Fragile-X syndrome.自发突变的分子基础自发突变的分子基础DNA复制错误引起的基因突变复制错误引起的基因突变自发化学改变引起的基因突变自发化学改变引起的基因突变(碱基脱嘌呤碱基脱嘌呤 (depurination)、脱、脱氨
10、基氨基 (deamination)转座因子及插入序列引起的基转座因子及插入序列引起的基因突变因突变重组错误重组错误 自发突变的分子基础自发突变的分子基础DNA复制错误引起的基因突变复制错误引起的基因突变自发化学改变引起的基因突变自发化学改变引起的基因突变(碱碱基脱嘌呤基脱嘌呤 (depurination)、脱氨基、脱氨基 (deamination)转座因子及插入序列引起的基因转座因子及插入序列引起的基因突变突变重组错误重组错误 自发突变的分子基础自发突变的分子基础DNA复制错误引起的基因突变复制错误引起的基因突变自发化学改变引起的基因突变自发化学改变引起的基因突变(碱基脱嘌呤碱基脱嘌呤 (de
11、purination)、脱氨基脱氨基 (deamination)转座因子及插入序列引起的基转座因子及插入序列引起的基因突变因突变重组错误重组错误不等交换不等交换 诱发突变的分子基础诱发突变的分子基础 染色体畸变 碱基错配 复制错误 突变 DNA复制跳格 自发突变 脱嘌呤 基因突变 化学错误 脱氨基 氧化损伤 放射线-产生嘌呤二聚体 诱发突变 碱基类似物:5BU,2AP 化学诱变剂 碱基修饰物:NA,HA,烷化剂 DNA 插入剂:吖啶类嘧啶电滋波谱电滋波谱 诱发突变的分子基础诱发突变的分子基础体外定点突变体外定点突变n1985年加拿大的Michael Smith建立，于1993年获得了诺贝尔化学
12、奖。n通过对某个基因进行突变来研究其功能即表型的改变的过程，称为反向遗传学（reverse genetics).n具体方法： （1）聚核苷酸介导的用单链模板定点突变 （2）双引物法定点突变。 （3）人工合成用重叠延伸进行基因的定点突变用重叠延伸进行基因的定点突变Ames测验：美国B. Ames在20世纪70年代早期发展的一种相对较为便宜和快速的诱变剂检出方法。其原理是在组氨酸营养缺陷型（his-）的沙门氏菌培养物中加入诱变剂，观察统计从his- 回复到his+的回复突变率，从而获得有关诱变剂的诱变强度信息。突变剂的检测突变剂的检测Ames测验检测诱变剂的诱变强度信息测验检测诱变剂的诱变强度信息
13、 对吸烟者的对吸烟者的Ames测验测验有了突变怎么办？有了突变怎么办？生物体对基因突变防护与修复生物体对基因突变防护与修复（1 1）密码的结构）密码的结构（2 2）回复突变）回复突变（3 3）抑制因子突变）抑制因子突变（4 4）二倍体和多倍体）二倍体和多倍体（5 5）致死和选择）致死和选择DNADNA的防护机制的防护机制一一.直接修复（直接修复（Direct repair）(一) 通过DNA聚合酶校正修复(3 5外切酶活）(二)光复活反应 光解酶（photolyase),由phr 基因编码 经过解聚作用使突变回复正常的过程叫做光复活光复活 或光修复光修复 烷基转移酶和甲基转移酶等也是与直接修复
14、有关的酶。基因突变的修复基因突变的修复DNA的的光修复光修复 切除修复切除修复：利用互补链的信息进行：利用互补链的信息进行DNA修复的过程。分修复的过程。分为剪切、切除、修补、连接四个步骤。为剪切、切除、修补、连接四个步骤。n 暗修复（暗修复（dark repair）n短短-补丁修复（补丁修复（short-patch repair）25-30 bn长长-补丁修复（补丁修复（long-patch repair）1500 bn 着色性干皮病着色性干皮病（Xeroderma pigmentosum）是一种）是一种切除修复酶的缺陷切除修复酶的缺陷二二 切除修复（切除修复（excision-repair
15、excision-repair）切除修复切除修复模式图模式图 ABC核酸核酸内切酶的内切酶的作用过程作用过程 三、重组修复三、重组修复是通过复制后由分离是通过复制后由分离DNADNA分子上的同源片段分子上的同源片段的连接来完成的。（又称为复制后修复）的连接来完成的。（又称为复制后修复） 修复的主要步骤：修复的主要步骤： （1 1）含嘧啶二聚体结构的）含嘧啶二聚体结构的DNADNA复制，越过复制，越过嘧啶二聚体，子嘧啶二聚体，子DNADNA链在损伤部位出现裂隙。链在损伤部位出现裂隙。 （2 2）复制后的）复制后的DNADNA链重组。链重组。 （3 3）重组产生一没有损伤的野生型）重组产生一没有损
16、伤的野生型DNADNA分分子和一带有两个损伤区域的分子。子和一带有两个损伤区域的分子。DNA的重的重组修复组修复1-3线线2-4线线1-3线线2-4线线基因突变的检出基因突变的检出一、传统遗传学检出办法一、传统遗传学检出办法（一）大肠杆菌营养缺陷型的检出（一）大肠杆菌营养缺陷型的检出微生物突变子的筛选大多采用选择培养微生物突变子的筛选大多采用选择培养法，选择培养法的方法很多，应根据具体法，选择培养法的方法很多，应根据具体筛选的突变型的特性而定。筛选的突变型的特性而定。例如要筛选例如要筛选营养缺陷型突变子营养缺陷型突变子，只要将经诱变，只要将经诱变剂处理后的材料接种在完全培养基上，待长出菌剂处理
17、后的材料接种在完全培养基上，待长出菌落后，将每一菌落分别接种到基本培养基上。凡落后，将每一菌落分别接种到基本培养基上。凡是只能在完全培养基上生长而不能在基本培养基是只能在完全培养基上生长而不能在基本培养基上生长的菌落，便是营养缺陷型，这样便可进一上生长的菌落，便是营养缺陷型，这样便可进一步鉴定属于何种缺陷步鉴定属于何种缺陷. .( (负选择法负选择法) )又例如筛选又例如筛选抗药性突变子抗药性突变子，便可将诱变处理后，便可将诱变处理后的材料接种在含有该药物的完全培养基上，长出的材料接种在含有该药物的完全培养基上，长出的菌落可能是抗这一药物的。的菌落可能是抗这一药物的。( (正选择法正选择法)
18、)正选择法：突变株通过选择平板直接获得；正选择法：突变株通过选择平板直接获得；负选择法：突变株不能通过选择平板直接获得。负选择法：突变株不能通过选择平板直接获得。通过青霉素富集筛选营养缺陷型通过青霉素富集筛选营养缺陷型 原理：青霉素阻原理：青霉素阻止胞壁成份合成，止胞壁成份合成，对扩增细胞致死，对扩增细胞致死，而缺陷型保留而缺陷型保留（二）二倍体生物中基因突变的检出(1) susu SuSu Susu susu玉米非甜粒变甜粒突变的检出（2）利用突变检测品系检出二倍体中的基因突变）利用突变检测品系检出二倍体中的基因突变果蝇果蝇X连锁隐性致死突变或隐性可见突变的检出连锁隐性致死突变或隐性可见突变
19、的检出 只有存活yCSCy SSCy SCy果蝇常染色体突变的检出果蝇常染色体突变的检出平衡致死品系：平衡致死品系：永远以杂合状永远以杂合状态保存下来、态保存下来、不发生分离的不发生分离的品系叫做永久品系叫做永久杂种，也叫做杂种，也叫做平衡致死品系。平衡致死品系。选出双显性选出双显性Cy + + SXXCy +Cy + S单对 交配XCy + Cy +相互 交配 Cy + Cy + Cy + 致死或 致死 卷翅 卷翅 表现新性状 Cy +基因突变的分子遗传学检出方法基因突变的分子遗传学检出方法（一）单链构象异构多态性（一）单链构象异构多态性 PCR-SSCP是一种基于是一种基于PCR的单链构像
20、的单链构像多态性（多态性（single-stranded conformation polymorphism）分析技术，是）分析技术，是DNA已知突已知突变的检测或未知变异分析中十分常用和实变的检测或未知变异分析中十分常用和实用的技术之一，在对人的遗传病致病基因用的技术之一，在对人的遗传病致病基因突变类型的分析中应用尤为广泛，在临床突变类型的分析中应用尤为广泛，在临床分析中较多采用。分析中较多采用。 （二）用毛细管电泳技术检测（二）用毛细管电泳技术检测DNADNA点突变点突变利用利用毛细管电泳（毛细管电泳（CECE）技术）技术可以在可以在2020分钟内分钟内分析完成几千个碱基的分析完成几千个碱
21、基的DNADNA片段。片段。CECE是是2020世世纪纪9090年代初发展起来的新技术，具有分辨率年代初发展起来的新技术，具有分辨率高、重现性好、灵敏度高、快速和易于实现高、重现性好、灵敏度高、快速和易于实现自动化的特点。自动化的特点。 目前在目前在PCRPCR基础上利用基础上利用CECE技术对技术对DNADNA已知点已知点突变及未知点突变的检测发展十分迅速。突变及未知点突变的检测发展十分迅速。 尼龙膜尼龙膜（三）等位基因特异寡核苷酸杂交（三）等位基因特异寡核苷酸杂交（ASO）ASOASO是基于是基于PCRPCR具有获得很纯具有获得很纯DNADNA片段样品的片段样品的能力和分子能力和分子杂交的
22、原理杂交的原理而建立的突而建立的突变检测方法。变检测方法。（四）序列分析和（四）序列分析和DNADNA芯片技术芯片技术 在现有的所有方法中，在现有的所有方法中，DNADNA序列分析是最准确序列分析是最准确的突变检出方法。的突变检出方法。 DNADNA芯片技术是用不芯片技术是用不同荧光标记的突变型和野同荧光标记的突变型和野生型单链，分别与列置很生型单链，分别与列置很小的物理载体上已知的小的物理载体上已知的寡聚核苷酸（寡聚核苷酸（DNADNA芯片）芯片）杂交。由于列置在杂交。由于列置在DNADNA芯芯片上的已知的寡聚核苷酸片上的已知的寡聚核苷酸序列是某个完整基因交序列是某个完整基因交叠衔接的叠衔接
23、的DNADNA片段片段, , 因此因此可以通过激光共聚焦扫描可以通过激光共聚焦扫描对杂交荧光信号的有无进对杂交荧光信号的有无进行检测分析，从而找出行检测分析，从而找出突变。突变。表观遗传变异表观遗传变异(epigenetic variation) 同卵双生的两人具有完全相同的基因组，同卵双生的两人具有完全相同的基因组，在同样的环境中长大后，他们在性格、健在同样的环境中长大后，他们在性格、健康等方面会有较大的差异，为什么？康等方面会有较大的差异，为什么？这说明：在相应的基因碱基序列没有发生这说明：在相应的基因碱基序列没有发生变化的情况下，一些生物体的表型却发生变化的情况下，一些生物体的表型却发生
24、了改变。了改变。表观遗传调控与双胞胎表观遗传调控与双胞胎西班牙国家癌症中心的西班牙国家癌症中心的Fraga M F 等通过对等通过对160 名名374 岁的双胞胎进行分析，结果表明，在外界影响下基因组岁的双胞胎进行分析，结果表明，在外界影响下基因组在表达水平上的不同导致了双胞胎分道扬镳。他们对基在表达水平上的不同导致了双胞胎分道扬镳。他们对基因组上的因组上的2 种修饰作用进行了检测，将双胞胎的检测结果种修饰作用进行了检测，将双胞胎的检测结果进行比对，结果发现进行比对，结果发现DNA的甲基化和组蛋白的乙酰化作的甲基化和组蛋白的乙酰化作用可以让基因的表达增强或者减弱。在小的时候双胞胎用可以让基因的
25、表达增强或者减弱。在小的时候双胞胎基因的表达形式几乎是一样的，但是年龄在基因的表达形式几乎是一样的，但是年龄在28 岁以上的岁以上的双胞胎基因表达特征就会出现明显的不同。虽然这些修双胞胎基因表达特征就会出现明显的不同。虽然这些修饰作用可能只是改变了一点点，但是造成的影响特别是饰作用可能只是改变了一点点，但是造成的影响特别是在疾病方面的影响是十分明显的。在疾病方面的影响是十分明显的。表观遗传学是研究表观遗传变异的遗传学分表观遗传学是研究表观遗传变异的遗传学分支学科。表观遗传变异是指，支学科。表观遗传变异是指，在基因的在基因的DNA 序列没有发生改变的情况下，基因功能发生序列没有发生改变的情况下，
26、基因功能发生了可遗传的变化，并最终导致了表型的变化。了可遗传的变化，并最终导致了表型的变化。它是不符合孟德尔遗传规律。由此我们可以它是不符合孟德尔遗传规律。由此我们可以认为，基因组含有两类遗传信息：一类是传认为，基因组含有两类遗传信息：一类是传统意义上的遗传信息，即统意义上的遗传信息，即DNA 序列所提供序列所提供的遗传信息；另一类是表观遗传学信息，它的遗传信息；另一类是表观遗传学信息，它提供了何时、何地、以何种方式去应用遗传提供了何时、何地、以何种方式去应用遗传信息的指令。信息的指令。从目前的研究来看，从目前的研究来看，X 染色体剂量染色体剂量补偿、补偿、DNA 甲基化、组蛋白密码、甲基化、
27、组蛋白密码、基因组印记、表观基因组学和人类基因组印记、表观基因组学和人类表观基因组计划等问题都是表观遗表观基因组计划等问题都是表观遗传学研究的内容。传学研究的内容。DNADNA甲基化研究方法甲基化研究方法 根据不同类型研究的目的，甲基化根据不同类型研究的目的，甲基化检测方法概括起来可分为三类：检测方法概括起来可分为三类：基因组整体水平的甲基化检测基因组整体水平的甲基化检测基因特异位点甲基化的检测基因特异位点甲基化的检测新甲基化位点的寻找新甲基化位点的寻找根据研究所用处理方法不同可以分为：根据研究所用处理方法不同可以分为：基于基于PCR的甲基化分析方法；的甲基化分析方法；基于限制性内切酶的甲基化
28、分析方法；基于限制性内切酶的甲基化分析方法；基于重亚硫酸盐的甲基化分析方法和基于重亚硫酸盐的甲基化分析方法和柱层法等。柱层法等。副突变是指一个等位基因可以使其同源副突变是指一个等位基因可以使其同源基因的转录发生沉默且这种能力是可基因的转录发生沉默且这种能力是可遗传的。遗传的。 副诱变基因：能改变另一个等位基因的副诱变基因：能改变另一个等位基因的等位基因。等位基因。副诱变等位基因的影响可持续许多代。副诱变等位基因的影响可持续许多代。副突变副突变 的的3个主要特征：个主要特征：p269转基因沉默是指利用遗传转化技术导入转基因沉默是指利用遗传转化技术导入并稳定整合进受体细胞中的外源并稳定整合进受体细
29、胞中的外源DNA由于受到各种因素的影响，在转基因由于受到各种因素的影响，在转基因生物的当代或后代中表达受到抑制的生物的当代或后代中表达受到抑制的现象。现象。 转基因沉默的机制：甲基化作用；位置转基因沉默的机制：甲基化作用；位置效应；重复序列、同源序列等诱导的效应；重复序列、同源序列等诱导的基因沉默；转录后水平基因沉默。基因沉默；转录后水平基因沉默。基因组印记的引言、概念、除下面分派基因组印记的引言、概念、除下面分派之外的例子。之外的例子。-生科班生科班PWS的遗传特征、基因与致病机理。的遗传特征、基因与致病机理。-基地班基地班AS的遗传特征、基因与致病机理。的遗传特征、基因与致病机理。-生工班生工班每班派每班派1-2名同学来讲演，不超过名同学来讲演，不超过15分钟；分钟；（下课后报小组名单，可以是多个同（下课后报小组名单，可以是多个同学准备，然后选代表来讲）学准备，然后选代表来讲）每班组成评论组对其他组讲演进行评价，每班组成评论组对其他组讲演进行评价，并补充另一组讲演漏了的内容。并补充另一组讲演漏了的内容。！Copyright 2009 HZM
