1、Ch10.1Genetics第第1010章章 遗传物质的改变遗传物质的改变 （二）基因突变（二）基因突变GeneticsCh10.2第一节第一节 基因突变概说基因突变概说 基因突变基因突变（gene mutation）：是指一个基因内部可以遗）：是指一个基因内部可以遗传的结构改变，是基因分子内部在某种条件作用下所发传的结构改变，是基因分子内部在某种条件作用下所发生的一个或几个核苷酸的改变，导致结构蛋白或酶的改生的一个或几个核苷酸的改变，导致结构蛋白或酶的改变，从而影响有机体的大小、品质、颜色、结构和生长变，从而影响有机体的大小、品质、颜色、结构和生长率等性状的改变。率等性状的改变。基因突变一般
2、在染色体结构上是看不到的，所以又称基因突变一般在染色体结构上是看不到的，所以又称点点突变突变（point mutation）。实际上点突变与染色体畸变的）。实际上点突变与染色体畸变的界限并不明确，特别是微细的畸变更是如此。界限并不明确，特别是微细的畸变更是如此。GeneticsCh10.3一、基因突变的类型一、基因突变的类型 根据诱发的原因，基因突变可分为以下两个类型：根据诱发的原因，基因突变可分为以下两个类型：1.自发突变自发突变（spontaneous mutation），所谓自发突），所谓自发突变，是指在没有人工特设的诱发条件下，由于外界变，是指在没有人工特设的诱发条件下，由于外界环境的
3、自然作用或生物体内生理或生化变化而诱发环境的自然作用或生物体内生理或生化变化而诱发的突变。根据这个定义，我们知道所谓的自发突变的突变。根据这个定义，我们知道所谓的自发突变并不是没原因的突变，而是指人工特设诱变因素以并不是没原因的突变，而是指人工特设诱变因素以外的其它因素引起的突变。外的其它因素引起的突变。2.诱发诱变诱发诱变：这是指由人工特设诱发因素而引起的突：这是指由人工特设诱发因素而引起的突变。变。GeneticsCh10.4一、基因突变的类型一、基因突变的类型 根据突变引起的表型特征，可将突变分为：根据突变引起的表型特征，可将突变分为：形态突变形态突变（morphological mut
4、ation），是泛），是泛指能造成外形改变的突变。指能造成外形改变的突变。例：普通绵羊的四肢有一定的长度，但安康羊例：普通绵羊的四肢有一定的长度，但安康羊（Ancon sheepAncon sheep）的四肢很短，这类突变可在外）的四肢很短，这类突变可在外观上看到，称为观上看到，称为可见突变可见突变（visible mutationsvisible mutations）GeneticsCh10.5一、基因突变的类型一、基因突变的类型 根据突变引起的表型特征，可将突变分为：根据突变引起的表型特征，可将突变分为：致死突变致死突变（lethal mutation）：是指能造成）：是指能造成个体死亡的
5、突变，致死突变型又可分为全致死突个体死亡的突变，致死突变型又可分为全致死突变型变型(90%以上死亡以上死亡)，亚致死突变，亚致死突变(50%90%死死亡亡)；半致死突变；半致死突变(10%50%死亡死亡)和弱致死突变和弱致死突变(10%以下死亡以下死亡)。显性致死：杂合态即有致死。显性致死：杂合态即有致死。隐性致死：纯合态才有致死隐性致死：纯合态才有致死(镰刀形贫血症、植镰刀形贫血症、植物白化基因等物白化基因等)GeneticsCh10.6一、基因突变的类型 根据突变引起的表型特征，可将突变分为：根据突变引起的表型特征，可将突变分为：3条件致死突变条件致死突变(conditional leth
6、al mutation)：指在一定条件下表现致死效应，而在其它条件下指在一定条件下表现致死效应，而在其它条件下可以存活的突变。可以存活的突变。例如：例如：噬菌体噬菌体T4的温度敏感突变型在的温度敏感突变型在25时能在时能在E.coli宿主中正常生长，形成噬菌斑，但在宿主中正常生长，形成噬菌斑，但在42时就不时就不能这样。能这样。GeneticsCh10.7一、基因突变的类型 根据突变引起的表型特征，可将突变分为：根据突变引起的表型特征，可将突变分为：4生化突变生化突变(biochemical mutation)：指没有形：指没有形态效应，但导致某种特定生化功能改变的突变。态效应，但导致某种特定
7、生化功能改变的突变。例：链孢霉的氨基酸突变型；例：链孢霉的氨基酸突变型；加某种氨基酸才能生长。加某种氨基酸才能生长。放大放大200倍的倍的链孢霉链孢霉 GeneticsCh10.8二、基因突变的一般特征二、基因突变的一般特征 基因突变表现出以下几个方面的普遍特征：(一)、突变的重演性和可逆性(二)、突变的多方向性与复等位基因(三)、突变的有害性和有利性(四)、突变的平行性GeneticsCh10.9突变频率突变频率 突变频率突变频率是指生物体在每一世代中（单细胞生物是指生物体在每一世代中（单细胞生物以每一细胞）发生突变的频率，也就是一定时间以每一细胞）发生突变的频率，也就是一定时间内突变可能发
8、生的次数。突变频率一般是很低的，内突变可能发生的次数。突变频率一般是很低的，不同的生物，不同的基因其突变率相差较大。如不同的生物，不同的基因其突变率相差较大。如果在人工诱变条件下，突变频率可以大大提高，果在人工诱变条件下，突变频率可以大大提高，有时可达几千倍。有时可达几千倍。GeneticsCh10.10GeneticsCh10.11GeneticsCh10.12GeneticsCh10.13突变发生的时期和部位突变发生的时期和部位 从理论上讲，突变可以从理论上讲，突变可以发生在生物个体发育的发生在生物个体发育的任何时期，在体细胞或任何时期，在体细胞或性细胞中都可发生，但性细胞中都可发生，但性
9、细胞发生的频率要比性细胞发生的频率要比体细胞高些体细胞高些。双歧类芽孢杆菌的表双歧类芽孢杆菌的表面发生突变的部分面发生突变的部分 GeneticsCh10.14突变的多方向性突变的多方向性 基因的突变可以向多个方向进行，一个基基因的突变可以向多个方向进行，一个基因可以突变为因可以突变为a1、a2、a3an等而构成等而构成所谓的所谓的复等位基因复等位基因（multiple alleles）。这）。这些复等位基因可以从野生型基因突变产生，些复等位基因可以从野生型基因突变产生，也可以从其它任何一个突变基因突变产生。也可以从其它任何一个突变基因突变产生。GeneticsCh10.15突变的重演性突变的
10、重演性 指同种生物的同一指同种生物的同一基因突变为相同的基因突变为相同的表型，可以在不同表型，可以在不同个体间重复出现。个体间重复出现。例如果蝇的白眼突例如果蝇的白眼突变就曾发生过几次。变就曾发生过几次。GeneticsCh10.16突变的可逆性 即可发生即可发生回复突变回复突变，显性基因可以突变为隐性基因，而，显性基因可以突变为隐性基因，而隐性基因也可以突变为显性基因，前者称为正向突变隐性基因也可以突变为显性基因，前者称为正向突变（forward mutation）。后者称为反问突变或回复突变）。后者称为反问突变或回复突变（back mutation）。正向突变和反向突变的发生频率是不一）。
11、正向突变和反向突变的发生频率是不一样的。在多数情况下，正向突变率总是高于反向突变率。这样的。在多数情况下，正向突变率总是高于反向突变率。这是因为一个野生型基因内部的许多位点都可能发生改变而导是因为一个野生型基因内部的许多位点都可能发生改变而导致基因突变。但是一个基因内部却只有那个被改变了的结构致基因突变。但是一个基因内部却只有那个被改变了的结构恢复原状，才可发生回复突变。恢复原状，才可发生回复突变。需要指出的是，由于缺失而引起的突变不能发生回复突变。需要指出的是，由于缺失而引起的突变不能发生回复突变。GeneticsCh10.17突变的有害性与有利性 多数事例表明，突变大多数是有害的。这是因为
12、生物多数事例表明，突变大多数是有害的。这是因为生物经长期的自然选择，产生了与外界环境相同协调的关经长期的自然选择，产生了与外界环境相同协调的关系，这种关系一旦因突变而改变便可能干扰内部的生系，这种关系一旦因突变而改变便可能干扰内部的生理生化过程，所以大部分突变对生物体是不利的。理生化过程，所以大部分突变对生物体是不利的。少数的突变能促进和加强某些生命活力，所以是有利少数的突变能促进和加强某些生命活力，所以是有利的突变。例如作物抗病性，微生物的抗药性等，这些的突变。例如作物抗病性，微生物的抗药性等，这些突变为生物进化提供了最有利的条件。突变为生物进化提供了最有利的条件。GeneticsCh10.
13、18第二节第二节 突变的检出和应用突变的检出和应用一、果蝇性连锁突变的检出一、果蝇性连锁突变的检出二、链孢霉营养缺陷型突变的检出二、链孢霉营养缺陷型突变的检出三、三、大肠杆菌营养缺陷型的检出大肠杆菌营养缺陷型的检出四、人的突变的检出四、人的突变的检出GeneticsCh10.19一、果蝇性连锁突变的检出一、果蝇性连锁突变的检出（1 1）鉴别果蝇）鉴别果蝇X X染色体上基因的隐性突变染色体上基因的隐性突变 ClBClB方法方法 ClB品系(一条一条X X染色体上为染色体上为ClBClB，另一条正常，另一条正常)C C：在：在X X染色体上有一个大的倒位染色体上有一个大的倒位(inversion)
14、(inversion)，代表代表Crossover suppressor,Crossover suppressor,使它不能和另一同使它不能和另一同源染色体之间发生交换。源染色体之间发生交换。L L：是一个：是一个lethal recessive X-Linked genelethal recessive X-Linked gene B B：Bar eye Bar eye 显性棒眼基因显性棒眼基因GeneticsCh10.20一、果蝇突变的检出一、果蝇突变的检出（1 1）鉴别果蝇）鉴别果蝇X X染色体上基因的隐性突变染色体上基因的隐性突变 Muller-5Muller-5技术技术：检出果蝇：检
15、出果蝇X X染色体上的隐性突变特别是致染色体上的隐性突变特别是致死突变。死突变。Muller-5Muller-5品系的品系的X X染色体上：染色体上：B B（Bar Bar 棒眼）棒眼）W Wa a（apricot apricot 杏色眼）杏色眼）Sc(ScuteSc(Scute,小盾片少刚毛）小盾片少刚毛）倒位：可抑制倒位：可抑制Muller-5Muller-5的的X X染色体染色体 GeneticsCh10.21一、果蝇突变的检出一、果蝇突变的检出 实验时，把野外采集的，或经诱变处理的雄蝇，实验时，把野外采集的，或经诱变处理的雄蝇，与与Muller-5雌蝇交配，得到子一代后，做单对交雌蝇交
16、配，得到子一代后，做单对交配，看子二代的分离情况。如有致死突变，配，看子二代的分离情况。如有致死突变，F2中中没有野生型雄蝇，如有隐性的可见突变，则除没有野生型雄蝇，如有隐性的可见突变，则除Muller-5雄蝇外，出现具有可见突变的雄蝇。雄蝇外，出现具有可见突变的雄蝇。GeneticsCh10.22GeneticsCh10.23（2）果蝇常染色体上突变的检出 果蝇常染色体上的致死突变也可以被检出，但要经过三代。例如：要检出果蝇第二染色体上的突变基因可利用平衡致死系统：一条第二染色体上：显性基因Cy(curly,翻翅)，纯合致死，还有一个大倒位；另一条第二染色体上：显性基因S(star,星状眼)
17、，纯合致死。GeneticsCh10.24（2）果蝇常染色体上突变的检出 该平衡致死系统，同时又是倒位杂合体。检出过程如下：GeneticsCh10.25（2）果蝇常染色体上突变的检出 在子三代时：（1）如最初第2染色体上不带致死基因，则有1/3左右的野生型（2）如最初第2染色体含有致死基因，则只有翻翅果蝇（3）如最初第2染色体上会有隐性可见突变，则除翻翅果蝇外，还有1/3左右的突变型。（4）如最初第2染色体上含有半致死突变，则野生型很少。GeneticsCh10.26二、链孢霉营养缺陷型突变的检出 1、菌丝过滤法（可将野生型与突变型分离）：链孢霉不受青霉素的影响，但是可以用菌丝过滤法把野生型
18、和突变型分离。野生型的孢子能在基本培养基中萌发并长成菌丝，而缺陷型则一般不萌发或不能长成菌丝。这些萌发的分生孢子就可以用棉花过滤去掉，未萌发的分生孢子继续留在液体培养基中。GeneticsCh10.27二、链孢霉营养缺陷型突变的检出 2、营养缺陷型突变的检出与鉴定、营养缺陷型突变的检出与鉴定 1945年，美国遗传学家年，美国遗传学家Beadle和生物化学家和生物化学家Tatium研究研究出检测链孢霉营养缺陷型突变的方法。出检测链孢霉营养缺陷型突变的方法。基本根据：基本根据：野生型菌株：能合成一系列化合物野生型菌株：能合成一系列化合物基本培养基上生基本培养基上生长；长；缺陷型菌株：不能在基本培养
19、基上生长；能在完全培养缺陷型菌株：不能在基本培养基上生长；能在完全培养基上生长；能在基本培养基它所不能合成的物质上生基上生长；能在基本培养基它所不能合成的物质上生长。长。GeneticsCh10.28二、链孢霉营养缺陷型突变的检出 2、营养缺陷型突变的检出与鉴定、营养缺陷型突变的检出与鉴定 1945年，美国遗传学家年，美国遗传学家Beadle和生物化学家和生物化学家Tatium研究研究出检测链孢霉营养缺陷型突变的方法。出检测链孢霉营养缺陷型突变的方法。基本根据：基本根据：野生型菌株：能合成一系列化合物野生型菌株：能合成一系列化合物基本培养基上生基本培养基上生长；长；缺陷型菌株：不能在基本培养基
20、上生长；能在完全培养缺陷型菌株：不能在基本培养基上生长；能在完全培养基上生长；能在基本培养基它所不能合成的物质上生基上生长；能在基本培养基它所不能合成的物质上生长。长。具体做法如下：具体做法如下：GeneticsCh10.29 培养野生型链孢培养野生型链孢霉，用霉，用X线或紫外线或紫外线等照射分生孢线等照射分生孢子，或用化学药子，或用化学药剂处理，希望能剂处理，希望能引起突变。引起突变。GeneticsCh10.30 把这些处理过的把这些处理过的分生孢子，与相分生孢子，与相对交配型的野生对交配型的野生型链孢霉交配，型链孢霉交配，由此长出子囊孢由此长出子囊孢子。子。GeneticsCh10.31
21、 从子囊中取出子从子囊中取出子囊孢子，分别培囊孢子，分别培养在完全培养基养在完全培养基上。链孢霉的突上。链孢霉的突变型一般能在这变型一般能在这里生长和发育。里生长和发育。GeneticsCh10.32 从完全培养基生长从完全培养基生长起来的链孢霉又形起来的链孢霉又形成分生孢子。取出成分生孢子。取出一部分分生孢子培一部分分生孢子培养在基本培养基里，养在基本培养基里，观察它们的生长，观察它们的生长，如生长正常，表示如生长正常，表示没有发生突变；如没有发生突变；如果不能生长，表示果不能生长，表示已发生了突变。已发生了突变。GeneticsCh10.33 接着要分析，发生接着要分析，发生了什么突变，把
22、这了什么突变，把这突变型的分生孢子突变型的分生孢子从完全培养基里取从完全培养基里取出来，分别培养在出来，分别培养在不同的培养基上：不同的培养基上：GeneticsCh10.34（1）完全培养基，）完全培养基，突变型一般能在这突变型一般能在这里生长；里生长；GeneticsCh10.35（2）基本培养基。）基本培养基。突变型不能在这里突变型不能在这里生长；生长；GeneticsCh10.36（3）基本培养基，）基本培养基，加上各种氨基酸，加上各种氨基酸，如突变型还是不能如突变型还是不能在这里生长，表示在这里生长，表示加了氨基酸也没有加了氨基酸也没有用，不是控制氨基用，不是控制氨基酸合成的基因发生
23、酸合成的基因发生突变，它是能合成突变，它是能合成各种氨基酸的。各种氨基酸的。GeneticsCh10.37（4）基本培养基，）基本培养基，加上各种维生素，加上各种维生素，如突变型能在这里如突变型能在这里生长，表明突变型生长，表明突变型是在控制某种维生是在控制某种维生素合成的基因发生素合成的基因发生了突变，使它不能了突变，使它不能合成某种维生素，合成某种维生素，所以在基本培养基所以在基本培养基中添加了这种维生中添加了这种维生素后就能生长。素后就能生长。GeneticsCh10.38 这样依次分析下去，就可知道是哪种氨基酸或哪种维生素不能合成。比如这里发现它只能在含有色氨酸的基本培养基里生长，那就
24、表明这种生化突变型是控制色氨酸合成的基因发生了突变，其它基因没有发生突变。GeneticsCh10.39二、链孢霉营养缺陷型突变的检出 为了进一步确定发生的变异是由那一个基因控制的，还要将经过上述方法检出的突变型，跟不同交配型的野生型交配。看产生的子囊孢子的发育，表现出来什么样的分离现象，如果表现为1：1的分离，即4个是野生型，4个是突变型，那就表明是一个基因突变。Ch10.40Genetics第三节第三节 基因突变的诱发基因突变的诱发一、物理因素诱变一、物理因素诱变 (一一)电离辐射诱变电离辐射诱变 (二二)非电离辐射诱变非电离辐射诱变二、化学因素诱变二、化学因素诱变三、诱发突变的应用三、诱
25、发突变的应用GeneticsCh10.41(一)电离辐射诱变 1.种类：种类：粒子辐射：粒子辐射：射线、射线、射线射线(32P、35S)、中子、中子(60钴钴)；电磁波辐射：电磁波辐射：X射线、射线、射线。射线。2.方法：方法：外照射：中子、外照射：中子、X射线、射线、射线；射线；内照射：内照射：射线、射线、射线。射线。3.原理：基因的化学物质原理：基因的化学物质(DNA)发生电离作用。发生电离作用。原发电离与次级电离。原发电离与次级电离。碱基对、碱基结构破坏、改变碱基对、碱基结构破坏、改变基因突变基因突变；磷酸二酯键断裂、染色体断裂重接磷酸二酯键断裂、染色体断裂重接染色体结构变异染色体结构变
26、异。GeneticsCh10.42(一)电离辐射诱变4.电离辐射诱变的作用规律电离辐射诱变的作用规律 辐射剂量的表示方法：辐射剂量的表示方法：X射线、射线、射线：伦琴射线：伦琴(R)；中子：积分流量中子：积分流量(n/cm2)；射线：射线：微居里微居里(cu/g)。突变率与辐射剂量：突变率与辐射剂量：突变率与辐射总剂量成正比；突变率与辐射总剂量成正比；突变率与剂量率突变率与剂量率(辐射强度的影响辐射强度的影响)无关。无关。GeneticsCh10.43(二)非电离辐射诱变 主要是紫外线主要是紫外线(380-15nm)：紫外线的作用机制：紫外线的作用机制：激发作用激发作用 穿透能力与处理方法穿透
27、能力与处理方法 最有效波长最有效波长260nm(嘌呤、嘧啶的共轭环嘌呤、嘧啶的共轭环)间接诱变作用间接诱变作用 物理诱变的非专性：对物理诱变的非专性：对DNA分子及其核苷酸残基分子及其核苷酸残基无选择性，所以没有专化性和特异性。无选择性，所以没有专化性和特异性。GeneticsCh10.44二、化学因素诱变1.诱变剂及其种类与作用机制：诱变剂及其种类与作用机制：烷化剂：使碱基烷基化、改变碱基形成氢键的烷化剂：使碱基烷基化、改变碱基形成氢键的能力，从而改变碱基配对关系；能力，从而改变碱基配对关系；碱基类似物：在复制过程中取代碱基渗入碱基类似物：在复制过程中取代碱基渗入DNA分子，但形成氢键的类型不同，改变碱基配对分子，但形成氢键的类型不同，改变碱基配对关系；关系；抗生素：阻碍碱基合成或破坏抗生素：阻碍碱基合成或破坏DNA分子结构。分子结构。2.作用特点：作用特点：具有一定的碱基特异性。具有一定的碱基特异性。Ch10.45Genetics三、诱发突变的应用三、诱发突变的应用1.提高基因突变率；提高基因突变率；2.获得更丰富的突变类型；获得更丰富的突变类型；3.改良生物的个别性状。改良生物的个别性状。
