分子生物学第七章-基因突变与交换
基因的传递和突变
现代医学：基因突变的研究为人类疾病的治疗提供了新的思路和方法，如基因治疗、个性化医 疗等
汇报人：XXX
变
DNA：遗传信 息的主要载体， 由四种碱基组
成
RNA：参与基 因表达和调控， 包括mRNA、 tRNA和rRNA
染色体：DNA 和蛋白质组成 的结构，负责 遗传信息的传
递
基因：DNA上 的遗传信息片 段，控制生物
性状的表达
基因重组的定义：在生物体繁殖过程中，控制不同性状的基因重新组合的过 程。
基因突变：基因在复制过程中发生的随机变化 自然选择：适应环境的基因突变被保留下来，不适应的被淘汰 物种形成：经过长期自然选择，基因突变积累，形成新的物种 生物进化：基因突变和自然选择共同作用，推动生物不断进化和发展
基因突变：DNA复制过程中发生的错误，导致基因序列的改变
自然选择：基因突变产生的有利变异被保留下来，不利变异被淘汰
基因突变与神经 性疾病的关系： 某些基因突变可 能导致神经性疾 病的发生
研究进展：科学 家正在研究基因 突变与神经性疾 病的关系，以期 找到治疗方法
基因突变：基因 突变是物种形成 的基础，是生物 进化的动力
自然选择：自然 选择是物种形成 的关键，有利于 适应环境的突变 基因被保留下来
生殖隔离：生殖 隔离是物种形成 的标志，不同物 种之间无法繁殖 或繁殖后代繁殖 能力弱
基因重组的方式：有性生殖中的基因重组和减数分裂过程中的基因重组。
基因重组的结果：产生新的基因型，增加生物多样性。
基因重组在生物进化中的作用：是生物进化的重要机制之一，可以增加生物 对环境的适应能力。
基因突变的定义：DNA序列的 改变，导致基因功能的改变
基因突变分子生物学解释的基础
基因突变分子生物学解释的基础随着科技的进步和研究的不断深入，人们对基因突变的认识越来越深入。
基因突变是指在DNA序列中的改变，它可以导致个体的遗传信息发生变化。
基因突变分子生物学解释的基础是遗传信息的传递与表达机制。
本文将从DNA复制、转录和翻译三个方面来探讨基因突变的分子生物学解释。
一、DNA复制DNA复制是生物体在复制基因过程中的一项重要活动。
在细胞分裂前，DNA需要复制，以确保子细胞可以获得完整和准确的遗传信息。
DNA复制过程中，碱基对的配对规则、DNA复制酶的作用以及错误修复机制等是保证基因突变准确复制的重要环节。
碱基对的配对规则是DNA复制的基础。
DNA由A（腺嘌呤）、T （胸腺嘧啶）、C（胞嘧啶）和G（鸟嘌呤）四种碱基组成。
碱基对的配对规则是A与T相互配对，C与G相互配对。
这种配对规则保证了DNA双链的复制过程中，每个碱基都能准确地被复制。
在DNA复制过程中，DNA复制酶起着重要的作用。
DNA复制酶可以解开DNA双链，使得DNA单链暴露出来，然后通过匹配碱基对的规则，在模板链上合成互补的新链。
DNA复制酶能够高效准确地复制DNA，并对错误进行修复，从而维护基因组的完整性。
错误修复机制在DNA复制过程中起到关键作用。
当碱基配对错误时，错误修复机制可以通过检测和修复这些错误，保证复制的准确性。
错误修复机制包括鸟嘌呤酸基切割酶（AP酶）和核酸酶。
二、转录转录是DNA遗传信息被转录为RNA的过程。
在这一过程中，DNA的信息被传递到RNA分子中。
转录通过三个关键步骤完成：启动、延伸和终止。
在启动阶段，RNA聚合酶结合到DNA的起始位点，并开始合成RNA链。
RNA聚合酶能够识别DNA的起始位点，并启动RNA合成过程。
在延伸阶段，RNA聚合酶沿着DNA模板链合成RNA链。
RNA聚合酶会根据DNA模板链上的碱基顺序，合成与DNA模板链互补的RNA链。
在终止阶段，RNA聚合酶到达终止位点，停止合成RNA链，释放RNA分子。
分子遗传学2025年基因突变知识点深度剖析
分子遗传学2025年基因突变知识点深度剖析在科学的飞速发展中，分子遗传学领域一直是最具活力和创新的研究领域之一。
基因突变作为分子遗传学的核心概念，其研究不断深入和拓展，为我们理解生命的奥秘、疾病的发生机制以及生物进化等提供了关键的线索。
随着技术的进步和研究的深入，到 2025 年，我们对基因突变的认识将会达到一个新的高度。
一、基因突变的类型基因突变可以分为多种类型，每种类型都具有独特的特点和产生的影响。
点突变是最常见的一种类型，包括碱基替换和碱基插入/缺失。
碱基替换又分为转换和颠换两种情况。
转换是指嘌呤与嘌呤之间或嘧啶与嘧啶之间的替换，如腺嘌呤（A）与鸟嘌呤（G）之间的互换；颠换则是嘌呤与嘧啶之间的替换，如腺嘌呤（A）与胸腺嘧啶（T）的互换。
点突变可能会导致蛋白质中氨基酸的改变，从而影响蛋白质的功能。
插入或缺失突变则是在DNA 序列中插入或缺失了一个或几个碱基。
如果插入或缺失的碱基数不是 3 的倍数，就会导致阅读框的移位，从而使后续编码的氨基酸序列完全改变，这通常会对蛋白质的功能产生重大影响。
此外，还有染色体结构变异导致的基因突变，如染色体的缺失、重复、倒位和易位。
这些大规模的染色体结构变化可能会影响多个基因的表达和功能。
二、基因突变的原因基因突变的发生有着多种原因，既有内在的因素，也有外在的环境因素。
内在因素中，DNA 复制过程中的错误是基因突变的一个重要来源。
在细胞分裂时，DNA 进行复制，但这个过程并非绝对准确，可能会出现碱基错配的情况。
此外，DNA 本身的不稳定性，如某些碱基的自发脱氨基反应，也可能导致基因突变。
外在环境因素的影响同样不可忽视。
物理因素如紫外线、X 射线等高能辐射能够直接损伤 DNA 分子，导致碱基的变化或链的断裂。
化学因素如各种化学诱变剂，如亚硝胺、苯并芘等，能够与 DNA 发生反应，改变其碱基结构。
生物因素如病毒的感染，可能会将其自身的基因插入到宿主细胞的基因组中，导致基因突变。
第七章基因突变
金鱼体色突变
碧桃花色变异
遗传学
第七章
68
三、基因突变的一般特征： ㈠、突变的重演性和可逆性:
1. 重演性：同一生物不同个体间可以多次发生同样的突变。
如：下表列举的玉米籽粒7个基因中前6个，在多次试验中都
出现过类似的突变，且其突变率也极为相似。
表 基因 R I Pr Su Y Sh Wx 玉米子粒7个基因的自然突变率 测 定 配子数 554786 265891 647102 1678736 1745280 2469285 1503744 观察到的 百万配子中 突 变 数 平均突变率 273 28 7 4 4 3 0 492.0 106.0 11.0 2.4 2.2 1.2 0
遗传学 第七章 83
②．杂合显性致死突变：
显性致死突变在杂合状态时即可死亡。不会产生纯合体。 例如：神经胶症突变基因可引起人皮肤畸形生长、严重智力 缺陷、多发性肿瘤，具有该杂合基因的人年轻时就丧失生命。
③．纯合隐性致死突变：
人的“异染白痴脑病”由aa基因控制（隐性纯合致死）。 病症：发病初期可活动，后期成为植物人，直至死亡。何时 发病不知，可以到成年结婚后发病。至1999年全世界仅发现 200 例，我国有18例。
黄色鼠 × 黄色鼠
AYa ↓ 2黄 AYa ： 1黑
AYAY (死亡) AYa (2396) aa(1235)
黄色鼠与黄色鼠交配的结果 发现其分离比例总是2黄 : 1黑， 说明缺少1/4的黄色鼠纯合体。
原因：突变的黄色基因AY对黑色基因a为显性，但AY具有纯合时致死 的效应。 AY AY其胚胎在母体内即已死亡，只有AY a可存活。
S1S4、S2S4
遗传学 第七章 75
(2)．人类血型：
分子生物学复习7-9
第七章基因的表达与调控（上）——原核基因表达调控模式（一）基本概念1．基因表达：细胞在生命过程中，把蕴藏在DNA中的遗传信息经过转录和翻译，转变成为蛋白质或功能RNA分子的过程称为基因表达。
2．基因表达调控：围绕基因表达过程中发生的各种各样的调节方式都统称为基因表达调控。
rRNA或tRNA的基因经转录和转录后加工产生成熟的rRNA或tRNA,也是rRNA或tRNA 的基因表达，因为rRNA或tRNA就具有在蛋白质翻译方面的功能。
3．组成型表达：指不大受环境变动而变化的一类基因表达。
如ＤＮＡ聚合酶，ＲＮＡ聚合酶等代谢过程中十分必需的酶或蛋白质的表达。
管家基因：某些基因在一个个体的几乎所有细胞中持续表达，通常被称为管家基因。
管家基因无论表达水平高低，较少受到环境因素的影响。
在基因表达研究中，常作为对照基因适应型表达：指环境的变化容易使其表达水平变动的一类基因表达。
应环境条件变化基因表达水平增高或从无到有的现象称为诱导，这类基因被称为可诱导的基因；相反，随环境条件变化而基因表达水平降低或变为不表达的现象称为阻遏，相应的基因被称为可阻遏的基因。
4．结构基因：编码蛋白质或功能性RNA的任何基因。
所编码的蛋白质主要是组成细胞和组织基本成分的结构蛋白、具有催化活性的酶和调节蛋白等。
原核生物的结构基因一般成簇排列，真核生物独立存在。
结构基因簇由单一启动子共同调控。
调节基因：参与其他基因表达调控的RNA或蛋白质的编码基因。
①调节基因编码的调节物质通过与DNA上的特定位点结合控制转录是调控的关键。
②调节物与DNA特定位点的相互作用能以正调控的方式（启动或增强基因表达活性调节靶基因，也能以负调控的方式（关闭或降低基因表达活性）调节靶基因。
操纵子：由操纵基因以及相邻的若干结构基因所组成的功能单位，其中结构基因的转录受操纵基因的控制。
（二）原核基因调控的分类和主要特点一、原核生物的基因调控特点：（1）基因调控主要发生在转录水平上，形式主要是操纵子调控.（2）有时也从DNA水平对基因表达进行调控，实质是基因重排。
生物遗传学中的基因突变知识点详解
生物遗传学中的基因突变知识点详解在生物遗传学的广袤领域中，基因突变无疑是一个关键且引人入胜的主题。
基因突变，简单来说，就是指基因在结构上发生了碱基对组成或排列顺序的改变。
这一改变看似微小，却能引发一系列重大的生物学效应，对生物的遗传、进化以及各种生理和病理过程产生深远的影响。
基因突变的类型多种多样。
点突变是其中较为常见的一种，它指的是 DNA 序列中单个碱基的替换，又分为转换和颠换两种情况。
转换是指嘌呤与嘌呤之间或者嘧啶与嘧啶之间的替换，比如腺嘌呤（A）被鸟嘌呤（G）替换；颠换则是嘌呤与嘧啶之间的替换，像是腺嘌呤（A）被胸腺嘧啶（T）替换。
还有一种是缺失和插入突变，这涉及到 DNA 序列中碱基的增加或减少。
缺失可能导致后续的碱基编码发生错位，从而改变整个基因的表达产物；插入则可能引入新的密码子，影响蛋白质的结构和功能。
基因突变的原因也是多方面的。
首先，自发突变可能是由于 DNA 复制过程中的小概率错误。
在细胞分裂时，DNA 会进行复制，尽管细胞内有各种纠错机制，但偶尔仍会出现碱基配对错误，从而导致基因突变。
其次，外界环境因素的作用不可小觑。
例如，紫外线、X 射线等电离辐射能够直接损伤 DNA 分子，导致碱基的变化或链的断裂。
化学物质如亚硝酸盐、黄曲霉素等也具有诱变作用，它们可以与 DNA 发生反应，改变碱基的化学结构。
此外，病毒感染也可能影响宿主细胞的基因，引发突变。
基因突变的发生具有随机性和不定向性。
随机性体现在它可以发生在生物体发育的任何时期、任何细胞中。
不定向性则是指基因突变没有固定的方向，一个基因可能突变成多种不同的形式。
但需要注意的是，基因突变在自然状态下的频率通常很低。
基因突变对生物的影响复杂多样。
有的基因突变是有益的，可能会赋予生物体新的适应性特征，使其在生存竞争中更具优势。
比如，某些细菌在抗生素环境中发生基因突变，产生抗药性，从而能够存活下来。
然而，大多数基因突变往往是有害的，可能导致生物体的生理功能障碍、发育异常甚至死亡。
分子生物学复习
分子生物学分子生物学：广义，在分子水平上研究生命现象，或用分子的术语描述生物现象的学科；狭义，在核酸与蛋白质的水平上研究基因的复制，基因的表达（包括rna转录，蛋白质翻译），基因表达的调控以及基因的突变与交换的分子机制。
基因：基因是功能(functional unit)突变(mutation unit) 交换(cross-over unit) “三位一体”的(Three in one) 最小的不可分割的基本的遗传单位。
序列假说：核酸片段的特异性完全由其碱基序列所决定，而且这种序列是某一蛋白质的氨基酸序列的密码。
中心法则：信息一旦进入蛋白质，它就不可能再输出。
顺反子假说（Theory of cistron）：1.Cistron 是基因的同义词，2..在一个顺反子内，有若干个突变单位突变子(muton)，3.在一个顺反子内，有若干个交换单位交换子（recon），4.基因是一个具有特定功能的，完整的，不可分割的最小的遗传单位，5. 基因内可以较低频率发生基因内的重组，交换6. pseudo alleles 是基因内的突变体，7.cistron 概念的提出是对经典的基因概念的动摇，是对pseudo alleles概念的修正。
全同等位基因:在同一基因座位(locus)中，同一突变位点（site）向不同方向发生突变所形成的等位基因( homoallele ) 。
非全同等位基因：在同一基因座位（locus）中，不同突变位点（site）发生突变所形成的等位基因。
( heteroallele ) 。
基因的类型：1.transcriptable, translatable gene ( Z,Y,A ),2.transcriptable but nontranslatable gene ( tDNA, rDNA ),3.nontranscriptable, nontranslatable gene ( promoter启动子, operator 操纵子)。
第七章 基因与基因组学
宣告完成。六国联合体：2001年2 月15日《Nature》 Celera公司：2001年2 月16日《Science》
•2003年4月14日，中、美、日、德、法、英6国科学家
宣布人类基因组序列图绘制成功，人类基因组计划的 所有目标全部实现（弗朗西斯·柯林斯）。温家宝等六 国首脑联名祝贺（标志着后基因组时代来临） 。
（三）第三代基因工程技术——途径工程
第二节 动物基因组学
一、
人类基因组计划（HGP）20世纪人类科技发展史上的三大创举 90年代人类基因组计划 60年代人类首次登上月球
40年代第一颗原子弹爆炸
•1986年，杜尔贝科在《Science》短文《癌症研究
的转折点－－人类基因组测序》 。
•1990年，人类基因组计划正式启动，沃森担任
（5）猪的EST专门数据库： /
（6）小鼠单倍型图谱：
/haplotype_map.html （7）QTL在线分析系统：
/ （8）免费医学杂志（含遗传学）：
要意义，中国基因组研究中心的测序 能力已跃居世界6大测序大国的16个 测序中心的第7位。
• 以人类基因组和拟南芥基因组为例说明你对生 物基因组全序测定工作的科学意义与社会意义 的认识（8分）
中国科学院2002年 硕士学位研究生入学分子遗传学试题
二、 动物基因组计划
2005年“中-丹家猪基因组计划” 1999年线虫基因组测序 2002年小鼠基因组测序 2005年家蚕基因组测序 2004年斑马鱼基因组测序 2005年绵羊基因组测序 2000年果蝇基因组测序
▪定向测序（Derected or ordered approaches）
▪ 克隆排序（Generate ordered clones ▪ Minimal redundance sequencing) ▪ 引物步移（Primer walking） ▪ 转座子插入（Transposon insertion） ▪ 限制性酶切片段亚克隆（Restriction
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A(a)
A(a)
C(i)
G(k)
C(ai)) T(k)
A(a, anti) T(k, anti)
A(a, anti) G(k, syn)
C(a, anti) G(k, saynnti))
7.1.2.2.增变基因（mutatorgene ）
but be wronged
w.t.
维持遗传的稳定性
mut.
U.V.
…C T T A…
(来源：分子生物学（2007），郑用琏，第309页)
U.V.
deamination—oxidation
C
U A(a)
U.V. H2O H+ + OH-
7.2.1. 物理诱变
a) 电离辐射诱变；
Co60 (χ)( γ) ray Cs137(χ) (γ) ray H3(α) ray P32,, S35(β) ray
(χ)( γ) ray穿透性
（外照射处理）
(α) (β) ray非穿透性
（内标记处理）
卫星搭载诱变； 高真空，强辐射，微重力
dNt电荷及结构改变
（光，温敏感不育，Ts,su--…）
● 突变的表达类型
• 无效突变 Null mutation： 完全消除了基因功能的突变（缺失）
• 功能丧失型突变（loss-of-function mutation） 无效突变或其他阻止基因功能的突变
• 功能获得型突变（gain-of-function mutation） 突变使蛋白质获得新的功能
卫星搭载育种 太空蔬菜
(来源：不详)
微重力 高辐射 强射线
b) 非电离辐射—Ultra Violet light (U.V) ∧
---pyrimidine dimer (TT dimer )is generated by covalent links between adjacent TT
共价键
● dNt deletion or insertion = 3x dNt ±n xAmino acid = 3x dNt Framshift
南京大学田大成等发现的遗传突变新机制
Nature，doi:10.1038/nature07175，Dacheng Tian，Jian-Qun Chen
第一，基因组各区域的突变率很不相同，自发突变的数 量是由Indeቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的数量和密度所决定
第二，生物多样性最初变异来源主要是由Indel诱导产生 第三，自然选择在很大程度上是通过对Indel的选择而实 现
第四，生物通过调节自身变异能力而适应环境的能力， 突变在进化中的作用比人们原先想象的要大得多相当巨。
● conversioneffect ---Samesense mut. ---Missense mut. ---Nonsense mut.
G(k) C(a)
错误配对 A(a) C(i)
G(k) T(e)
A(i) C(a) G(e) T(k)
A(i, anti) A(a, syn) A(i, anti) G(k, syn)
G(e,i, anti) G(k, syn) G(e,i, anti) A(a, syn)
碱基异构式引起DNA的错配突变
GAA(E) → GAG(E) GAA(E) → AAA(K) GAA(E) → TAA(stop)
● 突变的表达类型 ---获得突变型是遗传学研究的重要前提 ---非条件型突变；allelein DNA level (RFLP, RAPD…) allelein phenotype (红花/白花，糯/非糯…) 条件型突变； 突变的表现= 突变基因型+ 诱导条件
第7 章 基因突变与交换
Source:StanleyN. Cohen/Photo Researchers,Inc
Gene Mutation &
Crossing-Over
(Source:Lyer,V,The transcriptional program in the response of human fibroblasts to serum.Science 283(1 Jan 1999)f.1,p.83)
• 沉默突变（silent mutation） 没有明显表型效应改变的突变
7.1.2. 突 变 发 生 的 机 理 (自发突变，诱发突变)
7.1.2.1. 自发突变
7.1.2.1.1. 碱基异构式引起DNA复制过程的错 误
a) 碱基异构式
A(amino) G(keto) T(keto)
A(imino) C(a)
7.1.2.3 不对称交换 内源转座子 (Retro-transposon,Helitron)
Indel
Source:StanleyN. Cohen/Photo Researchers,Inc
Gene Mutation &
Crossing-Over
第7 章 基因突变与交换
7.2. 诱发突变
(Source:Lyer,V,The transcriptional program in the response of human fibroblasts to serum.Science 283(1 Jan 1999)f.1,p.83)
7.1. Point mutation 的类型与 机理 7.2.诱发突变 7.3. 保证遗传稳定的机制
7.4. 基因重组交换的分子机制
7.1. 1. Point mutation 的类 型
● conversion(取代)
transition(转换)
Py Py Pu
Pu
transvertion(颠换) Py Pu
C(i)
G(enol)
G(k)
G(e,i)
T(enol-2’) orT(enol-4’)
b) 碱基异构式引起DNA复制的错配
(来源：分子生物学（2007），郑用琏，第321页)
碱基异构式引起DNA复制的错配
(来源：分子生物学（2007），郑用琏，第321页)
碱基异构式引起DNA复制的错配
正确配对 A(a) T(k)
随机引起其他各类基因的突变
增变基因类别；
修 DNApolymerase 相关基因
复
过
3’ 5’editing function mutation
程
是 基
错配修复系统的基因
因
突
MCE (mismatch correctionenzyme)
变
的
重 DNA损伤修复系统基因
要
来 源
错配修复功能丧失
突变率升高