第3章 基因突变和损伤DNA的

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这是造成畸变的缺失。
• 四是重复,指在一条染色体上增加了一段染色体片段,使同
一染色体上某些基因重复出现的突变。发生染色体畸变的微生物 往往易致死,所以微生物中突变类型的研究主要是在基因突变方 面。
(2)染色体数目的改变
• 单倍体:含生存必需的最低限度基因群的 一组染色体 • 双倍体 • 多倍体 • 非整倍体:由于突变和重组造成 • 整倍体和非整倍体的染色体数目变化一般 都是在减数分裂和有丝分裂过程中由于环 境因素异常的影响造成的。
一是指与野生型不同的个体所携带和传递 的基因组变异结构,这种变异结构可以是基 因水平的,也可以是染色体水平的; • 另一个意义是指上述变异结构发生的过程, 对微生物来讲,基因突变最常见,最重要, 而由于重组或附加体等外源遗传物质的整合 而引起DNA的改变,则不属突变的范围。 •
第一节 基因突变的类型和规律
2 基因突变,又称点突变。
是发生于一个基因座位内部的遗传物质结构 变异。往往只涉及一对碱基或少数几个碱基对。 点突变可以是碱基对的替代,也可以是碱基对的 增减。前者可分为转换和颠换。转换是指一种嘌 呤—嘧啶对变为另一种嘌呤—嘧啶对,或一种嘧 啶—嘌呤对变为另一种嘧啶—嘌呤对;颠换是指 一种嘧啶—嘌呤对变为另一种嘌呤—嘧啶对,或 反过来一种嘌呤—嘧啶对变为另一种嘧啶—嘌呤 对。
• 突变的类型是多种多样,从突变涉及的范围, 可以把突变分为 • 基因突变 • 染色体畸变
突变(mutation):可以通过复制而遗传的DNA结构
的任何永久性改变
遗传状态
● 染色体突变(Chromosome mutation ) chromosome number chromosome structure ● 核苷酸突变( dNt point mutation )
无活性结构
(2)移码突变
移码突变的回复突变几乎全是基因内抑制突 变,即由新的移码突变来校正。
移框突变的抑制突变(基因内第二点的插入或缺失)
2 基因间抑制突变
• • • • (1)无义抑制突变 (2)错义抑制突变 (3)移码抑制突变 抑制突变发生在tRNA基因或与tRNA功能有 关的基因(抑制基因)
变型,这些突变型在一个温度中并不致死,所以
可以在这种温度中保 存下来;它们在另一温度中
ห้องสมุดไป่ตู้
是致死的,通过它们的致死作用,可以用来研究
基因的作用等问题。
营养缺陷突变型
• 是一类重要的生化突变型。是指某种微生物经
基因突变而引起微生物代谢过程中某些酶合成能 力丧失的突变型,它们必须在原有培养基中添加 相应的营养成分才能正常生长繁殖。这种突变型 在微生物遗传学研究中应用非常广泛,它们在科
明这种看法不够完全。绝大多数的自发突变起源
于细胞内部的一些生命活动过程,如遗传重组的 差错和DNA复制的差错,这些差错的产生与酶的活
动相关联。自发突变率为10-8左右。
影响基因的自发突变率的因素
• DNA复制中的碱基错配、跳格,DNA聚合酶结构变 异等均是提高自发突变的原因。在序列相似的DNA 片段间的重组过程中,特别容易发生重组差错, 从而造成一个或几个碱基的重复和缺失;基因重 组是由重组酶来催化的,重组酶结构的变异也会 影响基因的自发突变率。总之,各种DNA复制和基 因重组过程有关的酶和蛋白,对维持生物基因自 发突变率起着重要的,决定性的作用。
错义突变:
第二位点引起的基因内校正
密码子间两次错义突变的互补
错义突变造成野生型表型的丧失--- 部分原因 在于影响到蛋白质的空间结构 (正负电荷、疏水作用)
(1)错义突变
• 错义突变所造成的野生型的丧失 部分原 因可能是蛋白质空间结构 突变点氨 基酸的残基与分子内其他部位的氨基酸残 基的相互作用 静电吸引作用(图4-11(a)) • 疏水作用(图4-11(a)) • 相互作用
• 一是易位,指两条非同源染色体之间部分相连的现象。它包
括一个染色体的一部分连接到某一非同源染色体上的单向易位以 及两个非同源染色体部分相互交换连接的相互易位。
• 二是倒位,指一个染色体的某一部分旋转180度后以颠倒的
顺序出现在原来位置的现象。
• 三是缺失,指在一条染色体上失去一个或多个基因的片段,
抑制突变发生的部位
基因内抑制突变:抑制突变发生在正向突变的基因中
基因间抑制突变:抑制突变发生在正向突变基因外的其它 基因中
野生表型恢复作用的性质
直接抑制突变: 通过恢复或部分恢复原来突变基因产物蛋
白质的功能而恢复野生表型
间接抑制突变: 不恢复正向突变基因蛋白质产物的功能,而 是通过改变其它蛋白质的性质或表达水平 而补偿原来突变造成的缺陷,从而恢复野生型
二 回复突变的分子机制
a) AGC (Ser) ACC (Thr) AGC (Ser) b) AGC (Ser) AGG (Arg) AGT (Ser) c) AGC (Ser) AGG (Arg) GGG (Gly) if Ser ≈ Gly
三、抑制突变的分子机制 1 基因内抑制突变 :发生在正向突变的基因之中。 错义突变 移框突变
突变所引起的遗传信息的改变
错义突变 造成一个不同氨基酸的臵换。 同义突变 突变后编码的氨基酸与野生 型的氨基酸相同。 无义突变 突变后形成终止密码子,使 蛋白质合成提前结束。
按突变的条件和原因划分
• 突变可以分为自发突变和诱发突变。
• 自发突变 是指某种微生物在自然条件下,没有人 工参与而发生的基因突变。在过去相当长的时间 里,人们认为自发突变是由于自然界中存在的辐 射因素和环境诱变剂所引起的。然而深入研究表
(2)基因间错义抑制突变
• 蛋白质链上一个氨基酸A
蛋白质失活
突变的tRNA基因 错误的tRNA反密码子
另一个氨基酸B
(2)基因间的错义抑制突变( Missense suppressor )
GGA CCU
正向突变:改变了野生型性状的突变。
回复突变:突变体发生二次突变,并恢复了所失去
的野生型性状。
抑制突变:绝大多数回复突变不是原位回复突变, 而是抑制突变,即原来位点的突变依然存在,而 它的 表型效应被基因组中第二位点的突变所抑制。
wild type
正向突变 (low F.)
mutant (表现型)
回复突变 (very low F.正向的1/10)
诱发突变
• 是利用物理的或化学的因素处理微生物
群体,促使少数个体细胞的DNA分子结构 发生改变,基因内部碱基配对发生错误, 引起微生物的遗传性状发生突变。凡能显 著提高突变率的因素都称诱发因素或诱变 剂。
遗传学上常用的几个突变株
营养缺陷型突变株:指由于代谢障碍而成为 必须添加某种物质才能生长的突变株。 温度敏感突变株:指可在某一温度下生长而 在另一温度下不能生长的突变株。
抗性突变株:指对某种药物具有一定抵抗能 力的突变株。
基因突变的特点(规律)
在生物界中由于遗传变异的物质基础是相同
的,因此显示在遗传变异的本质上也具有相同的 规律,这在基因突变的水平上尤其显得突出。

自发性 由于自然界环境因素的影响和微生物内 在的生理生化特点,在没有人为诱发因素的情况 下,各种遗传性状的改变可以自发地产生。 稀有性 自发突变虽然不可避免,并可能随时 发生,但是突变的频率极低,一般在10-6~10-9之 间。 诱变性 通过各种物理、化学诱发因素的作用, 可以提高突变率,一般可提高10~106倍。
第三章 基因突变和DNA的修复
在微生物中,突变是经常发生的, 学习和掌握突变的规律,不但有助于对 基因定位和基因功能等基本理论问题的 了解,而且还为微生物选种、育种提供 必要的理论基础,同时对于致癌物质的 检测也有重要意义。
突变的意义

突变是指遗传物质突然发生稳定的可遗传的变化。 它有两个意义:

产物的种类和数量以及对某种药物的依赖
性等的突变型。
• 这几类突变型并不是彼此排斥的。营养缺陷型也可 以认为是一种条件致死突变型,因为在没有补充给 它们所需要的物质的培养基上它们不能生长。某些 营养缺陷型也具有明显的形态改变。例如粗糙脉胞 菌和酵母菌的某些腺嘌呤缺陷型分泌红色色素。所 有的突变型可以认为都是生化突变型,最为常见的 是营养缺陷型。抗药性突变也是微生物遗传学中常 用的一类生化突变型。因为任何突变,不论是影响 形态的或是致死的,都必然有它的生化基础。突变 型的这一区分不是本质性的。
• 可逆性 原始的野生型基因可以通过变异成 为突变型基因,此过程称为正向突变;相 反,突变型基因也可以恢复到原来的野生 型基因,称回复突变。实验证明任何突变 既有可能正向突变,也可发生回复突变, 二者发生的频率基本相同。
一些细菌的抗性突变的突变率
第三节 回复突变和抑制突变p45
一 正向突变、回复突变和抑制突变
别在融合试验、协同转染实验中用得最多。
• 抗性突变型的产生是细菌和抗性因子长期 接触得到驯化而产生的,还是细菌本身具 有抗性突变基因?P44图4-9和图4-10
抗原突变型
• 是指细胞成分,特别是细胞表面成分如细
胞壁、荚膜、鞭毛的细致变异而引起抗原
性变化的突变型。
其它突变型 如毒力、糖发酵能力、代谢

突变的结果与原因之间的不对应性 即突变后表 现的性状与引起突变的原因之间无直接对应关系。 例如抗紫外线突变体不是由紫外线而引起,抗青霉 素突变体并也不是由于接触青霉素所引起。
独立性 在一个群体中,各种形状都可能发生突
变,但彼此之间独立进行。
稳定性 突变基因和野生型基因一样,是一个相
对稳定的结构,由此而产生的新的遗传性状也是相 对稳定的,可以一代一代地传下去。
a基因间无义抑制突变
• 突变的tRNA的基因产物,其密码子能够和 无义密码子互补,则能将一个氨基酸安插 在突变的无义密码子处,合成完整的蛋白 质,
(1)基因间的无义抑制突变( Nonsense suppressor )
野 生 型
UAG、UGA、UAA---三种无义抑制
50%
赭石型无义抑制tRNA产生的几率很低,且抑制效率很低
研和生产中也有着重要的应用价值。
抗性突变型
• 是指一类能抵抗有害理化因素的突变型,细胞或
个体能在某种抑制生长的因素(如抗生素或代谢活 性物质的结构类似物)存在时继续生长与繁殖。根
据其抵抗的对象分抗药性、抗紫外线、抗噬菌体
等突变类型。这些突变类型在遗传学基本理论的
研究中非常有用,常以抗性突变为选择标记,特
一、从突变涉及范围,可以把突变分 为基因突变和染色体畸变。 1染色体畸变,又称染色体突变
包括染色体结构和数目的改变。
染色体结构改变:是一些不发生染色体数目变化而
在染色体上有较大范围结构改变的变异,是由
DNA(RNA)的片段缺失、重复或重排而造成染色体
异常的突变。 其中包括以下变化:
(1)染色体结构的改变(P40图4-4)
上述两种碱基的替代突变改变了遗传密
码的结构和该密码所编码的氨基酸。
碱基对的增减则造成增减变异点以后全
部密码及其编码的氨基酸,所以称为 移码突变。
第二节突变的表型效应
形态突变型:指发生细胞形态变化或引起菌 落形态改变的那些突变型。 包括影响细胞形态的突变型以及影响细菌、 霉菌、放线菌等的菌落形态以及影响噬菌体的 噬菌斑的突变型。例如细菌的鞭毛、芽孢或荚 膜的有无,菌落的大小,外形的光滑或粗糙及 颜色的变异;放线菌或真菌产孢子的多少,外 形及颜色的变异;噬菌斑的大小和清晰程度的 变异等。
致死突变型
• 指由于基因突变而造成个体死亡的突变类
型,造成个体生活力下降的突变型称为半
致死突变型。一个隐性的致死突变基因可
以在二倍体生物中以杂合状态保存下来,
可是不能在单倍体生物中保存下来,所以
致死突变在微生物中研究得不多。
条件致死突变型
• 这类突变型的个体只是在特定条件,即限定条
件下表达突变性状或致死效应,而在许可条件下 的表型是正常的。广泛应用的一类是温度敏感突
氢键
基因内抑制突变表现为温度敏感型
a、静电作用
b、疏水作用
(K) (G) ---UGG174----------GGA210---(w.t.) ----UGG C 174-----------GGA210---(C) ( G)
无活性结构
----UGG174----------GGA A 210---(K) (E) 回复突变 ----UGC174-----------GAA210---活性结构
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