第三章 基因突变
中科院植物研究所 生化及细胞课件3
♥ 导致生物体的死亡，即致死突变
♥ 引起结构、形态和功能的异常，产生疾病
♥ 引起细胞的癌变
♥ 不发生任何变化和影响
3、基因突变的特点
♠ 生物界中普遍存在
♠ 随机发生的 ♠ 突变是可以遗传的 ♠ 突变频率很低，突变频率可被化学、物 理、生物等加强 ♠ 不定向突变，产生一个以上的等位基因 ♠ 有可逆性
DNA的自发损伤
⑤ 生物因素
复制中互变结构移位造成的突变
3、 碱基缺失和插入
4、 DNA链断裂
电离辐射或博莱霉素
存在于DNA结构上的任何改变
二、 DNA的突变
1、类型 缺失
根据基因结构的改变方式：
1) 点突变：突变由单一碱基改变产生
转换：A-G
2) 移码突变
颠换：A-T
A
G
T
C
转换 颠换
6）交联修复
图4-40 尿嘧啶糖基酶修复
根据遗传信息的改变方式 ：
1）同义突变
2）错义突变 3）无义突变
DNA TAC
TAA, AAG
TAC
TAT
TAC
TCC
RNA UAC
AA Tyr
UAA UAG
Och Amb
UAC
Tyr
UAU
Tyr
UAC
Tyr
UCC
Ser
无义突变
同义突变错义突变来自 移码突变的基因间突变的抑制2、突变后可能造成的结果
三、DNA损伤修复
1、光修复
2、碱基切除修复
3、核苷酸切补修复
3、错配修复
4、重组修复
4 3 2 1
4 3 2 1
5）SOS修复 Radman1975年提出。
第二章、第三章、第四章人类基因及突变
第三章：基因突变——DNA分子 结构的改变
突变（Gene mutation）: 在一定 内外环境因素的作用和影响下，
遗传物质发生的某些变化，包括染色体畸变 和基因突变。
18
第一节：诱发基因突变的因素
一、物理因素
紫外线
紫外线的照射可使DNA顺序中相邻的嘧啶 类碱基结合成嘧啶二聚体，最常见的为胸腺嘧 啶二聚体（TT）。在复制或转录进行时，该处 碱基配对发生错误，从而引起新合成的DNA或 RNA链的碱基改变。
如：ψζ、ψα、ψβ
4.串联重复基因:
串联重复基因：45SrRNA、5SrRNA、各种tRNA基因以 及蛋白质家族中的组蛋白基因是呈串联重复排列的，这 类基因叫做~。
10
人类基因组组成
人类基因组：是指人的所 有遗传信息的总和，包括 两个相对独立而相互关联 的基因组：核基因组与线 粒体基因组。
2.可逆性：基因发生突变是可逆的。
例如A
a
3.有害性:基因突变会导致人类许多疾病的发生，人类大多 数遗传病是由于基因突变引起的。
24
4.稀有性：基因突变在自然界是稀有的。 血友病突变率：每代2.0x10-5
（每代100万个生殖细胞中有20次突变产生）
5.随机性:
6.可重复性:对于任何一个基因位点，突变以一定 的频率反复发生。
该突变可遗传并产生表型效应——引起疾病,多为 神经系统疾病。
35
动态突变
正常 AGT CAG CAG CAG TTT TTA CGT AAC CCG … DNA Met Gln Gln Gln Phe Leu Arg Asn Pro AAs
动态突变 （CAG三核苷酸重复） AGT CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG CAG … DNA Met Gln Gln Gln Gln Gln Gln Gln Gln AAs
医学遗传学笔记(重点标注)
第三章基因突变遗传物质的改变称为突变。
基因突变是指基因内部核苷酸的改变，包括碱基对的置换、插入或缺失。
3.1 基因突变产生的原因根据基因突变发生的原因，可将突变分为自发突变和诱发突变。
自发突变：在自然条件下，未经人工处理而发生的突变。
诱发突变：经人工处理而发生的突变。
基因突变的一般特性：生殖细胞突变：有利或者中性突变：同种生物遗传性状多样性的根源、不同物种演化提供丰富的原材料、促进生物物种系统发育与不同种群产生、形成的原动力有害突变：导致遗传病、构成和增加遗传负荷体细胞突变（somatic mutation）诱变因素：一、物理因素：1.紫外线：紫外线的照射可使DNA顺序中相邻的嘧啶类碱基结合成嘧啶二聚体，最常见的为胸腺嘧啶二聚体（TT）。
2.电离辐射：X-射线、γ射线、中子射线、Co60等,击中DNA链，能量被DNA吸收，导致DNA链和染色体的断裂，片段发生重排。
二、化学因素：1、羟胺（HA）：羟胺可使胞嘧啶C的化学成分发生改变，而不能正常地与G配对，改为与A互补，经两次复制后，C-G就变成了T-A。
2、亚硝酸或含亚硝基化合物：这类物质可以使碱基脱去氨基（—NH2），而产生结构改变，如A被脱去氨基后就变成了次黄嘌呤（H）不再与A配对变为与C配。
3、碱基类似物：如5—溴尿嘧啶（5—BU）、2—氨基嘌呤（2—AP）等，可取代碱基而插入，引起DNA分子突变。
5—BU的化学结构与T很相似，它既可与A配对，也可与G配对。
4、烷化剂：甲醛、氯乙烯、氮芥等是具有高度诱变活性的烷化剂，可将烷基（CH3-、C2H5-等）引入多核苷酸链上的任何位置，被烷基化的核苷酸将产生错误配对而引起突变，如烷化G可与T配对，形成G—C→A—T的转换。
5、芳香族化合物：吖啶类和焦宁类等扁平分子构型的芳香族化合物可以嵌入DNA的核苷酸序列中，导致碱基插入或丢失的移码突变。
三、生物因素：病毒：风疹、麻疹、流感、疱疹等真菌和细菌：毒素或代谢产物黄曲霉素3.2基因突变的类型⏹一般分为两大类－静态突变和动态突变。
生物必修一第三章知识点总结(一)
生物必修一第三章知识点总结(一)生物必修一第三章知识点总结前言：在生物学必修一的第三章中，我们学习了生物的基因组结构和表达，探讨了基因是如何决定生物形态和功能的。
下面是对这一章节的知识点进行总结。
正文：1. 基因和染色体•基因是由DNA组成的，能够编码一种蛋白质或调控其他基因表达的片段。
•基因位于染色体上，人类细胞内除了性染色体外，还有22对体染色体。
•每个人细胞内有两条染色体，一条来自父亲，一条来自母亲。
2. DNA的结构•DNA由脱氧核糖（deoxyribose）和磷酸基团构成。
•DNA的碱基有四种：腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、鸟嘌呤（G）和胞嘧啶（C）。
•碱基配对原则：A与T配对，G与C配对。
3. DNA的复制•DNA的复制是指将一条DNA分子在细胞分裂过程中复制成两条完全相同的DNA分子。
•复制过程中，DNA的两条链会分开，然后根据碱基配对原则合成新的链。
4. 基因的表达•基因的表达是指基因信息从DNA中转录成RNA，并在翻译过程中合成蛋白质。
•转录是指DNA的信息被转录成mRNA，然后通过核糖体和tRNA的作用合成蛋白质。
•在转录过程中，需要启动子和终止子的存在。
5. 基因突变•基因突变是指基因中发生了改变，可以是基因的缺失、替代、插入等。
•基因突变可能导致蛋白质结构和功能的改变，从而影响生物的形态和功能。
结尾：通过对生物必修一第三章的学习，我们了解了基因的结构和表达，以及基因突变对生物的影响。
这些知识点对我们深入理解生物的本质和进化过程非常重要。
希望通过本篇总结，能够帮助大家更好地掌握这些知识。
请大家继续加油学习，探索更广阔的生物世界！。
第三章DNA的损伤、修复及突变
2）．碱基的脱氨基作用 碱基中的胞嘧啶（C）、腺嘌呤（A）和 鸟嘌呤（G）都含有环外氨基，氨基有时 会自发脱落，从而使胞嘧啶变为尿嘧啶 （U），腺嘌呤变为次黄嘌呤（I）, 鸟嘌 呤变为黄嘌呤（X）。 这些脱氨基产物的配对性质与原来的 碱基不同，即U与A配对，I和X均与C配对。 而且DNA复制时，它们将会在子链中产生 错误而导致DNA损伤。
二、DNA损伤的修复
• 生物体内存在多种修复途径，如能纠正复 制错误的尿嘧啶－N－糖基修复酶系统和错 配修复系统，以及能修复环境因素和体内 化学物质造成DNA分子损伤的光复活修复系 统、切除修复系统、重组修复系统和SOS修 复系统等。 • DNA分子的双螺旋结构是其损伤修复的重要 基础。
（一）直接修复： 1．光复活： （light repairing）：
• 大肠杆菌通过对模板链的甲基化来区分新合成的DNA链。 • Dam甲基化酶对DNA模板链的5′- GATC序列中腺嘌呤的N6 位置进行甲基化;复制完成后，在短暂的时间内只有模板 链是甲基化的，而新合成的链是非甲基化的。 • 子代DNA链中的这种暂时半甲基化，可以作为一种链的识 别标志，以区别模板链和新合成的链，从而使存在于 GATC序列附近的复制错配将按亲代链为模板进行修复 • 新合成链也被甲基 化，从而成为全甲基化DNA。一旦两 条链都被甲基化，这种错配修复过程几乎不再发生。
DNA的损伤、修复
基因突变与DNA的损伤与修复
• 作为一种能决定生命状态存在和延续的 生物大分子，DNA在遗传过程中必需保持 高度的精确性和完整性。 • 在DNA复制过程中，仍难免会存在少量未 被校正的差错。 • DNA还会受到各种物理和化学因素的损伤。
1. 生物体演化出能纠正复制错误的“校正” 系统，而且在细胞中形成了多种多样的 DNA修复系统，能对各种DNA的损伤进行 修复，恢复DNA正常的超螺旋结构，以 保持每个世代遗传信息的稳定性。 2. 极少数不能修复的DNA损伤将会导致基 因的突变，其中一部分突变将有利于物 种的进化，而另一部分突变将导致细胞 发生变异和死亡。
基因突变和基因重组-高一生物(苏教版2019必修2)
能，通过观察红细胞形态判断。
➢ 思考：
（3）基因突变是否一定会导致蛋白质氨基酸序列的 改变吗？
DNA 模板链
mRNA
GAA 转录 CUU
GAG
CUC
亮氨酸
氨基酸序列未改变
活动探究：基因结构中碱基对的替换、增添、缺失对氨基酸序列的影响大小
假设这是正常人血红蛋白基因的一段模板链（转录中以此脱氧核苷 酸链作为模板来合成mRNA）
DNA ▪▪▪ TAC GTTA ATG TCT TAT ▪▪▪
碱基对增添 转录
mRNA ▪▪▪ AUG CAA UAC AGA AUA ▪▪▪
射能损伤细胞内的DNA；
外因： 化学因素: 亚硝酸盐、碱基类似物等
（诱发突变）
能改变核酸的碱基；
生物因素: 某些病毒的遗传物质能影
响宿主细胞DNA；
RNA
RNA DNA
DNA DNA
基因突变的特点
(1)普遍性：在生物界普遍存在。无论是病毒，原核生物和真核 生物都会发生基因突变。 (2)随机性：可以发生在生物个体发育的任何时期；可以发生在 不同的DNA分子，也可以发生在同一个DNA分子的不同部位。 (3)不定向性（可逆性）：一个基因可以发生不同的突变,产生一 个以上的等位基因。 (4)低频性：在自然状态下，基因突变的频率很低（10-5~10-8）。
一、基因突变的实例
1.镰状细胞贫血 镰状细胞贫血是一种常染色体显性遗传病。正常人的红细胞
是中央微凹的圆饼状，而镰状细胞贫血患者的红细胞却是弯曲的 镰刀状。这样的红细胞容易破裂，使人患溶血性贫血，严重时会 导致死亡。
微生物遗传育种第三章突变的应用
在工业生产中，抗药性突变可以用于菌种选育，通过在培养基中加入抗生素作为选择压力，筛选出具有 优良性状的突变菌株，用于发酵生产。
营养缺陷型突变的应用实例
突变的不定向性
突变育种产生的基因突变通常是随机的，不定向的，难以控制其 发生的部位和数量。
突变的不稳定性
突变育种产生的基因突变通常是不稳定的，容易在后代中消失或 发生回复突变。
突变育种的展望
发展新型突变技术
随着科技的发展，将会有更多新型的突变技术出现，如基因编辑技 术等，可以更加精准地控制基因突变的部位和数量。
其他应用
总结词
突变在微生物育种中还有许多其他应用，如筛选高产 菌株、改良菌株性能等。
详细描述
除了上述的抗药性突变、营养缺陷型突变和温度敏感突 变外，突变在微生物育种中还有许多其他应用。例如， 通过突变可以筛选出具有高产代谢产物能力的菌株，提 高目标产物的产量；通过基因重组和突变技术可以改良 菌株的性能，提高其适应性和生产效率；此外，突变还 可以用于研究微生物的致病机制和药物抗性等方面。总 之，突变在微生物育种中具有广泛的应用前景，为微生 物工业的发展提供了重要的技术支持。
温度敏感突变
总结词
利用温度敏感突变筛选出对温度敏感的微生物，用于研 究温度对微生物生长和代谢的影响。
详细描述
温度敏感突变是一种特殊的突变类型，其中微生物的基 因发生突变后，使得菌株在特定温度下无法生长或生长 受到抑制。通过在不同温度条件下培养这些温度敏感菌 株，可以研究温度对微生物生长和代谢的影响，了解微 生物在不同环境条件下的适应性。此外，这些温度敏感 突变菌株还可以用于生物传感器和生物反应器等领域的 研究和应用。
动物遗传育种与繁殖---变异
第三章 变 异
第二节 基因突变 一、基因突变的概念和原因 2、基因突变的原因 一般认为是由于内外因素
引起基因内部的化学变化或位置效应的结果， 也就是DNA分子结构的变化。
一个基因仅是DNA分子的一个小片段， 如果某一片段核苷酸任何一个发生变化，或在 这一片段中更微小的片段发生位置变化、既所 谓发生位置效应，就会引起基因突变。
第三章 变 异
四、基因突变的应用
1、诱变
第三节： 染色体畸变
在细胞分裂进程中，如果染色 体活动异常，在数量和结构上 发生变化，称为染色体畸变。 理化因素和自然因素。
第三章 变 异
第三节： 染色体畸变 1、结构的变异 （1）缺失 （2）重复 （3）倒位 （4）易位
第三章 变 异
主要内容
第一节 生物界中的变异现象 第二节 基因突变 第三节 染色体畸变
第三章 变 异
第一节 生物界中的变异现象 1、变异是生物界普遍存在 的现象 不仅表现在外部和内部 的变异，而且在生理生化、 新陈代谢及性格和本能等方 面。
第三章 变 异
二、变异的类型和原因
1、变异的类型
（1）遗传变异
第三章 变 异
二、基因突变的种类及其影响因素
1、自然突变 由外界环境条件的自然作用 或生物体内的生理和生化变化而发生的 突变。
2、诱发突变 在专门的诱变因素如化学药 剂、辐射线、温差巨变或其它外界条件 影响下引起的突变（P60）。
第三章 变 异
三、基因突变的特性
1、突变的频率 （10万至1亿分之一） 2、突变发生的时期和部位（体、性细胞） 3、突变的多方向性（ABO血型） 4、突变的重演性 5、突变的可逆性 6、突变的有害性和有利性
第三章 变 异
第三章 突变的应用
四、次生代谢障碍突变株的筛选与应用
1、利用次生代谢障碍突变合成同系新抗生素 在抗生素合成途径中某一途径由结构基因突变 引起的代谢障碍性改变（称为区段突变），使抗 生素结构发生某些变化，从而导致形成同系物新 抗生素。
四环素产生菌经诱变育种获得的蛋氨酸营养缺陷型突变 株具有了产生去甲基金霉素的能力。
2、利用次生代谢障碍突变合成抗生素中间体 区段突变还可以导致次级代谢产物合成途径的阻 断，从而积累中间体。
3、利用次生代谢障碍突变和人工前体合成新抗生素 突变生物合成或突变合成（mutasynthesis）： 筛选丧失了合成天然前体能力的突变株，加入前 体的结构类似物，有可能把这种结构类似物结合 到抗生素分子中，从而形成新的半合成抗生素。
4、利用次生代谢障碍突变改善抗生素的组分
通过次生代谢障碍突变株的化 生产工艺，改善产品质量。
庆大霉素C2b
巴龙霉胺
庆大霉素A
庆大霉素X2
庆大霉素C1
五、其它抗性突变株的筛选与应用
(一)抗药突变株
1、抗药突变株的用途
作为育种工作中最常使用的遗传标记 有些发酵产品的产量与生产菌株的抗药性密切 相关 通过筛选抗自身药物的抗药性突变，以解除终 产物对合成途径的反馈调节作用，从而提高产量 2、筛选方法
不同类型突变株积累L-赖氨酸的水平
突变菌株 钝齿棒杆菌 突变型 Hse产量(mg/ml) 17.93
-
钝齿棒杆菌 钝齿棒杆菌
钝齿棒杆菌 北京棒杆菌
Thr Thr - +Met
AECr AECr, HseHseHse-,AECr
2.33 2.00
20.0 50.0 36.6 45.0
3.抗反馈调节突变株的筛选