医学遗传学第七章基因突变课件.ppt

1、第一节 基因突变的概说 一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变 三、基因突变的时期 四、突变的类型五、突变的特征第一节 基因突变的概说 一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变 三、基因突变的时期 四、突变的类型五、突变的特征第一节 基因突变的概说 一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变 三、基因突变的时期 四、突变的类型五、突变的特征第一节 基因突变的概说 一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变 三、基因突变的时期 四、突变的类型五、突变的特征n二、第一节 基因突变的概说 一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变 三、基因突变的时期 四、突变的类型五、突变的特征第一节 基因突

2、变的概说 一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变 三、基因突变的时期 四、突变的类型五、突变的特征第一节 基因突变的概说 一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变 三、基因突变的时期 四、突变的类型五、突变的特征 基因突变的时期与表现1.生物个体发育的任何时期均可发生：性细胞(突变)突变配子后代个体；体细胞(突变)突变体细胞组织器官。体细胞突变的保留与芽变选择。2.性细胞的突变频率比体细胞高：性母细胞与性细胞对环境因素更为敏感。3.(等位)基因突变常常是独立发生的：某一基因位点发生并不影响其等位基因，一对等位基因同时发生的概率非常小(突变率的平方)。4.突变时期不同，其表现也不相同：高等

3、生物基因突变时期与性状表现突变时期显性突变隐性突变(或下位性突变)高等生物性细胞突变当代表现突变性状。突变当代不表现突变性状，其自交后代才可能表现突变性状。体细胞突变当代表现为嵌合体，镶嵌范围取决于突变发生的早晚。突变当代不表现突变性状，往往不能被发现、保留。低等生物(单倍体)有性生殖 表现突变性状表现突变性状无性生殖 表现突变性状表现突变性状n四、突变的类型n1、根据突变的分子机理，突变可分为以下三种：转换（transition）：指分子中的嘌呤为另一种嘌呤或嘧啶为另一种嘧啶所取代而引起的突变。颠换（transversion），指DNA分子中的嘌呤被嘧啶取代或嘧啶被嘌呤取代所引起的突变。移码

4、突变（frameshift mutation）：指分子中插入或缺失一个或少数几个核苷酸，使整个阅读框改变而引起的突变。n根据突变引起的表型特征，可将突变分为：形态突变（morphological mutation），或称可见突变，是泛指能造成外形改变的突变。致死突变（lethal mutation）：是指能造成个体死亡的突变，致死突变型又可分为全致死突变型（以上死亡），亚致死突变（50%90%死亡）；半致死突变（10%50%死亡）和弱致死突变（10%以下死亡）。3条件致死突变（conditional lethal mutation)：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。4

5、生化突变（biochemical mutation)：指没有形态效应，但导致某种特定生化功能改变的突变。n与突变有关的几个概念 同义突变（same sense or synonymous mutation）：指虽然基因已发生突变，但仍编码同一种氨基酸，这是因为密码子有简并性。无义突变（nonsense mutation）：是指由于突变而使其某一编码子突变为终止密码子（UGA,UAG，UGG）。错义突变（mis-sense mutation）：又称歧义突变，是指由于突变而导致多肽链上氨基酸的改变，大多数的突变属于此类。延长突变（elongation mutation）：这是一类刚好与无义突变相反

6、的突变，是由于终止密码子突变为编码子，使肽链延长。回复突变（back or reverse mutation）：是指由突变型四复为野生型的突变。抑制基因突变（suppressor mutation）：是指一个基因的突变表型可因另一基因的突变而发生改变，后一个基因就称为抑制基因。极性突变（polarity or polar mutation）：指操纵子中靠近操纵基因的结构基因发生突变（无义突变），除了影响它自身外，还将影响下游基因听编码的蛋白质的量，这种现象称为极性效应，这种突变就称为极性突变。第一节 基因突变的概说 一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变 三、基因突变的时期 四、突变的类型

7、五、突变的特征第一节 基因突变的概说 一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变 三、基因突变的时期 四、突变的类型五、突变的特征第一节 基因突变的概说 一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变 三、基因突变的时期 四、突变的类型五、突变的特征第一节 基因突变的概说 一、基因突变率二、体细胞突变与生殖细胞突变 三、基因突变的时期 四、突变的类型五、突变的特征 人类ABO血型的复等位基因人类红细胞表面抗原的特异性由3个复等位基因IA，IB，i决定。其中IA，IB对i均为显性；IA，IB间为共显性。3种基因两两组合可能形成6种基因型、4种红细胞表面抗原反应类型，如下表所示(其中用IO表示i)：n

8、5、突变的稀有性n 正常情况下突变率很低：n高等生物中的自发突变率：n 110 n细菌中的自发突变率n 110 n 自交自交自交自交突变发生突变发生自交自交突变发生突变发生n n 在自然状况旧产生的突变n（一）在DNA复制中造成错误n1、错义突变指DNA分子中碱基的替换，使蛋白质分子中某一种氨基酸转换为另一种氨基酸的突变类型。n 碱基替换有两种类型：n转换：一个嘧啶碱取代另一个嘧啶碱，或一个嘌呤碱取代另一个嘌呤碱，这种置换方式称为转换。n颠换：一个嘧啶碱取代另一个嘌呤碱，或一个嘌呤碱取代另一个嘧啶碱，这种置换方式称为颠换。n 例如人的正常血红蛋白（HbA）变成廉形红细胞贫血（HbS）以及地中海

9、贫血（HbC），到人的血红蛋白的链的第六位氨基酸一个碱基改变引起的基因突变。表21-1 突 变 的 各 种 类 型 转 换 Py与Py，Pu与Pu之 间 变 换，多 见 点 突 变，碱 基 替 换 颠 换 Py与Pu之 间 变 换，少 见 插 入1-2个 碱 基 移 码 突 变 丢 失1-2个 碱 基 发 生 移 码 缺 失 突 变 缺 失 大 片 段DNA（十 几 到 几 千 个 碱 基）A G T C 转 换 颠 换 图 21-1 转 换 与 颠 换 在DNA链中插入或缺失一个或几个碱基引起阅读框改变，造成氨基酸改变或终止密码子位置改变，这种突变成为移码突变。n 现在知道低等生物大肠杆菌、

10、噬菌体Mu-1、转座子就有插入DNA碱基序列之间引起移码突变。n3、缺失和重复n 大片段的缺失和重复（超过几个碱基对），如E.colir的lacI基因中4个碱基序列在野生型中重复了3次n（二）、自发损伤n 自然产生的对DNA的损伤引起的基因突变。n（1）脱嘌呤：碱基和脱氧核糖间的糖苷键受损，引起一个嘌呤从DNA上脱落。n（2）脱氨基：胞嘧啶脱氨基后变为尿嘧啶，形成G-C对变为A-T对。n（3）氧化性损伤碱基：活泼氧化物对DNA本身的氧化损伤，也能引起突变。nHHnAH C CnT T nAGnT C (一)DNA复制错误n(二)自发的化学变化（depurination）（基）(deaminat

11、ion)作用（oxidatively n damaged bases）A ATGTC TACAG ATGTC ATGTC TATAG TATAGA ATGTC TACAG ATGTC TACAG A ATGTC TACAG ATGTC TACAGDNA复制错误 新链 5 3 A G T TT C A A A A A C G 模板链 3 5 新合成链环出 5 3 5 T 3 A G T T A G T T T TT C A A A A C G T C A A A A A C G 3 A 5 3 5 模板链环出 新链上插入一个碱基 新链上缺失一个碱基 5 3 5 T 3 A G T T T T G

12、 C A G T T T T T G CT C A A A A C G T C A A A A A C G 3 A 5 3 5 图214 在DNA复制中由于DNA的错误环出自发产生碱基的插入和缺失 (参考 Peter J.Russell:Genetics,3rd ed.,Fig18-8)NH2 O H H H N N Deamination H N O H N O Cytosine Uracil Fig.21-Deamination of cytosine to uracil.“脱氨基 O O UV O O H CH3 H CH3 H CH3 CH3 H N N N N O N H O N H

13、 O N H H N O Thymine Thymine Thymine dimer O O 4 5 4 5 3 6 6 2 1 Fig.21-Production of thymine dimer by ultraviolet light irradiation.如如甲基黄酸乙脂甲基黄酸乙脂（EMS）,氮芥氮芥(NM),甲基黄酸甲脂甲基黄酸甲脂（MMS）,亚硝基胍亚硝基胍（NG）等，它们的作用是使碱）等，它们的作用是使碱基烷基化，基烷基化，EMS使使G的第的第6位烷化，使位烷化，使T的第的第4位上位上烷化，结果产生的烷化，结果产生的O-6-E-G和和 O-4-E-T分别和分别和T、G配对，导

14、致配对，导致G C对转换成对转换成A T对；对；T A对转换成对转换成C G G O-6-E-G A T O-4-E-T C C T T A G G如：如：5-溴尿嘧啶溴尿嘧啶和和T很相似，仅在第很相似，仅在第5个碳个碳元子上由元子上由Br取代了甲基取代了甲基 5-BU有，有，两种异构体，可分别与两种异构体，可分别与A及及G配对结合配对结合 A A G G T BUK BUE C 酮式 烯醇式1234511109867121314158、+维生素9、+氨基酸12、+硫胺素13、+吡醇素14、+泛酸15、+肌醇 随着寡聚脱氧核糖核酸化学合成法的最新进展，应用合成的寡聚核苷酸片段作为诱变剂，诱发基

15、因或DNA片段中特定的核苷酸发生突变的所谓定点突变技术，已成为研究基因结构与功能关系的最精确、最有效的手段之一。它可以根据人们的设计高频率地诱发某一特定的核苷酸部分发生突变，而且此发生突变的类型可以严格地取决于人们的预先设计。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奖。n具体方法有三种：n（1）聚核苷酸介导的用单链模板定点突 变；n（2）双引物法定点突变；n（3）用掺入U的单链为模板进行聚核苷 酸介导的体外定点突变。A A T G G A 图 21-DNA 的体外定点突变 用用 Ames法检测诱变剂法检测诱变剂 Rat Isola

16、te and Centrifuge Rat liver enzymes Grind liver Experiment 1 Experiment 2 Experiment 3 his base-pair his frameshift substitution mutant mutantRat liver Potential Rat liver Potential Rat liver his mutantEnzyme mutagen Enzyme mutagen Enzyme strain Mix solutions Mix solutions Mix solutions and plate an

17、d plate and plate his+revertant his+revertant Spontaneouscolonies colonies revertant Fig.21-Ames test for potential mutagens.1、载体法 原理：M13载体法的原理是利用人工合成带突变位点的寡聚核苷酸作为引物，利用M13噬菌体载体系统合成突变基因。具体地说就是将待诱变的基因克隆在M13噬菌体载体上，另外，人工合成一段改变了碱基顺序的寡核苷酸片段（818bp），以此作为引物，在体外合成互补链，再经体内扩增基因，经此扩增出来的基因即是突变了的基因。2、法：法的原理也是利用人工合

18、成带突变位点的诱变引物，通过扩增而获得定点突变的基因或片段。PCR定点诱变法可分为重组PCR定点诱变法和大引物诱变法两种。n重组PCR定点诱变法：该方法是利用四种引物，三轮PCR反应来进行的。操作较为繁琐。n大引物诱变法：该方法是利用三种引物，两轮PCR反应来进行的。第四节第四节 生物体的修复机制生物体的修复机制(1)光复活作用（photo reactivation）：经UV照射后的细菌等细胞如果暴露在可见光下时，存活数显然大于在黑暗中培养的同一处理物。这是因为细胞中含有一种可见光激活的酶，称光复合酶。这种酶可与经UV照射过的的黑暗中结合，如果经可见光激活便可将二聚体分开来，同时酶脱离。光复活

19、过程已在细菌、酵母、原生动物、哺乳动物乃至人类细胞中发现。(2)暗复活（dark reactivation）：又称切补修复（excision repair），所谓的暗复活是指修复的损伤并不需要光的激活作用，而不是指修复过程必须在暗中进行。这一过程大约有四个酶参与，即首先由核酸内切酶的作用下在损伤部位造成单链断裂，然后在核酸外切酶的作用下切除二聚体及周围的少数几个核苷酸，而后在DNA pol I或的作用下修补缺口，最后由连接酶连接成一个完整的双链。n(3)重组修复（recombination repair）：重组修复是在DNA复制的情况下进行的，所以又称复制后修复。过程大致是：带有二聚体的单链仍

20、可做为模板进行DNA复制，但是子代DNA链中在与二聚体对应的部位出现空隙。有缺口的子代DNA链与另一完整的母链进行重组，空隙由母链来的片段弥补而将空隙转移给母链。重组后，空缺已不再对着二聚体部位，而是面对着另一正常的单链，此时在多聚酶和连接酶作用下便可完成修复过程。n这种重组修复并没有从亲代中除去二聚体，在以后的复制中还必须经过重组修复的过程。但是随着复制的继续，损伤的链将在群体中逐步“稀释”。n(4)修复系统：这是一种倾向于基因突变的修复过程，如果将经 UV照射的噬菌体感染经UV轻度照射的可以看到噬菌体的存活数和突变型都比感染不经UV照射的为高。这一事实说明经UV轻度照射的细胞中出现一种对于

21、噬菌体DNA损伤修复的功能，可是在修复的过程中却带来了基因突变。这是一种带来差错的修复，认为是细菌对外界环境的应急反应，故称修复系统。SOS修复系统也作用于细菌本身的DNA。nDNA损伤修复的缺陷：DNA损伤修复的缺陷将带来严重的后果。可导致细胞的突变，甚至死亡。人的DNA损伤修复的缺陷也将带来多种疾病。如着色性干皮病（xeroderma pigmentosum,XP）是一种常染色体隐性遗传病（AR）。该病的病人是因为与DNA损伤修复相关的基因突变引起的，90%的病人在20岁之前就已经发生了皮肤癌。第五节 基因突变的检出 1、微生物突变子的筛选：微生物突变子的筛选大多采用选择培养法，选择培养法

22、的方法很多，应根据具体筛选的突变型的特性而定。例如要筛选营养缺陷型突变子，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，又例如筛选抗药性突变子，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，长出的菌落可能是抗这一药物的。n(1)影印培养法n诱变-完全培养基培养-“印章”接种-分别印在基本培养基和补加不同营养物的培养基培养-对比分析n(2)青霉素法n诱变-完全培养基培养与加入青霉素的培养基对比培养-突变的营养缺陷型存活-除去青霉素加入营

23、养物-影印培养法确定 (p315)2、真菌突变的生化 鉴定(风、见前)1234511109867121314158、+维生素9、+氨基酸12、+硫胺素13、+吡醇素14、+泛酸15、+肌醇3、果蝇性连锁突变的检出 果蝇的性连锁突变的检出中最常用的是所谓的ClB法，这一方法的原理是：果蝇有一个品系称l系：染色体上有一个大的倒位；隐性致死突变；显性棒眼基因。由于基因而使雄果蝇不能存活，基因可作为标记，凡带有lX染色体的雌果蝇可以从棒眼性状上加以辩认，大的倒位可以抑制lX染色体与另一同源染色体交换。检测的方法是让受检的雄果蝇与l雌果蝇杂交，所生子代应为：。在雌蝇中有半数带，可以从棒眼上加以辩认，在这

24、些棒眼雌蝇中的两条染色体，一条是l，另一条是受检雄蝇来的染色。将这一棒眼雌性与正常雄性单对交配，观察子二代的性状。4、果蝇常染色体突变的检出 果蝇常染色体基因突变的检出是利用平衡致死品系进行的。例如：第二染色体上有一平衡致死品系：(Cy：翻翅;：星状眼)。检测的方法是这样的：将这一品系的雌蝇与受检雄蝇交配，在F1中选取翻翅，但无星状眼的雄蝇再与这一品系的雌蝇做单对交配，在F2中选取翻翅个体做相对交配，在子三代时:（）如果被测第三代染色体上带有隐性致死基因，F3中只有翻翅类型。（）如果被测第二染色体上不带有稳性突变，F3有野生型。（）如果带有隐性可见突变，则F3中除有翻翅类型外，还有的突变型。Cy +SXXCy +Cy +S单对交配XCy +Cy +相对交配 Cy +Cy +Cy +致死或 致死 翻翅 翻翅 表现新性状人类基因突变的检出 人类基因突变的检出一般采用家系分析的方法。如下面是一个上眼睑下垂的家系，AD，先证者的父母表型正常，说明是新产生的突变。