基因突变主题医学知识培训课件.ppt

基因突变主题医学知识,基因突变主题医学知识,2,基因突变是摩尔根于1910年首先肯定的，他在大量的红眼果绳中发现了一只白眼突变果绳。大量研究表明在动、植物以及细菌、病毒中广泛存在基因突变的现象。,基因突变主题医学知识,2基因突变是摩尔根于1910年首先肯定的，他在大量的红眼,3,基因突变(Gene Mutation)：指染色体上某一基因位点内部发生了化学性质的变化，与原来基因形成对性关系。如：高秆基因D突变为矮秆基因d。经典遗传学(基因论)认为：基因就是一个“点”，在染色体上具有一定的位置和相互排列关系，而基因突变就是一个点的改变，是以一个整体进行突变。从经典遗传学水平看，基因突变亦称点突变(Point Mutation)，是生物进化原材料的主要源泉。,基因突变主题医学知识,3基因突变(Gene Mutation)：指染色体上某一,4,基因突变染色体结构变化染色体数目变化,突变,狭义,广义,基因突变,基因突变主题医学知识,4基因突变突变狭义广义基因突变基因突变主题医学知识,5,第一节基因突变的现象、时期和特征,基因突变主题医学知识,5第一节基因突变的现象、时期和特征基因突变主题医学知识,6,一、自然界生物性状突变的现象 1、基因突变广泛存在如：黑眼睛老鼠红眼白老鼠；黄种人白化人，出现频率约510万分之一；小麦红粒白粒；水稻矮生性、棉花短果枝、玉米的糯性胚乳等性状。基因突变而表现突变性状的细胞或个体突变体(mutant)，或称突变型。,基因突变主题医学知识,6一、自然界生物性状突变的现象基因突变主题医学知识,7,不同皮色的老鼠,基因突变主题医学知识,7不同皮色的老鼠基因突变主题医学知识,8,翅膀羽毛的变化,基因突变主题医学知识,8翅膀羽毛的变化基因突变主题医学知识,9,不同翅形的果蝇,基因突变主题医学知识,9不同翅形的果蝇基因突变主题医学知识,10,孔雀翅膀羽色的变化,基因突变主题医学知识,10孔雀翅膀羽色的变化基因突变主题医学知识,11,白化变异,基因突变主题医学知识,11白化变异基因突变主题医学知识,12,基因突变主题医学知识,12基因突变主题医学知识,13,不同颜色的金鱼草花朵,月季的红花和白花,基因突变主题医学知识,13不同颜色的金鱼草花朵月季的红花和白花基因突变主题医学知识,14,水稻颖壳变异,水稻颗粒大小,基因突变主题医学知识,14水稻颖壳变异水稻颗粒大小 基因突变主题医学知识,15,小麦粒色变异,大麦穗部变异,大麦颖壳变异,基因突变主题医学知识,15小麦粒色变异大麦穗部变异大麦颖壳变异基因突变主题医学知识,16,大麦抗性突变,基因突变主题医学知识,16大麦抗性突变基因突变主题医学知识,17,柑橘无籽变异,玉米雄穗颜色变异,基因突变主题医学知识,17柑橘无籽变异玉米雄穗颜色变异基因突变主题医学知识,18,玉米不同类型（亚种）,基因突变主题医学知识,18玉米不同类型（亚种）基因突变主题医学知识,19,玉米甜质种,玉米爆裂种,玉米有稃种,玉米马齿种,玉米硬粒种,玉米糯质种,玉米粉质种,基因突变主题医学知识,19玉米甜质种玉米爆裂种玉米有稃种玉米马齿种玉米硬粒种玉米糯,20,玉米籽粒颜色突变,玉米甜与非甜分离,基因突变主题医学知识,20玉米籽粒颜色突变玉米甜与非甜分离基因突变主题医学知识,21,大豆皮色变异,基因突变主题医学知识,21大豆皮色变异基因突变主题医学知识,22,二、基因突变的时期1、生物个体发育的任何时期均可发生突变，即体细胞和性细胞均能发生突变。2、性细胞的突变率高于体细胞性细胞在减数分裂末期对外界环境条件的敏感性较大；性细胞发生的突变可以通过受精过程直接传递给后代。,基因突变主题医学知识,22二、基因突变的时期基因突变主题医学知识,23,基因突变主题医学知识,23基因突变主题医学知识,24,3突变后的体细胞常竞争不过正常细胞，会受到抑制或最终消失需及时与母体分离无性繁殖经有性繁殖传递给后代。 许多植物的“芽变”就是体细胞突变的结果：发现性状优良的芽变及时扦插、压条、嫁接或组织培养 繁殖和保留。 芽变在农业生产上有着重要意义，不少果树新品种就是由芽变选育成功的，如：温州密桔温州早桔。 但芽变一般只涉及某一性状，很少同时涉及很多性状。,基因突变主题医学知识,243突变后的体细胞常竞争不过正常细胞，会受到抑制或最终消,25,4基因突变通常独立发生某一基因位点的一个等位基因发生突变时，不影响另一个等位基因，即等位基因中两个基因不会同时发生突变(AA，aa)。性细胞：AAAa 为隐性突变，当代不表现，F2表现。 aaAa 为显性突变，当代即能表现。体细胞：aaAa，当代即能表现，与原性状并存，形成镶嵌现象或嵌合体。突变早，镶嵌范围大，如叶芽发生突变突变枝。突变迟，镶嵌范围小，突变范围局限于一个花朵或果实，甚至仅限于它们的一部分。如：蕃茄果肉、苹果的半红半黄现象。观赏桃花，一朵花上有不同颜色。,基因突变主题医学知识,254基因突变通常独立发生基因突变主题医学知识,26,花色体细胞突变,基因突变主题医学知识,26花色体细胞突变基因突变主题医学知识,27,基因突变主题医学知识,27基因突变主题医学知识,28,菊花体细胞突变,基因突变主题医学知识,28菊花体细胞突变基因突变主题医学知识,29,苹果体细胞突变,叶色突变,基因突变主题医学知识,29苹果体细胞突变叶色突变基因突变主题医学知识,30,马铃薯薯块颜色变异,基因突变主题医学知识,30马铃薯薯块颜色变异基因突变主题医学知识,31,高等生物基因突变时期与性状表现,基因突变主题医学知识,31高等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,32,三、基因突变的一般特征、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。同一基因突变在不同的个体上均可能发生；不同群体中发生同一基因突变的频率相近。,基因突变主题医学知识,32三、基因突变的一般特征基因突变主题医学知识,33,玉米籽粒7个基因的自然突变率,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。,基因突变主题医学知识,33基因表现型测定配子数突变数100万个配子中的平均突变率,34,又如：玉米br-z矮生基因(brachtic-2) 的主要遗传效应是抑制节间的伸长（对果穗以下的节间抑制尤为明显）。在不同省份的玉米等品种中均已发现br-z矮生基因，如：辽宁的“马圈快”；山西的“金皇后”；河南的“武步矮”；四川的“龙门大心”和“搬不倒”。,基因突变主题医学知识,34又如：基因突变主题医学知识,35,2、可逆性：象许多生化反应过程一样是可逆的。显性基因A通过正突变(u) 形成的隐性基因a 又可经过反突变(v) 又形成显性基因A。例如：自然突变多为隐性突变，而隐性突变多为有害突变。,基因突变主题医学知识,352、可逆性：象许多生化反应过程一样是可逆的。频率正突变,36,、突变的多方向性和复等位基因 1基因突变的方向不定，可多方向发生如A a，可以A a1、a2、a3、都是隐性。a1，a2，a3， 对A来说都是对性关系，但其之间的生理功能与性状表现各不相同。 遗传试验表明：AAa1a1 F2呈31 或121a1a1a2a2 F2呈31 或121说明它们位于同一基因位点上，即同一染色体位置上。,基因突变主题医学知识,36、突变的多方向性和复等位基因基因突变主题医学知识,37,2复等位基因指位于同一基因位点上各个等位基因的总体。复等位基因并不存在于同一个体中(同源多倍体除外)，而是存在于同一生物群内。复等位基因的出现增加生物多样性提高生物的适应性提供育种工作更丰富的资源使人们在分子水平上进一步了解基因内部结构。,基因突变主题医学知识,372复等位基因基因突变主题医学知识,38,3复等位基因广泛存在于生物界烟草栽培的普通烟草为自花授粉植物，但烟草属中有两个野生种表现为自交不亲和性，已发现有15个自交不亲和的复等位基因S1、S2、S15控制自花授粉不结实性。自交不亲和性：指自花授粉不结实，而不同基因型株间授粉可结实的现象。,基因突变主题医学知识,383复等位基因广泛存在于生物界基因突变主题医学知识,39,自交不亲和性表现为花粉在柱头上不能萌发和延伸，在卵细胞与花粉中基因间有拮抗作用，即具有某一基因的花粉不能在具有同一基因的柱头上萌发。,如图所示：株内：S1S2S1S2不孕株间：S1S2S2S3S1S3、S2S3S1S2S3S4S1S3、S2S3 S1S4、S2S4,基因突变主题医学知识,39自交不亲和性表现为花粉在柱头上不能萌发和延伸，在卵细,40,人类血型由三个复等位基因IA、IB和i 决定，其中IA、IB对i基因均为显性，IA与IB间无显隐性关系(二者同时存在，表现各自的作用)。这三个复等位基因可组成6种基因型和4种表现型：,IA,IB,I,IA,IB,I,基因突变主题医学知识,40人类血型献血者血型受血者的血型OABABOA,41,亲O型(ii) O型(ii),子O型(ii),亲AB型 (IAIB)A型 (IAIA),子A型(IAIA)AB型(IAIB),亲AB型(IAIB)O型(ii),子A型(IAi)B型(IBi),亲AB型(IAIB)A型(IAi),子A型(IAIA)A型(IAi)B型(IBi)AB型(IAIB),基因突变主题医学知识,41亲子亲子亲子亲子基因突变主题医学知识,42,、植物“血型”日本法医山本茂在研究中偶然发现植物有“血型”存在，后通过对500多种植物的化验发现：O型：如苹果、草莓、西瓜等；B型：枝状水藻等；AB型：葡萄、李子、荞麦等；A型：尚未发现。,基因突变主题医学知识,42、植物“血型”基因突变主题医学知识,43,现代分子生物学理论表明，人类血型是指血液中红血球细胞膜表面分子结构的类型。植物无血液，为什么有“血型”之分？植物体内也存在汁液，其汁液细胞膜表面也具有不同分子结构的类型导致植物产生不同“血型”。,基因突变主题医学知识,43现代分子生物学理论表明，人类血型是指血液中红血球细胞,44,、突变的有害性和有利性1突变的有害性多数突变对生物的生长和发育往往是有害的。某一基因发生突变长期自然选择进化形成的平衡关系就会被打破或削弱进而打乱代谢关系引起程度不同的有害后果一般表现为生育反常或导致死亡。,基因突变主题医学知识,44、突变的有害性和有利性基因突变主题医学知识,45,2致死突变：即导致个体死亡的突变。植物：最常见的为隐性白化突变。这种白化苗不能正常形成叶绿素，当子叶或胚乳中养料耗尽时，幼苗死亡。遗传表现如下：白化苗现象在大麦中最易发现(2n=14)，水稻中也较多。小麦(2n=42，为异源六倍体AABBDD) 白化苗 大麦。,基因突变主题医学知识,452致死突变：即导致个体死亡的突变。绿株绿株,46, 动物 纯合显性致死(小鼠毛色遗传)：黑色黄色，但无黄色纯合体。,凡是用黄色毛的小鼠与黑色毛小鼠交配，其后代小鼠的黄色：黑色总是1：1，说明没有AY AY的纯合型存在。,以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，说明已缺少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具有致死的隐性效应。AY AY其胚胎在母体内即已死亡，只有AY a可存活。,基因突变主题医学知识,46 动物1黄： 1黑AYa aa黄色鼠黑色鼠,47,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：人神经胶症突变基因，可引起皮肤畸形生长、严重智力缺陷、多发性肿瘤，具有这个杂合基因的人在年轻时死亡。,基因突变主题医学知识,47杂合显性致死突变：基因突变主题医学知识,48,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：发病初期可以活动，后期成为植物人，直至死亡。何时发病不知，可以一直到成年结婚后发病。至1999年全世界仅发现200例，我国有18例。,伴性致死突变：致死突变可发生在常染色体上，也能发生在性染色体上，致死突变发生在性染色体上可引起伴性致死。,基因突变主题医学知识,48纯合隐性致死突变：伴性致死突变：基因突变主题医学,49,3中性突变：控制次要性状的基因发生突变，不影响该生物的正常生理活动，因而仍能保持其正常的生活力和繁殖力，被自然选择保留下来。例如：水稻有芒无芒水稻希望无芒。小麦红皮白皮南方希望红粒。4有利突变：不但无害，而且有利。如抗倒、抗病、早熟等突变。,基因突变主题医学知识,493中性突变：基因突变主题医学知识,50,5突变有害性的相对性高秆 矮秆：有害性：矮秆株在高秆群体中受光不足、发育不良；有利性：矮秆株在多风或高肥地区有较强抗倒伏性、生长茁壮。6人类需要和生物本身突变利弊的不一致性禾谷类作物的落粒性对生物有利、对人类无益。水稻、玉米、高粱雄性不育对生物不利、对人类有益，可以省去制种时的去雄麻烦。,基因突变主题医学知识,505突变有害性的相对性基因突变主题医学知识,51,、突变的平行性亲缘关系相近物种因遗传基础近似，常发生相似的基因突变。突变的平行性与苏联遗传学家瓦维洛夫提出的“遗传变异同型系”学说是一致的。由于突变平行性的存在，可以考虑一个物种或属所具有突变类型，在近缘物种或属内也可能存在，对人工诱变有一定的参考意义。例如：小麦有早、晚熟变异类型，属于禾本科其它物种如大麦、黑麦、燕麦、高粱、玉米、黍、水稻、冰草等同样存在着这些变异类型。,基因突变主题医学知识,51、突变的平行性基因突变主题医学知识,52,禾本科部分物种的品种籽粒性状的变异,基因突变主题医学知识,52禾本科部分物种的品种籽粒性状的变异基因突变主题医学知识,53,第二节基因突变与性状表现,基因突变主题医学知识,53第二节基因突变与性状表现基因突变主题医学知识,54,一、显性突变和隐性突变的表现1、基因突变表现世代的早晚和选出纯合株速度的快慢，因显隐性而有所不同。,显性突变突变产生的新基因对原来的基因表现为显性。可能是： 原来无功能的位点产生了一个功能； 原来有功能的位点产生了新的功能。隐性突变突变产生的新基因对原来的基因表现为隐性。往往是原来有功能的基因丧失了功能，或产生了一个新功能。,基因突变主题医学知识,54一、显性突变和隐性突变的表现显性突变基因突变主题医学知识,55,dD突变性状表现早(M1)、纯合迟(M3才能决定)； 显性有杂合。,Dd 突变性状表现迟(M2)、纯合早(M2)。,显性突变与隐性突变的检出与纯合,基因突变主题医学知识,55dDDd 显性突变与隐性突变的检出与纯合基因突变主题,56,2体细胞突变 隐性基因显性基因当代个体以嵌合体形式表现出突变性状，要从中选出纯合体，需要有性繁殖自交两代。 显性基因隐性基因当代为杂合体，但不表现、呈潜伏状态，要选出纯合体，需有性繁殖自交一代。,基因突变主题医学知识,562体细胞突变基因突变主题医学知识,57,3突变性状表现因繁殖方式和授粉方式而异 无性繁殖作物显性突变即能表现，可用无性繁殖法加以固定；隐性突变则长期潜伏。有性繁殖作物自花授粉作物突变性状即可分离出来。异花授粉作物自然状态，一般长期潜伏。 出现纯合突变体。,基因突变主题医学知识,573突变性状表现因繁殖方式和授粉方式而异基因突变主题医学,58,二、大突变和微突变的表现,基因突变引起性状变异的程度是不同的：1大突变：突变效应大，性状差异明显，宜于识别，多为质量性状。例：豌豆籽粒园 皱、玉米籽粒非糯 糯2微突变：突变效应小，性状差异不大，较难察觉，多为数量性状。例：玉米果穗的长短、小麦籽粒的大小。试验表明，在微突变中出现的有利突变率 大突变。,育种工作中要特别注意微突变的分析和选择，在注意大突变时，也应注意微突变。,基因突变主题医学知识,58二、大突变和微突变的表现基因突变引起性状变异的程度是不同,59,三、基因突变的相关研究内容,当基因突变表现出来之后，就要对其进行深入的研究与利用，相关的研究内容可能包括：突变的产生：如何产生、提高突变率、控制突变方向；突变的真实性鉴定：是否能稳定遗传；突变基因的性质：显性/隐性；突变频率的测定；其它深入研究：基因定位(染色体定位与连锁分析)；基因克隆、测序(分子水平)；遗传与表达机制(生理生化)；育种应用(杂交育种、转基因)。,基因突变主题医学知识,59三、基因突变的相关研究内容当基因突变表现出来之后，就,60,第三节基因突变的鉴定,一、植物基因突变的鉴定二、生化突变的鉴定三、人类基因突变的鉴定,基因突变主题医学知识,60第三节基因突变的鉴定一、植物基因突变的鉴定基因突变主题,61,一、植物基因突变的鉴定、突变发生的鉴定经诱变产生的变异是否属于真实的基因突变，是显性突变还是隐性突变、突变频率的高低，都应进行鉴定。 由基因发生某种化学变化而引起的变异是可遗传，而由一般环境条件导致的变异是不遗传的。,基因突变主题医学知识,61一、植物基因突变的鉴定基因突变主题医学知识,62,例：高秆矮秆，其原因：由基因突变而引起；因土壤贫瘠或遭受病虫害而生长不良等。鉴定方法：可将变异体与原始亲本在同一栽培条件下比较。高秆矮秆后代为高秆，则不是突变，由环境引起； 后代仍为矮秆，则是基因突变引起的。,基因突变主题医学知识,62例：基因突变主题医学知识,63,、显、隐性的鉴定显性突变和隐性突变的区分，可利用杂交试验加以鉴定。如：突变体矮秆株 原始品种(高)F1高秆 F2有高秆、也有矮秆，说明该突变属于隐性突变。,基因突变主题医学知识,63、显、隐性的鉴定基因突变主题医学知识,64,、突变率的测定1基因突变率很低：不同生物和不同基因有很大差别。 许多致癌因子(如黄曲霉素、亚硝酸盐) 会增加基因突变的频率，因此要保护环境。2自然条件下突变率： 高等生物：110-6 110-8，即100万 1亿配子中有一个发生突变，由于高等生物在进化过程中能保持相对稳定性，故突变率较低、突变范围也较小。 低等生物：110-4110-8，即1万1亿个个体才有一个发生突变，如细菌。,基因突变主题医学知识,64、突变率的测定基因突变主题医学知识,65,3突变体：基因突变而表现出突变性状的细胞或个体。4突变率的估算：突变频率：突变个体数占总个体数的比数。突变率：基因发生突变的频率。基因突变率的估算因生物生殖方式而不同，不同生物的不同基因，各有一定的突变频率。,基因突变主题医学知识,653突变体：基因突变而表现出突变性状的细胞或个体。基因突,66,有性生殖的生物：突变率通常是用每一配子发生突变的概率，即用一定数目配子中的突变配子数表示。例如，玉米籽粒7个基因的自然突变率，彼此各不相同，其中有的较高，如R基因在每百万个配子中的平均突变率为492；有的较低，如Sh基因仅为1.2，两者相差高达500倍。无性繁殖的生物：如细菌的突变率是用每一细胞世代中每一细菌发生突变的概率，即用一定数目的细菌在分裂一次过程中发生突变的次数表示。例如，大肠杆菌在一个世代中一个细胞发生的突变率。链霉素抗性基因strR为410-10，乳糖发酵基因1ac-为210-7。两者突变率亦表现很大的差异。,基因突变主题医学知识,66有性生殖的生物：突变率通常是用每一配子发生突变的概率,67,5突变率的测定： 花粉直感：估算配子的突变率。例：这在当代籽粒上即可发现(理论上应全部为Susu)。如果10万粒种子中有5粒为甜粒，则突变率= 5/100000 = 1/2万 根据M2出现突变体占观察总个体数的比例进行估算。突变率：M2突变体数/ 观察总个体数,基因突变主题医学知识,675突变率的测定：玉米非甜Su 甜粒,68,6禾谷类作物(如稻、麦) 往往有几个幼穗原始体，其体细胞突变常发生在于其中一个，因而又影响一个穗子、甚至其中部分籽粒。,如果是隐性突变则必须分株分穗收获，然后分别播种几代才能发现突变性状，这时突变率的测定应以单穗或籽粒作为估算单位。,基因突变主题医学知识,686禾谷类作物(如稻、麦) 往往有几个幼穗原始体，其体细,69,自交单穗收获,自交单株收获,基因突变主题医学知识,69自交自交基因突变主题医学知识,70,二、生化突变的鉴定1941年比德尔(Beadle)开始用红色面包霉为材料进行生化突变研究发现基因通过酶的作用来控制性状提出“一个基因一个酶”的假说把基因与性状两者联系起来。,基因突变主题医学知识,70二、生化突变的鉴定基因突变主题医学知识,71,生化突变：由于诱变因素影响导致生物代谢功能的变异。可以对正常个体与变异个体的生化特性研究以分析基因的作用机制。野生型(wild type)与原养型(prototroph)野生型：指存在于自然界中没有经过基因突变，具有正常生化代谢功能的遗传类型；原养型：指具有与野生型相同营养需求与表现的遗传类型，有时特指突变型恢复为与野生型相同的个体。营养缺陷型(auxotroph)因基因突变丧失了某种生活物质合成能力，在基本培养基上不能正常生长，需加入相应营养成分的突变型。,基因突变主题医学知识,71生化突变：由于诱变因素影响导致生物代谢功能的变异。可,72,、红色面包霉的生化突变型1基本培养基：野生型可在这种培养基因生长。水+ 无机盐(硫酸盐、硝酸盐等) + 糖类(葡萄糖或蔗糖) + 微生素。2完全培养基：各种突变型可以在这种培养基生长。基本培养基+ 多种氨基酸+ 多种维生素3红色面包霉的突变型：红色面包霉合成其生活所需物质一系列生化过程由一定的基因所控制。只要综合分析大量的生化突变资料可阐明有关基因的功能及其作用的程序。例：有三个红色面包霉突变型(a、c、o)如下：,基因突变主题医学知识,72、红色面包霉的生化突变型基因突变主题医学知识,73,可以推论精氨酸合成步骤为：,基因突变主题医学知识,73可以推论精氨酸合成步骤为：类型基本培养基加精氨酸加瓜,74,、红色面包霉生化突变的鉴定方法 1、诱发突变：以X射线或紫外线照射纯型的分生孢子，可以诱发突变。,纯型分生孢子X射线处理 处理后的分生孢子与野生型交配产生分离的子孢子置于完全培养基里生长产生菌丝和分生孢子。,基因突变主题医学知识,74、红色面包霉生化突变的鉴定方法纯型分生孢子X射线,75,2鉴定突变 鉴定突变是否发生从完全培养基上生长的各组分生孢子取出一部分置于基本培养基上 观察生长。能生长：未发生突变不能生长：则表示已发生突变。 鉴定突变属于何种突变把突变型材料跟其它组分开从完全培养基里取出培养在几种不同培养基内明确发生突变的基因。氨基酸？(加入各种氨基酸)不能生长。 维生素？(加入各种维生素)能够生长。,基因突变主题医学知识,752鉴定突变基因突变主题医学知识,76,1.纯合野生型2.X射线或紫外线照射分生孢子3.照射过的分生孢子与野生型交配4.含有成熟子囊的子囊壳5.子囊孢子6.子囊孢子生活在完全培养基里7.基本培养基8.基本培养基另加维生素9.基本培养基另加氨基酸10.基本培养基11.完全培养基12.基本培养基另加硫胺素13.基本培养基另加吡醇素14.基本培养基另加泛酸15.基本培养基另加肌醇,基因突变主题医学知识,761.纯合野生型基因突变主题医学知识,77,基本培养基、完全培养基、基+维生素、基+氨基酸 不能生长 能生长 能生长 不能生长,基+硫胺素(VB1) 、基+比醇素(VB6)、基+泛酸、基+肌醇 不能生长 不能生长 不能生长能生长,说明发生生化突变的是控制肌醇合成的基因,说明是控制维生素合成的基因发生了突变,基因突变主题医学知识,77 基本培养基、完全培养基、基+维生素、基+氨基酸基+硫胺,78,现已鉴定几百个生化突变型，它们分别控制着各种维生素、氨基酸、嘧啶、嘌呤等的合成。 是基因通过一系列生化过程来控制性状的表现，并不是基因直接作用于性状。,基因突变主题医学知识,78现已鉴定几百个生化突变型，它们分别控制着各种维生,79,三、人类基因突变的鉴定人类基因突变的检出是比较复杂的，而且不易鉴定，主要靠家系分析和出生调查。隐性突变难以检出，因为常染色体上隐性性状的出现，很可能是两个杂合体婚配的结果，而不是由于基因突变的结果。显性突变是比较容易检出。前提是遗传方式规则，如果发现一个人有显性突变性状，而其父母是正常的，就可以说是一个新的突变。,基因突变主题医学知识,79三、人类基因突变的鉴定基因突变主题医学知识,80,白化病家系分析,显性突变的家系分析,基因突变主题医学知识,80白化病家系分析显性突变的家系分析基因突变主题医学知识,81,第四节基因突变的分子基础,一、突变的分子机制二、基因突变的类型三、DNA的防护机制四、DNA修复与突变的产生五、化学因素诱变的分子机制,基因突变主题医学知识,81第四节基因突变的分子基础一、突变的分子机制基因突变主题,82,一、突变的分子机制基因相当于染色体上的一点，称为位点(1ocus) 细胞水平。一个位点还可以分成许多基本单位，称为座位(site) 分子水平。一个座位一般指的是一个核苷酸对，其中一个碱基发生改变可能产生一个突变。 突变就是基因内不同座位的改变。这种由突变子的改变而引起的突变称为真正的点突变。一个基因内不同座位的改变形成许多等位基因复等位基因。,基因突变主题医学知识,82一、突变的分子机制基因突变主题医学知识,83,复等位基因：由一个基因内不同座位的改变而形成的许多等位基因的合称。如：控制自交不亲和基因。,基因突变主题医学知识,83复等位基因：由一个基因内不同座位的改变而形成的许多等位基,84,2基因突变的分类、基因的突变均属于分子结构的改变。,基因突变,碱基缺失：ATCGAT ATGAT碱基插入：ATCGAT ATCGGAT,取代突变,倒位：ATCGAT AAGCTT,碱基替换,转换：同型碱基对替换TC颠换：异型碱基对替换 AC,、碱基数目的变化(缺失或插入)影响最大，影响一系列三联体密码的移码。例如：mRNA GAAGAAGAAGAA GGAAGAAGAAGAA . 谷氨酸开头的谷氨酸多肽甘氨酸开头的精氨酸多肽,移码突变,基因突变主题医学知识,842基因突变的分类基因突变碱基缺失：ATCGAT A,85,基因突变主题医学知识,85基因突变主题医学知识,86,3诱变机理、自发突变、由宇宙射线或环境中的其它天然诱变因素引起；、由于正常细胞中酶出了“差错”，在内部形成了能起诱变作用的代谢产物，从而改变DNA分子的结构；、重组本身不对等交换，也能产生可遗传变异。果蝇：16A区段16A重复棒眼、诱变突变主要诱变因素：辐射线和化学药剂。,基因突变主题医学知识,863诱变机理基因突变主题医学知识,87,二、突变的修复、DNA的防护机制、密码的简并性UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG均为亮氨酸。大部分氨基酸具有2个或2个以上的密码子。、回复突变回复突变的频率 正突变。,基因突变主题医学知识,87二、突变的修复野生型突变型正突变基因突变主题医学知识,88,、抑制、基因间抑制：抑制作用发生在不同的基因间。 如：当DNA上某碱基发生了突变，凑巧tRNA上的反密码子也发生了改变，成为野生型。、基因内抑制：抑制作用发生在同一基因内。 一个座位上的突变有可能被另一个座位上的突变所掩盖，而使突变型恢复为野生型。,基因突变主题医学知识,88、抑制基因突变主题医学知识,89,、致死和选择当防护机制未能起到修复突变的作用，而该突变又是致死突变，则该突变体将在群体中被选择所淘汰。、二倍体和多倍体多倍体具有多套染色体组，每种基因多份，故能比二倍体和低等生物表现出更强的保护作用。如小麦属的二倍体种的突变型比例高于六倍体普通小麦。,基因突变主题医学知识,89、致死和选择基因突变主题医学知识,90,、DNA的修复例如紫外线照射细菌产生切割修复功能。主要有四种形式：、光修复经过解聚作用使突变回复正常的过程。、暗修复切除修复。,光修复过程暗修复过程,基因突变主题医学知识,90、DNA的修复光修复过程暗修复过程基因突变主题医学,91,、重组修复(复制后修复)在DNA复制后进行，并不切除胸腺二聚体。、复制时在损伤处出现缺口；、有缺口的子链与母链进行重组交叉端化时能将母链中的正常部分交换进来母链中新形成的缺口可通过DNA聚合酶作用以子链为模板合成缺口DNA片段。、由连接酶连接而完成重组修复工作。以后的复制仍需按上述方法进行，经若干次以后，受损伤DNA所占越来越少。,基因突变主题医学知识,91、重组修复(复制后修复)基因突变主题医学知识,92,在切割和修补过程中，特别是新补上的核苷酸片段，有时会造成差错，差错的核苷酸会引起突变。,实际上由UV照射引起的这类突变，并不是二聚体本身引起，常常是修补过程中的差错形成的。,基因突变主题医学知识,92在切割和修补过程中，特别是新补上的核苷酸片段，有时会,93,、 SOS修复 SOS修复属于后复制修复体系。SOS反应是DNA受到损伤或DNA复制受阻时的一种诱导反应。SOS 反应发生时，可造成损伤修复功能的增强。,基因突变主题医学知识,93、 SOS修复 基因突变主题医学知识,94,第五节基因突变的诱发,一、物理因素诱变(一)电离辐射诱变(二)非电离辐射诱变二、化学因素诱变,基因突变主题医学知识,94第五节基因突变的诱发一、物理因素诱变基因突变主题医学知,95,自然条件下各种动、植物发生基因突变的频率不高，它可保持生物种性的相对稳定性。但不利于动、植物育种。因此，穆勒和斯特德勒于1927年用X射线开始研究人工诱变，结果证实人工诱发基因突变可以大大提高突变率。,基因突变主题医学知识,95自然条件下各种动、植物发生基因突变的频率不高，它可保,96,人工诱变：基因+诱变技术 新性状品种至1999年（IAEA），62个国家和地区在163个物种中育成突变品种1961个人工杂交:亲本+杂交技术性状重组品种分子生物技术：目标基因+生物技术受体品种,变异,自然变异人工变异,基因突变主题医学知识,96人工诱变：基因+诱变技术 新性状品种至1999年（,97,一、物理因素诱发物理因素各种电离辐射非电离辐射。基因突变需要相当大的能量，辐射是能量来源。能量较高的辐射如紫外线除产生热能外，还能使原子“激发”(activation)；高能量辐射如X射线、射线、射线、射线、中子等除产生热能、激发原子，还能使原子“电离”(ionization)，诱使基因发生突变。辐射诱变的作用是随机的（无特异性）。性质和条件相同辐射诱发不同的变异，性质和条件不同的辐射诱发相同的变异。当前只能期望通过辐射处理得到随机变异。,基因突变主题医学知识,97一、物理因素诱发基因突变主题医学知识,98,1电离辐射诱变中子诱变效果好，但经中子照射后的物体带有放射性，人体不能直接接触。其它还有激光、电子和微波、射线(一般不用，电离程度很大，内照射很危险)等。,诱发育种中常用射线,基因突变主题医学知识,981电离辐射诱变诱发育种中常用射线射线穿透力辐射源应用,99,基因突变主题医学知识,99基因突变主题医学知识,100,基因突变主题医学知识,100基因突变主题医学知识,101,基因突变主题医学知识,101基因突变主题医学知识,102,基因突变主题医学知识,102基因突变主题医学知识,103,内照射：一般是用浸泡或注射法，使辐射源渗入生物体内，在体内放出射线(如)进行诱变。外照射：辐射源与接受照射的物体间保持一定距离，让射线从物体之外透入体内诱发基因突变。辐射剂量：单位质量被照射的物质所吸收的能量数值。基因突变频率与辐射剂量成正比，但不受辐射强度的影响。基因突变率与辐射剂量或正比提高总剂量可以提高突变率但过高剂量会引起不育、畸形、叶绿体突变率增加、甚至植株死亡等问题。基因突变率一般不受辐射强度的影响照射总剂量不变时，不管单位时间内所照射的剂量多少、其基因突变率保持不变。,基因突变主题医学知识,103内照射：一般是用浸泡或注射法，使辐射源渗入生物体内,104,原理基因的化学物质(DNA)发生电离作用。原发电离与次级电离。碱基对、碱基结构破坏、改变基因突变；磷酸二酯键断裂、染色体断裂重接染色体结构变异。辐射剂量的表示方法X射线、射线：伦琴(R)；中子：积分流量(n/cm2)；射线：微居里(cu/g)。,基因突变主题医学知识,104原理基因突变主题医学知识,105,2非电离辐射诱变 主要是紫外线照射，其波长较长(3800150)、穿透能力弱，一般应用于微生物或高等生物配子诱变。 紫外线诱变的最有效波长为2600（正是DNA所吸收的紫外线波长），紫外线直接诱变作用在于被DNA吸收能促使分子结构发生离析、进而引起突变。 紫外线还有间接诱变作用：紫外线照射培养基 培养微生物提高微生物的突变率。原因是经紫外线照射培养基会产生过氧化氢(H2O2) 可作用于氨基酸而导致微生物突变。 说明辐射诱变的作用并不是靠它去直接影响基因本身，改变基因环境也能间接地起诱变作用。,基因突变主题医学知识,1052非电离辐射诱变基因突变主题医学知识,106,紫外线(UV)：主要作用于嘧啶，使得同链上邻近的嘧啶核苷酸之间形成多价的联合。使T联合成二聚体。C脱氨成U；将H2O加到的嘧啶C4、C5位置上成为光产物，削弱C-G之间的氢键，使DNA链发生局部分离或变性。,基因突变主题医学知识,106紫外线(UV)：基因突变主题医学知识,107,3综合效应诱变在太空中进行的空间诱变是一项有效的人工诱变技术。太空中大量存在着各种物理射线可诱发突变，其它诸如失重、真空、超净、无地球磁场影响以及卫星发射和返回时的剧烈震动等因素也是产生诱变的重要原因。上述诱变因素的共同作用也会影响诱变效果。,基因突变主题医学知识,1073综合效应诱变基因突变主题医学知识,108,太空生物学研究不断深入目前国外主要侧重研究突变体的生理生化和诱变机理，国内主要研究形态学和新品种的选育。我国从80年代后期开始进行空间生物学和生物诱变效应研究，已在水稻、青椒等作物中选育出新品种，同时获得了不少优良突变体。,基因突变主题医学知识,108太空生物学研究不断深入基因突变主题医学知识,109,二、化学因素诱变化学因素诱变的历史较晚： 1941年，Auerbach和Robson第一次发现芥子气可以诱发基因突变； 1943年，Oehlkers第一次发现氨基甲酸乙酯(NH2COOC2H5)可诱发染色体结的变异。此后，利用化学药物诱发基因突变的研究发现了大批可以作为诱变剂的化学药物。 化学药物的诱变作用与电离辐射不同，某些化学药物的诱变作用具有一定的特异性。一定性质的药物可以诱发特定类型变异利用化学药物进行定向诱变。,基因突变主题医学知识,109二、化学因素诱变基因突变主题医学知识,110,1、妨碍DNA某一成分的合成，引起DNA变化：妨碍合成嘧啶：5-氨基尿嘧啶、8-乙氧基咖啡碱；妨碍嘌呤合成：6-疏基嘌呤。2、碱基类似物替换： 如5-溴尿嘧啶(5BU)、5-溴去氧尿核苷(5BudR)、2-氨基嘌吟(2AP)； 诱变原理： 化学药物分子结构与DNA碱基相似，在不妨碍基因复制的情况下能渗入到基因分子中去。在DNA复制时引起碱基配对上的差错，最终导致碱基对的替换，引起突变。,基因突变主题医学知识,1101、妨碍DNA某一成分的合成，引起DNA变化：基因突变,111,5BU与T基本相同以酮式状态和腺嘌呤配对：A5BUT酮式结构常转移成烯醇式与G配对：G5BUe,AP与T配对，有时与C配对,基因突变主题医学知识,1115BU与T基本相同AP与T配对，有时与C配对基因突变主,112,3、直接改变DNA某些特定的结构DNA诱变剂：能和DNA起化学反应并改变碱基氢键特性的物质。、亚硝酸(HNO2)：氧化脱氨作用，氧化作用以氧代替A和C的C6位置上氨基。,AT,GC,AT,GC,基因突变主题医学知识,1123、直接改变DNA某些特定的结构ATGCATGC基因突,113,、烷化剂如：甲基磺酸乙酯EMS，CH3So2(OC2H5)硫酸二乙酯DES，SO2(OC2H5)2乙烯亚胺EI， 烷化剂的诱变作用主要是通过烷化作用改变基因的分子结构，从而造成基因突变。烷化作用：通过烷基置换其它分子氢原子的作用。,基因突变主题医学知识,113、烷化剂HH2CNCH2基因突变主题医学知识,114,诱变原理：EMS、MMS等烷化剂都带有1个或多个活泼的烷基，这些烷基能够加入碱基的