第十章 基因突变 Chapter 10 Gene Mutation

教学时数：3学时 一 教学目的与要求：要求学生了解基因突变的表型特性和突变发生的时期、突变率，突变的可逆性、多方向性，自发突变的原因。掌握基因突变的类型和特点 ，掌握果蝇、链孢霉、人的基因突变的检出。达到熟练掌握诱发突变的原理和方法，能熟练地将该原理和方法运用到今后的育种实践。 二 教学重点：基因突变的类型和特点，诱发突变的机理和方法，突变的检出。

本章结构 The structure of this chapter 第一节 基因突变概述 第二节 突变的检出 第三节 诱发突变

基因突变指一个基因变为它的等位基因，是基因分子结构或化学组成上的改变。自发突变（spontaneous mutation）突变频率低；人为采用理化因素产生的诱发突变（induced mutation）突变频率高，是自然突变的100-1000倍。

第一节 基因突变概述 一 基因突变的类型 （一）按突变的表型特征分类: 突变发生后出现的表型改变是多种多样的，有的可能十分微弱，需要精细的生化技术才能检测出与野生型的差别，有的突变的表型效应可能是如此之大，以致产生形态上的严重缺陷甚至死亡。基于突变被辨认的方法，可以将突变类型分类: 形态突变、生化突变、致死突变: 1、形态突变(morphological mutation): 突变主要影响生物体的外在可见的形态结构，故又称可见突变(visible mutations) ，如形状、大小、色泽等的改变。 2、生化突变(biochemical mutations): 突变影响生物的代谢过程。导致一个特定的生化功能的改变或丧失。 例如某野生型细菌可以在基本培养基中生长，而突变体一定要在基本培养基中添加某种氨基酸才能生长，这一现象被认为是发生了生化突变。在人类群体中，由于某种生化突变产生了代谢缺陷，如苯丙酮尿症和半乳糖血症等等，将这类遗传病称为先天性代谢缺陷。

（1）失去功能的突变(loss-of-function mutations): 突变事件通常是破坏性的，多数情况下，突变事件导致功能的丧失，完全丧失基因功能的突变称为无效突变(null mutation) 。有时，功能的失活不完全，仍保留了一些功能，但在杂合状态不能产生足够多的野生型表型，这种情况下新的等位基因称为渗漏基因(leaky gene)，这类突变称为渗漏突变(leaky mutation)。通常，丧失功能的突变是隐性的。有时候，丧失功能的突变也可以是显性的，杂合子单个野生型等位基因不能提供足够数量的基因产物来形成正常表型。 （2）获得功能的突变(gain-of-function mutation) :有时候，突变事件引起的遗传随机变化有可能使之获得某种新的功能。在杂合体中，获得功能的突变极有可能是显性的突变，并能产生新的表型。

3、致死突变(lethal mutation): 影响生物体的生活力，导致个体死亡的一类突变。致死突变可分为显性致死和隐性致死两类，显性致死在杂合状态时就有致死作用，而隐性致死则在纯合态时方有致死作用。一般以隐性致死较为常见。但致死突变不一定都伴有可见的表型效应，因为致死突变的致死作用可以发生在不同的发育阶段，如配子期、合子期或胚胎期致死，就见不到成体的表型效应。 4、条件致死突变(conditional lethal mutations)：在某些条件下能成活，而在某些条件下是致死的。例如T4噬菌体的温度敏感突变型在25C时能在E·coli 宿主细胞中正常生长，形成噬菌斑，但在42C时就不能生长。利用条件致死突变体(型)可以研究基因作用的敏感时期。

（二）按发生突变的时间和细胞分类 基因突变可以发生在体细胞或生殖细胞中，这两种突变有完全不同的后果。 1、体细胞突变(somatic mutations): 如果在保持分裂的身体组织的一个细胞发生了突变，这个细胞便成为一群相同突变细胞的祖先，因为所有这些突变细胞都来源于那个发生了突变的细胞，在发育过程中通常形成一个“突变体区(somatic mutant)，这是由发生表型变化的突变细胞形成的一个可见的斑块。在发育过程中，体细胞突变事件发生的愈早，突变体区就会愈大，对表型的影响就愈大。否则，突变发生在一个不再分裂的细胞中，它对表型的影响可能被忽略。但是引起癌症的突变是一个特例，突变发生在原癌基因则引细胞发生不可控制的分裂从而导致肿瘤的发生。体细胞突变一般不能遗传给后代。

突变率指在一个世代中或一定时间内，在特定的条件下，突变个体占总观察个体的比率。 2、生殖细胞突变(germinal mutation) ：生殖细胞突变发生在种系(germ line)中。如果突变的性细胞参与受精过程，那么突变基因就会传给下一代。最典型的例子是性连锁遗传的血友病突变在欧洲王室通过维多利亚女皇在其整个家系中的遗传。 二 突变率(mutation rate) 突变率指在一个世代中或一定时间内，在特定的条件下，突变个体占总观察个体的比率。

三 基因突变的特点 (一)稀有性: 突变率(mutation rate)很低， 高等生物：10-5~10-10，细菌：10-4~10-10 三 基因突变的特点 (一)稀有性: 突变率(mutation rate)很低， 高等生物：10-5~10-10，细菌：10-4~10-10 (二)可逆性： 1、  正向突变(forward mutations) 2、 反向突变或回复突变(reverse or back mutations) 例如：大肠杆菌 his+ 4×10-8 2×10-6 his- (三)多方向性：复等位基因（multiple allele) Aa1,a2,a3,……an 例一：ABO血型遗传: IA、IB → I 3个复等位基因 例二：家兔毛色遗传: 4个复等位基因:C→cch→ch →c

（四）突变的平行性和重演性 1.平行性 是指亲缘关系相近的物种因遗传基础较近似而发生相似基因突变的现象。如小麦有早熟、晚熟的变异类型，属于禾本科的其它物种如大麦、黑麦、燕麦、水稻、玉米等同样存在这些变异类型。 2.重演性 相同的基因突变可以在同种生物的不同个体间重复发生，称为重演性。 3.同一基因突变在不同的个体上均可能发生； 4.不同群体中发生同一基因突变的频率相近。

第二节 突变的检出 一 果蝇突变的检出 （一）性连锁基因突变的检出--- ClB品系方法 第二节　突变的检出 一 果蝇突变的检出 （一）性连锁基因突变的检出--- ClB品系方法 主要用来检测X染色体上是否发生了致死突变，隐性突变等。 ClB是指果蝇的某个品系，X染色体有一个较大的倒位，记做C,后代中也保持这个倒位环。 l为X染色体的隐性致死基因，雄性个体有l基因时不能存活。而雌蝇仅有一个l基因的能够存活。B是X染色体上还有一个标记性状的棒眼基因,棒眼对野生型复眼不完全显性.

二 微生物突变的检出 （一）大肠杆菌突变型的检出: 影印培养法,青霉素法.　 （二）真菌营养缺陷型的检出: 菌丝过滤法.

白化病

例如人的镰刀性贫血症（HbS）是由血红蛋白编码基因中的CTT(CTC)变成CAT（CAC），使血红蛋白β链N端第六位的氨基酸（谷氨酸）变为缬氨酸，结果使血红细胞成为镰刀型，寿命很短，引起严重的溶血性贫血，称为镰刀性贫血症(HbS)。如果用赖氨酸取代谷氨酸，也改变血红蛋白的性质，引起轻度贫血症（HbC）。

第三节 诱发突变 一 物理诱变 （一）电离辐射 x射线，γ射线等，具有较高的能量可引起原子的电离，导致DNA的损伤，基因突变和染色体结构变异。 1.突变频率在一定范围内与辐射剂量成正比。 2.辐射具有累积作用 低强度长期照射（慢照射）与高强度短期照射（急性照射），诱发的突变数一样。

本章要点 突变是发生在遗传物质中可遗传的改变。突变可以自发产生，也可以通过环境中的诱变剂诱导发生。在诱发突变中常用的突变剂是放射线和化学物质。突变的发生是随机的。通过回复突变可以使发生突变的有机体回复到野生型表型。突变对有机体表型的影响是多种多样的。基因突变可通过传统的遗传学方法和分子遗传学方法来检出。

本章思考题 1．名词解释：基因突变，自发突变，诱发突变，可见突变，生化突变，致死突变，回复突变，突变率。 2．进行Muller-5测验时，要检验的雄蝇与Muller-5雌蝇交配得到 F1后，一定要做单对交配（ Pair mating），看F2的分离情况。为什么一定要做单对交配？ 3．何以多倍体可以阻止基因突变的显现？同源多倍体和异源多倍体在这方面有什么不同？