第十章 突变和重组机理 §10.1 突变的分子基础 碱基替换(base substitution)：一个碱基对被另一碱基对 第十章 突变和重组机理 §10.1 突变的分子基础 碱基替换(base substitution)：一个碱基对被另一碱基对 替换。包括转换(transtion)和颠换(transversion)。 移码突变(frameshift mutation)：增加或减少一个或几 个碱基对。 §10.1.1 碱基类似物的诱发突变 Base analogues 可以在DNA复制中代替某种碱基，引 起配对错误，从而由一种碱基对代替另一种碱基对。

· · · · · · · · · · · · · · 5-溴尿嘧啶(5-bromouracil,BU)是胸腺嘧啶的结构类似物。 A A G T T C T A · G · A · BU BU BU G · G · A · G · C C T C G · A · A · BU BU BU

2-氨基嘌呤(2-aminopurine)可取代腺嘌呤与T配对 AP · T A AP · · G C T · C A AP A · · · T T T

叠氮胸苷(AZT, azidothymidine)：T的类似物 是用于治疗爱滋病(acquired immunodeficiency syndrome) 的一种药物。 RNA cDNA HIV-1 反转录 整合入宿主DNA 新病毒 人的细胞 AZT在病毒RNA→DNA的阶段是反转录酶的底物，但 在细胞中却不是DNA聚合酶的合适底物。这样AZT的 作用是一种选择性的毒物，可以抑制病毒cDNA的产物 ，阻断新的病毒的合成。

§10.1.2 改变DNA化学结构的诱变剂 亚硝酸(nitrous acid,HNO2)：具有氧化脱氨作用。 NA HNO2 C U T A H · · · G A A HNO2 C U NA H A G HNO2 X G · · · T C C 发生碱基转换

烷化剂 烷化剂是目前应用最广泛而有效的诱变剂。最常用的有 甲基磺酸乙酯(EMS)、甲基磺酸甲酯(MMS)、亚硝酸胍等。 它们都带有一个或多个活泼的烷基，这些烷基能够移到 其他电子密度较高的分子中去，是碱基许多位置上增加 了烷基，从而多方面改变氢键的结合能力。 烷化作用主要发生在碱基的N1、N3、N7位置上。最容易发生 在G的N7位置上，形成7-烷基鸟嘌呤。 7-烷基鸟嘌呤可与胸 腺嘧啶配对，从而产生GC→AT的转换。 烷化作用可使DNA的碱基容易受到水解而从DNA上裂解下来， 造成碱基的缺失。从而引起碱基的转换与颠换及移码突变。

结合到DNA分子上的化合物（插入突变剂） (Intercalating mutagents) 包括原黄素(proflavin)、acridine orange等。 它们通过插入到DNA双螺旋双链或单链的两个相 邻的碱基之间，起到插入诱变的作用，这种突变 往往是移码突变。 Acridine类诱发突变的一个重要特征是，acridine 化合物所诱发的突变型能用acridine来使之回复， 但不能有碱基类似物使之回复

移码突变 TACGA ATCGGGTATT ATGCT TAGCCCATAA TACGA ATCGGGTATT C G 染料分 子嵌入 TACGA ATCGGGTATT ATGCT TAGCCCATAA 复制 TACGA ATCGGGTATT C G ATGCT TAGCCCATAA 插入一个碱基对 移码突变

紫外线（ultraviolet light，UV）：能使DNA产生两种 光生成物－－环丁烷嘧啶光二聚体和6-4光生成物。 辐射的诱变作用 紫外线（ultraviolet light，UV）：能使DNA产生两种 光生成物－－环丁烷嘧啶光二聚体和6-4光生成物。 胸腺嘧啶二聚体通常发生在同一DNA链上两个相临 的胸腺嘧啶之间，也可发生在不同单链之间，这种 二聚体是很稳定的。 阻碍单链分开，影响复制 复制 在胸腺嘧啶对应处随意渗入碱基， 引起突变。

黄曲霉素B1(aflatoxin B1,AFB1) 无嘌呤位点。它要求SOS系统参与，SOS越过这些 无嘌呤位点并在其对应处选择性插入腺嘌呤。 A C G T A AFB1 A C T A 复制 T G C A T T G C A T A C G T A A C T A 复制 A C T T A ＋ T G C A T T G A A T T G A A T

基因突变与氨基酸顺序 同义突变(same sense mutation)：密码子发生改变， 但所编码的氨基酸不变。 错义突变(missense mutation)：DNA中碱基对替换， 使mRNA的某一密码子改变，由它所编码的氨基酸 不同。很多错义突变造成蛋白质的部分或完全失活， 从而表现出突变性状。 无义突变(nonsense mutation)：碱基替换改变了 mRNA上的一个密码子，成为3个密码子UAG， UAA和UGA中的一个时，就出现无义突变。

突变热点(hot spots of mutation) 和增变基因(mutator genes) 突变位点在基因内的分布并不是随机的，某些位点 上突变型很多，其突变率大大高于平均数。这些位 点就称为突变位点。 形成突变位点的最主要原因是5-甲基胞嘧啶(MeC)的 存在。 诱变剂 MeC T 氧化脱氨 短的重复序列也容易形成突变热点。因为这些地方 容易发生插入或缺失，这是由于DNA复制时发生模 板链与新生链之间碱基配对的滑动造成的。

增变基因(mutator genes)：基因组中某些基因的 突变可使整个基因组的突变率明显上升，这类基因 称为增变基因。 增变基因主要有两类：DNA多聚酶的各个基因和 Dam基因。 DNA多聚酶基因突变 多聚酶的3′→5′ 校对功能丧失或降低 dam基因突变 错配修复功能丧失

§10.2.1 非相互重组(non-reciprocal recombination) §10.2 重组的分子基础 §10.2.1 非相互重组(non-reciprocal recombination) 特点：1. 重组的产物不互补，遗传信息不对称交流。 2. 等位基因严重偏离孟德尔比率。 基因转换(gene conversion) Neurospora 的＋ × － 杂交子囊类型 ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ ⑸ ⑹ 子囊类型 — ＋ ＋ — — ＋ ＋ — — ＋ ＋ — 分裂类型 MI MI MII MII MII MII 非交换型 交换型

子囊 Neurospora 中＋ pdxp ×pdx ＋ 杂交，其中４个子囊的结果 孢子对 １ ２ ３ ４ 第一对 第二对 第三对 第四对 １　　　　　２　　　　　３　　　　　　４ 第一对 第二对 第三对 第四对 ＋ pdxp pdx ＋ ＋ ＋ pdx ＋ ＋ ＋ pdx ＋ ＋ pdxp ＋ pdxp ＋ pdxp ＋ ＋ pdx ＋ ＋ ＋ pdx ＋ ＋ pdxp pdx ＋ pdx ＋

pdx ＋ pdxp ＋ × pdx ＋ ＋ pdxp pdx ＋ pdx ＋ pdx ⊕ pdx pdxp ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ pdxp ＋ pdxp

基因转变：在减数分裂过程中，一个等位基因转变为 另一等位基因的现象。 　　　　　另一等位基因的现象。 特征：⑴　具高保真性，即转换后的等位基因 　　　　　与转换者完全相同。 　　　⑵　转换事件往往与邻位的交换事件相 　　　　　伴而生。交换频率比转换频率高好 　　　　　几倍，且涉及到相同的染色单体。 　　　⑶　转换会提高相邻交换的负干涉系数。 　　　⑷　极性化分离。 减数后分离(post-meiotic segregation)：其异常分离在重组过 程中形成的杂合双链DNA分子没有得到及时较正，在随后 有丝分裂中随着DNA复制和染色单体分裂所致。

g＋A × g－a 分离。 Olive等对粪生粪壳菌 (soxdoria fimicola)的研究： 如果染色体中每一条双 链都是纯合互补，则减 数分裂产生的 4 个子囊 孢子再经一次有丝分裂 产生的 8 个孢子不论是 否发生重组都应当是相 同的基因型成对排列。 因此异常分离一定是有 异源上链的存在。这种 异常分离是有丝分裂的 产物，故称为减数后 分离。 g＋A × g－a ＋ － ＋ － ＋ － ＋ －

遗传重组的机制 5.3.1 交叉型学说(chiasmatype theory) 1909年由Janssens 提出 交换是断裂、 再接的过程 遗传重组的机制 5.3.1 交叉型学说(chiasmatype theory) 1909年由Janssens 提出 5.3.2 模板选择假说(copy choice hypothesis) 1955年由Lederberg提出 特点：不主张交换是断裂、再接过程

13C 和 15N 重标记 噬菌体DNA A品系 c mi 复感染 轻培养 + + B品系 裂解，密度 梯度离心 c mi+个体必定 是通过两个标 记基因之间发 生交换而产生 的。由于mi+位于标记轻链 的末端所以重组后代的染色体大部分是是重标记。 12C 和 14N 轻标记 c +

Holliday 模型(hybrid DNA model) Robin Holliday于1964年提出了重组的杂合DNA模型 A B A B A B a b a b a b A B A B A B a b a b b a

A B A A B B 横切 b b b a a a 纵切 A B A B a b b A b a a B

A g+ A g+ 4︰4 正常分离 未重组，无 异源双链 a g Half-chromatid conversion a g A g+ A g+ a g a g+ 部分 校正 a g+ 5︰3 异常分离 A g+ A g+ A g A g a g a g

A g+ a g+ 6︰2 异常分离 A g+ A g+ 全部校正 a g Chromatid conversion a g a g+ A g+ A g+ A g 未校正 a g a g a g+ 4︰4 异常分离 A g+ A g a g

基因转变实质上是异源双链DNA错配的核苷酸 对在修复校正过程中所发生的一个基因转变为 他的等位基因的现象。