第七章 遗传信息的改变

第七章遗传信息的改变基因突变染色体畸变染色体结构变异染色体数目变异本章内容基因突变染色体结构变异染色体数目变异第一节基因突变（Genemutation)1、基因突变的概念在基因水平上遗传物质中任何可检测的能遗传的改变。DNA分子结构发生的化学变化。基因内部所发生的从艺中等位形式改变为另一种等位形式的变化。自发突变和诱发突变隐性突变和显性突变正突变和反突变致死突变和半致死突变体细胞突变和性细胞突变2、基因突变的类型自发突变（spontaneousmutation）自然状况下发生的突变。产生原因DNA复制中的错误自发损伤：脱嘌呤、脱氨基、氧化性损伤自发突变率高等生物：10-5~10-8/生殖细胞/代人类：10-4~10-6/生殖细胞/代自发突变和诱发突变突变率：是指一定的基因在一个世代中或其他规定的单位时间内发生突变的频率。诱发突变（inducedmutation）人为采用许多理化因素对生物体或细胞处理所引起的基因突变。诱因很多：物理诱变化学诱变（一）物理诱变X射线r射线电磁辐射a射线B射线质子带电离子中子不带电离子离子辐射电离诱变因素紫外线非电离诱变因素物理诱变因素诱发突变电离诱变的作用机理1.直接作用电离射线碰撞DNA分子初级电离次级电离造成基因分子内部的改组或染色体2.间接作用电离射线介质（水）产生不稳定H+、HO-离子改变DNA分子结构基因突变能够诱发基因突变的化学因素称为化学诱变因素。化学诱变物：碱基类似物烷化剂改变DNA中碱基的化合物结合到DNA中的化合物（二）化学诱变亚硝酸能使腺嘌呤（A）脱去氨基，成为次黄嘌呤（H）。次黄嘌呤不能与胸腺嘧啶配对，而能与胞嘧啶配对。经过DNA复制，会使原来的A-T转变成G-C。亚硝酸还能使胞嘧啶脱去氨基转化成尿嘧啶，从而把C-G碱基对转化成A-T碱基对。因此利用亚硝酸诱发的突变还可以利用它诱发回复突变。化学诱变剂的遗传学效应TATHCHCGHNO2脱氨复制复制1、碱基替代（1）亚硝酸5-Bu有两种异构体：酮式和烯醇式，酮式与A配对，烯醇式与G配对。（2）5-Bu（5-溴尿嘧啶）分子结构与T相似，能与G互补配对，使A-T转变成为G-CTACG5Bu5BuAG复制复制碱基替代的遗传学效应：影响遗传信息的传递遗传密码发生改变2.移码突变碱基对的缺失和重复，碱基的单向移位或倒位。隐性突变和显性突变隐性突变（recessivemutation)原来的显性基因变成隐性基因的过程。A→a显性突变（dominantmutation)原来隐性基因变成显性基因的过程。a→A一个aa型个体发生显性突变，产生的突变个体基因型是怎样的？表型又如何？一个AA型个体发生隐性突变，产生的突变个体基因型如何？表型如何？正突变和反突变野生型：自然界大量存在或实验室中存在的标准品系。记为+或A+，a+正向突变(forwardmutation)任何离开野生型等位基因的变化。从野生型变为突变型。反突变(reversemutation)回复突变（backmutation)任何回复到野生型的变化。致死突变致死突变：突变使个体在胚胎期或生后期不久就死亡。（多数是隐性致死突变，但也有显性致死，往往是显性纯合致死）半致死突变：突变个体发育到性成熟后才表现出致死效应，因此一部分个体可以留下后代。条件致死突变：在某些条件下能成活，而在某些条件下是致死的。鼠的黄色皮毛遗传黄色BBy×黄色BByP:黑色BB黄色BBy黄色ByBy1：2：1F:显性致死基因型黄色对黑色是显性的！体细胞突变和性细胞突变体细胞突变(somaticmutation)突变发生在体细胞中，可形成突变体区动物的体细胞突变不能遗传植物的体细胞突变可通过压条、嫁接等方式繁殖。癌症——原癌基因的突变引起细胞不可控制的分裂动物体细胞克隆性细胞突变种系突变（germ-linemutation)生殖细胞突变可以遗传血友病一组先天性凝血因子缺乏，以致凝血酶生成障碍的出血性疾病。男性大部分为患者，女性大部分为携带者。X染色体连锁遗传病。3、突变的分子机制点突变移码突变缺失突变碱基的替换转换：Py与Py，Pu与Pu之间变换，多见颠换：Py与Pu之间变换，少见碱基插入碱基缺失缺失大片段DNA碱基对取代突变（base-pairsubstitutionmutation）是指在基因中一个碱基对被另一个碱基对所取代。转换（transition）是指嘌呤与嘌呤之间，或嘧啶与嘧啶之间的替换。颠换（transversion）是指嘌呤与嘧啶之间的替换。碱基替换AGTC转换颠换错义突变（missensemutation）是指DNA改变后mRNA中相应密码子发生改变，编码另一种氨基酸，使蛋白质中的氨基酸发生取代，可能削弱此蛋白的功能，以致影响到突变体的表型。无义突变（nonsensemutation）是由DNA的碱基突变使mRNA中产生了无义密码子，翻译时在相应的位点会导致提前终止——平截或截断，产生一条不完整的多肽链，通常是没有功能的。中性突变（neutralmutation）是在基因中有一对碱基对发生替换，引起的mRNA中密码子的改变，但多肽链中氨基酸的改变并不影响蛋白质的功能。沉默突变（silentmutation）是中性突变的一种。即在基因中碱基对发生替换，改变了mRNA的密码子，结果蛋白质中相应位点是发生了相同氨基酸的取代，实际上也是同义突变。碱基替换的遗传效应无义突变同义突变错义突变DNATACTAATAGRNAUACUAAUAGAATyrStop（tyrosine）TACTATUACUAUTyrTyrTACTGGUACUCCTyrSer移码突变基因组中增加或者减少碱基对，使其该位点之后的密码子都发生改变的现象。效应：导致遗传编码发生改变。产生无功能的蛋白。频率低可逆性重演性多向性有害性和有利性平行性4、突变的一般特征第二节染色体结构变异染色体结构变异类型缺失（deletion)重复(duplication)倒位(inversion)易位(translocation)结构杂合体（Structuralheterozygote）结构纯合体（Structuralhomozygote）1、缺失类型末端缺失(terminaldeletion)中间缺失（interstitialdeletion）缺失（deletion）ABCDEFGHIABDEFGHI中间缺失CDEFGHI正常染色体末端缺失产生原因染色体损伤断裂染色体纽结不等交换（unequalcrossingover)基因的转座2、缺失的遗传效应与表型效应（1）致死或出现异常片段丢失（2）假显性现象（pseudodominance）缺失的部分包含某些显性基因，那么同源染色体与其对应的隐性等位基因得以表现。基因丢失猫叫综合征（Catcrysyndrome）临床表现：喉部发育不良，哭声似猫叫身体与智能发育不全，小头畸形，满月形脸，眼距宽，低耳位在婴儿期或幼儿期夭折病因：5号染色体短臂缺失，5p-综合征慢性骨髓性白血病（chronicmyelocyticleukemia,CML）病因：22号染色体长臂缺失一大段(22q-)，大约40%费城（Philadelphia）染色体，Ph染色体占92%9号染色体的缺失，22号易位至9号染色体占8%二、重复(duplication)1、重复类型串联重复（tandemduplication）倒位重复(reverseduplication)ABCDEFGHI正常染色体ABCDEFGHICDABCDEFGHICD串联重复倒位重复2、重复的特点及遗传效应重复破坏了原来的连锁群，影响固有基因的交换率。剂量效应(dosageeffect)由于基因的数目不同，而表现了不同的表型差异。位置效应(positioneffect)一个基因随着染色体畸变而改变它和相邻基因的位置关系，所引起表型改变的现象。表型异常果蝇的棒眼突变棒眼（Bar,B）对复眼呈不完全显性剂量效应复眼双Bar棒眼三、倒位(inversion)1、倒位类型臂内倒位(paracentricinversion)臂间倒位(pericentricinversion)3、倒位的遗传学效应(1)改变了基因的顺序和相邻基因的位置（2）倒位区段内的基因表现很强的连锁（由于在倒位杂合体中倒位圈内或圈外附近相邻基因的交换受到抑制）（3）倒位圈内非姐妹染色单体发生奇数次交换导致配子不育（4）倒位是物种进化的原因之一四.易位（translocation）两对非同源染色体间相互置换了一段染色体片断。类型：单向易位（simpletranslocation）相互易位（reciprocaltranslocation）罗伯逊易位（Robertsoniantranslocation）单向易位相互易位罗伯逊易位着丝粒融合由两个非同源的端着丝粒染色体的融合，形成一个大的中或亚中着丝粒染色体。2.易位的遗传效应（1）降低连锁基因重组率（2）改变基因间的连锁关系第三节染色体数目的变异一、染色体数目变异类型二、整倍体变异三、非整倍体变异一、染色体数目变异类型染色体组的概念染色体组（genome）是指二倍体生物配子中所具有的的全部染色体。每个染色体组中各个染色体具有不同的形态、结构和连锁基因，他们构成一个完整而平衡的体系，缺少任何一个染色体均会造成不育或变异，这是染色体组最基本的特征。一染色体数目变异类型整倍体变异（euploid）非整倍体变异（aneuploid）染色体数目变异类型(一)整倍体变异单倍体和一倍体n和x多倍体同源多倍体异源多倍体同源三倍体同源四倍体（二）非整倍体变异单体（2n-1）多体缺体（2n-2）三体（2n+1）四体（2n+2）双三体（2n+1+1）三体综合症：最早发现的三体综合征是2n+1三体综合征，即先天愚型（Down）综合征，是由英国医生LangdonDown在1966年首次对此病进行临床描述的。这种Down综合征的核型中大约92.5％是单纯的三体型，来源于自发性的染色体不分离，与父母核型无关。这种染色体不分离经常发生在母亲生殖细胞，约占病例数的95％，另5％是由于父亲的缘故。另外，Down综合征除单纯21三体型外，还有部分病例是由于易位或者嵌合体所引起。这种综合征的主要临床特征是智力低下，智商在25－50之间，发育迟缓，面部扁平，宽眼距，多为斜视，通贯掌，约40％患有先天性心脏病。21三体患者智力低下的原因是与过氧化物歧化酶SOD1活性增高有关，患者的此酶活性比正常人偏高50%,已知该酶的基因位于21q22，只有当21号染色体长臂末端为三体时，才表现为典型的先天愚型症状。在群体中的发病率为1/800。单体综合征：单体综合征由于遗传物质失去太多，所以很难存活，大多数在胎儿期就死亡，已报道能出生的病例仅21单体和22单体，这是因为21号和22号染色体最小。部分三体综合征和部分单体综合征这两种类型的综合征多半是因缺失、易位、重复等染色体畸变所引起某条染色体局部片段三体化和单体化的结果，特别是部分三体综合征较多见。性染色体病性染色体综合征的共同临床特征一般是性发育不全或者两性畸形，但也有部分种类综合征的患者表型基本正常，仅表现为生育力下降，或智力稍差，或行为异常。较常见的性染色体综合征有：1.Turner综合征（Turnersyndrome）又称性腺发育不全综合征，1938年Turner首先对该病进行临床描述。典型核型45，X，是X染色体单体型。其临床特征是女性性腺发育不全，原发性闭经，矮小身材，蹼颈，肘外翻，智力一般正常或稍差。这种综合征在新生儿中发病率约为1/50002.超X综合征又称超雌综合征。其核型有：47，XXX；48，XXXX；49，XXXXX，以及由多X细胞系与正常的细胞系构成的嵌合体。这种综合征的一般表现是：智力以及生育力都略有下降，但也有的是完全接近正常女性。总的来说是有随X数目增多而病情加重的倾向。发生原因主要