第1节-基因突变和基因重组

第5章基因突变及其他变异一母生九仔，连母十个样，这说明生物具有______的现象。龙生龙，凤生凤，老鼠的儿子会打洞，这说明生物具有____的现象。变异遗传是指亲子间和子代个体间性状的差异。思考：变异能否遗传？是否所有的变异都能遗传给后代？思考：什么叫“生物的变异”？可遗传变异不可遗传变异可遗传变异的三种来源:基因突变基因重组染色体变异变异的类型由环境不同引起，遗传物质没有改变，不能进一步遗传给后代。生殖细胞内的遗传物质发生了改变，其后代将继承这种改变。第1节基因突变和基因重组科学史一1910年赫里克医生接诊了一位黑人贫血病患者。所有治疗贫血病的药物对他无效。镜检时发现其红细不是正常的圆饼状，而是镰刀形，后称之镰刀型细胞贫血症。正常异常正常异常…－脯氨酸－谷氨酸－谷氨酸—……－脯氨酸－缬氨酸－谷氨酸—…1949年，美国鲍林博士首先意识到，红细胞中血红蛋白分子的异常引起红细胞变形。1956年，英国科学家英格拉姆发现镰刀型细胞贫血症患者血红蛋白的肽链上，有一处的谷氨酸被缬氨酸取代。科学史二两面凹的圆饼状性状谷氨酸……CTTGAA…………DNAGAA……mRNA正常蛋白质蛋白质GUA…………缬氨酸异常蛋白质镰刀型CATGTA…………病因分析_____原因_____原因根本直接该病是碱基对被替换，从而使基因的________发生了改变产生的。病因：分子结构突变谷氨酸→缬氨酸AT替换TA相应性状的改变相应蛋白质的改变相应氨基酸的改变mRNA分子中的碱基发生变化DNA分子中的碱基对发生变化具体变化过程:这种变化可否遗传?如何遗传？可以遗传突变后的DNA分子复制,通过减数分裂形成带有突变DNA的生殖细胞,并将突变DNA传给下一代。┯┯┯┯ＡＴＧＣＴＡＣＧ┷┷┷┷┯┯┯┯┯ＡＴＡＧＣＴＡＴＣＧ┷┷┷┷┷┯┯┯┯ＡＴＧＣＴＡＣＧ┷┷┷┷┯┯┯ＡＧＣＴＣＧ┷┷┷┯┯┯┯ＡＣＧＣＴＧＣＧ┷┷┷┷┯┯┯┯ＡＴＧＣＴＡＣＧ┷┷┷┷增添缺失替换1、基因突变的概念:一、基因突变指发生在基因水平上的变异。是由于DNA分子中发生碱基对的替换、增添或缺失，而引起的基因结构的改变。ATCCGTAGGC缺失（正常基因片段）替换增添AACCGTTGGCATTCCGTAAGGCACCGTGGC12345比一比ＡＡ甲乙丙丁DNA碱基对替换，不一定引起蛋白质结构的改变。结论:思考：1、碱基对替换时，一定会引起蛋白质的改变吗？···TAGGCG······AUCCGC······AUACCGC···mRNA碱基对增添异亮氨酸脯氨酸DNA···ATCCGC···正常异亮氨酸精氨酸氨基酸2、碱基对增添时，一定会引起蛋白质的改变吗？···ATACCGC······TATGGCG···结论：当发生增添时，除肽链长度发生改变外，插入点以后的氨基酸一般都会发生变化。mRNADNA氨基酸···AUCCGC···异亮氨酸精氨酸苏氨酸丙氨酸碱基对缺失3、碱基对缺失时，一定会引起蛋白质的改变吗？正常···ATCCGC······TAGGCG···mRNA氨基酸···ACCGC······TGGCG···DNA···ACCGC···当发生缺失时，除肽链长度发生改变外，缺失点以后的氨基酸一般都会发生变化。从以上分析可以看出，碱基对的改变不一定会引起蛋白质的改变。碱基对的替换引起蛋白质的改变最小。4、基因突变可以发生在生殖细胞，也可以发生在体细胞,那么基因突变都会遗传给后代吗？5、某自花传粉观赏植物连续几代开红花，一次开出一朵白花，如何培育更多开白花的植株？6、生物性状的改变一定是由基因突变引起的吗？不一定，也可能是由环境改变引起的前者可以；后者一般不能（有些植物体细胞中的基因突变可通过无性繁殖传递。）用无性繁殖的方法（嫁接、扦插等）。1.赖氨酸的密码子有如下几种：UUA、UUG、CUU、CUA、CUG，当某基因片段中的GAC突变为AAC时，这种突变的结果对该生物的影响是（）A．一定是有害的B．一定是有利的C．有害的概率大于有利的概率D．既无利也无害D练习（一）基因突变的原因：（1）外因：（2）内因：物理因素化学因素生物因素如X射线、γ射线、紫外线等。亚硝酸、秋水仙素等包括病毒和某些细菌等。DNA复制过程中，基因内部脱氧核苷酸的种类、数量或排列顺序发生局部的改变，从而改变了遗传信息。(二)基因突变的特点1.由于自然界诱发基因突变的因素很多，基因突变还可以自发产生，因此，基因突变在生物界中是普遍存在的。棉花正常枝——短果枝果蝇红眼——白眼长翅——残翅家鸽羽毛白色——灰红色人正常手指——多指正常肤色——白化病常见的突变性状2.由于DNA碱基组成的改变是随机的、不确定的，因此，基因突变是随机发生的、不定向的。基因突变的随机性表现在基因突变可以发生在生物个体发育的任何时期；可以发生在细胞内不同的DNA分子上;同一DNA分子的不同部位。基因突变的不定向表现为一个基因可以向不同的方向发生突变，产生一个以上的等位基因。（如控制小鼠毛色的灰色基因既可以突变成黄色基因，也可以突变成黑色基因。）基因突变率大肠杆菌组氨酸缺陷型基因2×10－６果蝇的白眼基因4×10－5果蝇的褐眼基因3×10－5玉米的皱缩基因1×10－６小鼠的白化基因1×10－5人类色盲基因3×10－5小资料3、在自然状态下，基因突变的频率是很低的。白化苗白化病任何一种生物都是长期进化过程的产物，它们与环境取得了高度的协调。4、大多数突变是有害的，少数是有利的有害的基因突变畸形的雏鸭人类的多指人类的并指镰刀形红细胞高产大豆高产青霉菌株大南瓜太空椒（左）有利的基因突变生物界中普遍存在———普遍性个体发育的任何时期和部位——随机性自然情况下突变频率很低(10-5-10-8)——低频性多数对生物有害——多害少利性突变是不定向的——不定向性基因突变的特点有关基因突变的几个注意点：（1）发生的时间一般发生在有丝分裂的间期和减数第一次分裂的间期（2）基因突变不改变染色体上基因的数量，只改变基因的内部结构，使一个基因变成它的等位基因（A→a或a→A）。AAaA一个基因突变后产生的是它的等位基因根据对性状类型的影响，可将基因突变分为：①显性突变：a-A②隐性突变：A—a根据诱变时的状态，可将基因突变分为：①自然突变：在自然状态下发生的基因突变②诱发突变：在人为条件下诱发的突变思考：野生果蝇约有0.1%的突变个体是宇宙辐射引起的，这种突变为（）A．隐性突变B．显性突变C．诱发突变D．自然突变D（三）、基因突变的意义：②是生物变异的根本来源，③为生物的进化提供了最初的原始材料。基因突变新基因（等位基因）基因型（改变）表现型（可能改变）①是新基因产生的途径引发生物变异基因突变能够产生前所未有的新基因，从而出现前所未有的新性状。由于基因突变产生的新性状是生物从未有过的性状，因此它是生物变异的根本来源，也为生物进化提供了最初的原材料。①成功率低,有利个体往往不多②需大量处理材料三、人工诱变在育种上的应用诱变意义:运用物理因素或化学因素提高突变率,诱发基因突变,获得优良品种。是创造动、植物新品种和微生物新类型的重要方法。（2）优点：①提高突变率，缩短育种周期②大幅度改良某些性状（3）缺点:物理因素：X射线、γ射线、紫外线、激光等化学因素：亚硝酸、硫酸二乙酯等（1）常用的方法：1.基因突变的结果是产生了一个新的基因，该基因与原基因是什么关系？2.基因突变染色体上基因的数量发生改变了吗？等位基因没有，基因突变是DNA分子水平上基因内部碱基对种类和数目的改变，染色体上基因的数目和位置并未改变。思考：思考：“一母生九仔，连母十个样”这种差异是怎么造成的？二、基因重组1、概念:在生物进行有性生殖过程中,控制不同性状的基因的重新组合。2、类型:①自由组合:②交叉互换:减数第一次分裂的后期，非同源染色体上的非等位基因的自由组合。减数第一次分裂的前期（四分体时期），同源染色体上的非姐妹染色体之间发生交叉互换。非同源染色体上的非等位基因自由组合bBBbAb和aBAB和ab自由组合同源染色体上的非姐妹染色单体之间的交叉互换基因重组是通过有性生殖来实现的通过有性生殖实现基因重组为生物变异提供了极其丰富的来源,是生物多样性的重要原因之一。思考：1、基因重组能否产生新的基因？2、基因重组能否产生新的性状？4.适用的范围：有性生殖过程真核生物①②3.基因重组的意义:基因重组是已有的基因的重新组合,可以产生新的基因型和新的表现型,但不可产生新的基因和新的性状,基因突变才可产生新的性状。不能，但是可以产生新的基因组合，即新的基因型。基因突变和基因重组引起的变异有什么区别?1．基因突变：基因_________改变，它________新的基因发生时期：________________________特点：①普遍性、②随机性、③___________、④多害少利性、⑤不定向性。2．基因重组：控制不同性状的_____________，_______新基因，可形成新的________。发生时期：___________________特点：__________内部结构能产生细胞分裂间期（DNA复制时）突变率低基因重新组合不产生基因型有性生殖过程中(减数分裂)非常普遍比较项目基因突变基因重组本质结果类型时期意义发生频率碱基对的增添、缺失或替换引起的基因结构的改变控制不同性状的基因的重新组合，不产生新基因分裂间期有性生殖过程自然突变、诱发突变产生新基因产生新的基因型生物变异的根本来源，生物进化的原材料生物变异的来源之一，形成生物多样性的重要原因突变频率低，但在生物界普遍存在有性生殖中非常普遍基因突变和基因重组比较自由组合型、交叉互换型小结：基因突变和基因重组的比较练习1、生物的变异有两种和。2、可遗传的变异有三种来源、和。3、生物变异的根本来源是。4．在一块马铃薯甲虫成灾的地里，喷了一种新的农药后，约98％的甲虫死了，约2％的甲虫生存下来，生存下来的原因是（）A．有基因突变产生的抗药性个体存在B．以前曾喷过某种农药，对农药有抵抗力C．约有2％的甲虫未吃到沾有农药的叶子D．生存下来的甲虫是身强体壮的年轻个体可遗传变异不可遗传变异基因突变基因重组染色体变异基因突变A5、基因重组是通过什么过程实现的：A．无性生殖B.两性生殖C.有性生殖D.基因突变C6.某自花传粉植物连续几代开红花，一次开出一朵白花，白花的后代全开白花，其原因是A．基因突变B．基因重组C．基因分离D．环境影响A7.生物变异的根本来源是（）A．基因重组B．染色体数目变异C．染色体结构变异D．基因突变D8．下列关于基因突变的叙述中，正确的是（）A．基因突变发生在DNA的复制过程中B．基因突变都是有害的，不利于生物进化C．只有细胞核中的基因才会发生基因突变D．同源染色体上的成对基因往往同时突变A9.如果将一个镰刀型细胞贫血症的患者血液,输给一个血型相同的正常人,将使正常人BA、基因产生突变,使此人患病B、无基因突变,性状不遗传给此人C、基因重组,将病遗传给此人D、无基因突变,此人无病,其后代患病课本后习题基础题1.（1）√（2）×（3）×2.C3.B4.A拓展题1.提示：原理：利用射线（物理因素）损伤细胞内的DNA，抑制癌细胞的复制，药剂（化学因素）能改变核酸内的碱基，从而改变癌细胞的特性，都能杀死癌细胞。副作用：在杀死癌细胞的同时也杀死了体内正常的细胞。2.提示：基因突变大部分是有害的，因镰刀型细胞贫血症因为供氧能力低，使得疟原虫在体内不能生存，所以有镰刀型细胞贫血症的人很少患疟疾。某些基因突变对人类是有利的，而且基因突变出现了新的基因，为生物的进化提供了原材料，不利变异会慢慢被淘汰，有利变异得到积累而加强，推动生物的进化。