G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU同义突变（同义突变（same sense or synonymous mutationsame sense or synonymous mutation）：）：指虽然指虽然基因已发生突变，但仍编码同一种氨基酸，这是因为密码子有简并基因已发生突变，但仍编码同一种氨基酸，这是因为密码子有简并性。性。无义突变（无义突变（nonsense mutationnonsense mutation）：）：是指由于突变而使其某一是指由于突变而使其某一编码子突变为终止密码子（编码子突变为终止密码子（UGA,UAG，UGG）。）。错义突变（错义突变（mis-sense mutationmis-sense mutation）：）：又称歧义突变，是指由于又称歧义突变，是指由于突变而导致多肽链上氨基酸的改变，大多数的突变属于此类。突变而导致多肽链上氨基酸的改变，大多数的突变属于此类。延长突变（延长突变（elongation mutationelongation mutation）：这是一类刚好与无义突：这是一类刚好与无义突变相反的突变，是由于终止密码子突变为编码子，使肽链延长。变相反的突变，是由于终止密码子突变为编码子，使肽链延长。 与突变有关的几个概念与突变有关的几个概念1G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU回回复复突突变变（back back or or reverse reverse mutationmutation）：是是指指由由突突变变型四复为野生型的突变。型四复为野生型的突变。抑抑制制基基因因突突变变（suppressor suppressor mutationmutation）：是是指指一一个个基基因因的的突突变变表表型型可可因因另另一一基基因因的的突突变变而而发发生生改改变变，后后一一个个基基因因就就称为抑制基因。称为抑制基因。突突变变率率（mutation mutation raterate）：指指在在一一个个世世代代中中或或其其他他规规定定的的单单位位时时间间内内，在在特特定定的的条条件件下下，一一个个细细胞胞发发生生某某一一突突变变的的概概率率。对对于于有有性性生生殖殖的的生生物物，突突变变率率用用一一定定数数目目配配子子中中的的突突变变配配子子的的比比例例来来表表示示；细细菌菌的的突突变变率率则则用用一一定定数数目目的的细细胞胞在在分分裂裂一一次次过过程程中中发发生生突突变变的的次次数数表表示示。能能常常多多细细胞胞生生物物的的突突变率高于单细胞原核生物。变率高于单细胞原核生物。 与突变有关的几个概念与突变有关的几个概念2G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU碱基类似物碱基类似物指与指与DNA分子中碱基结构十分相似的化学物质。当分子中碱基结构十分相似的化学物质。当DNA复制时，这些类似物可以掺入到复制时，这些类似物可以掺入到DNA分子中而引起误配，例如分子中而引起误配，例如溴尿嘧啶（溴尿嘧啶（5-BU）以酮式存在时可与配对，以烯醇式存在时）以酮式存在时可与配对，以烯醇式存在时可与配对，从而导致转换的发生。同时，有可与配对，从而导致转换的发生。同时，有5-Bu引起的突变也可引起的突变也可以由再诱发回复突变。以由再诱发回复突变。 2-2-氨基嘌呤也有类似的情况。氨基嘌呤也有类似的情况。 （1）碱基类似物）碱基类似物3G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU（1）碱基类似物）碱基类似物4G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU5-BU的诱变机制：的诱变机制： A A G T T CA A G GT BU BU BU G G A C C TG G A AC BU BU BUBU掺入掺入第一次复制第一次复制第二次复制第二次复制（1）碱基类似物）碱基类似物5G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUA A、复制时空位的相对位置上出现而引起转换、复制时空位的相对位置上出现而引起转换 O AG O T TC C G CIIII：烷化剂：烷化剂：这是一类带有一个（单功能烷化剂）或几个这是一类带有一个（单功能烷化剂）或几个（多功能烷化剂）不稳定的烷基，可与核酸中的碱基起化学反应（多功能烷化剂）不稳定的烷基，可与核酸中的碱基起化学反应的物质。的物质。大多数烷化剂可在鸟嘌呤的第七位上产生烷化作用，形大多数烷化剂可在鸟嘌呤的第七位上产生烷化作用，形成烷基鸟嘌呤。烷基鸟嘌呤很不稳定，可以脱去烷基而成烷基鸟嘌呤。烷基鸟嘌呤很不稳定，可以脱去烷基而恢复原状，也可以使核糖鸟嘌呤间的共价键断裂而脱去鸟嘌呤恢复原状，也可以使核糖鸟嘌呤间的共价键断裂而脱去鸟嘌呤。脱去鸟嘌呤的位置上便形成一个空位，这一空位有以下几个可。脱去鸟嘌呤的位置上便形成一个空位，这一空位有以下几个可能的效应：能的效应： （2）碱基修饰剂）碱基修饰剂（改变（改变DNA结构的诱变剂）结构的诱变剂）6G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUB B、复复制制时时，在在空空位位的的相相对对位位置置上上出出现现或或，引引起起颠换：颠换：C C、导致断裂，引起染色体畸变成移码突变。、导致断裂，引起染色体畸变成移码突变。 也也可可能能并并不不脱脱去去烷烷基基鸟鸟嘌嘌呤呤，但但由由于于烷烷基基嘌嘌呤的存在使碱基错配而导致点突变。呤的存在使碱基错配而导致点突变。G O O T A A C C O C G G（2）碱基修饰剂）碱基修饰剂（改变（改变DNA结构的诱变剂）结构的诱变剂）7G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU（2）碱基修饰剂）碱基修饰剂（改变（改变DNA结构的诱变剂）结构的诱变剂）8G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU（2）碱基修饰剂）碱基修饰剂（改变（改变DNA结构的诱变剂）结构的诱变剂）9G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU 吖吖啶啶类类化化合合物物（如如原原黄黄素素等等）：这这一一类类诱诱变变剂剂的的特特点点是是诱诱发发移移码码突突变变，使使分子增加或缺失几对核苷酸。分子增加或缺失几对核苷酸。 （3）DNA插入剂插入剂（结合到（结合到DNA上的化合物）上的化合物）10G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU光光复复活活作作用用（photo photo reactivationreactivation）：经经UV照照射射后后的的细细菌菌等等细细胞胞如如果果暴暴露露在在可可见见光光下下时时，存存活活数数显显然然大大于于在在黑黑暗暗中中培培养养的的同同一一处处理理物物。这这是是因因为为细细胞胞中中含含有有一一种种可可见见光光激激活活的的酶酶，称称光光复复合合酶酶。这这种种酶酶可可与与经经UV照照射射过过的的的的黑黑暗暗中中结结合合，如如果果经经可可见见光光激激活活便便可可将将二二聚聚体体分分开开来来，同同时时酶酶脱脱离离。 光光复复活活过过程程已已在在细细菌菌、酵酵母母、原原生生动动物物、哺哺乳乳动物乃至人类细胞中发现。动物乃至人类细胞中发现。二、损伤的修复二、损伤的修复11G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU二、损伤的修复二、损伤的修复光复活作用光复活作用修复修复12G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU暗复活（暗复活（dark reactivationdark reactivation）：）： 又称切补修又称切补修复（复（excision repair），），所谓的暗复活是所谓的暗复活是指修复指修复的损伤并不需要光的激活作用，而不是指修复过的损伤并不需要光的激活作用，而不是指修复过程必须在暗中进行。程必须在暗中进行。这一过程大约有四个酶参与，这一过程大约有四个酶参与，即首先由核酸内切酶的作用下在损伤部位造即首先由核酸内切酶的作用下在损伤部位造成单链断裂，然后在核酸外切酶的作用下切除二聚成单链断裂，然后在核酸外切酶的作用下切除二聚体及周围的少数几个核苷酸，而后在体及周围的少数几个核苷酸，而后在DNA pol I或或的作用下修的作用下修补缺口，最后由连接酶连接成一个完整补缺口，最后由连接酶连接成一个完整的双链。的双链。二、损伤的修复二、损伤的修复13G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU暗复活暗复活修复修复二、损伤的修复二、损伤的修复14G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU重重组组修修复复（recombination recombination repairrepair）：重重组组修修复复是是在在DNA复复制制的的情情况况下下进进行行的的，所所以以又又称称复复制制后后修修复复。过过程大致是：程大致是：（）复复制制：带带有有二二聚聚体体的的单单链链仍仍可可做做为为模模板板进进行行DNA复复制制，但但是是子子代代DNA链链中中在在与与二二聚聚体体对对应应的的部部位位出出现现空空隙。隙。（）重重组组：有有缺缺口口的的子子代代DNA链链与与另另一一完完整整的的母母链链进进行重组，空隙由母链来的片段弥补而将空隙转移给母链。行重组，空隙由母链来的片段弥补而将空隙转移给母链。（）再再合合成成：重重组组后后，空空缺缺已已不不再再对对着着二二聚聚体体部部位位，而而是是面面对对着着另另一一正正常常的的单单链链，此此时时在在多多聚聚酶酶和和连连接接酶酶作作用下便可完成修复过程。用下便可完成修复过程。二、损伤的修复二、损伤的修复15G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU这种重组修复这种重组修复并并没有从亲代没有从亲代中除去二聚体中除去二聚体，在以后的复制中在以后的复制中还必须经过重组还必须经过重组修复的过程。但修复的过程。但是随着复制的继是随着复制的继续，损伤的续，损伤的链将在群体中链将在群体中逐步逐步“稀释稀释”。二、损伤的修复二、损伤的修复重组修复重组修复16G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUDNADNA损伤修复的缺陷：损伤修复的缺陷：DNA损伤修复的缺陷将损伤修复的缺陷将带来严重的后果。可导致细胞的突变，甚至死亡。带来严重的后果。可导致细胞的突变，甚至死亡。人的人的DNA损伤修复的缺陷也将带来多种疾病。损伤修复的缺陷也将带来多种疾病。如着色性干皮病（如着色性干皮病（xeroderma pigmentosum,XP）是一种常染色体隐性遗传病（是一种常染色体隐性遗传病（AR）。）。该病的病人该病的病人是因为与是因为与DNA损伤修复相关的基因突变引起的，损伤修复相关的基因突变引起的，90%的病人在的病人在20岁之前就已经发生了皮肤癌。岁之前就已经发生了皮肤癌。电离辐射引起的电离辐射引起的DNADNA损伤和它的修复：损伤和它的修复：请同学们学！请同学们学！二、损伤的修复二、损伤的修复17G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUDNADNA重组大致可分为三大类型：重组大致可分为三大类型：一一是是同同源源重重组组(homologous (homologous recombination)recombination)：这这是是指指依依赖赖于于大大范范围围同同源源顺顺序序之之间间的的联联会会，联联会会和重组部分不受限制；和重组部分不受限制；二二是是非非同同源源重重组组：指指依依赖赖于于小小范范围围同同源源顺顺序序的的联联会会，联联会会仅仅限限于于某某些些特特定定的的核核苷苷酸酸序序列列，而而重重组组也也仅仅发发生生在在这这里里，故故又又称称位位点点专专一一重重组组(site-specific recombination)；三三是是异异常常重重组组(illegitimate (illegitimate recombination)recombination)：指指没有同源顺序的联会而发生的重组。没有同源顺序的联会而发生的重组。 第四节第四节 重组重组18G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUAAaaIf normal rules of meiosis apply:-1. Should be 4 red : 4 yellow in ascus2. Pairs of spores should have same color (as formed by mitosis)BUT we find rare exceptions(often associated with a cross-over in this region)Whats going on ?mitosis19G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU异常分离与基因转变（异常分离与基因转变（abnormal segregations and gene conversion )1940年，年，Mitchell注意到上述现象，设计了实验进行分析：注意到上述现象，设计了实验进行分析：吡哆醇依赖型突变吡哆醇依赖型突变： pdxp pdx 585个子囊个子囊20G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU基因转变好象是一个基因转变成为另一个基因，其邻近的基因仍然是2：2分离21G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU 介介绍绍四四分分子子分分析析时时，可可以以看看到到一一个个子子囊囊中中的的八八个个子子囊囊孢孢子子成成直直线线排排列列，比比例例为为：，而而且且是是两两两两成成对对的的。但但是是以以后后的的研研究究中中发发现现一一些些不不规规则则的的分分离离现现象象，即即5：3；：（或或：），不不规规则则：（不不是是两两两两成成对对）等等。例例如如在在粪粪生生粪粪壳壳菌菌中中，野野生生型型黑黑色色子子囊囊孢孢子子与与突突变变型型灰灰色色子子囊囊孢孢子子的杂交（的杂交（g+g-），），曾发现：曾发现： 5：3 占占0.06 6：2 占占0.05 不规则：不规则： 占占0.008（一）、基因转变（一）、基因转变（gene conversiongene conversion）22G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU5：3 6：2 不规则不规则4：4（一）、基因转变（一）、基因转变（gene conversiongene conversion）23G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU 1930年年温温克克勒勒把把不不规规则则分分离离的的现现象象解解释释为为减减数数分分裂裂过过程程中中同同源源染染色色体体联联会会时时一一个个基基因因使使相相对对位位置置上上的的基基因因发发生生相相应应的的改改变变所所致致，因因而而他他提提出出了了基基因因转转变变（有有时时亦亦称称为为基基因因转转换换）的概念。的概念。 基基因因转转换换：指指由由一一个个基基因因转转变变为为其其相相应应的的等位基因的现象。等位基因的现象。（一）、基因转变（一）、基因转变（gene conversiongene conversion）24G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU 以以后后又又发发现现一一个个基基因因发发生生转转变变时时它它两两旁旁的的基基因因（侧侧翼翼标标记记）常常同同时时发发生生重重组组，所所以以认认为为基基因因转转变变是是某某种种形形式式的的染染色色体体重重组组的的结结果果。例例如如A g+a g-的的杂杂交交（是是一一对对关关于于接接合合型型的的基基因因）。 g+和和g-可可以以发发生生转转变变，而而且且凡凡是是g+或或g-发发生生转转变变。都都伴伴随随着着和和之之间的重组。间的重组。由由于于基基因因转转变变常常伴伴随随着着重重组组的的发发生生，所所以以基基因因转转变机制的研究，实质上也是染色体交换机制的研究。变机制的研究，实质上也是染色体交换机制的研究。（一）、基因转变（一）、基因转变（gene conversiongene conversion）25G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUA g+a g-基因转变伴随基因重组基因转变伴随基因重组A g+ A g+ a g+ a g+ A g+ A g- a g- a g- A g+ A g+ a g+ a g- A g+ A g- a g- a g- 非重组孢子对非重组孢子对非重组孢子对非重组孢子对重组孢子对，重组孢子对，基因转变基因转变非重组孢子对非重组孢子对非重组孢子对非重组孢子对非重组孢子对非重组孢子对重组孢子对，基重组孢子对，基因转变因转变重组孢子对，基重组孢子对，基因转变因转变非重组孢子对非重组孢子对（一）、基因转变（一）、基因转变（gene conversiongene conversion）26G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU 这这是是R.Holliday 1964年年提提出出的的一一个个关关于于基基因因重组的模型。重组的模型。(a)联联会会；(b)两两个个染染色色单单体体双双链链分分子子中中各各一一条条单单链链为为核核酸酸内内切切酶酶切切断断；（c）单单链链游游离离端端移移动动；(d)游游离离端端交交换换位位置置；（e）单单链链连连接接成成为为半半交交叉叉；(f)半半交交叉叉位位置置移移动动成成十十字字型型结结构构；（g）两两臂臂旋旋转转；(h) 上上下下两两个个单单链链由由限限制制性性内内切切酶酶切切断断；(i) DNA连连接接，中中间间包包含含杂杂合合双双链链的的两两条条染染色色单单体体，两两旁旁基基因因（和，和之间）发生了重组。和，和之间）发生了重组。 引入：引入：HollidayHolliday模型模型27G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU2.两个两个DNA分子单链的分子单链的同一部位发生断裂。同一部位发生断裂。1.Homologous DNA pairs2. Nicks made near Chi (GCTGGTGG) sites by a nuclease.( (二二) )同源重组的同源重组的HollidayHolliday模型模型28G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU3.两个断裂的单链的两个断裂的单链的游离末端彼此交换游离末端彼此交换3. ssDNA carrying the 5 ends of the nicks is coated by RecA to form RecA-ssDNA dilaments.( (二二) )同源重组的同源重组的HollidayHolliday模型模型29G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU4.末端彼此连接形末端彼此连接形成成Holliday连接体连接体4. RecA-ssDNA filaments search the opposite DNA duplex for corresponding sequence (invasion).重组接点重组接点Recombination joint( (二二) )同源重组的同源重组的HollidayHolliday模型模型30G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU5. Branch migration(分支迁移分支迁移)异源双链异源双链heteroduplex4. form a four branched Holliday structure接合分子接合分子 joint molecule( (二二) )同源重组的同源重组的HollidayHolliday模型模型31G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU( (二二) )同源重组的同源重组的HollidayHolliday模型模型32G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU( (二二) )同源重组的同源重组的HollidayHolliday模型模型33G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU6.Holliday连连接体异构化、接体异构化、拆分拆分( (二二) )同源重组的同源重组的HollidayHolliday模型模型34G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU6. Resolving Holliday junction35G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUHollidayHolliday模型模型36G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUHollidayHolliday模型模型37G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUHollidayHolliday模型模型38G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU1 1染色单体转变（染色单体转变（chromatid conversion)chromatid conversion)：减数分裂减数分裂的的4个产物中，有一个产物发生了基因转变所以称染个产物中，有一个产物发生了基因转变所以称染色单体转变，出现色单体转变，出现6：2(或或2：6)的子囊。的子囊。2 2半染色单体转变半染色单体转变(halfchromatid conversion)(halfchromatid conversion)：5:3(或或3：5)或或3:1:1:3的子囊则表明在减数分裂的的子囊则表明在减数分裂的4个产个产物中，有一个产物的一半或两个产物的各一半出现基因物中，有一个产物的一半或两个产物的各一半出现基因转变，称半染色单体转变。因为转变，称半染色单体转变。因为5:3或或3:1:1:3的分离中，的分离中，基因转变只影响半个染色单体，分离一定发生在减数分基因转变只影响半个染色单体，分离一定发生在减数分裂后的有丝分裂中，裂后的有丝分裂中，所以又称减数后分离。所以又称减数后分离。（二）、基因转变的类型（二）、基因转变的类型39G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU（二）、基因转变的类型（二）、基因转变的类型40G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU4n4:4 parentalratioNo recombina-tionHeteroduplexPostmeiotic segregation3:5 parentalratioGene conversionHeteroduplexconverted to “red”2:6 parentalratio1nMitosisMeiosis（三）、基因转变的分子机制（三）、基因转变的分子机制41G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU（三）、基因转变的分子机制（三）、基因转变的分子机制42G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU Holliday模模型型中中的的杂杂合合双双链链部部分分必必须须得得到到校正：校正：（1）如如果果在在减减数数分分裂裂后后的的有有丝丝分分裂裂DNA合合成成前前得得到到校校正正，那那么么将将产产生生正正常常的的：分分离离或或：分分离；离；（2）如如果果没没有有及及时时得得到到校校正正而而留留到到下下一一轮轮DNA复复制制而而产产生生两两个个非非杂杂合合的的双双链链，那那么么将将产产生生：或或不不正正常常的的：分分离离，我我们们将将这这种种没没有有及及时时校校正正而而下下一一轮轮复复制制时时才才被被校校正正的的现现象象称称为为减减数数后后分分离。离。（三）、基因转变的分子机制（三）、基因转变的分子机制43G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU+/+/+/+/+-/- -/- -/- -/- GCGTACAT+/+/+/+/+/+/+-/-/-+/+/+/-+/-+/- +/- -/-/-+/+/+/+/+/- +/- -/-/-有丝有丝分裂分裂+-+-+-+-+-正常正常4：46：2不正常不正常4：4 3：1：1：35：3（三）、基因转变的分子机制（三）、基因转变的分子机制44G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUHeteroduplex Mismatch repair mechanisms may fix the unmatched base pairMismatch repair may correct to the wild type or mutant strandgene conversion（三）、基因转变的分子机制（三）、基因转变的分子机制45G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU异源双链是不稳异源双链是不稳定的，会被体内定的，会被体内的核酸内切酶切的核酸内切酶切开，进行修复。开，进行修复。（三）、基因转变的分子机制（三）、基因转变的分子机制46G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU正常分离正常分离4：4校正，切校正，切A、C（三）、基因转变的分子机制（三）、基因转变的分子机制47G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU校正，切校正，切A、T染色单体转变染色单体转变（三）、基因转变的分子机制（三）、基因转变的分子机制48G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU校正，切校正，切A或或T半染色单体转变半染色单体转变（三）、基因转变的分子机制（三）、基因转变的分子机制Tg5:3 或或 3:549G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU4：4或或3：1：1：3未校正未校正半半染染色色单单体体转转变变（三）、基因转变的分子机制（三）、基因转变的分子机制50G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU（三）、基因转变的分子机制（三）、基因转变的分子机制51G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU（1）两个杂种分子均未校正复制后出现异常的4：4(或3：1：1：3)的分离。 （1）由于不配对的碱基没有得到修复校正，杂种由于不配对的碱基没有得到修复校正，杂种DNA留到下留到下一次复制。在下一次复制即减数分裂以后的复制中，异源双一次复制。在下一次复制即减数分裂以后的复制中，异源双链链DNA复制形成两个不同的等位基因通过有丝分裂发生分复制形成两个不同的等位基因通过有丝分裂发生分离。减数分裂的离。减数分裂的4个产物中的两个染色单体的各个产物中的两个染色单体的各12出现基因出现基因转变，即仅仅影响转变，即仅仅影响DNA双链中的一条镀，实际只影响两个单双链中的一条镀，实际只影响两个单体中的半个染色单体，即体中的半个染色单体，即DNA双链中的各一条链。显然转变双链中的各一条链。显然转变的链与未转变的链的分离一定是在减数分裂后的有丝分裂中的链与未转变的链的分离一定是在减数分裂后的有丝分裂中发生。因而这类基因转变属于半染色单体转变或减数后分发生。因而这类基因转变属于半染色单体转变或减数后分离，子囊袍子的异常分离比为离，子囊袍子的异常分离比为3：1：1：3。 （三）、基因转变的分子机制（三）、基因转变的分子机制52G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU（2） 5：3(或3：5)的分离。 （2）一个杂种分子校正为一个杂种分子校正为+，或校正为，或校正为g时，则发生另时，则发生另一种类型的半染色单体转变，前者修复后出现一种类型的半染色单体转变，前者修复后出现5：3的的分离，后者子囊孢子的异常分离比为分离，后者子囊孢子的异常分离比为3：5， 由图由图8-8B可见，减效分裂可见，减效分裂4个产物中的一个产物个产物中的一个产物(第第3条染色条染色单体成第单体成第2条染色教体条染色教体)的的tA出现转变。由于只影响半出现转变。由于只影响半个染色单体，所以转变的链与末转变的链将在减数分个染色单体，所以转变的链与末转变的链将在减数分裂后的有丝分裂中发生分离。裂后的有丝分裂中发生分离。 综合上述两种修复情况可见，半染色单体转变是当综合上述两种修复情况可见，半染色单体转变是当两个杂种分于都未进行修复校正或一个。两个杂种分于都未进行修复校正或一个。（三）、基因转变的分子机制（三）、基因转变的分子机制53G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU(3) 6：2的分离; (4)正常4:4的分离 （3）两个杂种分子都被校正到）两个杂种分子都被校正到+(或或g)时时,修复修复后出现后出现6：2(或或2：6)的异常分离。这便是出现染的异常分离。这便是出现染色单体转变的起因。色单体转变的起因。 （4）当两个杂种分子都按原来两个亲本的遗）当两个杂种分子都按原来两个亲本的遗传结构进行修复时，则减数分裂传结构进行修复时，则减数分裂4个产物恢复成个产物恢复成GC、GC 、AT、AT的正常配对状态，的正常配对状态，子囊抱子分离正常，呈现子囊抱子分离正常，呈现4：4的结果。的结果。（三）、基因转变的分子机制（三）、基因转变的分子机制54G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU 细细菌菌的的转转化化或或接接合合过过程程，供供体体都都是是以以单单链链后后双双链链状状态态进进入入细细胞胞，但但单单链链参参与与重重组组的的，所所以以它它的的重重组组显显然然不不同同于于真真核核生生物物的同源重组。的同源重组。 细细菌菌的的转转导导不不同同于于转转化化或或接接合合过过程程，它它是是双双链链DNA进进入入受受体体细细胞胞，并并且且是是双双链链参参与与重组的。重组的。二、细菌的同源重组（自学）二、细菌的同源重组（自学）55G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU二、细菌的同源重组（自学）二、细菌的同源重组（自学）56G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU二、细菌的同源重组（自学）二、细菌的同源重组（自学）57G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU噬菌体的非同源重组以噬菌体的非同源重组以噬菌体研究得最多，也了解得最噬菌体研究得最多，也了解得最深入。深入。噬菌体与宿主的重组（整合）有赖于噬菌体与宿主的重组（整合）有赖于DNA上的一小段称为上的一小段称为attP的核苷酸顺序和宿主的核苷酸顺序和宿主DNA称为称为attB的的核苷酸顺序，以及核苷酸顺序，以及编码的编码的整合酶（整合酶（int基因产物）和某些基因产物）和某些与宿主重组有关的，由宿主编码的酶。与宿主重组有关的，由宿主编码的酶。attB和和attP的的长长度度都都比比较较短短，attB约约25bp，由由核核心心顺顺序序O及及旁旁侧侧顺顺序序B及及B组组成成。attP稍稍长长些些，约约200bp，由由核核心心顺顺序序O及及旁旁侧侧P及及P组组成成。核核心心顺顺序序长长15bp，这这一一顺顺序序是是重组的位点（前头所指处）重组的位点（前头所指处） 。 核心顺序：核心顺序：GCTTTTTTATACTAA三、噬菌体的非同源重组（位点转一重组）三、噬菌体的非同源重组（位点转一重组）58G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU三、噬菌体的非同源重组（位点转一重组）三、噬菌体的非同源重组（位点转一重组）59G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU三、噬菌体的非同源重组（位点转一重组）三、噬菌体的非同源重组（位点转一重组）60G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU异常重组主要发生在转座因子及反转录病毒的重组。异常重组主要发生在转座因子及反转录病毒的重组。 转座因子的转座有两中途径转座因子的转座有两中途径复制转座和非复制转座和非复制转座。复制转座。 复制转座（复制转座（replicative transpositionreplicative transposition）是指转是指转座时复制一份拷贝而后插入新的位置。有转座酶座时复制一份拷贝而后插入新的位置。有转座酶（transposase）和解离酶（）和解离酶（resolvase）参与。原核生）参与。原核生物的转座因子一般以这种方式进行转座。物的转座因子一般以这种方式进行转座。四、异常重组四、异常重组61G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU 非复制转座（非复制转座（non- replicative transpositionnon- replicative transposition）是指转是指转座因子从原来位置上转座到新的位置。是切离与转座同时进座因子从原来位置上转座到新的位置。是切离与转座同时进行的，该种转座只需转座酶的参与，真核生物的转座因子一行的，该种转座只需转座酶的参与，真核生物的转座因子一般以这种方式进行转座。般以这种方式进行转座。 非复制转座还有一种特殊的类型，称为保留转座非复制转座还有一种特殊的类型，称为保留转座（conservation transpositionconservation transposition），），这种转座也是切离与转这种转座也是切离与转座同时进行，但它类似与座同时进行，但它类似与噬菌体的整合过程，出现这种转噬菌体的整合过程，出现这种转座方式的转座因子一般都比较大，而且转座往往连同宿主的座方式的转座因子一般都比较大，而且转座往往连同宿主的一部分一部分DNA一起转座。一起转座。四、异常重组四、异常重组62G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU第六节第六节 转座遗传因子转座遗传因子转转座座因因子子（transposable transposable elementselements）：能能从从同同一一染染色色体体的的位位置置上上转转到到另另一一位位置置，也也能能转转到到不不同同的的染染色色体体上上的的DNA序序列列。转转位位时时会会使使那那个个位位置置附附近近的基因活性和结构发生变化。的基因活性和结构发生变化。病病毒毒、细细菌菌、和和真真核核细细胞胞的的质质粒粒或或基基因因组组中中含含有有转转座座子子。多多数数转转座座子子在在插插入入新新位位点点的的过过程程中中依依赖赖其其特特异异的的插插入入序序列列去去完成。转座子插入后可影响所在位置的基因的表达完成。转座子插入后可影响所在位置的基因的表达63G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU一、一、 原核生物的转座因子原核生物的转座因子二、二、 真核生物的转位因子真核生物的转位因子三、 转座机理四、转座的遗传学效应四、转座的遗传学效应第六节第六节 转座遗传因子转座遗传因子64G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU转转座座子子（TransposonTransposon，TnTn）：指指能能将将自自身身插插入入基基因因组组中中一一个个在在序序列列上上无无关关的的新新位位点点的的DNADNA序列。序列。病病毒毒、细细菌菌、和和真真核核细细胞胞的的质质粒粒或或基基因因组组中中含含有有转转座座子子。多多数数转转座座子子在在插插入入新新位位点点的的过过程程中中依依赖赖其其特特异异的的插插入入序序列列去去完完成成。转转座座子子插入后可影响所在位置的基因的表达。插入后可影响所在位置的基因的表达。第六节第六节 转座遗传因子转座遗传因子65G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU 一、一、 原核生物的转座因子原核生物的转座因子1 1、插入序列（、插入序列（insertion sequenceinsertion sequence） IS因因子子是是自自主主的的单单元元，每每种种IS因因子子在在序序列列上上是是不不同同的的，但但是是都都有有共共同同的的组组构构形形式式。每每种种IS因因子子都都具具有有短短的的反反向向末末端端重重复复序序列列；当当IS因因子子转转座座时时，插插入入部部位位外外的的一一段段宿宿主主DNA序序列列倍倍增增，通通过过比比较较插插入入前前后后靶靶部部位位序序列列，发发现现了了其其倍倍增增的的本本质质，在在插插入入的的位位点点上上，ISDNA的的两两侧侧总总有有一一很很微微不不足足道道的的同同向向重重复复序序列列(在在这这里里同同向向只只表表示示同同一一序序列列的的2个个拷拷贝贝以以相相同同的的方方向向重重复复，并并不不是是具具有有2个个邻邻接接的的重重复复)。但但在在未未被被插插入入的的基基因因中中(启启先先插插入入)靶靶部部位位只只有有重重复复序序列列的的单单一一拷拷贝贝。一一些些特特定定IS因因子子的的同同向向重重复复序序列列长长度度是是不不变变的的(转转座座机机子子里里的的一一种种反反映映)。同同向向复复复复序序列列的的一般长度为一般长度为9bp。66G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU1、插入序列（、插入序列（insertion sequence）67G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU五十五十 年代在日本的医院中发现了细菌性痢疾的年代在日本的医院中发现了细菌性痢疾的病原菌对许多抗生素具有抗性病原菌对许多抗生素具有抗性 ，还能转移到其，还能转移到其他敏感痢疾菌中。对医学是可怕的，对遗传学他敏感痢疾菌中。对医学是可怕的，对遗传学研究是有意义的，是由抗性质粒引起的。研究是有意义的，是由抗性质粒引起的。 转座子是一类具有抗性的可移动的遗传因子，它转座子是一类具有抗性的可移动的遗传因子，它的抗性基因两侧具有的抗性基因两侧具有 IS因子便于识别和转移。转座因子便于识别和转移。转座子应包括转座子基因和两侧的子应包括转座子基因和两侧的IS因子。因子。2.2.转座子转座子 （Transposon)Transposon)68G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU复合转座子转座子除了与转座有关的功能外，还携复合转座子转座子除了与转座有关的功能外，还携带药物抗性带药物抗性(或其他或其他)标记。这些转座子以标记。这些转座子以Tn和数码和数码来命名。其中一类是由携带药物标记的中央区域和来命名。其中一类是由携带药物标记的中央区域和两侧的臂两侧的臂(arms)组成的复合因子组成的复合因子(composite elements)。两个臂进由相同或。两个臂进由相同或(更经常的更经常的)相反方向相反方向的相同的或高度同源的的相同的或高度同源的IS序列组成。一旦形成复合序列组成。一旦形成复合转座子，转座子，IS序列就不能再单独移动，因为它们的功序列就不能再单独移动，因为它们的功能被修饰了，只能作为复合体移动。大部分情况下，能被修饰了，只能作为复合体移动。大部分情况下，这些转座子的转座能力是由这些转座子的转座能力是由IS序列决定和调节的。序列决定和调节的。2.2.转座子转座子 （Transposon)Transposon)69G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU2.2.转座子转座子 （Transposon)Transposon)70G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU五十年代，五十年代，Mc Clintock在研究玉米时发现了转位因子。在研究玉米时发现了转位因子。二、二、 真核生物的转位因子真核生物的转位因子转座子是美国女遗传学家转座子是美国女遗传学家McClintockMcClintock研究了玉米研究了玉米的的Ac-DsAc-Ds系统后提出的概念。系统后提出的概念。现象：现象：玉米籽粒有色（红、紫），但有一些籽玉米籽粒有色（红、紫），但有一些籽粒出现花斑及条纹，花斑有大有小。早期有颜色粒出现花斑及条纹，花斑有大有小。早期有颜色者，花斑大，后期有色者，花斑很小。者，花斑大，后期有色者，花斑很小。71G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU1 1DsDs因因子子：解解离离因因子子，能能在在玉玉米米基基因因组组内内移移动动，它它的的存存在在会会使使染染色色体体上上该该位位置置发发生生断断裂裂的的机机会会增增加加，并并由由此此改改变变邻邻近近基基因因的的表表达达。当当Ds因因子子插插入入到到玉玉米米颗颗粒粒色色素素基基因因C的的近近旁旁或或中中间间时时，就就不不能能形形成成色色素素，当当Ds转转位位离离开开后后，C基基因因所所受受的的抑制作用会解除，玉米又出现色素。抑制作用会解除，玉米又出现色素。 c sh bz wx Ds+DsRecessive phenotypes appearCShBzWx二、二、 真核生物的转位因子真核生物的转位因子72G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU2 2DsDs因子不稳定，它受另一调控因子因子不稳定，它受另一调控因子AcAc的影响的影响 AcAc的存在的存在能解除能解除Ds对色素基因对色素基因C的抑制作用的抑制作用,使使C基基因表达，颗粒出现色素斑点因表达，颗粒出现色素斑点; AcAc激活因子丢失，激活因子丢失，Ds趋于稳定，抑制了趋于稳定，抑制了C基因的表达，基因的表达，玉米颗粒呈无色。玉米颗粒呈无色。二、二、 真核生物的转位因子真核生物的转位因子73G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU玉米调控因子的作用模式：玉米调控因子的作用模式：(a) Ac激激活活因因子子的的位位置置不不稳稳定定，在在无无Ds转转位位因因子子时时，C基基因因不不受受抑抑制制，颗颗粒粒呈呈深深色色。(b) 当当Ds因因子子插插入入C基基因因时时，C的的色色素素表表型型受受到到抑抑制制。(c) 每每当当Ds转转位位后后，C基基因因又又可可表表达达颗颗粒粒出出现现斑斑点点。(d) 无无Ac激激活活因因子子时时，Ds能能稳稳定定插插入入到到C基基因因中中，使使颗颗粒粒为为无色。无色。 由于由于Ds和和Ac两因子频繁转位，使玉米颗粒上出现散在斑点。两因子频繁转位，使玉米颗粒上出现散在斑点。 CShAcDsAcAc(a)(b) (c) (d)二、二、 真核生物的转位因子真核生物的转位因子74G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU以细菌的转座子为例以细菌的转座子为例 (1) (1) 切开切开: : 转座酶有两种功能转座酶有两种功能:A.:A.识别受体靶点。从识别受体靶点。从55端切开，产生两个粘性末端。端切开，产生两个粘性末端。B.B.识别自身两边的识别自身两边的IRIR。33切开。切开。 (2) (2) 接合接合: : 成为共合体成为共合体 共价链齐头相连，形成两个共价链齐头相连，形成两个缺口。缺口。 (3) (3) 复制复制: : DNA DNA多聚酶补上缺口，连接酶连接，形成多聚酶补上缺口，连接酶连接，形成顺向重复序列。顺向重复序列。 (4) (4) 重组重组: :在特定位点重组。共合体分离成两部分。在特定位点重组。共合体分离成两部分。 转座子是以它的一个复制品转移到另一位置，而转座子是以它的一个复制品转移到另一位置，而在原来位置上仍然保留原有的转座子。在原来位置上仍然保留原有的转座子。三、三、 转座机理转座机理75G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU四、转座的一些特性四、转座的一些特性q转座转座发生时，在受体分子中有一段很短的靶序列的发生时，在受体分子中有一段很短的靶序列的DNA会被复会被复制，使插入序列位于两个重复的靶序列之间。制，使插入序列位于两个重复的靶序列之间。q不同的转座子的靶序列长度不同，但对于一个特定的转座子来不同的转座子的靶序列长度不同，但对于一个特定的转座子来说，它们的靶序列长度是一样的。说，它们的靶序列长度是一样的。q靶序列的复制可能起源于特定内切酶所造成的黏性靶序列的复制可能起源于特定内切酶所造成的黏性DNA末端。末端。q转座分为：复制性转座和非复制性转座两大类。转座分为：复制性转座和非复制性转座两大类。q转座酶和解离酶分别作用于原始转座子和复制转座子转座酶和解离酶分别作用于原始转座子和复制转座子。76G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU四、转座的一些特性四、转座的一些特性77G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUReplicative transposition creates a copy of the transposon, which inserts at a recipient site. The donor site remains unchanged, so both donor and recipient have a copy of the transposon. 四、转座的一些特性四、转座的一些特性78G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUNonreplicative transposition allows a transposon to move as a physical entity from a donor to a recipient site. This leaves a break at the donor site, which is lethal unless it can be repaired. 四、转座的一些特性四、转座的一些特性79G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU四、转座的一些特性四、转座的一些特性80G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU五、转座的遗传学效应五、转座的遗传学效应1、转座引起插入突变、转座引起插入突变2、转座产生新的基因、转座产生新的基因（如右图如右图）3、转座产生染色体的、转座产生染色体的畸变畸变-缺失和倒位缺失和倒位（如下图如下图）4、转座引起生物的进、转座引起生物的进化化81G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU五、转座的遗传学效应五、转座的遗传学效应82G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU五、转座的遗传学效应五、转座的遗传学效应83G. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOUG. L. ZHOU遗传学课件遗传学课件聊城大学生命科学学院聊城大学生命科学学院生物科学与生物工程专业生物科学与生物工程专业周国利周国利 制作制作2004-042004-0484