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1、遗传遗传与与变变异的概念异的概念遗传遗传和和变变异是生物体的最本异是生物体的最本质质的属性之一。的属性之一。遗传遗传(heredity):亲亲代生物的性状在子代得到表代生物的性状在子代得到表现现;亲亲代将自身一整套代将自身一整套遗传遗传信息信息传递给传递给下一代下一代的行的行为为和功能。特点:具和功能。特点:具稳稳定性。定性。遗传遗传型(型(genotype):又称基因型,指某一生):又称基因型,指某一生物个体所含有的全部基因的物个体所含有的全部基因的总总和;和;-是一种内在是一种内在可能性或潜力。可能性或潜力。表型(表型(phenotype):指生物体所具有的一切):指生物体所具有的一切外表
2、特征和内在特性的外表特征和内在特性的总总和和;-是一种是一种现实现实存在,存在,是具确定是具确定遗传遗传型的生物在确定条件下所表型的生物在确定条件下所表现现出出的具体性状。的具体性状。变变异异(variation):生生物物体体在在外外因因或或内内因因的的作作用用下下,遗遗传传物物质质的的结结构或数量构或数量发发生生变变更。更。饰饰变变(modification):指指不不涉涉及及遗遗传传物物质质结结构构变变更更而而只只发发生在生在转录转录、转译转译水平上的表型水平上的表型变变更。更。特点是:特点是:细细菌的菌的变变异异现现象象形形态态、结结构构变变异异毒力毒力变变异异耐耐药药性性变变异异菌落
3、菌落变变异异形态结构变异3-6%食盐鼠疫耶氏菌多形态性陈旧培基物青霉素、溶菌酶正常形态细菌L型变异抗体或补体(部分或完全失去胞壁)特殊结构的变异42-43炭疽杆菌失去形成芽孢实力,毒性降低10-20天变形杆菌0.1%石炭酸迁徙生长(H)点状生长、单个菌落(O)鞭毛变异毒力变异增加棒状噬菌体白喉棒状杆菌获得白喉毒素减弱胆汁、甘油、马铃薯培育基牛分枝杆菌卡介苗13年(230代)耐药性变异细菌对某种抗菌药物有敏感变成耐药的变异称为耐药性变异。金黄色葡萄球菌有些细菌还同时耐受多种抗菌药物,即多重耐药性,甚至产生药物依靠性。含链霉素培基痢疾杆菌依链株长期培育菌落变异在陈旧培育基中长期培育光滑型菌落粗糙型
4、菌落SR缘由:失去LPS的特异多糖 凡游离于原核生物核基因凡游离于原核生物核基因组组之外,具有独立复制之外,具有独立复制实实力的小型共价力的小型共价闭闭合合环环状的双状的双链链DNA分子分子量分子分子量约为约为100 106 D.携携带带1100个基因个基因,一个菌一个菌细细胞可有一至数十个胞可有一至数十个质质粒。粒。Structure of a bacterium highlighting the bacterial plasmid.三、原核生物的三、原核生物的质质粒粒2 质质粒的特点:粒的特点:1、可以在、可以在细细胞胞质质中独立于染色体之外(即以游离中独立于染色体之外(即以游离状状态态)
5、存在,也可以插入到染色体上以附加体)存在,也可以插入到染色体上以附加体(某某些可以与染色体些可以与染色体发发生整合与脱离的生整合与脱离的质质粒)的形式存粒)的形式存在;在;2、在、在细细胞分裂胞分裂时时,可以不依靠于,可以不依靠于细细菌染色体而独菌染色体而独立立进进行自我复制,也可以插入到行自我复制,也可以插入到细细菌染色体中与染菌染色体中与染色体一道色体一道进进行复制;行复制;3、质质粒可以通粒可以通过转过转化、化、转导转导或接合作用而由一个或接合作用而由一个细细胞胞转转移到另一个移到另一个细细胞,使两个胞,使两个细细胞都成胞都成为带为带有有质质粒的粒的细细胞;胞;4、质质粒粒对对于于细细胞
6、生存并不是必要的。胞生存并不是必要的。存在范存在范围围:很多:很多细细菌如菌如E.coli、Shigella、S.aureus、Streptococcus lactis、根癌土壤杆菌、根癌土壤杆菌等等制制备备:包括增殖、裂解:包括增殖、裂解细细胞、分胞、分别质别质粒与染色体和粒与染色体和蛋白蛋白质质等成分、去除等成分、去除RNA和蛋白和蛋白质质等步等步骤骤。鉴鉴定:定:电镜视电镜视察、察、电电泳、密度梯度离心、限制性泳、密度梯度离心、限制性酶酶切切图谱图谱等方法等方法3 质质粒的种粒的种类类:1、大肠杆菌的F因子2、细菌抗药质粒(R因子)3、大肠杆菌素养粒(Col因子)4、Ti质粒5、降解质粒
7、6、毒性质粒 4.1 F因子(因子(fertility factor):又称致):又称致育因子或性因子,育因子或性因子,62106Dalton,94.5kb,相当于核染色体,相当于核染色体DNA2%的的环环状双状双链链DNA,足以,足以编码编码94个中等大小多个中等大小多肽肽,含有与,含有与质质粒复制和粒复制和转转移有关的很多移有关的很多基因和一些基因和一些转转座因子(可以整合到宿主座因子(可以整合到宿主核染色体上的确定部位)。核染色体上的确定部位)。确定性确定性别别(F+雄性;雄性;F-雌性)。雌性)。tra基因编码性纤毛蛋白;基因编码性纤毛蛋白;IS2和和IS3为插入序列;为插入序列;Tn
8、1000为转座子。为转座子。插入序列只携带与其转插入序列只携带与其转座相关的基因,编码特座相关的基因,编码特殊的酶和调整蛋白,不殊的酶和调整蛋白,不给与细菌表型特征,但给与细菌表型特征,但其插入会影响读码。其插入会影响读码。转座子携带有能赐予宿转座子携带有能赐予宿主某种遗传特性的基因。主某种遗传特性的基因。R因子由相因子由相连连的两个的两个DNA片段片段组组成,即抗性成,即抗性转转移因移因子(子(resistence transfor factor,RTF)和抗性确定)和抗性确定R因子(因子(r-determinant)。)。RTF为为分子量分子量约为约为11106Dalton,限制,限制质质
9、粒拷粒拷贝贝数数及复制和及复制和转转移。移。抗性确定因子大小不固定,从几百万到抗性确定因子大小不固定,从几百万到100106Dalton以上。其上以上。其上带带有各种抗生素的抗性有各种抗生素的抗性基因。基因。4.2 R因子(因子(resistence factor)产产大大肠肠杆菌素因子。杆菌素因子。大大肠肠杆菌素是由杆菌素是由E.coli的某些菌株所分泌的的某些菌株所分泌的细细菌素,能通菌素,能通过过抑制复制、抑制复制、转录转录、转译转译或能量代或能量代谢谢等而等而专专一地一地杀杀死其它死其它肠肠道道细细菌。其分子量菌。其分子量约约41048104Dalton。大。大肠肠杆菌素都是由杆菌素都
10、是由Col因子因子编码编码的。的。凡凡带带Col因子的菌株,由于因子的菌株,由于质质粒本身粒本身编码编码一种一种免疫蛋白,从而免疫蛋白,从而对对大大肠肠杆菌素有免疫作用,不杆菌素有免疫作用,不受其受其损损害。害。4.3 Col因子(因子(colicinogenic factor)即即诱诱癌癌质质粒。粒。存在于根癌土壤杆菌(存在于根癌土壤杆菌(Agrobacterium tumefaciens)中)中,可引起很多双子叶植物的根癌。可引起很多双子叶植物的根癌。当当细细菌侵入植物菌侵入植物细细胞中后,在其胞中后,在其细细胞中溶解,把胞中溶解,把细细菌的菌的DNA释释放到植物放到植物细细胞中。胞中。这
11、时这时,含有复制基因,含有复制基因的的Ti质质粒的粒的T-DNA小片段与植物小片段与植物细细胞中的核染色体胞中的核染色体发发生整合,合成正常植株所没有的冠生整合,合成正常植株所没有的冠瘿瘿碱碱类类,破坏,破坏限制限制细细胞分裂的激素胞分裂的激素调调整系整系统统,从而使它,从而使它转变转变成癌成癌细细胞。胞。4.4 Ti质质粒(粒(tumor inducing plasmid)农杆菌农杆菌限制性酶限制性酶内切及内切及DNA连接连接外源基因外源基因DNA/CDNA转入培转入培育的植育的植物细胞物细胞插入插入新基新基因的因的DNA重建植重建植物体物体表现出新性表现出新性状的植株状的植株农杆菌农杆菌T
12、i质粒转化植物的技术质粒转化植物的技术Ti质质粒粒长长200kb,是一个大型,是一个大型质质粒。当前,粒。当前,Ti质质粒已成粒已成为为植物植物遗传遗传工程探工程探讨讨中的重要中的重要载载体。一些具有重要性状的外源基因可借体。一些具有重要性状的外源基因可借DNA重重组组技技术设术设法插入到法插入到Ti质质粒中,并粒中,并进进一步使之整合到植物染色体上,以一步使之整合到植物染色体上,以变变更更该该植物的植物的遗传遗传性,达到培育植物性,达到培育植物优优良品种的良品种的目的。目的。降解质粒:具有分解多种特殊有机化合物降解质粒:具有分解多种特殊有机化合物实力的因子。如分解甲苯的实力的因子。如分解甲苯
13、的TOL质粒。质粒。毒性质粒:携带编码产生毒素基因的质粒,毒性质粒:携带编码产生毒素基因的质粒,如苏云金杆菌中编码内毒素的质粒,如苏云金杆菌中编码内毒素的质粒,Col质质粒也是毒性质粒。粒也是毒性质粒。其次其次节节 基因突基因突变变和和诱变诱变育种育种基因突基因突基因突基因突变变变变(mutation mutation):生物体在外因或内因的作用):生物体在外因或内因的作用):生物体在外因或内因的作用):生物体在外因或内因的作用下,下,下,下,遗传遗传遗传遗传物物物物质质质质的的的的结结结结构或数量构或数量构或数量构或数量发发发发生生生生变变变变更。更。更。更。突突突突变变变变体(体(体(体(
14、mutantmutant):):):):发发发发生了突生了突生了突生了突变变变变的微生物的微生物的微生物的微生物细细细细胞或菌株。胞或菌株。胞或菌株。胞或菌株。野生型(野生型(野生型(野生型(wild typewild type):从自然界分):从自然界分):从自然界分):从自然界分别别别别到的任何微生物到的任何微生物到的任何微生物到的任何微生物在其在其在其在其发发发发生突生突生突生突变变变变前的原始菌株。前的原始菌株。前的原始菌株。前的原始菌株。依表型的依表型的变变更分更分为为:养分缺陷型养分缺陷型因突因突变变而而丢丢失失产产生某种生物合成生某种生物合成酶酶的的实实力,力,并因而成并因而成为
15、为必需在培育基中添加某种物必需在培育基中添加某种物质质才能生才能生长长的突的突变变类类型。型。抗性突抗性突变变型型因突因突变变而而产产生了生了对对某种化学某种化学药药物或致死物理物或致死物理因子的抗性。因子的抗性。条件致死突条件致死突变变型型突突变变后在某种条件下可正常生后在某种条件下可正常生长长繁殖,繁殖,而在另一条件下却无法生而在另一条件下却无法生长长繁殖的突繁殖的突变变型。型。形形态态突突变变型型由突由突变变引起的个体或菌落形引起的个体或菌落形态态的的变变异。异。抗原突抗原突变变型型因突因突变变而引起的抗原而引起的抗原结结构构发发生生变变更更产产量突量突变变型型通通过过基因突基因突变变而
16、而产产生的在代生的在代谢产谢产物物产产量上明量上明显显有有别别于原始菌株的突于原始菌株的突变变株。株。(一)基因突(一)基因突变变的的类类型型按是否比较简洁、快速地分别到发生突变的细胞来分:选择性突变株(selective mutant):具有选择标记(如养分缺陷型、抗性突变型、条件致死突变型),只要选择适当的环境条件,如培育基、温度、pH值等,就比较简洁检出和分别到。非选择性突变株(non-selective mutant):无选择标记(如产量突变型、抗原突变型、形态突变型),能鉴别这种突变体的惟一方法是检查大量菌落并找出差异。定定义义:每一每一细细胞在每一世代中胞在每一世代中发发生某一性生
17、某一性状突状突变变的几率。的几率。突突变变率率为为108是指是指该细该细胞在一胞在一亿亿次次细细胞分胞分裂中,会裂中,会发发生一次突生一次突变变。突突变变率也可以用每一率也可以用每一单单位群体在每一世代位群体在每一世代中中产产生突生突变变株(株(mutant,即突,即突变变型)的数型)的数目来表示。如一个含目来表示。如一个含108个个细细胞的群体,当胞的群体,当其分裂其分裂为为2108个个细细胞胞时时,平均,平均发发生一次突生一次突变变的突的突变变率也是率也是108。(二)突(二)突变变率率突突变变率率=突突变细变细胞数胞数/分裂前群体分裂前群体细细胞数胞数突突变变是独立的。某一基因是独立的。
18、某一基因发发生突生突变变不会影不会影响其它基因的突响其它基因的突变变率。在同一个率。在同一个细细胞中同胞中同时发时发生两个基因突生两个基因突变变的几率是极低的,因的几率是极低的,因为为双重突双重突变变型的几率只是各个突型的几率只是各个突变变几率的几率的乘乘积积。由于突由于突变变的几率一般都极低,因此,必需的几率一般都极低,因此,必需接受接受检检出出选择选择性突性突变变株的手段,尤其是接株的手段,尤其是接受受检检出养分缺陷型的复原突出养分缺陷型的复原突变变株(株(back mutant或或reverse mutant)或抗性突)或抗性突变变株株特殊是抗特殊是抗药药性突性突变变株的方法来加以确定。
19、株的方法来加以确定。若干若干细细菌某一性状的自菌某一性状的自发发突突变变率率菌菌 名名 突突变变性状性状突突变变率率E.coli抗抗T1噬菌体噬菌体3 108E.coli抗抗T3噬菌体噬菌体1 107 E.coli不不发发酵乳糖酵乳糖1 1010E.coli 抗紫外抗紫外线线1 105Staphylococcus aureus 抗青霉素抗青霉素1 107S.aureus 抗抗链链霉素霉素1 109 Salmonella typhi抗抗25 g/L链链霉素霉素1 106 Bacillus megaterium 抗异烟抗异烟肼肼5 105(三)突(三)突变变的特点的特点不不对对应应性性:突突变变的
20、的性性状状与与突突变变缘缘由由之之间间无无干干脆脆的的对对应应关系。关系。自自发发性性:突突变变可可以以在在没没有有人人为为诱诱变变因因素素处处理理下下自自发发地地产产生。生。稀有性:突稀有性:突变变率低且率低且稳稳定。定。独立性:各种突独立性:各种突变变独立独立发发生,不会相互影响。生,不会相互影响。可可诱发诱发性:性:诱变剂诱变剂可提高突可提高突变变率。率。稳稳定性:定性:变变异性状异性状稳稳定可定可遗传遗传。可可逆逆性性:从从原原始始的的野野生生型型基基因因到到变变异异株株的的突突变变称称为为正正向突向突变变,从突,从突变变株回到野生型的株回到野生型的过过程程则则称称为为回复突回复突变变
21、。(四)基因突(四)基因突变变的自的自发发性和不性和不对应对应性的性的证证明明在各种基因突在各种基因突变变中,抗性突中,抗性突变变最最为为常常见见。但在。但在过过去相去相当当长时间长时间内内对这对这种抗性种抗性产产生的生的缘缘由争由争论论特特别别激烈。激烈。一种一种观观点点认为认为,突,突变变是通是通过过适适应应而而发发生的,即各种突生的,即各种突变变是由其是由其环环境(指其中所含的反抗境(指其中所含的反抗对对象)象)诱发诱发出来的,出来的,并并认为这认为这就是就是“定向定向变变异异”,也有人称它,也有人称它为为“驯驯化化”或或“驯驯养养”。另一种看法另一种看法则认为则认为,基因突,基因突变变
22、是自是自发发的,且与的,且与环环境是境是不相不相对对的。的。从从1943年起,年起,经过经过几个几个严严密而奇妙的密而奇妙的试验设计试验设计,主要,主要攻克了攻克了检检出在接触抗性因子前已出在接触抗性因子前已产产生的自生的自发发突突变变株的株的难题难题,最,最终终解决了解决了这场纷这场纷争。争。平板影印培育平板影印培育试验试验(replica plating)1952年,年,J.Lederberg夫夫妇妇的的论论文平板影印培育法和文平板影印培育法和细细菌菌突突变变株的株的间间接接选择选择,更好地,更好地证证明白微生物的抗明白微生物的抗药药性是在未性是在未接触接触药药物前自物前自发发地地产产生的
23、,生的,这这一突一突变变与相与相应药应药物物环环境毫不相境毫不相干。干。平板影印培育法,是一种能达到在一系列培育皿的相同位置平板影印培育法,是一种能达到在一系列培育皿的相同位置上出上出现现相同相同遗传遗传型菌落的接种培育方法:型菌落的接种培育方法:把把长长有很多菌落的母种培育皿倒置于包有有很多菌落的母种培育皿倒置于包有灭灭菌菌丝绒丝绒布的布的木木质圆质圆柱印章上,使其沾上来自平板上的菌落。然后可把柱印章上,使其沾上来自平板上的菌落。然后可把这这一一“印章印章”上的菌落一一接种到不同的上的菌落一一接种到不同的选择选择性培育基平板上。性培育基平板上。待待这这些平板培育后,些平板培育后,对对各平板相
24、同位置上的菌落作各平板相同位置上的菌落作对对比后,比后,就可就可选选出适当的突出适当的突变变型菌株。型菌株。因此,通因此,通过过影印培育法,就可以从在非影印培育法,就可以从在非选择选择性条件下生性条件下生长长的的细细菌群体中,分菌群体中,分别别出各种出各种类类型的突型的突变变株。株。平平板板影影印印培培育育法法在根本未接触在根本未接触过过任何一点任何一点链链霉素的状况下,就可以霉素的状况下,就可以筛选筛选到大量抗到大量抗链链霉霉素的突素的突变变株,充分株,充分说说明白突明白突变变是自是自发产发产生的,生的,链链霉素只是起到了一种霉素只是起到了一种检检出出作用。作用。平板影印培育不平板影印培育不
25、仅仅在微生物在微生物遗传遗传理理论论的探的探讨讨中有重要中有重要应应用,而且在育用,而且在育种种时间时间和其它探和其它探讨讨中均有中均有应应用,用,值值得很好地得很好地领领悟。悟。第三第三节节 细细菌的基因菌的基因转转移和重移和重组组结结合(合(conjugation):两个):两个细细菌通菌通过过性菌毛沟通,性菌毛沟通,将将质质粒上的粒上的遗传遗传物物质质从供体菌从供体菌转转移移给给受体菌的受体菌的过过程。程。转导转导(transduction):通):通过过完全缺陷或部分缺陷完全缺陷或部分缺陷噬菌体噬菌体为载为载体,将供体菌的一段体,将供体菌的一段DNA转转移到受体菌移到受体菌内,使受体菌
26、内,使受体菌获获得新的性状。得新的性状。转转化(化(transformation):受体):受体细细胞从外界干脆吸胞从外界干脆吸取来自供体取来自供体细细胞的胞的遗传遗传物物质质(DNA片段或片段或质质粒粒DNA),从而引起生物),从而引起生物遗传遗传性状的性状的变变更。更。带上宿主带上宿主染色体的染色体的遗传因子遗传因子转转化(化(transformation):受体):受体细细胞从外胞从外界干脆吸取来自供体界干脆吸取来自供体细细胞的胞的遗传遗传物物质质(DNA片段或片段或质质粒粒DNA),从而引起生物),从而引起生物遗传遗传性状的性状的变变更。更。转转化子:化子:经转经转化后出化后出现现了供
27、体性状的受体了供体性状的受体细细胞。胞。转转化因子:有化因子:有转转化活性的外来化活性的外来DNA片段。片段。感受感受态态:细细菌能从四周菌能从四周环环境中吸取境中吸取DNA分分子子进进行行转转化的生理状化的生理状态态。,交换重组,交换重组感受态:促进感受态:促进自溶素的表达,自溶素的表达,使细胞表面的使细胞表面的DNA结合蛋白结合蛋白和核酸酶袒露和核酸酶袒露出来,从而使出来,从而使其能与外源其能与外源DNA结合并对结合并对DNA进行切割,进行切割,只有一条链能只有一条链能与特异蛋白结与特异蛋白结合进入细胞。合进入细胞。另一条链被核另一条链被核酸酶降解,产酸酶降解,产生的能量用于生的能量用于核
28、酸链的进入。核酸链的进入。转导转导(transduction):通):通过过完全缺陷或部分缺完全缺陷或部分缺陷噬菌体陷噬菌体为载为载体,将供体菌的一段体,将供体菌的一段DNA转转移到受移到受体菌内,使受体菌体菌内,使受体菌获获得新的性状。得新的性状。转导转导子子:通:通过转导获过转导获得供体得供体细细胞部分胞部分遗传遗传性状的性状的重重组组受体受体细细胞。胞。转导转导噬菌体噬菌体(转导颗转导颗粒):粒):携携带带供体部分供体部分遗传遗传物物质质的噬菌体。的噬菌体。仅仅含有供体含有供体DNA的称的称为为完全缺陷噬菌完全缺陷噬菌体;同体;同时时含有供体含有供体DNA和噬菌体和噬菌体DNA的称的称为
29、为部分部分缺陷噬菌体。缺陷噬菌体。转导方式转导方式普遍性转导:转导噬菌体可携带供体基因组中的普遍性转导:转导噬菌体可携带供体基因组中的任何一部分染色体片段,在感染受体时,全部转任何一部分染色体片段,在感染受体时,全部转导基因都能以相同的频率转移,使受体获得这部导基因都能以相同的频率转移,使受体获得这部分遗传性状。分遗传性状。局限性转导:当某一溶源菌群经诱导后,其中极局限性转导:当某一溶源菌群经诱导后,其中极少数原噬菌体从宿主染色体脱落时产生错误切割,少数原噬菌体从宿主染色体脱落时产生错误切割,从而把宿主的某些基因整合到噬菌体的基因组上,从而把宿主的某些基因整合到噬菌体的基因组上,当这样的噬菌体
30、侵染另一宿主菌时,使受体菌获当这样的噬菌体侵染另一宿主菌时,使受体菌获得了这部分的遗传性状。得了这部分的遗传性状。1952,Zinder和Lederberg,鼠伤寒沙门氏菌。普普遍遍性性转转导导的的机机制制缺陷性半乳糖转导噬菌体缺陷性半乳糖转导噬菌体缺陷性生物素转导噬菌体缺陷性生物素转导噬菌体第四章第四章 微生物的微生物的诱变诱变诱变剂诱变剂(mutagen):凡能提高突):凡能提高突变变率率的任何理化因子,就称的任何理化因子,就称为诱变剂为诱变剂。种种类类:诱变剂诱变剂的种的种类类很多,作用方式多很多,作用方式多样样。即使是同一种。即使是同一种诱变剂诱变剂,也常有几种,也常有几种作用方式。作
31、用方式。依据依据遗传遗传物物质结质结构构变变更的特点探更的特点探讨讨几种几种有代表性的有代表性的诱变剂诱变剂的作用机制。的作用机制。(1)碱基置)碱基置换换(substitution)定定义义:对对DNA来来说说,碱基的置,碱基的置换换属于一种染色体的微小属于一种染色体的微小损损伤伤(microlesion),一般也称点突),一般也称点突变变(point mutation)。)。它只涉及一它只涉及一对对碱基被另一碱基被另一对对碱基所置碱基所置换换。分分类类:转换转换(transition),即),即DNA链链中的一个中的一个嘌嘌呤被另一呤被另一个个嘌嘌呤或是一个呤或是一个嘧啶嘧啶被另一个被另一
32、个嘧啶嘧啶所置所置换换;颠换颠换(transversion),即一个,即一个嘌嘌呤被一个呤被一个嘧啶嘧啶,或是一或是一个个嘧啶嘧啶被一个被一个嘌嘌呤所置呤所置换换。对对某一具体某一具体诱变剂诱变剂来来说说,即可同,即可同时时引起引起转转换换与与颠换颠换,也可只具,也可只具其中的一种功能。依其中的一种功能。依据化学据化学诱变剂诱变剂是干脆是干脆还还是是间间接地引起置接地引起置换换,可把置可把置换换的机制分成的机制分成以下两以下两类类来探来探讨讨。干脆引起置干脆引起置换换的的诱变剂诱变剂定定义义:一:一类类可干脆与核酸的碱基可干脆与核酸的碱基发发生化学反生化学反应应的的诱变诱变剂剂,不,不论论在机
33、体内或是在离体条件下均有作用。在机体内或是在离体条件下均有作用。种种类类:很多。例如:很多。例如亚亚硝酸、硝酸、羟羟胺和各种胺和各种烷烷化化剂剂(硫酸(硫酸二乙二乙酯酯,甲基磺酸乙,甲基磺酸乙酯酯,N-甲基甲基-N硝基硝基-N-亚亚硝基胍,硝基胍,N-甲基甲基-N-亚亚硝基硝基脲脲,乙,乙烯亚烯亚胺,胺,环环氧乙酸,氮芥等)。氧乙酸,氮芥等)。作用:它作用:它们们可与一个或几个核苷酸可与一个或几个核苷酸发发生化学反生化学反应应,从,从而引起而引起DNA复制复制时时碱基配碱基配对对的的转换转换,并,并进进一步使微生一步使微生物物发发生生变变异。异。亚硝酸可以使碱基发生氧化脱氨作用。亚硝酸可以使碱
34、基发生氧化脱氨作用。HNO2胞嘧啶(胞嘧啶(C)尿嘧啶(尿嘧啶(U)HNO2腺嘌呤(腺嘌呤(A)次黄嘌呤(次黄嘌呤(H)HNO2鸟嘌呤(鸟嘌呤(G)黄嘌呤(黄嘌呤(X)这些反应及形成物均可在这些反应及形成物均可在DNA复制中产生影响,复制中产生影响,主要是使碱基对发生转换。主要是使碱基对发生转换。碱基碱基转换转换的分子机制的分子机制以以亚亚硝酸硝酸为为例例腺嘌呤腺嘌呤A=胸腺嘧啶胸腺嘧啶T鸟嘌呤鸟嘌呤G=胞嘧啶胞嘧啶C这类诱变剂这类诱变剂主要是一些主要是一些碱基碱基类类似物似物,如:如:5-溴尿溴尿嘧啶嘧啶(5-BU)和和5-氨基尿氨基尿嘧啶嘧啶(5AU)、叠氮胸腺)、叠氮胸腺嘧啶嘧啶(AIT
35、)等等;)等等;作用方式作用方式:通:通过过活活细细胞的代胞的代谢谢活活动动参入到参入到DNA分子分子中,主要是在中,主要是在DNA复制复制时时碱基碱基类类似物插入似物插入DNA中,中,引起碱基引起碱基对对配配对错误对错误,造成碱基置,造成碱基置换换。以以5-溴尿溴尿嘧啶嘧啶(5-BU)为为例:例:5-BU是胸腺是胸腺嘧啶嘧啶(T)的的类类似物似物,酮酮式的式的5-BU可以和可以和A配配对对,烯烯醇式的醇式的5-BU可以和可以和G配配对对,在,在DNA分子复制的分子复制的过过程中,由于程中,由于5-BU的插入和互的插入和互变变异构异构导导致碱基置致碱基置换换。间间接引起置接引起置换换的的诱变剂
36、诱变剂5-BU引起的引起的转换转换5-BU引起的引起的转换转换从上图中,还可以看到从上图中,还可以看到5-BU的掺入引起的的掺入引起的G C回复回复到到AT的过程。通过这两个图示,就很简洁理解为的过程。通过这两个图示,就很简洁理解为什么同一种诱变剂既可造成正向突变,又可使它产什么同一种诱变剂既可造成正向突变,又可使它产生回复突变的缘由了。生回复突变的缘由了。也可以知道,为什么像也可以知道,为什么像5-BU这类代谢类似物只有对这类代谢类似物只有对正在进行新陈代谢和繁殖着的微生物才起作用,而正在进行新陈代谢和繁殖着的微生物才起作用,而对休止细胞、游离的噬菌体粒子或离体的对休止细胞、游离的噬菌体粒子
37、或离体的DNA分子分子却不起作用。却不起作用。(2)移)移码码突突变变frame-shift mutation 或或 phase-shift mutation,指,指诱变剂诱变剂使使DNA分子中增加分子中增加(插入)或缺失一个或少数几个核苷酸(插入)或缺失一个或少数几个核苷酸,从而使从而使该该部位后面的部位后面的全部全部遗传遗传密密码发码发生生转转录录和和转译错误转译错误的一的一类类突突变变。由移由移码码突突变变所所产产生的突生的突变变株,称株,称为为移移码码突突变变株株(frame-shift mutant)。与染色体畸)。与染色体畸变变相比,移相比,移码码突突变变也只能算是也只能算是DNA
38、分子的分子的微小微小损伤损伤。图图8-14能能诱发诱发移移码码突突变变的几种代表性化合物的几种代表性化合物引起移引起移码码突突变变的的诱变剂诱变剂:主要是:主要是吖啶类吖啶类染料,如染料,如吖啶吖啶黄、黄、吖啶吖啶橙等等。橙等等。这类这类化合物都是平面型的三化合物都是平面型的三环环分子,它分子,它们们的的结结构与一构与一个个嘌嘌呤呤嘧啶对嘧啶对特特别别相像。相像。丫丫啶类啶类化合物的化合物的诱变诱变机制:机制:至今至今还还不很清晰。不很清晰。有人有人认为认为,由于它,由于它们们是一种平面型三是一种平面型三环环分子,分子,结结构与一个构与一个嘌嘌呤呤嘧啶对嘧啶对特特别别相像,故能嵌入相像,故能嵌
39、入两个相两个相邻邻DNA碱基碱基对对之之间间,造成双螺旋的部分,造成双螺旋的部分解开(两个碱基解开(两个碱基对对原来相距原来相距0.34nm,当嵌入,当嵌入一个丫一个丫啶啶分子分子时时,就,就变变成成0.68nm),从而在),从而在DNA复制复制过过程中,会使程中,会使链链上增加或缺失一个碱上增加或缺失一个碱基,基,结结果就引起了移果就引起了移码码突突变变。丫丫啶类啶类化合物化合物诱发诱发的移的移码码突突变变及其回复突及其回复突变图变图示:示:(3)染色体畸)染色体畸变变(chromosomal aberration)某些理化因子,如某些理化因子,如X射射线线等的等的辐辐射及射及烷烷化化剂剂、亚亚硝酸等,除了能引起点突硝酸等,除了能引起点突变变外,外,还还会引起会引起DNA的大的大损伤损伤(macrolesion)染色体畸染色体畸变变,它包括:,它包括:染色体染色体结结构上的构上的变变更:更:缺失(缺失(deletion)重复(重复(duplication)易位(易位(translocation)倒位(倒位(inversion)染色体数目的染色体数目的变变更更
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