《遺傳信息的改變》PPT課件.ppt

1,第四章 遺傳信息的改變,2,遺傳與變異,遺傳學(xué)既要研究遺傳的規(guī)律，更要研究變異的規(guī)律，許多遺傳規(guī)律是通過對變異的研究得出的 變異：不能遺傳的變異、可以遺傳的變異，后者是由于遺傳信息的改變造成的 遺傳信息的改變可發(fā)生在染色體水平上，稱之為染色體畸變，包括染色體結(jié)構(gòu)變異和染色體數(shù)目變異。 遺傳信息的改變也可發(fā)生在DNA水平上，包括基因突變和遺傳重組,3,遺傳信息 的改變,染色體水平,DNA水平,染色體結(jié)構(gòu)變異,染色體數(shù)目變異,基因突變,遺傳重組,4,第一節(jié) 染色體畸變,染色體結(jié)構(gòu)變異 染色體結(jié)構(gòu)變異的類型 缺失、重復(fù)、倒位、易位 染色體結(jié)構(gòu)變異的原因 缺失、重復(fù)、倒位：一對同源染色體中一條或兩條染色體發(fā)生一次或多次斷裂后，其斷裂面以不同形式黏合的結(jié)果。 易位：兩對同源染色體中各有一條染色體斷裂后，進行單向黏合或雙向黏合的結(jié)果,5,（一）缺失,缺失染色體丟失某區(qū)段 1缺失的類型 中間缺失 末端缺失,6,2缺失的產(chǎn)生,末端缺失：染色體末端斷裂丟失末端 中間缺失：染色體發(fā)生兩次斷裂，丟失中間片段； 染色體由于發(fā)生紐結(jié)而且在紐結(jié)處斷裂 不等交換：一對同源染色體之間發(fā)生不等交換，產(chǎn) 生缺失和重復(fù) 轉(zhuǎn)座因子：引起的產(chǎn)生缺失和倒位,7,染色體缺失的類型及異常形成的原因,8,染色體紐結(jié)產(chǎn)生的中間缺失,9,3缺失的效應(yīng),遺傳效應(yīng)致死或異常（人類的貓叫綜合癥，cat cry syndrome）是Lejeune等在1963年首先報導(dǎo)了三例，由于5號染色體短臂末端缺失造成的 表型效應(yīng)假顯性（擬顯性），顯性基因缺失使同源染色體上的隱性基因得以表現(xiàn),10,貓叫綜合癥,11,擬顯性的出現(xiàn),12,（二）重復(fù),重復(fù)：染色體增加了與本身相同的某區(qū)段 重復(fù)的類型：,二 重復(fù),(一) 重復(fù)的類型,13,重復(fù)的產(chǎn)生,不等交換 斷裂融合橋的形成 染色體紐結(jié),不等交換產(chǎn)生的重復(fù),14,3重復(fù)的遺傳與表型效應(yīng),破壞正常的連鎖群，改變連鎖關(guān)系和交換率 位置效應(yīng)：一個基因與相鄰基因位置關(guān)系改變所造成的表型改變稱為位置效應(yīng) 產(chǎn)生劑量效應(yīng)：因基因數(shù)目不同造成的表型差異 表型異常：重復(fù)的基因產(chǎn)物很重要，會引起表型異常,15,果蠅X染色體上16A區(qū)段重復(fù),780,358,69,45,25,正常眼,棒眼,純合棒眼,重棒眼,純合重棒眼,16,（三）倒位,倒位染色體某區(qū)段顛倒180 1. 倒位的類型 臂內(nèi)倒位顛倒的區(qū)段不含著絲粒 臂間倒位顛倒的區(qū)段包含著絲粒,17,2.倒位的產(chǎn)生,染色體紐結(jié)、斷裂和重接 轉(zhuǎn)座引起的倒位,18,染色體紐結(jié)產(chǎn)生的倒位,19,臂內(nèi)倒位、臂間倒位,20,3.倒位的效應(yīng),改變連鎖關(guān)系，引起基因重排，改變遺傳密碼，導(dǎo)致表型變化 減數(shù)分裂中同源染色體配對時，倒位染色體形成倒位環(huán) 對生活力的影響，倒位純合體一般正常，倒位雜合體常表現(xiàn)不 育 倒位純合體與原物種形成生殖隔離，促進物種進化,21,（四）易位,1.易位的類型 相互易位：非同源染色體之間相互交換片段 單向易位：染色體的某區(qū)段結(jié)合到非同源染色體上 羅伯遜易位：兩個非同源的端著絲粒染色體的著絲粒融合，形成一條大的中或亞中著絲粒的染色體,易位兩對非同源染色體之間某區(qū)段轉(zhuǎn)移,22,2易位的產(chǎn)生,斷裂后非重建性愈合 轉(zhuǎn)座引起的易位,23,（a）染色體內(nèi)移位 （b）染色體間移位,24,羅伯遜易位,25,3易位的效應(yīng),改變基因的連鎖關(guān)系 基因改變位置，產(chǎn)生位置效應(yīng) 對生活力的影響，易位純合體一般正常，易位雜 合體常表現(xiàn)不育 基因重排導(dǎo)致癌基因活化 降低生產(chǎn)和繁殖性能,26,假連鎖現(xiàn)象,27,28,先天愚型患者,29,30,31,小 結(jié),染色體結(jié)構(gòu)變異 染色體結(jié)構(gòu)變異的類型 染色體結(jié)構(gòu)變異的效應(yīng),32,二、染色體數(shù)目的變異 染色體組的概念 每一種同源染色體之一構(gòu)成的一套染色體，稱為一個染色體組。 一個染色體組帶有一套基因，故又稱基因組。 染色體數(shù)目變異的類型 整倍體 非整倍體 嵌合體,33,（一）整倍體的變異 整倍體是指含有完整染色體組的細胞或生物。（整倍體是指含有一個或若干個染色體組的細胞或生物） 整倍體變異是指染色體組增加或減少的變異。（整倍體變異是指以染色體組為變化單位的變異）,34,整倍體的命名視其體細胞內(nèi)含有幾個染色 體組 含有一個染色體組一倍體 含有兩個染色體組二倍體 含有三個染色體組三倍體 余此類推。,35,一倍體和單倍體 一倍體：含有一個染色體組的細胞或生物（x） 單倍體：含有配子染色體的生物（n）,36, 整倍體的染色體組成以 (ABCD) 為一個染色體組 一倍體(ABCD) 二倍體.(ABCD) (ABCD) 三倍體(ABCD) (ABCD) (ABCD) 同源四倍體(ABCD) (ABCD) (ABCD) (ABCD) 異源四倍體(ABCD) (ABCD) (ABCD)(ABCD),37,動物中多倍體十分罕見 扁形蟲、水蛭、海蝦，通過孤雌生殖繁殖 魚類、兩棲和爬行動物，多種繁殖方式,38,（二）非整倍體變異 非整倍體是指含有不完整染色體組的生物。 非整倍體的類型 單體二倍體染色體組丟失一條染色體（2n1）的 生物。 如： 人的45，XO 牛的59，先天性卵巢發(fā)育不全 缺體丟失一對同源染色體（2n2）的生物。 如：單體小麥自交可得缺體，一般生長勢弱，半數(shù)以上不育。 多體多了一條染色體或多條染色體的生物，包含三體（2n1）、四體（2n2）、雙三體（2n11）等。,39,非整倍體變異的染色體組成以 (ABCD) 為一個染色體組 單體(ABCD) (ABC) 缺體(ABC) (ABC) 三體(ABCD) (ABCD) (A) 四體(ABCD) (ABCD) (A A) 雙三體(ABCD) (ABCD) (AB),40,非整倍體的產(chǎn)生 染色體分裂，細胞不分裂，染色體成套增加，產(chǎn)生多倍體。 染色體不正常分裂，姐妹染色體不分離，形成不正常配子。 非整倍體的應(yīng)用 多倍體育種：魚、蝦、貝等海洋生物已才用此方法育種 單倍體育種：直接選擇配子的方法,41,第二節(jié) 基因突變, 基因突變的概念 基因水平上遺傳物質(zhì)可檢測、能遺傳的改變，不包括遺傳重組。（由理化因素引起的DNA分子的成分和結(jié)構(gòu)變化）,42,一、基因突變的類型, 自發(fā)突變自然條件下自發(fā)發(fā)生的突變 誘發(fā)突變?nèi)藶椴捎美砘椒ㄌ幚戆l(fā)生的突變 顯性突變隱性基因a變?yōu)轱@性基因 A 隱性突變顯性基因A變?yōu)殡[性基因 a 正向突變野生型變?yōu)橥蛔冃?回復(fù)突變突變型 變?yōu)橐吧?,43,二、突變發(fā)生的時期與頻率, 任何生長發(fā)育階段都可能發(fā)生 種系突變性細胞突變經(jīng)受精卵傳至后代 體細胞突變植物的體細胞突變可經(jīng)壓條、嫁接傳至后代。動物的體細胞突變不能通過有性生殖傳至后代，但可采用克隆技術(shù)保存和繁殖。 發(fā)生的頻率突變率，指一定時間內(nèi)突變 發(fā)生的次數(shù)，即突變個體占觀察總數(shù)的百分率。,44,三、基因突變的一般特征,1. 重演性 同種生物的某一突變在不同個體、不同時間、不同地點的重復(fù)出現(xiàn)。 2. 可逆性 正向突變一般大于回復(fù)突變 3. 多向性某一基因突變?yōu)椴煌牡任换颍?A突變?yōu)閍1, a2, a3 復(fù)等位基因在群體的不同個體中，位于同一座位的多個基因。,45,4平行性 親緣相近物種基因突變的相似性，人、馬、牛 的白化基因；馬、牛、豬的矮化基因。 5有利性和有害性 有利性創(chuàng)造新基因，增加多樣性，提供育 種素材，促進生物進化。 有害性破壞有機體的相對平衡和協(xié)調(diào)統(tǒng)一，生活力下降，甚至死亡。 有利和有害的相對性： 自然選擇保留的突變，一般對生物是有利的； 人工選擇保留的突變，對生物不一定是有利的，很多是有害的。,46,四、突變方式及其遺傳效應(yīng),1突變方式 堿基替代（堿基置換）DNA分子中一個堿基被另一個堿基所替代 轉(zhuǎn)換一個嘌呤被另一個嘌呤所替代，或一個嘧啶被另一個嘧啶所替代。 顛換一個嘌呤被一個嘧啶所替代，或一個嘧啶被另一個嘌呤所替代。 移碼突變DNA序列中堿基增加或減少，使這一位置后的編碼發(fā)生位移（密碼子改變）的現(xiàn)象。,47,轉(zhuǎn)換 ATA ATG CCC CCT 顛換 ATA ATC CCT CCA 移碼 原序列.AAU GCG CAU UAC 插入AAAA UGC GCA UUA C 丟失UAAG CGC AUU AC,48,2遺傳效應(yīng),堿基替代的遺傳效應(yīng) 同義突變堿基替代后產(chǎn)生的密碼子與原密碼子編碼同一氨基酸 CUU CUC 亮氨酸 AAAAGA 精氨酸 錯義突變堿基替代后產(chǎn)生的密碼子與原密碼子編碼不同氨基酸 UUU UCU 苯丙氨酸絲氨酸 無義突變堿基替代后產(chǎn)生無義密碼子（UAA , UAG , UGA） 移碼的遺傳效應(yīng) 插入或丟失堿基的位置以后的DNA序列上的密碼子都發(fā)生改變。,49,五、突變的分子機制,（一）自發(fā)突變 1DNA復(fù)制錯誤 堿基錯配 堿基增減,50,圖4-16 復(fù)制中互變結(jié)構(gòu)移位造成的突變,51,圖4-17 堿基錯誤跳格產(chǎn)生突變,52,2自發(fā)化學(xué)變化 脫嘌呤作用 脫氨基作用 氧化作用,53,圖4-18 脫嘌呤作用,54,圖4-19 脫氨基作用,55,3轉(zhuǎn)座成分的致變作用 轉(zhuǎn)座成分：DNA 基因組中能夠進行復(fù)制并將一個拷貝插入新位點的DNA序列單元 4增變基因的致變作用,56,圖4-20 轉(zhuǎn)座成分的致變作用,57,（二）誘發(fā)突變,放射線和化學(xué)物質(zhì) 1化學(xué)誘發(fā)突變 堿基類似物的誘變作用 5溴尿嘧啶（5BU） 氨基嘌呤（2AP）,58,5溴尿嘧啶的誘變作用（1）,59,5溴尿嘧啶的誘變作用（2）,60,2AP的誘變機制,61, 改變化學(xué)結(jié)構(gòu)的誘變劑 亞硝酸：(脫氨作用，A-H，C-U） 烷化劑：DNA分子中的堿基烷基化，導(dǎo)致配對錯誤，產(chǎn)生堿基替代現(xiàn)象 羥胺（HA）：還原劑，專一性的與胞嘧啶作用，使其C6位置上的氨基羥化，成為T的結(jié)合特性，G-C變?yōu)锳-T對,62,亞硝酸的誘變機制(1),63,亞硝酸的誘變機制(2),64,烷化劑的誘變機制(1),65,烷化劑的誘變機制(2),66,羥胺的誘變機制,67, 結(jié)合到DNA分子上的誘變劑（原黃素、丫啶黃、亞黃素）,68,丫啶類的誘變機制,69,2高能射線或紫外線的誘變作用,放射線包括非離子射線和離子射線 非離子射線紫外線（UV） UV的誘變機制是造成 DNA結(jié)構(gòu)改變，主要是嘧啶二聚體的形成（TT、CC、CT），嚴(yán)重影響復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。此外，還有DNA鏈斷裂、DNA分子內(nèi)或分子外交聯(lián)等。 離子射線X射線、射線和宇宙射線。 具有很高的能量，可誘導(dǎo)基因突變和引起染色體斷裂。,70,二聚體的形成,71,二聚體引起的突變,72,六、誘變在育種中的應(yīng)用, 微生物誘變育成多種抗生素菌種 植物育成水稻、大麥、小麥、 玉米、高粱等新品種 動物應(yīng)用很有限，如家蠶的ZW 在家蠶中應(yīng)用電離輻射，育成ZW易位平衡致死系用于制種，提供全雄蠶的雜交種，提高蠶絲的產(chǎn)量與質(zhì)量 使野生水貂的棕色皮毛變?yōu)樘焖{色、灰褐色、純白色等,73,第三節(jié) 突變的抑制與DNA的修復(fù),一、 突變的抑制 （一）密碼子的兼并性 64個密碼子中，3個是終止密碼子，61個是編碼20種氨基酸的密碼子，除色氨酸和甲硫氨酸只有一個密碼子外，其余18種氨基酸有26個密碼子。一個氨基酸有多個密碼子的現(xiàn)象稱為密碼子的兼并性。,74,（二）基因內(nèi)突變的抑制（雙移碼突變） 基因內(nèi)DNA序列的某處發(fā)生插入或丟失堿基會因密碼子誤讀而產(chǎn)生突變，若在其附近又發(fā)生丟失或插入，有可能使其后面的密碼子恢復(fù)正常閱讀。 ATC CCG CCC GGG ACG ATC CGC CCG GGA CG ATC XCG CCC GGG ACG,75,（三）基因間突變的抑制 1、無義突變和錯義突變：結(jié)構(gòu)基因發(fā)生堿基替代會造成無義突變和錯義突變，如果相應(yīng)密碼子的tRNA基因也發(fā)生突變， tRNA反密碼子也發(fā)生變異，就會帶有相同氨基酸合成完成完整的多肽，使突變得到抑制。 2、移碼突變的抑制：也可由tRNA分子結(jié)構(gòu)的改變而被抑制,76,圖4-37 移碼突變的基因間突變的抑制,77,二、DNA 的修復(fù) （一） DNA 的復(fù)制修復(fù) 聚合酶修復(fù)(3-5外切酶活性) 錯配修復(fù)系統(tǒng)(錯配修正酶、Poly、連接酶） 尿嘧啶糖基酶修復(fù)系統(tǒng),78,圖4-38 外切酶切除修復(fù),79,圖4-39 錯配修復(fù),80,圖4-40 尿嘧啶糖基酶修復(fù),81,（二）DNA損傷的修復(fù) 紫外線損傷的修復(fù)：產(chǎn)生胸腺嘧啶二聚體（TT） 光修復(fù) 在光復(fù)活酶作用下，利用光能使損傷的DNA 重新復(fù)原。 暗修復(fù)（切除修復(fù)） 在外切酶、內(nèi)切酶、聚合酶、連接酶等作用下切除損傷部分并合成相應(yīng)片段，使DNA 重新復(fù)原。 重組修復(fù) 通過DNA分子核苷酸鏈之間的重組來修復(fù)損傷。 二聚體糖基酶修復(fù)系統(tǒng)（同尿嘧啶糖基酶修復(fù)系統(tǒng)） SOS修復(fù) DNA分子受到嚴(yán)重創(chuàng)傷時進行的急救性修復(fù)。,82,圖4-41 光修復(fù),83,暗修復(fù)（切除修復(fù)）,84,重 組 修 復(fù),85,第四節(jié)重組與轉(zhuǎn)座,一、DNA重組:染色體序列發(fā)生重排 生物變異的來源，一是突變，二是重組。 重組發(fā)生在減數(shù)分裂過程中，也會發(fā)生在真核生物的體細胞中。 重組發(fā)生在高等生物中，也會發(fā)生在細菌、病毒中。 重組是維持遺傳多樣性和生物進化的物質(zhì)基礎(chǔ)。 重組的類型：同源重組、位點專一性重組、轉(zhuǎn)座重組。,86,二、同源重組：減數(shù)分裂過程中染色體間遺傳物質(zhì)的交換 （一）同源重組的方式 1轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)化是指通過外源DNA進行的遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)化可以分為自然轉(zhuǎn)化（例如肺炎球菌的轉(zhuǎn)化）和工程轉(zhuǎn)化（例如基因工程技術(shù)）。 2接合 接合是指由供體菌和受體菌之間的直接接觸而導(dǎo)致的遺傳物質(zhì)單向轉(zhuǎn)移。,87,三、位點專一性重組：導(dǎo)致DNA序列發(fā)生重排，不依賴于DNA順序的同源性，而依賴于能與某些酶相結(jié)合的特異DNA序列，這些酶能催化DNA鏈的斷裂和重接，引發(fā)位點專一性重組。（ 噬菌體與細菌DNA之間的重組） 溶菌狀態(tài)：噬菌體在宿主細菌中獨立存在 溶源狀態(tài)： 噬菌體通過重組作用整合進宿主細菌染色體的特異位點。前病毒（原噬菌體）,88,整合: 溶菌狀態(tài)溶源狀態(tài) 切除：溶源狀態(tài)溶菌狀態(tài) 整合和切除發(fā)生在細菌DNA和噬菌體DNA的專一性附著位點。 DNA專一性重組具有以下兩個特點： 1、交換是可逆的 2、噬菌體和細菌的DNA之間有一段很短的同源序列，重組交換必須通過特定的核苷酸完成,89,四、重組的機制,整合識別位點： attP(POP) ，attB(BOB) 切除識別位點：attL(BOP)，attR(POB),90,圖4-53 attB和attP核心序列的交叉切割,91,圖4-52 大腸桿菌與噬菌體的重組,92,小結(jié),遺傳信息的改變：染色體畸變、基因重組和基因突變 染色體結(jié)構(gòu)與數(shù)目的變異 基因突變的類型及生物學(xué)意義,